Abstract

Praca dotyczy testowania i diagnostyki analogowych układów elektronicznych metodami zorientowanymi na uszkodzenia. Omówiono źródła i klasyfikację uszkodzeń, strategie testowania wykorzystujące nadmiarowość analityczną i sprzętową, wewnątrzobwodowe testowanie pakietów elektronicznych oraz zastosowanie algorytmów klasyfikacji obrazów do lokalizacji uszkodzeń. Wynikiem prac w zakresie metod analitycznych jest opracowanie przyspieszonej procedury diagnostycznej dla układów odcinkowo-liniowych z zastosowaniem opisu układu dwugrafową metodą tableau. Dwa rozdziały pracy poświęcono strategiom wykorzystującym nadmiarowość sprzętową. W rozdziale dotyczącym oscylacyjnej metody testowania, dokonano systematyki metod wzbudzania drgań w liniowych układach elektronicznych. Sformułowano wnioski użyteczne dla zastosowań praktycznych. Przedstawiono dwa częstotliwościowe modele uszkodzeń - analityczny, opracowany z wykorzystaniem tablicy Routha i numeryczny, bazujący na metodzie miejsc geometrycznych pierwiastków równania charakterystycznego. Zaproponowano dynamiczne modele uszkodzeń oparte na specyfikacjach odpowiedzi impulsowej i skokowej oscylatora. Wprowadzono nowy współczynnik pokrycia uszkodzeń parametrycznych, bazujący na analizie tolerancji, który posłużył do porównania strategii testowania układów wielostopniowych i do wykazania, że największym pokryciem uszkodzeń parametrycznych cechuje się strategia testowania z podziałem na sekcje 2. rzędu. Zaproponowano nową architekturę testera oscylacyjnego z pętlą automatycznej regulacji amplitudy, pozwalającą na zwiększenie ilości informacji diagnostycznej poprzez obserwację parametrów odpowiedzi impulsowej i skokowej oscylatora. W kolejnym rozdziale przedstawiono opracowane analityczne modele architektur testujących dla układów w pełni różnicowych. Zaproponowano dwa warianty metody testowania układów w pełni różnicowych napięciem wspólnym i wykazano, że gwarantują one wyższą jakość testu od metody pobudzania napięciem różnicowym. Wykazano także, że pobudzanie sekcji układu w pełni różnicowego poprzez wejście referencyjne dla sygnału wspólnego jest równoważne, z punktu widzenia testowania, pobudzaniu wejścia sekcji napięciem wspólnym. W rezultacie przedstawiono nową architekturę testera wbudowanego BIST dla układów w pełni różnicowych oraz słownikową metodę lokalizacji uszkodzeń w tych układach, która bazuje na analizie nachylenia zboczy charakterystyk amplitudowych. Zrealizowano tester dla w pełni różnicowego filtru pasmowoprzepustowego. Dla wewnątrzobwodowej strategii testowania zaproponowano kompozytową architekturę wtórnika wyizolowującego mierzone elementy z obwodu, złożoną z dwóch wzmacniaczy operacyjnych, które redukują symbiotycznie skutki niedoskonałości własnych parametrów. Zaproponowano sposób kompensacji szkodliwych napięć termoelektrycznych, występujących na stykach metali w obwodach pomiarowych rezystancji z użyciem wtórnika, poprzez rozszerzenie liczby przewodów pomiarowych do siedmiu oraz zrównoważenie typów i liczby spojeń metali w obwodach wejściowych wtórnika. Przedmiotem monografii są także podstawowe problemy testowania układów elektronicznych: kategoryzacja uszkodzeń, modelowanie uszkodzeń, miary jakości testu, optymalizacja testu. Zaproponowano nowy sposób kategoryzacji uszkodzeń, oparty na predykcji niestabilności indukowanej przez uszkodzenie. Przyjęto, że granicą pomiędzy uszkodzeniem parametrycznym i katastroficznym jest najmniejsza odchyłka parametru elementu, która sprowadza układ testowany do granicy stabilności. Do wyznaczania tych odchyłek zastosowano metodę strukturalnej wartości szczególnej, w połączeniu z modelowaniem uszkodzeń w układzie testowanym metodą liniowej transformacji frakcyjnej. Problem modelowania testowanych układów w obecności uszkodzeń jest reprezentowany w wielu rozdziałach pracy. Pokonanie ograniczeń wynikających z długiego czasu symulacji upatruje się w stosowaniu modeli wysokiego poziomu. Dlatego, w kontekście rozważanych metod, opracowano modele behawioralne: analityczne, numeryczne, probabilistyczne, statystyczne (oparte na metodzie Monte Carlo) i wrażliwościowe. Na przykładzie testera dla filtru pasmowoprzepustowego przedstawiono zagadnienie optymalizacji testu. Wykorzystano analizę wrażliwości układu testowanego na zmiany parametrów elementów, analizę przestrzeni obserwacji pod względem jej właściwości dyskryminacyjnych oraz probabilistyczne miary jakości testu. Dokonano syntezy probabilistycznych modeli dla układu testowanego w stanie zdatnościi uszkodzonego, w postaci uogólnionych rozkładów Rayleigha i Rice'a. Łącząc model probabilistyczny układu testowanego z modelem pomiaru Rossiego, wyznaczono miary jakości testu − poziom uszkodzeń i stratę uzysku w funkcji napięcia progowego komparatora. Posłużyły one do zaprojektowania optymalnego progu komparatora w testerze układów w pełni różnicowych oraz porównania właściwości probabilistycznych metod testowania tych układów. Opracowano szybkie procedury do weryfikacji miar jakości testu drogą eksperymentu statystycznego. W wyniku optymalizacji otrzymano wektor częstotliwości testujących oraz zbiór wartości progów komparatora. Do celów badawczych i dydaktycznych opracowano system pomiarowo-diagnostyczny do lokalizacji uszkodzeń w układach analogowych metodą słownikową z zastosowaniem algorytmów rozpoznawania obrazów. Opracowano także sprzętowy emulator uszkodzeń do szybkiej, eksperymentalnej weryfikacji metod diagnostycznych implementowanych w systemie. Przeprowadzone przez autora badania, zarówno na poziomie teoretycznym, jak i eksperymentalnym są źródłem wyników, które można wykorzystać w praktyce.

Author (1)