CN111693861A - 一种开关矩阵通道故障诊断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关矩阵通道故障诊断方法及系统，包括：对开关矩阵中待测开关所在通道构建测试通道矩阵；对测试通道矩阵内检测节点进行反射信号测试，通过预设反射信号阈值，判断检测节点是否处于反射状态，并构建测试通道检测节点矩阵；将测试通道检测节点矩阵与正常通道检测节点矩阵进行比较，得到故障点通道；基于频域反射对故障点通道的检测节点定位发生反射信号的位置，即故障点位置。实现多通道的快速检测与故障诊断定位，根据开关矩阵所构建通道的真实物理连接状态的有效检测，解决间接等效方法产生误报的不确定性问题。

Description

一种开关矩阵通道故障诊断方法及系统

技术领域

本发明涉及微波测试技术领域，特别是涉及一种开关矩阵通道故障诊断方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着微波半导体器件(集成电路)及其技术的快速发展，微波半导体器件(集成电路)的集成功能与技术特性获得不断提升，表征其相应功能及技术特性的测试参数越来越多，测试规模也越来越大，相应地，为适应这种需求的开关矩阵类产品在微波半导体器件测试中的应用也越来越广泛。

应用传统方法，开关矩阵(类)产品构建通道时的内部各开关状态检测以及通道故障判定主要依赖于内部各开关需配置的开关状态选件，通常为指示灯或表示状态的高/低电平，以及基于相应通道散射参数测试的人工判断与拆装调测，存在缺少有效技术手段、调测操作过程繁杂且效率低下等问题，不能适应开关矩阵(类)产品的维护保障以及微波半导体器件(集成电路)多参数、高效率测试的相关应用需求和技术要求，需要创新提出或形成与应用需求相适应的快速检测方法与技术。

基于传统方法，开关矩阵(类)产品构建通道时的内部各开关状态检测主要依赖于开关需配置的开关状态选件，通常为指示灯或表示状态的高/低电平；无论是指示灯还是表示状态的高/低电平，其本质都是一种间接等效检测方法，即只检测控制开关导通至其某个端口的控制电平，并默认该电平与开关内部的物理连接状态必然一致。然而在实际应用中，这两者之间存在着不一致的可能情况，即虽然有相应的控制电平，但开关内部的物理连接并未建立，并不能实现对开关真实状态，即内部物理连接状态的有效检测；对于没有配置开关状态选件的开关而言，其在构建通道时的状态信息更是无法有效获知。

基于传统方法，开关矩阵(类)产品构建通道时的故障判定主要依赖于使用矢量网络分析仪对相应通道的散射参数进行测试，根据通道的传输散射参数进行人工判定该通道是否存在故障。但是即使测试结果表明通道存在故障，也无法准确诊断和定位通道的故障位置，需要进行反复多次的分别拆装调测与测试加以人工判断和定位。在实际应用中，通常微波半导体器件(集成电路)的测试规模较大，适应需求的相应开关矩阵的通道规模及复杂度都较高。

综上，发明人认为采用传统方法，不仅缺少对于真实状态进行有效检测的技术手段，而且调测操作过程繁杂且效率较低，难以有效满足开关矩阵(类)产品的维护保障以及微波半导体器件(集成电路)多参数、高效率测试的相关应用需求和技术要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种开关矩阵通道故障诊断方法及系统，对开关矩阵中各个不连续检测节点的反射信号进行测试，通过与理想状态下开关状态进行比较，筛选出有故障点的通道，并基于频域反射FDR对故障点位置进行定位，实现多通道的快速检测与故障诊断定位；根据开关矩阵所构建通道的真实物理连接状态的有效检测，解决间接等效方法产生误报的不确定性问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种开关矩阵通道故障诊断方法，包括：

对开关矩阵中待测开关所在通道构建测试通道矩阵；

对测试通道矩阵内检测节点进行反射信号测试，通过预设反射信号阈值，判断检测节点是否处于反射状态，并构建测试通道检测节点矩阵；

将测试通道检测节点矩阵与正常通道检测节点矩阵进行比较，得到故障点通道；

基于频域反射对故障点通道的检测节点定位发生反射信号的位置，即得到故障点位置。

第二方面，本发明提供一种开关矩阵通道故障诊断系统，包括：

测试通道构建模块，用于对开关矩阵中待测开关所在通道构建测试通道矩阵；

反射信号测试模块，用于对测试通道矩阵内检测节点进行反射信号测试，通过预设反射信号阈值，判断检测节点是否处于反射状态，并构建测试通道检测节点矩阵；

比较模块，用于将测试通道检测节点矩阵与正常通道检测节点矩阵进行比较，得到故障点通道；

定位模块，用于基于频域反射对故障点通道的检测节点定位发生反射信号的位置，即故障点位置。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。

第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提出应用于开关矩阵类产品通道故障诊断的快速检测方法，通过单次连接的全通道状态自动扫描测试，可以得到开关矩阵所构建通道的真实状态，即物理连接状态的有效检测，解决采用间接等效方法产生误报的不确定性，不需要内部开关配置开关状态选件或提供间接等效的控制电平信息，同时解决各通道状态以及存在故障位置准确判定的问题，简化故障诊断过程，降低操作成本和复杂度，提高测试及应用效率；

本发明根据正常通道检测节点矩阵与测试通道矩阵进行对比判断的方法，采用通用化的方式适应开关矩阵类产品所构建差异化通道的故障判定与应用问题，降低人工干预或人为因素对测试效率和结果的影响。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1提供的开关矩阵通道故障诊断方法示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种开关矩阵通道故障诊断方法，通过该方法实现对开关矩阵(类)产品通道故障诊断的快速检测，可实现一次性完成多通道的快速检测与故障诊断定位，具体包括：

S1：对开关矩阵中待测开关所在通道构建测试通道矩阵；

S2：对测试通道矩阵内检测节点进行反射信号测试，通过预设反射信号阈值，判断检测节点是否处于反射状态，并构建测试通道检测节点矩阵；

S3：将测试通道检测节点矩阵与正常通道检测节点矩阵进行比较，得到故障点通道；

S4：基于频域反射对故障点通道的检测节点定位发生反射信号的位置，即故障点位置。

在本实施例中，开关矩阵可选用N×M开关矩阵，每个开关所在通道包含多个不连续点，即检测节点；首先以1×n开关矩阵为例，每个通道包含3个不连续点，即2个端口及内部物理连接部位，那么该1×n开关矩阵的全通道的不连续点矩阵为：

其中，“A”表示该1×n开关；下标中的第一个“1”表示该1×n开关的公共端口；下标中的第二个数字表示该1×n开关的n个端口；“-”后的数字分别表示公共端口、开关内部物理连接部位以及第n个端口所代表的不连续点；

理想状态下，每个不连续节点，即检测节点均应处于无反射状态，以“0”表示无反射，“1”表示有反射，那么该1×n开关矩阵的理想无故障的开关通道不连续点矩阵对应n个通道状态有n个零矩阵。

可以理解的，对于N×M开关矩阵，其全通道的不连续点矩阵为：

此为最大化情况，基于任意开关拓扑结构的节点矩阵所得到的通道不连续点矩阵均包含在其中；“A”表示构建通道的各1×n开关；下标中的“M”表示满足该N×M开关矩阵通道规模的开关列数；下标中的“N”表示满足该N×M开关矩阵通道规模的开关行数；“-”后的数字分别表示公共端口、开关内部物理连接部位以及第n个端口所代表的不连续点；则理想无故障的开关矩阵通道不连续点矩阵对应N×M个通道状态有N×M个零矩阵。

在本实施例中，根据实际应用的开关矩阵，预先构建理想状态下，正常通道的检测节点矩阵。

在本实施例中，根据实际应用的开关矩阵，对待测开关所在通道构建相应的测试通道；可以理解的，可以对开关矩阵的全通道进行测试，也可对任意开关通道构建测试通道。

对测试通道矩阵中各个检测节点进行信号频域反射特性的测试，设置判定无反射信号和有反射信号的阈值门限，本实施例中以“0”对应无反射状态，以“1”对应有反射状态，得到测试通道矩阵对应的检测节点矩阵；

在本实施例中，还包括对检测节点的检测信号的多路功分，对检测信号根据测试通道的数量进行多路功分，并通过在通道端口的测试校准，修正检测节点所产生反射信号对信号功分的影响。

在本实施例中，还包括对开关矩阵连接负载，所述负载实现为开关矩阵所构建N×M通道提供终端无反射/低反射的匹配状态。

将得到的检测节点矩阵与预先构建的正常通道检测节点矩阵进行交叉对比分析和逻辑判断，得到矩阵中表示为1的通道，即为故障点通道；

基于频域反射FDR的时域变换运算准确定位故障点通道中产生反射信号的位置；时域变换运算具体包括：点频连续波信号从起始位置传输至不连续点产生反射信号位置的传输速度与传输时间乘积的二分之一；

以此判断出全部通道中哪些通道存在故障以及故障点的准确位置，将故障诊断结果通过人机交互界面反馈给用户，帮助用户快速诊断开关矩阵的功能及故障状态，并准确判定故障位置以便高效修复。

本实施例快速检测方法是对开关矩阵所构建通道的真实状态，即物理连接状态进行检测，因此可以解决采用间接等效方法产生误报的不确定性；不需要内部开关配置开关状态选件或提供间接等效的控制电平信息，只需快速检测电路与开关矩阵进行单次直接互连，且无需进行反复多次的分别拆装调测与测试以进行人工判断和定位，就可以自动实现快速检测及故障部位准确判定；同时，可以一次性完成对开关矩阵全部通道检测节点矩阵的自动扫描测试，并准确判定各通道状态以及存在故障的部位，支持测试规模的基础上适配不同配置开关矩阵的快速检测，以通用化的方式提供简易、经济、高效的开关矩阵通道故障诊断的快速检测方法。

实施例2

本实施例提供一种开关矩阵通道故障诊断系统，包括：

测试通道构建模块，用于对开关矩阵中待测开关所在通道构建测试通道矩阵；

反射信号测试模块，用于对测试通道矩阵内检测节点进行反射信号测试，通过预设反射信号阈值，判断检测节点是否处于反射状态，并构建测试通道检测节点矩阵；

比较模块，用于将测试通道检测节点矩阵与正常通道检测节点矩阵进行比较，得到故障点通道；

定位模块，用于基于频域反射对故障点通道的检测节点定位发生反射信号的位置，即故障点位置。

此处需要说明的是，上述模块对应于实施例1中的步骤S1至S4，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。

在该系统中，还包括信号功分模块，实现检测信号适配开关矩阵通道规模的多路功分，并通过在其端口的测试校准，修正信号功分模块所引入不连续点(即相应检测节点)所产生反射信号的影响；

测试通道构建模块在该系统由主控模块控制，反射信号测试模块、比较模块以及定位模块构建该系统的信号频域反射测试模块，即实现对开关矩阵所构建N×M通道中各不连续点，即检测节点反射特性的测试功能，同时基于FDR准确定位产生反射信号的位置。

在本实施例中，由主控模块构建任意开关拓扑结构和检测节点矩阵的测试通道，协同信号频域反射测试模块进行通道反射状态测试；

本实施例提出的“任意开关拓扑结构+检测节点矩阵”的测试通道模型与基于模型框架的交叉对比判定算法以及集成测控方法，以通用化的方式适应开关矩阵(类)产品所构建差异化通道的故障判定与应用问题，降低人工干预或人为因素对测试效率和结果的影响，以及对测试资源的占用成本，而且方便结合开关矩阵(类)产品的应用特性将通道状态及故障检测功能整合融入自动测试的完整能力中，实现适应微波半导体器件(集成电路)多参数、高效率测试应用需求和技术要求的集成测控。

在更多实施例中，还提供：

一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1中所述的方法。

实施例1中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种开关矩阵通道故障诊断方法，其特征在于，包括：

对开关矩阵中待测开关所在通道构建测试通道矩阵；

对测试通道矩阵内检测节点进行反射信号测试，通过预设反射信号阈值，判断检测节点是否处于反射状态，并构建测试通道检测节点矩阵；

将测试通道检测节点矩阵与正常通道检测节点矩阵进行比较，得到故障点通道；

基于频域反射对故障点通道的检测节点定位发生反射信号的位置，即故障点位置。

2.如权利要求1所述的一种开关矩阵通道故障诊断方法，其特征在于，所述开关矩阵的每个通道包含多个不连续点，即检测节点，待测开关所在通道以及每个通道所包含的检测节点构建为所述测试通道。

3.如权利要求1所述的一种开关矩阵通道故障诊断方法，其特征在于，对检测节点的检测信号根据测试通道矩阵的通道数量进行多路功分。

4.如权利要求3所述的一种开关矩阵通道故障诊断方法，其特征在于，对测试通道的端口进行校准测试，修正检测节点存在反射信号对信号多路功分的影响。

5.如权利要求1所述的一种开关矩阵通道故障诊断方法，其特征在于，在开关矩阵处连接负载，所述负载用于对开关矩阵通道提供无反射或低反射的匹配状态。

6.如权利要求1所述的一种开关矩阵通道故障诊断方法，其特征在于，将测试通道检测节点矩阵与正常通道检测节点矩阵进行交叉对比的比较判断，得到测试通道检测节点矩阵中与正常通道检测节点矩阵不同状态的检测节点，其所在通道为故障点通道。

7.如权利要求1所述的一种开关矩阵通道故障诊断方法，其特征在于，基于频域反射进行时域变换运算，时域变换运算包括点频连续波信号从起始位置传输至不连续点产生反射信号位置的传输速度与传输时间乘积的二分之一处。

8.一种开关矩阵通道故障诊断系统，其特征在于，包括：

测试通道构建模块，用于对开关矩阵中待测开关所在通道构建测试通道矩阵；

反射信号测试模块，用于对测试通道矩阵内检测节点进行反射信号测试，通过预设反射信号阈值，判断检测节点是否处于反射状态，并构建测试通道检测节点矩阵；

比较模块，用于将测试通道检测节点矩阵与正常通道检测节点矩阵进行比较，得到故障点通道；

定位模块，用于基于频域反射对故障点通道的检测节点定位发生反射信号的位置，即故障点位置。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。

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