基于PSpice AD電路仿真的單故障自動(dòng)注入方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于PSpice AD電路仿真的單故障自動(dòng)注入方法，該方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)電路原理圖網(wǎng)表中，每個(gè)元器件單元所有不同故障模式在該器件每個(gè)輸出引腳上的單故障自動(dòng)遍歷注入，并且僅需一次操作即可完成整個(gè)電路的所有單故障注入，具有自動(dòng)化、快速遍歷故障模式實(shí)現(xiàn)故障注入的優(yōu)點(diǎn)，克服了手動(dòng)進(jìn)行故障注入效率低、容易出錯(cuò)等問題，節(jié)約了人力成本，并且提高了故障注入的效率和準(zhǔn)確性。
【專利說明】基于PSpiceAD電路仿真的單故障自動(dòng)注入方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電路故障仿真和可靠性分析領(lǐng)域，特別涉及一種基于PSpiceAD電路 仿真的單故障自動(dòng)注入方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 故障仿真技術(shù)是將故障建模、故障注入及系統(tǒng)性能仿真相結(jié)合的分析技術(shù)，是實(shí) 現(xiàn)電路可靠性設(shè)計(jì)的有效輔助方法。故障注入是根據(jù)器件的故障機(jī)理，按照某些策略，人為 地將故障注入到電路中的過程。然后通過電路仿真獲得電路在故障模式下仿真輸出，完成 電路故障仿真。
[0003] 在航空、航天、軍工、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域，對(duì)電路可靠性要求極高，一個(gè)部件的故障 都可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)損壞，甚至造成重大人員傷亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失。因此通過故障仿真技 術(shù)，對(duì)電路注入故障，可以及早地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足，進(jìn)而采取有效的措施，提高系統(tǒng)的 可靠性，可避免嚴(yán)重后果產(chǎn)生。
[0004] 在電路故障仿真技術(shù)發(fā)展前，常采用硬件故障注入和軟件故障注入兩種方式，以 獲得電路故障影響。硬件故障注入能較好地模擬實(shí)際的硬件故障，且無需開發(fā)故障注入模 型，但是試驗(yàn)裝置復(fù)雜、費(fèi)用高，難以精確控制故障注入的時(shí)間和位置，容易造成電路器件 的損傷，帶來經(jīng)濟(jì)損失。軟件故障注入靈活方便，易于實(shí)現(xiàn)，成本低且可以減少研制時(shí)間，對(duì) 硬件電路器件沒有損壞，但是不能將故障注入到軟件不可訪問的位置，只能部分模擬實(shí)際 的故障情況。而基于電路仿真的故障注入技術(shù)可以將故障注入到仿真模型內(nèi)的任何位置， 避免了軟件故障注入的局限性問題，同時(shí)相比于硬件故障注入可以避免因注入故障導(dǎo)致的 器件或系統(tǒng)損壞，此外還具有成本低，仿真時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，但目前多以手動(dòng)注入方式為主， 操作繁瑣、對(duì)人員的依賴性大，且效率低下。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種基于PSpiceAD 電路仿真的單故障自動(dòng)注入方法，該方法僅需一次操作即可實(shí)現(xiàn)所有故障模式及輸出引腳 的遍歷故障注入，相比于人工注入方式大大簡化了故障注入操作，并且提高了故障注入的 效率。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于PSpiceAD電路仿 真的單故障自動(dòng)注入方法，該方法包括如下步驟： 步驟一：提取電路原理圖中的元器件單元清單：解析電路原理圖網(wǎng)表，提取電路原理 圖網(wǎng)表中的元器件單元清單，所述元器件單元清單包括一一對(duì)應(yīng)的元器件單元標(biāo)識(shí)、元器 件單元值及元器件單元類型名； 步驟二：建立元器件單元故障模式列表：根據(jù)提取的所述元器件單元清單為其中元器 件單元預(yù)設(shè)對(duì)應(yīng)的故障模式，并建立所述元器件單元的故障模式列表，其中所述元器件故 障模式列表包括元器件單元類型名稱、與所述元器件單元類型名稱對(duì)應(yīng)映射的基于電路仿 真的故障模式和所述故障模式所在的輸出引腳號(hào)； 步驟三：確定故障注入的元器件單元標(biāo)識(shí)：逐行掃描所述元器件單元清單，依次選定 一個(gè)元器件單元標(biāo)識(shí)，基于所述元器件單元清單，映射其元器件單元類型名，并基于所述元 器件故障模式列表，確定是否對(duì)該元器件單元進(jìn)行故障注入； 步驟四：確定元器件單元故障注入的輸出引腳、故障模式和故障注入方式：若確定進(jìn) 行故障注入，按所述元器件故障模式列表確定選定的所述元器件單元的故障模式和輸出引 腳號(hào)的映射關(guān)系，并按所述元器件單元清單中的所述元器件單元類型名確定選定的所述元 器件單元的故障注入方式； 步驟五：單故障注入的潛在故障電路原理圖網(wǎng)表重構(gòu)：逐行掃描電路原理圖網(wǎng)表，查 找該次確定要進(jìn)行單故障注入的元器件單元，按其已確定的故障注入方式，確定該次單故 障注入在電路原理圖網(wǎng)表中的位置,并修改電路原理圖網(wǎng)表中的相應(yīng)內(nèi)容重構(gòu)潛在故障電 路原理圖網(wǎng)表完成故障注入。
[0007] 上述方法還包括：完成了一個(gè)元器件單元所有輸出引腳上所有不同故障模式的單 故障注入所對(duì)應(yīng)的故障電路原理圖網(wǎng)表重構(gòu)，則返回步驟三，重復(fù)步驟三至步驟五，若所述 元器件單元清單中的最后一個(gè)元器件單元標(biāo)識(shí)已掃描完畢，則電路的單故障遍歷故障自動(dòng) 注入完畢。
[0008] 優(yōu)選的，不同的故障注入方式對(duì)應(yīng)不同的電路原理圖網(wǎng)表的重構(gòu)方式，所述電路 原理圖網(wǎng)表的重構(gòu)方式包括： 1) 參數(shù)修改法：在電路原理圖網(wǎng)表中修改元器件單元標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的元器件值；和/或 2) 模型替代法：將元器件單元名稱替換為相應(yīng)元器件單元的故障仿真模型名，不同輸 出引腳的不同故障模式對(duì)應(yīng)不同的故障模型名。
[0009] 步驟三中所述基于所述元器件故障模式列表，確定是否對(duì)該元器件單元進(jìn)行故障 注入具體為：若元器件故障模式列表中不含選定的元器件單元類型，則不對(duì)該元器件單元 進(jìn)行故障注入；若元器件故障模式列表中含有選定的元器件單元類型，則對(duì)該元器件單元 進(jìn)行故障注入。
[0010] 步驟四中，按所述元器件單元清單中的元器件單元類型名確定選定的所述元器件 單元的故障注入方式具體為：若元器件單元在電路原理圖網(wǎng)表中只含有一個(gè)元器件值或參 數(shù)，則采用參數(shù)修改法故障注入方式；若元器件單元含有多個(gè)元器件值或參數(shù)，則采用模型 替代法故障注入方式。
[0011] 步驟二之前，還包括：分析不同類型的元器件單元在每種故障模式下的表現(xiàn)形式， 建立基于表現(xiàn)形式的故障仿真模型，所述故障模式對(duì)應(yīng)的故障仿真模型的建模方法對(duì)應(yīng)關(guān) 系如下： (a) 模擬元器件開路：故障引腳串聯(lián)一個(gè)IO9歐姆大電阻； (b) 模擬元器件短路：故障引腳并聯(lián)一個(gè)KT9歐姆小電阻； (c) 數(shù)字元器件固高：元器件引腳后串聯(lián)一個(gè)或門，且或門的另一輸入引腳接高電平； (d) 數(shù)字元器件固低：元器件引腳后串聯(lián)一個(gè)與門，且與門的另一輸入引腳接低電平； (e) 數(shù)字元器件反相：元器件引腳后串聯(lián)一個(gè)反相器； (f) 數(shù)字元器件開路：元器件引腳后串聯(lián)一個(gè)三態(tài)緩沖器，且使能端接低電平； (g) 數(shù)字元器件短路：元器件引腳并聯(lián)一個(gè)緩沖器，緩沖器的輸出引腳代替原輸出引 腳。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)電路原理圖網(wǎng)表中， 每個(gè)元器件單元所有不同故障模式在該器件每個(gè)輸出引腳上的單故障自動(dòng)遍歷注入，并且 僅需一次操作即可完成整個(gè)電路的所有單故障注入，具有自動(dòng)化、快速遍歷故障模式實(shí)現(xiàn) 故障注入的優(yōu)點(diǎn)，克服了手動(dòng)進(jìn)行故障注入效率低、容易出錯(cuò)等問題，節(jié)約了人力成本，并 且提高了故障注入的效率和準(zhǔn)確性。
[0013]

【專利附圖】

【附圖說明】： 圖1是本發(fā)明方法流程圖； 圖2是本發(fā)明中提取元器件單元清單流程圖； 圖3是本發(fā)明故障模式分類情況圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1所選用的Timer_generate的電路原理圖； 圖5是本發(fā)明中各元器件單元潛在故障模式等效模型圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明 上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范 圍。
[0015] 為了克服傳統(tǒng)手工故障注入的操作繁瑣、對(duì)人員依賴性大、效率低下等問題。并且 盡可能發(fā)掘電路原理圖中所有的元器件在不同引腳上的不同故障模式對(duì)電路輸出的影響， 提高故障注入的效率，本發(fā)明提出一種基于PSpiceAD電路仿真的單故障自動(dòng)注入方法，實(shí) 現(xiàn)了對(duì)電路原理圖網(wǎng)表中，每個(gè)元器件單元所有不同故障模式在該元器件單元每個(gè)輸出引 腳上的單故障自動(dòng)遍歷注入，相比于一般的故障注入只能精確到元器件，本發(fā)明可以細(xì)化 到對(duì)不同的輸出引腳注入故障；僅需一次操作即可完成整個(gè)電路的所有單故障注入，實(shí)現(xiàn) 了故障注入的自動(dòng)化，相比于手動(dòng)故障注入，操作簡單、準(zhǔn)確，且提高了故障注入的效率；本 方法具有通用性，并不局限于單故障，還可以適用于多故障的情況。下面結(jié)合附圖具體說 明。
[0016] 本發(fā)明基于PSpiceAD電路仿真的單故障自動(dòng)注入方法，參看圖1，該方法包括如 下步驟： 步驟一：提取電路原理圖中的元器件單元清單：基于PSpice語法解析電路原理圖網(wǎng) 表，提取電路原理圖網(wǎng)表中的元器件單元清單，所述元器件單元清單包括一一對(duì)應(yīng)的元器 件單元標(biāo)識(shí)、元器件單元值及元器件單元類型名。
[0017] 由于PSpice軟件是基于仿真電路原理圖網(wǎng)表（.net文件)進(jìn)行仿真。網(wǎng)表文件內(nèi) 記錄著電路單元連接方面的信息，包括電路單元的類型、電路單元的標(biāo)識(shí)、電路單元的輸入 輸出管腳信息等。因此正確解析網(wǎng)表語法是實(shí)現(xiàn)故障注入的關(guān)鍵。本發(fā)明中對(duì)網(wǎng)表語法的 解析，采用逐行讀取電路的網(wǎng)表的方式提取元器件單元清單，以及確定電路單故障注入的 注入位置，其流程圖如圖2所示。基于PSpice的電路原理圖網(wǎng)表文件的一般語法規(guī)則為： "元器件名節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2...節(jié)點(diǎn)η元器件值"。不同類型的元器件在網(wǎng)表中的格式如表 1所示。
[0018] 表1不同類型的元器件在網(wǎng)表中的格式

【權(quán)利要求】
1. 一種基于PSpice AD電路仿真的單故障自動(dòng)注入方法，其特征在于：該方法包括如 下步驟： 步驟一：提取電路原理圖中的元器件單元清單：解析電路原理圖網(wǎng)表，提取電路原理 圖網(wǎng)表中的元器件單元清單，所述元器件單元清單包括一一對(duì)應(yīng)的元器件單元標(biāo)識(shí)、元器 件單元值及元器件單元類型名； 步驟二：建立元器件單元故障模式列表：根據(jù)提取的所述元器件單元清單為其中元器 件單元預(yù)設(shè)對(duì)應(yīng)的故障模式，并建立所述元器件單元的故障模式列表，其中所述元器件故 障模式列表包括元器件單元類型名稱、與所述元器件單元類型名稱對(duì)應(yīng)映射的基于電路仿 真的故障模式和所述故障模式所在的輸出引腳號(hào)； 步驟三：確定故障注入的元器件單元標(biāo)識(shí)：逐行掃描步所述元器件單元清單，依次選 定一個(gè)元器件單元標(biāo)識(shí)，基于所述元器件單元清單，映射其元器件單元類型名，并基于所述 元器件故障模式列表，確定是否對(duì)該元器件單元進(jìn)行故障注入； 步驟四：確定元器件單元故障注入的輸出引腳、故障模式和故障注入方式：若確定進(jìn) 行故障注入，按所述元器件故障模式列表確定選定的所述元器件單元的故障模式和輸出引 腳號(hào)的映射關(guān)系，并按所述元器件單元清單中的所述元器件單元類型名確定選定的所述元 器件單元的故障注入方式； 步驟五：單故障注入的潛在故障電路原理圖網(wǎng)表重構(gòu)：逐行掃描電路原理圖網(wǎng)表，查 找該次確定要進(jìn)行單故障注入的元器件單元，按其已確定的故障注入方式，確定該次單故 障注入在電路原理圖網(wǎng)表中的位置,并修改電路原理圖網(wǎng)表中的相應(yīng)內(nèi)容重構(gòu)潛在故障電 路原理圖網(wǎng)表完成故障注入。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PSpice AD電路仿真的單故障自動(dòng)注入方法，其特征在 于，還包括：完成了一個(gè)元器件單元所有輸出引腳上所有不同故障模式的單故障注入所對(duì) 應(yīng)的故障電路原理圖網(wǎng)表重構(gòu)，則返回步驟三，重復(fù)步驟三至步驟五，若所述元器件單元清 單中的最后一個(gè)元器件單元標(biāo)識(shí)已掃描完畢，則電路的單故障遍歷故障自動(dòng)注入完畢。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PSpice AD電路仿真的單故障自動(dòng)注入方法，其特征在 于，不同的故障注入方式對(duì)應(yīng)不同的電路原理圖網(wǎng)表的重構(gòu)方式，所述電路原理圖網(wǎng)表的 重構(gòu)方式包括： 1) 參數(shù)修改法：在電路原理圖網(wǎng)表中修改元器件單元標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的元器件值；和/或 2) 模型替代法：將元器件單元名稱替換為相應(yīng)元器件單元的故障仿真模型名，不同輸 出引腳的不同故障模式對(duì)應(yīng)不同的故障模型名。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PSpice AD電路仿真的單故障自動(dòng)注入方法，其特征在 于，步驟三中所述基于所述元器件故障模式列表，確定是否對(duì)該元器件單元進(jìn)行故障注入 具體為： 若元器件故障模式列表中不含選定的元器件單元類型，則不對(duì)該元器件單元進(jìn)行故障 注入；若元器件故障模式列表中含有選定的元器件單元類型，則對(duì)該元器件單元進(jìn)行故障 注入。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PSpice AD電路仿真的單故障自動(dòng)注入方法，其特征在 于，步驟四中，按所述元器件單元清單中的元器件單元類型名確定選定的所述元器件單元 的故障注入方式具體為：若元器件單元在電路原理圖網(wǎng)表中只含有一個(gè)元器件值或參數(shù)， 則采用參數(shù)修改法故障注入方式；若元器件單元含有多個(gè)元器件值或參數(shù)，則采用模型替 代法故障注入方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PSpice AD電路仿真的單故障自動(dòng)注入方法，其特征在 于：步驟二之前，還包括：分析不同類型的元器件單元在每種故障模式下的表現(xiàn)形式，建立 基于表現(xiàn)形式的故障仿真模型，所述故障模式對(duì)應(yīng)的故障仿真模型的建模方法對(duì)應(yīng)關(guān)系如 下： (a) 模擬元器件開路：故障引腳串聯(lián)一個(gè)IO9歐姆大電阻； (b) 模擬元器件短路：故障引腳并聯(lián)一個(gè)KT9歐姆小電阻； (c) 數(shù)字元器件固高：元器件引腳后串聯(lián)一個(gè)或門，且或門的另一輸入引腳接高電平； (d) 數(shù)字元器件固低：元器件引腳后串聯(lián)一個(gè)與門，且與門的另一輸入引腳接低電平； (e) 數(shù)字元器件反相：元器件引腳后串聯(lián)一個(gè)反相器； (f) 數(shù)字元器件開路：元器件引腳后串聯(lián)一個(gè)三態(tài)緩沖器，且使能端接低電平； (g) 數(shù)字元器件短路：元器件引腳并聯(lián)一個(gè)緩沖器，緩沖器的輸出引腳代替原輸出引 腳。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104317995SQ201410550428
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】何春, 黎亮, 朱娟, 曾希雯 申請人:電子科技大學(xué)