技术长廊
电子产品可靠性设计中的潜电路
SneakCircuitAnalysisintheReliabilityDesignofElectronicProducts
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■郭增欣石家庄职业技术学院(石家庄050081)
本文介绍了潜电路分析的方法、潜电路分析工具、潜电
路分析中注意的问题。
潜电路;潜电路分析工具
电子产品可靠性设计涉及到诸多学科,
为了增加电子系统的可靠性,设计师们应用
了有效的可靠性保障技术(如降额设计、热
分析和电应力分析、电磁兼容设计)。很多系
统的崩溃都是由部件级的故障导致的,但是
故障不是由其零部件损坏所导致的。系统中
没有一个部件发生损坏,但系统非正确的运
图1潜电路警车控制实 行却导致了整个系统的瘫痪。设计错误可以
例 抑制系统正常功能或者得到不希望的功能,
这些事件可在现代武
器体系中造成危险甚
至悲惨的结果。比如,
因为一个未被
出
的设计错误,导弹在没
注意的情况下就发射
了。在这些非故意事件
中的一个极重要的因
素就是“潜电路”。
潜电路(也叫做潜
在电流路径)是可以导
致不期望的功能或者
抑制了正常功能的电
流路径。它不考虑元件
的损坏。基于潜电路分
析的重要性,美军标
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MIL—STD一1543要求航空、航天、水中交通
工具和导弹系统进行潜电路分析。我国军标
GJB450A中也对潜电路分析进行了定义和要
求,目前我国在航空航天等的重要军工项目
也全部要求进行潜电路分析。
潜电路的倒子
警用货车在购买之后改装电路,增加了
一个控制开关,2.4Hz闪光继电器和一个二
极管来控制车顶的蓝色闪光灯。打开闪光控
制开关后车顶灯亮,刹车灯和倒车灯2.4Hz
频率闪亮。但是这时候形成一个潜电路,如
红色线路。脱离了变速箱换档锁。通常是踩
下刹车踏板才可以挂挡行驶,这时候误踩油
门踏板,车辆也可以挂挡行驶,造成严重的
交通肇事。
哪些电路容易形成潜电路?
电子设计中容易造成潜路径的电路主要
是模拟的功率开关电路。潜电路本质上不适
用于数字电路,因为一个设计中完全的数字
部分实际上从未传递功率流而仅仅是信号。
然而数字电路的输出常常直接控制危险负载,
并且逻辑的失败可以导致错误地激活这些负
载。数字电路失效更多的可能是由于时序问
题、错误的逻辑、内存失败和其他原因。这
些问题是使用数字仿真和电路仿真来解决的。
识别潜电路的方法
分析许多潜电路
后,人们找到了经
析分
叶吩。襄¨,#峰●●☆§●●●
司
要
键
摘
关
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常导致潜电路的拓扑模式。这些拓扑模式和
潜电路有独特的关联性。潜电路分析传统方
法是手工分析并且转换原理图,形成一个网
络树并且把线索表应用到这些树。网络树的
建立是一个拓扑格式,电源在树的顶端,底
端是地,图2是网络树的实例。
识别潜电路使用的拓扑模式主要有以下
几种:
·单线
·多电源(Y模式)
·多地(倒Y模式)
·多电源和多地(X模式)
·H模式
H模式是所有模式中最重要的,潜电路
大多数来自这个模式。这个模式的特点就是
两个节点五个分支,每个分支可以包含不同
的元件。鼯个分支来源于一个或多个电源并
且两个其他的分支最终到地。第五个分支就
是连接两个节点的横梁,位于横梁上的电路
元件允许双向电流流过。
潜电路分析不能广泛的进行是因为:
·潜电路分析花费昂贵,劳动量大并且
需要不受约束的承包商采用专门的工具进行
分析,而且分析人员也是要经过专业
;
·分析需要全部的原理图信息,通常是
在设计的后期或者在生产的早期进行分析。
因此导致修改设计带来的非常大的花费和困
难;
·如果将潜电路分析从机构内部分离出
来,有时候会导致错误的鉴别,或者鉴别出
的问题并不是需要修正的问题。
潜电路分析工具
由于潜电路分析的市场和技术需要,国
外很早就有专门潜电路分析工具。潜电路分
析工具(SCAT,SneakCircuitAnalysis
T001)技术是由美国SoHaR公司与美国空军
发展中心的Rome实验室共同发展起来的。
最早是在工作站基础上使用的,传统的潜电
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路分析技术是先自动产生网络树,然后人工 陶2潜电路网络树实例
来识别潜路径。随着计算机技术的发展
SCAT已经发展的PC版,不需要使用传统的
网络树,也不需要识别拓扑模式。可以应用
在设计的早期阶段,避免了为产生网络树而
消耗的时间和工作。设计工程师或者可靠性
分析人员利用这个工具可以迅速识别和纠正
潜路径和相关的设计缺陷。
欧洲宇航局SNAP也是专门用于潜电路
分析的工具。我国自己也研制了CSAS潜电
路分析软件。SCAT潜电路分析工具工作流
程如图3所示。
潜电路分析需要注意的几个问题
·网络表文件的导入:目前国内原理图 图3SCAT潜电路分析
设计工具种类很多,每个工具产生的数据格 I:具t作流程
式不同。利用潜电路分析工具需
要将这些不同种类的原理图转换
成可以读取的EDIF2.0.0和
EDIF3.0.0格式。
·元件库模型:潜电路分析工
具使用的模型和一般的电路仿真
库模型不同,相对简单很多。工程
师可以轻松建立新的元件库模型。
这些模型只考虑元件管脚的连通
性。连通性确定了有什么方式电
流流经这些设备端口。允许电流
流动的任何两个端口列在同一排
并且用逗号分开。例如,一个电阻
www.eepw.com.cn2008.1 童孑座品畦幂 I圜 万方数据
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的端口名字是N1和N2,因为电流可以双向
流过这些一个电阻上的端口,这个模型将是
“N1,,N2”。二极管的模型是“N+,N一”。表示
电流从N+端口流到N一端口,但是不可以反
向,用单个逗号表示。如果一个端口没有电
流流到另一个端口,那么这个端口显示就是
他本身,这个情况就像场效应管的门。每一
套端口的名字用标签来前缀并且和以端口名
字相关的类别顺序全部排列。下面两个例子
是二极管和场效应管,表示的是模型库文件
内容。
N+.N- ;portN+ctmlK。l“Il”I::l‘”1N
A,C jpottA corI[]ectedtoportC
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XS,,NDj》ort:器bi—Ilitcc[hreally“mJ1ectnllomlnND
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JN
·电源和回线:
电源端口的选择包括:
更多相关内容.请访问 。经过连接器进到设备内部的所有外部
www.eepw.com.cn/AC/DC电源;
emaa/20080118.htm·所有内部产生和管理的AC/DC电源;
囡j·誊号殪品t承12008.1l~.eepw.COrn.cn
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·电路板上电池;
·具有足够大能量的,能够引起敏感元
件错误动作的端接。
电源回线:
·所有数字地;
·所有底盘地;
·所有AC/DC回路;
·能够吸收能量的其他信号线。
·电容:电容在电路中使用方式有两种,
一种是直流电路,一种是交流电路。需要分
析电容是短路还是断路状态。
·开关:开关有两种模式需要选择其中
之一,一个是先通后断模式,一个是先断后
通模式。
结语
潜电路分析(SCAT)已经使用了30年以
上,最初的计算机半自动版本是波音公司在
1967年用于NASA阿波罗项目。虽然我们的
电子技术发展很快,集成电路的发展取代了
分立元件的使用,减少了潜电路发生的几
率,但是技术的进步对可靠性要求也是越来
越高,如今SCA的应用包括所有的功率开关
电路,潜电路分析可以预防在正常情况下由
于人为加电造成的危险或者在错误情形下人
为加电导致的潜电路。使用线索表是传统
的,也是经典的,但是需要专业人员付出时
间和精力才能很好地完成潜电路分析。PC
的发展给电子设计工程师提供了自动的潜电
路分析工具。潜电路分析工具将帮助电子设
计师尽早的发现潜电路,减少设计错误和设
计缺陷,提高系统的安全性和可靠性。燃
参考文献:
1.SneakCircuitAnalysis:AMeansof
VerifyingDesignIntegrity,NAVSOp-3634,
1987.8
2.SCATuserguideSOHAR2007
3.严殿启,CSCA的现在和将来,航天控
制.1998.6
万方数据
电子产品可靠性设计中的潜电路分析
作者: 郭增欣
作者单位: 石家庄职业技术学院,石家庄,050081
刊名: 电子产品世界
英文刊名: ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD
年,卷(期): 2007(1)
参考文献(3条)
1.Sneak Circuit Analysis:A Means of Verifying Design Integrity[NAVSO P-3634] 1987
2.SCAT user guide,SOHAR 2007
3.严殿启 CSCA的现在和将来 1998(06)
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