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摘要：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。
关键词：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，但系统非正确的运行却导致了整个系统的瘫痪。设计错误可以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，因为一个未被检测出的设计错误，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MIL-STD-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。
潜电路的例子
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
分析许多潜电路案例后，人们找到了经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达些树。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(例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。两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培训；
·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，Sneak Circuit AnalysisTool)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，传统的潜电路分析技术是先自动产生网络树，然后人工来识别潜路径。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：目前国内原理图设计工具种类很多，每个工具产生的数据格式不同。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湍口列在同一排并且用逗号分开。例如，一个电阻的端口名字是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“NI,,N2”。二极管的模型是“N+，N-”。表示电流从N+端口流到N-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。
·电源和回线：
电源端口的选择包括：
·经过连接器进到设备内部的所有外部AC/DC电源；
·所有内部产生和管理的AC／DC电源；
·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。
关键词：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，但系统非正确的运行却导致了整个系统的瘫痪。设计错误可以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，因为一个未被检测出的设计错误，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MIL-STD-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。
潜电路的例子
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
分析许多潜电路案例后，人们找到了经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达些树。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(例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。两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培训；
·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，Sneak Circuit AnalysisTool)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，传统的潜电路分析技术是先自动产生网络树，然后人工来识别潜路径。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：目前国内原理图设计工具种类很多，每个工具产生的数据格式不同。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湍口列在同一排并且用逗号分开。例如，一个电阻的端口名字是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“NI,,N2”。二极管的模型是“N+，N-”。表示电流从N+端口流到N-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。
·电源和回线：
电源端口的选择包括：
·经过连接器进到设备内部的所有外部AC/DC电源；
·所有内部产生和管理的AC／DC电源；
·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。