故障模型.pptx
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故障模型,目录,基本概念故障模型故障模型的级别故障模型的术语常见的故障模型固定型故障桥接故障开路故障延迟故障等价故障故障支配和检查点理论,基本概念,缺陷(defect)、错误(error)、故障(default)缺陷theunintendeddifferencebetweentheimplementedhardwareanditsintendeddesign.工艺缺陷(ProcessDefects)材料缺陷(MaterialDefects)寿命缺陷(AgeDefects)封装缺陷(PackageDefects)其发生在器件的制造和使用过程中,硬件的不完善错误Awrongoutputsignalproducedbyadefectivesystemiscalledanerror.Anerrorisan“effect”whosecauseissome“defect.”故障Arepresentationofa“defect”attheabstractedfunctionleveliscalledafault.功能上的不完善,基本概念,区别:
缺陷物理层上与原先设计相违背错误行为层上表现出的信号异常故障逻辑层上电路的非正常状态有故障不一定就会发生错误a与地短路缺陷a信号固定为逻辑0故障如果此时输入信号a=1,b=1,则c=0错误但,有0信号输入时,c=0此时没有错误发生,a,b,c,GND,基本概念,功能测试结构测试功能测试黑盒测试不考虑内部结构和内部特性,根据功能施加输入检测输出,检测功能是否符合需求。
测试输入通过真值表确定产生,输入数目随输入管脚数目呈指数增长,时间长结构测试白盒测试知道被测电路的结构,根据其确定测试输入,来测试检验电路中的每条通路是否都有能按预定要求正确工作,而不顾它的功能。
测试输入可通过算法计算得出,时间相对较短。
n,为什么要建立故障模型,电路系统在实际工作时出现的故障是多种多样的。
首先,同一种故障在不同的电路中出现造成的实际影响差别很大;其次,不同的系统中故障的数目不同,当这些电路组合在一起时,故障的组合情况就更为复杂。
所以,为了对电路系统的故障进行研究,就必须对故障进行科学的、细致的分类,寻找典型故障的过程被称为故障模拟,而具有典型代表意义的故障被称为故障模型。
采用故障模型的方式来反映电路中的问题,这样抽象简化出来的故障只需要进行逻辑分析问题即可,而不需要对各样繁多的物理问题进行分析。
故障模型的特点故障模型是一种数学结构;故障模型以测试为目标;故障模型可进行分析;实际上可进行有效地测量。
B,A,AB,故障模型的重要性,故障模型(FaultModel)与电路模型密切相关,为了研究故障对电路的影响,并有效的进行故障诊断,需要对故障做一些分类,进行故障建模。
一个故障模型的好坏会直接影响到试验结果,故障模型要能准确的表现出实际故障行为,否则相应故障诊断的理论和方法不能得到发展和完善。
原则:
一是故障模型要能体现这一类故障的典型特点,准确地反映其对电路的影响,即要具有典型性、准确性和广泛性。
二是故障模型要简单易处理,便于各种运算和分析。
上述两原则不可兼得,建立的故障模型要想既准确又尽可能简单,需要权衡和折中考虑两个原则。
这也使得对于同一故障类型,当解决的问题不同和研究的侧重点不同时,采用的故障模型也会不同。
故障模型级别,行为级的故障模型常应用于行为级(高级)电路,很少涉及硬件实现方面的细节,主要涉及电路功能。
在基于模拟的设计验证中发挥了重要的作用。
寄存器传输级电路和门级电路级别固定故障、桥接故障、延迟故障晶体管级的故障模型固定开路故障、固定短路故障其他低层故障模型静态电路缺陷,对应于不同的设计层次,可以有不同的故障模型,故障模型的术语,断言故障AssertionFault行为故障BehavioralFaults分支故障BranchFault桥接故障BridgingFault总线故障BusFault交叉点故障Cross-pointFaultDefect-OrientedFaultsDelayFaultHyperactiveFaultInitializationFaultInstructionFaultIntermittentFaultLine-DelayFaultLogicalFaultsMemoryFaultsMultipleFaultNon-classicalFaultOscillationFault,ParametricFaultPath-DelayFaultPatternSensitiveFaultPermanentFaultPhysicalFaultsPinFaultPLAFaultsPotentiallyDetectableFaultQuiescentCurrentFaultRaceFaultRedundantFaultSegment-DelayFaultStructuralFaultsStuck-atFaultStuck-OpenandStuck-ShortFaultsTransistorFaultsTransitionFaultUntestableFault,常见的故障模型,固定型故障(Stuckatfault)、桥接故障(BridgingFault)、晶体管开路和短路故障(Stuck-OpenandStuck-ShortFaults)。
固定型故障主要是指电路中某一根信号线上信号具有的不可控性,即在系统运行过程中永远固定在某一值上。
与具体的物理故障没有直接的关系按信号固定逻辑电平的高低,分为固定1故障(s-a-1)和固定0故障(s-a-0)。
固定型故障分为单固定型和多固定型故障。
特征:
1.仅有一条线有故障2.故障的线永远固定为1或03.故障可能位于门的输入或输出,0111,1,1,1,s-a-0,(0),(0),单固定型故障,固定型故障,多固定型故障是单固定故障模型的直接扩展,指几条线可能同时发生固定型故障。
随着器件对称性的降低和门密度的增加,出现概率增加。
一个n线的电路,有n个故障现场,在使用固定型故障模型的情况下,每个现场有两个故障,从而一共有2n个单固定故障,3n-1种固定型故障组合。
实际上通常仅考虑单固定故障模型。
h,b,c,d,e,f,i,g,a,j,l,k,12faultsites;24singlestuck-atfaults,桥接故障(BridgingFault),桥接故障是单固定型故障之后,最重要的一类故障。
当电路中两根或两根以上不相连的线连接在一起,会形成信号线短路,短路的两条线处于等电位,具有相同的逻辑值。
随着器件尺寸的减小和门密度的增加,该故障越来越容易发生,是很普遍发生的一种故障类型。
桥接故障常出现在电路的输入端和电路的输入与输出之间两种场合。
线X和线Y间桥接故障的简单模型,(X,Y)表示为桥接故障,Z(X,Y)表示该故障引入的函数。
X,Y,Z(X,Y),Bridging,桥接故障,X,Y,当短路的两根线具有相反的驱动值,强的值其决定作用,结果使短路的两根线具有相同的值。
若0是强值,则桥接结果Z(X,Y)=0,称为与型(AND)桥接故障;若1是强值,则桥接结果Z(X,Y)=1,称为或型(OR)桥接故障桥接故障出现在电路输入端时,一般会形成比较简单的线与关系,测试故障AND型:
设置X=0,测试Y是否固定为0,或反之。
OR型:
设置X=1,测试Y是否固定为1,或反之。
桥接故障,桥接故障包含反馈和无反馈两种类型。
反馈型桥接故障两个桥接节点之间至少存在一个通路。
相反,不存在通路,则两节点间的桥接故障为无反馈型桥接故障。
无反馈型虽改变了电路的逻辑功能,但仍为组合电路。
反馈型可能使电路变成时序电路,改变拓扑结构,a,b,如果反馈环包括奇数次反相时,电路可能会发生振荡。
开路故障,开路故障(openfault)开路故障是电路中的一条物理线路断开了。
这类故障常发生于CMOS电路中,如图所示,Tp1开路故障:
当A=0,B=1时,Tp1固定断开,Tp2闭合,Tn1断开,Tn2闭合。
此时输出L即不与电源导通也不与地相连,为高阻状态。
断开,Z,检验:
A=1,B=1输入,L=0;然后输入变为A=0,B=1,若输出L=1,则电路没有故障,若输出L=0,则电路有故障。
延迟故障,延迟故障即使电路结构无误,信号传播的延迟也可能导致异常,此种情况用延迟故障(delayfault)来描述。
由于电路结构设计不合理引起的,也可能是元件参数变化引起的,时序上的错误。
转换故障门延迟故障线路延迟故障路径延迟故障段延迟故障,故障间的关系,等价故障、支配故障、并发故障、独立故障,V1=V2,V1,V2,V2,V1,V1,V2,f1、f2两故障V1、V2对应的测试集,等价故障,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,从每一个等价集中选择一个故障,进行故障压缩,一个布尔电路的两个故障,如果它们变换电路使两个故障电路有相同的输出函数,那么这两个故障就称为等价的。
sa0,sa0,sa1,sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,故障等价,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,所有故障数=32压缩后的故障数=20压缩比=20/32=0.625,故障支配,如果检测故障F1的所有测试矢量都可以检测另一个故障F2,则称故障F2支配故障F1.支配故障压缩:
如果故障F2支配F1,那么F2可从故障表中删去。
当采用支配故障压缩时,仅考虑布尔门的输入故障就足够了。
如果两个故障彼此相互支配,那么它们是等效的。
s-a-1,s-a-1,001,010,100,000,011,110,101,支配故障压缩规律:
1.一个n输入布尔门需要n+1个单固定故障来模拟;2.NOT门的输出故障以及连线都可以移走,只要输入端的两个故障都保留。
F1,F2,故障支配,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,sa0/sa1,3.对逻辑门的故障进行压缩,门的输出故障可以消除,每个输入保留一个类型的故障(AND和NAND是s-a-1;OR和NOR是s-a-0),并在任意一个输入保留另一个类型的故障(AND和NAND是s-a-0;OR和NOR是s-a-1)。
所有故障数=32压缩后的故障数=17压缩比=17/32=0.53,检测点理论,检测点:
一个仅包含逻辑门组合电路的初始输入和扇出分支。
检测点理论:
一个测试集如果能检测一个组合电路的检测点的所有单固定故障,那么它就可以检测这个电路的所有固定故障。
建立在故障等价和故障支配的概念上。
检测点为支配故障压缩提供了一个初始集。
16个故障位置10个检测点,参考文献,.,Thankyou!
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