CN102645628A - 一种数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路及方法，包括可变电阻器R1、R2、电缆组件M、引线组L、开关K、选择开关K1以及探针T、T1、T2；由选择开关K1选择可变电阻器R1或R2与数字电路芯片电源引脚或接地引脚的电性连接，并通过开关K控制探针T连通后与数字电路板芯片的输入信号引脚相连，实现可变电阻器R1或R2、数字电路板芯片输入信号引脚与数字电路板芯片的电源引脚或接地引脚间的线路电性连接，通过由大到小调节可变电阻器R1或R2阻值，直到该输入信号引脚出现固高或固低故障，停止调节电阻，故障注入成功。本发明可实现数字电路板芯片输入信号引脚的单路或多路的持续或间断注入固高或固低的故障，满足测试性试验的技术需求。
Description
技术领域
本发明涉及测试性试验技术领域，具体来说，是一种数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路及方法。
背景技术
故障注入是电子系统测试性试验技术的关键环节，是在保证电子系统安全的前提下，按照事先选定的故障模型，采用某种策略人为地将故障注入具有内置测试(BIT)功能的目标电子系统中，通过观察和分析目标电子系统内置测试在故障注入情况下的响应，可以为试验提供所需的定性或定量的评价结果。
目前，针对电子系统的故障注入技术主要分类为：电子系统外部总线的故障注入、电子系统内数字电路板之间连线的故障注入、数字电路板上的故障注入。其中，针对工作状态的数字电路板实物，目前有基于反向驱动技术的瞬间故障注入技术，这种技术是通过恒流源瞬间注入大电流来强制改变数字电路板芯片引脚的电平，但容易对芯片造成损伤，且不能实现持续的注入，注入时间通常是在微秒和毫秒之间，难以用于对数字电路板内置测试功能的检验。因此，如何针对工作状态的数字电路板实物，进行持续的固高固低故障注入仍是尚未解决的难题。
所以，如何提供一种安全有效的数字电路板在线测试时的故障注入方法，解决现有技术难以验证电子系统测试性的问题，是一项非常有价值的研究。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路及方法，可在电子系统工作时，对电子系统内数字电路板芯片单路或多路引脚持续或间断注入固高固低的故障，来验证数字电路板和目标电子系统的内置测试能力，满足测试性试验的技术需求，解决了现有技术难以对工作状态的数字电路板实物进行故障注入的问题。
本发明一种数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路，包括可变电阻器R1、R2、电缆组件M、引线组L、开关K、选择开关K1以及探针T、T1、T2。
其中，电缆组件M由n条电缆构成，n≥1；每条电缆一端与一个探针T相连，探针T用来与数字电路板芯片中的输入信号引脚相连；每条电缆另一端通过一个开关K连接引线组L，开关K用来控制与电缆相连探针T的连接线路通断；引线组L通过选择开关K1分别与可变电阻器R1、R2一端连接，可变电阻器R1、R2的另一端分别连接有探针T1、T2，探针T1、T2分别用来连接数字电路板芯片的电源引脚与接地引脚；选择开关K1用来选择与数字电路板芯片电源引脚或接地引脚的电性连接；用来调节从探针T1，经可变电阻器R1、选择开关K1、引线组L、开关K、电缆组件M，至探针T的连接线路的电阻值；可变电阻器R2用来调节从探针T2，经可变电阻器R2、选择开关K1、引线组L、开关K、电缆组件M，至探针T的连接线路的电阻值。
基于上述数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路的故障注入方法，通过下述步骤来完成：
步骤1：数字电路板芯片的引脚选择；
通过需故障注入的数字电路板芯片引脚原理图，找到需故障注入的数字电路板芯片的电源引脚、接地引脚和输入信号引脚。
步骤2：电路连接；
将探针T1、T2分别与数字电路板芯片的一个电源引脚和一个接地引脚相连；将一个或m个探针T与需故障注入的数字电路板中的一个或m个需故障注入的输入信号引脚相连，并用绝缘胶将探针T1、T2和T胶结固定在该数字电路板上；将数字电路板装回目标电子系统，并加电运行目标电子系统；上述m≥2。
步骤3：故障注入；
1)数字电路板的单路或多路固高故障持续注入：控制选择开关K1与数字电路板芯片电源引脚间电性连接，将可变电阻器R1的初始电阻调节为最大值后，通过开关K的控制保持探针T连接的单路或多路线路的连通；通过由大到小调节可变电阻器R1电阻值，至探针T所连接的输入信号引脚出现固高故障，此时停止调节电阻，即完成数字电路板的单路或多路固高故障持续注入。
2)数字电路板的单路或多路固低故障持续注入：控制选择开关K1与数字电路板芯片接地引脚间电性连接，将可变电阻器R2的初始电阻调节为最大值后，通过开关K的控制保持探针T连接的单路或多路线路的连通；通过由大到小调节可变电阻器R2电阻值，至探针T所连接的输入信号引脚出现固低故障，此时停止调节电阻，即完成了数字电路板的单路或多路固低故障持续注入。
3)数字电路板的单路或多路固高故障间断注入：控制选择开关K1与数字电路板芯片电源引脚间电性连接，将可变电阻器R1的初始电阻调节为最大值后，通过开关K的控制保持探针T连接的单路或多路线路的连通；通过由大到小调节可变电阻器R1电阻值，至探针T所连接的输入信号引脚出现固高故障，此时停止调节电阻；随后断开开关K，需保证数字电路板可恢复正常；按目标电子系统要求，通过开关K控制探针T连接的单路或多路线路的通断时间和频率，该输入信号引脚应相应的重复出现固高故障，即完成了数字电路板的单路或多路固高故障间断注入。
4)数字电路板的单路或多路固低故障间断注入：控制选择开关K1与数字电路板芯片接地引脚间电性连接，将可变电阻器R2的初始电阻调节为最大值后，通过开关K的控制保持探针T连接的单路或多路线路的连通；通过由大到小调节可变电阻器R2电阻值，至该输入信号引脚出现固低故障，此时停止调节电阻；再断开开关K，需保证数字电路板可恢复正常；按目标电子系统要求，通过开关K控制探针T连接的单路或多路线路的通断时间和频率，探针T相连的输入信号引脚应相应的重复出现固低故障，即完成了数字电路板的单路或多路固低故障间断注入。
本发明的优点在于：
1、本发明故障注入电路通过在数字电路板芯片的输入信号引脚与电源引脚之间增加可变电阻器，实现固高故障的注入；
2、本发明故障注入电路通过在数字电路板芯片的输入信号引脚与接地引脚之间增加可变电阻器，实现固低故障的注入；
3、本发明故障注入方法可通过从大到小的调节数字电路板芯片输入信号引脚与电源引脚或接地引脚间的可变电阻器，寻找可变电阻器的匹配值，从而不会对数字电路板芯片造成损害；
4、本发明故障注入电路中探针与芯片引脚接触采用绝缘胶胶结方法实现固定，且探针通过导电软线引出，大大降低了探针固定所需空间，适用于紧凑结构电子系统的故障注入；
5、本发明采用故障注入方法中通过开关进行故障注入控制，可以实现持续故障注入和间断故障注入；
6、本发明故障注入电路采用无源设计，不需要外接电源，可保证目标电子系统的测试安全；
7、本发明故障注入电路能够一次性将多个探针分别接入到数字电路板芯片的各个引脚，由此通过开关分别控制各个探针T的连接线路通断，实现单路或者多路故障的注入，并能通过开关选择与电源引脚或接地引脚的连接，实现固高或固低故障的注入，无需多次拆装设备，提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明数字电路板在线测试故障注入电路结构示意图；
图2为本发明故障注入方法流程图；
图3为本发明进行数字电路板的单路或多路固高故障持续注入时，故障注入电路与数字电路板芯片间的连接方式示意图；
图4为本发明进行数字电路板的单路或多路固低故障持续注入时，故障注入电路与数字电路板芯片间的连接方式示意图；
图5为本发明进行数字电路板的单路或多路固高故障间断注入时，故障注入电路与数字电路板芯片间的连接方式示意图；
图6为本发明进行数字电路板的单路或多路固低故障间断注入时，故障注入电路与数字电路板芯片间的连接方式示意图；
图7为本发明中通过开关通断控制进行数字电路板的单路故障注入时，故障注入电路与数字电路板芯片间的连接方式示意图；
图8为本发明中通过开关通断控制进行数字电路板的多路故障注入时，故障注入电路与数字电路板芯片间的连接方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明做进一步说明。
本发明数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路，包括集成在电路板上的可变电阻器R1、R2、电缆组件M、引线组L、开关K、选择开关K1以及外接探针T、T1、T2、如图1所示。
其中，电缆组件M由n条电缆构成，n≥1；每条电缆一端可通过导电软线与一个探针T相连，探针T用来与数字电路板芯片中的输入信号引脚相连；每条电缆另一端通过一个开关K连接引线组L，开关K用来控制与电缆相连探针T的连接线路通断，由此通过一个或多个探针T与数字电路板芯片中一个或多个输入信号引脚相连，实现数字电路板芯片中输入信号引脚的单路或者多路故障注入，并且通过与探针T相连的开关K连通与断开，实现数字电路板芯片中输入信号引脚的持续或间断故障注入。引线组L通过选择开关K1分别与可变电阻器R1、R2一端连接，可变电阻器R1、R2的另一端分别连接有探针T1、T2，探针T1、T2分别用来连接数字电路板芯片的电源引脚VDD与接地引脚GND；选择开关K1用来选择与数字电路板芯片电源引脚VDD或接地引脚GND的电性连接，从而通过探针T1、T2分别实现数字电路板芯片固高或固低故障注入。所述可变电阻器R1用来调节与数字电路板芯片的电源引脚VDD相连的探针T1，经选择开关K1、引线组L、电缆组件M、开关K，至与数字电路板芯片的输入信号引脚相连的探针T间电性连接通路的阻值；可变电阻器R2用来调节与数字电路板芯片的接地引脚GND相连的探针T2，经选择开关K1、引线组L、电缆组件M、开关K，至与数字电路板芯片的输入信号引脚相连的探针T间电性连接通路的阻值；可变电阻器电阻值的调节，需由大到小缓慢匀速地调节R1或R2的阻值，防止数字电路板芯片电流过大，损害电路板。
本发明中采用的可变电阻器R1、R2的最大可调阻值满足
的要求，其中|U|max为探针T所连接的输入信号引脚允许的上限驱动电压值，|I|min为探针T所连接的输入信号引脚所需的非零下限驱动电流值。
本发明中在调节可变电阻器R1、R2的电阻值时，应满足可变电阻器R1、R2的最小可调电阻值
的要求，其中|U|max为探针T相连的输入信号引脚允许的上限驱动电压值，|Ii|max为与探针T连接的输入信号引脚相连接的各路驱动电流允许的上限值，min{|Ii|max}为各路驱动电流中上限值最小的一路非零上限驱动电流值。显然探针T相连的输入信号引脚的驱动电流满足|I|min＜|Ii|max的要求，所以有Rmin＜Rmax。当可变电阻器R1、R2的故障注入匹配电阻值R满足Rmin＜R＜Rmax时，可以保证由大到小调节可变电阻器R1或R2的阻值时，探针T相连的输入信号引脚的各路驱动电流不会超过允许的上限值，确保了故障注入时与探针T相连的各路线路电流安全。
基于上述一种数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路的故障注入方法，可实现对数字电路板的单路或多路固高故障持续注入、单路或多路固低故障持续注入、单路或多路固高故障间断注入以及单路或多路固低故障间断注入，如图2所示，具体通过下述步骤来完成：
步骤1：数字电路板芯片的引脚选择；
通过需故障注入的数字电路板芯片引脚原理图，找到需故障注入的数字电路板芯片的电源引脚、接地引脚和输入信号引脚；
步骤2：电路连接；
将探针T1、T2分别与数字电路板芯片的一个电源引脚VDD和一个接地引脚GND采用绝缘胶胶结固定；将一个或m个探针T与需故障注入的数字电路板中的一个或m个(m≥2)需故障注入的输入信号引脚相连，并用绝缘胶将探针T1、T2和T胶结固定在数字电路板上；将数字电路板装回目标电子系统，并加电运行目标电子系统；
步骤3：故障注入；
1)数字电路板的单路或多路固高故障持续注入：控制选择开关K1与数字电路板芯片电源引脚VDD间电性连接，如图3、图4所示，将可变电阻器R1的初始电阻调节为最大值后，保持控制探针T连接线路的开关K连通；通过由大到小调节可变电阻器R1电阻值，直到探针T所连接的输入信号引脚出现固高故障，此时停止调节电阻，完成故障注入，由此实现数字电路板单路或多路固高故障持续注入；在上述过程中，通过在注入故障的输入信号引脚与接地引脚GND间接入示波器，从而通过观察系统故障情况和示波器指示，找到故障注入电路的匹配电阻值。
通过观察和分析目标电子系统在故障注入后的行为，即可验证单路或多路固高故障持续注入时，目标电子系统对该数字电路板在线运行时的周期BIT的能力。
通过对目标电子系统的相应操作，并观察和分析目标电子系统的行为，即可验证单路或多路固高故障持续注入时，目标电子系统对该数字电路板在线运行时的维修BIT的能力。
然后将系统关闭重新启动，通过观察和分析目标电子系统在故障注入后再次启动运行的行为，即可验证单路或多路固高故障持续注入时，目标电子系统对该数字电路板在线运行时的上电BIT的能力。
2)数字电路板的单路或多路固低故障持续注入：控制选择开关K1与数字电路板芯片接地引脚GND间电性连接，如图5、图6所示，将可变电阻器R2的初始电阻调节为最大值后，保持控制探针T连接线路的开关K连通；通过由大到小调节可变电阻器R2电阻值，直到探针T所连接的输入信号引脚出现固低故障，此时停止调节电阻，完成故障注入，由此实现数字电路板单路或多路固低故障持续注入；在上述过程中，通过在注入故障的输入信号引脚与接地引脚GND间接入示波器，从而通过观察系统故障情况和示波器指示，找到故障注入电路的匹配电阻值。
通过观察和分析目标电子系统在故障注入后的行为，即可验证单路或多路固低故障持续注入时，目标电子系统对该数字电路板在线运行时的周期BIT的能力。
通过对目标电子系统的相应操作，并观察和分析目标电子系统的行为，即可验证单路或多路固低故障持续注入时，目标电子系统对该数字电路板在线运行时的维修BIT的能力。
然后将系统关闭重新启动，通过观察和分析目标电子系统在故障注入后再次启动运行的行为，即可验证单路或多路固低故障持续注入时，目标电子系统对该数字电路板在线运行时的上电BIT的能力。
3)数字电路板的单路或多路固高故障间断注入：控制选择开关K1与数字电路板芯片电源引脚VDD间电性连接，如图3、图4所示，将可变电阻器R1的初始电阻调节为最大值后，通过开关K的控制保持探针T连接的单路或多路线路的连通；通过由大到小调节可变电阻器R1电阻值，直到探针T相连的输入信号引脚出现固高故障，此时停止调节电阻；再断开开关K，需保证数字电路板可恢复正常；按目标电子系统要求，通过开关K控制探针T连接的单路或多路线路的通断时间和频率，探针T所连接的输入信号引脚应相应的重复出现固高故障，完成故障注入，由此实现数字电路板单路或多路固高故障间断注入；在上述过程中，通过在注入故障的输入信号引脚与接地引脚GND间接入示波器，从而通过观察系统故障情况和示波器指示，找到故障注入电路的匹配电阻值。
通过观察和分析目标电子系统在故障注入后的行为，即可验证单路或多路固高故障间断注入时，目标电子系统对该数字电路板在线运行时的周期BIT的能力。
通过对目标电子系统的相应操作，并观察和分析目标电子系统的行为，即可验证单路或多路固高故障间断注入时，目标电子系统对该数字电路板在线运行时的维修BIT的能力。
然后将系统关闭重新启动，通过观察和分析目标电子系统在故障注入后再次启动运行的行为，即可验证单路或多路固高故障间断注入时，目标电子系统对该数字电路板在线运行时的上电BIT的能力。
4)数字电路板的单路或多路固低故障间断注入：控制选择开关K1与数字电路板芯片接地引脚GND间电性连接，如图5、图6所示，将可变电阻器R1的初始电阻调节为最大值后，通过开关K的控制保持探针T连接的单路或多路线路的连通；通过由大到小调节可变电阻器R2电阻值，直到探针T相连的输入信号引脚出现固低故障，此时停止调节电阻；再断开开关K，需保证数字电路板可恢复正常；按目标电子系统要求，通过开关K控制探针T连接的单路或多路线路的通断时间和频率，探针T所连接的输入信号引脚应相应的重复出现固低故障，完成故障注入，由此实现数字电路板单路或多路固低故障间断注入。在上述过程中，通过在注入故障的输入信号引脚与接地引脚GND间接入示波器，从而通过观察系统故障情况和示波器指示，找到故障注入电路的匹配电阻值。
通过观察和分析目标电子系统在故障注入后的行为，即可验证单路或多路固低故障间断注入时，目标电子系统对该数字电路板在线运行时的周期BIT的能力。
通过对目标电子系统的相应操作，并观察和分析目标电子系统的行为，即可验证单路或多路固低故障间断注入时，目标电子系统对该数字电路板在线运行时的维修BIT的能力。
然后将系统关闭重新启动，通过观察和分析目标电子系统在故障注入后再次启动运行的行为，即可验证单路或多路固低故障间断注入时，目标电子系统对该数字电路板在线运行时的上电BIT的能力。
上述一种数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路的故障注入方法中，在进行数字电路板的单路或多路故障注入时，令探针T的总数量与数字电路板芯片需要注入故障的输入信号引脚数量相等，因此可将各个探针T分别接入到数字电路板芯片需要注入故障的各个输入信号引脚，由此通过开关K分别控制各个探针T的连接线路通断，实现数字电路板的单路或者多路故障注入。如：如图7所示，需要进行输入信号引脚1单路故障注入时，通过开关K控制与引脚1相连的探针T的连接线路连通，与其他输入信号引脚相连的探针T的连接线路通过开关K断开，由此实现输入信号引脚1的单路故障注入；同理，如图8所示，需要进行输入信号引脚2、3的多路故障注入时，通过开关K控制与输入信号引脚2、3相连的探针T的连接线路连通，与输入信号引脚1相连的探针T的连接线路通过开关K断开，由此实现输入信号引脚2、3的多路故障注入。
由此，本发明数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路及方法，能够验证数字电路板的各种内置测试能力，以巧妙的方法、安全的操作和较低的成本，解决了现有技术难以真实地对数字电路板的进行测试性试验的问题，满足人们对电子系统测试性试验的需求，具有极高的实用价值。
Claims (5)
1.一种数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路，其特征在于：包括可变电阻器R1、R2、电缆组件M、引线组L、开关K、选择开关K1以及探针T、T1、T2；
其中，电缆组件M由n条电缆构成，n≥1；每条电缆一端与一个探针T相连，探针T用来与数字电路板芯片中的输入信号引脚相连；每条电缆另一端通过一个开关K连接引线组L，开关K用来控制与电缆相连探针T的连接线路通断；引线组L通过选择开关K1分别与可变电阻器R1、R2一端连接，可变电阻器R1、R2的另一端分别连接有探针T1、T2，探针T1、T2分别用来连接数字电路板芯片的电源引脚与接地引脚；选择开关K1用来选择与数字电路板芯片电源引脚或接地引脚的电性连接；所述可变电阻器R1用来调节从探针T1，经可变电阻器R1、选择开关K1、引线组L、开关K、电缆组件M，至探针T的连接线路的电阻值；可变电阻器R2用来调节从探针T2，经可变电阻器R2、选择开关K1、引线组L、开关K、电缆组件M，至探针T的连接线路的电阻值。
2.如权利要求1所述一种数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路，其特征在于：所述可变电阻器R1、R2的选择满足最大可调阻值
的要求，其中|U|max为探针T所连接的输入信号引脚允许的上限驱动电压值，|I|min为探针T所连接的输入信号引脚所需的非零下限驱动电流值。
3.如权利要求1所述一种数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路，其特征在于：所述每条电缆一端通过导电软线与一个探针T相连。
4.基于权利要求1所述的数字电路板在线测试的固高固低故障注入电路的故障注入方法，通过下述步骤来完成：
步骤1：数字电路板芯片的引脚选择；
通过需故障注入的数字电路板芯片引脚原理图，找到需故障注入的数字电路板芯片的电源引脚、接地引脚和输入信号引脚；
步骤2：电路连接；
将探针T1、T2分别与数字电路板芯片的一个电源引脚和一个接地引脚相连；将一个或m个探针T与需故障注入的数字电路板中的一个或m个需故障注入的输入信号引脚相连，并用绝缘胶将探针T1、T2和T胶结固定在数字电路板上；将数字电路板装回目标电子系统，并加电运行目标电子系统；上述m≥2；
步骤3：故障注入；
1)数字电路板的单路或多路固高故障持续注入：控制选择开关K1与数字电路板芯片电源引脚间电性连接，将可变电阻器R1的初始电阻调节为最大值后，通过开关K的控制保持探针T连接的单路或多路线路的连通；通过由大到小调节可变电阻器R1电阻值，至探针T所连接的输入信号引脚出现固高故障，此时停止调节电阻；
2)数字电路板的单路或多路固低故障持续注入：控制选择开关K1与数字电路板芯片接地引脚间电性连接，将可变电阻器R2的初始电阻调节为最大值后，通过开关K的控制保持探针T连接的单路或多路线路的连通；通过由大到小调节可变电阻器R2电阻值，至探针T所连接的输入信号引脚出现固低故障，此时停止调节电阻；
3)数字电路板的单路或多路固高故障间断注入：控制选择开关K1与数字电路板芯片电源引脚间电性连接，将可变电阻器R1的初始电阻调节为最大值后，通过开关K的控制保持探针T连接的单路或多路线路的连通；通过由大到小调节可变电阻器R1电阻值，至探针T所连接的输入信号引脚出现固高故障，此时停止调节电阻；通过开关K控制探针T连接的单路或多路线路的通断时间和频率；
4)数字电路板的单路或多路固低故障间断注入：控制选择开关K1与数字电路板芯片接地引脚间电性连接，将可变电阻器R2的初始电阻调节为最大值后，通过开关K的控制保持探针T连接的单路或多路线路的连通；通过由大到小调节可变电阻器R2电阻值，至探针T所连接的输入信号引脚出现固低故障，此时停止调节电阻；通过开关K控制探针T连接的单路或多路线路的通断时间和频率。
5.如权利要求3所述的故障注入方法，其特征在于：所述步骤2中探针T1、T2分别采用绝缘胶与数字电路板芯片的一个电源引脚和一个接地引脚胶结固定，一个或m个探针T也采用绝缘胶与需故障注入的数字电路板中的一个或m个需故障注入的输入信号引脚胶结固定。
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