硕士论文bit机内测试方法在数字矿山综合通信控制器中的应用研究

硕士论文--BIT机内测试方法在数字矿山综合通信控制器中的应用研究摘要数字矿综合通信控制器是数字矿通信平台的核心设备,支撑着矿山氽业的生产调度和救灾通信。随着矿山生产规模不断扩大,数字矿山综合通信控制器的数量持续增长,网络的复杂程度将不断提高,导致可靠性降低、维护成本和维修难度增加。机内测试是系统主装备不用外部测试设备就能完成对系统、分系统或设备的功能检查、故障诊断与隔离以及性能测试。研究机内测试理论在数字矿山综合通信控制器中的应用,可明显的增加其可测试性和故障诊断能力、缩短维护时间、提高可靠性。首先,论文介绍了数字矿山综合通信控制器的设计架构、功能和应用,并结合机内测试理论以及数字矿山综合通信控制器的电路特点,依次对无线模块、光电交换模块、射频定位模块、电能管理模块和光电复合缆模块建立了故障模式。然后,论文阐述了数字矿山综合通信控制器设计的总体思想,给出其装置的工作模式和功能,并按模块介绍、故障特征分析和方法设计的步骤,分别对数字矿山综合通信控制器内部模块设计方法。最后,论文给出了数字矿山综合通信控制器装置的软硬件方案,依次对测试点与信号调理电路、单片机和以太网通信电路、电源电路和人机交互电路进行设计;设计了数字矿山综合通信控制器程序为例设计各模块软件流程图;设计研发了集成装置的数字矿山综合通信控制器的工业产品,实际应用表明,该装置具有良好的测试与故障诊断能力。关键词:数字矿山综合通信控制器,,测试性设计?’,.’,。.’.,.,..,,,.,..,,.,,,,.;’?,’.,,..:
第一章绪论硕:学位论文第一章绪论.课题研究背景矿山企业是以自然资源丌发利用为对象的生产企业。采矿作业的工作环境恶劣,特别足矿山井下,工作空问狭小,潮湿、淋水、矿尘大,有易燃、易爆丁燃性气体和腐蚀性气体,会发生冒顶和片帮事故,还有其他突发性事故。建设以数字矿山综合通信控制器为核心组成的数字矿山通信网络,利用该网络全面监控矿井作业情况,对井下工作人员以及设备进行实时定位与跟踪,实现矿井作业的可知化、可视化以及可控化,特别是在事故发生后,有效为事故救灾和事后分析提供帮助,显得异常重要。因此,数字矿山综合通信控制器组成的数字矿山通信网络是矿山安全生产的支撑平台和基础工程【】,可以说是矿山安全的“血管”和“神经”。数字矿山综合通信控制器及其组成的通信网络是一个复杂的电子通信系统,该系统有机融合无线.接入网、双绞线以太网、。光纤以太网和长距离直流输配电网络等通信和电子技术,承载着无线语音、无线视频、有线视频、射频定位和设备监控等多种混合通信数据的传输【】,为.、.无线监控摄像头、以太网控摄像头、射频卡、可编程逻辑控制器、无线数据采集器和工业控制计算机等数种安全监控与生产控制设备提供了通信平台’。随着矿山生产过程中掘进深度不断加深,开采面不断扩大,不仅通信控制器的数量和通信网络的拓扑结构会不断变化,而且该网络内的通信装置和设备呈几何级数上升,导致通信控制器和通信网络的容量和功能不断扩张,复杂度越来越高,从而使通信控制器的维护成本和维修时间增加、可靠性降低。因此,将改善系统测试和故障诊断能力、提高系统可靠性、降低维修成本、缩短维护时间的机内测试技术应用于数字矿山综合通信控制器内,可明显的增加综合通信控制器的测试性和故障诊断能力、缩短维护时问、提高其可靠性。.和测试性简介机内测试理论,简称.,是指系统主装备不用外部测试设备就能完成对系统、分系统或设备的功能检查、故障诊断与隔离以及性能测试,是联机检测技术的新发展【。同时,也是提高系统可测试性进而提高系统工作可靠性、减少系统维护费用的关键技术口。系统可测试性足指在一定环境下,系统能够及时准确地确定其状态可工作、硕学位论文第一章绪论不可工作或性能下降并隔离其内部故障的设计特性,以提高系统测试性为目的的设计被称为测试性设计【】。测试性作为产品的一种重要性能为人们所认识是在世纪年代中期。年,.等人在《设备自动测试性设计》一文中首次提出了测试性的概念。随后,测试性相继用于诊断电路的设计及其他各个领域。年,美国海军电子实验室的机内测试设计指南、美围空军的模块化自动测试设备计划等都涉及到测试性的研究。年,美国国防部联合后勤司令部建立了自动测试专业委员会以协调并指导自动测试计划的实施,该委员会下设自动测试性技术协调组,负责国防部系统测试性研究计划的组织、协调和实施。同年月,美国国防部颁发的?.通告??《设备或系统的、外部测试、故障隔离和测实行特性要求的炎症及评价》规定了测试性的验证、评价方法和程序。年,美国国防部办法的..《系统及设备维修性管理大纲》特别强调测试性是维修性大纲的一个重要组成部分,承认及外部测试不仅对维修性影响重大,而且影响到武器系统得采购及寿命周期费用。年,美国国防部颁发了..电子系统及设备的测试性大纲》,该大纲把测试性作为与可靠性及维修性等州的设计要求,并规定了电子系统及设备各研制阶段中应实施的测试性分析、设计及验证的要求及实施方法【。.一的颁发标志着测试性已成为一门与可靠性、维修性并列的独立学科。.国内外研究现状国外理论和技术研究主要由大型航空公司和军火生产企业发起。大型航空公司例如波音公司、休斯公司和格鲁曼公司在自动化设计和的应用研究等方面都发挥了重要的领导作用,并且成功的把最先进的理论、技术和方法应用到他们生产的各种军、民用飞机中,其理论和技术都代表了世界领先水平。。例如波音公司为了减少机载设备维修时间、降低航班延误次数、,减少航班营运费用,其客机设计从年代丌始大量采用技术,使波音、、等大型宽体客机的故障隔离时间和维修时间大大缩短,提高了飞机的出勤可靠度。此外,欧洲的一些著名军工企业生产的先进武器中也进行了一定程度的测试性和设计,例如瑞士厄罩空一康特拉夫斯公司生产的双牵引高炮系统,不但武器性能世界一流,而且测试性设计相当完善。国外最早制定设计规范的是美国航空无线电公司烈,该公司实质上是一个由美国各大型飞机制造公司、航空运输公司、少数国外空运公司、客第一章绪论硕:学位论文运公司组成的类似于行业协会的组织,它在航空电子业各种标准的制定方面做出了突出贡献,它制定的设计和使用指南》和《机载维修设计指南》为美国民用飞机的规范化和推广发挥了重要作用。年代后期,美国国防部率先制定了军用装备的设计指南,用于统一各种武器装备的设计规范。年代后期,技术迅速的应用于飞机、舰船、战车等诸多领域【:美军战斗机.、/.、.、轰炸机.、隐性战斗机.、主战坦克都大量采用了设计:具有良好设计的海军.警戒和武器控制雷达装备巡洋舰和驱逐舰之后,成为战斗力升级的重要组成部分。年代美军新一代军事装备从系统设计研制开始就非常重视技术的设计和应用,使得美军新一代武器装备的维修性、测试性以及战备完好性都上了一个新台阶。我国技术的起步大致从世纪年代中后期开始。如航空系统所应用多状态系统可靠性理论、马尔代夫方法、贝叶斯方法等,在测试性和论证、权衡、设计、分析、仿真、验证等方面完成了多项研究工作,并承担了原国防科工委类技术课题“技术在非电子系统合设备中的应用研究;航空系统所、所与北京航空航天大学合作,出版了有关、测试性的专著,并开发了、测试性分析软件;信息产业部所在研究指挥自动化系统监控技术的基础上,现正在制定“指挥自动化系统监控行业规范”;此外,航空系统所也进行了“测试性及诊断技术的应用于发展研究。年,由国内相关单位发起的“测试性、技术研讨会”,曾对测试性、及诊断技术的设计、应用和发展进行过全面研讨;年,国内有关主管部门专门立项对技术进行预先研究。目前,我国的研制主要集中在大型武器装备系统,其中最为典型的是各式雷达系引和机载装备【】。西安所研制的某型雷达的系统兼有检测、诊断和控制功能,成为系统调试不可缺少的技术手段,该系统除了实现操作自动化外,还可以实时豁视系统的运行状态,在故障发生时,能以在线或脱机的方式将故障定位到可更换的模块。该系统设计充分利用雷达系统多微机的特点,在各个分系统中结合检测电路和微机接口实现了雷达分系统的故障隔离,不但能够将数字电路故障隔离到板级,而且结合/转换开关可以将模拟电路定位到可更换模块。依据“软件与硬件结合,以软件为主,人工与自动结合,以自动为主”的原则,该系统的测试大多由软件自动完成,且投入运行后效果良好。由南京电子技术研究所研制的某型雷达的系统,提出了对于大型复杂设备的分布式检测、集中式控制处理的设计原则,把雷达系统得故障检测和硕:学位论文第一章绪论性能检测融为一体,改变了仅具备故障检测能力的惯例。通过在数据处理中采用多次检测、多次传送、相关处理、多数判决等手段,提高了故障定位率,减少了虚警。国内其他研究应用的成果还有航空系统所的某型飞机计算机控制子系统的设计,对加电、周期和启动进行了研究和实现;电子部所的某型机载抗干扰电台的测试性设计研究;以及某型导弹发射车基于微机系统的设计。总体来看,我国的理论、技术和应用大致处于美国年代初期的水平,目前国内对的研究工作主要有相关的研究所承担,研制对象主要是雷达系统和机载设备。各单位在各自领域都积累了相当多的研制经验,并相继形成自己的设计体制和规范。.论文的研究内容和章节安排论文的主要工作足研究理论和技术在数字矿山综合通信控制器中的应用。通过分析数字矿山综合通信控制器的结构和组成模块,对内部模块建立了故障模式,针对内部模块的故障模式设计了各模块的测试技术,并设计了数字矿山综合通信控制器系统的硬件和软件。论文的内容安排如下:第一章足绪论。本章介绍了课题研究的背景,分析了目前国内外理论和技术发展的现状,确立了论文的研究重点和论文的重要工作,并给出了论文的组织结构。第二章是机内测试理论。本章介绍了机内测试理论的基本概念及其作用,总结了机内测试理论在应用过程中的通用设计法则和常见的设计技术,给出常用的电子设备模块划分方法,提出了测试点的选择和设置时需要注意的问题。第三章是数字矿山综合通信控制器的电路分析和故障模式建立。本章介绍了数字矿山综合通信控制器和数字矿山综合通信网,归纳出数字矿山综合通信控制器的电路特点;本章还分析了电路故障的定义和成因,并对电路故障进行分类,在此基础上依次对无线模块、光电交换模块、射频定位模块、电能管理模块和光电复合缆模块建立了相应的故障模式。第四章是数字矿山综合通信控制器设计思想及各模块方法设计。本章阐述数字矿山综合通信控制器设计的总体思想,给出其系统的工作模式和功能后,设计无线模块、光电交换模块、射频定位模块、电能管理模块和光电复合缆的方法。第五章是数字矿山综合通信控制器装置的硬件和软件设计。本章首先设硕学位论文第一尊绪论计了数字矿山综合通信控制器装置的硬件方案,依次给出测试点与信号调理电路、单片机和以太网通信电路、电源电路和人机交互电路详细的设计过程。然后给出数字矿山综合通信控制器装置的软件主流程和电能管理模块单路.变换器程序的设计过程;设计研发了集成装置的数字矿山综合通信控制器的工业产品,实际应用表明,该装置具有良好的测试与故障诊断能力。第六章是总结与展望。总结论文的主要工作,并对下一步的研究工作提出建议。硕士学位论文第二章机内测试理论第二章机内测试理论故障诊断和维修是研究系统和设备使用过程中对系统故障进行处理的理论和方法,而测试性、维修性和可靠性是从产品设计角度研究处理系统故障的方法。本章阐述机内测试理论的内涵和相关技术、常用的电子设备模块划分的方法,和测试点的选择和设置中注意的问题,为下一章对数字矿山综合通信控制器的电路分析和故障模式建立提供理论基础。.基本概念..测试及相关概念测试是指为了证实系统或部件是否满足规定要求,利用手工或自动设备对其进行测量或评定的过程。测试可进一步分为自动测试和手动测试、外部测试和机内测试。示,即嵌入式测试支持技术、测试设备和测试程序。嵌入式测试支持技术包括机内测试、测试性、自调整核容错设计等;测试设备包括自动和手工两类,以及设备本身的自校准;测试程序组合包括为启动和执行某一给定的测试所需的测试程序、接口装置、测试程序说明和辅助数据的组合。此外,诊断和预测同属于测试设备与测试支持技术的一个不可分割的组成部分。备备?预测第二章机内测试理论硕:学位论文测试性定义为系统或设备能够及时并准确确定其状态可工作、不可工作或性能降低并隔离其内部故障的一种设计特性。这个定义强调测试性是一种设计特性,在系统研制的不同阶段中应分别实施测试性分析、设计和验证,以保证系统具有所要求的测试性。测试性与可靠性密切相关,任何不能被检测出的故障状态的存在对系统的可靠性都有直接的影响。通过采用测试性好的设备可以减少末被检测出故障的发生,进而提高可靠性。当然,为改善系统的测试性有时必须增加附加的硬件或软件,这将降低系统的基本可靠性。测试性还与维修性及可用性直接相关,因为具有良好测试性的系统将减少故障检测及隔离时间,进而减少平均修复时间,提高可靠性。..诊断及基本概念诊断定义为检测和隔离故障的活动。诊断对系统或设备施加物理或电气激励以产生可测量的响应,进而确定系统是否发生故障并查明故障的原因。诊断技术指的足,在确定和隔离故障时所执行的功能和采用的技术。因此,通过改善诊断技术、提供快速故障定位的方法将减少系统的停机时间,提高系统的可用性。诊断与测试性同属于测试技术范畴,但他们是两个不同的概念,其区别在于诊断强调的是故障检测与隔离的过程,测试性强调的是系统的设计特性。例如,飞机仪表盘上的综合告警器,当出现发动机过热或液压系统压力过低等症候时发出告警,但它不能隔离发动机冷却系统和液压系统发生故障的部件。所以严格的说,它不属于诊断的范畴,它表示飞机具有告警的设计特性,属于测试性。诊断能力指的是,与检测和隔离故障有关的所有能力,包括机内测试、自动测试、手工测试、维修辅助措施、技术资料及人员和培训等。系统的渗断能力设计到任务可靠性、人力、技术水平、维修方案、部署和保障工作等凶素,必须从更高的角度束强调渗断能力,把它作为影响武器系统维修工时和战备完好率的重要因素来考虑。综合诊断定义通过考虑和综合所有相关的诊断要素如测试性、自动及手工测试、培训、维修辅助措施和技术资料等获得最大的诊断效能的一种结构化的设计和管理过程。这个过程包括建立产品设计、工程应用、测试性、可靠性、维修性、人素工程和保障性分析相互间的关系。综合诊断的目标是经济有效的检测和准确隔离系统及设备中所有可能的故障,以满足系统的功能和性能要求。硕:学位论文第一:章机内测试理论..机内测试、机内测试设备和自动测试设备的概念机内测试即,在固内学术界的翻译还有很多种如机内自检测、机内白测试、机内自检等等。国外对的定义很多,但是最基本的含义大致相同,下面为美军标..对的定义:的含义是系统主装备不用外部测试设备就能完成对系统、分系统或设备的功能检查、故障诊断与隔离以及性能测试,它是联机检测技术的新发展。随着电子系统复杂性的提高,已经成为改善系统诊断能力的一种重要途径。通过自动检测和隔离故障,使系统或设备的显著减小,提高系统的可用性;通过减少维修人员的数量、降低对维修人员技术水平的要求,进而降低使用及保障费用。然而,并不能解决全部的维修问题,它增加了系统的重量、尺寸、复杂性及费用。因此,在系统没计初期必须对采用进行权衡分析,对采用和外部测试设备,以及的形式做出权衡决策川。机内测试设备是用于执行检测和隔离放障的设备。自动测试设备是用来自动的对功能或状态参数进行测试以确定性能降低的程度并隔离故障的设备。属于外部测试设备,在使用中必须用专门的运载工具运送,或安装在专门的维修车间内。在系统设计中对和进行权衡时必须考虑技术人员数量和水平、设备重量与尺寸,可靠性及维修性、后勤负担、测试频繁程度及费用等凶素。.的作用理论与技术是改善系统或设备测试性与诊断能力的重要途径。现代化武器系统设计非常复杂,而试验和维修手段仍然采用常规方法,这就是推动技术产生、发展的原动力。是测试和维修的重要手段,它使以系统中用手工完成的绝大多数测试实现了自动化。以大量应用的军用领域为例,技术在提高武器装备测试性和维修性、简化测试维修设备、提高测试维修效率、降低测试维修费用等方面起到了极大作用。在复杂的航空电子系统和设备中,手工完成的基层级设备检测要占用%以上的维修工时来进行测试、故障诊断和隔离,使用技术则至少可以降低%的维修时问;的好处不仅体现在设计定型试验中,而且也体现在设备的生产、安装、检验、训练和维修过程中。美国公司生产的新一代一型警戒和武器控制雷达采用技术,使得系统试验时间从周缩短到周,设备安装检验时间缩短了%,同时人员培训的训练课时减少了%:单就设备前期的设计、试验成本而言,这种雷达与早期没有系统的.硕:学位论文第一二章机内测试理论雷达相比,这套系统就大致节约美元。.飞机由于重视了可靠性、维修性、测试性及设计,减少了维修工时和维修人员数量。美国海军队飞机的调查研究表明,若对/.、一、.、.四个机种的项关键产品的测试性、可靠性、维修性包括和诊断技术进行改进,将减少维修费用%,即.亿美元财年。舰推进系统非电子设备的研究表明:应用可使每条舰每年的维修费用减少力.美元。简言之,理论和技术的重要作用有【:提高诊断能力:具有良好的层次性设计的可以自动测试芯片、电路板、系统各级故障,实现故障检测、故障隔离自动化:简化设备维修:的应用可以大量减少维修资料、通用测试设备、备件补给库存量、维修人员数量;降低总体费用:虽在一定程度上增加了产品设计难度和生产成本,但综合试验、维修、检测和提高设备可靠性等各个方面来看,能显著降低产品全寿命周期费用。.设计原则在工程设计中有一些基本的设计原则,按照这些原则设计可保证装置和系统的测试性要求九。..设计的基本要求应该作为系统设计的一部分,从系统设计丌始就加以考虑,设计应该贯穿于产品设计的各个阶段;根据使用维修和测试要求,系统、分系统和设备都可分别设计必要的电路;故障检测器的设计应保证满足操作人员和维修人员的要求;电路的可靠性必须高于被测设备的可靠性。电路的故障率在任何情况下都不能超过被测试设备故障率的%,即、的可靠性优于被测设备一个数量等级【】;关键电压应能够进行目视监控;电路中的故障不影响系统功能;必须设计成故障安全的,电路本身的故障或连线错误应导致一个故障指示;容差的设计应保证在预期的工作环境中故障检测率最大而虚警率最硕:学位论义第二章机内测试理论低;电路应尽可能应用微处理器和微诊断器用于测试与监控:设计增鼍限制,电路和装置组成的电子系统设计的增量不应超过电子系统电路的%;电路或装置的重量、体积和功耗应不超过设计要求的限制;设计费用要求:在满足设计要求的前提下,的设计成本应该最低。..软件的设计要求测试时间应保持在一个合理的水平,模块中的程序的运行时间应限制与分钟以内;程序通常由一个处理机控制。如果在模块中存在一个这样的处理机,那么该程序即可由从外部控制;在软件设计和测试领域,负责最终项目设计和验证测试开发的人员应是同一个【;提供测试序列的人工控制方法,以便可以有选择地进行独立测试或进行适当的组合测试;诊断程序的有效性与电路、的类型和质量以及设备内部测试点所监控的数量和位置有很大的关系;无论是数据的输入还是输出,系统数据和测试数据应该区分开。例如输出中测试信号没有被抑制,那么测试信号会被借口硬件误认为是一个命令或蒙混的数据,这将影响测试任务;当监控给定功能数据的输出时要给出足够的容差。容差的值取决于具体的应用,但容差绝不能小于脱机维修中所用的测试设备的容差,否则将导致重测合格、题;把足够的存储容量分配给易失性存储器,以确保关键测试程序和数据的完整性;系统应用软件应适时检验硬件故障,应用软件的设计应包括足够的中断和陷阱能力,保证数据库在遭破坏或者丢失有关错误信息之前,能立即处理并存储硬件检测到的错误;测试到的故障信息应存入非易失存储器中;系统软件程序应包括一个自引导程序或具有相同功能的程序,以建立最大工作指令集。利用最大工作指令集就可以正确建立其他指令,这样即可验证整个系统控制指令集。第二章机内测试理论硕士学位论文.常用设计技术..余度技术可以通过在设计中重复被测的功能电路产生余度来实现【。余度单元和被测电路接受相同的功能输入信号,通过比较这两个电路的输出即可了解电路的工作状态,如果输出值不同并且其差超过某一阈值,那么就说明电路发生了故障。余度通常较为昂贵,原因是整个模块是重复的,并且需要附加一些用于实现余度的硬件。所以通常只用于关键功能部件中。余度的一个主要优点是它可在模块执行其功能的同时运行,附加的电路不会影响功能电路。图.所示是余度设计的例子,在该例子中,模拟电路被重复;输出间的差别可以进行比较。如果差别超过了预先设定的门限,那么就会产生故障信号并锁定故障。信号信号图?余度原理示意图另外还可以利用多个余度单元,余度单元数越多,故障检测和隔离的能力越强。如果存在两个或两个以上余度单元,就可隔离到故障的余度单元。信号和每个余度单元的输出信号被反馈到能比较这些信号的电路。这种类型的比较电路通常是采用表决电路的形式,与多数信号相违背的信号即可确定为故障信号,而其他相类似的信号则认为是正确的。..环绕技术环绕技术目前已成为测试微处理机系统的一种标准的方法【,引,被测系统可能是单个微处理机电路板或由许多这类电路板所组成的系统。图.所示是一个典型的以微处理机为基础的系统,它由一个微处理机、一条地址总线、一条数据总线、一个与操作员有关的只读存储器和为用户软件提供硕上学位论文第二章机内测试理论的随机存储器、一个与来自微处理机的数据相一致的可编程接口组件组成。来自微处理机的信号穿过该接口组件,通过与这些输出有关的电路,输出到运算电路,从运算电路返回的信号通过输入线和其他可编程接口组件认返回到微处理机。运算电路可能包含在装有微处理机的电路板本身,也可能装在系统中一个或多个电路板上。数据输出数据输入图数据测试环绕器件的环绕设计的例子。在该例中,在正常使用期间,微处理机输出从数字信号变成模拟信号,输入从模拟信号变成数字信号。当启动时,模拟输出被连接到模拟输入,由微处理机进行信号检查。信号数据输出输入信号输入图环绕设计原理图环绕技术适用于电路板、模块或分系统级。不管电路是单个电路板、模块还是由许多电路板、模块组成的分系统,只要微处理机对一定数量的电路有影响,那么该技术就是使用的。环绕技术对机内测试或自测试是非常有用的,目前在工业界已成为一种标准方法。第二章机内测试理论硕十学位论文..扫描技术随着数字电路复杂性的增加,可全面覆盖故障范围的测试码模式已经变得更加复杂和冗长。从而使得测试人员几乎不可能人工开发出一个全面的模式集,所以有必要开发自动测试工具帮助测试人员对数字电路进行测试。然而,由于数字电路规模目前已很大,且呈连续增长的趋势,这样利用自动测试工具也会在费用和进度上带来无法承受的后果。扫描技术就是为了解决此类问题而出现的,它是一组将组合逻辑和时序逻辑分解成离散的、易于测试的组的设计技术【】。扫描设计时基于数字逻辑可以划分成数组由时序逻辑分离的组合逻辑这个事实而进行的,如图?所示。时序逻辑时序逻辑时序逻辑电路电路电路图扫描设计电路的划分在扫描技术中,电路应设计成具有两种工作模式,即正常功能模式和测试模式。对于测试模式电路,将任意测试码模式移位到触发电路中。在某时间段内,通过将电路恢复到正常模式,组合电路可能对触发器内容和主要输入信号产生影响,并将结果存储在触发器重,电路转入测试模式后将触发器中的内容取出并与正确响应相比较。扫描技术的一个基本要求是保证能从两个不同来源将数据输入到系统的触发器中。完成这项工作的一种方法是对系统触发器增加夺路转换器,另一种方法是将系统触发器更换为双端触发器。扫描技术一般用于部件级。当前,和非芯片均可使用这项技术。此外,该技术也可适用于电路板或模块级,可望用于黑盒子或分系统级及系统级本身。尽管在较高产品层次扫描技术尚不成熟,但在改进能力方面该技术还是非常有用的。..特征分析一般来讲,特征分析是一种用于将要评价的序列信号数字值压缩成称为特征的少量二进制位的技术】。在这里,特征分析定义为一种利用一个或多个线硕十:学位论文第二章机内测试理论性反馈移位寄存器产生伪随机和一个或多个以压缩合成模式并与存储的已知正确结果相比较的技术。该方法的优点是所要求的电路数少,测试速度快,消除了逻辑导出测试矢量的过程。不足之处是在某些测试状态下可能失真并因此减小故障覆盖率。图给出了使用特征分析执行的电路的例子【】,在执行测试模式期间,输入被伪随机序列产生器转换到规定的输入,每次当测试被激励后,这些信号必须重复一系列值。故障图特征分析原理图特征分析器中数据压缩可通过接受每个电路时钟循环的数据来进行。在特征分析器内主要是一个多数如移位寄存器,根据以前的数据相关寄存器反馈状态,以真实或补码逻辑状态将数据输入到。该特征就是一个能表示具体电路节点和具体测量时钟间隔相关的逻辑活动的特征数。节点行为的任何变化都将产生一个能指出可能电路缺陷的不同特征。为产生一个有意义的特征,应保证节点上只有一个逻辑状态变化。串行数据与开始、结束及时钟信号一起被移位到寄存器。只要通过移位寄存器计算足够多的模式,剩余部分即可唯一地确定节点状态。输入激励矢量可以由机载软件或外部源如或电路内仿真程序提供。特征分析通常使用伪随机输入。具有伪随机输入的特征分析的有效性随着时序器件数和高输入与门器件的增加而减小。特征分析的基本方案是“肘节线”,即从一个逻辑状态变成另一个逻辑状态的逻辑节点组成的线。如果在某测试序列中,有些逻辑节点的状态从不变化,那么从该节点上就只能得到很少的信息。这些节点通常是指模块上以及封装内的逻辑节点。另一方面,如果对那个电路来讲,在某一正确时刻,一节点以适当的方式主动变化,那么就可得到有效的信息和可能的结果。引起节点出现肘节的信号是“激励。在自测试中,激励由产品本身提供。这样,就可产生一种可以控制的环境,在该环境中所选择的电路可以独立地测试。硕学化论文第一二章机内测试理论另外,必须控制特征发生器的同步和测量问隔。在微处理机系统中,所需的激励只是一个能利用系统其他部分的程序通常在中。利用微处理机的数据操作能力,产生可控模块中各个器件的激励模式是不难的。通常系统越复杂,使用特征的作用就越大。产生激励的另一种方法足利用穷举调试,即通过二进制计数器将所有的一个输入组合加到被测电路。这种方法可以对电路进行全部测试,但问题是当输入数大于个时,测试时间就会变得很长,以至于无法接受。解决这个问题的方法足仅将可能的输入加到电路被测的部分,而不必加到整个电路。这种方法的一个简单应用是对输出不是与所有输入都有关的电路。我们知道通常大部分组合网络均有不只一个输出,且在许多情况下,每个输出仅与部分输入有关,这样在进行穷举调试时,只要考虑与某输出有关的输入即可,而不必将所有输入均考虑。例如,假设某个网络有个输入和个输出,每个输出仅与个输入有关,那么在对该电路的每个输出进行穷举调试时,我们只需利用个输入模式既可,这样对于个输出,则只需×个输入模式。实际上如果输入模式选择恰当,对个输出还可以同时而不是顺序进行测试,这样测试模式可以更少。对于实际工作来讲,这种方法还显得测试时间过长,所以人们往往在此方法基础上将电路划分成几个部分,然后再进行调试。大部分现代电路不是综合的,于是不能利用穷举调试。对于这种情况,可以将激励测试点分配在之问以驱动时序电路和计数器对组合电路的一部分进行穷举测试。这种方法可能要求增加门电路以将组合电路分成时序电路。..机内逻辑观察该技术是利用扫描通道和电平敏感扫描设计方案与特征分析方案相结合的技术。机内逻辑观察的设计利用寄存器或锁存器作为组成单元。寄存器是一个能够作为锁存器、线性移位寄存器、多输入移位寄存器、伪随机发生器或复位寄存器的电路。在正常使用期间,寄存器作为正常寄存器,通过输入控制信号可以控’出端。在正常工作期间,这些寄存器作为锁存器,利用外部控制可以将它们置位不同的工作模式,通过加入串行数据,可以激励移位寄存器。要运行,首先将寄存器设置于适当的模式并激励,被置于伪随机数发生器模式,它将输出一系列非常接近随机模式的数字模式,利用该机存器可以迅速产生可重复的随机模式,这些序列就是伪随机数模式,被置于一个多输入移位寄存器模式,同样也被串行激励。可以作为一个硕七学位论文第二章机内测试理论数据压缩设备并产生特征。信号输入测试结果信号输出图机内逻辑块观察器原理图寄存器被作为一个伪随机数发生器使用,其输出是随机模式,如果应用足够多的模式的话,它可以测试组合逻辑,测试结果被存储起来作为寄存器中的一个特征,完成一定量的模式以后,可以从寄存器中将这些特征扫描输出与正确特征进行比较。该技术解决了对随即模式敏感的组合网络测试生成和故障模拟问题。..并行测试技术到目前为止,所介绍的技术从性质上讲没有一种是并行技术。例如,扫描设计、特性分析或环绕技术等均不是并行技术,因为当实施这些测试时,不能同时执行主系统的功能。另外从特性上来讲,这些技术也是数字式的,不能有效的处理模拟电路,也就是说,当要求进行并行测试或对模拟电路进行测试时,大部分上面所介绍的技术都是不适用的。从特性上将,并行测试可以是无源的,也可以是有源的。被动方法仅利用监控电路确定各级信号是否正确。有源电路则要求施加一个激励,然后进行测量,后者要求在分时基础上进行,以便不会干扰并行系统工作~。目前,在工业界,有许多并行技术,并且已应用了很多年,如奇偶性技术,该技术可用于确定一个是否落在代码传输中或是否由于噪声注入一个。奇偶技术是一种并行测试。剩余代码是另一种联机或并行测试技术。剩余代码利一个经大大简化设计的重复电路进行并行使用以便对有疑问的信号的剩余部分实施检查见图.。如果该辅助电路发现某些错误,那么主电路就很可能已经发硕上学位论文第二章机内测试理论生故障。败图剩余代码图是利用闭环控制系统和任何其他外围设备间的信号循环来完成剩余代码。当信息从传送到外围设备或相反时,就会激励一个自激计数器。如果在接受端接收的信号在一定时间内没有被认可,那么计数器的溢出就会产生中断,并通知使用人员闭环已经破坏。中断,图看门狗计数器此外,利用容错类的代码页可以进行并行测试,如开发一些纠错和错误检测代码用于测试等,其不足是需要提供附加硬件以提供错误检测、改正的能力。..模拟电路技术许多电子系统是由模拟和数字电路组成的,这些模拟部分可能是简单的直流电路,也可能包括机械或环境信号。一般来讲,模拟设备故障类型及现象要比其对应的数字设备复杂的多,尽管某些模拟电阻的短路和开路的影响可能是不显著的,不会造成正常状态下的使用性能的明显下降。这一点与数字电路不同,对数字电路来讲,一个故障最终将引起一个错误的输出。在给定的一定范围内,模拟硕十学位论文第二章机内测试理论信号可能有一个无限的数值,而数字信号在某一个时间点,每一给定节点只有有限的几组值。模拟电路测试的最主要困难不是需要测试的变量数目,而是信号参数的偏差。数字信号有一个置位时钟频率和置位电平,而模拟信号频率水平可能连续变化且可能包括调制到载波上的多个复杂信号。超过临界容差的故障模式由于过滤和补偿等因素可能不会被检测出。只有在一级或多级故障发生后,故障部件的影响才会检测到。当检测率要求接近%时,测试门限设定接近于参数的使用极限以便观察错综复杂的二次故障,但这样会增加由于瞬态噪声或测量误差造成指示故障实际无故障的概率,所以,提高故障覆盖率可能会导致虚警率增大。模拟技术从性质来讲可能是主动的或者被动的【刀。主动施加激励通常是一种比较完整的测试,因为利用施加的主动激励可以达到较高的故障覆盖率。然而,被动监控具有低复杂性、低费用和干扰少的优点。在实际工作中应注意主动施加激励和被动监控的权衡,该权衡取决于测试硬件的数量和系统所需的故障覆盖率。以比较器为例,这种类型的类似于数字电路设计中的特性分析。把一个已知值输入到被测电路,然后将其输出与正确的已知值或功能进行比较。图.给出了一个比较器电路。这种类型的设计可以应用到多种类型的模拟电路,的输出被处理与预期的值比较。激励故障复位信号信号输入信号输出当前,独立配置的系统中基本上看不到模拟电路,经常看到的是由模拟电路和数字电路组成的混合电路。将模拟信号变换成数字信号非常有用,所有信号均可以数字模式进行处理,同一微处理机就可以用于设置阈值、修改阈值而以数字电路几乎相同的方式对模拟电路进行调节【¨。此外,该技术也可以有助于硕:学位论义第二章机内测试理论智能方案,在此方案中如果发生一个故障,微处理机即可确定该事实并对可疑的电路部分测试及此,这种循环方案可用于确定故障是否仅仅是瞬态的或是硬故障】。.电子产品的模块划分电子产品复杂性和综合程度的提高使得电子产品故障检测和隔离同益困难,解决这个问题最有效的方法是在电子产品测试性设计中对电子产品进行模块划分【引。这项工作通常在系统逻辑功能确定后进行,通过划分将完整的系统分解成几个较小的、本身可以作为测试单元的子系统,从而保证可以准确确定故障位置。.设备级的划分功能划分功能划分是指对较为复杂的系统或者设备按照其功能实现模块化的方法。该方法可确定故障检测和隔离所需要的测试点。如果在系统或设备的研制中保证每个组件块均代表一个封闭的功能单元,那么就可以对该系统或设备进行功能划分。进行功能划分有两个主要优点:一是有助于测试程序的定义;二是便于故障定位。物理划分在设备级,也可以采用物理划分,即根据电路种类划分。对于混合电路,如果可能的话,应将其分为模拟和数字两部分并分配到不同的组件内。.组件级的划分在组件级进行电路划分时,应保证划分所产生的元件组从电器上分解为便于测试的模块。功能划分同系统或设备级一样,元件组的构成应保证每个元件组的功能独立,同时应保证独立功能元件不应再空间上相互重叠。物理划分如果元件组由混合电路组成,且可进行功能分解,那么应尽可能在局部对模拟和数字功能进行分离。逻辑系列划分当设计某些功能时,我们可能希望获得只有通过某些技术/‘能达到的特殊性能,如利用射极耦合逻辑获得高速度,利用技术获得低功耗。如果需要将集中技术综合使用,那么就必须保证测试连接器处的逻辑信号必须相同,接口应设计一致,以避免由于采用不同技术所带来硕:学位论义第:章机内测试理论的匹配问题。电源电压分割划分对于复杂组件,如果结构上不可分离的话,那么就应从电器上进行划分,为了便于测试,去掉一个或者多个有源组件如集成电路的任一条电源线。这样整个功能就可按照一组子功能对待,其中每个子功能可以在不考虑其他子功能的情况下进行单独测试。.测试点的选择和设置测试点足故障检测及隔离的基.,测试点选择的好坏直接影响到被测系统测试性的好坏。测试点选择的基本原则是测试点要能保证使故障检测率和故障隔离率最佳。.测试点的类型一般来说,测试点主要有三类:无源测试点、有源测试点、有源和无源测试点。无源测试点无源测试点是指在电路内某些节点上可以提供测试对象瞬问状态的测试点。通常信号能同时转移个其他功能块的节点扇出节点,几个信号能汇合到一个最终输出信号的:节点扇入节点,余度电路中信号分支或者综合的节点以及各功能块之问的连接点均是无源测试点。无源测试点仅用于观察电路内部情况,不能检测对内部的影响及其外部行为。有源测试点有源测试点允许在测试过程中对电路内部过程产生影响和进行控制。在测试程序设计中应特别注意这样的外部干扰,测试程序的规模与有源测试点的选择有关。有源测试点的选择应保证只需在有源测试点的输入上施加有限的测试矢量就能精确的确定电路状态,测试点的数量应保证安排合理、数量最少、故障隔离能力最佳。有源测试点主要的功能有:引入模拟信号;数字电路初始化例如重置计数器和移位寄存器;借助于门电路中断反馈回路;中断内部时钟信号以便从外部施加时钟信号。有源和无源测试点它主要用在数字总线结构中,在测试期间,设备作为一个总线器件链接到总线本身。这些测试点对测试过程中既有有源影响也有无源影响:在有源状态,它是一个控制器;在无源状态,它是一个接收器。.测试点的特性硕:学位论文第一:章机内测试理论选择测试点的条件有:确认故障是否存在或性能参数是否有不允许的变化;在当前修理级,确认故障位置;对一个设备或组件的功能测试保证以前的故障已经排除、性能参数不行允许的变化已经消除、设备或组件已经可以重新使用;利用外部测试仪器进行测量,在这种情况下,测试点可能需要附加一些缓冲器、驱动器或隔离电路以保证在没有信号失真的情况下链接。测试点应保证在制造和维修的各阶段即设备级、组件级和单个电路板级均是适用的。测试点选择应保证与自动或手动测试设备的测试兼容。通过附加维护连接器或工作连接器可达的电路节点通常认为是单纯的面向制造或者维修的测试点。另外还有一种测试点,他们通过工作或维护连接器被引到外部,这些测试点通常安装在组件上探针焊点,纯粹是一种面向制造或维修的特性,他们主要用于组件及或模块级以简化部件故障定位,这类测试点通常用测试探针、传感头等进行人工模拟或观察。在印制电路板上这类测试点应保证外部可达。最后需要指出的是测试点在电路文件中应清晰标出。.测试点的选择测试点的选择是测试性设计的一个重要步骤,测试点选择是否恰当直接关系到系统、设备等的测试性水平。因而,在测试点选择时,应进行充分的分析、研究,认真做好下述工作:确切的