现代模拟电路智能故障诊断方法研究与发展 电路, 工作环境, 元器件

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1 模拟电路故障产生原因及分类
    模拟电路故障可以定义为任何偏离元件标称值，并且使得整个电路发生异常的现象。模拟电路产生故障的原因通常来自设计、制造和使用这3个阶段。有些故障是由于元器件在设计过程中没有考虑到特殊的工作环境造成的，如高温、高辐射环境；有些故障是由于制造工艺缺陷造成的，如氧化厚度不足、封装缺陷；有些故障是由于元器件使用时间过长造成的，如元器件老化、磨损等。

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    电路故障有多种不同的分类形式，通常是按照元件参数值偏离其标称值的程度划分为软故障(Soft Faults)和硬故障(Hard Faults)两类。软故障是指元件的参数随着时间或者环境条件的影响而偏离至不能允许的程度，从而导致了系统性能的异常或恶化。元件软故障通常不会导致电路网络拓扑结构的改变，大多不会对电路功能造成重要影响。硬故障又称灾难性故障，是指元件的参数突然发生很大的变化(如元件的短路、开路等)，从而导致系统严重失效，甚至完全瘫痪。硬故障是一种结构性的破坏，它破坏了电路的拓扑结构，使电路功能失效。硬故障从本质上可以看作是软故障的某种特例，即元件参数变化的两种极端情况：极大值(开路)和极小值(短路)。图1为模拟电路故障所导致的系统性能参数的变化示意图，不同应用场合其性能参数变化是不同的。

    区分元件参数值偏离其容差范围所引起的故障类型原则是：实际元件参数值是否大于其标称值的10倍或者小于其标称值的0．1倍。电路元件值的变化引起故障类型的变化示意图如图2所示。从图中可以看到，当元件参数在之内时，认为是软故障，在此之外则认为发生了硬故障，其中为元件的标称值，为元件的容差范围。

    如果按照电路中同时发生故障元件的个数来划分，还可以分为单故障(Single Fault)和多故障(Multiple Fauhs)两种情况。通常单故障发生的概率在80％左右，发生多故障的概率较低。从故障在电路中随时间的表现形式来看，可分为持久故障(短路、开路等)和间歇故障(接触不良等)。
2 模拟电路故障诊断特点
    同数字电路的故障诊断方法相比，模拟电路故障诊断的发展速度相对较慢，至今仍然没有一个被广泛认可的测试诊断理论和方法。模拟电路的故障诊断之所以比数字电路的故障诊断要困难是由如下几个特点决定的：
    1)模拟电路的输入、输出信号在时域和电压幅度上具有连续性，以及元件参数的连续性使得故障诊断模型比较复杂，难以简单量化。
    2)实际模拟电路中的元件参数都具有很大的离散性，即具有容差。容差的存在导致了故障的模糊性，因而有时无法唯一确定故障位置，使得诊断结果的准确性难以保证，这是故障诊断的最大困难之一。
    3)模拟电路中广泛存在非线性和反馈回路。模拟电路中往往含有非线性元件，而且即使在线性电路中也存在众多的非线性问题，这使得诊断的复杂性和信息处理量急剧增加。
    4)模拟电路中可测电压节点有限，导致供诊断用的故障信息量不充分，造成故障定位的不唯一性和模糊性，或者根本不可诊断。
    5)模拟电路对环境变化较敏感，其输出响应不仅易受制造工艺所引起的元件参数偏差的影响，而且易受热噪声、电磁干扰等外界环境因素的影响。
    鉴于上述原因，我们不可能将相对成熟的数字电路故障诊断方法直接移植到模拟电路系统中区解决问题，必须根据模拟电路自身的特点去探索新的行之有效的诊断理论和方法。
3 模拟电路现代故障诊断方法
    模拟电路故障诊断滥觞于上个世纪60年代美国的军事工业系统。1985年Bandler和Salama对模拟电路故障诊断理论进行了系统阐述，并且根据对电路的仿真是在测试前还是在测试后通常可将诊断方法分为两大类：即测前仿真诊断(Simulation Before Test Approach，SBT)和测后仿真诊断(Simulation After Test Approach，SAT)，同时他们还提及了逼近法和人工智能方法等。