直流激励下板内连接型间歇故障测试方法技术

本发明专利技术公开了一种直流激励下板内连接型间歇故障测试方法，目的是解决复杂电子装备板内连接型间歇故障测试漏检率高、效率低的问题。技术方案是先搭建由间歇故障电压耦合模块、信号放大模块、信号比较模块和数据处理模块组成的间歇故障检测系统，并构建测试通路划分模块；由测试通路划分模块对被测电路板的板内连接型间歇故障测试通路进行划分，得到待检测的测试通路集合TL；间歇故障检测系统对TL中测试通路进行间歇故障检测，得到每条测试通路在一段时间内发生间歇故障的总次数。采用本发明专利技术可以检测到持续时间较短的间歇故障并统计得到一段时间内间歇故障发生的次数，测试效率高，避免漏检，且能够最大限度地保证电路板的完好性。

【技术实现步骤摘要】
直流激励下板内连接型间歇故障测试方法
本专利技术涉及一种板内连接型间歇故障测试方法，特别适用于电子设备不解体(不在电路板内部额外增加测试节点)状态下进行电路间歇故障的全面测试。
技术介绍
对于电子装备特别是老化的设备来说，出现无故障发现(NoFaultfound，NFF)的现象频次不断增加，同时隐藏的缺陷难以检测、维修，给机组维修带来很大的困扰，由间歇故障导致的NFF现象，已经成为维修费用最大的来源。NFF现象从认定的层次可以分为三个层级：一是装备级：使用者发现装备运行不正常，在维修时工程师没有测试到异常的现象；二是板级：使用者发现装备运行不正常，在维修时发现了一个故障并将某电路板移除，当对电路板进一步地测试时却发现电路板运行正常；三是零部件级：被移除的电路板发现了故障，并将某零部件进行更换，电路板运行正常，但移除的零部件却没有发现异常。研究人员在电子产品的间歇故障统计试验中发现，80％的间歇故障是由于交互连接的松动和腐蚀导致的，这种间歇故障称为连接型间歇故障，由元器件与电路板之间的连接松动、退化引起的间歇故障一般称为板内连接型间歇故障(H.Qi,S.Ganesan,andM.Pecht.No-fault-foundandintermittentfailuresinelectronicproducts[J].MicroelectronicsReliability,2008,48(5):663-674.H.Qi,S.Ganesan,andM.Pecht.电子产品中的无故障发现与间歇故障[J].微电子可靠性,2008,48(5):663-674)。同时板内间歇故障检测与诊断问题是目前间歇故障领域面对的主要难点，针对板内连接型间歇故障的检测与诊断就显得愈发重要。连接型间歇故障是由电路暂时的断开引起，其原因包括焊点松动、针脚松动或疲劳、热敏感元件、电线断裂或磨损、损坏的电路板线路、噪声元件、连接器腐蚀或氧化。在早期，这种故障看起来像是短时间的小波动、电压下降、或电噪声等，一般不会产生问题，随着幅值和持续时间的增加(进入中期)，系统失效开始随机发生。覆盖板内连接部位故障最简单的方法是穷举法，当然其弱点也是显而易见的，需要增加较多的测试点。在复杂电路板内的连接型间歇故障检测中，存在多条可选的测试通路，可选的测试通路包括测试端口到集成器件引脚之间的通路和集成器件之间的信号通路。针对板内连接型间歇故障测试覆盖问题目前研究还较少，研究多集中于模拟电路故障检测过程中测点的布局，目的是选择最少的测点诊断(检测和隔离)尽可能多的故障，且诊断准确性尽可能高。相关学者在故障字典技术的基础上提出两种启发式测点选择算法，并首次提出整数编码表技术，它利用不同的整数对每个测点的模糊组进行编码，经此步骤，测点选择被转化成一个组合优化问题(P.M.Lin,Y.S.Elcherif,Analoguecircuitsfaultdictionary-anewapproachesandimplementation[J].InternationalJournalofCircuitTheoryandApplications,1985(13):149-172.P.M.Lin,Y.S.Elcherif,模拟电路故障字典技术—一种新的方法和应用[J].国际电路理论与应用学报,1985(13):149-172)。而后，研究重点专注于如何快速、精确地求解该问题，找到待测电路的最优测点集。为此，许多文献提出了不同的优化算法，这些算法可分为贪婪算法和智能优化算法两类。贪婪算法包括包含法和排除法、熵指数方法、启发式图搜索；智能优化算法包括遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等(CuiY,ShiJ,WangZ.AnalogCircuitTestPointSelectionIncorporatingDiscretization-BasedFuzzificationandExtendedFaultDictionarytoHandleComponentTolerances[J].JournalOfElectronicTesting-TheoryAndApplications,2016,32(6):661-679.CuiY,ShiJ,WangZ.考虑元件容差的混合离散模糊与扩展字典法的模拟电路测点选择方法[J].电子测试理论与应用学报,2016,32(6):661-679)。上述方法都是建立在故障字典整数编码技术的基础上的，主要应用于测试性设计阶段，需要进行测前仿真得到足够多的故障参数。在内场维修当中，通常是进行离线的检测，间歇故障与故障参数之间的定量关系也很难通过仿真模拟获得。因此这些方法都无法做到以最小的间歇故障测试通路覆盖最多的板内连接型间歇故障，漏检率高，效率低。如何以最小的间歇故障测试通路覆盖板内连接型间歇故障，尽可能地实现不解体的检测，最大限度地减少测试代价，同时避免漏检，是本领域技术人员极为关注的技术问题。在板内连接型间歇故障测试过程中主要包含两个核心问题，一是采用什么样的间歇故障测试方法能够尽可能地实现不解体的检测，二是基于间歇故障测试方法，如何对电路进行测试通路划分，使得以最少的测试通路实现板内连接型间歇故障的最大覆盖。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对复杂电子装备板内连接型间歇故障测试漏检率高、效率低的问题，提供一种新的间歇故障测试方法，使得以最小的间歇故障测试通路覆盖最多的板内连接型间歇故障，尽可能地实现不解体的检测，最大限度地减少测试代价，同时避免漏检。本专利技术能够应用于装备板内的连接型间歇故障的离线测试过程当中，适用于电子装备维修时的间歇故障检测与诊断。本专利技术提出的板内连接型间歇故障测试方法的技术方案为：第一步，搭建间歇故障检测系统。间歇故障检测系统与被测电路板、测试通路划分模块相连，它由间歇故障电压耦合模块、信号放大模块、信号比较模块和数据处理模块组成。间歇故障电压耦合模块是一个电容，电容取值范围为10-50pF。间歇故障电压耦合模块与被测电路板、信号放大模块相连，它从被测电路板捕获间歇故障信号(即由间歇故障引起的电压变化信号)，将间歇故障信号发送给信号放大模块。信号放大模块是一个反相比例运放电路，与间歇故障电压耦合模块、信号比较模块相连，它从间歇故障电压耦合模块接收间歇故障信号，将间歇故障信号进行放大，将放大的间歇故障信号发送给信号比较模块，放大倍数取值为2-5之间。信号比较模块是一个比较电路，与信号放大模块、数据处理模块相连，它从信号放大模块接收放大的间歇故障信号，将放大后的间歇故障信号(也是放大的故障电压信号)与设定的故障电压阈值UU进行比较(故障电压阈值根据正常情况下电压变化的范围进行设定，即若线缆正常工作时电压变化范围为[U1,U2]，U1为线缆正常工作时电压变化范围的下限值，U2为线缆正常工作时电压变化范围的上限值，那么故障电压阈值则为U2)。比较后的结果为数字高低电平，将比较结果发送给数据处理模块。数据处理模块与信号比较模块相连，从信号比较模块收数字高低电平，根据数字电平的高低判断有无间歇故障发生，并统计一段时间T内间歇故障发生的次数，T的大小根据检测方的需求进行设定，范围为0-30分钟.第二步，构建测试通路划分模块。测试通路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流激励下板内连接型间歇故障测试方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，搭建间歇故障检测系统：间歇故障检测系统与被测电路板、测试通路划分模块相连，间歇故障检测系统由间歇故障电压耦合模块、信号放大模块、信号比较模块和数据处理模块组成；间歇故障电压耦合模块是一个电容，间歇故障电压耦合模块与被测电路板、信号放大模块相连，它从被测电路板捕获间歇故障信号即由间歇故障引起的电压变化信号，将间歇故障信号发送给信号放大模块；信号放大模块是一个反相比例运放电路，与间歇故障电压耦合模块、信号比较模块相连，它从间歇故障电压耦合模块接收间歇故障信号，将间歇故障信号进行放大，将放大的间歇故障信号发送给信号比较模块；信号比较模块是一个比较电路，与信号放大模块、数据处理模块相连，它从信号放大模块接收放大的间歇故障信号，将放大后的间歇故障信号与设定的故障电压阈值UU进行比较，比较后的结果为数字高低电平，将比较结果发送给数据处理模块；数据处理模块与信号比较模块相连，从信号比较模块收数字高低电平，根据数字电平的高低判断有无间歇故障发生，并统计一段时间T内间歇故障发生的次数；第二步，构建测试通路划分模块：测试通路划分模块与被测电路板、间歇故障检测系统相连，测试通路划分模块是安装在电脑中的一个软件，对被测电路板进行测试通路划分，得到测试通路集合TL，将测试通路集合TL输出到间歇故障检测系统；第三步，测试通路划分模块对被测电路板的板内连接型间歇故障测试通路进行划分，得到待检测的测试通路集合TL，具体步骤是：3.1根据被测电路板电路原理图，构建直流激励下的电路网络模型，方法是：3.1.1从电路原理图获得在直流激励下板内元器件与PCB板之间的连接关系和元器件之间的连接关系；3.1.2根据板内元器件与PCB板之间和元器件之间的连接关系建立电路网络模型G(V,E)，G(V,E)是一个图，V为节点集合，E为边集合；方法是：电路网络模型中节点表示电路中可以设置的测试节点或地节点，V＝[v1,v2,...vi...,vI]，I为节点总数，1≤i≤I，边表示不同节点之间的连接线，边的集合E＝[e1,e2,...en,...eN]，N为网络中边的总数，1≤n≤N；3.2根据电路网络模型G(V,E)确定节点度为1的节点与地节点，如果节点度为1的节点和地节点重合，统称为地节点v0；在G中将地节点去除，得到新的电路网络节点V1，V1＝V‑{v0}；3.3确定V1中激励信号输入节点：如果V1中存在M个节点度为1的节点，M为整数且M≥1，得到M个激励信号输入节点v1,v2,...vm,...,vM，构成激励信号输入节点集合V2，V2＝[v1,v2,...vm,...,vM]，1≤m≤M；3.4采用图遍历搜索算法，对v1,v2,...vm,...,vM与地节点v0之间的路径分别进行搜索，得到M个测试激励信号输入节点与地节点之间的所有路径，即v1,v2,...vm,...,vM与v0之间的路径集合{L1‑0,L2‑0,...Lm‑0...,LM‑0}，令测试通路集合TL＝{L1‑0,L2‑0,...Lm‑0...,LM‑0}，Lm‑0也是集合，表示节点vm与v0之间的所有路径；第四步，从测试通路集合TL中选取测试通路进行间歇故障检测，步骤为：4.1初始化变量m，m的初始值为1；4.2从TL中选取测试通路Lm‑0进行间歇故障检测，从激励信号输入端注入直流激励信号，并在激励源与Lm‑0之间添加一个保护电阻R；第五步，间歇故障检测系统对被测电路板的板内连接型间歇故障进行检测，方法是5.1间歇故障检测系统中的间歇故障电压耦合模块与保护电阻R后端进行连接，捕获Lm‑0的间歇故障信号即故障电压信号；5.2间歇故障电压耦合模块将捕获到的间歇故障信号发送给信号放大模块；5.3信号放大模块对收到的间歇故障信号进行放大，将放大后的间歇故障信号传送给信号比较模块；5.4信号比较模块将放大后的间歇故障信号与故障电压阈值UU进行比较，若间歇故障信号小于UU，向数据处理模块输出低电平数字信号，即数字0，若间歇故障信号大于UU，则向数据处理模块输出的高电平数字信号，即数字1；5.5数据处理模块从信号比较模块接收数字信号，按以下步骤对这些数字信号进行处理：5.5.1设定一个计时器与计时变量t，t初始值为0，设定检测时间长度T，定义一个计数变量am，令am＝0，计时器开始计时；5.5.2对接收的数字信号进行判断，若存在高电平，则说明测试通路Lm‑0有间歇故障发生，转5.5.3，否则说明此时测试通路Lm‑0没有发生间歇故障，转5.5.4；5.5.3计数变量am加1；5.5.4判断时间变量t是否小于T，若仍小于T，返回5.5.2，对Lm‑0进行下一次的间歇故障检测，若t等于或大于T，转5.6，得到测试通路Lm‑0在一段时间T内发生...

【技术特征摘要】
1.一种直流激励下板内连接型间歇故障测试方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，搭建间歇故障检测系统：间歇故障检测系统与被测电路板、测试通路划分模块相连，间歇故障检测系统由间歇故障电压耦合模块、信号放大模块、信号比较模块和数据处理模块组成；间歇故障电压耦合模块是一个电容，间歇故障电压耦合模块与被测电路板、信号放大模块相连，它从被测电路板捕获间歇故障信号即由间歇故障引起的电压变化信号，将间歇故障信号发送给信号放大模块；信号放大模块是一个反相比例运放电路，与间歇故障电压耦合模块、信号比较模块相连，它从间歇故障电压耦合模块接收间歇故障信号，将间歇故障信号进行放大，将放大的间歇故障信号发送给信号比较模块；信号比较模块是一个比较电路，与信号放大模块、数据处理模块相连，它从信号放大模块接收放大的间歇故障信号，将放大后的间歇故障信号与设定的故障电压阈值UU进行比较，比较后的结果为数字高低电平，将比较结果发送给数据处理模块；数据处理模块与信号比较模块相连，从信号比较模块收数字高低电平，根据数字电平的高低判断有无间歇故障发生，并统计一段时间T内间歇故障发生的次数；第二步，构建测试通路划分模块：测试通路划分模块与被测电路板、间歇故障检测系统相连，测试通路划分模块是安装在电脑中的一个软件，对被测电路板进行测试通路划分，得到测试通路集合TL，将测试通路集合TL输出到间歇故障检测系统；第三步，测试通路划分模块对被测电路板的板内连接型间歇故障测试通路进行划分，得到待检测的测试通路集合TL，具体步骤是：3.1根据被测电路板电路原理图，构建直流激励下的电路网络模型，方法是：3.1.1从电路原理图获得在直流激励下板内元器件与PCB板之间的连接关系和元器件之间的连接关系；3.1.2根据板内元器件与PCB板之间和元器件之间的连接关系建立电路网络模型G(V,E)，G(V,E)是一个图，V为节点集合，E为边集合；方法是：电路网络模型中节点表示电路中可以设置的测试节点或地节点，V＝[v1,v2,...vi...,vI]，I为节点总数，1≤i≤I，边表示不同节点之间的连接线，边的集合E＝[e1,e2,...en,...eN]，N为网络中边的总数，1≤n≤N；3.2根据电路网络模型G(V,E)确定节点度为1的节点与地节点，如果节点度为1的节点和地节点重合，统称为地节点v0；在G中将地节点去除，得到新的电路网络节点V1，V1＝V-{v0}；3.3确定V1中激励信号输入节点：如果V1中存在M个节点度为1的节点，M为整数且M≥1，得到M个激励信号输入节点v1,v2,...vm,...,vM，构成激励信号输入节点集合V2，V2＝[v1,v2,...vm,...,vM]，1≤m≤M；3.4采用图遍历搜索算法，对v1,v2,...vm,...,vM与地节点v0之间的路径分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冠军，李华康，吕克洪，邱静，张勇，杨鹏，陈柏良，李乾，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43