專利名稱：一種基于功能的數(shù)字電路故障檢測定位系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字電路故障檢測及故障定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種離線的基于被測件功能的數(shù)字邏輯電路故障檢測及故障定位的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
由于數(shù)字集成電路功能復(fù)雜度和制造集成度的迅速提升，因廠家制造和用戶使用而導(dǎo)致的電路失效問題日益突出。利用測試技術(shù)實現(xiàn)對各種電子裝備高效故障檢測及故障定位能大幅縮短武器裝備的故障排查和維修時間，提高武器裝備的綜合戰(zhàn)斗力，所以測試技術(shù)越來越受到各國軍界的重視。目前武器裝備系統(tǒng)廣泛采用的集成測試維修體系分為兩大類，即在線測試法和離線測試法。在線測試法是指將被測試件裝入裝備整機內(nèi)，依賴裝備整機自身產(chǎn)生測試激勵， 通過裝備自身的機內(nèi)檢測設(shè)備或輔助儀表測量來判定被測試件的功能正常與否。該方法由于使用裝備整機作為測試設(shè)備，方法簡便，額外研制生產(chǎn)的設(shè)備較少。但若在陣地級維修中使用該技術(shù)進行故障檢測定位，一定程度上會影響裝備的正常執(zhí)勤，同時有擴大故障范圍的隱患；若在基地級維修中使用該方法則需要額外購置一套完整的裝備，成本較高，同時在線測試法受條件因素的限制較大，很難進行準(zhǔn)確的故障定位。離線測試法是指被測試件脫離裝備自身，在一種專門的或通用的測試平臺上進行故障檢測或定位的測試方法。目前采用最多的是基于邊界掃描技術(shù)的離線測試方法，但是應(yīng)用這項技術(shù)需要被測件電路板本身在設(shè)計時增加209Γ30%的硬件電路，而且必須應(yīng)用支持ΙΕΕΕ1149. 1可測試性標(biāo)準(zhǔn)的器件。 到目前為止國產(chǎn)電子裝備出于成本和性能的考慮，很少采用支持邊界掃描技術(shù)的設(shè)計，對于極少數(shù)支持邊界掃描技術(shù)的電路板在測試時也存在一個很大的問題，就是需要將被測件的固件和軟件擦除，也就是將其具有的功能性特征擦除才可以采用邊界掃描技術(shù)測試，這樣非常不利于服役產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)控制。對于現(xiàn)役裝備無論采用依賴整機的在線測試法還是基于邊界掃描技術(shù)的離線測試法都存在一定的弊端，所以迫切需要一種能在脫離整機并且不改變被測件狀態(tài)的前提下進行故障檢測定位的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于功能測試的數(shù)字電路故障檢測和故障定位的系統(tǒng)和方法，實現(xiàn)在脫離整機并且不更改被測件技術(shù)狀態(tài)的條件下進行器件級的故障檢測和定位。數(shù)字邏輯電路的特征是輸入和輸出全部為二進制0/1信號，計算機系統(tǒng)可以明確認定出其電氣狀態(tài)。本發(fā)明中所述場景即測試用激勵和響應(yīng)的計算機數(shù)字化描述，便于數(shù)據(jù)庫存儲和計算機解析。器件包含1個或多個部件，所謂部件是能完成獨立功能的器件的一部分，例如1片74HC244集成電路含有8個獨立的部件，其中一個部件發(fā)生故障即認定該器件故障。本發(fā)明所提供的解決方案是
故障檢測定位系統(tǒng)包括上位機、程控電源、儀表、網(wǎng)絡(luò)交換機、下位機、適配器、被測件。其中上位機用于人機交互，通過數(shù)字接口實現(xiàn)對程控電源和儀表的控制和數(shù)據(jù)采集，并存儲場景數(shù)據(jù)庫，通過網(wǎng)絡(luò)控制下位機實現(xiàn)測試激勵的產(chǎn)生，同時對下位機的測試結(jié)果進行綜合解析。程控電源通過數(shù)字接口與上位機相連，程控電源受上位機控制，為下位機和被測件供電。儀表通過數(shù)字接口受控于上位機，通過硬件探針實現(xiàn)對被測件的信號采集。網(wǎng)絡(luò)交換機通過網(wǎng)絡(luò)連接上位機、被測件和下位機。下位機根據(jù)上位機的指令產(chǎn)生測試激勵， 并對測試響應(yīng)進行采集并上報上位機。適配器是一塊無源的印刷電路板，實現(xiàn)被測件和下位機的接口匹配連接。基于功能的數(shù)字電路故障檢測定位方法是根據(jù)被測件的輸入輸出信號設(shè)計單一、 復(fù)合、針對性3類測試場景，其中單一場景選擇輸入/輸出之間僅包含單一元器件的通路或通過邏輯判斷能夠準(zhǔn)確而唯一定位的硬件通道設(shè)計，一旦場景測試不通過即可確定該器件損壞；復(fù)合場景根據(jù)被測件的輸入和輸出信號設(shè)計場景，保證被測件對外的每個輸入和輸出信號均至少翻轉(zhuǎn)一次即0到1或者1到0變化一次，如果能夠使通道上器件的輸入輸出完全翻轉(zhuǎn)一次的場景組測試通過，則認定這個場景組所涉及的已翻轉(zhuǎn)的部件全部正常； 針對性場景針對被測件完成功能所涉及的每個器件的每個部件設(shè)計場景，使指定器件的輸入和輸出根據(jù)測試激勵的翻轉(zhuǎn)而翻轉(zhuǎn)。根據(jù)場景數(shù)據(jù)庫對被測件的硬件通道進行三輪遍歷檢測第一輪單一場景測試找到絕對損壞或絕對正常的器件，第二輪復(fù)合場景測試首先找出絕對正常的通道和器件，同時將響應(yīng)錯誤的通道及器件按照故障發(fā)生概率進行數(shù)學(xué)累加，第三輪針對性場景測試在第二輪測試給出故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對故障概率高且故障次數(shù)多的重點懷疑器件施加針對性激勵并輔助儀表最終判定該器件是否故障。故障檢測定位首先通過被測件外接信號進行自動的場景測試，逐步排除正常的元器件以逼近故障嫌疑器件，在存在串聯(lián)模型的情況下最后通過精確的儀表探針輔助測量確定故障元器件。此故障檢測方法的關(guān)鍵在于場景的設(shè)計，并基于被測件對外連接的所有輸入信號和輸出信號編制場景。一般情況下，任何一個輸入信號總會影響至少一個輸出信號，任何一個輸出信號總是至少受一個輸入信號影響。假設(shè)被測件對外連接的信號中有 個輸入信號和■個輸出信號，為了達到每個信號翻轉(zhuǎn)一次的要求，則場景數(shù)總可以設(shè)計
成2( + ι )個。對于輸入信號的檢測方法為對于任何一個輸入信號馮，同時可能需要輔助其他輸入信號巧，總有被它影響的結(jié)果輸出鳥，這個場景即可描述為( + 馬》。改變足以引起輸出狀態(tài)式變化的輸入信號芩狀態(tài)，判斷輸出結(jié)果疼是否發(fā)生預(yù)期變化以判斷該輸入信號是否被正確響應(yīng)。接著還需要為場景0 + )設(shè)計一個對偶場景為( +!^ ,
如果渦+戽式)和(運+晷豕)組成的場景組測試響應(yīng)完全正確，可以判斷出該場景組所經(jīng)過的且已正常翻轉(zhuǎn)的與輸入信號S和輸出信號R相關(guān)的部件為無故障部件。同理，對于任何一個輸出信號裕，總有影響其狀態(tài)的輸入信號岑，同時可能需要輔助其他輸入信號巧。
改變足以引起輸出狀態(tài)Λ/變化的輸入信號巧的狀態(tài)，判斷輸出結(jié)果Λ/是否產(chǎn)生預(yù)期變化
以判斷該輸入信號岑是否被正確響應(yīng)。同樣針對每個輸出信號^ 至少可以編寫兩個場景
( -+/^jSj)和φ, Ε^Ιβ。這些場景可以分為兩類單一場景和復(fù)合場景。單一場景是指從信號輸入到信號輸出僅經(jīng)過一個器件的硬件通道，復(fù)合場景是指從信號輸入到信號輸出經(jīng)過多個器件的硬件通道，同時根據(jù)每個部件的失效率為每個復(fù)合場景通道上的部件分配故障權(quán)重，此通道上所有部件的故障權(quán)重總和應(yīng)為100%。此外還需要一種針對性場景，針對性場景是針對某個器件Λ的單個部件#設(shè)計的場景，用于解決串聯(lián)模型下故障的精確定
位，場景中測試激勵基于上面所述輸入信號來產(chǎn)生，原則上采用使部件的輸入馬和對應(yīng)的輸出Je管腳上能夠產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)的信號，這些場景可描述為(Si +Ft^BlJ , iSt +FtH)。本發(fā)明結(jié)合了基于功能測試的測試法和基于探針測量的測試法，其有益效果是不用更改被測件的技術(shù)狀態(tài)，避免出現(xiàn)因為測試需要而造成人為的技術(shù)狀態(tài)混亂，通過逐步縮小故障器件范圍并采用儀器儀表輔助測量方法最終實現(xiàn)故障定位，在提高自動化程度的同時降低了故障誤判率。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的一個實施例的下位機組成框圖。圖3為本發(fā)明的一個實施例的被測件原理圖。圖4為本發(fā)明的一個實施例中對應(yīng)圖3被測件的適配器原理圖。圖5為本發(fā)明的一個實施例的測試流程示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述， 顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。如圖1所示，本系統(tǒng)包括上位機1、儀表2、程控電源3、網(wǎng)絡(luò)交換機4、被測件5、適配器6、下位機7七個部分。其中上位機1通過GPIB接口與程控電源和儀表相連，通過網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)交換機相連。上位機1為一臺PC機，用于人機交互、數(shù)據(jù)存儲和解析，實現(xiàn)對程控電源3和儀表2 的控制和數(shù)據(jù)采集，存儲測試場景數(shù)據(jù)庫，根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)控制下位機7產(chǎn)生測試激勵，并且將下位機7的測試結(jié)果與數(shù)據(jù)庫場景中的測試響應(yīng)進行比對判斷，進行故障綜合解析。程控電源3為Agilent的4通道均可獨立調(diào)節(jié)的程控直流電源N6702A，通過GPIB 接口與上位機1相連，通過供電線纜與儀表2、被測件5和下位機7相連，程控電源3受上位機1的控制，為儀表2、下位機1和被測件5供電。儀表2包括Agilent數(shù)字示波器6032A和Agilent數(shù)字多用表!M401A，通過GPIB 接口與上位機1相連，受上位機1的控制，實現(xiàn)儀表參數(shù)設(shè)置和信號采集，通過硬件探針與被測件5相連，實現(xiàn)對被測點的信號采集檢測。網(wǎng)絡(luò)交換機4通過網(wǎng)絡(luò)接口與上位機1、被測件5和下位機7相連，實現(xiàn)上位機與下位機，被測件5與下位機之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)傳輸。
下位機7通過網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)交換機相連，通過網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)與上位機1的數(shù)據(jù)交互，接收上位機1的指令產(chǎn)生測試激勵，并對測試響應(yīng)進行采集，上報上位機1，因為被測件的輸入輸出接口與下位機的輸入輸出接口物理位置不可能完全一致，所以下位機7通過適配器6連接被測件5。適配器6是一塊無源的印刷電路板，實現(xiàn)被測件5和下位機7的接口匹配連接。如圖2所示對下位機具體實施例進行說明。下位機具體功能電路包括CPU模塊8、 可編程邏輯器件(FPGA)9、電平轉(zhuǎn)換電路10、驅(qū)動電路11。CPU模塊8采用Digital Logic 的MSM586-SEV-128M-E48，通過PC104總線與可編程邏輯器件(FPGA)9相連，CPU模塊8的網(wǎng)絡(luò)接口與圖1中的網(wǎng)絡(luò)交換機相連，CPU模塊8接收上位機的指令，配合可編程邏輯器件 (FPGA) 9產(chǎn)生被測件所需要的測試激勵，同時將可編程邏輯器件(FPGA) 9采集到的被測件響應(yīng)結(jié)果回送上位機。可編程邏輯器件(FPGA) 9采用Altera的EP2C35F672I8，主要用于產(chǎn)生測試激勵和對被測件響應(yīng)結(jié)果的初步處理。電平轉(zhuǎn)換電路10用于將可編程邏輯器件 (FPGA) 9輸出的TTL信號轉(zhuǎn)換成RS422電平信號，以適應(yīng)被測件輸入輸出接口不同電平的需求。驅(qū)動電路11用于將可編程邏輯器件(FPGA) 9輸出的TTL信號與被測件的TTL信號進行隔離保護。如圖3所示給出一個被測件的具體實施例。下面根據(jù)這個被測件的實施例對發(fā)明進行描述。被測件實現(xiàn)的是4個輸入信號之間的邏輯組合形成8個輸出。其中涉及的器件有D1、D2、D3、D4、D5。Dl為4路與門74HC08，D2、D5為4路非門74HC04, D3為4路或非門 74HC02，D4為8路驅(qū)動器74HCM4。本發(fā)明基于被測件的功能，所以功能上不使用的部分不在檢測的范圍內(nèi)。根據(jù)發(fā)明內(nèi)容中的部件概念，故障檢測只涉及到Dl的1個部件，D2的1 個部件，D3的1個部件，D4的7個部件和D5的1個部件。下表是對每個部件的描述。
權(quán)利要求
1.一種基于功能的數(shù)字電路故障檢測定位系統(tǒng)和方法，其特征是所述的一種基于功能的數(shù)字電路故障檢測定位方法如下根據(jù)被測件的輸入輸出信號設(shè)計單一、復(fù)合、針對性3類測試場景，根據(jù)場景數(shù)據(jù)庫對被測件的硬件通道進行三輪遍歷檢測第一輪單一場景測試找到絕對損壞或絕對正常的器件，第二輪復(fù)合場景測試首先找出絕對正常的通道和器件，同時將響應(yīng)錯誤的通道及器件按照故障發(fā)生概率進行數(shù)學(xué)累加，第三輪針對性場景測試在第二輪測試給出故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對故障概率高且故障次數(shù)多的重點懷疑器件施加針對性激勵并輔助儀表最終判定該器件是否故障；所述一種基于功能的數(shù)字電路故障檢測定位系統(tǒng)，包括上位機、程控電源、儀表、網(wǎng)絡(luò)交換機、下位機、適配器、被測件；上位機用于人機交互，實現(xiàn)對程控電源和儀表的控制和數(shù)據(jù)采集，并存儲場景數(shù)據(jù)庫，通過網(wǎng)絡(luò)控制下位機實現(xiàn)測試激勵的產(chǎn)生，同時對下位機的測試結(jié)果進行綜合解析；程控電源通過數(shù)字接口與上位機相連，程控電源受上位機控制，為下位機和被測件供電；儀表通過數(shù)字接口受控于上位機，通過硬件探針實現(xiàn)對被測件的信號采集；網(wǎng)絡(luò)交換機連接上位機、被測件和下位機；下位機根據(jù)上位機的指令產(chǎn)生測試激勵，并對測試響應(yīng)進行采集并上報上位機； 適配器是一塊無源的印刷電路板，實現(xiàn)被測件和下位機的接口匹配連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于功能的數(shù)字電路故障檢測定位系統(tǒng)和方法，其特征是所述3類測試場景，包括單一場景、復(fù)合場景和針對性場景；其中單一場景選擇輸入/ 輸出之間僅包含單一元器件的通路或通過邏輯判斷能夠準(zhǔn)確而唯一定位的硬件通道設(shè)計， 一旦場景測試不通過即可確定該器件損壞；復(fù)合場景根據(jù)被測件的輸入和輸出信號設(shè)計場景，保證被測件對外的每個輸入和輸出信號均至少翻轉(zhuǎn)一次即0到1或者1到0變化一次，如果能夠使通道上器件的輸入輸出完全翻轉(zhuǎn)一次的場景組測試通過，則認定這個場景組所涉及的已翻轉(zhuǎn)的部件全部正常；針對性場景針對被測件完成功能所涉及的每個器件的每個部件設(shè)計場景，使指定器件的輸入和輸出根據(jù)測試激勵的翻轉(zhuǎn)而翻轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于功能的數(shù)字電路故障檢測定位系統(tǒng)和方法，其特征是下位機包括CPU模塊，可編程邏輯器件，電平轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動電路；CPU模塊通過PC104 總線與可編程邏輯器件相連，CPU模塊的網(wǎng)絡(luò)接口與網(wǎng)絡(luò)交換機相連，CPU模塊接收上位機的指令，配合可編程邏輯器件產(chǎn)生被測件所需要的測試激勵，同時將可編程邏輯器件采集到的被測件響應(yīng)結(jié)果回送上位機，電平轉(zhuǎn)換電路將可編程邏輯器件輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換成 RS422電平信號，以適應(yīng)被測件輸出接口對不同電平的需求，驅(qū)動電路將可編程邏輯器件輸出的TTL信號與被測件的TTL信號進行隔離保護。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于功能測試的數(shù)字電路故障檢測定位系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)由上位機、網(wǎng)路交換機、下位機、程控電源、儀表、被測件、適配器構(gòu)成；該方法根據(jù)被測件的輸入輸出信號設(shè)計單一、復(fù)合、針對性3類測試場景，上位機根據(jù)場景數(shù)據(jù)庫控制下位機對被測件的硬件通道進行三輪遍歷檢測第一輪單一場景測試找到絕對損壞或絕對正常的器件，第二輪復(fù)合場景測試首先找出絕對正常的通道和器件，同時將響應(yīng)錯誤的通道及器件按照故障發(fā)生概率進行數(shù)學(xué)累加，第三輪針對性場景測試在第二輪測試給出故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對故障概率高且故障次數(shù)多的重點懷疑器件施加針對性激勵并輔助儀表最終判定該器件是否故障。本發(fā)明在提高自動化程度的同時降低了故障誤判率。
文檔編號G01R31/3181GK102435938SQ20111033181
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者劉健, 段曉超, 段玲琳, 蘇桂芝, 趙艷麗 申請人:中國電子科技集團公司第三十八研究所