專利名稱：基于Saber的電路故障仿真分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種基于Saber的電路故障仿真分析方法(Saber為美國Synopsys公司的混合系統(tǒng)仿真軟件)，屬于電路故障仿真分析領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
故障仿真技術(shù)是一種為分析系統(tǒng)性能和功能測試而發(fā)展起來的將故障建模、故障注入及系統(tǒng)性能仿真相結(jié)合的分析技術(shù)。它以數(shù)字模擬為手段，通過分析系統(tǒng)內(nèi)部各組成單元的失效機理及其表現(xiàn)形式，在系統(tǒng)原有功能模型基礎(chǔ)上構(gòu)建系統(tǒng)故障仿真模型，實現(xiàn)對存在故障單元的系統(tǒng)進行分析的過程。電路故障仿真是將故障注入和電路仿真相結(jié)合，根據(jù)器件的故障機理，將故障注入到電路中，獲得電路在故障模式下仿真輸出的技術(shù)，是一種實現(xiàn)電路可靠性設(shè)計的有效輔助方法。故障注入是指按照某些策略，人為地將故障引入目標(biāo)系統(tǒng)的過程。在航空航天等領(lǐng)域，對電路可靠性要求極高，器件故障可能會帶來機毀人亡的后果，通過運用電路故障仿真，能夠找出故障影響嚴重的器件，只要電路設(shè)計過程中對這類器件予以重點關(guān)注，可避免嚴重后果產(chǎn)生。另外，在故障診斷領(lǐng)域，故障仿真的輸出結(jié)果是故障字典的重要依據(jù)。在電路故障仿真技術(shù)發(fā)展之前，要想提前獲得電路故障后的影響，常采用的兩種方式是硬件故障注入和軟件故障注入。對于電路而言，硬件故障注入往往會造成電路器件損傷、失效，造成很大的經(jīng)濟損失；而軟件故障注入又存在對某些非程序控制器件不可達的缺點。而基于仿真的故障注入技術(shù)就可以很好的避免此問題，能夠在設(shè)計階段幫助電路設(shè)計人員及早發(fā)現(xiàn)問題，有助于早改進。另外，基于仿真的故障注入成本低，可以無限次的故障注入和仿真，無需花費任何硬件成本。而且采用故障仿真的方式，相對于硬件注入而言， 仿真時間極短。對于電路的故障仿真，就是采用基于仿真的故障注入，前人提出的方法主要有基于硬件描述語言VHDL平臺進行故障建模和仿真。該類故障仿真的優(yōu)點是可以對數(shù)字電路進行故障仿真，缺點是對模擬電路和數(shù)?；旌想娐返墓收蠠o法仿真，因為VHDL平臺本身只能仿真數(shù)字電路，不能仿真模擬電路。針對上述問題，本發(fā)明借助第三方數(shù)?；旌戏抡孳浖?Saber進行故障仿真，不僅可以進行數(shù)字、模擬、數(shù)模混合電路故障仿真，同時也確保了仿真精度和速度。

發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是提供一種基于Saber平臺的故障仿真分析方法，提出了
器件故障模式對應(yīng)的故障仿真模型、故障注入方法，突破Saber平臺與故障仿真之間的接□。2、技術(shù)方案本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明一種基于Saber的電路故障仿真分析方法，其步驟如下步驟一進行Saber電路功能建模和仿真。即按照設(shè)計需求在Saber平臺上繪制電路原理圖，電路原理圖調(diào)試編譯最終符合需求，作為正常電路。將此電路生成網(wǎng)表文件， 進行直流、瞬態(tài)仿真，獲得正常電路仿真結(jié)果。步驟二 確定要仿真的器件故障模式。電路設(shè)計人員需要確定進行哪個器件的哪類故障模式的仿真。步驟三故障建模。每個故障模式對應(yīng)于一個故障仿真模型，建立故障仿真模型的過程即故障建模，故障建模是本發(fā)明的一項重點和難點。故障建模的基礎(chǔ)是細化故障模式，并且要分析研究器件每個故障模式下的表現(xiàn)形式，最終建立基于表現(xiàn)形式的故障仿真模型。建立故障仿真模型是故障仿真的前提。故障建模方法見后列表1所示；此處介紹幾種常用的故障模式對應(yīng)故障仿真模型的建模方 法，以說明故障建模過程1 “開路”故障引腳串接大電阻(IOki歐姆)或者直接斷開；2 “短路”故障引腳之間并聯(lián)小電阻或者直接短接；3 “接觸不良”選擇故障器件任意端接Flash開關(guān)，之后接后端，通過控制Flash 開關(guān)周期為整個仿真時間的一定比例(如10% )達到閃斷效果；4 “參數(shù)漂移”修改器件某個重要的電參數(shù)值，由于該故障模式多中類型器件都會發(fā)生，對于不同器件類型，需要修改的值不同。如電阻需要修改阻值，電容修改容值，電感需要修改電感值。修改之后的值都是在原有基礎(chǔ)上正負漂移一定比例；5 “無輸出”故障器件輸出端接地；6 “參數(shù)超差”故障器件輸出端接增益控制器，改變增益的系數(shù)；7 “保險絲斷不開”保險絲兩端直接短接；8 “保險絲斷開慢”保險絲熔斷電流在原來基礎(chǔ)上增大5% ；步驟四故障注入。故障注入實質(zhì)上是一個將故障仿真模型引入正常電路的過程。 本發(fā)明用到了兩種注入方式手動注入和自動注入。手動注入方式是修改原理圖和元器件參數(shù)設(shè)置。自動注入方式是修改電路網(wǎng)表文件，由于網(wǎng)表文件中每類器件網(wǎng)表語言格式差別很大，一次故障注入需要修改網(wǎng)表文件中幾處內(nèi)容，不同故障模式修改內(nèi)容不同。實現(xiàn)故障自動注入，也是本發(fā)明突破的難點。步驟五故障電路仿真，生成故障仿真結(jié)果。第四步故障注入完成之后，電路就變成了含有故障仿真模型的電路，對此電路仿真即為故障電路仿真，輸出仿真結(jié)果。對于電路仿真，本發(fā)明的創(chuàng)新點就是從后臺直接調(diào)用Saber仿真內(nèi)核(Saber仿真器)進行仿真，實現(xiàn)自動仿真，根據(jù)設(shè)置故障模式的數(shù)量調(diào)用相應(yīng)次數(shù)的仿真，完成一次仿真之后執(zhí)行下次仿真時，Saber仿真器會被再次調(diào)用。這一過程采用程序控制，完全脫離的人的手工操作。步驟六故障判據(jù)設(shè)置。故障判據(jù)實質(zhì)上是判定故障仿真輸出波形是正常還是故障的判定標(biāo)準(zhǔn)。對于模擬信號的判別方法給出兩種方法波形判別法和參數(shù)判別法。參數(shù)判別法要設(shè)置判定起始時間(ms)、判定終止時間(ms)和判定參數(shù)。判定參數(shù)有信號最大值、信號最小值、信號有效值、信號實際值、信號均值、信號絕對均值、信號上升時間、信號下降時間、信號保持時間(高低電平)、信號波形因子、信號波峰因子。如果提取故障仿真輸出的波形參數(shù)值(如信號最大值)與限定的值范圍內(nèi)，則認為波形正常，否則判定波形故障。波形判別法可以判定兩個波形的相似度，采用波形面積計算的方法。波形之間的相差概率叫做差異度，如果故障仿真輸出和正常仿真輸出的差別在差異度允許范圍內(nèi)，則認為是該波形是正常的，否則判定波形為故障。對于數(shù)字信號的故障判定方法主要采用允許跳變時間。如果數(shù)字信號的跳變時間段在允許范圍內(nèi)，則判定波形正常。步驟七給出故障分析結(jié)果。根據(jù)故障判據(jù)判定故障仿真輸出的各個節(jié)點信號是正常還是故障的。故障分析模塊主要是根據(jù)判據(jù)文件中的信息，從仿真文件中獲得各種判定參數(shù)，從而進行故障分析。3、優(yōu)點及功效 本發(fā)明針對已有電路故障仿真只能進行數(shù)字電路仿真的問題，提出在數(shù)?；旌戏抡嫫脚_Saber故障仿真實用方法。另外，增加了很多前人未解決的故障仿真模型，可以仿真 48種故障模式。故障自動注入的實現(xiàn)，大大提高了故障仿真效率。突破了 Saber與故障仿真直接的接口，給出了一套行之有效的信號故障判定方法。


圖1本發(fā)明故障仿真分析方法流程2本發(fā)明實施案例1所選用的放大電路原理3本發(fā)明實施案例1所選用的放大電路的正常仿真輸出波形
圖4本發(fā)明實施案例1所選用的放大電路中q_3p “基極、集電極短路”故障仿真波形圖5本發(fā)明實施案例1所選用的放大電路中q_3p “基極開路”故障仿真波形圖6本發(fā)明實施案例1所選用的放大電路中q_3p “增益等性能的退化”故障仿真波形圖7本發(fā)明實施案例1所選用的放大電路中xl "pp引腳開路”故障仿真波形圖8本發(fā)明實施案例1所選用的放大電路中xl “pp、pm引腳短路”故障仿真波形圖9本發(fā)明實施案例1所選用的放大電路中xl “參數(shù)漂移”故障仿真波形 具體實施例方式本發(fā)明故障仿真分析方法流程圖如圖1所示。本發(fā)明提出的一種基于Saber的電路故障仿真分析方法，其步驟如下步驟一進行Saber電路功能建模和仿真。即按照設(shè)計需求在Saber平臺上繪制電路原理圖，電路原理圖調(diào)試編譯最終符合需求，作為正常電路。將此電路生成網(wǎng)表文件， 進行直流、瞬態(tài)仿真，獲得正常電路仿真結(jié)果。步驟二 確定要仿真的器件故障模式。GJB299C歸納不同種類器件的各種故障模式，比如電阻有開路、短路、參數(shù)漂移故障模式，線型集成電路有輸出超差、無輸出故障模式。電路設(shè)計人員需要確定進行哪個器件的哪類故障模式的仿真，比如要仿真線型集成電路的輸出超差故障模式。如果想對電路的多個器件的多種故障模式進行仿真就形成了故障模式集。步驟三故障建模。每個故障模式對應(yīng)于一個故障仿真模型，建立故障仿真模型的過程即故障建模。為構(gòu)建故障仿真模型，需要先研究器件每個故障模式下的表現(xiàn)形式。但是有些故障模式不夠細化，不能直接進行故障建模，這類故障模式需要先進行量化。本發(fā)明的一部分重點內(nèi)容就是給出器件故障模式對應(yīng)的故障建模方法，如下表1所示。并且提出了故障建模方法在Saber平臺下的具體實現(xiàn)過程，如下表2列舉部分所示。
表1故障建模方法
權(quán)利要求
1. 一種基于Saber的電路故障仿真分析方法，其特征在于該方法步驟如下 步驟一進行Saber電路功能建模和仿真，即按照設(shè)計需求在Saber平臺上繪制電路原理圖，電路原理圖調(diào)試編譯最終符合需求，作為正常電路，將此電路生成網(wǎng)表文件，進行直流、瞬態(tài)仿真，獲得正常電路仿真結(jié)果；步驟二 確定要仿真的器件故障模式；電路設(shè)計人員需要確定進行哪個器件的哪類故障模式的仿真；步驟三故障建模；每個故障模式對應(yīng)于一個故障仿真模型，建立故障仿真模型的過程即故障建模；故障建模的基礎(chǔ)是細化故障模式，并且要分析研究器件每個故障模式下的表現(xiàn)形式，最終建立基于表現(xiàn)形式的故障仿真模型；建立故障仿真模型是故障仿真的前提； 常用的故障模式對應(yīng)故障仿真模型的建模方法如下(1)“開路”:故障引腳串接大電阻(IOltl歐姆)或者直接斷開；(2)“短路”故障引腳之間并聯(lián)小電阻或者直接短接；(3)“接觸不良”擇故障器件任意端接Flash開關(guān)，之后接后端，通過控制Flash開關(guān)周期為整個仿真時間的一定比例(如10% )達到閃斷效果；(4)“參數(shù)漂移”改器件某個重要的電參數(shù)值，由于該故障模式多中類型器件都會發(fā)生，對于不同器件類型，需要修改的值不同。如電阻需要修改阻值，電容修改容值，電感需要修改電感值。修改之后的值都是在原有基礎(chǔ)上正負漂移一定比例；(5)“無輸出”障器件輸出端接地；(6)“參數(shù)超差”障器件輸出端接增益控制器，改變增益的系數(shù)；(7)“保險絲斷不開”險絲兩端直接短接；(8)“保險絲斷開慢”險絲熔斷電流在原來基礎(chǔ)上增大5% ；步驟四故障注入；故障注入實質(zhì)上是一個將故障仿真模型引入正常電路的過程；故障注入有種注入方式手動注入和自動注入；手動注入方式是修改原理圖和元器件參數(shù)設(shè)置；自動注入方式是修改電路網(wǎng)表文件，由于網(wǎng)表文件中每類器件網(wǎng)表語言格式差別很大， 一次故障注入需要修改網(wǎng)表文件中幾處內(nèi)容，不同故障模式修改內(nèi)容不同；步驟五故障電路仿真，生成故障仿真結(jié)果；步驟四故障注入完成之后，電路就變成了含有故障仿真模型的電路，對此電路仿真即為故障電路仿真，輸出仿真結(jié)果；對于電路仿真，就是從后臺直接調(diào)用Saber仿真內(nèi)核即aber仿真器進行仿真，實現(xiàn)自動仿真，根據(jù)設(shè)置故障模式的數(shù)量調(diào)用相應(yīng)次數(shù)的仿真，完成一次仿真之后執(zhí)行下次仿真時，Saber仿真器會被再次調(diào)用，這一過程采用程序控制，完全脫離人的手工操作；步驟六故障判據(jù)設(shè)置；故障判據(jù)實質(zhì)上是判定故障仿真輸出波形是正常還是故障的判定標(biāo)準(zhǔn)；對于模擬信號的判別方法給出兩種方法波形判別法和參數(shù)判別法；參數(shù)判別法要設(shè)置判定起始時間、判定終止時間和判定參數(shù)；判定參數(shù)有信號最大值、信號最小值、信號有效值、信號實際值、信號均值、信號絕對均值、信號上升時間、信號下降時間、信號保持時間即高低電平、信號波形因子、信號波峰因子；如果提取故障仿真輸出的波形參數(shù)值與限定的值范圍內(nèi)，則認為波形正常，否則判定波形故障；波形判別法可以判定兩個波形的相似度，采用波形面積計算的方法；波形之間的相差概率叫做差異度，如果故障仿真輸出和正常仿真輸出的差別在差異度允許范圍內(nèi)，則認為該波形是正常的，否則判定波形為故障。對于數(shù)字信號的故障判定方法主要采用允許跳變時間；如果數(shù)字信號的跳變時間段在允許范圍內(nèi)，則判定波形正常； 步驟七給出故障分析結(jié)果；根據(jù)故障判據(jù)判定故障仿真輸出的各個節(jié)點信號是正常還是故障的；故障分析模塊主要是根據(jù)判據(jù)文件中的信息，從仿真文件中獲得各種判定參數(shù)，從而進行故障分析。
全文摘要
一種基于Saber的電路故障仿真分析方法，其特征在于該方法步驟如下步驟一進行Saber電路功能建模和仿真，步驟二確定要仿真的器件故障模式；步驟三故障建模；步驟四故障注入；步驟五故障電路仿真，生成故障仿真結(jié)果；步驟六故障判據(jù)設(shè)置；步驟七給出故障分析結(jié)果。該方法針對已有電路故障仿真只能進行數(shù)字電路仿真的問題，提出在數(shù)模混合仿真平臺Saber故障仿真實用方法。另外，增加了很多前人未解決的故障仿真模型，可以仿真48種故障模式。故障自動注入的實現(xiàn)，大大提高了故障仿真效率。突破了Saber與故障仿真直接的接口，給出了一套行之有效的信號故障判定方法。
文檔編號G06F17/50GK102156760SQ20101026083
公開日2011年8月17日 申請日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者孫宇鋒, 許健, 趙廣燕, 高婷 申請人:北京航空航天大學(xué)