一种精密电阻网络的在线匹配误差检测与自动校正方法与流程

本发明涉及预诊断与健康管理，具体为一种精密电阻网络的在线匹配误差检测与自动校正方法。

背景技术：

1、精密电阻网络广泛用于高可靠模拟前端、精密测量芯片和信号调理模块，用于建立增益比例、基准分压关系以及不同量程之间的转换关系，以具有多个增益档位的信号采集芯片为例，设备在运行期间通常利用任务间隙对电阻网络中的各支路执行在线检测，检测电路按照预定扫描顺序接通待测支路，分别施加方向相反的测试电流，并根据节点电压响应计算各支路之间的电阻比例，由于片上电阻膜经接触层与金属互连连接，不同材料交界区域在测试电流流过时会形成方向相关的局部吸热和放热，当多个电阻支路共享参考节点或金属回流路径时，前一支路完成测试后形成的局部热状态可能在下一支路开始检测时尚未消退，例如，某一支路完成反向电流测试后立即切换至相邻支路，相邻支路的初始电压响应除反映自身电阻比例外，还可能承接前一支路在共享连接区域形成的剩余热电响应。

2、现有在线测阻方式通常根据正向电流和反向电流对应的电压差提取电阻响应，并通过延长等待时间、重复采样或滤波处理提高测量稳定性，在稳态条件下，该方式能够削弱与电流方向无关的固定热电势，当测试电流反转周期与材料交界区域的热扩散过程接近时，局部温差产生的热电响应会随电流方向共同变化，并与欧姆压降一并进入检测结果，对于采用固定扫描顺序的多支路电阻网络，同一目标支路长期承接相同的前序支路，前序支路遗留的热电状态可能在多次检测中形成方向和幅度均较稳定的附加响应，该附加响应具有较高重复性，依据重复检测结果生成的校正量可能同时包含目标支路的真实匹配误差和前序支路传递的热电响应，当设备改变增益切换顺序、任务占空比或散热状态时，原有前序关系发生变化，检测阶段形成的校正量便可能偏离当前电阻网络的实际匹配状态，因此，如何在多支路分时检测过程中识别前序支路传递的方向相关热电状态，并避免该状态被写入目标支路校正量，仍需进一步研究。

技术实现思路

1、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

2、一种精密电阻网络的在线匹配误差检测与自动校正方法，包括：

3、获取含可调电阻单元和参考支路的在线测试拓扑，确定目标支路、前序支路以及以目标支路为前序支路的后继支路；采集前序支路的实际电流，调整正反向测试电流波形，使正反向累计等效激励能量差满足预设容差；

4、根据目标支路电位和目标支路等效阻抗选择复位通道；对前序支路正反向激励后的恢复响应进行快慢衰减拟合，生成复位时间窗；

5、在复位时间窗内采集前序支路测试电流方向与目标支路测试电流方向形成的四种方向组合响应，分解获得目标方向电阻分量和前序方向电压分量；对目标方向电阻分量执行热扩散外推，生成目标支路欧姆残差；对前序方向电压分量执行衰减拟合，生成前序热电传递函数；执行待测支路相同且进入顺序不同的闭合扫描路径，扣除前序热电传递量，并以参考支路为基准生成目标支路匹配误差；

6、根据校正码灵敏度映射形成预测目标支路匹配误差和预测后继支路路径残差，据此筛选候选校正码；将候选校正码写入影子寄存器，采用独立闭合扫描路径进行复核，根据复核结果转存或清除候选校正码。

7、进一步的，获取在线测试拓扑并确定目标支路、前序支路和后继支路的具体操作为：

8、读取支路连接配置和多路复用器通道配置，根据能够直接切换的支路关系生成在线测试拓扑；将本轮检测期间校正码保持不变且具有标定值的支路确定为参考支路，将含可调电阻单元且纳入本轮检测的支路确定为目标支路；

9、沿指向目标支路的通道切换关系，将与目标支路共用测量电流路径且切换后测量节点电位处于测量通道线性输入范围内的支路确定为前序支路；沿以目标支路为起点的通道切换关系，将能够由目标支路直接切换并接续检测的支路确定为后继支路。

10、进一步的，使正反向累计等效激励能量差满足预设容差的具体操作为：

11、控制前序支路经同一通道路径分别承载正向测试电流和反向测试电流，根据前序支路基准阻值以及实际电流平方的时间积分结果，形成正向累计等效激励能量轨迹和反向累计等效激励能量轨迹；按照相同激励经过时间对齐正向累计等效激励能量轨迹和反向累计等效激励能量轨迹，将两倍最大轨迹差与正反向最终累计等效激励能量之和的比值确定为正反向累计等效激励能量差；

12、正反向累计等效激励能量差超过预设容差时，调整正反向测试电流波形并重新采集；预设容差在最小可分辨累计等效激励能量差与最大允许累计等效激励能量差之间确定，最大允许累计等效激励能量差根据目标支路匹配误差检测分辨率换算得到。

13、进一步的，选择复位通道的具体操作为：

14、根据目标支路零电流响应确定目标支路电位，根据在线测试拓扑、支路基准阻值和开关通道导通电阻确定目标支路等效阻抗；按照复位偏置电位与目标支路电位的差值，以及复位通道等效阻值与目标支路等效阻抗的差值，选择候选复位通道并执行零电流切换验证；

15、将切换响应处于测量通道线性输入范围内，且在预先标定的最大电气恢复时间内形成零电流稳定采样段的候选复位通道确定为复位通道。

16、进一步的，生成复位时间窗的具体操作为：

17、对前序支路正向激励后的恢复响应和反向激励后的恢复响应进行快慢衰减联合拟合，得到正向快速分量、反向快速分量、正向慢速分量、反向慢速分量和拟合残差上限；根据目标支路匹配误差检测分辨率确定采样容差带，根据复位通道的零电流响应确定噪声阈值；

18、分别计算正向快速分量和反向快速分量的绝对值与拟合残差上限之和，将两项和值首次进入采样容差带的较晚时刻确定为复位时间窗起始时刻；分别计算正向慢速分量和反向慢速分量的绝对值与拟合残差上限之和，将两项和值首次不大于噪声阈值的较早时刻确定为复位时间窗结束时刻；

19、复位时间窗起始时刻早于复位时间窗结束时刻，且对应时段包含连续有效的恢复响应采样点时，生成复位时间窗。

20、进一步的，采集四种方向组合响应并进行方向分量分解的具体操作为：

21、在复位时间窗内设置多个探测时刻，针对每一探测时刻采集前序支路测试电流方向与目标支路测试电流方向形成的四种方向组合响应；针对每一前序支路测试电流方向，根据目标支路正反向电压响应之差和对应实际测试电流之差形成目标支路电阻响应，并根据目标支路正反向电压响应和对应实际测试电流形成零电流电压截距；

22、对前序支路正向测试电流方向和反向测试电流方向对应的目标支路电阻响应求平均，得到目标方向电阻分量；将对应零电流电压截距之差的一半确定为前序方向电压分量。

23、进一步的，生成目标支路匹配误差的具体操作为：

24、以前序支路激励结束时刻作为恢复经过时间零点，根据各探测时刻对应的恢复经过时间，对目标方向电阻分量执行热扩散外推，得到目标支路电阻截距，将目标支路电阻截距与目标支路基准阻值之差确定为目标支路欧姆残差；

25、对前序方向电压分量执行衰减拟合，生成前序热电传递函数；执行待测支路相同且进入顺序不同的两条闭合扫描路径，在目标支路位于前序支路之后的闭合扫描路径中，根据目标支路测量时刻调用前序热电传递函数，计算并扣除前序热电传递量；根据参考支路首尾测量结果形成参考支路电阻区间，并据此生成目标支路匹配误差。

26、进一步的，生成目标支路匹配误差区间并确定初始候选校正码的具体操作为：

27、对两条闭合扫描路径分别形成的目标支路—参考支路电阻差区间求交，并将交集区间与参考支路电阻区间执行区间除法，得到目标支路匹配误差区间；将区间两端绝对值中的较大值确定为对应区间的绝对上界；在相邻校正码对应的匹配误差变化方向一致的连续校正码范围内，按照目标支路当前有效校正码至各待评价校正码的码位顺序，逐级累加校正码灵敏度对应的匹配误差变化区间，并与目标支路匹配误差区间执行区间加法，生成预测目标支路匹配误差区间；

28、将预测目标支路匹配误差区间的绝对上界低于目标支路匹配误差区间绝对上界的待评价校正码确定为初始候选校正码。

29、进一步的，生成预测后继支路路径残差区间并确定候选校正码的具体操作为：

30、根据后继支路正反向测量响应和对应实际测试电流形成后继支路零电流电压截距区间，对闭合扫描路径起止位置的参考支路零电流电压区间进行时序插值，并将后继支路零电流电压截距区间与时序插值所得区间作差，形成后继支路当前路径残差区间；读取预先标定的相邻校正码对应的后继支路路径残差变化区间，按照目标支路当前有效校正码至各初始候选校正码的码位顺序，逐级累加对应的后继支路路径残差变化区间，并与后继支路当前路径残差区间执行区间加法，生成预测后继支路路径残差区间；

31、保留各后继支路的预测后继支路路径残差区间绝对上界均不大于对应路径残差限值的初始候选校正码，将预测目标支路匹配误差区间绝对上界最小的初始候选校正码确定为候选校正码；存在多个时，将与目标支路当前有效校正码码位距离最小的初始候选校正码确定为候选校正码。

32、进一步的，将候选校正码写入影子寄存器并进行复核的具体操作为：

33、将候选校正码写入影子寄存器，并将目标支路校正通道的数据源切换至影子寄存器；采用未参与目标支路匹配误差求解和后继支路路径残差预测的闭合扫描路径执行复核测量，形成复核目标支路匹配误差区间和复核后继支路路径残差区间；

34、复核目标支路匹配误差区间的绝对上界低于校正前目标支路匹配误差区间的绝对上界，复核目标支路匹配误差区间与预测目标支路匹配误差区间存在交集，且复核后继支路路径残差区间与预测后继支路路径残差区间存在交集、复核后继支路路径残差区间的绝对上界不大于对应路径残差限值时，将候选校正码转存为目标支路当前有效校正码；

35、任一复核条件不满足时，清除影子寄存器中的候选校正码，并保持目标支路当前有效校正码不变。

36、本发明提供了一种精密电阻网络的在线匹配误差检测与自动校正方法，具备以下有益效果：

37、1.本发明先对前序支路正反向激励的累计等效能量进行约束，并依据目标支路电位和等效阻抗选择复位通道，在快速恢复分量已进入采样容差带、慢速热电分量仍具有可观测性的时间区间内执行方向组合采集，由此，将前序支路遗留热状态限定在可识别、可比较的恢复阶段，避免因延长等待时间而丢失热电传递特征，也避免在恢复状态不一致时直接比较正反向响应，为后续区分目标支路自身电阻偏差与前序支路残余热电响应提供统一的输入条件。

38、2.本发明围绕前序支路正反向与目标支路正反向形成四种方向组合，分别提取目标方向电阻分量、前序方向电压分量及交互分量；其中，目标方向电阻分量经热扩散外推获得目标支路电阻截距，前序方向电压分量经衰减拟合形成前序热电传递函数，交互分量则用于排除方向耦合过强的探测数据，进一步利用前序支路先进入和目标支路先进入的两条闭合扫描路径，对存在前序热电传递的路径执行时刻对应的传递量扣除，并以参考支路首尾测量结果形成在线基准，从而把目标支路真实匹配误差从具有高重复性的前序热电残余中分离出来，降低固定扫描顺序造成的假匹配误差。

39、3.在校正阶段，本发明按照校正码灵敏度映射预测各候选校正码对目标支路匹配误差的修正量，同时计算该校正码对后继支路路径残差的传递影响，排除虽能减小目标支路误差但会使后继支路残差超限的校正码，候选校正码先写入影子寄存器，并通过未参与前述误差求解和路径残差预测的独立闭合扫描路径进行复核，只有目标支路匹配误差实际减小、预测结果与复核结果相互对应且后继支路路径残差保持在限值内时，才转存为有效校正码，由此避免前序关系、扫描顺序、任务占空比或散热状态变化后将热电残余误写为长期校正量。