Fault diagnosis and circuit modeling represent fundamental aspects as far as analysis, synthesis, maintenance, and implementation of analog circuits are concerned. In this respect, a crucial prerequisite to the realization of efficient procedures is represented by the possibility to get a priori an upper bound to their performances, starting from measurements on the system at hand: this is accomplished by means of Testability Analysis. In this work several new results concerning analog circuit Testability Analysis are described, which contribute to advancing the state of the art in this particular research field. Specifically, herein presented are: (a) a symbolic-technique-based new algorithm for Testability Analysis of analog circuits, which circumvents the main drawbacks affecting early approaches; (b) a theory and an algorithm for Testability Analysis of dc-excited periodically-switched networks, with straightforward application to DC-DC converters; (c) a novel fast algorithm suited to Testability Analysis of very large circuits, a task that early approaches generally fail; (d) examples of application of Testability Analysis as a guide to designing from scratch or refining procedures for fault diagnosis or modeling of analog circuits. Involved in the derivations of such results, yet noticeably important as such, also presented in this work is a new twofold Generalized Substitution Theorem, along with further novel contributions to General Circuit Theory, which straightforwardly derive from the former: in particular, described herein are extensions to classic results such as the Substitution Theorem, the Thévenin/Norton Theorem, the Miller Theorem and its dual, the Augmentation Principle as well as novel procedures for calculating the dc point and input-output (or driving-point) characteristics in nonlinear networks in a penciland-paper intuitive fashion. La diagnosi di guasto e la modellazione rappresentano aspetti fondamentali per l’analisi, il progetto, la implementazione e la manutenzione dei circuiti analogici. Prerequisito cruciale per la realizzazione di procedure efficienti atte ai summenzionati scopi è disporre - a partire da informazioni che possono trarsi da misure sul sistema in esame - di una rigorosa stima a priori delle loro possibilità di successo, il che si ottiene attraverso l’Analisi di Testabilità. In questo lavoro si descrivono alcuni nuovi risultati riguardanti l’Analisi di Testabilità dei circuiti analogici, che contribuiscono all’avanzamento dello stato dell’arte in tale ambito di ricerca. Si presentano, in particolare: (a) un nuovo algoritmo per l’Analisi di Testabilità dei circuiti lineari tempo-invarianti basato su tecniche simboliche, in grado di superare i principali inconvenienti da cui algoritmi preesistenti risultano affetti; (b) una teoria ed un algoritmo che, per la prima volta, consentono l’Analisi di Testabilità dei circuiti a commutazione periodica eccitati da segnali costanti, con particolare riguardo ai convertitori statici di energia; (c) un nuovo algoritmo veloce per l’Analisi di Testabilità di circuiti di grandi dimensioni, compito nel quale gli algoritmi preesistenti in genere falliscono; (d) esempi di impiego dell’Analisi di Testabilità nel progetto ex-novo o nel raffinamento di procedure per la diagnosi o la modellazione. Con applicazioni nella derivazione di tali risultati, ma, al contempo, con autonomia ed importanza loro proprie, si presentano altresì due nuovi Teoremi di Sostituzione Generalizzati, assieme a diversi ulteriori contributi alla Teoria Generale dei Circuiti Analogici che da essi direttamente derivano: si descrivono, in particolare, estensioni di noti teoremi, quali il classico Teorema di Sostituzione, il Teorema di Thévenin/Norton, il teorema di Miller assieme al suo duale, il Principio di Aumento, come pure procedure sistematiche per il calcolo intuitivo “carta-e-matita” del punto di riposo e delle caratteristiche di trasferimento in circuiti non lineari.

Progressi nell'Analisi di Testabilità e nella Teoria Generale dei Circuiti Analogici / Giuseppe Fontana. - (2018).

Progressi nell'Analisi di Testabilità e nella Teoria Generale dei Circuiti Analogici

Giuseppe Fontana
2018

Abstract

Fault diagnosis and circuit modeling represent fundamental aspects as far as analysis, synthesis, maintenance, and implementation of analog circuits are concerned. In this respect, a crucial prerequisite to the realization of efficient procedures is represented by the possibility to get a priori an upper bound to their performances, starting from measurements on the system at hand: this is accomplished by means of Testability Analysis. In this work several new results concerning analog circuit Testability Analysis are described, which contribute to advancing the state of the art in this particular research field. Specifically, herein presented are: (a) a symbolic-technique-based new algorithm for Testability Analysis of analog circuits, which circumvents the main drawbacks affecting early approaches; (b) a theory and an algorithm for Testability Analysis of dc-excited periodically-switched networks, with straightforward application to DC-DC converters; (c) a novel fast algorithm suited to Testability Analysis of very large circuits, a task that early approaches generally fail; (d) examples of application of Testability Analysis as a guide to designing from scratch or refining procedures for fault diagnosis or modeling of analog circuits. Involved in the derivations of such results, yet noticeably important as such, also presented in this work is a new twofold Generalized Substitution Theorem, along with further novel contributions to General Circuit Theory, which straightforwardly derive from the former: in particular, described herein are extensions to classic results such as the Substitution Theorem, the Thévenin/Norton Theorem, the Miller Theorem and its dual, the Augmentation Principle as well as novel procedures for calculating the dc point and input-output (or driving-point) characteristics in nonlinear networks in a penciland-paper intuitive fashion. La diagnosi di guasto e la modellazione rappresentano aspetti fondamentali per l’analisi, il progetto, la implementazione e la manutenzione dei circuiti analogici. Prerequisito cruciale per la realizzazione di procedure efficienti atte ai summenzionati scopi è disporre - a partire da informazioni che possono trarsi da misure sul sistema in esame - di una rigorosa stima a priori delle loro possibilità di successo, il che si ottiene attraverso l’Analisi di Testabilità. In questo lavoro si descrivono alcuni nuovi risultati riguardanti l’Analisi di Testabilità dei circuiti analogici, che contribuiscono all’avanzamento dello stato dell’arte in tale ambito di ricerca. Si presentano, in particolare: (a) un nuovo algoritmo per l’Analisi di Testabilità dei circuiti lineari tempo-invarianti basato su tecniche simboliche, in grado di superare i principali inconvenienti da cui algoritmi preesistenti risultano affetti; (b) una teoria ed un algoritmo che, per la prima volta, consentono l’Analisi di Testabilità dei circuiti a commutazione periodica eccitati da segnali costanti, con particolare riguardo ai convertitori statici di energia; (c) un nuovo algoritmo veloce per l’Analisi di Testabilità di circuiti di grandi dimensioni, compito nel quale gli algoritmi preesistenti in genere falliscono; (d) esempi di impiego dell’Analisi di Testabilità nel progetto ex-novo o nel raffinamento di procedure per la diagnosi o la modellazione. Con applicazioni nella derivazione di tali risultati, ma, al contempo, con autonomia ed importanza loro proprie, si presentano altresì due nuovi Teoremi di Sostituzione Generalizzati, assieme a diversi ulteriori contributi alla Teoria Generale dei Circuiti Analogici che da essi direttamente derivano: si descrivono, in particolare, estensioni di noti teoremi, quali il classico Teorema di Sostituzione, il Teorema di Thévenin/Norton, il teorema di Miller assieme al suo duale, il Principio di Aumento, come pure procedure sistematiche per il calcolo intuitivo “carta-e-matita” del punto di riposo e delle caratteristiche di trasferimento in circuiti non lineari.
2018
Stefano Manetti, Maria Cristina Piccirilli
ITALIA
Giuseppe Fontana
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Descrizione: Tesi di Dottorato
Tipologia: Tesi di dottorato
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