[發明專利]倒T型DAC轉換電路的單故障診斷方法

有效

• 申請號: 202011536964.X
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112615623B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 楊小燕;楊成林;鮮航
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種倒T型DAC轉換電路的單故障診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：獲取倒T型DAC轉換電路的電路參數，記模擬開關為S_n，n＝0,1,…,N-1，N表示模擬開關數量，在由R、2R兩種阻值電阻構成的倒T型電阻網絡中，記R、2R兩種阻值電阻的阻值為R_k，k＝1,2,…,2N，記與運算放大器連接的反饋電阻的阻值為R_2N+1；

S2：當需要對倒T型DAC轉換電路的模擬開關進行單故障診斷時，采用如下方法進行模擬開關的單故障診斷：

記模擬開關S_n的狀態為D_n，D_n＝1時表示模擬開關S_n與運算放大器的反向輸入端相接，D_n＝0時表示模擬開關S_n接地；獲取運算放大器輸出端電壓U的計算公式如下：

其中，VCC表示基準電源電壓；

首先對于各個模擬開關S_n，令該模擬開關S_n的狀態D_n＝0，其余N-1個模擬開關的狀態為1，代入運算放大器輸出端電壓U的計算公式得到模擬開關S_n發生固定0故障時的輸出端電壓參考值然后設置所有模擬開關的狀態D_n均為1，測試倒T型DAC轉換電路的運算放大器輸出端電壓U^f1，計算其與各個輸出端電壓參考值之間的差值絕對值，選取最小差值絕對值所對應的模擬開關作為模擬開關固定0故障的診斷結果；

然后對于各個模擬開關S_n，令該模擬開關S_n的狀態D_n＝1，其余N-1個模擬開關的狀態為0，代入運算放大器輸出端電壓U的計算公式得到模擬開關S_n發生固定1故障時的輸出端電壓參考值然后設置所有模擬開關的狀態D_n均為0，測試倒T型DAC轉換電路的運算放大器輸出端電壓計算其與各個輸出端電壓參考值之間的差值絕對值，選取最小差值絕對值所對應的模擬開關作為模擬開關固定1故障的診斷結果；

S3：當需要對倒T型DAC轉換電路的電阻元件進行單故障診斷時，采用如下方法基于遺傳算法進行電阻元件的單故障診斷：

S3.1：記電阻元件參數向量R＝(R₁,…,R_2N,R_2N+1)，根據電路分析確定在預設的輸入參考電壓V_ref下，各個模擬開關所對應的支路電流I_n關于電阻元件參數向量R的函數I_n(R)，然后得到運算放大器輸出端電壓U關于電阻元件參數向量R的傳輸函數U(R)：

S3.2：確定倒T型DAC轉換電路模擬開關的所有狀態組合，記第m個狀態組合為D_m＝(D_m0,D_m1,…,D_mN-1)，D_mn表示第m個狀態組合中模擬開關S_n的狀態，m＝1,2,…,2^N；

S3.3：當倒T型DAC轉換電路發生電阻元件故障時，按照每個狀態組合對倒T型DAC轉換電路中的模擬開關狀態進行設置，得到各個狀態組合下倒T型DAC轉換電路的故障輸出電壓有效值U_m，得到故障輸出電壓向量

S3.4：以電阻元件參數向量R＝(R₁,…,R_2N,R_2N+1)作為遺傳算法中的個體，對每個電阻元件分別生成1個分種群p_k′，k′＝1,2,…,2N+1，在分種群p_k′中的每個個體中，電阻元件參數值R_k′在該電阻元件的故障范圍內取值，其他電阻元件的參數值在容差范圍內取值， 然后將N個分種群p_k′合并，構成種群P，記種群P中個體數量為G；

S3.5：判斷是否達到遺傳算法的迭代結束條件，如果是，進入步驟S3.10，否則進入步驟S3.6；

S3.6：分別對每個分種群p_k′進行交叉和變異操作，得到子種群q_k′，N個子種群q_k′構成種群Q；在進行交叉和變異操作時，需要保證子種群q_k′中參數值R_k′不超過該電阻元件的故障范圍，其他電阻元件的參數值不超過其容差范圍；

S3.7：將種群P和種群Q進行合并，構成種群S，即S＝P∪Q；

S3.8：對種群S中的每個個體分別計算適應度值，具體計算方法如下：

對于每個個體，采用步驟S3.1中的傳輸函數U(R)在不同開關狀態組合下計算得到輸出電壓U_g,m，g＝1,2,…,2G，得到該個體對應的輸出電壓向量然后計算輸出電壓向量與故障輸出電壓向量之間的歐式距離Dis_g，即作為個體適應度值；

S3.9：根據歐式距離Dis_g從種群S中優選歐式距離較小的G個個體作為下一代種群P，然后劃分得到各分種群p_k′，返回步驟S3.5；分種群劃分的方法如下：

對于當前種群P中的每個個體，依次判斷每個電阻元件的參數值是否位于容差范圍內，如果是，則判斷下一個電阻元件，如果不是，則說明該電阻元件的參數值位于故障范圍內，將該個體劃分至對應電阻元件的分種群p_k′中；

S3.10：從當前種群中選擇歐式距離最小的個體，該個體中參數值位于故障范圍內的電阻元件即為電阻元件故障診斷結果。