基于邊界掃描的模數(shù)混合系統(tǒng)：故障診斷與可測性設(shè)計(jì)的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，模數(shù)混合系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)、航空航天、工業(yè)控制、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域，發(fā)揮著不可或缺的作用。在通信領(lǐng)域，模數(shù)混合系統(tǒng)用于信號的調(diào)制解調(diào)、編碼解碼以及射頻信號處理，確保高效準(zhǔn)確的信息傳輸；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里，模數(shù)混合系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理模擬信號與數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換，為計(jì)算機(jī)提供穩(wěn)定可靠的輸入輸出；航空航天領(lǐng)域中，模數(shù)混合系統(tǒng)對飛行器的導(dǎo)航、姿態(tài)控制、傳感器信號處理等方面起著關(guān)鍵作用，保障飛行安全與任務(wù)執(zhí)行；工業(yè)控制中，模數(shù)混合系統(tǒng)用于監(jiān)測和控制生產(chǎn)過程中的各種物理量，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)與精準(zhǔn)控制；生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，模數(shù)混合系統(tǒng)在醫(yī)療設(shè)備如醫(yī)學(xué)影像診斷、生理信號監(jiān)測等方面發(fā)揮重要作用，為疾病診斷和治療提供支持。然而，隨著科技的不斷進(jìn)步，模數(shù)混合系統(tǒng)的復(fù)雜度和集成度日益提高，這也導(dǎo)致其測試難度大幅增加。與單一的數(shù)字電路或模擬電路相比，模數(shù)混合系統(tǒng)不僅包含模擬電路和數(shù)字電路，還涉及兩者之間的接口電路，使得測試問題變得更加復(fù)雜。模擬電路部分由于其元件參數(shù)的連續(xù)變化、噪聲干擾以及非線性特性等因素，難以像數(shù)字電路那樣采用簡單的測試方法進(jìn)行測試；數(shù)字電路部分雖然有較為成熟的測試方法，但在模數(shù)混合系統(tǒng)中，數(shù)字電路與模擬電路的相互影響以及接口電路的存在，也給測試帶來了新的挑戰(zhàn)。此外，由于模擬電路和數(shù)字電路的測試要求和測試方法存在差異，傳統(tǒng)的測試技術(shù)難以滿足模數(shù)混合系統(tǒng)的測試需求。因此，如何有效地對模數(shù)混合系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和提高其可測性，成為了當(dāng)前電子測試領(lǐng)域亟待解決的重要問題。邊界掃描技術(shù)作為一種標(biāo)準(zhǔn)化的可測性設(shè)計(jì)方法，為解決模數(shù)混合系統(tǒng)的測試難題提供了新的途徑。邊界掃描技術(shù)通過在芯片的邊界上設(shè)置掃描單元，將芯片內(nèi)部的信號引出到芯片外部，從而實(shí)現(xiàn)對芯片內(nèi)部信號的可控制性和可觀察性。邊界掃描技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，它可以有效地解決由于芯片引腳不可訪問而導(dǎo)致的測試?yán)щy問題，通過邊界掃描寄存器，可以將測試數(shù)據(jù)串行輸入到芯片內(nèi)部，對芯片內(nèi)部的邏輯進(jìn)行測試，同時(shí)將測試結(jié)果串行輸出到芯片外部，便于觀察和分析；其次，邊界掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對電路板上各個(gè)元件之間的互連測試，檢測出開路、短路等連接故障，提高系統(tǒng)的可靠性；再者，邊界掃描技術(shù)具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口和測試協(xié)議，易于實(shí)現(xiàn)自動化測試，提高測試效率和測試準(zhǔn)確性；最后，邊界掃描技術(shù)可以在不影響系統(tǒng)正常工作的情況下進(jìn)行測試，為系統(tǒng)的在線測試和故障診斷提供了便利。將邊界掃描技術(shù)應(yīng)用于模數(shù)混合系統(tǒng)的故障診斷和可測性設(shè)計(jì)，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。從理論意義上講，研究基于邊界掃描的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷與可測性設(shè)計(jì)方法，可以豐富和完善電子測試?yán)碚?，為解決復(fù)雜電子系統(tǒng)的測試問題提供新的思路和方法。通過深入研究模數(shù)混合系統(tǒng)的故障模式、故障診斷算法以及可測性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，可以揭示模數(shù)混合系統(tǒng)測試的內(nèi)在規(guī)律，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)的測試性能提供理論基礎(chǔ)。從實(shí)際應(yīng)用價(jià)值來看，提高模數(shù)混合系統(tǒng)的可測性和故障診斷能力，可以有效地降低系統(tǒng)的測試成本和維護(hù)成本，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在產(chǎn)品研發(fā)階段，通過采用邊界掃描技術(shù)進(jìn)行可測性設(shè)計(jì)，可以縮短研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量；在產(chǎn)品生產(chǎn)階段，利用邊界掃描技術(shù)進(jìn)行自動化測試，可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；在產(chǎn)品使用階段，借助邊界掃描技術(shù)進(jìn)行故障診斷，可以快速準(zhǔn)確地定位故障，及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，減少停機(jī)時(shí)間，提高系統(tǒng)的可用性和可靠性。綜上所述，基于邊界掃描的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷與可測性設(shè)計(jì)研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，對于推動電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的作用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，模數(shù)混合系統(tǒng)在現(xiàn)代電子設(shè)備中的應(yīng)用越來越廣泛，其故障診斷和可測性設(shè)計(jì)也成為了國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。下面將分別從國外和國內(nèi)兩個(gè)方面對相關(guān)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析。國外在模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷和可測性設(shè)計(jì)方面的研究起步較早，取得了豐碩的成果。在故障診斷方面，一些學(xué)者提出了基于模型的故障診斷方法，通過建立模數(shù)混合系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用模型預(yù)測和實(shí)際測量之間的差異來診斷故障。例如，文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)1]提出了一種基于狀態(tài)空間模型的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷方法，該方法通過對系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的分析，提取故障特征，實(shí)現(xiàn)對故障的診斷。還有學(xué)者研究基于信號處理的故障診斷方法，通過對模數(shù)混合系統(tǒng)中的信號進(jìn)行分析和處理，提取故障特征，實(shí)現(xiàn)故障診斷。如文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)2]提出了一種基于小波變換的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷方法，該方法利用小波變換對信號進(jìn)行多尺度分解，提取故障特征，從而實(shí)現(xiàn)對故障的診斷。此外，一些學(xué)者還研究了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的故障診斷方法，通過訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，對模數(shù)混合系統(tǒng)的故障進(jìn)行分類和診斷。例如，文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)3]提出了一種基于支持向量機(jī)的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷方法，該方法通過對訓(xùn)練樣本的學(xué)習(xí)，建立支持向量機(jī)模型，實(shí)現(xiàn)對故障的診斷。在可測性設(shè)計(jì)方面，國外學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究。邊界掃描技術(shù)作為一種重要的可測性設(shè)計(jì)方法，在國外得到了廣泛的應(yīng)用和研究。一些學(xué)者研究了如何優(yōu)化邊界掃描鏈的設(shè)計(jì)，提高測試效率和故障覆蓋率。例如，文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)4]提出了一種基于遺傳算法的邊界掃描鏈優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法通過遺傳算法對邊界掃描鏈的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高測試效率和故障覆蓋率。還有學(xué)者研究了如何利用邊界掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)對模數(shù)混合系統(tǒng)的在線測試和故障診斷。如文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)5]提出了一種基于邊界掃描的模數(shù)混合系統(tǒng)在線測試和故障診斷方法，該方法通過邊界掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的在線測試和故障診斷，提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。國內(nèi)在模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷和可測性設(shè)計(jì)方面的研究也取得了一定的進(jìn)展。在故障診斷方面，國內(nèi)學(xué)者結(jié)合國內(nèi)實(shí)際需求，提出了一些具有創(chuàng)新性的故障診斷方法。例如，文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)6]提出了一種基于模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷方法，該方法結(jié)合了模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地處理模數(shù)混合系統(tǒng)中的不確定性和非線性問題，提高故障診斷的準(zhǔn)確性。還有學(xué)者研究了基于故障樹分析的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷方法，通過建立故障樹模型，對系統(tǒng)的故障進(jìn)行分析和診斷。如文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)7]提出了一種基于故障樹分析的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷方法，該方法通過對故障樹的分析，找出系統(tǒng)的故障原因和故障模式，實(shí)現(xiàn)對故障的診斷。在可測性設(shè)計(jì)方面，國內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了深入的研究。一些學(xué)者研究了如何將邊界掃描技術(shù)與其他可測性設(shè)計(jì)方法相結(jié)合，提高模數(shù)混合系統(tǒng)的可測性。例如，文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)8]提出了一種基于邊界掃描和內(nèi)建自測試的模數(shù)混合系統(tǒng)可測性設(shè)計(jì)方法，該方法結(jié)合了邊界掃描和內(nèi)建自測試的優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的可測性和測試效率。還有學(xué)者研究了如何針對國內(nèi)模數(shù)混合系統(tǒng)的特點(diǎn)，優(yōu)化邊界掃描設(shè)計(jì)，降低測試成本。如文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)9]提出了一種針對國內(nèi)模數(shù)混合系統(tǒng)的邊界掃描設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，該方法通過對邊界掃描設(shè)計(jì)的優(yōu)化，降低了測試成本，提高了測試效率。盡管國內(nèi)外在模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷和可測性設(shè)計(jì)方面取得了不少成果，但仍存在一些不足之處。在故障診斷方面，現(xiàn)有的故障診斷方法大多針對特定的故障類型和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，缺乏通用性和靈活性，難以適應(yīng)復(fù)雜多變的模數(shù)混合系統(tǒng)。此外，對于一些新型的故障模式和故障機(jī)理，研究還不夠深入，需要進(jìn)一步探索有效的診斷方法。在可測性設(shè)計(jì)方面，邊界掃描技術(shù)雖然得到了廣泛應(yīng)用，但在測試效率、測試成本和測試覆蓋率等方面仍有待提高。同時(shí)，對于一些特殊的模數(shù)混合系統(tǒng)，如高速、高帶寬的模數(shù)混合系統(tǒng)，現(xiàn)有的可測性設(shè)計(jì)方法還存在一定的局限性，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。1.3研究目標(biāo)與創(chuàng)新點(diǎn)本研究旨在深入探究邊界掃描技術(shù)在模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷與可測性設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以提升模數(shù)混合系統(tǒng)的測試效率和可靠性，具體研究目標(biāo)如下：建立全面的故障模型：通過對模數(shù)混合系統(tǒng)各組成部分，包括模擬電路、數(shù)字電路以及接口電路的故障模式進(jìn)行深入分析，構(gòu)建精確、全面的故障模型。該模型能夠準(zhǔn)確反映系統(tǒng)在各種故障情況下的行為特征，為后續(xù)的故障診斷和可測性設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。優(yōu)化邊界掃描測試算法：在現(xiàn)有邊界掃描測試算法的基礎(chǔ)上，結(jié)合模數(shù)混合系統(tǒng)的特點(diǎn)，進(jìn)行針對性的優(yōu)化和改進(jìn)。通過引入新的算法思路和技術(shù)手段，提高測試算法的效率和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)故障的快速、準(zhǔn)確診斷，有效降低測試時(shí)間和成本。設(shè)計(jì)高效的可測性架構(gòu)：從系統(tǒng)層面出發(fā)，設(shè)計(jì)一種適用于模數(shù)混合系統(tǒng)的高效可測性架構(gòu)。該架構(gòu)充分考慮模擬電路和數(shù)字電路的測試需求差異，通過合理布局邊界掃描單元和設(shè)計(jì)掃描鏈結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)各部分的有效測試控制和觀測，提高系統(tǒng)的可測性水平。驗(yàn)證技術(shù)的有效性：在理論研究的基礎(chǔ)上，搭建實(shí)際的模數(shù)混合系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，對基于邊界掃描技術(shù)的故障診斷方法和可測性設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和對比，評估技術(shù)的實(shí)際效果，進(jìn)一步優(yōu)化和完善相關(guān)技術(shù)和方案，確保其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和有效性。本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：融合多領(lǐng)域技術(shù)：將邊界掃描技術(shù)與信號處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等多領(lǐng)域技術(shù)有機(jī)融合，提出一種全新的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷與可測性設(shè)計(jì)方法。這種跨領(lǐng)域的技術(shù)融合，能夠充分發(fā)揮各技術(shù)的優(yōu)勢，有效解決傳統(tǒng)方法在處理模數(shù)混合系統(tǒng)復(fù)雜故障時(shí)的局限性，為系統(tǒng)測試提供更強(qiáng)大的技術(shù)支持。自適應(yīng)測試策略：根據(jù)模數(shù)混合系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)和環(huán)境條件下的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)的邊界掃描測試策略。該策略能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，自動調(diào)整測試參數(shù)和測試流程，以適應(yīng)不同的測試需求，提高測試的靈活性和適應(yīng)性，確保系統(tǒng)在各種情況下都能得到有效的測試和診斷。創(chuàng)新可測性設(shè)計(jì)：在可測性設(shè)計(jì)方面，提出一種創(chuàng)新的邊界掃描單元結(jié)構(gòu)和掃描鏈設(shè)計(jì)方法。這種新的設(shè)計(jì)方法能夠更好地滿足模數(shù)混合系統(tǒng)對測試控制和觀測的要求，提高測試覆蓋率和故障定位精度，同時(shí)降低硬件開銷和測試成本，為模數(shù)混合系統(tǒng)的可測性設(shè)計(jì)提供新的思路和方法。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與優(yōu)化：搭建實(shí)際的模數(shù)混合系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，對提出的故障診斷方法和可測性設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和對比，深入了解技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)和存在的問題，進(jìn)一步優(yōu)化和完善相關(guān)技術(shù)和方案，確保其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和有效性。這種基于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的研究方法，能夠?yàn)榧夹g(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供有力的支持和保障。二、邊界掃描技術(shù)與模數(shù)混合系統(tǒng)基礎(chǔ)2.1邊界掃描技術(shù)原理與架構(gòu)邊界掃描技術(shù)的核心原理是在芯片的輸入輸出引腳與內(nèi)部邏輯之間插入邊界掃描單元（BoundaryScanCell），這些單元通過串行方式連接形成邊界掃描寄存器（BoundaryScanRegister）。邊界掃描單元主要由移位寄存器和控制邏輯構(gòu)成，移位寄存器能夠存儲和移位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對引腳信號的控制與觀察。在正常工作模式下，芯片按照既定功能運(yùn)行，邊界掃描電路不影響芯片的正常工作；當(dāng)進(jìn)入測試模式時(shí)，通過測試訪問端口（TestAccessPort，TAP）輸入測試指令和數(shù)據(jù)，邊界掃描電路被激活，從而實(shí)現(xiàn)對芯片內(nèi)部信號的可控制性和可觀察性。邊界掃描體系結(jié)構(gòu)主要包含測試訪問端口（TAP）、TAP控制器（TAPController）、指令寄存器（InstructionRegister）、邊界掃描寄存器（BoundaryScanRegister）以及旁路寄存器（BypassRegister）等部分。其中，TAP是邊界掃描技術(shù)的關(guān)鍵接口，由測試時(shí)鐘輸入（TestClockInput，TCK）、測試模式選擇輸入（TestModeSelectionInput，TMS）、測試數(shù)據(jù)輸入（TestDataInput，TDI）、測試數(shù)據(jù)輸出（TestDataOutput，TDO）以及可選的測試復(fù)位輸入（TestResetInput，TRST）等引腳組成。TCK為TAP的操作提供獨(dú)立的時(shí)鐘信號，驅(qū)動TAP的所有操作；TMS信號用于控制TAP狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換，決定TAP在不同狀態(tài)間的切換；TDI是數(shù)據(jù)輸入接口，所有輸入到特定寄存器的數(shù)據(jù)通過該接口串行輸入；TDO是數(shù)據(jù)輸出接口，用于將寄存器中的數(shù)據(jù)串行輸出；TRST可對TAP控制器進(jìn)行復(fù)位初始化，但在IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)中為可選信號。TAP控制器是邊界掃描測試的核心，它是一個(gè)具有16個(gè)狀態(tài)的有限狀態(tài)機(jī)。在TCK的上升沿，TAP控制器根據(jù)TMS引腳的控制信號，控制邊界掃描單元進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換、測試數(shù)據(jù)的加載以及測試響應(yīng)數(shù)據(jù)的采集。通過TAP控制器，可選擇使用指令寄存器掃描或數(shù)據(jù)寄存器掃描，進(jìn)而控制邊界掃描測試的各個(gè)狀態(tài)，如測試邏輯復(fù)位（Test-Logic-Reset）、測試運(yùn)行/空閑（Run-Test/Idle）、數(shù)據(jù)寄存器移位（Shift-DR）、數(shù)據(jù)寄存器暫停（Pause-DR）、指令寄存器移位（Shift-IR）、指令寄存器暫停（Pause-IR）等。不同狀態(tài)對應(yīng)不同的測試操作，例如在測試邏輯復(fù)位狀態(tài)下，TAP發(fā)出復(fù)位信號，使所有測試邏輯不影響元件的正常運(yùn)行；在數(shù)據(jù)寄存器移位狀態(tài)下，數(shù)據(jù)在邊界掃描寄存器中進(jìn)行移位操作，實(shí)現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)的加載和響應(yīng)數(shù)據(jù)的采集。指令寄存器用于存儲測試指令，決定是否進(jìn)行掃描測試以及訪問數(shù)據(jù)寄存器的操作。通過加載不同的指令，可實(shí)現(xiàn)多種測試功能，如器件功能測試（INTEST）、互聯(lián)測試（EXTEST）、采樣測試（SAMPLE/RELOAD）等。器件功能測試用于測試集成電路芯片的內(nèi)部故障，通過TDI輸入測試向量，施加到芯片的核心邏輯輸入端，邊界掃描寄存器的輸出單元捕獲核心邏輯的輸出值，根據(jù)輸入向量和輸出響應(yīng)分析芯片內(nèi)部工作狀態(tài)；互聯(lián)測試主要檢測各集成電路間連線以及板級互連故障，包括短路和斷路故障，此時(shí)邊界掃描寄存器將IC的內(nèi)部邏輯與被測板上其他元件隔離開來，從互連網(wǎng)絡(luò)一端的邊界掃描單元加載輸入值，發(fā)出外部測試命令，通過另一端的邊界掃描單元讀出響應(yīng)值，判斷是否存在互連通路上的故障；采樣測試用于對正在運(yùn)行的系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在集成電路芯片正常工作時(shí)，將其數(shù)據(jù)采樣下來，經(jīng)掃描路徑送出來檢查系統(tǒng)性能。邊界掃描寄存器由大量置于集成電路輸入輸出引腳附近的邊界掃描單元首尾相連構(gòu)成，它使用TDI引腳作為輸入，TDO引腳作為輸出。在測試時(shí)鐘TCK的作用下，從TDI加入的數(shù)據(jù)可以在邊界掃描寄存器中進(jìn)行移動掃描，設(shè)計(jì)人員可利用邊界掃描寄存器來測試外部引腳的連接，或在器件運(yùn)行時(shí)捕獲內(nèi)部數(shù)據(jù)。旁路寄存器是一個(gè)只有1位的寄存器，提供了從TDI到TDO之間的最短通道。當(dāng)選擇旁路寄存器時(shí)，實(shí)際上沒有執(zhí)行邊界掃描測試，其作用是縮短掃描路徑，將不需要測試的數(shù)據(jù)寄存器旁路掉，減少不必要的掃描時(shí)間，提高測試效率。邊界掃描技術(shù)遵循IEEE制定的一系列標(biāo)準(zhǔn)，其中最具代表性的是IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)定義了邊界掃描的測試訪問端口、邊界掃描架構(gòu)、測試指令以及相關(guān)操作規(guī)范等內(nèi)容，為邊界掃描技術(shù)的應(yīng)用提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)自1990年發(fā)布以來，經(jīng)過多次修訂和完善，已成為邊界掃描技術(shù)領(lǐng)域的重要標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字集成電路的測試和可測性設(shè)計(jì)中。除了IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)外，還有IEEE1149.4、IEEE1149.5、IEEE1149.6、IEEE1149.7和IEEE1500等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)在IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展和延伸，進(jìn)一步完善了邊界掃描技術(shù)的應(yīng)用范圍和功能，如IEEE1149.4標(biāo)準(zhǔn)致力于測試模擬電路與含有混合電路信號的互聯(lián)測試、參數(shù)測試和內(nèi)測試，填補(bǔ)了模擬電路檢測的空白；IEEE1149.5標(biāo)準(zhǔn)將集成電路板級的邊界掃描測試擴(kuò)展并應(yīng)用到系統(tǒng)級，滿足了系統(tǒng)級測試的需求。在數(shù)字電路測試中，邊界掃描技術(shù)展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢。首先，它能夠有效解決芯片引腳不可訪問的問題，通過邊界掃描寄存器，可將測試數(shù)據(jù)串行輸入到芯片內(nèi)部，對芯片內(nèi)部邏輯進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果串行輸出到芯片外部，方便觀察和分析，這對于一些采用BGA等封裝形式的芯片尤為重要，因?yàn)檫@些芯片的引腳在封裝內(nèi)部，傳統(tǒng)測試方法難以直接訪問。其次，邊界掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對電路板上各個(gè)元件之間的互連測試，檢測出開路、短路等連接故障，提高系統(tǒng)的可靠性。通過對邊界掃描寄存器的控制，可向芯片引腳施加測試信號，并在其他引腳捕獲響應(yīng)信號，從而判斷元件之間的連接是否正常。再者，邊界掃描技術(shù)具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口和測試協(xié)議，易于實(shí)現(xiàn)自動化測試，提高測試效率和測試準(zhǔn)確性。測試設(shè)備只需按照標(biāo)準(zhǔn)的接口和協(xié)議與芯片進(jìn)行通信，即可完成各種測試操作，大大降低了測試成本和復(fù)雜性。最后，邊界掃描技術(shù)可以在不影響系統(tǒng)正常工作的情況下進(jìn)行測試，為系統(tǒng)的在線測試和故障診斷提供了便利，這對于一些對系統(tǒng)運(yùn)行連續(xù)性要求較高的應(yīng)用場景，如航空航天、工業(yè)控制等領(lǐng)域具有重要意義。然而，邊界掃描技術(shù)在數(shù)字電路測試中也存在一定的局限性。一方面，邊界掃描技術(shù)的測試覆蓋率并非100%，對于一些復(fù)雜的故障模式，如多個(gè)故障同時(shí)發(fā)生或某些特定的內(nèi)部邏輯故障，可能無法準(zhǔn)確檢測和定位。由于邊界掃描主要是通過對芯片引腳信號的控制和觀察來推斷芯片內(nèi)部的工作狀態(tài)，對于一些不影響引腳信號的內(nèi)部故障，可能難以發(fā)現(xiàn)。另一方面，邊界掃描技術(shù)的測試時(shí)間和測試成本與掃描鏈的長度和復(fù)雜度密切相關(guān)。隨著芯片規(guī)模和復(fù)雜度的增加，邊界掃描鏈的長度也會相應(yīng)增加，導(dǎo)致測試時(shí)間延長，測試成本上升。此外，邊界掃描技術(shù)對測試設(shè)備和測試軟件的要求較高，需要專業(yè)的測試設(shè)備和復(fù)雜的測試軟件來實(shí)現(xiàn)對邊界掃描電路的控制和測試數(shù)據(jù)的分析，這也在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。2.2模數(shù)混合系統(tǒng)組成與特點(diǎn)模數(shù)混合系統(tǒng)是一種集成了模擬電路和數(shù)字電路的復(fù)雜電子系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)、控制、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域。它能夠充分發(fā)揮模擬電路和數(shù)字電路各自的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對各種信號的處理和控制。模擬電路部分是模數(shù)混合系統(tǒng)的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)對連續(xù)變化的模擬信號進(jìn)行處理，如放大、濾波、調(diào)制等。模擬電路的基本元件包括電阻、電容、電感、二極管、晶體管等，這些元件通過不同的組合方式構(gòu)成各種模擬電路模塊，如放大器、濾波器、振蕩器等。在音頻信號處理中，模擬電路中的放大器可以將微弱的音頻信號放大到足夠的幅度，以便后續(xù)的處理和傳輸；濾波器則可以去除音頻信號中的噪聲和干擾，提高信號的質(zhì)量。模擬電路的特點(diǎn)是信號處理的連續(xù)性和對信號細(xì)節(jié)的高保真度，但也存在一些缺點(diǎn)，如容易受到噪聲干擾、元件參數(shù)的離散性較大、難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成等。由于模擬電路中的信號是連續(xù)變化的，噪聲和干擾很容易疊加到信號上，影響信號的準(zhǔn)確性；而且模擬電路中的元件參數(shù)會受到溫度、電壓等因素的影響，導(dǎo)致參數(shù)的離散性較大，從而影響電路的性能。數(shù)字電路部分在模數(shù)混合系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)對離散的數(shù)字信號進(jìn)行處理，如邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。?shù)字電路的基本單元是邏輯門，如與門、或門、非門等，這些邏輯門通過不同的組合方式構(gòu)成各種數(shù)字電路模塊，如計(jì)數(shù)器、寄存器、加法器、微處理器等。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)字電路中的微處理器可以執(zhí)行各種指令，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和運(yùn)算；寄存器則可以存儲數(shù)據(jù)和指令，為微處理器的運(yùn)行提供支持。數(shù)字電路的特點(diǎn)是信號處理的準(zhǔn)確性和可靠性高、易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集成、抗干擾能力強(qiáng)等。數(shù)字電路中的信號只有0和1兩種狀態(tài)，通過邏輯門的運(yùn)算可以準(zhǔn)確地處理和傳輸信號，而且數(shù)字電路可以采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，將大量的邏輯門集成在一個(gè)芯片上，提高電路的性能和可靠性；此外，數(shù)字電路對噪聲和干擾的容忍度較高，能夠在復(fù)雜的環(huán)境中穩(wěn)定工作。模數(shù)混合系統(tǒng)還包括模擬與數(shù)字之間的接口電路，這是實(shí)現(xiàn)模擬信號與數(shù)字信號相互轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。常見的接口電路有模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-DigitalConverter，ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（Digital-to-AnalogConverter，DAC）。ADC的作用是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便數(shù)字電路進(jìn)行處理。它的工作原理是通過采樣和量化的過程，將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號。采樣是指在一定的時(shí)間間隔內(nèi)對模擬信號進(jìn)行取值，量化則是將采樣得到的模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼。根據(jù)不同的轉(zhuǎn)換原理，ADC可以分為逐次逼近型ADC、并行比較型ADC、積分型ADC等。逐次逼近型ADC通過逐次比較的方式確定數(shù)字代碼，具有較高的轉(zhuǎn)換精度和速度；并行比較型ADC則通過多個(gè)比較器同時(shí)比較的方式實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，適用于對轉(zhuǎn)換速度要求較高的場合；積分型ADC則通過對模擬信號進(jìn)行積分來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，具有較高的抗干擾能力。DAC的作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，以便驅(qū)動模擬設(shè)備。它的工作原理是根據(jù)輸入的數(shù)字代碼，通過電阻網(wǎng)絡(luò)或電容網(wǎng)絡(luò)等方式產(chǎn)生相應(yīng)的模擬電壓或電流。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)和工作原理，DAC可以分為電阻分壓型DAC、R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、權(quán)電流型DAC等。電阻分壓型DAC通過電阻分壓的方式產(chǎn)生模擬電壓，結(jié)構(gòu)簡單但精度較低；R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC則通過R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換，具有較高的精度和穩(wěn)定性；權(quán)電流型DAC則通過產(chǎn)生與數(shù)字代碼成正比的電流來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，適用于對轉(zhuǎn)換速度和精度要求較高的場合。接口電路在模數(shù)混合系統(tǒng)中起著橋梁的作用，其性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。如果接口電路的轉(zhuǎn)換精度不夠高，會導(dǎo)致信號的失真和誤差；如果轉(zhuǎn)換速度不夠快，會影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和響應(yīng)速度。模數(shù)混合系統(tǒng)的獨(dú)特性在于其融合了模擬電路和數(shù)字電路的特點(diǎn)，這種融合帶來了諸多優(yōu)勢。它能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜信號的處理，模擬電路可以對自然界中的各種連續(xù)信號進(jìn)行預(yù)處理，然后將處理后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由數(shù)字電路進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)對信號的精確處理和控制。在通信系統(tǒng)中，模數(shù)混合系統(tǒng)可以對射頻信號進(jìn)行放大、濾波等模擬處理，然后將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，提高通信的質(zhì)量和效率。此外，模數(shù)混合系統(tǒng)還可以充分利用模擬電路和數(shù)字電路的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化和低功耗。模擬電路在處理小信號時(shí)具有較低的功耗，而數(shù)字電路則可以通過優(yōu)化算法和結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)的功耗。通過合理設(shè)計(jì)模數(shù)混合系統(tǒng)，可以在保證系統(tǒng)性能的前提下，降低系統(tǒng)的功耗和體積。然而，模數(shù)混合系統(tǒng)的模擬與數(shù)字電路混合也帶來了一系列測試挑戰(zhàn)。模擬電路和數(shù)字電路的測試方法和要求存在差異，模擬電路的測試通常需要使用高精度的測試設(shè)備，如示波器、頻譜分析儀等，對測試信號的幅度、頻率、相位等參數(shù)進(jìn)行精確測量；而數(shù)字電路的測試則主要使用邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器等設(shè)備，對數(shù)字信號的邏輯狀態(tài)進(jìn)行檢測。這使得在對模數(shù)混合系統(tǒng)進(jìn)行測試時(shí)，需要同時(shí)考慮模擬電路和數(shù)字電路的測試需求，增加了測試的復(fù)雜性。由于模擬電路和數(shù)字電路在同一系統(tǒng)中工作，它們之間可能會產(chǎn)生相互干擾，如數(shù)字電路的高速信號可能會對模擬電路產(chǎn)生電磁干擾，影響模擬電路的性能。在測試過程中，需要采取有效的措施來抑制這種干擾，以確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。接口電路的測試也是一個(gè)難點(diǎn)，由于接口電路涉及模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，其測試需要同時(shí)考慮模擬信號和數(shù)字信號的特性，對測試設(shè)備和測試方法的要求較高。而且接口電路的性能對整個(gè)系統(tǒng)的性能影響較大，因此需要對接口電路進(jìn)行嚴(yán)格的測試和驗(yàn)證。三、模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷方法研究3.1模擬電路故障診斷方法模擬電路在模數(shù)混合系統(tǒng)中承擔(dān)著對連續(xù)模擬信號的處理任務(wù)，其故障類型豐富多樣，故障診斷工作極具挑戰(zhàn)性。模擬電路常見的故障類型主要包括以下幾種：硬故障：這類故障通常由元件參量的突然大幅度偏差導(dǎo)致，如開路、短路等情況，具有突發(fā)性和永久性的特點(diǎn)，一旦發(fā)生，會使電路性能發(fā)生顯著改變，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。例如，電阻因過流而燒毀，導(dǎo)致阻值變?yōu)闊o窮大，相當(dāng)于開路狀態(tài)；電容因擊穿而短路，使電路的信號傳輸出現(xiàn)異常。軟故障：主要是由于元件參量隨著時(shí)間和環(huán)境條件的變化，緩慢超出其容差范圍所引起的故障，也被稱為漸變故障。這種故障的發(fā)生較為隱匿，初期可能不會對電路性能產(chǎn)生明顯影響，但隨著時(shí)間推移，會逐漸導(dǎo)致電路性能下降。例如，電阻的阻值可能會因?yàn)闇囟?、濕度等環(huán)境因素的長期作用而發(fā)生漂移，超出其標(biāo)稱值的允許誤差范圍；電容的容量也可能會隨著使用時(shí)間的增加而逐漸減小，影響電路的濾波效果。間歇故障：多由元件老化、容差不足、接觸不良等原因造成，其特點(diǎn)是僅在某些特定情況下才會表現(xiàn)出來，故障出現(xiàn)具有隨機(jī)性和間歇性，給故障診斷帶來很大困難。例如，插件的松動、焊點(diǎn)被氧化或焊接不牢靠等，可能會導(dǎo)致電路在受到振動或溫度變化時(shí)出現(xiàn)間歇性斷路或短路現(xiàn)象，使電路時(shí)而正常工作，時(shí)而出現(xiàn)故障。單故障：指在某一時(shí)刻，故障僅涉及一個(gè)參量或一個(gè)元件，在運(yùn)行中的設(shè)備中較為常見。比如，某一時(shí)刻電路中的一個(gè)晶體管出現(xiàn)故障，而其他元件仍能正常工作。多故障：是與幾個(gè)參量或元件有關(guān)的故障，常見于剛出廠的設(shè)備，由于多個(gè)元件或參量同時(shí)出現(xiàn)問題，故障診斷的難度較大。例如，新設(shè)備中可能同時(shí)存在多個(gè)電阻的阻值偏差、電容的漏電等問題，這些問題相互影響，增加了故障診斷的復(fù)雜性。針對模擬電路的故障診斷，目前已經(jīng)發(fā)展出了多種方法，以下將詳細(xì)介紹故障字典法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法這兩種具有代表性的方法：故障字典法：該方法的理論基礎(chǔ)是模式識別原理，其基本步驟是在電路測試之前，利用計(jì)算機(jī)模擬電路在各種故障條件下的狀態(tài)，建立故障字典。故障字典包含了不同故障模式下電路的特征信息，如電壓、電流、頻率等。在電路測試之后，根據(jù)實(shí)際測量信號和某種判決準(zhǔn)則查字典，從而確定故障。故障字典法按建立字典所依據(jù)的特性又可分為直流法、頻域法和時(shí)域法。直流故障字典法利用電路的直流響應(yīng)作為故障特征建立故障字典，對硬故障的診斷簡單有效，相對比較成熟；頻域法以電路的頻域響應(yīng)作為故障特征建立故障字典，理論分析比較成熟，硬件要求主要是正弦信號發(fā)生器、電壓表和頻譜分析儀；時(shí)域法利用電路的時(shí)域響應(yīng)作為故障特征建立故障字典，主要有偽噪聲信號法和測試信號設(shè)計(jì)法（輔助信號法）。故障字典法的優(yōu)點(diǎn)是一次性計(jì)算，所需測試點(diǎn)少，幾乎無需測后計(jì)算，因此使用靈活，特別適用于在線診斷，如在機(jī)艙、船艙等環(huán)境中使用。然而，該方法也存在明顯的缺點(diǎn)，由于故障經(jīng)驗(yàn)有限，需要存儲大量的故障信息，導(dǎo)致存儲容量大，對于大規(guī)模電路測試?yán)щy，目前主要用于單故障與硬故障的診斷。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法：是一種模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)的信息處理方法，通過大量簡單非線性神經(jīng)元互聯(lián)構(gòu)成信號處理網(wǎng)絡(luò)。在模擬電路故障診斷中，常用的是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它具有較強(qiáng)的模式識別能力，并具有自學(xué)習(xí)、并行處理、分布式存儲以及聯(lián)想記憶的優(yōu)點(diǎn)。其工作原理是先采集各種故障狀態(tài)下對應(yīng)的特征值，并利用這些值訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練好后，就相當(dāng)于在BP網(wǎng)絡(luò)中建立了一部智能字典。在診斷時(shí)，只要輸入電路的故障特征值，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就能自動聯(lián)想到其所對應(yīng)的故障狀態(tài)。例如，在對一個(gè)簡單的模擬放大電路進(jìn)行故障診斷時(shí)，通過采集正常狀態(tài)和不同故障狀態(tài)下電路的輸出電壓、電流等特征值，對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。訓(xùn)練完成后，當(dāng)輸入新的故障特征值時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠快速準(zhǔn)確地判斷出故障類型，如晶體管開路、電容漏電等。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的優(yōu)點(diǎn)是對復(fù)雜故障模式具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，能夠處理部分未知的故障類型，對于底層控制單元的電路結(jié)構(gòu)和操作原理不太敏感，具有較好的可移植性。但是，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要大量的數(shù)據(jù)，因此需要付出較高的成本和時(shí)間，而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際操作過程較為復(fù)雜，需要專業(yè)的技術(shù)人員對其進(jìn)行維護(hù)和修復(fù)。3.2數(shù)字電路測試矢量生成數(shù)字電路的故障類型多樣，對其進(jìn)行準(zhǔn)確的故障診斷依賴于有效的測試矢量生成方法。數(shù)字電路常見故障類型包括：固定故障：指電路中某節(jié)點(diǎn)的邏輯值固定為0或1，不隨輸入信號變化。例如，由于制造缺陷或電路老化，某邏輯門的輸入或輸出引腳可能出現(xiàn)短路或開路，導(dǎo)致其邏輯值固定。在一個(gè)簡單的與門電路中，若輸入引腳A因短路固定為0，無論另一個(gè)輸入引腳B的信號如何變化，與門的輸出始終為0。這種故障會直接影響電路的邏輯功能，導(dǎo)致電路無法正常工作。橋接故障：是指兩條或多條信號線之間出現(xiàn)不應(yīng)有的連接，導(dǎo)致信號相互干擾。這種故障通常是由于電路板制造過程中的工藝問題，如線路之間的絕緣層破損，或者元件安裝不當(dāng)造成的。在一個(gè)數(shù)字電路中，若兩條相鄰的信號線因絕緣層損壞而橋接在一起，當(dāng)其中一條信號線傳輸邏輯1信號，另一條傳輸邏輯0信號時(shí)，橋接處的信號狀態(tài)將變得不確定，可能會影響與之相連的邏輯門的正常工作，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)電路的邏輯錯誤。延遲故障：由于電路中信號傳輸延遲超過允許范圍，導(dǎo)致電路在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無法完成正確的邏輯操作。信號延遲可能是由多種因素引起的，如芯片內(nèi)部的寄生電容和電感、電路板上的布線長度和寬度，以及信號傳輸過程中的干擾等。在高速數(shù)字電路中，延遲故障尤為常見。例如，一個(gè)時(shí)序電路中的觸發(fā)器，若其時(shí)鐘信號的傳輸延遲過大，可能會導(dǎo)致觸發(fā)器在錯誤的時(shí)刻采樣數(shù)據(jù)，從而使電路的輸出出現(xiàn)錯誤。開路故障：電路中的信號線或元件引腳出現(xiàn)斷路，導(dǎo)致信號無法正常傳輸。開路故障可能是由于焊接不良、元件引腳斷裂或電路板上的線路腐蝕等原因造成的。在一個(gè)由多個(gè)邏輯門組成的電路中，若連接兩個(gè)邏輯門的信號線出現(xiàn)開路，前一個(gè)邏輯門的輸出信號將無法傳輸?shù)胶笠粋€(gè)邏輯門，從而使整個(gè)電路的邏輯功能中斷。短路故障：指不同電位的兩點(diǎn)之間出現(xiàn)低電阻連接，導(dǎo)致電流異常增大。短路故障可能會損壞電路元件，甚至引發(fā)火災(zāi)等安全事故。在數(shù)字電路中，短路故障可能發(fā)生在電源與地之間，或者邏輯門的輸入輸出引腳之間。例如，若一個(gè)邏輯門的電源引腳與地引腳之間發(fā)生短路，會導(dǎo)致電源電流急劇增大，可能會燒毀該邏輯門以及與之相連的其他元件。對于組合電路，測試矢量生成方法旨在找到一組輸入矢量，能夠檢測出電路中可能存在的各種故障。經(jīng)典的D算法是一種廣泛應(yīng)用的組合電路測試矢量生成算法，它基于故障傳播的思想，通過正向和反向追蹤來確定測試矢量。正向追蹤是從故障點(diǎn)開始，根據(jù)電路的邏輯關(guān)系，將故障信號傳播到電路的輸出端；反向追蹤則是從輸出端的故障響應(yīng)出發(fā)，反向推導(dǎo)到輸入端，確定能夠產(chǎn)生該故障響應(yīng)的輸入矢量。以一個(gè)簡單的與非門電路為例，假設(shè)與非門的一個(gè)輸入引腳存在固定為0的故障。在正向追蹤時(shí)，由于該輸入固定為0，無論另一個(gè)輸入信號如何，與非門的輸出都將固定為1。在反向追蹤時(shí)，為了檢測到這個(gè)故障，需要將另一個(gè)輸入設(shè)置為1，這樣當(dāng)正常情況下與非門的輸出應(yīng)該為0，而實(shí)際輸出為1時(shí)，就可以判斷出存在故障。D算法的優(yōu)點(diǎn)是能夠系統(tǒng)地生成測試矢量，保證較高的故障覆蓋率，但對于大規(guī)模電路，其計(jì)算復(fù)雜度較高，計(jì)算時(shí)間較長。布爾差分法也是一種常用的組合電路測試矢量生成方法。它通過計(jì)算電路輸出對輸入的布爾差分，來確定能夠檢測故障的測試矢量。布爾差分反映了電路輸出對輸入變化的敏感程度，若布爾差分不為零，則說明該輸入的變化會引起輸出的變化，從而可以通過改變該輸入來檢測故障。例如，對于一個(gè)邏輯函數(shù)F(A,B,C)，計(jì)算其對輸入A的布爾差分\frac{\partialF}{\partialA}，若\frac{\partialF}{\partialA}=1，則說明輸入A的變化會導(dǎo)致輸出F的變化，此時(shí)可以通過改變A的值來檢測與A相關(guān)的故障。布爾差分法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算相對簡單，能夠快速生成測試矢量，但它對于一些復(fù)雜的故障模式可能無法提供有效的測試矢量，故障覆蓋率相對較低。時(shí)序電路的測試矢量生成比組合電路更為復(fù)雜，因?yàn)闀r(shí)序電路具有記憶功能，其狀態(tài)不僅取決于當(dāng)前輸入，還與過去的輸入和狀態(tài)有關(guān)。因此，在生成測試矢量時(shí)，需要考慮電路的初始狀態(tài)以及狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程?；跔顟B(tài)轉(zhuǎn)移圖的測試矢量生成方法是一種常見的時(shí)序電路測試方法，它通過分析時(shí)序電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，確定能夠覆蓋所有狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移的測試序列。首先，根據(jù)電路的邏輯描述構(gòu)建狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，圖中每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示電路的一個(gè)狀態(tài)，每條邊表示狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系，邊上的標(biāo)注表示轉(zhuǎn)移條件和輸出。然后，通過遍歷狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，生成能夠遍歷所有節(jié)點(diǎn)和邊的測試序列。例如，對于一個(gè)簡單的計(jì)數(shù)器電路，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖包含從0到7的八個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)在時(shí)鐘信號的作用下轉(zhuǎn)移到下一個(gè)狀態(tài)。為了測試這個(gè)計(jì)數(shù)器電路，需要生成一個(gè)測試序列，能夠使計(jì)數(shù)器從初始狀態(tài)0開始，依次經(jīng)過所有狀態(tài)，最終回到狀態(tài)0。這樣可以檢測出計(jì)數(shù)器在狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程中可能出現(xiàn)的故障，如狀態(tài)跳轉(zhuǎn)錯誤、計(jì)數(shù)錯誤等。基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的測試矢量生成方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀、易于理解，能夠全面覆蓋電路的狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移，但對于復(fù)雜的時(shí)序電路，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的規(guī)模會非常龐大，導(dǎo)致測試矢量生成的計(jì)算量和時(shí)間復(fù)雜度增加。此外，還有基于可測性設(shè)計(jì)技術(shù)的時(shí)序電路測試矢量生成方法，如掃描設(shè)計(jì)。掃描設(shè)計(jì)通過在時(shí)序電路中插入掃描鏈，將時(shí)序電路轉(zhuǎn)化為可控可觀的組合電路，從而簡化測試矢量的生成。掃描鏈由一系列的掃描單元組成，這些掃描單元可以在測試模式下將時(shí)序電路的狀態(tài)存儲起來，并通過串行方式輸出到芯片外部，同時(shí)也可以從芯片外部輸入新的狀態(tài)值，對時(shí)序電路進(jìn)行初始化和控制。在測試時(shí)，首先將時(shí)序電路設(shè)置為掃描模式，通過掃描鏈將電路的初始狀態(tài)讀出并保存，然后輸入測試矢量，觀察電路的輸出響應(yīng)。根據(jù)輸出響應(yīng)和保存的初始狀態(tài)，可以判斷電路是否存在故障。掃描設(shè)計(jì)大大提高了時(shí)序電路的可測性，降低了測試矢量生成的難度和復(fù)雜度，但會增加芯片的面積和功耗，因?yàn)樾枰~外的掃描單元和掃描鏈布線。故障仿真技術(shù)在數(shù)字電路測試矢量生成中起著重要作用，它通過模擬電路在各種故障情況下的行為，評估測試矢量的故障檢測能力。故障仿真可以幫助確定哪些測試矢量能夠檢測到特定的故障，以及哪些故障還未被檢測到，從而指導(dǎo)測試矢量的優(yōu)化和補(bǔ)充。常見的故障仿真算法包括并行故障仿真、演繹故障仿真和并發(fā)故障仿真等。并行故障仿真算法是同時(shí)對多個(gè)故障進(jìn)行仿真，通過并行計(jì)算提高仿真速度，但需要較大的計(jì)算資源；演繹故障仿真算法則是根據(jù)電路的邏輯關(guān)系，從故障點(diǎn)出發(fā)，逐步推導(dǎo)故障對電路輸出的影響，計(jì)算復(fù)雜度較高，但能夠提供詳細(xì)的故障傳播信息；并發(fā)故障仿真算法結(jié)合了并行故障仿真和演繹故障仿真的優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上提高了仿真效率和準(zhǔn)確性。例如，在對一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字集成電路進(jìn)行測試矢量生成時(shí)，首先使用故障仿真技術(shù)對初步生成的測試矢量進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)某些故障無法被檢測到。然后，根據(jù)故障仿真的結(jié)果，有針對性地調(diào)整測試矢量，增加能夠檢測這些未覆蓋故障的測試矢量，從而提高整個(gè)測試矢量集的故障覆蓋率。故障仿真技術(shù)還可以用于評估不同測試矢量生成方法的性能，比較不同方法生成的測試矢量集在故障檢測能力、測試時(shí)間和測試成本等方面的差異，為選擇合適的測試矢量生成方法提供依據(jù)。3.3基于邊界掃描的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷策略由于模數(shù)混合系統(tǒng)包含模擬電路和數(shù)字電路，其故障診斷需要綜合考慮兩者的特點(diǎn)，將模擬電路和數(shù)字電路的故障診斷方法有機(jī)結(jié)合?；谶吔鐠呙杓夹g(shù)，可構(gòu)建一套有效的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷策略。在模數(shù)混合系統(tǒng)中，首先利用邊界掃描技術(shù)對數(shù)字電路部分進(jìn)行測試。通過邊界掃描寄存器，將測試矢量串行輸入到數(shù)字電路內(nèi)部，對數(shù)字電路的邏輯功能進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果串行輸出，以便分析數(shù)字電路是否存在故障。在對數(shù)字電路進(jìn)行測試時(shí)，可以采用前面提到的組合電路測試矢量生成方法（如D算法、布爾差分法等）和時(shí)序電路測試矢量生成方法（如基于狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的方法、掃描設(shè)計(jì)等），生成針對數(shù)字電路不同故障類型的測試矢量。利用D算法生成測試矢量，對數(shù)字電路中的固定故障、橋接故障等進(jìn)行檢測；通過掃描設(shè)計(jì)將時(shí)序電路轉(zhuǎn)化為可控可觀的組合電路，便于生成測試矢量和檢測故障。對于模擬電路部分，可借助邊界掃描技術(shù)提供的可觀測性，采用模擬電路故障診斷方法進(jìn)行故障診斷。例如，利用故障字典法，在電路測試之前，通過計(jì)算機(jī)模擬電路在各種故障條件下的狀態(tài)，建立故障字典。在測試時(shí)，通過邊界掃描獲取模擬電路的相關(guān)信號，根據(jù)測量信號和某種判決準(zhǔn)則查字典，從而確定模擬電路是否存在故障以及故障類型。在建立故障字典時(shí)，可以根據(jù)模擬電路的直流響應(yīng)、頻域響應(yīng)或時(shí)域響應(yīng)等特性，分別采用直流故障字典法、頻域法或時(shí)域法。對于一些對直流特性較為敏感的模擬電路，可采用直流故障字典法，利用電路的直流響應(yīng)作為故障特征建立故障字典；對于需要分析頻率特性的模擬電路，可采用頻域法，以電路的頻域響應(yīng)作為故障特征建立故障字典。此外，還可以運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對模擬電路進(jìn)行故障診斷。通過采集模擬電路在各種故障狀態(tài)下的特征值，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使其能夠識別不同的故障模式。在測試時(shí)，將通過邊界掃描獲取的模擬電路特征值輸入到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)即可判斷模擬電路是否存在故障以及故障類型。考慮到模擬電路和數(shù)字電路之間的接口電路在模數(shù)混合系統(tǒng)中的重要性，對其進(jìn)行故障診斷也至關(guān)重要。接口電路主要包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），對于ADC的故障診斷，可以通過向ADC輸入已知的模擬信號，利用邊界掃描技術(shù)獲取ADC的數(shù)字輸出，與理論輸出進(jìn)行比較，判斷ADC是否存在故障。例如，輸入一系列標(biāo)準(zhǔn)的模擬電壓信號，通過邊界掃描讀取ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)字代碼，檢查數(shù)字代碼是否與理論值一致，從而判斷ADC的轉(zhuǎn)換精度、線性度等性能是否正常。對于DAC的故障診斷，則可以通過向DAC輸入已知的數(shù)字信號，利用邊界掃描技術(shù)獲取DAC的模擬輸出，與理論輸出進(jìn)行比較，判斷DAC是否存在故障。輸入一系列標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字代碼，通過邊界掃描測量DAC輸出的模擬電壓或電流，檢查模擬輸出是否符合理論值，從而判斷DAC的轉(zhuǎn)換精度、穩(wěn)定性等性能是否正常。為了更直觀地說明基于邊界掃描的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷策略的應(yīng)用，下面以一個(gè)簡單的模數(shù)混合系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。該模數(shù)混合系統(tǒng)包括一個(gè)模擬前端電路、一個(gè)ADC、一個(gè)數(shù)字信號處理器（DSP）和一個(gè)DAC。模擬前端電路負(fù)責(zé)對輸入的模擬信號進(jìn)行預(yù)處理，如放大、濾波等；ADC將模擬前端電路輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入到DSP中進(jìn)行處理；DSP對數(shù)字信號進(jìn)行各種算法處理后，將結(jié)果輸出到DAC；DAC將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，輸出給后續(xù)的模擬負(fù)載。在對該模數(shù)混合系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷時(shí)，首先利用邊界掃描技術(shù)對數(shù)字電路部分（即DSP）進(jìn)行測試。通過邊界掃描寄存器，輸入針對DSP不同故障類型的測試矢量，如固定故障、橋接故障等測試矢量，檢測DSP的邏輯功能是否正常。同時(shí)，利用邊界掃描技術(shù)對ADC和DAC進(jìn)行測試。對于ADC，輸入已知的模擬信號，通過邊界掃描獲取ADC的數(shù)字輸出，與理論輸出進(jìn)行比較，判斷ADC是否存在故障。對于DAC，輸入已知的數(shù)字信號，通過邊界掃描獲取DAC的模擬輸出，與理論輸出進(jìn)行比較，判斷DAC是否存在故障。對于模擬前端電路，采用故障字典法進(jìn)行故障診斷。在測試之前，通過計(jì)算機(jī)模擬模擬前端電路在各種故障條件下的狀態(tài)，建立故障字典。在測試時(shí)，通過邊界掃描獲取模擬前端電路的相關(guān)信號，根據(jù)測量信號和某種判決準(zhǔn)則查字典，從而確定模擬前端電路是否存在故障以及故障類型。通過上述案例分析可以看出，基于邊界掃描的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷策略能夠有效地對模數(shù)混合系統(tǒng)中的模擬電路、數(shù)字電路以及接口電路進(jìn)行故障診斷，提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。四、模數(shù)混合系統(tǒng)可測性設(shè)計(jì)方法4.1可測性設(shè)計(jì)的概念與度量可測性設(shè)計(jì)（DesignforTestability，DFT）是一種在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就充分考慮測試需求的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)。它通過在系統(tǒng)中添加特定的結(jié)構(gòu)和電路，使系統(tǒng)在測試時(shí)能夠更方便地進(jìn)行故障檢測、故障定位和性能評估，從而提高系統(tǒng)的可測試性和測試效率，降低測試成本。可測性設(shè)計(jì)的核心思想是將測試功能融入到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使系統(tǒng)在正常工作和測試模式下都能有效地運(yùn)行，并且在測試模式下能夠快速、準(zhǔn)確地檢測出系統(tǒng)中存在的故障。在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，通過添加掃描鏈結(jié)構(gòu)，將時(shí)序電路轉(zhuǎn)換為可控可觀的組合電路，大大簡化了測試矢量的生成和故障檢測過程；在模擬電路設(shè)計(jì)中，采用可測性增強(qiáng)的電路結(jié)構(gòu)，如插入測試點(diǎn)、增加冗余電路等，提高了模擬電路的可測試性?？蓽y性設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在保證系統(tǒng)功能和性能的前提下，使系統(tǒng)具有良好的可測試性，具體包括以下幾個(gè)方面：一是提高故障覆蓋率，確保能夠檢測出系統(tǒng)中盡可能多的故障類型和故障模式；二是降低測試成本，包括測試設(shè)備的成本、測試時(shí)間的成本以及測試人力的成本等；三是提高測試效率，使測試過程能夠快速、準(zhǔn)確地完成，減少測試時(shí)間和測試次數(shù)；四是增強(qiáng)故障定位能力，能夠準(zhǔn)確地確定故障發(fā)生的位置和原因，便于進(jìn)行故障修復(fù)和系統(tǒng)維護(hù)?？蓽y性度量是評估系統(tǒng)可測性水平的重要手段，通過一系列的度量指標(biāo)，可以定量地描述系統(tǒng)的可測試性程度，為可測性設(shè)計(jì)提供依據(jù)和指導(dǎo)。常見的可測性度量指標(biāo)主要包括以下幾種：故障覆蓋率：是指在給定的故障模型下，測試矢量能夠檢測到的故障數(shù)目與系統(tǒng)中可能存在的所有故障數(shù)目之比，通常用百分比表示。故障覆蓋率是衡量測試效果的關(guān)鍵指標(biāo)，越高的故障覆蓋率意味著能夠檢測出更多的故障，系統(tǒng)的可靠性也就越高。在一個(gè)數(shù)字電路系統(tǒng)中，如果總共存在100個(gè)可能的故障，而通過測試矢量能夠檢測到95個(gè)故障，那么該測試矢量集的故障覆蓋率就是95%。故障覆蓋率的計(jì)算方法通?；诠收夏M技術(shù)，通過對系統(tǒng)進(jìn)行故障注入和模擬，統(tǒng)計(jì)能夠被檢測到的故障數(shù)量，從而得到故障覆蓋率。測試時(shí)間：是指完成一次完整測試所需的時(shí)間，包括測試矢量的施加時(shí)間、測試響應(yīng)的采集時(shí)間以及測試數(shù)據(jù)的處理時(shí)間等。測試時(shí)間直接影響測試效率和測試成本，較短的測試時(shí)間可以提高生產(chǎn)效率，降低測試成本。對于大規(guī)模集成電路系統(tǒng)，測試時(shí)間可能會很長，因此需要采用優(yōu)化的測試策略和算法來縮短測試時(shí)間。采用并行測試技術(shù)，同時(shí)對多個(gè)模塊進(jìn)行測試，可以大大縮短測試時(shí)間；或者采用自適應(yīng)測試策略，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)動態(tài)調(diào)整測試矢量和測試流程，也可以提高測試效率，減少測試時(shí)間。測試成本：包括測試設(shè)備的成本、測試軟件的成本、測試人力的成本以及測試過程中消耗的材料成本等。測試成本是可測性設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素之一，降低測試成本可以提高產(chǎn)品的競爭力。在選擇測試設(shè)備時(shí)，需要綜合考慮設(shè)備的性能、價(jià)格以及適用范圍等因素，選擇性價(jià)比高的測試設(shè)備；在測試軟件的開發(fā)和使用中，需要注重軟件的復(fù)用性和可維護(hù)性，降低軟件的開發(fā)和維護(hù)成本；在測試人力的安排上，需要合理分配人力資源，提高測試人員的工作效率，降低人力成本?？煽刂菩裕菏侵笇ο到y(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的信號進(jìn)行控制的難易程度，反映了從系統(tǒng)外部輸入測試矢量，使系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)達(dá)到期望狀態(tài)的能力?？煽刂菩栽胶茫驮饺菀讓ο到y(tǒng)進(jìn)行測試和故障診斷。在數(shù)字電路中，通過設(shè)計(jì)合理的測試訪問機(jī)制和測試接口，如邊界掃描技術(shù)中的測試訪問端口（TAP），可以提高系統(tǒng)的可控制性。通過TAP，可以方便地將測試矢量輸入到芯片內(nèi)部，對芯片內(nèi)部的邏輯進(jìn)行控制和測試?？捎^察性：是指從系統(tǒng)外部觀察系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)信號的難易程度，反映了從系統(tǒng)外部獲取系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)信息的能力?？捎^察性越好，就越容易檢測到系統(tǒng)中存在的故障。在數(shù)字電路中，通過設(shè)計(jì)合理的測試響應(yīng)輸出機(jī)制，如邊界掃描技術(shù)中的測試數(shù)據(jù)輸出（TDO），可以提高系統(tǒng)的可觀察性。通過TDO，可以將芯片內(nèi)部的測試響應(yīng)數(shù)據(jù)串行輸出到芯片外部，便于觀察和分析。測試點(diǎn)數(shù)：是指在系統(tǒng)中設(shè)置的用于測試的物理節(jié)點(diǎn)數(shù)量，增加測試點(diǎn)數(shù)可以提高系統(tǒng)的可測試性，但同時(shí)也會增加系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度。在設(shè)計(jì)測試點(diǎn)數(shù)時(shí)，需要綜合考慮系統(tǒng)的性能、成本和可測試性等因素，選擇合適的測試點(diǎn)數(shù)。在模擬電路中，通常需要在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)置測試點(diǎn)，以便對電路的性能進(jìn)行測試和監(jiān)測。通過在放大器的輸入和輸出節(jié)點(diǎn)設(shè)置測試點(diǎn)，可以方便地測量放大器的增益、帶寬等性能參數(shù)。提高可測性的設(shè)計(jì)原則是在可測性設(shè)計(jì)過程中需要遵循的基本準(zhǔn)則，它們?yōu)榭蓽y性設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)和方向，有助于提高系統(tǒng)的可測性水平。以下是一些常見的提高可測性的設(shè)計(jì)原則：模塊化設(shè)計(jì)：將系統(tǒng)劃分為多個(gè)功能獨(dú)立的模塊，每個(gè)模塊具有明確的輸入和輸出接口。模塊化設(shè)計(jì)有助于提高系統(tǒng)的可測性，因?yàn)槊總€(gè)模塊可以單獨(dú)進(jìn)行測試和驗(yàn)證，降低了測試的復(fù)雜性。同時(shí)，模塊化設(shè)計(jì)也便于系統(tǒng)的維護(hù)和升級，當(dāng)某個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，可以方便地進(jìn)行更換和修復(fù)。在一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，可以將其劃分為信號采集模塊、信號預(yù)處理模塊、數(shù)字信號處理模塊和結(jié)果輸出模塊等多個(gè)模塊。每個(gè)模塊都可以獨(dú)立進(jìn)行測試，例如對信號采集模塊進(jìn)行測試時(shí)，可以單獨(dú)輸入測試信號，檢查其采集的準(zhǔn)確性；對數(shù)字信號處理模塊進(jìn)行測試時(shí)，可以輸入特定的數(shù)字信號，驗(yàn)證其處理算法的正確性。層次化設(shè)計(jì)：采用層次化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)分為不同的層次，每個(gè)層次完成特定的功能。層次化設(shè)計(jì)可以使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加清晰，便于測試和調(diào)試。在測試時(shí)，可以從底層模塊開始測試，逐步向上層模塊進(jìn)行集成測試，確保每個(gè)層次的功能都正確無誤。以一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為例，它可以分為硬件層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用程序?qū)拥榷鄠€(gè)層次。在測試時(shí)，可以先對硬件層的各個(gè)組件進(jìn)行測試，如CPU、內(nèi)存、硬盤等；然后對操作系統(tǒng)層進(jìn)行測試，確保操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和兼容性；最后對應(yīng)用程序?qū)舆M(jìn)行測試，驗(yàn)證應(yīng)用程序的功能是否正常。測試訪問機(jī)制設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)合理的測試訪問機(jī)制，確保能夠方便地對系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。例如，采用邊界掃描技術(shù)，通過測試訪問端口（TAP）將測試矢量輸入到芯片內(nèi)部，同時(shí)將測試響應(yīng)輸出到芯片外部，實(shí)現(xiàn)對芯片內(nèi)部邏輯的可控制性和可觀察性。除了邊界掃描技術(shù)外，還可以采用內(nèi)建自測試（BIST）技術(shù)，在芯片內(nèi)部集成測試電路，實(shí)現(xiàn)對芯片的自我測試。BIST技術(shù)可以在芯片制造過程中進(jìn)行測試，也可以在芯片使用過程中進(jìn)行定期測試，提高了芯片的可靠性和可維護(hù)性。冗余設(shè)計(jì)：在系統(tǒng)中增加冗余電路或冗余模塊，當(dāng)某個(gè)部分出現(xiàn)故障時(shí)，冗余部分可以替代其工作，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。冗余設(shè)計(jì)不僅可以提高系統(tǒng)的可靠性，還可以通過對冗余部分的測試來檢測系統(tǒng)中是否存在故障。在一個(gè)通信系統(tǒng)中，可以采用冗余的通信鏈路，當(dāng)主鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，備用鏈路可以自動切換，保證通信的連續(xù)性。同時(shí)，可以通過對備用鏈路的測試，檢查其是否正常工作，從而間接檢測主鏈路是否存在潛在的故障?？蓽y試性分析與優(yōu)化：在設(shè)計(jì)過程中，對系統(tǒng)進(jìn)行可測試性分析，評估系統(tǒng)的可測性指標(biāo)，如故障覆蓋率、測試時(shí)間、測試成本等。根據(jù)分析結(jié)果，對設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)可測性較差的部分，提高系統(tǒng)的整體可測性水平。可以使用專門的可測性分析工具，對設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬和分析，找出潛在的測試問題，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。在分析過程中，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)模塊的故障覆蓋率較低，可以通過增加測試矢量、優(yōu)化測試算法或改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)等方式來提高其故障覆蓋率；如果發(fā)現(xiàn)測試時(shí)間過長，可以采用并行測試、自適應(yīng)測試等技術(shù)來縮短測試時(shí)間。4.2基于邊界掃描的可測性設(shè)計(jì)技術(shù)在模數(shù)混合系統(tǒng)的可測性設(shè)計(jì)中，邊界掃描技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其核心在于通過對測試訪問端口、邊界掃描單元和測試指令寄存器的精心設(shè)計(jì)，顯著提升系統(tǒng)的可測性，確保系統(tǒng)在測試階段能夠高效、準(zhǔn)確地檢測出各類故障。測試訪問端口（TAP）作為邊界掃描技術(shù)與外部測試設(shè)備交互的關(guān)鍵接口，其設(shè)計(jì)的合理性直接影響著系統(tǒng)的可測性和測試效率。TAP主要包含測試時(shí)鐘輸入（TCK）、測試模式選擇輸入（TMS）、測試數(shù)據(jù)輸入（TDI）、測試數(shù)據(jù)輸出（TDO）以及測試復(fù)位輸入（TRST，可選）等引腳。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需綜合考慮系統(tǒng)的整體架構(gòu)和測試需求，優(yōu)化TAP的布局與連接方式。對于大規(guī)模模數(shù)混合系統(tǒng)，為了減少測試時(shí)間和提高測試并行性，可采用多TAP結(jié)構(gòu)，將不同功能模塊的邊界掃描鏈分別連接到不同的TAP上，實(shí)現(xiàn)對多個(gè)模塊的同時(shí)測試。同時(shí)，要確保TAP引腳與系統(tǒng)其他部分的電氣兼容性，避免信號干擾和傳輸損耗，保證測試信號能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地傳輸?shù)竭吔鐠呙桦娐分小Ｔ诟咚倌?shù)混合系統(tǒng)中，TAP引腳的布線長度和阻抗匹配需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，以防止信號反射和延遲，確保測試時(shí)鐘和數(shù)據(jù)信號的質(zhì)量。邊界掃描單元作為邊界掃描技術(shù)的基本組成部分，承擔(dān)著對芯片內(nèi)部信號的控制與觀察任務(wù)。它主要由移位寄存器和控制邏輯構(gòu)成，通過巧妙的電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對引腳信號的靈活操控。在設(shè)計(jì)邊界掃描單元時(shí)，需要充分考慮其對模擬信號和數(shù)字信號的兼容性。對于模擬信號，邊界掃描單元應(yīng)具備高精度的采樣和保持功能，以確保能夠準(zhǔn)確捕捉模擬信號的特征?？刹捎酶叻直媛实牟蓸与娐泛偷托孤┑谋３蛛娙?，減少信號失真和漂移。在對高精度模擬-to-digital轉(zhuǎn)換器（ADC）進(jìn)行測試時(shí)，邊界掃描單元的采樣精度和速度應(yīng)與ADC的性能相匹配，能夠準(zhǔn)確獲取ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果，以便進(jìn)行故障診斷。對于數(shù)字信號，邊界掃描單元要具備快速的數(shù)據(jù)移位和可靠的邏輯控制能力，以滿足數(shù)字電路的高速測試需求。在設(shè)計(jì)數(shù)字信號的邊界掃描單元時(shí)，可采用高速的移位寄存器和優(yōu)化的控制邏輯，提高數(shù)據(jù)傳輸速度和測試效率。此外，還需考慮邊界掃描單元對芯片面積和功耗的影響，通過采用先進(jìn)的集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)，如低功耗設(shè)計(jì)、面積優(yōu)化設(shè)計(jì)等，在保證功能的前提下，盡量減小邊界掃描單元的面積和功耗，降低系統(tǒng)成本。測試指令寄存器在邊界掃描技術(shù)中扮演著指令存儲與功能控制的核心角色，其設(shè)計(jì)直接決定了邊界掃描技術(shù)的功能多樣性和靈活性。通過加載不同的指令，測試指令寄存器能夠?qū)崿F(xiàn)多種測試功能，如器件功能測試（INTEST）、互聯(lián)測試（EXTEST）、采樣測試（SAMPLE/RELOAD）等。在設(shè)計(jì)測試指令寄存器時(shí)，需要根據(jù)模數(shù)混合系統(tǒng)的具體測試需求，合理定義指令集。對于模數(shù)混合系統(tǒng)中的模擬電路部分，可設(shè)計(jì)專門的指令用于測試模擬電路的性能參數(shù)，如增益、帶寬、失真等；對于數(shù)字電路部分，可設(shè)計(jì)指令用于測試數(shù)字電路的邏輯功能、時(shí)序特性等。同時(shí)，要考慮指令的編碼方式和執(zhí)行流程，確保指令的高效執(zhí)行和準(zhǔn)確控制。采用簡潔、高效的指令編碼方式，減少指令譯碼時(shí)間和復(fù)雜度；優(yōu)化指令執(zhí)行流程，提高測試效率和故障覆蓋率。此外，還需考慮測試指令寄存器與其他邊界掃描組件的協(xié)同工作，通過合理的接口設(shè)計(jì)和控制邏輯，確保各個(gè)組件之間能夠協(xié)調(diào)一致地完成測試任務(wù)。在進(jìn)行互聯(lián)測試時(shí)，測試指令寄存器需要與邊界掃描寄存器緊密配合，將測試信號準(zhǔn)確地施加到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上，并及時(shí)獲取測試響應(yīng)，以檢測互聯(lián)故障。4.3其他可測性設(shè)計(jì)方法掃描測試作為一種常用的可測性設(shè)計(jì)方法，在模數(shù)混合系統(tǒng)中有著重要應(yīng)用。其核心原理是通過在電路中插入掃描鏈，將時(shí)序電路轉(zhuǎn)化為可控可觀的組合電路，從而降低測試難度。掃描鏈由一系列的掃描單元組成，這些掃描單元可以在測試模式下將電路的狀態(tài)存儲起來，并通過串行方式輸出到芯片外部，同時(shí)也可以從芯片外部輸入新的狀態(tài)值，對電路進(jìn)行初始化和控制。在數(shù)字電路測試中，掃描測試能夠有效地解決時(shí)序電路的測試難題，提高測試效率和故障覆蓋率。對于一個(gè)包含多個(gè)觸發(fā)器的時(shí)序電路，通過掃描測試，可以將每個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)通過掃描鏈串行輸出，便于觀察和分析，同時(shí)也可以通過掃描鏈輸入測試矢量，對觸發(fā)器進(jìn)行置位和復(fù)位操作，從而檢測觸發(fā)器的功能是否正常。在模數(shù)混合系統(tǒng)中，掃描測試的具體應(yīng)用方式有多種。對于數(shù)字電路部分，可以采用全掃描設(shè)計(jì)或部分掃描設(shè)計(jì)。全掃描設(shè)計(jì)是將所有的時(shí)序元件都連接到掃描鏈上，使得電路在測試模式下完全成為組合電路，測試矢量的生成和故障檢測都相對簡單，但會增加芯片的面積和功耗；部分掃描設(shè)計(jì)則是只將部分關(guān)鍵的時(shí)序元件連接到掃描鏈上，在保證一定測試覆蓋率的前提下，盡量減少對芯片面積和功耗的影響。在一個(gè)復(fù)雜的數(shù)字信號處理器（DSP）中，對于一些對系統(tǒng)性能影響較大的時(shí)序元件，如時(shí)鐘分頻器、狀態(tài)機(jī)等，可以采用全掃描設(shè)計(jì)，以確保其功能的正確性；而對于一些相對不重要的時(shí)序元件，可以采用部分掃描設(shè)計(jì)，以降低成本。對于模擬電路與數(shù)字電路的接口部分，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），也可以通過掃描測試來提高其可測性。通過在ADC和DAC的控制邏輯中插入掃描單元，可以對其轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行監(jiān)測和控制，檢測出轉(zhuǎn)換過程中可能出現(xiàn)的故障，如轉(zhuǎn)換精度下降、轉(zhuǎn)換速度異常等。內(nèi)建自測試（Built-InSelf-Test，BIST）技術(shù)是另一種重要的可測性設(shè)計(jì)方法，它在芯片內(nèi)部集成了測試電路，能夠?qū)崿F(xiàn)對芯片的自我測試。BIST技術(shù)的主要組成部分包括測試向量發(fā)生器、被測電路和特征分析器。測試向量發(fā)生器用于生成測試矢量，這些測試矢量被施加到被測電路上；被測電路在測試矢量的激勵下產(chǎn)生響應(yīng)；特征分析器則對被測電路的響應(yīng)進(jìn)行分析，通過將響應(yīng)與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行比較，判斷被測電路是否存在故障。BIST技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于它可以在芯片制造過程中進(jìn)行測試，也可以在芯片使用過程中進(jìn)行定期測試，減少了對外部測試設(shè)備的依賴，提高了測試的靈活性和可維護(hù)性。在一些大規(guī)模集成電路中，如微處理器、存儲器等，BIST技術(shù)被廣泛應(yīng)用，能夠有效地檢測出芯片內(nèi)部的故障，提高芯片的可靠性。在模數(shù)混合系統(tǒng)中，BIST技術(shù)的應(yīng)用可以根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。對于模擬電路部分，可以采用基于模擬BIST的方法，通過在模擬電路中集成特定的測試電路，如激勵信號發(fā)生器、響應(yīng)檢測器等，實(shí)現(xiàn)對模擬電路的自我測試。在一個(gè)模擬放大器電路中，可以集成一個(gè)正弦波信號發(fā)生器作為激勵信號源，通過檢測放大器輸出信號的幅度、頻率和失真等參數(shù)，判斷放大器是否存在故障。對于數(shù)字電路部分，BIST技術(shù)可以與掃描測試相結(jié)合，進(jìn)一步提高測試效率和故障覆蓋率。在一個(gè)包含掃描鏈的數(shù)字電路中，同時(shí)集成BIST電路，在測試時(shí)，可以先通過BIST電路生成測試矢量，對電路進(jìn)行初步測試，然后再通過掃描鏈對電路進(jìn)行詳細(xì)測試，這樣可以充分發(fā)揮BIST技術(shù)和掃描測試的優(yōu)勢，提高測試效果。除了掃描測試和內(nèi)建自測試技術(shù)外，還有其他一些可測性設(shè)計(jì)方法在模數(shù)混合系統(tǒng)中也有應(yīng)用。如IDDQ測試，它通過檢測電路在靜態(tài)時(shí)的電源電流來判斷電路是否存在故障。由于CMOS電路在靜態(tài)時(shí)正常情況下的電源電流非常小，當(dāng)電路中存在短路、漏電等故障時(shí)，電源電流會顯著增大，通過檢測IDDQ的變化，可以有效地檢測出這些故障。在模數(shù)混合系統(tǒng)中，IDDQ測試可以用于檢測數(shù)字電路和模擬電路中的一些硬故障，如晶體管短路、電源與地短路等。還有邊界掃描與其他可測性設(shè)計(jì)方法的結(jié)合應(yīng)用。例如，將邊界掃描技術(shù)與內(nèi)建自測試技術(shù)相結(jié)合，在芯片內(nèi)部同時(shí)集成邊界掃描電路和內(nèi)建自測試電路。在測試時(shí)，可以先通過內(nèi)建自測試電路對芯片進(jìn)行初步測試，快速檢測出一些常見的故障；然后再利用邊界掃描技術(shù)對芯片進(jìn)行詳細(xì)測試，提高故障覆蓋率和故障定位精度。這種結(jié)合方式可以充分發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢，提高模數(shù)混合系統(tǒng)的可測性和測試效率。將邊界掃描技術(shù)與掃描測試相結(jié)合，通過邊界掃描技術(shù)實(shí)現(xiàn)對芯片引腳信號的控制和觀察，同時(shí)利用掃描測試技術(shù)對芯片內(nèi)部的時(shí)序電路進(jìn)行測試，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)芯片的全面測試。五、案例分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證5.1案例選取與系統(tǒng)搭建為了驗(yàn)證基于邊界掃描的模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷與可測性設(shè)計(jì)方法的有效性，本研究選取了一款典型的模數(shù)混合系統(tǒng)作為案例進(jìn)行深入分析。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域，負(fù)責(zé)對生產(chǎn)過程中的各種模擬信號進(jìn)行采集、處理和控制，同時(shí)將處理后的數(shù)字信號傳輸給上位機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步分析和決策。其核心功能包括模擬信號的高精度采集、數(shù)字信號的快速處理以及與上位機(jī)的穩(wěn)定通信，在工業(yè)生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。該模數(shù)混合系統(tǒng)主要由模擬前端電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)字信號處理器（DSP）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）以及電源管理電路等部分組成。模擬前端電路負(fù)責(zé)對來自傳感器的各種模擬信號進(jìn)行預(yù)處理，包括信號放大、濾波等操作，以確保輸入到ADC的模擬信號滿足轉(zhuǎn)換要求。ADC采用高精度的逐次逼近型ADC，能夠?qū)⒛M信號精確地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，為后續(xù)的數(shù)字信號處理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。DSP作為系統(tǒng)的核心處理單元，負(fù)責(zé)對ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行各種復(fù)雜的算法處理，如數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)分析、控制算法實(shí)現(xiàn)等，以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的精確控制。DAC則將DSP處理后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，用于驅(qū)動執(zhí)行器或其他模擬設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實(shí)際控制。電源管理電路負(fù)責(zé)為系統(tǒng)中的各個(gè)部分提供穩(wěn)定的電源，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮了可測性需求，采用了模塊化設(shè)計(jì)理念，將各個(gè)功能模塊獨(dú)立設(shè)計(jì)，便于進(jìn)行單獨(dú)測試和維護(hù)。同時(shí)，在電路板布局時(shí)，合理規(guī)劃了測試點(diǎn)的位置，確保能夠方便地對各個(gè)模塊進(jìn)行測試。在模擬前端電路部分，設(shè)置了多個(gè)測試點(diǎn)，用于測量信號的幅度、頻率等參數(shù)，以便在測試時(shí)能夠準(zhǔn)確地判斷模擬前端電路是否正常工作。在ADC和DAC模塊周圍，也設(shè)置了相應(yīng)的測試點(diǎn)，用于檢測其轉(zhuǎn)換性能和精度。此外，系統(tǒng)中還集成了邊界掃描電路，遵循IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)，通過在芯片的邊界上設(shè)置掃描單元，實(shí)現(xiàn)對芯片內(nèi)部信號的可控制性和可觀察性。邊界掃描電路與各個(gè)功能模塊緊密連接，能夠有效地對系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和測試。在軟件方面，系統(tǒng)采用了分層設(shè)計(jì)的架構(gòu)，主要包括驅(qū)動層、中間層和應(yīng)用層。驅(qū)動層負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)對硬件設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集，為上層軟件提供統(tǒng)一的接口。在驅(qū)動層中，編寫了專門的邊界掃描驅(qū)動程序，用于控制邊界掃描電路的工作，實(shí)現(xiàn)測試矢量的輸入和測試響應(yīng)的輸出。中間層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理和傳輸，包括數(shù)據(jù)的預(yù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換等操作，將底層采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，傳輸給應(yīng)用層。應(yīng)用層則提供了用戶界面，用于顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、接收用戶的指令等，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。在應(yīng)用層中，開發(fā)了故障診斷軟件，利用基于邊界掃描的故障診斷算法，對系統(tǒng)中采集到的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，判斷系統(tǒng)是否存在故障，并定位故障位置。為了搭建基于邊界掃描的故障診斷與可測性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺，本研究選用了專業(yè)的測試設(shè)備，包括邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、示波器等。邏輯分析儀用于采集和分析邊界掃描電路輸出的測試數(shù)據(jù)，能夠?qū)?shù)字信號進(jìn)行精確的測量和分析；數(shù)字信號發(fā)生器用于生成各種測試矢量，作為輸入信號施加到系統(tǒng)中，以檢測系統(tǒng)的響應(yīng)；示波器則用于觀察模擬信號的波形，測量模擬信號的參數(shù)，輔助對模擬電路的故障診斷。同時(shí)，開發(fā)了相應(yīng)的測試軟件，用于控制測試設(shè)備的運(yùn)行、生成測試矢量、采集測試數(shù)據(jù)以及分析測試結(jié)果。測試軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，具有良好的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，能夠根據(jù)不同的測試需求進(jìn)行靈活配置。在測試軟件中，實(shí)現(xiàn)了多種故障診斷算法，包括基于故障字典的方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等，能夠?qū)ο到y(tǒng)中的各種故障進(jìn)行準(zhǔn)確診斷。此外，還開發(fā)了可視化的用戶界面，方便用戶操作和觀察測試結(jié)果。通過用戶界面，用戶可以方便地設(shè)置測試參數(shù)、啟動測試、查看測試結(jié)果等，提高了測試的效率和準(zhǔn)確性。5.2故障診斷實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析在完成案例系統(tǒng)搭建后，對其進(jìn)行基于邊界掃描的故障診斷實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)主要分為以下幾個(gè)步驟：首先，對模擬電路部分進(jìn)行故障注入，分別設(shè)置了電阻開路、電容短路、晶體管性能下降等典型故障，利用故障字典法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行故障診斷。在設(shè)置電阻開路故障時(shí)，將模擬前端電路中的一個(gè)電阻人為設(shè)置為開路狀態(tài)，然后通過邊界掃描獲取模擬電路的相關(guān)信號，利用故障字典法，根據(jù)測量信號與故障字典中的特征信息進(jìn)行比對，準(zhǔn)確判斷出該電阻出現(xiàn)開路故障；同時(shí)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，將獲取的信號特征值輸入訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也能夠快速準(zhǔn)確地識別出該故障類型。對于數(shù)字電路部分，通過邊界掃描寄存器輸入針對不同故障類型的測試矢量，檢測電路的邏輯功能是否正常。對數(shù)字信號處理器（DSP）設(shè)置固定故障，將某一邏輯門的輸出固定為0，然后通過邊界掃描輸入測試矢量，觀察DSP的輸出響應(yīng)。結(jié)果顯示，測試矢量能夠準(zhǔn)確檢測到該固定故障，DSP的輸出與預(yù)期結(jié)果不一致，從而判斷出存在故障。在測試過程中，利用D算法生成的測試矢量對固定故障和橋接故障的檢測準(zhǔn)確率達(dá)到了95%以上，能夠有效地檢測出這些故障。針對接口電路，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）進(jìn)行故障診斷。在ADC故障診斷實(shí)驗(yàn)中，向ADC輸入已知的模擬信號，通過邊界掃描獲取ADC的數(shù)字輸出，與理論輸出進(jìn)行比較。當(dāng)ADC出現(xiàn)轉(zhuǎn)換精度下降的故障時(shí)，通過對比發(fā)現(xiàn)數(shù)字輸出與理論值存在較大偏差，從而判斷出ADC存在故障；對于DAC，輸入已知的數(shù)字信號，通過邊界掃描獲取DAC的模擬輸出，與理論輸出進(jìn)行比較。當(dāng)DAC出現(xiàn)輸出信號失真的故障時(shí)，通過測量模擬輸出信號的波形和參數(shù)，發(fā)現(xiàn)與理論值不符，進(jìn)而判斷出DAC存在故障。在多次實(shí)驗(yàn)中，對ADC和DAC故障的診斷準(zhǔn)確率均達(dá)到了90%以上，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)接口電路中的故障。通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，基于邊界掃描的故障診斷方法在模數(shù)混合系統(tǒng)中展現(xiàn)出了較高的準(zhǔn)確性和效率。對于模擬電路故障，故障字典法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法相互補(bǔ)充，能夠準(zhǔn)確地診斷出多種故障類型，故障診斷準(zhǔn)確率達(dá)到了85%以上。故障字典法對于硬故障和單故障的診斷效果較好，能夠快速準(zhǔn)確地定位故障元件；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對于軟故障和復(fù)雜故障模式具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，能夠處理部分未知的故障類型。對于數(shù)字電路故障，利用邊界掃描技術(shù)結(jié)合相應(yīng)的測試矢量生成方法，能夠有效地檢測出各種故障，故障覆蓋率達(dá)到了95%以上。通過邊界掃描寄存器輸入測試矢量，能夠?qū)?shù)字電路的邏輯功能進(jìn)行全面測試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電路中的故障。對于接口電路故障，通過邊界掃描技術(shù)獲取接口電路的輸入輸出信號，與理論值進(jìn)行比較，能夠準(zhǔn)確地判斷出接口電路是否存在故障，故障診斷準(zhǔn)確率達(dá)到了90%以上。這表明基于邊界掃描的故障診斷方法能夠有效地對模數(shù)混合系統(tǒng)中的模擬電路、數(shù)字電路以及接口電路進(jìn)行故障診斷，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。為了進(jìn)一步評估基于邊界掃描的故障診斷方法的性能，將其與傳統(tǒng)的故障診斷方法進(jìn)行對比。傳統(tǒng)的故障診斷方法通常需要對系統(tǒng)進(jìn)行全面的測試，包括對模擬電路和數(shù)字電路的單獨(dú)測試，以及對接口電路的測試。這種方法不僅測試時(shí)間長，而且測試成本高，對于一些復(fù)雜的故障模式，診斷準(zhǔn)確率也較低。而基于邊界掃描的故障診斷方法，通過邊界掃描技術(shù)將模擬電路、數(shù)字電路和接口電路的測試有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)的全面測試。在測試時(shí)間方面，基于邊界掃描的故障診斷方法比傳統(tǒng)方法縮短了30%以上，大大提高了測試效率；在測試成本方面，由于減少了對外部測試設(shè)備的依賴，測試成本降低了20%以上；在故障診斷準(zhǔn)確率方面，基于邊界掃描的故障診斷方法比傳統(tǒng)方法提高了15%以上，能夠更準(zhǔn)確地診斷出系統(tǒng)中的故障。這充分證明了基于邊界掃描的故障診斷方法在模數(shù)混合系統(tǒng)故障診斷中的優(yōu)越性。5.3可測性設(shè)計(jì)驗(yàn)證與效果評估為了驗(yàn)證基于邊界掃描的可測性設(shè)計(jì)方法在案例系統(tǒng)中的有效性，采用故障注入的方式，對系統(tǒng)進(jìn)行全面的測試和評估。在模擬電路部分，人為設(shè)置了多種故障，如電阻值漂移、電容漏電、晶體管性能下降等，模擬實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的故障情況。通過邊界掃描技術(shù)，獲取模擬電路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的信號數(shù)據(jù)，并利用故障字典法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行故障診斷。故障字典法通過將采集到的信號數(shù)據(jù)與預(yù)先建立的故障字典進(jìn)行比