The paper deals with multiple soft fault diagnosis of analogue circuits. A method for diagnosis of linear circuits is developed, belonging to the class of the fault verification techniques. The method employs a measurement test performed in the frequency domain, leading to the nonlinear least squares problem. To solve this problem the Powell minimization method is applied. The diagnostic method is adapted to real circumstances, taking into account deviations of fault-free parameters and measurement uncertainty. Two examples of electronic circuits encountered in practice demonstrate that the method is efficient for diagnosis of middle-sized circuits. Although the method is dedicated to linear circuits it can be adapted to multiple soft fault diagnosis of nonlinear ones. It is illustrated by an example of a CMOS circuit designed in a sub-micrometre technology.
The paper deals with multiple soft fault diagnosis of linear analog circuits. A fault verification method is developed that allows estimating the values of a set of the parameters considered as potentially faulty. The method exploits the transmittance of the circuit and is based on a diagnostic test leading to output signal in discrete form. Applying Z-transform a diagnostic equation is written which is next reproduced. The obtained system of equations consisting of larger number of equations than the number of the parameters is solved using appropriate numerical approach. The method is adapted to real circumstances taking into account scattering of the fault-free parameters within their tolerance ranges and some errors produced by the method. In consequence, the results provided by the method have the form of ranges including the values of the tested parameters. To illustrate the method two examples of real electronic circuits are given.
The paper deals with fault diagnosis of nonlinear analogue integrated circuits. Soft spot short defects are analysed taking into account variations of the circuit parameters due to physical imperfections as well as self-heating of the chip. A method enabling to detect, locate and estimate the value of a spot defect has been developed. For this purpose an appropriate objective function was minimized using an optimization procedure based on the Fibonacci method. The proposed approach exploits DC measurements in the test phase, performed at a limited number of accessible points. For illustration three numerical examples are given.
The paper is focused on nonlinear analog circuits, with the special attention paid to circuits comprising bipolar and MOS transistors manufactured in micrometer and submicrometer technology. The problem of fault diagnosis of this class of circuits is discussed, including locating faulty elements and evaluating their parameters. The paper deals with multiple parametric fault diagnosis using the simulation after test approach as well as detection and location of single catastrophic faults, using the simulation before test approach. The discussed methods are based on diagnostic test, leading to a system of nonlinear algebraic type equations, which are not given in explicit analytical form. An important and new aspect of the fault diagnosis is finding multiple solutions of the test equation, i.e. several sets of the parameters values that meet the test. Another new problems in this area are global fault diagnosis of technological parameters in CMOS circuits fabricated in submicrometer technology and testing the circuits having multiple DC operating points. To solve these problems several methods have been recently developed, which employ different concepts and mathematical tools of nonlinear analysis. In this paper they are sketched and illustrated. All the discussed methods are based on the homotopy (continuation) idea. It is shown that various versions of homotopy and combinations of the homotopy with some other mathematical algorithms lead to very powerful tools for fault diagnosis of nonlinear analog circuits. To trace the homotopy path which allows finding multiple solutions, the simplicial method, the restart method, the theory of linear complementarity problem and Lemke’s algorithm are employed. For illustration four numerical examples are given.
This paper deals with multiple soft fault diagnosis of nonlinear analog circuits comprising bipolar transistors characterized by the Ebers-Moll model. Resistances of the circuit and beta forward factor of a transistor are considered as potentially faulty parameters. The proposed diagnostic method exploits a strongly nonlinear set of algebraic type equations, which may possess multiple solutions, and is capable of finding different sets of the parameters values which meet the diagnostic test. The equations are written on the basis of node analysis and include DC voltages measured at accessible nodes, as well as some measured currents. The unknown variables are node voltages and the parameters which are considered as potentially faulty. The number of these parameters is larger than the number of the accessible nodes. To solve the set of equations the block relaxation method is used with different assignments of the variables to the blocks. Next, the solutions are corrected using the Newton-Raphson algorithm. As a result, one or more sets of the parameters values which satisfy the diagnostic test are obtained. The proposed approach is illustrated with a numerical example.
This paper offers a method for multiple soft fault diagnosis of nonlinear circuits containing bipolar and MOS transistors. The method enables us to locate faulty elements and evaluate their parameters, using a nonlinear algebraic type test equation which may possess several solutions. To find the solutions the homotopy concept is applied and a homotopy differential equation written. Next the terminal value problem is formulated and solved using the restart approach. As a result different sets of parameters which satisfy the diagnostic test can be found rather than one specific set. Two numerical examples show that the proposed approach is simple and improves the diagnosis of analog circuits.
PL
Praca dotyczy diagnostyki wielokrotnych uszkodzeń parametrycznych w układach nieliniowych zawierających tranzystory bipolarne i tranzystory MOS. Zaproponowano metodę umożliwiającą lokalizowanie uszkodzonych elementów i określanie ich wartości na podstawie analizy testowego, nieliniowego równania algebraicznego, które może posiadać wielokrotne rozwiązania. W celu wyznaczenia tych rozwiązań zastosowano koncepcję homotopii i utworzono homotopijne równanie różniczkowe. Sformułowano zagadnienie końcowe i rozwiązano je numerycznie używając procedurę restartu. Takie podejście umożliwia znalezienie różnych zbiorów wartości elementów potencjalnie uszkodzonych, które spełniają test diagnostyczny. Zamieszczone w pracy dwa przykłady obliczeniowe pokazują, że zaproponowana metoda jest prosta, nie wymaga dużych mocy obliczeniowych oraz usprawnia diagnostykę analogowych układów nieliniowych.
The paper is focused on the analysis of circuits containing MOS transistors fabricated in submicrometer technology, having multiple DC operating points. The transistors are characterized by intricate models BSIM 3 and BSIM 4. To find the operating points an algorithm is proposed, based on the homotopy concept and the simplicial method. The algorithm is capable of finding multiple DC operating points but it does not guarantee finding all of them. The simplicial–homotopy procedure has been implemented in MATLAB, whereas the required circuit analyses are carried out using WinSpice and both environments have been joined together. For illustration three numerical examples are given.
PL
Praca dotyczy analizy obwodów, o wielu rozwiązaniach DC, zawierających tranzystory MOS, wykonane w technologii submikronowej. Tranzystory są reprezentowane za pomocą bardzo złożonych modeli BSIM 3 i BSIM 4. Zaproponowano metodę analizy numerycznej tej klasy obwodów, opartą na koncepcji homotopii i metodzie simplicjalnej. Metoda umożliwia obliczanie wielokrotnych rozwiązań DC, ale nie gwarantuje wyznaczenia wszystkich rozwiązań. Simplicjalno-homotopijna procedura została zaimplementowana w środowisku MATLAB, podczas gdy wymagane analizy obwodów są realizowane przy użyciu programu WinSpice, przy czym oba środowiska zostały połączone automatycznie. Dla ilustracji zamieszczono trzy przykłady obliczeniowe.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper is devoted to the analysis of the circuits containing short-channel MOS transistors, having multiple DC solutions (operating points). The transistors are characterized by the PSP model, the most advanced surface-potential-based compact MOSFET model, selected (since December 2005) as standard for the new generation of integrated circuits. This paper offers an algorithm enabling us to find multiple DC solutions and trace multivalued input-output characteristics of integrated circuits using the latest PSP 103.1.1 MOSFET model. The main idea of the algorithm is based on a single-valued driving point characteristic, called a test characteristic and the section-wise piecewise-linear approximations. The approach proposed in this paper is illustrated via a numerical example.
PL
Praca dotyczy analizy układów zawierających tranzystory MOS z krótkim kanałem, mających wiele rozwiązań DC. Tranzystory są opisane za pomocą modelu PSP, najbardziej zaawansowanego, opartego na koncepcji potencjału powierzchniowego modelu MOSFET, uznanego w 2005 roku za standardowy w zastosowaniu do nowej generacji układów scalonych. W pracy zaproponowano algorytm obliczania wielokrotnych rozwiązań DC oraz wyznaczania wielowartościowych charakterystyk typu wejście-wyjście układów scalonych, z użyciem najnowszej wersji PSP 103.1.1 modelu MOSFET. W algorytmie wykorzystano pewne jedno-wartościowe charakterystyki wejściowe, zwane charakterystykami testowymi oraz uogólnioną odcinkowo-liniową aproksymację. Dla ilustracji podano przykład liczbowy.
This paper is devoted to multiple soft fault diagnosis of analog nonlinear circuits. A two-stage algorithm is offered enabling us to locate the faulty circuit components and evaluate their values, considering the component tolerances. At first a preliminary diagnostic procedure is performed, under the assumption that the non-faulty components have nominal values, leading to approximate and tentative results. Then, they are corrected, taking into account the fact that the non-faulty components can assume arbitrary values within their tolerance ranges. This stage of the algorithm is carried out using the linear programming method. As a result some ranges are obtained including possible values of the faulty components. The proposed approach is illustrated with two numerical examples.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper is focused on the analysis of diode-transistor circuits having multiple DC solutions and brings two methods enabling us to find the solutions, without any piecewise-linear approximations. The first method is a modification of an earlier developed method, whereas the other is new and based on an original idea. Both the methods are implemented in an algorithm that guarantees finding all the DC solutions. Numerical experiments show that the proposed approach is efficient, the analysis is improved and the computation process is speeded up.
PL
Artykuł dotyczy analizy układów diodowo-tranzystorowych o wielu rozwiązaniach stałoprądowych. Zaproponowano dwie metody umożliwiające wyznaczanie tych rozwiązań bez konieczności stosowania aproksymacji odcinkowo-liniowej. Metody te zaimplementowano w postaci algorytmu gwarantującego znalezienie wszystkich rozwiązań DC. Eksperymenty numeryczne potwierdziły efektywność zaproponowanego podejścia.
The paper is focused on the analysis of diodetransistor circuits having multiple DC solutions (operating points) and brings two methods enabling us to find all the solutions. The first method contracts and eliminates some hyperrectangular regions where the solutions are sought. It is based on the idea of framing of the nonlinear functions appearing in the mathematical description of the circuit by linear ones and exploits the Woodbury formula in matrix theory. The other method finds quickly and easily preliminary bounds on the location of all the solutions. The method employs some monotonic functions and generates convergent sequences leading to a shrinked hyperrectangle that contains all the solutions. Both the proposed methods are rigorously proved. They constitute the core of an algorithm which efficiently finds all the DC operating points of diode-transistor circuits. It is illustrated via numerical examples.
W pracy zaprezentowano szybką metodę wyznaczania charakterystyk typu wejście-wyjście oraz charakterystyk parametrycznych w nieliniowych obwodach rezystancyjnych. Metoda oparta jest na koncepcji tworzenia rodzin pewnych jednowartościowych charakterystyk, zwanych charakterystykami testowymi. Czas ich wyznaczania jest na ogół bardzo krótki, co czyni metodę szybką. i efektywną. W rezultacie możliwe jest rozpatrywanie znacznie bardziej złożonych układów niż pozwalają na to metody klasyczne. Porównanie z wynikami dostarczonymi przez symulator SPICE wskazuje, że istnieje wiele przykładów, gdzie proponowana metoda daje prawidłowe charakterystyki, podczas gdy symulator SPICE pomija niektóre gałęzie tych charakterystyk lub błędnie pokazuje ich histerezową. naturę. W celu zilustrowania metody zamieszczono przyktad liczbowy.
EN
The paper offers a method for tracing multi-valued, input-output and parametric characteristics in nonlinear resistive circuits. The main idea of the method is creating of a family of some single-valued characteristics, called the test characteristics. Each of them gives certain points of the traced multi-valued characteristic. Since the time of finding the family of the test characteristics is considerably shorter than the time consumed by the known methods, leading to the multi-valued characteristic, the approach is efficient. As a result larger-sized circuits can be considered. Comparison with the results provided by DC Sweep analysis of SPICE shows that there are many examples, where the proposed method gives correct characteristics, whereas the SPICE simulator loses some branches or exhibits their apparent hysterestic nature. A numerical example illustrates the proposed approach.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca dotyczy analizy nieliniowych układów analogowych o wielu punktach równowagi (rozwiązaniach DC). Przedstawiono prostą metodę pozwalającą wyznaczyć niektóre z tych rozwiązań, opartą na idei charakterystyk testowych. Zdefiniowano cztery rodzaje charakterystyk testowych. Zaproponowano wykorzystanie tej metody w algorytmie gwarantującym znalezienie wszystkich rozwiązań DC oraz zamieszczono przykład liczbowy potwierdzający skuteczność tego rodzaju podejścia.
EN
The paper deals with nonlinear circuits having multiple equilibrium points (DC solutions). A simple method enabling us to find some of the multiple DC solutions is developed. It is based on the idea of test characteristics. Four types of the characteristics have been defined. The proposed method can be combined with an algorithm that guarantees finding all the solutions. A numerical example given in the paper shows that the proposed approach is efficient.
The paper deals with diode-transistor circuits having multiple DC solutions and offers two contraction and elimination methods enabling us to find all the DC solutions. They can be directly used to the circuits with constant parameters, when the chip is at fixed temperature, or merged into an earlier developed algorithm enabling us to analyze circuits with the thermal constraint. Numerical experiments show that the proposed approach is efficient and improves the analysis of transistor circuits having multiple DC solutions. It is illustrated via a numerical example.
PL
Praca dotyczy analizy układów diodowo-tranzystorowych o wielu punktach równowagi. Zaproponowano w niej dwie metody zawężania i eliminacji umożliwiające opracowanie algorytmu wyznaczania wszystkich rozwiązań stałoprądowych. Metody te mogą być użyte bezpośrednio do analizy układów o stałych parametrach, rozpatrywanych w ustalonej temperaturze lub wprowadzone, jako procedury, do wcześniej opracowanego algorytmu wyznaczania wszystkich rozwiązań DC z uwzględnieniem zjawiska samonagrzewania chipu. Przykłady numeryczne pokazały, że zaproponowane podejście jest skuteczne i usprawnia analizę układów tranzystorowych o wielu rozwiązaniach DC. Jeden z przykładów zamieszczono w pracy.
Artykuł dotyczy analizy układów tranzystorowych o pojedynczym rozwiązaniu DC (punkcie pracy) z uwzględnieniem zjawiska samonagrzewania chipu. Zaproponowano algorytm, którego kluczowym ogniwem jest bardzo efektywna metoda wyznaczania punktu pracy w ustalonej temperaturze, wykorzystując koncepcję homotopii. Zjawisko samonagrzewania jest uwzględnione przy wykorzystaniu elektrycznego analogu termicznego zachowania chipu. Ponadto wprowadzono modyfikację algorytmu umożliwiając skuteczne wyznaczanie charakterystyk termicznych w zależności od temperatury otoczenia. Przytoczono przykład liczbowy ilustrujący proponowane podejście.
EN
This paper is devoted to the analysis of diode-transistor circuits having a unique operating point (DC solution) and offers an algorithm for finding the solution considering the thermal behavior of the chip. The crucial point of the algorithm is a very efficient method for finding the DC solution without thermal constraint based on the homotopy concept. It also exploits a known idea of electrical analog of the chip thermal behavior. Furthermore an algorithm for tracing the characteristic expressing the solution in terms of the ambient temperature, allowing for the thermal behavior of the chip, is developed. A numerical example illustrates all the questions discussed in this paper.
Praca dotyczy wyznaczania charakterystyk statycznych w układach tranzystorowych z wykorzystaniem symulatora SPICE. Można je bezpośrednio obliczać przy użyciu programu HSPICE lub PSPICE, jednak w programach tych zaimplementowana jest bardzo czasochłonna metoda "krok po kroku". Alternatywnym podejściem, zaproponowanym w niniejszym artykule jest zbudowanie pewnego pomocniczego obwodu dynamicznego, stowarzyszonego z danym układem tranzystorowym, którego rozwiązanie czasowe jest takie samo jak poszukiwana charakterystyka. Dysponując tym obwodem można ją efektywnie wyznaczyć przeprowadzając analizę czasową za pomocą np. programu IsSPICE 4. Kluczową sprawą jest tu zbudowanie wspomnianego wyżej pomocniczego obwodu dynamicznego. W niniejszej pracy podano ogólną i systematyczną metodę pozwalającą tworzyć taki obwód. W celu zilustrowania zaproponowanego podejścia zamieszczono przykład liczbowy.
EN
In this paper SPICE-oriented approach is used for tracing some static characteristics of transistor circuits. Although HSPICE and PSPICE are able to find the characteristics, they apply a brute force approach, which leads to time consuming analyses. Therefore this paper proposes an alternative approach based on the idea of creating an auxiliary dynamic circuit, having the transient response which corresponds to the required characteristic. In this way the IsSPICE 4 symulator for transient analysis is used and the characteristics are traced efficiently. This paper brings a systematic method for creating this dynamic circuit. The method is a crucial point of the proposed approach. It is illustrated via a numerical example.
Praca dotyczy badania uszkodzeń wielokrotnych o charakterze parametrycznym w układach tranzystorowych prądu stałego. Przedstawiono nową metodę potestową lokalizacji i identyfikacji uszkodzonych elementów przy ograniczonym dostępie do punktów testowych. W badaniach symulacyjnych uwzględniono silne nieliniowości wprowadzane przez tranzystory bipolarne. Metoda nie stawia bardzo rygorystycznych wymagań w zakresie dokładności pomiarowych. Może być uogólniona na obszerną klasę analogowych układów elektronicznych. Przytoczono przykład liczbowy ilustrujący zaproponowaną metodę i potwierdzający jej skuteczność.
EN
A method for multiple fault diagnosis in DC transistor circuits is developed in this paper. It deals with soft-faults, belongs to the class of simulation after test methods and gets along with strong nonlinearities introduced by the bipolar transistors. The method enables us to identify faulty elements and evaluate their values in the circuits with very limited accessible terminals for excitation and measurement. It does not require very high measurement precision. The method can be generalized to a broad class of electronic circuits. A numerical example illustrates the proposed approach and shows its efficiency.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper deals with circuits, composed of bipolar transistors, diodes, resistors and independent voltage sources, having multiple DC solutions. An algorithm for tracing temperature characteristics, expressing the output signal in terms of the chip temperature, is developed. It is based on the efficient method for finding all the DC solutions sketched in this paper. The algorithm gives complete characteristics which are multivalued and usually composed of disconnected branches. On the other hand the characteristics provided by SPICE are fragmentary, lose some branches or exhibit apparent hysteresis.
Rozpatrywane są fundamentalne problemy analizy i projektowania układów elektronicznych o wielu rozwiązaniach DC, zawierających tranzystory MOS z krótkim kanałem. Problemy te dotyczą wyznaczania wszystkich rozwiązań DC oraz charakterystyk typu wejście-wyjście. Opracowano dwuetapową procedurę, polegającą na wstępnym wyznaczeniu rozwiązań z wykorzystaniem "the n-th power law model" tranzystorów MOS oraz algorytmu sukcesywnego zawężania, podziału i eliminacji, a następnie uściśleniu tych rozwiązań, stosując kontrolowaną symulację programem SPICE z użyciem modelu BSIM.
EN
Circuits containing short-channel MOS transistors, having multiple DC solutions, are analyzed in this paper. The basic question how to find efficiently all the DC solutions and input-output characteristics are considered. A two-part procedure is described for computing all the DC solutions. This procedure exploits the n-th power law model of MOS transistors and the algorithm of successive contraction, division and elimination to find preliminary solutions, and next the BSIM model to correct them using controlled SPICE simulations.
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca przedstawia metodykę diagnostyki liniowych i nieliniowych obwodów dynamicznych przy zastosowaniu pojedynczego punktu pomiarowego w obwodzie. Diagnostyka pozwala na identyfikację uszkodzonego elementu jak również na określenie wartości parametru tego elementu. Metoda bazuje na pomiarach wartości chwilowych sygnału w różnych chwilach czasowych w stanie nieustalonym obwodu. Metoda zilustrowana jest dwoma przykładami numerycznymi.
EN
The paper deals with soft-fault diagnosis of linear and nonlinear dynamic circuits with a single test point. The diagnosis includes identification of faulty elements from among a set of testable elements and determination their parameters. A simulation after-test method is developed, based on an appropriate diagnosis equation and measurements carried out on the test point at different points of time during the transient process. The transient and sensitivity analyses are carried out simultaneously leading to a set of sensitivity vectors. They are used to form a rectangular testability matrix included in a diagnostic equation which expresses the node voltage perturbations in terms of the parameter deviations. The number of rows of the testability matrix is larger than the number of columns. Usually, the diagnostic equation cannot be solved uniquely, because some columns of the testability matrix (and corresponding them parameters) form ambiguity groups and some sensitivity values are very small. To identify the testable elements the known method based on QR factorization of the testability matrix can be applied. Next a set of the potentially faulty elements is formed and the modified diagnostic equation is solved leading to the parameter deviations. The method is illustrated using two numerical examples.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.