基于边界扫描的模拟电路故障诊断

摘要

模拟电路故障诊断在电路测试领域占据着重要地位，一直以来都是研究人员关注的对象。随着科技的发展，电路板已经进入大型化与高度集成化的时代，电路可及节点少使得电路故障诊断变得越来越困难，能否高效准确的解决可及节点少的问题、获得大型集成模拟电路的故障信息显得尤为重要。本文针对这一问题提出了基于边界扫描的模拟电路故障诊断方法，用“虚拟探针”代替传统的物理探针，大大提高了电路的可测试性，利用 Wiener级数描述非线性模拟电路，并通过训练神经网络实现电路状态的在线识别，完成电路故障诊断。
　　本文分析了边界扫描技术中混合信号测试的IEEE1149.4标准，介绍了在模拟电路诊断中边界扫描所使用的指令。在此基础上，为了将边界扫描更好的应用于模拟电路，提出了三种基于边界扫描 IEEE1149.4标准的电路可测性设计方法，为利用边界扫描进行各种模拟电路的故障诊断奠定了基础。
　　针对模拟电路的非线性问题，用 Wiener泛函级数描述模拟电路并研究了Wiener核的获取方法。用 MATLAB编程提取了基于边界扫描的电路各状态Wiener核，又将前三阶 Wiener核及相应状态的编码作为训练样本训练神经网络，通过训练好的神经网络在线识别出电路状态，达到智能故障诊断的目的。
　　在进行理论研究和仿真的同时，本文设计了基于 ATmega128单片机的故障诊断系统，其中硬件包括 JTAG控制器、信号发生模块、数据采样模块、数据存储模块等。软件设计包括故障诊断系统、上位机软件、神经网络库的生成。可实现获取 Wiener核、提取核特征以及训练学习神经网络等功能。最后以包含了具有边界扫描特性的STA400芯片在内的实际电路为例，对电路的各故障状态进行诊断，在上位机界面显示故障类型和故障元件编号，实验结果验证了基于边界扫描与Wiener核的电路故障诊断方法的可行性。

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第1章 绪 论

1.1课题来源

1.2课题背景及研究目的和意义

1.3故障诊断与边界扫描的国内外研究现状

1.4本文的主要研究内容

第2章 边界扫描技术及应用研究

2.1边界扫描技术

2.2边界扫描指令

2.3基于边界扫描的电路可测性方法研究

2.4本章小结

第3章 基于边界扫描与Wiener核的故障诊断研究

3.1 Wiener级数描述非线性模拟电路

3.2 Wiener核的获取

3.3基于边界扫描的电路Wiener核获取

3.4基于边界扫描与Wiener核的智能故障诊断

3.5本章小结

第4章 基于边界扫描的模拟电路故障诊断系统设计

4.1基于边界扫描及Wiener核的模拟电路故障诊断原理

4.2诊断系统硬件设计

4.3诊断系统软件设计

4.4基于边界扫描的模拟电路可测性研究

4.5基于边界扫描的模拟电路故障诊断系统诊断实验

4.6本章小结

结论

参考文献

致谢