模擬電路性能減弱問題檢測與診斷策略探討

彭麗君

（天門職業(yè)學(xué)院，湖北 天門431700）

1 概述

在20 世紀(jì)60 年代初期，國外著名學(xué)者伯科維茨首次發(fā)表了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的可解性研究報告，從那以后電子領(lǐng)域大批的學(xué)者與專家投入到模擬電路故障診斷方面的研究工作上，取得了較大的研究成果，并先后提出多種診斷方法?，F(xiàn)階段針對模擬電路故障診斷方面世界上普遍認(rèn)同的方法有兩種，分別是測前模擬法以及測后模擬法[1]。其中，測前模擬法主要表示為正式測試工作開始前進(jìn)行的故障仿真模擬，并在測試過程中獲得故障對比表，再以該對比表為基礎(chǔ)對測試獲得的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行復(fù)核，以此來獲得較為準(zhǔn)確的故障信息，該類模擬法中較為經(jīng)典且應(yīng)用普遍的方法為故障字典法。測后模擬法是在完成電路測試后，根據(jù)取得的數(shù)據(jù)信息開展模擬分析工作，并獲取診斷數(shù)據(jù)與結(jié)果，該類模擬法中較為經(jīng)典的方法為參數(shù)分析法以及故障檢驗(yàn)法[2]?，F(xiàn)階段針對模擬電路診斷方面的研究主要傾向于故障檢測以及定位，但是對故障參數(shù)辨別方面的研究不多。為了解決彌補(bǔ)這樣的空缺，本文從單一故障以及多故障診斷兩個方面對退化型故障進(jìn)行定位以及參數(shù)辨別，為提高模擬電路性能減弱問題檢測與診斷水平提供幫助。

2 模擬電路問題概述

本文研究的模擬電路性能減弱性故障主要是指由于元件參數(shù)出現(xiàn)漂移造成的電路功能性障礙[3]。該電路不僅能夠增添測試信號，同時還可以對電路中的響應(yīng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測，并將這些節(jié)點(diǎn)稱為可及測試點(diǎn)，簡稱為測試點(diǎn)。

假如研究的模擬電路L 中總共涵蓋了m 個需要檢測的元件Rm以及n 個測試點(diǎn)，其中m 大于1，n 數(shù)量介于1 和m 之間。此外假設(shè)在h 節(jié)點(diǎn)以及f 節(jié)點(diǎn)之間只存在一個電路元件Rhf，其中h 與f 的數(shù)值不相等，并且均大于1。在進(jìn)行模擬電路故障檢測前，已經(jīng)明確了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及所有元件參數(shù)數(shù)值，設(shè)定激勵源形式為電流源。假如模擬電路中m′個元件出現(xiàn)了漂移故障，其中m′介于1 和m 之間，通過各個測試點(diǎn)獲得的電壓值，準(zhǔn)確且迅速查找出問題元件，同時核算出該元件的漂移數(shù)值[4]。

3 模擬電路問題檢測與診斷策略

3.1 模擬電路單故障診斷方法

假如模擬電路中h 節(jié)點(diǎn)與f 節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的某個元件Rhf 出現(xiàn)漂移，使得導(dǎo)納從Yhf變化成Yhf+ΔYhf，并同步導(dǎo)致了該范圍內(nèi)的測試點(diǎn)電壓從ei轉(zhuǎn)變成ei+Δei，由此可以獲得測試點(diǎn)i 處的電壓變化數(shù)值為：

通過對上述公式分析可得，假如模擬電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及測試點(diǎn)總數(shù)與方位固定不變時，只對激勵節(jié)點(diǎn)方位進(jìn)行變更，由此可以獲得相對于的對比電路，這時模擬電路中任意一個元件Rhf相比較與初始電路以及對比電路的測試點(diǎn)i′均可以得到一個電壓靈敏性數(shù)值，兩者之間的比值等同于各個模擬電路中i測試點(diǎn)以及i′測試點(diǎn)處的電壓增量比值[5]。

3.2 模擬電路多故障診斷方法

模擬電路故障字典主要適用于單一故障的元件定位與診斷，當(dāng)電路中出現(xiàn)多個故障點(diǎn)時，則不能夠直接利用故障字典來查找問題元件[6]。為了解決這樣的問題，本研究中引入了網(wǎng)絡(luò)撕裂法，能夠很好的滿足模擬電路多故障的診斷要求。具體來說，這種方法是主要利用變化電路中的某個激勵節(jié)點(diǎn)，從而產(chǎn)生一個新的對比電路，緊接著基于相同的方法以及相同的位置將初始電路和對比電路拆分成若干個子電路，并且保證每個子電路中不會出現(xiàn)兩個以上的問題元件，通過這種方式將多問題電路成功劃分為多個單故障電路，在這種情況下就可以利用故障字典來查找與定位各個問題元件。

通過變化激勵節(jié)點(diǎn)方位，可以得到一個全新的對比電路L（1），見圖1。

圖1 對比電路L（1）

采取網(wǎng)絡(luò)撕裂法，將多問題模擬電路轉(zhuǎn)變?yōu)槿舾蓚€子電路，分別為和，對應(yīng)的電路圖如圖2 和圖3 所示。

圖2 對比電路L（1）中的子電路

圖3 對比電路L（1）中的子電路

假設(shè)在進(jìn)行故障診斷過程中，某個子電路中查找出兩個及以上的問題元件，則需要將該電路繼續(xù)劃分為兩個二級子電路，緊接著變化激勵節(jié)點(diǎn)方位，得到相對應(yīng)的二級對比電路，再利用單問題電路故障檢查方法進(jìn)行問題元件定位，若只檢測出單個問題元件，則該子電路問題元件檢測工作結(jié)束；若在二級子電路中查找到兩個及以上問題元件，則再將其劃分為兩個三級子電路，以此類推，直至診斷出所有的問題元件[7]。

4 實(shí)例仿真模擬

如圖4 為線性模擬電路L 示意圖，節(jié)點(diǎn)1～4 為測試點(diǎn)，電路圖中元件的額定參數(shù)值分別為：R1、R5 以及R9 均為18Ω；R2、R6 為8Ω；R3 為38Ω；R4、R7 以及R8 均為38Ω；電流Is 為0.8A。改變激勵節(jié)點(diǎn)方位，得到比較電路圖，如圖5 所示。

圖4 線性模擬電路L

圖5 對比電路L（1）

利用仿真電路可以知道L 以及L（1）兩個電路的節(jié)點(diǎn)電壓的靈敏度數(shù)值，采用Aim以及Aim’表示，通過分析靈敏度數(shù)值可以獲得故障字典，如表1。

表1 故障字典

5 結(jié)論

綜上所述，以往的模擬電路故障檢測主要是針對故障檢測與定位，而本文重點(diǎn)進(jìn)行問題元件定位以及漂移量確定，并從單故障電路與多故障電路兩個方面分別探究了模擬電路性能減弱問題的診斷方法，為提高模擬電路開發(fā)水平提供幫助。