CN1192525C - 多功能故障注入机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电子产品中进行故障测试的多功能故障注入机，包括通信控制模块、控制所述通信控制模块工作的CPU控制器，控制器通过设置在故障注入机上的串口端与计算机系统相连接，其特征在于，还包括受控于所述通信控制模块的模拟信号的各种失效故障以及信号完整性损伤的多功能加扰模块、模拟芯片损坏或模拟差分信号失效的桥接模块、模拟单板中低压供电掉电或降压故障的低压掉电和降压模块、模拟单板中-48伏供电电源掉电故障的-48伏电源掉电模块；注入机在计算机的控制下根据不同的测试要求，使各个模块输出不同的测试信号，与原故障注入设备相比，只需一台故障注入机可实现多种故障注入的测试，能提高测试效率和降低测试成本。

Description

多功能故障注入机

技术领域

本发明涉及电子产品测试装置，更具体地说，涉及一种能向电子产品插入多种异常故障的故障注入机。

背景技术

在电子产品的开发、测试阶段，对产品的故障处理能力缺乏有效的验证手段，很多情况是现场发生了事故，才发现系统的故障处理机制上还有不完善之处。为了提早发现系统故障处理机制方面的问题，迫切需要在试验室里提供完善的故障注入手段，以验证设备在诸如器件失效、外界干扰、人为操作错误等异常条件下的保护和自愈能力，以便尽早为开发人员作可靠性设计提供参考依据。

现有的故障注入方式都是单一的使用某一种手段对一块单板或者一个系统某一点进行插入，可操作性很差，可控制性也不强，通用性也不好。下面介绍三种现有的插入技术：

一种是专用的电平加扰板，只能对信号进行拉高拉低故障的注入。它选定一个被加扰的信号线之后需要在加扰之前通过人工选择加扰的方式通过复杂的参数选择加扰的控制时间。在加扰时在将加扰测试针用手按到被测的信号上。导致人为操作因素多，加扰的时间可控性差，而且一旦加扰的测试针加到被测信号上就会对被测的信号本身质量产生很大的影响。也许在没有加扰之前信号就不正常根本就没有办法比较加扰前后的信号差异。这种单一的加扰方式不能适应现代故障注入手段的发展。

除了上述电平加扰板之外还有单一的电压掉电设备(板)，这种掉电设备对电压的掉电是通过控制一个继电器来控制电压的导通和断开的，因为继电器本身技术的原因没有办法将继电器的响应时间和动作时间提高，一般都需要几十个毫秒左右的动作时间，难以保证测试的准确度。

还有一些故障注入方式使用高价的低压调压设备，这些设备虽然功能很齐全但是价钱很高，技术实现复杂。因此通用性不强，无法让这种设备在故障注入技术中普及。

上述注入设备的主要缺点就是可操作性不强，可控性很差，而且大多是单一设备只能对某种故障进行单一的故障注入，不能实现用一台设备进行多种故障的注入测试。

发明内容

本发明要解决技术问题在于，提供一种故障注入机，可模拟输出多种用于故障测试的信号，用这样一台设备可以代替多台只具有单一功能的故障注入设备，从而提高故障注入机的使用功能和测试效率。

本发明解决上述技术问题的方案是，设计一种用于电子产品中进行故障测试的故障注入机，包括通信控制模块、控制所述通信控制模块工作的CPU控制器，所述控制器通过设置在故障注入机上的串口端与计算机系统相连接，其特征在于，还包括受控于所述通信控制模块可模拟信号的各种失效故障以及信号完整性损伤的多功能加扰模块、可模拟芯片损坏或模拟差分信号失效的桥接模块，可模拟单板中低压供电掉电或降压故障的低压掉电和降压模块，可模拟单板中的-48伏供电电源掉电故障的-48伏电源掉电模块，

由本发明提供的故障注入机，在故障注入机中通过设置选择不同的故障注入模块，可以满足多种不同的异常测试需求；与原故障注入设备相比，只需一台本发明故障注入机可代替原单一功能故障注入设备，提高了测试效率和降低了测试成本。

附图说明

图1为本发明故障注入机的结构框图；

图2为图1所示故障注入机中多功能加扰模块结构示意图；

图3为图2所示采用加扰模块加扰方式的控制电路示意图；

图4为图1所示故障注入机中桥接模块结构示意图；

图5为图1所示故障注入机中-48V电源掉电模块的电路原理图；

图6为图1所示故障注入机中低压掉电、降压模块的电路原理图；

图7为主机通信控制模块在CPU控制器的控制下进行48伏掉电或低电压掉电和降压故障输入的控制示意图；

图8为采用故障注入机进行多种故障模拟测试时的示意图。

具体实施方式

如图1所示，由本发明提供的具有多种模拟故障输出的故障注入机可通过如下方式来实施，在故障注入机中设有通信控制模块、控制通信控制模块工作的CPU控制器，CPU控制器通过设置在故障注入机上的串口端与计算机系统相连接，另设有受控于通信控制模块可模拟信号的各种失效故障以及信号完整性损伤的多功能加扰模块、模拟芯片损坏或模拟差分信号失效的桥接模块，可模拟单板中低压供电掉电或降压故障的低压掉电和降压模块，可模拟单板中的-48伏供电电源掉电故障的-48伏电源掉电模块，通过在注入机中设置上述功能模块，使故障注入机的故障模拟功能更强，使用范围更广，注入机中各功能模块的结构和工作原理，结合附图说明如下：

图2、图3所示为注入机中多功能加扰模块的结构示意图，多功能加扰模块是一种加扰探头，通过设计特制隔离传输线，将微型可控电子开关2(可采用型号为SOT23--5的电子开关，也可以采用其它具有高速开关功能的电子开关来实现)定制在传输线1的一端，将微型开关2的输出脚焊接在探针3上，其它引脚分别通过传输线1连到故障注入机上，这样在加扰的时候就可以将探针3连接在被加扰的信号线上(探针到被测信号线之间的连接线可以做到很短)，需要加扰的时候就可以打开微型开关2的控制脚(/OE)，不需要加扰的时候就关断控制脚(/OE)从而隔离A、B两端。这样即使被加扰的单板连接有探头，在控制端(/OE)不关闭的情况下加扰探头也不会影响到被测单板的信号。从而实现了高速信号加扰时的有效隔离。大大减少传输线对被加扰信号质量的影响，而且信号之间的串扰也大大减小。

上述加扰模块(探头)除了可以对待扰线进行强制拉高、拉低或置为不定电平，从而模拟各种信号失效或者芯片失效等故障，还可以模拟各种信号的信号质量(比如说：毛刺，振铃、回钩、过冲等等)劣化，加扰时间可控制在几十ns到几十分钟级别之间，还可以从外部引入信号触发对相应的信号进行条件触发加扰。

具体的加扰方法可以有四种选择：上拉5V、上拉3.3V、下拉到地、信号质量劣化。这四种方式可通过三个继电器的组合连接来控制，继电器可选用一种二选一的机械继电器来实现，继电器之间的连接示意图如图3所示。

图4所示为桥接模块结构示意图，桥接模块的实现方式与加扰模块的注入方式差不多，也是按照这种隔离的故障注入方法，只是桥接模块的开关选用的是一种具有常开触头的继电器8，而且在加扰探头传输线上只设有信号控制线6和电源线7。在故障注入机单板上不设置加扰方式引出的加扰故障注入线和地线；而且桥接探头是采用两根探针4、5来实现。另外桥接模块还可以专门对差分信号的失效进行模拟。

通过强制对信号拉高、拉低或置为不定电平可以模拟由于芯片损坏输出固定电平的故障，通过自动触发还可以使此故障在特定的时候出现，通过注入故障让被加扰信号的质量劣化来模拟芯片在损坏或者工作条件劣化情况下对信号质量的影响。通过桥接可以模拟芯片一些管脚的失效以及模拟差分信号的失效。

图5所示为-48V电源掉电模块的电路原理图，可以通过计算机控制给-48V电压的通断时间、频率等参数，进行测试连接时，可先拆下被测单板上的-48V保险管，将-48V从保险管一端和-48V地引入故障注入机的电路板上，在故障注入机上，经过一开关MOS管后，再将-48V和-48V地引回被测单板保险管的另一端。或者直接将48V电源引入故障注入机，然后将输出的-48V和地引入被测单板；MOS管的控制端由高速光偶开关器件控制输入端的-48V，通过电阻分压；这样就可以通过控制光偶开关的通断来控制-48V的通断。控制时间可以直接从计算机中输入时间进行实时控制。

图6所示为低压掉电、降压模块的电路原理图；掉电电压在0.5V和5.5V之间任意选择，可以通过计算机控制电压的通断时间、频率等参数；调压范围可在0.5V和5.5V之间选择，调压方式、调压时间、步长等参数可以通过注入机的外接计算机系统来选择。

在进行掉电测试时，可拆下待测单板上相应电源的滤波电感，将故障注入机的低电压输出连接到滤波电感的输出端，然后将待测单板的48V电源引到故障注入机上，这样故障注入机上的可调电源与被测单板的电源同时启动，可以达到单板各种电压的上电顺序不受影响，然后再根据D/A转换输出电压控制可调电源模块的电压；从而达到调节输出电压的目的；还可以直接使用外接电源提供的48V电源给可调电源供电。掉电的实现主要是通过控制可调电源模块的输出控制端PC端。调压就通过调节DA输出电压来调节电压模块的输出电压。

电源模块可选用的VICOR公司的V48C5C100A型号，也可以选用其它具有类似功能的器件来实现，DA转换器以及控制开关可选用普通的DA转换器以及常用的光偶开关来实现。

注入机中的主机通信控制模块在CPU控制器的控制下，可实现控制多种模拟测试信号的输出，主要的控制处理在CPU控制器(C51)实现，主机通信控制模块通过串口与CPU控制器进行通信来控制CPLD的各种功能实现。大部分的控制都是来自主机的自动控制，不需要手动，其主要控制实现输出为CPLD电路，可采用xilinx公司的XC95144XL-10TQFP144C器件来实现，它有I/O引脚共110个完全可以满足控制的需要，CPU控制器采用philips的89C51RD+器件；通过ADM202与主机串口连接进行通信。CPLD的参考时钟为晶振输出的100M；所有的控制参数的定义都做在计算机里面，所以可以完全实现计算机控制输入。

图7所示为主机通信控制模块在CPU控制器的控制下进行-48伏掉电或低电压掉电和降压故障输入的控制示意图。

图8所示为采用故障注入机中的加扰模块(或桥接模块)进行多种故障模拟测试时的示意图；本故障注入机提供了丰富的故障注入手段，可满足日益增强的故障注入测试的需求，功能强大而且操作方便，实用性强；将实验中总结的测试手段和实现方法集成在一起，为单板异常测试和系统异常测试提供了完备的测试手段。

注入机中的信号加扰和桥接模块通过使用特制的探头完全避免了加扰探头对高速信号质量的测试影响，在测试中可以将多个探头同时连接在运行在系统中的被加扰单板，而不会影响单板正常工作，使加扰工作更加方便快捷；单板加扰功能多，方式齐全。在低压降压部分使用DA转换器对可调电源模块的控制真正实现了数字控制电压的输出，而且电压幅度基本可以满足现在电子产品电压异常测试的需求，通过控制PC输出控制端来模拟电压的上电和掉电以及其它异常测试的需求。而且还提供专门的48V掉电测试方式，进一步丰富了单板测试电压方面的各种异常测试。

本注入机还可将多根加扰探头同时接入待加扰单板，使用新结构探头进行连接避免了传输线对原信号质量的影响。可以做到需要加扰的时候就加扰，不需要加扰的时候并不需将加扰线取下来，大大提高了工作效率。而且可以完全将被测单板放置到系统中去与系统同步运行，然后通过专门的探头将加扰信号引入。这样可使得单板的测试环境与实际运行环境更接近，更加有利于故障注入的实际效果。

在驱动能力方面，故障注入机的加扰探头可以提供大于100mA的驱动电流，对单板上绝大部分信号都可以实现加扰。而且加扰时间和次数完全可以由计算机进行控制。

所提供的类似于芯片失效的桥接模块能将两个信号随时进行桥接模拟，可在使用加扰探头的连接方式下，通过计算机控制加扰时间。

所提供的对电源和信号的多种故障模拟，功能强大，可以提供对48V电源的掉电，这种掉电方法主要实现是通过MOS管来控制通断，响应时间和动作时间可以做到几十个ns。可以提供0.5V到5.5V之间的任意电压的掉电，完全适用大部分电子单板掉电模拟的需要。可以提供0.5V到5.5V之间的任意电压的转换、调压；还可以实现对电源的质量进行不同程度的加扰。

综上所述，本发明的故障注入机是一种通用的故障注入设备，可以分别针对一次电源、二次电源、数据线、控制线、状态线、时钟线、差分信号线模拟永久、瞬间、间歇性故障以及模拟多种电源电压的实时变化。故障注入采用高速电子开关加在加扰线始端的短线隔离方法，以减少高速信号加扰线对被加扰信号的固有影响，这样加扰线可以做到很长，最长可达100cm，而且多路的加扰相互之间的串扰很小；故障注入机可采用外置式设计，通过专用加扰线与被测单板连接，这对系统测试阶段的故障注入非常有利。故障注入机通过串口与微机连接，测试人员将加扰线和被测单板连接好后，便可以通过计算机控制灵活地选择故障加扰点，每种故障的触发条件、持续时间、出现频率等参数可以在一定范围内任意设定，在故障注入过程中，不需要手动干预，自动化程度高。

Claims (3)

1、一种用于电子产品中进行故障测试插入的故障注入机，包括通信控制模块、控制所述通信控制模块工作的CPU控制器，该控制器通过设置在故障注入机上的串口端与计算机系统相连接，其特征在于，还包括受控于所述通信控制模块，可模拟信号的各种失效故障以及信号完整性损伤的多功能加扰模块、可模拟芯片损坏或模拟差分信号失效的桥接模块、可模拟单板中低压供电掉电或降压故障的低压掉电和降压模块、可模拟单板中-48伏供电电源掉电故障的-48伏电源掉电模块。

2、根据权利要求1所述的故障注入机，其特征在于，所述多功能加扰模块包括一段传输线、连接在所述传输线一端的微型开关，所述微型开关的输出端连接有探针。

3、根据权利要求1所述的故障注入机，其特征在于，所述桥接模块包括一个具有常开触头的微型继电器，所述微型继电器的控制接口与信号传输线连接，微型继电器的两个常开触头端分别连接有一个探针。

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