1.引言

在工業(yè)現(xiàn)場、國防軍事、航空航天等領域需要利用電路自身資源進行快速的故障診斷，即要求電路具有自測試功能。為了使復雜的電路具有自測試功能必須進行專門的可測性分析與設計[1]。而通過建立故障診斷模型來研究復雜系統(tǒng)的可測性是一種準確并有效的方法。利用層次性依賴模型，設計者能將各個子系統(tǒng)整合成一個具有層次結(jié)構的完整體系。在這一完整系統(tǒng)模型框架下，進行系統(tǒng)的可測性分析，并確定整個系統(tǒng)可測性設計與故障診斷方案[2-3] 。

多信號模型從信號的多維屬性著手，改進了依賴性模型結(jié)構中的故障影響關系分析不完整的不足，同時兼顧結(jié)構化模型建模簡單快速的優(yōu)點，在大型復雜系統(tǒng)中得到了成功應用[4-7] 。多信號為模型區(qū)分故障對系統(tǒng)功能的影響效果定義了功能故障和完全故障。多信號模型解決結(jié)構性失真的辦法是找出組件影響的信號與測試點所能檢測到的信號的因果關系[8-10] 。

高速數(shù)據(jù)采集器由FPGA、DSP 等大規(guī)模集成電路組成，是典型的板級電路。廣泛地應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及國防領域領域。本文采用多信號模型對數(shù)據(jù)采集器進行了可測性分析與可測性設計，使高速數(shù)據(jù)采集具有自測試功能，提高其故障檢測率及故障隔離率，解決現(xiàn)場對板級電路要求快速進行故障診斷及故障定位的要求。

2.高速數(shù)據(jù)采集器的多信號流建模

原數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)未考慮可測性，系統(tǒng)本身可以提供的測試信息有限，大量重要測試數(shù)據(jù)和關鍵參數(shù)無法獲取。一些參數(shù)可以測到但無法實現(xiàn)板級自測試，而一些參數(shù)無法測得。所以原始采集器的可用信號有5 個，用字母S 表示：S1-增益、S2-線性度、S3-直流偏差、S4-系統(tǒng)精度，S5-采集速率。數(shù)據(jù)采集器共有9 個模塊，每個模塊有功能故障(符號為F)和完全故障(符號為G)兩個故障，共18 個故障，找出組成單元與信號的影響關系，如表1 所示。

表1 元件與信號關聯(lián)關系

制定的電路功能測試診斷方案，設置測試點和測試，內(nèi)容見表2。由此可以建立數(shù)據(jù)采集器的多信號模型[11]，如圖1 所示。

表2 測試名稱、位置和檢測信號名稱

模型的形式化定義如下。

系統(tǒng)組成單元集C={放大電路1、放大電路2、濾波電路1、濾波電路2、上路AD 轉(zhuǎn)換模塊，下路AD 轉(zhuǎn)換模塊、鎖相環(huán)模塊、DSP 模塊和FPGA 模塊}。

信號集S = {S1，S2，S3，S4，S5};測試點TP = { TP1、TP2、TP3、TP4、TP5};

測試集T = {t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7，t8，t9，t10};

元件信號集SC(ci) ={};