模擬電路故障原因分析及診斷方法

任玲

摘要：多元信息環(huán)境下，電子設(shè)備類型多，應(yīng)用廣泛。而電路作為電子設(shè)備硬件基礎(chǔ)，可細(xì)分為模擬電路和數(shù)字電路兩類。其中，模擬電路故障頻發(fā)，很容易影響電子設(shè)備使用效果。文章簡(jiǎn)要論述模擬電路故障類型及成因，明確該類型電路故障診斷特點(diǎn)，探究具體實(shí)施方法。

關(guān)鍵詞：模擬電路;故障類型;小波變形

中圖分類號(hào)：TN4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6487（2019）03-0030-02

0引言

模擬集成電路呈現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展，日益復(fù)雜和密集，對(duì)于可靠性方面的要求非常多。實(shí)操中，要在故障之前，預(yù)先把模擬電路中的失效元件替換掉。該背景下，通過預(yù)測(cè)故障，對(duì)失效元件加以確定，而人工診斷技術(shù)無(wú)法滿足該要求，亟待創(chuàng)新。

1模擬電路故障類型及成因

首先，依據(jù)故障性質(zhì)，把模擬電路劃分為早期、偶然、損耗三類故障。早期故障因設(shè)計(jì)、制造缺陷所致，偶爾故障即有效使用期內(nèi)各類故障，損耗故障指使用后期因老化磨損、疲勞等不良原因引發(fā)的故障問題。早期故障率會(huì)因使用時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。統(tǒng)計(jì)表明，數(shù)字電路早期故障率為3%～10%，模擬電路早期故障率1%～5%，電容器早期故障率僅0.1%～1%。偶爾故障因偶然因素所致，發(fā)生在有效使用期內(nèi)，故障率低，又是常數(shù)"。損耗故障恰相反，發(fā)生在使用后期，原因?yàn)槔匣p、損耗等。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，損耗故障隨之上升。

其次，依據(jù)故障數(shù)量，對(duì)其進(jìn)行單故障和多故障劃分。單故障即模擬電路中僅一個(gè)元件存在故障。該過程中，無(wú)論參量，還是元件，均為一個(gè)，使用狀態(tài)下的設(shè)備頻發(fā)。多故障即同時(shí)有兩個(gè)及多個(gè)故障點(diǎn)，多發(fā)生在剛出廠設(shè)備上。實(shí)際操作中，如果沒有及時(shí)把早期的單故障排除，很容易損壞各類元件，使故障加劇，轉(zhuǎn)變?yōu)槎喙收稀?/p>

第三，依據(jù)故障程序，劃分為軟、硬故障兩類。在模擬電路內(nèi)，元件受時(shí)間、環(huán)境影響，參數(shù)超出許可范圍，但其原有屬性并不發(fā)生改變，主要是電路指標(biāo)、功能等與設(shè)計(jì)要求不符合，即為軟故障。硬故障即元件發(fā)生斷路，或者，斷路參數(shù)發(fā)生改變。在模擬電路中，有許多都是硬故障。倘若前期沒有及時(shí)把軟故障排除掉，會(huì)使之惡化，加劇為硬故障[2]。

劃分依據(jù)不同，故障類型也存在差別。模擬電路故障還有永久和間歇、獨(dú)立和從屬之分。

2模擬電路故障診斷特點(diǎn)

與數(shù)字電路相比，模擬電路故障診斷發(fā)展速度慢，尚無(wú)推廣性理論、方法等。診斷特點(diǎn)如下：（1）模擬電路內(nèi)，僅有少量可測(cè)電壓節(jié)點(diǎn)，很難得出全面的故障診斷信息，經(jīng)常發(fā)生故障點(diǎn)多，定位不準(zhǔn)，難以診斷等情況。（2）模擬電路輸入輸出信號(hào)，在時(shí)域、電壓幅度方面，具備連續(xù)性特征，而連續(xù)的元件參數(shù)，使故障診斷模型更加復(fù)雜，不能夠單一地進(jìn)行量化。（3）在模擬電路中，包含非線性電路和反饋電路。一些模擬電路包含非線性元件，故而，診斷過程復(fù)雜，信息處理量大。（4）模擬電路受環(huán)境影響，由制造工藝引發(fā)的元件參數(shù)偏差不僅會(huì)影響輸出響應(yīng)，還會(huì)受熱噪音、電磁干擾等外界環(huán)境影響[3]。（5）模擬電路元件有容差，而容差使故障較模糊，很難定位故障位置，導(dǎo)致診斷結(jié)果不準(zhǔn)確。這在一定程度上增加了故障診斷難度。由上述情況可知，無(wú)法直接移植成熟的數(shù)字電路故障診斷方法至模擬電路系統(tǒng)，反之，需要依據(jù)模擬電路特性，對(duì)新型診斷理論、方法等加以研究、探索。

3模擬電路故障診斷方法

3.1信息融合故障診斷

無(wú)論設(shè)備自身，還是運(yùn)行環(huán)境，都比較復(fù)雜，而且不夠穩(wěn)定。對(duì)于單傳感器來(lái)說，其不能夠準(zhǔn)確對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行反映，該過程具備不確定性，從而使故障診斷過程不夠準(zhǔn)確，甚至發(fā)生漏檢、誤診等不良情況。該背景下，發(fā)揮信息融合技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)，診斷復(fù)雜系統(tǒng)故障，明確這一過程中存在的漏洞及不確定性，優(yōu)選多維信息處理方法，從根本上把常規(guī)網(wǎng)絡(luò)撕裂法模擬電路故障診斷時(shí)，電路前后元件相互影響及容差、非線性因素等導(dǎo)致的各類不確定性問題解決掉4。

3.2模糊理論故障診斷

根據(jù)專家意見，把模糊關(guān)系矩陣建立在故障征兆和故障原因空間之間，繼而組合由各條模糊推理規(guī)則產(chǎn)生的模糊關(guān)系矩陣，把判定閾值作為故障元件識(shí)別依據(jù)。近年，模糊理論發(fā)展速度快，被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，亮點(diǎn)突出。諸如，其對(duì)各類不確定問題具備較強(qiáng)的適應(yīng)性。在模糊知識(shí)庫(kù)內(nèi)，發(fā)揮語(yǔ)言變量作用，對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行表述，這種方式與人的表述習(xí)慣接近。事實(shí)上，無(wú)論建立、識(shí)別復(fù)雜系統(tǒng)模糊模型，還是獲取、遺忘、修改語(yǔ)言規(guī)則等，在具體應(yīng)用過程中，尚存在諸多漏洞，仍需進(jìn)一步研究。

3.3小波變換故障診斷

依托小波母函數(shù)在尺度、時(shí)域上的伸縮、平移，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，對(duì)母函數(shù)進(jìn)行靈活選擇，確保擴(kuò)張函數(shù)局部特性良好。其本質(zhì)為時(shí)頻分析方法。該故障診斷背景下，發(fā)揮小波變換作用，把故障特征信息提取出來(lái)，然后，發(fā)送給故障分類處理器，執(zhí)行故障診斷工作。該背景下，無(wú)需系統(tǒng)屬性模型，故障檢測(cè)具備準(zhǔn)確的靈敏度，運(yùn)算量小，能夠在一定程度上，抑制噪音，而且，對(duì)輸入信息也沒有提出太高要求。但其缺陷在于大尺度背景下，濾波器時(shí)域很寬，檢測(cè)過程中，時(shí)間延遲問題屢見不鮮，而診斷結(jié)果又受小波基選擇情況影響。

3.4專家系統(tǒng)故障診斷

專家系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)軟件，具備智能化特性，其主要是借助知識(shí)、推理等方式，把只有專家才能夠解決的各類復(fù)雜問題解決掉。以產(chǎn)生式規(guī)則為基礎(chǔ)，在診斷模擬電路故障時(shí)，靈活運(yùn)用專家系統(tǒng)。通過這種方式，對(duì)故障診斷專家動(dòng)作進(jìn)行模擬，順利完成一系列故障診斷工作。然而，實(shí)際應(yīng)用過程中，尚存在漏洞和缺陷。諸如，知識(shí)獲取、維護(hù)難度大，不能夠?qū)⒐收显\斷過程中的各類問題、不確定因素等有效解決掉。模擬電路故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理即通過對(duì)真實(shí)人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行模擬，對(duì)信息處理系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化。該系統(tǒng)具備動(dòng)態(tài)性特征，高度并行、互連。發(fā)揮人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作用，從征兆空間至故障空間，進(jìn)行復(fù)雜非線性映射。其功能非常多，如，分布式存儲(chǔ)、并行處理、概況能力、聯(lián)想記憶能力、非編程特點(diǎn)、容錯(cuò)性等。故而，在模擬電路故障診斷工作中，其關(guān)注度非常高?，F(xiàn)階段，模擬電路故障診斷工作中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用普遍，模型數(shù)量可達(dá)40余類。其中，SOFM網(wǎng)、ART網(wǎng)、BP網(wǎng)、Hopfield網(wǎng)、Kohonen網(wǎng)這五類比較常用。然而，以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷為基礎(chǔ)，涉及到很多系統(tǒng)診斷參數(shù)，當(dāng)征兆信息量比較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)，甚至不能夠達(dá)到良好訓(xùn)練效果[5]。加之，樣本選擇存在矛盾性、隨機(jī)性特點(diǎn)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)泛化能力不強(qiáng)，故障定位不準(zhǔn)確。該背景下，故障診斷準(zhǔn)確與否，也與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)精度有關(guān)。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上，在模擬電路中，故障原因非常多。其中，故障診斷非常關(guān)鍵。倘若選擇正確的方式，對(duì)故障內(nèi)容、位置等進(jìn)行準(zhǔn)確定位，繼而采用專業(yè)方法處理故障，使其診斷能力得到明顯提高。除此之外，還要將計(jì)算機(jī)技術(shù)融入故障診斷中，增強(qiáng)可靠性，使故障診斷效率、質(zhì)量等得到明顯提高，降低模擬電路故障損失。

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