ARM+FPGA电路板故障检测仪硬件设计(2)
现代故障诊断的发展方向是与容错控制、冗余控制、监控控制和余度管理等可靠性系统设计相结合的，是实现主动(视情)文修策略、监测控制、容错控制、自治控制、可信性系统等设计中的一个关键。
进入70年代，随着计算机技术及其计算能力、可靠性的提高，现代控制理论的产生和发展，出现了以分析冗余取代物理(硬件)冗余的余度可靠性设计和余度管理思想。首先在仪表故障检测(IFD)中出现了这种新方式，其思想是用3个或以上不同类传感器测量系统不同的变量，产生完全不同的信号，通过一复杂综合比较逻辑来检测传感器故障。尽管是异类传感器，但所有都是由系统中同一动态状态激励的，因此具有某种功能关系。这种新方式初期称为本质余度或功能余度，以区别于物理余度或硬件余度。后来人们把它称为分析余度或人工余度。分析余度方式是一利用状态估计、参数估计、自适应滤波、变量阈值逻辑、统计决策理论和综合逻辑的信号处理技术，可以在电子电路或计算机上实现。目前实施的余度管理方式还是一综合方式，即包括硬件余度和解析余度。发展方向是分析余度。1971年Beard首次提出了故障检测滤波器(FDF)概念，标志着基于分析冗余(基于模型)故障诊断技术的诞生。
目前和今后的主要研究可归纳为以下几个方面：①在线实时故障检测算法；②本质非线性动态系统的FD方法。主要研究获取其状态、参数的有效方法；③对模型误差及不确定因素具有鲁棒性的FD算法；④鲁棒残差发生器和鲁棒(最优、自适应)阈值的设计理论和方法；⑤对无先验知识时被监控系统结构变化的检测及识别；⑥实时FD专家系统的开发及与基于ANN方法、模型方法的FD方法的综合；⑦智能故障检测和诊断系统理论和方法的研究。自学习检测系统；⑧以FDIA为核心的容错控制、监控系统和可信性系统。
对故障检测、诊断来说，具体在以下方面需大力研究：①反馈系统(闭环系统)中的故障诊断；②小幅值故障、软性故障和早期故障的检测；③执行器、过程和传感器中故障的诊断；④除突变性故障外的故障的早期预报，即预报诊断；⑤动态系统中的在线实时故障检测；⑥系统过渡过程检测和过渡过程中的故障检测；⑦动态系统启动和结束过程中的故障检测；⑧(鲁棒、自适应)阈值选择和确定。
我们来研究的是电路板故障检测仪硬件设计。
1.2 系统要求
本课题设计的故障检测仪产生被测电路板的各种激励信号，通过分析诊断信号来判断被测电路板的故障，并完成故障定位。诊断仪的组成，主要由信号产生单元（包括通信接口和检测接口）、多通道数据采集单元、电源单元、显控单元（主控计算机）、诊断软件等部分组成。
诊断平台可提供9种被测电路板正常工作的电源和激励信号，在诊断软件的控制和管理下，实现对9种电路板的自动故障诊断，并给出电路板的单元电路或电路模块的故障信息，为雷达的中继级文修提供指导。
以下内容将诊断仪分为信号产生单元、电源单元、数据采集单元和显控单元4个部分对硬件组成加以介绍。
1.3 开发软件简介
在本课题设计中，系统硬件的原理图和PCB图都是用Altium Designer完成的。Altium Designer是Altium公司在原来Protel 99SE的基础上，推出的一款基于Windows2000和Windows XP操作系统的EDA设计软件。Altium Designer在前版本的基础上增加了许多新的功能，Altium Designer是一款将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。Altium Designer已不是单纯的PCB设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是输入仿真、PCB绘制编辑、拓扑自动布线、信号完整性分析和设计输出等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。