模拟电路故障仿真注入技术研究与实现

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模拟电路故障仿真是复杂模拟电路设计的重要辅助手段,可分析和验证电路系统的健壮性或容错能力,并为改进系统设计、进行故障诊断等提供依据,同时也是逻辑测试中一个重要步骤。模拟电路故障种类、数量很多,相应的故障模型也很多。有效地组织管理故障模型,快速地查找匹配故障模型,灵活、自动地故障注入,是大规模模拟电路故障仿真需要解决的问题。本文以某型模拟电路仿真系统的研制为背景,主要是针对模拟电路故障仿真进行研究。提出了一种基于等效电路的单故障自动注入方法,并进行了故障仿真设计和实现。进一步完成了多故障注入器设计与实现,实现了模拟电路的多故障的自动注入。本文主要的研究内容包含以下几个方面:首先,总结了模拟电路故障仿真的理论基础、方法与应用技术。阐述了模拟电路故障仿真的概念及工作原理,介绍了广泛工程应用的Spice仿真技术及原理,分析了模拟电路故障仿真中的核心技术,即故障建模技术与故障注入技术。基于这些理论与方法,本文主要针对项目需求研究应用技术与实现。其次,结合项目中的模拟电路仿真系统,提出了一种基于等效电路的单故障自动注入方法。该方法基于仿真系统的功能模型建立故障模型,通过故障注入器将故障自动注入到模拟电路系统。阐述了采用等效电路法建立模拟电路故障建模,提出了将故障自动注入电路系统的方法。设计了模拟电路故障仿真的总体框架,支持从故障模型库自动注入、手动设置故障注入的方式。基于元器件模型、故障模型库等,采用Spice引擎,实现了故障自动注入与故障仿真。通过实例对该方法进行了验证。最后,为了提升模拟电路故障仿真能力,基于上述故障仿真成果,进一步提出了多故障注入算法,实现了多故障注入器。通过预处理将包括子电路的分层电路系统的网表文件展平,采用多故障注入算法批量注入故障。设计和实现了多故障注入器,并实例验证了该故障注入器的可用性。
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