一種模擬集成電路參數型故障的定位方法
2023-05-28 08:49:11
專利名稱：：一種模擬集成電路參數型故障的定位方法
技術領域：
：本發明屬於集成電路故障診斷領域，特別涉及一種模擬集成電路參數型故障的定位方法。
背景技術：
：模擬集成電路可由於各種原因造成元件參數偏離(漂移)其標稱值，參數偏離可引起電路性能下降，如果參數偏離超出容差範圍，便成為模擬集成電路的參數型故障，這時電路的拓樸結構雖未改變，但會造成電路性能嚴重下降甚至失效。目前，國內外在模擬集成電路參數型故障診斷方面的相關研究十分活躍。典型的故障診斷方法有基於電路傳輸函數係數的參數型故障檢測方法，基於子帶濾波的測試方法。前者是從正常電路的數學描述和電路元件的容差規範出發，預先確定出電路傳輸函數係數的"容差盒(tolerancebox)",隨後利用實測的電路輸入、輸出信息，藉助系統辯識的方法提取被測電路的傳輸函數，如果提取的傳輸函數中的一個或多個係數落到其"容差盒"之外，便可宣告電路中存在故障；但是這種方法只能檢測出電路中是否存在參數型故障，而不能實現故障定位，也不易實現測試自動化。後者是將電路的故障效應置入特定的子帶中觀察，可顯著提高故障的解析度，對檢測參數型故障比較有效；但是在檢測出電路有故障後，若需進一步區分出故障由哪一個元件參數引起，這種方法就存在局限。其他的模擬集成電路參數型故障診斷方法主要有基於測試節點優選的方法，基於多頻靈敏度分析的K故障診斷方法，短路導納參數法，最小二乘小波支持向量機方法，基於聚類預處理和支持向量機的方法，基於kernel特徵提取器的方法，新故障字典方法，基於計算最大Lyapunov指數的方法，模塊級軟故障特徵提取方法，改進故障類重疊方法，模糊軟故障字典法，基於聯合時頻分析的方法，基於特徵空間映射的方法，基於統計理論加速測試的方法，基於供電電流小波分析的方法，基於全局靈敏度計算的方法，等等。這些方法對於模擬集成電路的故障定位，特別是對於多參數型故障定位的效率不高，且存在不易實現診斷自動化的缺陷。
發明內容本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種既能實現模擬集成電路參數型故障定位，滿足高故障診斷精度、高故障解析度和高故障覆蓋率，又能實現故障診斷自動化的模擬集成電路參數型故障定位方法。為實現上述目的，本發明的技術方案如下一種模擬集成電路參數型故障的定位方法，其步驟如下(1)激勵源作用於被測無故障的模擬集成電路，為被測無故障模擬集成電路提供測試激勵信號；被測無故障模擬集成電路的響應經模數轉換，成為無故障數位訊號；對所述無故障數位訊號進行子帶濾波，得到無故障子帶序列。(2)激勵源作用於已知故障的模擬集成電路，為已知故障的模擬集成電路提供測試激勵信號；已知故障的模擬集成電路的響應經模數轉換，成為故障數位訊號；對所述故障數位訊號進行子帶濾波，得到故障子帶序列。(3)對步驟(2)中得到的故障子帶序列和步驟(1)中得到的無故障子帶序列進行相關分析，計算每一個子帶中的故障子帶序列和無故障子帶序列的相關係數，選取相關係數最小的子帶進行隨後的故障診斷，即在該子帶中故障解析度最高；也可選取其他具有高故障解析度的子帶進行故障診斷，如相關係數第2小的子帶等。(4)計算在由步驟(3)確定的相關係數最小的子帶中，無故障子帶序列與故障子帶序列在頻域中的相干函數序列。(5)將時域中的相關分析方法引入頻域，對步驟(4)中計算出的相干函數序列進行相關分析，得到相干函數序列的自相關函數序列。(6)以步驟(5)中得到的相干函數序列的自相關函數序列的定積分值，作為步驟(2)中的模擬集成電路的已知故障的數字特徵。(7)激勵源作用於未知故障的被測模擬集成電路，為被測模擬集成電路提供測試激勵信號。(8)所述被測模擬集成電路的實測響應經模數轉換，成為數位訊號。(9)對所述數位訊號進行子帶濾波，得到子帶濾波序列，選取由步驟(3)確定的相關係數最小的子帶進行故障診斷計算。(10)在所述進行故障診斷的子帶中，計算步驟(9)中得到的子帶濾波序列和步驟(1)中得到的對應無故障子帶序列的相關係數。(11)在所述進行故障診斷的子帶中，計算步驟(9)中得到的子帶濾波序列和步驟(1)中得到的對應無故障子帶序列在頻域中的相干函數序列。(12)將時域中的相關分析方法引入頻域，對步驟(11)中計算出的相干函數序列進行相關分析，得到相干函數序列的自相關函數序列。(13)以步驟(12)中得到的相干函數序列的自相關函數序列的定積分值，作為被測模擬集成電路的未知故障的數字特徵。(14)將步驟(13)中得到的未知故障的數字特徵，與步驟(6)中得到的已知故障的數字特徵進行對比，完成故障定位。(15)故障定位時，可以參考步驟(IO)中得到的相關係數，以得到準確定位。其中，步驟(l)中得到的無故障子帶序列是通過理論計算或實測得到的。步驟(2)中得到的故障子帶序列是通過理論計算或實測得到的。所述測試激勵信號為正弦波信號。為了提高故障解析度，本發明對某一故障下測試響應的觀察通過子帶濾波進行，可以利用小波濾波器組進行子帶濾波。所述小波濾波器組可以是金字塔結構的Haar小波濾波器組，通過2通道濾波器組級聯，實現8子帶濾波。本發明基於現代數位訊號處理技術，將時域中的相關分析方法應用到頻域中的相干函數序列，通過獲得頻域相干函數序列的自相關函數序列，不僅可以提取出模擬集成電路參數型故障的數字特徵，而且可以對多參數型故障實現定位，進而提高參數型故障的覆蓋率。所述頻域中的相干函數序列可以用頻域中的無故障信號頻譜與故障信號頻譜的互相關函數序列代替，以互相關函數序列的自相關函數序列的定積分值，實現對模擬集成電路參數型故障的定位。所述頻域中的相干函數序列也可以用頻域中的無故障信號功率i普與故障信號功率譜的互相關函數序列代替，以互相關函數序列的自相關函數序列的定積分值，實現對模擬集成電路參數型故障的定位。其中，頻域中的相干函數序列和時域中的相關分析方法分別表示如下由維納-辛欽/>式，對平穩信號x(n)的自相關函數序列r"m)施加以下運算，就成為功率譜P《f)，formulaseeoriginaldocumentpage9附>-，—00對兩平穩序列x(n)、y(n)的互相關函數序列iv(m)施加以下運算，可得到互功率譜Pxy(f)，一oO計算頻域中的相干函數序列即WW)相千函數序列Cxy(f)取值在0-1之間，它反映了兩序列功率譜之間相關的關係。對因果能量序列x[n]和y[n],x[n]的自相關函數序列rxx[l]，x[n]和y[n]的互相關函數序列rxy[l],x[n]和y[n]的相關係數pXY分別為formulaseeoriginaldocumentpage9少["—/],/=0,±1,±2,...Ay=w①--formulaseeoriginaldocumentpage10相關係數PXY表徵了兩序列之間的關聯程度，其絕對值在0和1之間。當PxY=0時，序列x[n]和y[n]不相關;pXY=1時，序列x[n]和y[n]完全相同。除此外，pxY取值越接近l,說明序列x[n]和y[n]的關聯性越強；pxY取值越接近O,說明序列x[n]和y[n]的相關性越弱。本發明用相關係數來定量描述某一故障下的輸出和正常輸出間的差異。與現有技術相比，本發明的有益效果是藉助現代數位訊號處理理論，能實現模擬集成電路參數型故障定位，滿足高故障診斷精度、高故障解析度和高故障覆蓋率，能夠實現多參數型故障定位，且通過差異明顯的數位化故障特徵，易於實現故障診斷自動化。圖1是模擬集成電路參數型故障定位方法的工作流程圖。圖2是8通道的金字塔型小波分解結構圖。圖3是狀態變量濾波器的電路圖。圖4是實施例1中第8子帶無故障子帶序列分別與R故障子帶序列、C故障子帶序列在頻域中的相干函數序列圖。圖5是圖4中相干函數序列的自相關函數序列圖。圖6是圖5中R故障相干函數序列的自相關函數序列的積分曲線圖。圖7是圖5中C故障相干函數序列的自相關函數序列的積分曲線圖。圖8是跳蛙濾波器的電路圖。其中-.圖3中，R廣R7分別表示7個電阻；dC2分別表示2個電容。圖8中，R廣Ri3分別表示13個電阻，C廣C4分別表示4個電容。具體實施例方式下面結合附圖，對本發明的優選實施例作進一步的描述。實施例1如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示。選取國際標準電路中的狀態變量濾波器測試本發明的模擬集成電路參數型故障的定位方法。狀態變量濾波器的器件參數P^=R3=R4=R5=R6=R7=10KQ,R2=1KQ,C屍C屍20nF。兩個參數型故障為R故障，電阻R"票移5。/。；C故障，電容C，漂移60/。。(1)激勵源作用於被測無故障狀態變量濾波器，為被測無故障狀態變量濾波器提供測試激勵信號，所述測試激勵信號為頻率l.OKHz、幅值5.0V的正弦波信號；所述被測無故障狀態變量濾波器的響應經模數轉換，成為無故障數位訊號；利用金字塔結構的Haar小波濾波器組對所述無故障數位訊號進行子帶濾波，通過2通道濾波器組級聯，實現8子帶濾波，得到無故障子帶序歹寸。這一步驟是通過實測進行的。(2)激勵源作用於具有R故障和C故障的狀態變量濾波器，為其提供測試激勵信號，所述測試激勵信號為頻率l.OKHz、幅值5.0V的正弦波信號；所述已知故障的狀態變量濾波器的響應經模數轉換，成為故障數位訊號；利用金字塔結構的Haar小波濾波器組對所述故障數位訊號進行子帶濾波，通過2通道濾波器組級聯，實現8子帶濾波，得到R故障子帶序列和C故障子帶序歹'J。這一步驟是通過實測進行的。(3)對步驟(2)中得到的R故障子帶序列、C故障子帶序列和步驟(1)中得到的無故障子帶序列進行相關分析，計算每一個子帶中的R故障子帶序列、C故障子帶序列分別和無故障子帶序列的相關係數，選取相關係數最小的第8子帶進行隨後的故障診斷。(4)計算在第8子帶中，無故障子帶序列分別與R故障子帶序列、C故障子帶序列在頻域中的相干函數序列(見圖4所示)；藉助相干函數序列圖，可見R故障、C故障與無故障輸出的相干度差異明顯，可見利用相干函數從數學上可以區分R故障與C故障，但至此還未形成數位化故障特徵量。(5)將時域中的相關分析方法引入頻域，對步驟(4)中計算出的相干函數序列進行相關分析，得到相干函數序列的自相關函數序列(見圖5所示)；可以看出，R故障相干函數序列的自相關函數序列的包絡呈三角型，C故障相干函數序列的相關函數序列的包絡呈變化緩慢的鐘型，從外形上兩者區分明顯。(6)以步驟(5)中得到的相干函數序列的自相關函數序列的定積分值，作為步驟(2)中的模擬集成電路的已知故障的數字特徵；可以得出R故障和C故障的相千函數序列的自相關函數序列對坐標橫軸的不同延時序號的定積分值(如圖6、圖7所示)；R故障的定積分值為491.7，而C故障在相同積分區間下的定積分值為279.6,兩者相對差值百分比為(491.7-279.6)/279.6=75.9%，這是一個4艮明顯的差異。據此，可以對R故障、C故障進行區分。(7)激勵源作用於未知故障的被測模擬集成電路，為被測模擬集成電路提供測試激勵信號；所述測試激勵信號為頻率l.OKHz、幅值5.0V的正弦波信號。(8)所述被測模擬集成電路的實測響應經模數轉換，成為數位訊號。(9)利用金字塔結構的Haar小波濾波器組對所述數位訊號進行子帶濾波，通過2通道濾波器組級聯，實現8子帶濾波，得到子帶濾波序列，選取第8子帶進行故障診斷計算。(10)在第8子帶中，計算步驟(9)中得到的子帶濾波序列和步驟(1)中得到的對應無故障子帶序列的相關係數；(11)在第8子帶中，計算步驟(9)中得到的子帶濾波序列和步驟(1)中得到的對應無故障子帶序列在頻域中的相干函數序列；(12)將時域中的相關分析方法引入頻域，對步驟(11)中計算出的相干函數序列進行相關分析，得到相干函數序列的自相關函數序列；(13)以步驟(12)中得到的相干函數序列的自相關函數序列的定積分值，作為被測模擬集成電路的未知故障的數字特徵；(14)將步驟(13)中得到的未知故障的數字特徵，與步驟(6)中得到的已知故障的數字特徵進行對比，完成故障定位；(15)故障定位時，可以參考步驟(IO)中得到的相關係數，以得到準確定位。如圖1、圖2、圖8所示。與實施例l相同的地方不再重複敘述，不同之處在於選取國際標準電路中的跳蛙濾波器測試本發明的模擬集成電路參數型故障的定位方法。跳蛙濾波器的器件參數所有電阻R,至Ru阻值皆為IOKQ，電容C產CrO.OljiF,C2=C3=0.02jiF。對IO種多參數型故障組合進行實驗，結果如下表所示。tableseeoriginaldocumentpage14上表中，第l列為故障序號，共實驗了IO種參數型故障組合。第2列為故障，它表示括號中的各個元件皆正漂移5%;#1故障"(d&C2)+5%"表示電容C,和C2各正漂移5%的雙電容參數型故障；#4故障"(C,&C2&C3)+5%，，表示電容d、C2和C3各正漂移5%的三電容參數型故障；#5至#7為雙電阻參數型故障；#8為三電阻故障；#9和#10分別表示雙電阻和雙電容的四元件參數漂移型故障。第3列為所使用進行故障診斷的故障解析度最高的小波子帶，共有8個小波子帶。第4列為對應子帶中故障子帶序列與無故障子帶序列的相關係數，為了提高故障定位的精度，這裡選擇了相關係數最小，即選擇故障下輸出和正常輸出間差異最大的子帶。第5列為相干函數序列的自相關函數序列的定積分值。上表中，所有相關係數值皆低於0.1000,這表示故障子帶序列和無故障子帶序列間的差異明顯，在對應子帶中檢測故障的解析度高。10個故障的相干函數序列的自相關函數序列的定積分值總體差異較明顯，依據此定積分值可以實現故障定位。在個別情形下，如#1和#4故障的定積分值差異不大，似乎定位困難，但若參考相關係數值(#1故障的相關係數僅為#4故障相關係數的1/34)，仍能實現準確的故障定位。對由雙電阻加雙電容共四個元件發生的較複雜的參數型故障，如#9和#10故障，依據本發明得到的定積分值差異反而更大，能得到更加明顯的故障區分。實施例3與實施例l相同的地方不再重複敘述，不同之處在於步驟(l)中得到的無故障子帶序列是通過理論計算得到的。步驟(2)中得到的故障子帶序列是通過理論計算得到的。權利要求1.一種模擬集成電路參數型故障的定位方法，其特徵在於所述模擬集成電路參數型故障的定位方法步驟如下(1)激勵源作用於被測無故障的模擬集成電路，為被測無故障模擬集成電路提供測試激勵信號；被測無故障模擬集成電路的響應經模數轉換，成為無故障數位訊號；對所述無故障數位訊號進行子帶濾波，得到無故障子帶序列；(2)激勵源作用於已知故障的模擬集成電路，為已知故障的模擬集成電路提供測試激勵信號；已知故障的模擬集成電路的響應經模數轉換，成為故障數位訊號；對所述故障數位訊號進行子帶濾波，得到故障子帶序列；(3)對步驟(2)中得到的故障子帶序列和步驟(1)中得到的無故障子帶序列進行相關分析，計算每一個子帶中的故障子帶序列和無故障子帶序列的相關係數，選取相關係數最小的子帶進行隨後的故障診斷；(4)計算在由步驟(3)確定的相關係數最小的子帶中，無故障子帶序列與故障子帶序列在頻域中的相干函數序列；(5)將時域中的相關分析方法引入頻域，對步驟(4)中計算出的相干函數序列進行相關分析，得到相干函數序列的自相關函數序列；(6)以步驟(5)中得到的相干函數序列的自相關函數序列的定積分值，作為步驟(2)中的模擬集成電路的已知故障的數字特徵；(7)激勵源作用於未知故障的被測模擬集成電路，為被測模擬集成電路提供測試激勵信號；(8)所述被測模擬集成電路的實測響應經模數轉換，成為數位訊號；(9)對所述數位訊號進行子帶濾波，得到子帶濾波序列，選取由步驟(3)確定的相關係數最小的子帶進行故障診斷計算；(10)在所述進行故障診斷的子帶中，計算步驟(9)中得到的子帶濾波序列和步驟(1)中得到的對應無故障子帶序列的相關係數；(11)在所述進行故障診斷的子帶中，計算步驟(9)中得到的子帶濾波序列和步驟(1)中得到的對應無故障子帶序列在頻域中的相干函數序列；(12)將時域中的相關分析方法引入頻域，對步驟(11)中計算出的相干函數序列進行相關分析，得到相干函數序列的自相關函數序列；(13)以步驟(12)中得到的相干函數序列的自相關函數序列的定積分值，作為被測模擬集成電路的未知故障的數字特徵；(14)將步驟(13)中得到的未知故障的數字特徵，與步驟(6)中得到的已知故障的數字特徵進行對比，完成故障定位；(15)故障定位時，可以參考步驟(10)中得到的相關係數，以得到準確定位。2.根據權利要求1所述的模擬集成電路參數型故障的定位方法，其特徵在於步驟(1)中得到的無故障子帶序列是通過理論計算或實測得到的。3.根據權利要求1所述的模擬集成電路參數型故障的定位方法，其特徵在於步驟(2)中得到的故障子帶序列是通過理論計算或實測得到的。4.根據權利要求1至3任一所述的模擬集成電路參數型故障的定位方法，其特徵在於所述測試激勵信號為正弦波信號。5.根據權利要求1至3任一所述的模擬集成電路參數型故障的定位方法，其特徵在於利用小波濾波器組進行子帶濾波。6.根據權利要求5所述的模擬集成電路參數型故障的定位方法，其特徵在於所述小波濾波器組為金字塔結構的Haar小波濾波器組，通過2通道濾波器組級Jf關，實現8子帶濾波。全文摘要本發明公開了一種模擬集成電路參數型故障的定位方法。本發明對被測模擬集成電路響應進行子帶濾波後，計算故障子帶濾波序列在故障解析度最高的子帶中，與對應無故障子帶序列的相干函數序列，對相干函數序列進行相關分析，得到相干函數序列的自相關函數序列，以所述相干函數序列的自相關函數序列的定積分值作為故障的數字特徵，實現故障定位。與現有技術相比，本發明能實現模擬集成電路參數型故障定位，滿足高故障診斷精度、高故障解析度和高故障覆蓋率，能夠實現多參數型故障定位，且通過差異明顯的數位化故障特徵，易於實現故障診斷自動化。文檔編號G01R31/28GK101201386SQ200710050969公開日2008年6月18日申請日期2007年12月25日優先權日2007年12月25日發明者李西峰,謝永樂申請人:電子科技大學