一、模擬電路仿真存在的問(wèn)題
模擬電路和數(shù)字電路中測(cè)試信號(hào)的極大差異通常使得測(cè)試數(shù)?；旌想娐纷兊煤芾щy，主要體現(xiàn)在：①模擬電路的輸入激勵(lì)和輸出響應(yīng)都是連續(xù)量，模擬電路的故障模型比較復(fù)雜，難以簡(jiǎn)單量化；②檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)取值困難，模擬電路中的元器件參數(shù)具有容差，只是尚在允許范圍之內(nèi)，導(dǎo)致實(shí)際故障的模糊性，不能決定實(shí)際故障的物理位置；③模擬電路廣泛存在非線性問(wèn)題，隨著電路規(guī)模的增加，計(jì)算量以指數(shù)形式增加；④模擬電路存在大量的反饋電路，增加了計(jì)算和測(cè)試的復(fù)雜性；⑤數(shù)模電路故障模型尚不完全成熟，缺乏強(qiáng)有力的模擬故障激勵(lì)和測(cè)試生成工具，對(duì)其測(cè)試的時(shí)間很容易變得很長(zhǎng)，與ATE（自動(dòng)測(cè)試設(shè)備）的接口也不方便；⑥有些電路數(shù)字和模擬部分相互融合不能分塊。這些特點(diǎn)增加了對(duì)混合電路測(cè)試診斷的難度。
二、數(shù)模混合電路故障診斷軟件平臺(tái)組成
常用的仿真EDA軟件很多，但是這類軟件只能完成電路板的功能仿真，不具備故障插入以及故障仿真的功能。針對(duì)數(shù)模混合電路板的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)數(shù)模混合電路故障診斷軟件平臺(tái)，不僅可以實(shí)現(xiàn)電路板的功能仿真，同時(shí)可以依據(jù)電路板的器件特點(diǎn)插入故障模式" title="故障模式">故障模式或自定義器件的模型，從而完成電路板整板的功能與故障仿真。
航天測(cè)控?cái)?shù)模混合電路故障診斷軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)通過(guò)向仿真器導(dǎo)入電路描述文件，對(duì)電路進(jìn)行仿真，或用戶自定義故障類型，進(jìn)行故障仿真。對(duì)仿真器的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成故障字典，對(duì)被測(cè)電路進(jìn)行基于故障字典的診斷。診斷結(jié)果加入診斷知識(shí)庫(kù)，可根據(jù)需要對(duì)故障字典實(shí)施數(shù)據(jù)挖掘以豐富知識(shí)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)共享。
1、原理圖
原理圖是為了實(shí)現(xiàn)某種功能而設(shè)計(jì)的電路圖。數(shù)模混合電路故障診斷軟件平臺(tái)需要電路板仿真信息，包括電路板的元器件、網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系等，為下一步的功能仿真和故障仿真提供必要條件。提供用戶方便的電路原理圖設(shè)計(jì)前端，為仿真引擎生成標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)表格式。可實(shí)現(xiàn)protel ASCII標(biāo)準(zhǔn)格式電路原理圖導(dǎo)入顯示、元器件繪圖修改、功能導(dǎo)航操作等人機(jī)界面功能。后臺(tái)包含電氣域節(jié)點(diǎn)合并、網(wǎng)表生成算法等模塊，支持用戶進(jìn)行電路原理圖圖形化修改操作，解決文本編輯網(wǎng)表文件需遵循繁雜語(yǔ)法規(guī)則的弊端。
2、元器件模型
元器件模型是將電路原理圖轉(zhuǎn)化為仿真軟件能夠識(shí)別的仿真模型，也叫標(biāo)稱仿真模型，其中關(guān)鍵在于能否對(duì)每一個(gè)元器件都有準(zhǔn)確的建模。一般仿真軟件都含有大量的元器件庫(kù)，隨時(shí)可以調(diào)用，但由于元器件的發(fā)展日新月異，元器件庫(kù)中不可能包含所有元器件的模型，因此對(duì)庫(kù)里沒(méi)有的元器件必須重新建模。顯然，建模的好壞直接影響仿真的精度，也是利用仿真軟件研究系統(tǒng)測(cè)試性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果不能精確地建立系統(tǒng)的仿真模型，后面的工作就無(wú)法進(jìn)行。
仿真平臺(tái)的元件參數(shù)庫(kù)中包含了幾萬(wàn)種元器件和單元集成電路的模型參數(shù)，基本上能夠滿足一般用戶的要求。庫(kù)模型大致可分為6類：基本無(wú)緣元件（如電阻、電容、電感、互感、傳輸線等）；常用的半導(dǎo)體器件（如二極管、雙極晶體管、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管、MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，GaAs場(chǎng)效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極晶體管（IGBT等）；獨(dú)立電壓源和獨(dú)立電流源（如直流DC、交流DC、瞬態(tài)TRAN分析和邏輯模擬所需的各種激勵(lì)信號(hào)波形）；各種受控電壓源、受控電路源和受控開(kāi)關(guān)；基本數(shù)字電路單元（如常用的門電路、傳輸門、延遲線、觸發(fā)器、可編程邏輯陣列、RAM、ROM等）；常用的單元電路（如放大器類集成電路等）。
仿真平臺(tái)提供一個(gè)模型參數(shù)配置界面，讓用戶自己生成模擬時(shí)所需的元器件庫(kù)以外的模型參數(shù)，設(shè)置好分析參數(shù)后，即可和系統(tǒng)自帶模型一樣，在原理圖繪制界面下進(jìn)行后續(xù)仿真工作。
3、仿真引擎
數(shù)模混合電路故障診斷軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)仿真引擎從linux到windows移植，并嵌入到仿真框架內(nèi)。SPICE可對(duì)電路進(jìn)行非線性直流分析、非線性瞬態(tài)分析和線性交流分析。被分析的電路中的元件可包括電阻、電容、電感、互感、獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源、各種線性受控源、傳輸線以及有源半導(dǎo)體器件。
對(duì)前端生成的網(wǎng)表文件調(diào)用仿真引擎進(jìn)行電路分析，提供仿真算法的收斂性參數(shù)調(diào)試設(shè)置窗口，以保證復(fù)雜規(guī)模非線性電路仿真的收斂性，并支持仿真引擎輸出原始數(shù)據(jù)的圖形顯示。對(duì)于電路正常仿真，可進(jìn)行工作點(diǎn)分析，直流掃描分析、瞬態(tài)分析、交流小信號(hào)分析、蒙特卡羅分析，并可調(diào)用顯示程序進(jìn)行各種仿真分析數(shù)據(jù)的圖形顯示。對(duì)于電路故障仿真，可對(duì)批量插入的故障列表進(jìn)行序列化故障仿真，為后端故障字典處理提供統(tǒng)一的批量故障仿真分析數(shù)據(jù)文件。
4、故障模式
選擇故障集實(shí)際上是設(shè)置電路各種故障狀態(tài)，確定可診斷的故障集。一般電路的故障模式有開(kāi)路、短路、參數(shù)漂移和固定高、固定低、反相、橋接等。分析電路板中元器件所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對(duì)系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)重程度、難易程度以及發(fā)生頻度予以分類，將發(fā)生概率高、危害度大的故障選作故障集，而不必對(duì)所有元件的硬故障都予以考慮。對(duì)于具體電路還需具體問(wèn)題具體分析，確定故障模型。
| 設(shè)備構(gòu)成件類別 | 故障模式 |
| 變頻器 | 開(kāi)路、短路、漂移 |
| 功率計(jì) | 短路、開(kāi)路、讀數(shù)錯(cuò)誤 |
| 繼電器 | 觸電電阻過(guò)大，觸電短路、開(kāi)路振動(dòng)，線圈開(kāi)路、短路、結(jié)合不穩(wěn)定 |
| 可變電阻 | 短路、開(kāi)路、數(shù)值漂移、機(jī)械故障 |
| 保險(xiǎn)絲 | 開(kāi)路、熔斷電流變化 |
| 半導(dǎo)體 | 短路、開(kāi)路、開(kāi)關(guān)電流、電壓增大、雜波、噪聲、失控、參數(shù)漂移 |
| 電線 | 開(kāi)路、短路、接觸不良、絕緣破損 |
| 燈炮 | 燈絲斷、發(fā)光亮度變化、破損、噪聲 |
| 信號(hào)發(fā)生器 | 開(kāi)路、短路信號(hào)不穩(wěn)定、信號(hào)漂移 |
| 開(kāi)關(guān) | 開(kāi)路、短路、不穩(wěn)定、振動(dòng)、電極損傷、接觸電阻大 |
| 插座 | 開(kāi)路、短路、破損、機(jī)械故障 |
| 馬達(dá) | 開(kāi)路、短路、過(guò)熱、振動(dòng)、噪聲 |
| 變壓器 | 開(kāi)路、短路、過(guò)熱、絕緣破壞 |
| 發(fā)電機(jī) | 開(kāi)路、短路、過(guò)熱振動(dòng)、噪聲、參數(shù)漂移 |
| 二極管 | 開(kāi)路、短路、參數(shù)漂移 |
| 濾波器 | 開(kāi)路、短路、參數(shù)漂移、機(jī)械損傷 |
| 接頭 | 開(kāi)路、短路接觸電阻大、絕緣破壞、 |
5、輸入激勵(lì)選取
通常采用與實(shí)際工作相似的輸入信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)。為了充分隔離故障集中的所有故障，往往需要多種輸入信號(hào)的組合信號(hào)，甚至還需要另選一些實(shí)際工作中沒(méi)有的組合信號(hào)作為激勵(lì)，通常需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或通過(guò)對(duì)電路作靈敏度分析，逐步試探得到能隔離故障集中所有故障的激勵(lì)信號(hào)。
6、故障注入
故障注入是故障模式集中的故障注入到標(biāo)稱仿真模式型的過(guò)程。用戶通過(guò)可視化故障建模及故障注入，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路中所有同類元件進(jìn)行批量故障注入和單個(gè)故障注入，并提供開(kāi)放的可不斷豐富的元器件故障圖形模型庫(kù)和故障仿真模型庫(kù)。對(duì)于庫(kù)中不存在的故障模型，用戶可通過(guò)新增故障模型功能進(jìn)行元件故障模型設(shè)計(jì)，并自動(dòng)添加到對(duì)應(yīng)的故障模型庫(kù)中。
7、測(cè)試點(diǎn)選取
要了解電路所處的狀態(tài)就必須從電路中提取相關(guān)的信息，測(cè)試點(diǎn)實(shí)際上就是提取電路信息的觀測(cè)點(diǎn)。測(cè)試點(diǎn)多所得到的信息量就大，判斷電路狀態(tài)就比較容易。但測(cè)試點(diǎn)過(guò)多，可能會(huì)造成因計(jì)算和存儲(chǔ)大量不必要的信息而浪費(fèi)計(jì)算機(jī)資源。
8、模糊集和故障字典
由于模擬電路中各元件存在容差，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電壓存在一定變化范圍，而不是一個(gè)確定值。這時(shí)就需要引入模糊集的概念以實(shí)現(xiàn)故障隔離，如果利用所選擇的測(cè)試節(jié)點(diǎn)和激勵(lì)信號(hào)所生成的模糊集足以隔離出所有故障，利用現(xiàn)有信息建立故障字典。
二、數(shù)?；旌想娐饭收显\斷軟件平臺(tái)的特點(diǎn)
數(shù)模混合電路故障診斷軟件屬于EDA軟件中的開(kāi)發(fā)環(huán)境類，符合目前開(kāi)發(fā)工具的發(fā)展。它既具備一般EDA軟件的前端圖形處理功能，也具備先進(jìn)的過(guò)程仿真分析功能，同時(shí)融入了高效的智能化故障模式分析、故障診斷功能，集成了電子輔助設(shè)計(jì)技術(shù)和先進(jìn)人工智能故障診斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。用戶可方便通地過(guò)計(jì)算機(jī)輔助獲得UUT對(duì)象的豐富狀態(tài)知識(shí)進(jìn)行故障診斷，避免了以往基于先驗(yàn)專家知識(shí)和實(shí)板測(cè)試獲得故障診斷知識(shí)的缺陷，用戶只需建立相應(yīng)的UUT的電路模型，插入對(duì)應(yīng)的故障模式，導(dǎo)入不同模式組合的激勵(lì)即可獲得完備的故障字典。數(shù)模混合電路故障診斷軟件平臺(tái)具有以下特點(diǎn)：
1、為用戶提供和諧友好的人機(jī)界面，具有強(qiáng)大的電子電路輔助設(shè)計(jì)編輯功能。用戶可方便地進(jìn)行電路原理圖導(dǎo)入、設(shè)計(jì)、修改。
2、具備完備的電子元件圖形和仿真模型庫(kù)。開(kāi)發(fā)環(huán)境元件庫(kù)不僅囊括了現(xiàn)行EDA軟件的基本元器件圖形模型類，還豐富了對(duì)應(yīng)的元件仿真模型，使得本平臺(tái)相比其他EDA軟件可支持包含更多更復(fù)雜元器件電路的仿真分析。
3、具備開(kāi)放式的元件建模功能。在具備基本大類元件庫(kù)的基礎(chǔ)理論上提供了自定義元件建模功能，使用戶可依據(jù)元件資料方便地進(jìn)行圖形建模，并自動(dòng)豐富到現(xiàn)有元器件庫(kù)中，避免由于個(gè)別元器件過(guò)老或太新沒(méi)有仿真模型而無(wú)法進(jìn)行電路整體仿真的缺陷。
4、具備豐富的元件故障模式。相比現(xiàn)行故障仿真EDA軟件（如TINA）具備更為復(fù)雜的故障模式，用戶不僅可方便注入開(kāi)路短路故障，也可選擇不同的插入方式插入?yún)?shù)漂移、橋接、非線性失效等復(fù)雜等效故障。
5、具備開(kāi)放式的故障建模功能。提供開(kāi)放式的故障建模模塊，支持用戶建立故障模型庫(kù)所不涵蓋的稀有故障模式，并自動(dòng)集成到故障模型庫(kù)中，方便二次使用。
6、集成了先進(jìn)的模數(shù)故障仿真引擎。開(kāi)發(fā)環(huán)境集成了最新的SPICE、CIDAR、XSPICE仿真引擎技術(shù)，并自主開(kāi)發(fā)了模數(shù)混合接口的建模技術(shù)，提升了傳統(tǒng)SPICE仿真引擎對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)字器件的兼容支持問(wèn)題，使開(kāi)發(fā)環(huán)境可支持模擬、模數(shù)混合電路的故障仿真。
7、采用了模糊集、蒙特卡羅、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)智能計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)模擬電路容差變化的有效性支持。模擬及模數(shù)混合信號(hào)存在一定的容差范圍，為了擬合電路故障狀態(tài)的自然分布以提供精確有效的故障字典，采用了模糊集與蒙特卡羅相結(jié)合的方式來(lái)提升故障字典診斷的有效性。
8、集成了先進(jìn)的故障統(tǒng)計(jì)算法。在獲取故障字典后，可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出故障檢測(cè)與隔離情況，分析故障之間的等效關(guān)系及冗余關(guān)系，提供標(biāo)準(zhǔn)的故障字典檢測(cè)率和隔離率指標(biāo)。
9、采用了ODBC、DELPHI顯示等主流的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，平臺(tái)的可重用性、魯棒性好，易于修改和升級(jí)。
三、應(yīng)用實(shí)例
通過(guò)實(shí)際電路板的原理仿真結(jié)果與第三方EDA軟件仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果數(shù)據(jù)一致，然后對(duì)電路板進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證仿真的正確性、準(zhǔn)確度等功能及性能指標(biāo)。通過(guò)對(duì)仿真情況的分析，完全可以完成對(duì)模擬器件、數(shù)字器件的仿真。通過(guò)與實(shí)板數(shù)據(jù)對(duì)比，其精度滿足要求。
航天測(cè)控?cái)?shù)?；旌想娐饭收显\斷軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供用于模擬及模數(shù)混合電路故障仿真及故障診斷的通用環(huán)境，解決以往基于人為先驗(yàn)專家故障知識(shí)進(jìn)行故障診斷的弊端。使用戶不需要對(duì)電路實(shí)板進(jìn)行破壞性故障測(cè)試，只需通過(guò)元器件故障建模和電路仿真分析，在平臺(tái)可視化界面的指導(dǎo)下，利用平臺(tái)的各種功能組件，即可獲得電路在不同模式下的電路狀態(tài)進(jìn)而構(gòu)建仿真故障字典實(shí)現(xiàn)故障診斷，極大地提高了數(shù)模混合電路的故障診斷效率。
北京航天測(cè)控技術(shù)開(kāi)發(fā)公司以通用測(cè)控產(chǎn)品為主，主要有六大類：基礎(chǔ)測(cè)試測(cè)量?jī)x器，包括16大類230余種的VXI/PXI/LXI/CPCI/CAN/GPIB總線系列化儀器模塊及信號(hào)調(diào)理模塊；軟件及信息化產(chǎn)品，包括虛擬儀器測(cè)試開(kāi)發(fā)環(huán)境和遠(yuǎn)程分布式測(cè)試與故障診斷系統(tǒng)；通用測(cè)試系統(tǒng)，包括“廣靈通”通用測(cè)試平臺(tái)及其系列產(chǎn)品；測(cè)試與維修保障系統(tǒng)，包括“華佗”電子設(shè)備電路板維修測(cè)試與診斷系統(tǒng)及其系列產(chǎn)品和裝備維修測(cè)試與診斷系統(tǒng)；自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括遙測(cè)遙控及工業(yè)自動(dòng)化等系統(tǒng)產(chǎn)品；測(cè)試系統(tǒng)輔助配套產(chǎn)品。同時(shí)公司還可以根據(jù)用戶的具體需求，提供ATE/ATS、DCS/FCS的系統(tǒng)集成、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)咨詢、軟件開(kāi)發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及遠(yuǎn)程信息化測(cè)試、測(cè)試/診斷程序開(kāi)發(fā)及技術(shù)培訓(xùn)與維護(hù)等服務(wù)。
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