1 引 言

　　实践表明，采用机内测试BIT(Build-In-Test)技术能较大程度提高设备的可靠性和可维修性。

　　目前，一些有高可靠性要求的 数据采集器 也开始采用BIT技术。由于数据采集器中包含大量 模拟电路 和数字电路，使得在这类设备上采用BIT技术具有一定的难度。以边界扫描BS(Boundary-SCAN)为主的BIT设计技术在数字电路的检测方面已经非常成熟，但其模拟电路的测试还不是很完善，因为模拟电路故障诊断存在以下一些难题：

　　(1) 模拟电路参数种类众多，而且元件参数存在容差，使得许多诊断方法失去了准确性和稳定性。

　　(2) 模拟电路的多样性以及电参数模拟困难造成模拟的模型适应性有限。

　　(3) 为保证模拟电路的精度，通常只有少量可及端口和节点可以测量，故障诊断的信息量不够，造成故障定位的不确定性和模糊性。

　　(4) 模拟电路故障种类众多，原因复杂，易出现新类型未记录的故障。

　　数据采集器的模拟电路在检测过程中除了需要考虑上述的因素外，还要关注其放大器的增益精度、输入噪声水平、零点飘移、共模抑制比、建起时间、频率响应等采集器的性能参数。

　　2 数据采集器模拟部分 自检测 原理

　　2.1 数据采集器模拟部分的结构和易发故障分析

　　数据采集器是对多路模拟电压信号进行测量、转换的电子设备，是模拟、数字电路的混合产品。其模拟部分的基本组成可分为：多路开关、可编程放大器(PGA)、共模抑制电路、低通滤波电路和A／D转换等几个部分。

　　其中可编程放大器容易出现的故障有零点漂移、增益误差、共模抑制比下降等。随着时间和工作环境的变化，电路元件自身的一些特性也会发生变化，可能导致上述故障的出现，而这些故障对数据采集器的测量精度会造成很大影响。

　　滤波器的元件参数变化会导致滤波器频率特性发生变化，同时在时域上也会对电路的建起时间产生不利的影响，从而影响了数据采集的精度。因此为了保证测量数据的精度应及时对这些故障进行检测。

　　下面对典型数据采集器中用到的PGA、共模抑制电路和低通滤波器进行分析，按功能模块提出了测量原理和测量方案。为了减少对被测电路的影响，测试向量在多路开关输入端注入。由于多故障情况较为复杂，本文只讨论单故障情形。图2为典型的数据采集器模拟部分的原理图。

　　2.2 PGA的自检测原理

　　双运算放大器U2、增益电阻R1-R7和增益转换开关U1构成可编程差分放大器。由于增益电阻具有对称性，因此只对R1～R4分别发生变化时增益的变化情况进行分析。本例中放大器共有4档增益，分别为1，2，5，10。各档增益的表达式为：

　　由上述公式，同一电阻阻值的误差对不同档的增益影响是不同的。在1倍增益时，无论各电阻阻值如何变化，PGA的增益均为1。但在2，5，10倍增益时，R1阻值与增益成正比。在2倍增益时，R2阻值与增益成反比；在5，10倍增益时，R2阻值与增益成正比。在2，5倍增益时，R3阻值与增益成反比；在10倍增益时，R3阻值与增益成正比。在2，5，10倍增益时，R4阻值与增益成反比。

　　分析相对增益误差△E表达式：

　　当R1变化时，由于R1不处于分母位置，由上述公式计算可知2，5，10倍增益相对误差相等。而R4变化时，由上述公式计算可知三档增益相对误差不等。

　　由此，只要测量出PGA的四档实际增益，根据各档的增益误差，就可以分析出是否有电阻出现故障，以及出现故障的电阻是哪个。如果R2故障，那么在2倍增益时实际增益大于标准值2，在5倍增益时就会小于标准值；或者在2倍增益时实际增益小于标准值，在5倍增益时就会大于标准值。R3故障时，5倍和10倍增益时的实际增益与标准增益的大小关系相反。R1和R4故障时除1倍以外的增益均大于或小于标准值，但是R4故障时各档增益相对误差不等，而R1故障时相等。

　　表1列出了对该PGA进行PSpICe仿真获得的8组增益相对误差。增益是采用端点法计算获得，端点选取为满量程10％和90％的点。

　　根据数据采集器的总体设计要求PGA的增益相对误差不应超过0.2％，否则认为是故障状态。表1中R1变化2％时．2，5，10倍增益的相对误差变化达到0.5％，不仅误差的符号相同，且三档增益相对误差相等，这种情况可判断为R1故障。R2变化2％时，2，5，10倍增益的相对误差绝对值达到0.3％，2倍和5倍增益的相对误差符号相反，这种情况可判断为R2故障。R3变化2％时，5倍增益的相对误差达到0.4％，2，10倍增益的相对误差为0.1％，5倍和10倍增益的相对误差符号相反，这种情况可以判断为R3故障。R4变化2％时，2，5，10倍增益的相对误差均超过0.2％，误差的符号相反，但是误差大小变化，这种情况可以判断为R4故障。