開(kāi)關(guān)電流電路測(cè)試與故障診斷方法研究.pdf

1、開(kāi)關(guān)電流(Switched Current，SI)技術(shù)是20世紀(jì)80年代末提出的一門(mén)完全采用數(shù)字CMOS工藝技術(shù)的模擬采樣數(shù)據(jù)信號(hào)處理技術(shù)，作為開(kāi)關(guān)電容的替代技術(shù)，開(kāi)關(guān)電流電路是基于電流模的電路，它用離散時(shí)間的取樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)處理連續(xù)時(shí)間的模擬信號(hào)，具有低電壓、低功耗、高速度、芯片而積小、高頻特性好和動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。開(kāi)關(guān)電流技術(shù)不需要線(xiàn)性浮置電容和高性能的運(yùn)算放大器，從而與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容，有利于大規(guī)模集成數(shù)模混合電路的實(shí)現(xiàn)。在離

2、散時(shí)間模擬電路領(lǐng)域，開(kāi)關(guān)電流技術(shù)越來(lái)越被認(rèn)為可以取代開(kāi)關(guān)電容技術(shù)。
　　現(xiàn)代電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展促進(jìn)了片上系統(tǒng)、混合集成電路的大量涌現(xiàn)，也使電子設(shè)備的組成和結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，規(guī)模越來(lái)越龐大，為了提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，對(duì)電路測(cè)試提出了更高、更新的要求，研究高效、順應(yīng)電路發(fā)展需求的故障診斷理論和方法迫在眉睫。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，模擬電路測(cè)試與故障診斷已經(jīng)取得了一定的研究成果。然而，在開(kāi)關(guān)電流電路的測(cè)試和故障診斷方面幾乎仍是空白，這

3、極大地限制了數(shù)字工藝的模擬技術(shù)-開(kāi)關(guān)電流技術(shù)的發(fā)展，而且，開(kāi)關(guān)電流電路中MOS晶體管的非理想性、非零輸出電導(dǎo)、有限帶寬和開(kāi)關(guān)電荷注入等原因決定了開(kāi)關(guān)電流電路測(cè)試和故障診斷是一個(gè)相當(dāng)困難的課題，一直沒(méi)有取得系統(tǒng)性和突破性的進(jìn)展。基于此，本文對(duì)開(kāi)關(guān)電流電路測(cè)試與故障診斷方法進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的研究，對(duì)基于故障模型的開(kāi)關(guān)電流電路硬故障測(cè)試方法作了初步研究，在此基礎(chǔ)上，提出了幾種新的開(kāi)關(guān)電流電路測(cè)試與故障診斷方法并用電路實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。本文完成的

4、主要工作包括：
　　1、綜述了開(kāi)關(guān)電流技術(shù)的發(fā)展及相對(duì)開(kāi)關(guān)電容技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。介紹了開(kāi)關(guān)電流仿真軟件ASIZ及其基本功能及特點(diǎn)。接著詳細(xì)分析了開(kāi)關(guān)電流電路硬故障和軟故障模型，對(duì)基于故障模型的開(kāi)關(guān)電流硬故障測(cè)試方法作了初步研究，對(duì)兩個(gè)電路進(jìn)行了實(shí)例測(cè)試。
　　2、提出了一種用偽隨機(jī)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)電流電路測(cè)試的方法。將偽隨機(jī)激勵(lì)信號(hào)引入到開(kāi)關(guān)電流電路測(cè)試中，討論了偽隨機(jī)測(cè)試技術(shù)在開(kāi)關(guān)電流電路測(cè)試的應(yīng)用，通過(guò)檢測(cè)和對(duì)比故障特征信號(hào)(脈沖

5、響應(yīng)樣本)與器件容差范圍，我們不用明確測(cè)量原始性能參數(shù)，就能正確地對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行故障識(shí)別。討論了偽隨機(jī)激勵(lì)信號(hào)的生成，論述了在工藝制板空間、器件空間、性能空間和識(shí)別特征空間進(jìn)行空間映射的方法以及特征信號(hào)的容差范圍。以一個(gè)5階巴特沃斯低通開(kāi)關(guān)電流濾波器和一個(gè)6階橢圓帶通濾波器為例進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證，對(duì)開(kāi)關(guān)電流電路基本故障類(lèi)型進(jìn)行了仿真測(cè)試，結(jié)果證明了測(cè)試和故障診斷方法的有效性。
　　3、提出了一個(gè)新穎的基于故障字典和熵預(yù)處理的開(kāi)關(guān)電流電

6、路故障診斷方法。該方法應(yīng)用信息熵預(yù)處理技術(shù)來(lái)診斷開(kāi)關(guān)電流電路中的故障，使用一個(gè)數(shù)據(jù)采集板從被測(cè)電路的輸出端提取原始信號(hào)，這些原始數(shù)據(jù)被經(jīng)過(guò)預(yù)處理，找到包含在信號(hào)中的定量度量--信號(hào)的信息熵。該方法通過(guò)高精度分析輸出端信號(hào)，對(duì)開(kāi)關(guān)電流電路中的故障晶體管具有檢測(cè)和識(shí)別能力。利用信息熵預(yù)處理電路響應(yīng)大大降低了故障字典的大小，減少了故障檢測(cè)時(shí)間，并簡(jiǎn)化了故障字典架構(gòu)。該方法不僅能分類(lèi)災(zāi)難性故障，也能定位參數(shù)性故障，它既應(yīng)用于模擬電路又可應(yīng)用于開(kāi)

7、關(guān)電流電路。一個(gè)低通和帶通開(kāi)關(guān)電流濾波器和一個(gè)時(shí)鐘饋通補(bǔ)償電路被用做電路實(shí)例來(lái)驗(yàn)證所提出方法的有效性。結(jié)果表明，所提出的方法僅僅使用一個(gè)特征參數(shù)減少了計(jì)算和故障診斷時(shí)間。
　　4、提出了一個(gè)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)關(guān)電流電路故障診斷方法。該方法利用一個(gè)數(shù)據(jù)采集板從被測(cè)器件的輸出端提取到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的原始訓(xùn)練數(shù)據(jù)，這些原始數(shù)據(jù)通過(guò)特征選擇后，找出信號(hào)的峭度和熵，因此能大大減少神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器輸入端數(shù)目，簡(jiǎn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，減少訓(xùn)練和處理時(shí)間和改善