[发明专利]一种模拟集成电路的故障诊断及参数辨识方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路测试领域，特别涉及一种模拟集成电路的故障诊断及参数辨识方法。

背景技术

可观测世界的信号主要是模拟信号，这决定了模拟电路具有不可替代性，模拟电路故障诊断的重要性也日益突出，业界对系统级、电路板级和芯片级的高质量故障诊断技术有着紧迫的需求。当前，相对日益成熟的数字集成电路的故障诊断方法，模拟集成电路故障诊断技术明显落后，因为模拟电路自身具有不同于数字电路的特点，例如：很难在不破坏连接关系的情况下进行电流测量，缺少像数字电路中广泛使用的固定为“1”或“0”那样简捷的故障模型，信号值有无限多个状态，器件容差的影响，电路响应和器件特征之间的非线性关系等等。

模拟集成电路的故障可分为灾难型故障(硬故障)和参数型故障(软故障)；其中，灾难型故障的诊断可以借鉴数字电路故障诊断方法，而参数型故障的容差特性却是模拟集成电路故障诊断和参数辨识中的难题。由于参数容差的影响，成功应用于数字电路故障诊断的故障模型难以适用于模拟电路参数型故障诊断，这就是前些年已经提出的IEEE P1149.4标准在模拟和混合信号电路中仍没有得到广泛实用的主要原因之一。另一方面，可接触的测试节点受限这一事实也增加了模拟电路参数型故障诊断的难度。模拟电路故障诊断通常是指故障检测和故障定位。为了提高定位精度，需要被测电路提供大量可接触的测试节点，但受封装和系统集成的限制，这往往是难以满足的，因为大量的实际电路往往只有输出端可以进行可接触的测量，这给模拟电路的参数型故障诊断提出了难题。

目前，针对模拟集成电路进行故障诊断的典型方法有：子带滤波方法和基于灵敏度计算的模糊分析方法。前者可以检测模拟电路参数故障，但是该方法难于进行故障定位。后者可实现线性模拟电路的参数型故障诊断，并从理论上可以诊断单故障和多故障，但该方法对处理故障诊断中容差特性效果欠佳。其它的模拟电路故障诊断方法还有采对非线性关系的线性近似法，该方法需要解被测电路线性方程来实现故障特征提取，对电路中的非线性效应的处理结果不理想；还有斜率模型法，该方法对参数容差问题仍然没有得到满意解决，还存在算法复杂度较大、计算时间过长的弊端。

对一般的应用场合，故障检测和故障定位也能满足需要，如在检测与定位出故障后，及时维修或更换故障器件或模块，使电路或电子系统重新恢复正常工作。但随着工程技术领域对可靠性的更高、更苛刻要求，仅有故障检测和故障定位是不够的，例如，在电路与电子系统的故障辨识、系统剩余寿命估计，以及器件失效机理分析、根据系统实用中的可靠性特性以改进系统设计等环节中，仅知道故障部位(故障定位)是远远不够的，这时还需要知道故障状态，即需要对故障器件进行参数辨识以提供更多更具体的故障信息。一般而言，相比故障诊断，故障参数的辨识要困难许多。高质量地辨识模拟器件故障参数的成熟方法目前鲜有报道，但此项工作是目前工程实际中的急需。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种对模拟器件兼有故障诊断和故障参数辨识的模拟集成电路故障诊断及参数辨识方法，不仅对处理故障诊断中容差特性效果好，故障定位准确，计算效率高，而且将故障诊断与故障参数辨识一体化处理、易于工程实施。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的基本原理是：根据采样定理，当采样频率高于信号最高频率的2倍时，一个连续时间信号完全可以用该信号在等时间间隔点上的样本值来表示，并且可以用这些样本值把该信号全部恢复出来。这说明，按采样定理对被测电路测试响应信号的取样，不会丢失被测电路的状态信息，将这些离散取样值组织为方阵，将被测电路状态的改变(如故障)对应为矩阵特征值的扰动，从这种扰动中得到被测电路的状态信息，下文将较详细说明这种方法在数学上的正确性、工程实施上的可行性和技术优势。

设Y(t)和分别表示模拟电路在周期正弦信号X(t)激励下的无故障响应信号和实际输出信号，ΔY(t)是相对Y(t)的改变量，即：