[发明专利]一种基于信号特征提取的故障电路行为建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子系统的可靠性设计与仿真技术领域，具体涉及一种基于信号特征提取的故障电路行为建模方法。

背景技术

现代电子系统越来越复杂，软硬件设计的复杂度日益增加，使得影响产品可靠性的因素也越来越多，致使电子系统仿真越来越困难，仿真时间也越来越长。在电子系统仿真中，当电子元器件的数量达到一定的规模后，系统仿真所需的软硬件资源和仿真时间都将呈指数级剧增，特别是在故障仿真中，若要遍历系统中所有器件的故障模式，仿真所需时间更是无法想象，可能长达几个月甚至几年。这样长时间的仿真是系统设计无法容忍的，而电路的行为建模方法是一种降低系统规模、提高电路仿真效率的有效方法。

目前已有一些行为建模方法，如专利号为ZL200810103446.1的专利《应用于SPICE电路仿真程序中的铁电电容行为模型》，但该类方法仅能针对固定的元器件进行建模。同时也存在一些应用于软件或硬件领域的建模方法，如专利号为200980143522.4的《在硬件系统上动态构建行为模型的系统和方法》、专利号为201010517588.X的《一种基于行为模型的软件安全性测试用例生成方法》等，但这些方法都无法应用于电路仿真。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种能够进行PSPICE仿真的故障电路行为建模方法，该方法具有简单高效、扩展性强、适用范围广等特点，能在不影响功能仿真结果的情况下大幅度降低故障电路仿真的时间。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种基于信号特征提取的故障电路行为建模方法，包括如下步骤：

A、设置仿真时间步骤：根据电子系统的功能特性，设置能够体现电路特征的仿真时间；

B、故障电路仿真步骤：根据所述仿真时间对电子系统的每个元器件可能存在的故障逐一进行PSPICE功能仿真，直到遍历完整个电子系统电路可能存在的所有故障模式为止，得到所有故障电路的PSPICE仿真结果；

C、特征参数提取步骤：利用所述故障电路的PSPICE仿真结果进行特征参数提取；

D、利用所提取的特征参数对电路输出信号的故障类别分类，所述故障类别是指电路故障后产生的不同种类的输出信号；

E、根据分类结果在PSPICE软件中进行故障行为建模；

F、对建模后的行为模型进行仿真验证输出结果，所述输出结果若与类特征值对应的仿真结果输出一致，则行为建模正确。

所述步骤A中，根据电子系统的功能特性，设置能够体现电路特征的仿真时间具体为：若电路是周期输出，则仿真时间设置为1-10个信号周期；其中，信号周期的个数由周期持续时间的长短确定。

所述步骤C中利用PSPICE仿真的结果进行特征参数提取，提取的特征参数具体为：

a)若仿真结果为周期信号，则提取该周期信号的初始化时间、信号占空比和频率；

b)若仿真结果为电平信号，则提取该电平信号的初始化时间、信号电平、与正常仿真结果的时延、电平差；

c)若仿真结果为数据总线，则提取数据总线的初始化时间、与正常仿真结果的欧式几何距离。

所述步骤D利用所提取的特征参数对信号的故障类别分类，具体为：

a)对所有电路故障输出信号的第一个特征参数进行统计；

b)提取重复数量大于预定值的特征参数，并归类称为类特征值；

c)设置一个距离值d，将距离d以内范围的类特征值归为同一类的类特征值；

d)将其它独立分布的类特征值进行独立分类；

e)将距离范围小于d的特征参数独立分类合并，得到第一特征参数的最终分类；

f)在第一个特征参数分类的基础上，对所有电路故障输出信号用第二个特征参数继续分类，分类方法与上述步骤a)-d)相同，直到所有的特征参数分析完成，分类结束。

所述根据分类结果在PSPICE软件中进行故障行为建模后的行为模型包括一个激励源、一个ROM器件和一个控制电路；其中，所述激励源为行为模型提供时钟信号和复位信号，该时钟信号的频率为行为模型输出信号的数据率，复位信号控制行为模型开始输出的时间；所述ROM器件，用于存储各种特征波形；所述控制电路，用于产生各特征类信号波形的辅助波形，该辅助波形与特征类信号波形叠加或进行逻辑与运算后作为行为模型的输出信号。

所述ROM器件存储的各种特征波形包括信号初始段波形和各特征类的信号波形。

所述控制电路还用于控制各类特征波形的具体输出时间。