基于DES理论的数模混合电路可测试性研究
|
摘要
随着科学技术特别是微电子技术的迅猛发展，电路的规模和复杂性都急剧上升。工业过程的模拟特性和微芯片的使用，使得数模混合电路的应用有着巨大的空间。数模混合电路在设计和测试中的可测试性问题成为一个迫切的研究课题。近年来出现的DES理论为数模混合电路的可测试性提供一种的系统化的处理方法。本文在DES理论的框架下对数模混合电路可测试性中的几个关键问题进行研究，并针对最小测试集的求取算法进行了理论上的探讨。
本文的主要工作如下：
(1)对数模混合电路的数学模型进行了研究，并对其可行性进行了验证。这样使得数字和模拟电路能够在一个统一的数学框架中进行可测试性分析和后续处理。
(2)编写了一套基于DES理论的电路测试的演示软件，实现了对被测电路的可测试性判断、故障覆盖率和最小测试集求取的算法，能够实现对电路测试的各项功能。
(3)以可编程逻辑器件为核心进行了一些典型数字电路的故障模拟仿真试验，并建立相应的电路故障测试集数据库，为这些电路的可测试性研究提供数据。
(4)针对目前电路最小测试集求取算法的一些不足，提出了一种利用模拟退火策略的组合优化的算法，并对这种算法进行了一些理论上的探讨。
With the development of Science and Technology, especially the
Micro-electronic technology, the complexities of the circuits have increased. Owing to the analogue nature of many industrial processes and the increasing use of microprocessor techniques, there have been a vast room for the application of mixed-signal (digital and analogue) circuits, and the research for the test on mixed-signal circuit became imminent. The DBS theory that is developed in the recent years gave a systemic method for the mixed-signal circuits test and fault-diagnosis. This paper has researched on the DBS theory's application in the testability of mixed-signal circuit on the basis of the study of DES theory.
The main works as follow:
(1) We researched the mathematics model of mixed-signal circuits based on the DES theory and it is feasible to deal with the fault diagnosis and the testability of the digital and analog parts in the circuits with an uniform math frame.
(2) We programmed a demo's software on Microsoft Visual C++ 6.0 for implementing the algorithms to judge the testability, get the minimum test set and take the fault efficiency of the circuits. The software successfully realizes these functions.
(3) We put up the experiments for the faults emulation on some digital signal circuits. These experiments were mainly based on the CPLD/FPGA and we built the testing faulty databases according to these circuits.
(4) This paper puts forward a new algorithm based on the Simulated Annealing thoughts for the minimum test set of circuits. This algorithm has tried to ameliorate the weaknesses of the former algorithm based on the greed strategy. Then we discuss some parts of this algorithm in theory.
本文的主要工作如下：
(1)对数模混合电路的数学模型进行了研究，并对其可行性进行了验证。这样使得数字和模拟电路能够在一个统一的数学框架中进行可测试性分析和后续处理。
(2)编写了一套基于DES理论的电路测试的演示软件，实现了对被测电路的可测试性判断、故障覆盖率和最小测试集求取的算法，能够实现对电路测试的各项功能。
(3)以可编程逻辑器件为核心进行了一些典型数字电路的故障模拟仿真试验，并建立相应的电路故障测试集数据库，为这些电路的可测试性研究提供数据。
(4)针对目前电路最小测试集求取算法的一些不足，提出了一种利用模拟退火策略的组合优化的算法，并对这种算法进行了一些理论上的探讨。
With the development of Science and Technology, especially the
Micro-electronic technology, the complexities of the circuits have increased. Owing to the analogue nature of many industrial processes and the increasing use of microprocessor techniques, there have been a vast room for the application of mixed-signal (digital and analogue) circuits, and the research for the test on mixed-signal circuit became imminent. The DBS theory that is developed in the recent years gave a systemic method for the mixed-signal circuits test and fault-diagnosis. This paper has researched on the DBS theory's application in the testability of mixed-signal circuit on the basis of the study of DES theory.
The main works as follow:
(1) We researched the mathematics model of mixed-signal circuits based on the DES theory and it is feasible to deal with the fault diagnosis and the testability of the digital and analog parts in the circuits with an uniform math frame.
(2) We programmed a demo's software on Microsoft Visual C++ 6.0 for implementing the algorithms to judge the testability, get the minimum test set and take the fault efficiency of the circuits. The software successfully realizes these functions.
(3) We put up the experiments for the faults emulation on some digital signal circuits. These experiments were mainly based on the CPLD/FPGA and we built the testing faulty databases according to these circuits.
(4) This paper puts forward a new algorithm based on the Simulated Annealing thoughts for the minimum test set of circuits. This algorithm has tried to ameliorate the weaknesses of the former algorithm based on the greed strategy. Then we discuss some parts of this algorithm in theory.
引文
[1] 温熙森，胡政，易晓山，杨拥民．可测试性技术的现状和未来，测控技术，2000，19(1)．
[2] 张世萁，陈光禹．数据域测试及仪器，电子工业出版社，1990．
[3] 郑大钟，赵千川．离散事件动态系统，清华大学出版社，北京，2000．
[4] 张巍，夏立．用DES理论测试数模混合电路，系统工程与电子技术，2001，23(10)．
[5] 吴正义，韩云台．测试技术，机械工业出版社，1987．
[6] 杨吉祥．数据域测试技术及仪器，科学出版社，1990．
[7] D.B.Armstrong. On Finding a Nearly Minimad Set of Fault Detection Tests for Combinational Logic Nets, IEEE Trans Electronic Computers, 1966, EC-15,66～73.
[8] J.P. Roth. Diagnosis of Automata Failure A Calculus and Method, IBM J. of RD, 1966, Vol.10, 278～291.
[9] J.P. Roth, W.G.Bouricius, and P.R.Schneider. Programmed Algorithms to computer Tests to Detect and Distiguish Between Failures in Logic Circuits, IEEE Trans, 1976, EC-16, 567～580.
[10] P.R.Schneider. The Necessity to Examine D-chains in Diagnostic Test Generation-An Example, IBM J. of RD, 1967, Vol.11, 114.
[11] 潘中良，张光昭．数字电路的测试生成方法，中山大学学报从论，1997，5，144～147．
[12] 戴学丰，周书岱．分析离散事件系统的新方法，齐齐哈尔轻工学院学报，1995，11(2)，83～87．
[13] 陈岚，唐志敏：单片系统(SOC)设计技术，计算机研究与发展，2002，39(1)．
[14] Feng Lin,Zhang Hui Lin and Lin T W.. A uniform approach to mixed-signal circuit test, International Journal of Circuit Theory and Applications, 1997, Vol.25, 81-93.
[15] Feng Lin and Lin T W.. Diagnosability of discrete event systems and it's applications to circuit testing, Proceeding of 36th. Midwest Symposium on Circuit and Systems,IEEE, 1993:344-347.
[16] 候伯亨，顾新．VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计，西安电子科技大学出版社，2001．
[17] 孙艳丰，戴春荣．几种随机搜索算法的比较研究，系统工程与电子技术，1998，2．
[18] 潘中良，陈光禹．基于遗传进化的优化方法及其在测试中的应用，电子测量与仪器学报，1998，12(1)．
[19] 潘中良，张光照，陈光．一种基于最优化模型的数字电路测试生成方法，应用科学学报，1999，17(2)．
[20] 王惠冬，张金泉．混合优化算法，山东矿业学院学报，1998，17(3)．
[21] Test Technology Overview, Http://www.cedcc.psu.edu/ee497f/rassp 43/,1998
[22] 张巍，夏立，扬宣仿．基于VXI仪器的电路板诊断系统，测控技术，2001，20(11)．
[23] 王峥，李介谷．用有指导的进化模拟退火法解组合优化问题，上海交通大学学报，1997，31(12)．
[24] 李文勇，李泉永．基于模拟退火的全局优化算法，桂林电子工业学院学报，2001，21(2)．
[25] 潘中良，陈光禹．基于遗传进化的优化方法及其在测试中的应用，电子测量与仪器学报，1998，12(1)．
[26] 张霖斌，姚振兴，纪晨，张中杰．快速模拟退火算法及应用，石油地球物理勘探，1997，32(5)．
[27] 王惠冬，张金泉．混合优化算法，山东矿业学院学报，1998，17(3)．
[28] 王泓，韩文秀．面向对象退火，青岛大学学报，1999，12(4)．
[29] 温熙森，许永成，易晓山，陈循，智能机内测试理论与应用，国防工业出版社，2002．
[30] SE-5M型EDA试验开发系统使用教程，南京东大雨顺电子技术有限公司．
[31] 熊光楞，肖田元，张燕云．连续系统仿真与离散事件系统仿真，清华大学出版社，2000．
[32] 官章全，刘家明．Visual C++6.0类库大全，电子工业出版社，1999．
[33] David J.Kruglinski著，潘爱民，王国印 译．Visual C++6.0技术内幕(第四版) 清华大学出版社，1999，
[34] Z. H. Lin. 'Studies on the fault diagnosis of analog circuits', Ph.D. Thesis, Department of Electronic Engineering, University of Tokoy, 1991.
[35] 高书莉．FPGA技术及其应用，西安邮电学院学报，1996，1(4)．
[36] Jesse Liberty著，康博创作室 译．21天学通C++(第三版)，人民邮电出版社，2000．
[37] 谭浩强．C程序设计(第二版)，清华大学出版社，2001．
[38] 蒋昌俊．离散时间动态系统的PN机理论[M]，科学出版社，2000．
[39] T. Ozawa(ed.). Analog Methods for Computer-Aided Circuit Analysis and
Diagnosis, Marcel Dekker, New York, 1988.
[40]王丽亚，吴智铭，张钟俊．基于Petri网的离散事件系统控制理论，上海交通大学学报，1994，28(5)．
[41]于新贞，吴澄．离散事件系统的稳定性，控制与决策，2001，16(1)．
[42]王兴富，谷红伟，戴学丰．马尔可夫链在离散事件系统中的应用，自动化技术与应用，2000，19(3)．
[43]陈恒．迅速发展的现场可编程门阵列(FPGA)，电子与自动化，1995，第3期．
[44]李兵．面向FPGA开发的实验系统，南京邮电学院学报，1996，16(3)．
[45]王放．现场可编程器件FPGA的原理及应用，兵工自动化，1996，第1期．
[46]胡政，黎琼炜，温熙森．测试性技术中的图论问题及其求解，国防科技大学学报，2000，22(6)．
[47]邵高平．系统级可测试性设计的研究，信息工程学院学报，1998，17(1)．
[48]邱峰，梁松海．基于可测试性设计的测试综合技术初探，计算机自动测量与控制，1999，7(1)．
[49]王昕．仿真器中可测试性研究，哈尔滨师范大学自然科学学报，1999，15(2)．
[50]彭晓军，刘光斌，徐化龙．电路诊断技术的新发展，系统工程与电子技术，1998，第6期．
[51]侯雄．基于Mentor EDA系统的模拟电路故障仿真器，航天控制，1999年，第2期．
[52]孙少辰，吴海明．逻辑电路故障诊断的专家系统，河北工业大学学报，1999，28(1)．
[53]林争辉，刘美仪，王海雄．模拟电路的故障激励论，上海交通大学学报，1995，29(1)．
[54]雍正正．模拟电路故障诊断的一种方法，深圳大学学报(理工版)，1994，11(3-4)．
[55]杜舒明．数字电路板故障诊断的一种实用方法，现代雷达，1996年，第6期．
[56]王德合，尹光．数字电路板故障诊断探讨，测控技术与设备，2001，27(1)．
[57]潘中良，熊银根．数字电路故障模块诊断的神经网络方法研究，2001，40(4)．
[58]王志华．模拟集成电路的测试与故障检测技术，电子学报，1995，23(10)．
[59]Cuneyt M. Ozveren, Alan S. Willsky: Observability of Discrete Event Dynamic Systems, 1990 July, Vol.35, No.7.
[2] 张世萁，陈光禹．数据域测试及仪器，电子工业出版社，1990．
[3] 郑大钟，赵千川．离散事件动态系统，清华大学出版社，北京，2000．
[4] 张巍，夏立．用DES理论测试数模混合电路，系统工程与电子技术，2001，23(10)．
[5] 吴正义，韩云台．测试技术，机械工业出版社，1987．
[6] 杨吉祥．数据域测试技术及仪器，科学出版社，1990．
[7] D.B.Armstrong. On Finding a Nearly Minimad Set of Fault Detection Tests for Combinational Logic Nets, IEEE Trans Electronic Computers, 1966, EC-15,66～73.
[8] J.P. Roth. Diagnosis of Automata Failure A Calculus and Method, IBM J. of RD, 1966, Vol.10, 278～291.
[9] J.P. Roth, W.G.Bouricius, and P.R.Schneider. Programmed Algorithms to computer Tests to Detect and Distiguish Between Failures in Logic Circuits, IEEE Trans, 1976, EC-16, 567～580.
[10] P.R.Schneider. The Necessity to Examine D-chains in Diagnostic Test Generation-An Example, IBM J. of RD, 1967, Vol.11, 114.
[11] 潘中良，张光昭．数字电路的测试生成方法，中山大学学报从论，1997，5，144～147．
[12] 戴学丰，周书岱．分析离散事件系统的新方法，齐齐哈尔轻工学院学报，1995，11(2)，83～87．
[13] 陈岚，唐志敏：单片系统(SOC)设计技术，计算机研究与发展，2002，39(1)．
[14] Feng Lin,Zhang Hui Lin and Lin T W.. A uniform approach to mixed-signal circuit test, International Journal of Circuit Theory and Applications, 1997, Vol.25, 81-93.
[15] Feng Lin and Lin T W.. Diagnosability of discrete event systems and it's applications to circuit testing, Proceeding of 36th. Midwest Symposium on Circuit and Systems,IEEE, 1993:344-347.
[16] 候伯亨，顾新．VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计，西安电子科技大学出版社，2001．
[17] 孙艳丰，戴春荣．几种随机搜索算法的比较研究，系统工程与电子技术，1998，2．
[18] 潘中良，陈光禹．基于遗传进化的优化方法及其在测试中的应用，电子测量与仪器学报，1998，12(1)．
[19] 潘中良，张光照，陈光．一种基于最优化模型的数字电路测试生成方法，应用科学学报，1999，17(2)．
[20] 王惠冬，张金泉．混合优化算法，山东矿业学院学报，1998，17(3)．
[21] Test Technology Overview, Http://www.cedcc.psu.edu/ee497f/rassp 43/,1998
[22] 张巍，夏立，扬宣仿．基于VXI仪器的电路板诊断系统，测控技术，2001，20(11)．
[23] 王峥，李介谷．用有指导的进化模拟退火法解组合优化问题，上海交通大学学报，1997，31(12)．
[24] 李文勇，李泉永．基于模拟退火的全局优化算法，桂林电子工业学院学报，2001，21(2)．
[25] 潘中良，陈光禹．基于遗传进化的优化方法及其在测试中的应用，电子测量与仪器学报，1998，12(1)．
[26] 张霖斌，姚振兴，纪晨，张中杰．快速模拟退火算法及应用，石油地球物理勘探，1997，32(5)．
[27] 王惠冬，张金泉．混合优化算法，山东矿业学院学报，1998，17(3)．
[28] 王泓，韩文秀．面向对象退火，青岛大学学报，1999，12(4)．
[29] 温熙森，许永成，易晓山，陈循，智能机内测试理论与应用，国防工业出版社，2002．
[30] SE-5M型EDA试验开发系统使用教程，南京东大雨顺电子技术有限公司．
[31] 熊光楞，肖田元，张燕云．连续系统仿真与离散事件系统仿真，清华大学出版社，2000．
[32] 官章全，刘家明．Visual C++6.0类库大全，电子工业出版社，1999．
[33] David J.Kruglinski著，潘爱民，王国印 译．Visual C++6.0技术内幕(第四版) 清华大学出版社，1999，
[34] Z. H. Lin. 'Studies on the fault diagnosis of analog circuits', Ph.D. Thesis, Department of Electronic Engineering, University of Tokoy, 1991.
[35] 高书莉．FPGA技术及其应用，西安邮电学院学报，1996，1(4)．
[36] Jesse Liberty著，康博创作室 译．21天学通C++(第三版)，人民邮电出版社，2000．
[37] 谭浩强．C程序设计(第二版)，清华大学出版社，2001．
[38] 蒋昌俊．离散时间动态系统的PN机理论[M]，科学出版社，2000．
[39] T. Ozawa(ed.). Analog Methods for Computer-Aided Circuit Analysis and
Diagnosis, Marcel Dekker, New York, 1988.
[40]王丽亚，吴智铭，张钟俊．基于Petri网的离散事件系统控制理论，上海交通大学学报，1994，28(5)．
[41]于新贞，吴澄．离散事件系统的稳定性，控制与决策，2001，16(1)．
[42]王兴富，谷红伟，戴学丰．马尔可夫链在离散事件系统中的应用，自动化技术与应用，2000，19(3)．
[43]陈恒．迅速发展的现场可编程门阵列(FPGA)，电子与自动化，1995，第3期．
[44]李兵．面向FPGA开发的实验系统，南京邮电学院学报，1996，16(3)．
[45]王放．现场可编程器件FPGA的原理及应用，兵工自动化，1996，第1期．
[46]胡政，黎琼炜，温熙森．测试性技术中的图论问题及其求解，国防科技大学学报，2000，22(6)．
[47]邵高平．系统级可测试性设计的研究，信息工程学院学报，1998，17(1)．
[48]邱峰，梁松海．基于可测试性设计的测试综合技术初探，计算机自动测量与控制，1999，7(1)．
[49]王昕．仿真器中可测试性研究，哈尔滨师范大学自然科学学报，1999，15(2)．
[50]彭晓军，刘光斌，徐化龙．电路诊断技术的新发展，系统工程与电子技术，1998，第6期．
[51]侯雄．基于Mentor EDA系统的模拟电路故障仿真器，航天控制，1999年，第2期．
[52]孙少辰，吴海明．逻辑电路故障诊断的专家系统，河北工业大学学报，1999，28(1)．
[53]林争辉，刘美仪，王海雄．模拟电路的故障激励论，上海交通大学学报，1995，29(1)．
[54]雍正正．模拟电路故障诊断的一种方法，深圳大学学报(理工版)，1994，11(3-4)．
[55]杜舒明．数字电路板故障诊断的一种实用方法，现代雷达，1996年，第6期．
[56]王德合，尹光．数字电路板故障诊断探讨，测控技术与设备，2001，27(1)．
[57]潘中良，熊银根．数字电路故障模块诊断的神经网络方法研究，2001，40(4)．
[58]王志华．模拟集成电路的测试与故障检测技术，电子学报，1995，23(10)．
[59]Cuneyt M. Ozveren, Alan S. Willsky: Observability of Discrete Event Dynamic Systems, 1990 July, Vol.35, No.7.