[發(fā)明專利]一種基于信號(hào)特征提取的故障電路行為建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410375186.9
• 申請(qǐng)日: 2014-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN104133966B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何春;宗竹林;黎亮;蔣劍;朱娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 四川力久律師事務(wù)所51221
• 代理人: 林輝輪,王蕓

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于信號(hào)特征提取的故障電路行為建模方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代電子系統(tǒng)越來越復(fù)雜，軟硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度日益增加，使得影響產(chǎn)品可靠性的因素也越來越多，致使電子系統(tǒng)仿真越來越困難，仿真時(shí)間也越來越長。在電子系統(tǒng)仿真中，當(dāng)電子元器件的數(shù)量達(dá)到一定的規(guī)模后，系統(tǒng)仿真所需的軟硬件資源和仿真時(shí)間都將呈指數(shù)級(jí)劇增，特別是在故障仿真中，若要遍歷系統(tǒng)中所有器件的故障模式，仿真所需時(shí)間更是無法想象，可能長達(dá)幾個(gè)月甚至幾年。這樣長時(shí)間的仿真是系統(tǒng)設(shè)計(jì)無法容忍的，而電路的行為建模方法是一種降低系統(tǒng)規(guī)模、提高電路仿真效率的有效方法。

目前已有一些行為建模方法，如專利號(hào)為ZL200810103446.1的專利《應(yīng)用于SPICE電路仿真程序中的鐵電電容行為模型》，但該類方法僅能針對(duì)固定的元器件進(jìn)行建模。同時(shí)也存在一些應(yīng)用于軟件或硬件領(lǐng)域的建模方法，如專利號(hào)為200980143522.4的《在硬件系統(tǒng)上動(dòng)態(tài)構(gòu)建行為模型的系統(tǒng)和方法》、專利號(hào)為201010517588.X的《一種基于行為模型的軟件安全性測(cè)試用例生成方法》等，但這些方法都無法應(yīng)用于電路仿真。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種能夠進(jìn)行PSPICE仿真的故障電路行為建模方法，該方法具有簡(jiǎn)單高效、擴(kuò)展性強(qiáng)、適用范圍廣等特點(diǎn)，能在不影響功能仿真結(jié)果的情況下大幅度降低故障電路仿真的時(shí)間。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于信號(hào)特征提取的故障電路行為建模方法，包括如下步驟：

A、設(shè)置仿真時(shí)間步驟：根據(jù)電子系統(tǒng)的功能特性，設(shè)置能夠體現(xiàn)電路特征的仿真時(shí)間；

B、故障電路仿真步驟：根據(jù)所述仿真時(shí)間對(duì)電子系統(tǒng)的每個(gè)元器件可能存在的故障逐一進(jìn)行PSPICE功能仿真，直到遍歷完整個(gè)電子系統(tǒng)電路可能存在的所有故障模式為止，得到所有故障電路的PSPICE仿真結(jié)果；

C、特征參數(shù)提取步驟：利用所述故障電路的PSPICE仿真結(jié)果進(jìn)行特征參數(shù)提??；

D、利用所提取的特征參數(shù)對(duì)電路輸出信號(hào)的故障類別分類，所述故障類別是指電路故障后產(chǎn)生的不同種類的輸出信號(hào)；

E、根據(jù)分類結(jié)果在PSPICE軟件中進(jìn)行故障行為建模；

F、對(duì)建模后的行為模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證輸出結(jié)果，所述輸出結(jié)果若與類特征值對(duì)應(yīng)的仿真結(jié)果輸出一致，則行為建模正確。

所述步驟A中，根據(jù)電子系統(tǒng)的功能特性，設(shè)置能夠體現(xiàn)電路特征的仿真時(shí)間具體為：若電路是周期輸出，則仿真時(shí)間設(shè)置為1-10個(gè)信號(hào)周期；其中，信號(hào)周期的個(gè)數(shù)由周期持續(xù)時(shí)間的長短確定。

所述步驟C中利用PSPICE仿真的結(jié)果進(jìn)行特征參數(shù)提取，提取的特征參數(shù)具體為：

a)若仿真結(jié)果為周期信號(hào)，則提取該周期信號(hào)的初始化時(shí)間、信號(hào)占空比和頻率；

b)若仿真結(jié)果為電平信號(hào)，則提取該電平信號(hào)的初始化時(shí)間、信號(hào)電平、與正常仿真結(jié)果的時(shí)延、電平差；

c)若仿真結(jié)果為數(shù)據(jù)總線，則提取數(shù)據(jù)總線的初始化時(shí)間、與正常仿真結(jié)果的歐式幾何距離。

所述步驟D利用所提取的特征參數(shù)對(duì)信號(hào)的故障類別分類，具體為：

a)對(duì)所有電路故障輸出信號(hào)的第一個(gè)特征參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；

b)提取重復(fù)數(shù)量大于預(yù)定值的特征參數(shù)，并歸類稱為類特征值；

c)設(shè)置一個(gè)距離值d，將距離d以內(nèi)范圍的類特征值歸為同一類的類特征值；

d)將其它獨(dú)立分布的類特征值進(jìn)行獨(dú)立分類；

e)將距離范圍小于d的特征參數(shù)獨(dú)立分類合并，得到第一特征參數(shù)的最終分類；

f)在第一個(gè)特征參數(shù)分類的基礎(chǔ)上，對(duì)所有電路故障輸出信號(hào)用第二個(gè)特征參數(shù)繼續(xù)分類，分類方法與上述步驟a)-d)相同，直到所有的特征參數(shù)分析完成，分類結(jié)束。

所述根據(jù)分類結(jié)果在PSPICE軟件中進(jìn)行故障行為建模后的行為模型包括一個(gè)激勵(lì)源、一個(gè)ROM器件和一個(gè)控制電路；其中，所述激勵(lì)源為行為模型提供時(shí)鐘信號(hào)和復(fù)位信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)的頻率為行為模型輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)率，復(fù)位信號(hào)控制行為模型開始輸出的時(shí)間；所述ROM器件，用于存儲(chǔ)各種特征波形；所述控制電路，用于產(chǎn)生各特征類信號(hào)波形的輔助波形，該輔助波形與特征類信號(hào)波形疊加或進(jìn)行邏輯與運(yùn)算后作為行為模型的輸出信號(hào)。

所述ROM器件存儲(chǔ)的各種特征波形包括信號(hào)初始段波形和各特征類的信號(hào)波形。

所述控制電路還用于控制各類特征波形的具體輸出時(shí)間。