幾種功能電路的BIT測(cè)試方案設(shè)計(jì)及其仿真

郭漢橋，褚麗麗

（清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 清遠(yuǎn) 511510）

1 引言

機(jī)內(nèi)自測(cè)試，簡(jiǎn)稱BIT（Built In Test），是提高電路系統(tǒng)可測(cè)試性進(jìn)而提高系統(tǒng)工作可靠性、減少系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用的關(guān)鍵技術(shù)。它通過(guò)附加在系統(tǒng)內(nèi)的軟件和硬件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線的故障檢測(cè)。隨著電子設(shè)備維修性要求的提高，迫切需要設(shè)備本身具備檢測(cè)隔離故障的能力以縮短維修時(shí)間，所以BIT在測(cè)試研究中占據(jù)越來(lái)越重要的地位，成為測(cè)試性、維修性和可靠性領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。

實(shí)踐證明，BIT技術(shù)作為改善系統(tǒng)或設(shè)備測(cè)試性與診斷能力的重要途徑，在如下幾個(gè)方面具有重要作用：（1）提高診斷能力；（2）簡(jiǎn)化設(shè)備維修；（3）降低總體費(fèi)用。

2 功能電路BIT設(shè)計(jì)及其仿真

2.1 頻率量輸入信號(hào)調(diào)理電路

如圖1所示為一頻率量信號(hào)調(diào)理電路，該電路包括濾波、放大、比較和隔離幾部分。頻率量信號(hào)首先經(jīng)過(guò)RC低通濾波，濾波后信號(hào)經(jīng)過(guò)AD620AN進(jìn)行放大，AD620AN為高精度差分放大器，放大后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)由LM311H構(gòu)成的比較電路，LM311H的參考電壓為0V，經(jīng)過(guò)比較電路正弦信號(hào)變成方波信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)光耦進(jìn)行信號(hào)隔離。

圖1中的虛線框?yàn)楸疚脑O(shè)計(jì)的BIT檢測(cè)電路，其主要組成有：限流電阻R1、互感器T1、三級(jí)管Ql和續(xù)流電容C3。該電路的工作原理為：處理器向三級(jí)管Q1基極施加一個(gè)頻率固定的方波激勵(lì)信號(hào)，則在互感器Tl副邊將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻率固定、幅值隨VCC1和激勵(lì)信號(hào)幅值可調(diào)的近似正弦波的電壓信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率處理電路后回到處理器進(jìn)行頻率測(cè)量。

用Multisim軟件進(jìn)行頻率量故障模擬仿真，如圖2所示，它包括輸入的測(cè)試信號(hào)、轉(zhuǎn)換后BIT檢測(cè)信號(hào)以及參考比較信號(hào)。

圖2（a）為由處理器輸出到BIT檢測(cè)電路的頻率量測(cè)試信號(hào)波形，其頻率為已知值；（b）為互感器副邊的近似正弦波的電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)處理電路回到處理器再與（c）所示的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行頻率比較，通過(guò)比較程序即可判斷電路的故障及故障類型。

2.2 開(kāi)關(guān)量處理電路

2.2.1 開(kāi)關(guān)量輸入處理電路

開(kāi)關(guān)量輸入處理電路如圖3所示，主要包括RC網(wǎng)絡(luò)和光耦。其工作原理為：開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)先通過(guò)RC濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行濾波，然后用U1進(jìn)行隔離。

圖中的虛線部分是所設(shè)計(jì)的BIT檢測(cè)電路，其工作原理為：由處理器發(fā)送一個(gè)測(cè)試信號(hào)，經(jīng)過(guò)光耦、場(chǎng)效應(yīng)管和二極管與工作電路構(gòu)成的回路，然后回到處理器中與已知的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，從而判斷開(kāi)關(guān)量輸入處理電路是否有故障。為了防止BIT檢測(cè)信號(hào)與工作信號(hào)互相影響，這里采用了二極管D1進(jìn)行隔離。

2.2.2 開(kāi)關(guān)量輸出處理電路

如圖4，開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出給光耦，然后通過(guò)功率放大電路將TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)量信號(hào)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。本文設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)量輸出電路BIT檢測(cè)是通過(guò)一路開(kāi)關(guān)量輸入通道回繞輸出的開(kāi)關(guān)量信號(hào)到處理器，通過(guò)比較有關(guān)數(shù)值來(lái)判斷開(kāi)關(guān)量輸出電路是否存在故障。

用Multisim軟件進(jìn)行開(kāi)關(guān)量故障模擬仿真，其結(jié)果如圖5所示。

圖5為處理器回收的BIT檢測(cè)信號(hào)，其中（a）為電路無(wú)故障時(shí)的信號(hào)波形，處理器將會(huì)比較有關(guān)數(shù)值后得出該功能電路無(wú)故障的結(jié)論；（b）為電路固定“低”故障時(shí)的信號(hào)波形，處理器根據(jù)波形將會(huì)判斷出電路存在故障及故障類型。

2.2.3 電源功能電路

本文以一個(gè)簡(jiǎn)單的AC/DC轉(zhuǎn)換電路為例對(duì)電源功能電路進(jìn)行BIT監(jiān)測(cè)仿真分析。如圖6所示為模塊的其中一路輸出，該電源的BIT檢測(cè)電路設(shè)計(jì)為從電源輸出端加入分壓電阻，然后通過(guò)POWER BIT線測(cè)量分壓電阻上的電壓，與標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，如果誤差在允許的容差范圍內(nèi)，則測(cè)試通過(guò)，可視為電源沒(méi)有故障，否則就認(rèn)為電源有故障。

圖6中虛線框所示，在電阻R1、R2上的分壓應(yīng)為12V，通過(guò)POWER BIT線測(cè)量其值是否為12V就可以判斷電源是否有故障。因?yàn)殡娫词欠浅Ｖ匾模员仨殞?duì)每路電源進(jìn)行監(jiān)控。

用Multisim軟件進(jìn)行電源功能電路模擬故障仿真，結(jié)果如圖7所示。由于在電源功能電路BIT的設(shè)計(jì)中，主要是對(duì)電源電壓進(jìn)行監(jiān)控，因此可以在電源功能電路中使用Multisim中的數(shù)字萬(wàn)用表對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)的BIT電路的測(cè)試比較功能進(jìn)行仿真。

3 仿真結(jié)果及分析

表1所示是使用Multisim軟件對(duì)以上各功能電路進(jìn)行多次不同的故障模擬仿真的一些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

通過(guò)仿真，各類故障均可以迅速、全面地被檢測(cè)出來(lái)，故障檢測(cè)率達(dá)到100%，證明本文的功能電路BIT設(shè)計(jì)方案是有效及可行的。

4 總結(jié)

本文主要對(duì)具體的幾個(gè)功能電路進(jìn)行了BIT測(cè)試方案設(shè)計(jì)，如頻率量處理電路、開(kāi)關(guān)量處理電路等；然后用Multisim軟件分別對(duì)其進(jìn)行了故障模擬仿真，仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的BIT監(jiān)控電路能夠達(dá)到對(duì)原功能電路進(jìn)行故障檢測(cè)及隔離的目的。

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