BIT设计分析 - 提高遥测信号处理器测试性的一种方法

　　3 BIT设计分析

　　3．1 单一模拟信号采集通路BIT分析

　　通过对图1中双点划线部分电路进行分析，建立故障树如图2所示，根据故障树形成相关性图形模型如图3所示，获得一阶相关性及相关D矩阵如图4所示。

　　图2 故障树

　　图3 相关性图形模型

　　图4 一阶相关性及相关D矩阵

　　图5 诊断树和故障字典

　　通过对D矩阵分析，识别冗余测试点和模糊组，完成检测用测试点选择，生成诊断树和故障字典如图5所示。

　　3．2 单一模拟信号采集通路的BIT设计

　　部分电路BIT分析是基于通过获得测试点的状态来识别故障和故障定位。根据信号处理器的特殊性，设计采用为电路各测试点引入激励信号的方式，实现判断功能模块是否存在故障的功能，其BIT方案如图6所示。

　　图6 模拟信号BIT方案

　　在信号处理器上增加D／A转换器电路和开关矩阵模块，FPGA中增加自检模块；信号处理器加电时，自检模块控制开关矩阵接入各测试点，由D／A转换器接入特定电压值；通过比较电路最终测试返回值与引入值即可了解各模块的状态。以模拟信号“供电”测试通道为例说明BIT工作流程。

　　（1） 自检模块预设D／A输出值为4 V。（2）通过开关矩阵将4 V电压接入“供电”信号所在调理电路前端。（3）自检模块将通过A／D转换器获得的数据同预定值进行比较。（4）如果比较结果一致，则输出“000”表示无故障，自检结束。（5）如果比较结果不一致，则控制开关矩阵将4 V电压接入调理电路后端，即交换子前端，自检模块将通过A／D转换器获得的数据同预定值比较。（6）如果比较结果相一致，则输出“110”表示调理电路故障，自检结束。（7）如果比较结果不一致，则控制开关矩阵将4 V电压接入交换子后端，即A／D转换器前端，自检模块将通过A ／D转换器的获得的数据同预定值进行比较。（8）如果比较结果相一致，则输出“101”表示交换子故障，自检结束。（9）如果比较结果不一致，则通过 “100”表示A／D转换器故障，自检结束。

　　此流程存在盲点，即模拟信号处理模块故障。因为该故障也可能导致交换子输出和A／D转换器输出故障，单一流程无法进行识别和隔离。全部模拟通道均加入到此流程后，就可以通过多数原则判定和隔离上述故障。

　　3．3 RS422数据通道BIT设计

　　RS422 数据接收只有两级功能模块，故障判定和隔离相对简单。只需要在FPGA中增加相应数量的标准RS422总线数据流，通过RS422总线接口芯片、开关矩阵和总线选择器接入RS422总线接口芯片输入端或RS422数据处理模块。RS422数据通道BIT方案如图7所示。

　　图7 RS422数据通道BIT方案

　　信号处理器加电后，自检模块首先发出预定格式的RS422信息，并控制开关矩阵切入RS422接口电路的输入端，将接收到的数据同原始数据进行比对。如果一致则代表无故障；否则，将预定数据通过总线选择器切入RS422接口电路后端，再将收到的数据与预定数据比较，比对结果数据一致则RS422接口电路存在故障，反之RS422数据处理模块故障，但不能同时识别RS422接口电路是否故障。

　　3．4 信号处理器整体BIT设计

　　通过对单一模拟信号采集通道以及RS422数据通道的BIT设计实现，最终信号处理器整体BIT设计结果如图8所示。

　　图8 信号处理器完善BIT后的设计框图

　　自检模块为整个BIT设计的核心，自检模块需要控制D／A转换、开关矩阵的切换、总线选择器工作状态、产生需要的激励信号、完成数据判读以及生成故障代码。自检模块的功能框图如图9所示。

　　图9 自检模块的功能框图

　　4 结束语

　　信号处理器完善BIT设计后，在挂机自检状态测试覆盖率接近100％。如果信号处理器只有单一故障发生，则故障隔离率高达100％；如果多个故障发生，则故障发生越靠近信号输入前端，故障隔离率越高，反之越低，平均故障隔离率约为70％。总之，信号处理器在增加BIT后，在挂机自检状态下的测试覆盖率和故障隔离率有较大提高。