故障模型

故障模型（fault model）是针对设备运行中，某个可能损坏部份的工程模型。配合此一模型，设计者或是使用者可以预测此故障的影响。故障模型几乎可以用在每一个工程领域中。

基础故障模型

以下是数位电路的基础故障模型：

• 静态故障，在任何速度下都会有不正确的值，只进行一个步骤就可以找到：
  • 固定型故障（stuck-at fault），某信号或是逻辑闸输出固定在0或1的数值，不会随其输入而变化。
  • 桥接故障（英语：bridging fault）模型。二个不该相连的讯号相连接。依其使用的逻辑电路，可能会有wired-OR或wired-AND的逻辑功能。理论上有O(n^2)的潜在桥接故障，但实务上只考虑相邻信号之间的桥接故障。
  • 电晶体故障（英语：transistor fault），此模型是用来描述CMOS逻辑闸的故障。在电晶体的层级，电晶体可能会固定短路（stuck-short）或固定开路（stuck-open）。固定短路会让VDD和VSS之间短路。
  • 开路故障（open fault）模型。假设一线路开路，一个或多个输入无法驱动对应的输出。其影响会视电路的实现方式而不同，这点和桥接故障一样。
• 动态故障，只在有一定速度下出现，需依序进行特定多个步骤才能找到：
  • 转态延迟故障（delay fault）模型，或是转态故障模型，是指信号最终会变成正确的值，但比正常条件要慢（偶尔会比正常条件快，但很少见）。
  • 小延迟缺陷模型（Small-delay-defect model）^{[1] [2]}

故障假设

故障模型有有以下的几种假设：

• 单一故障假设：一个电路只会发现一个故障。假设在故障模型中定义k个可能的故障型态，而电路有n个信号线，依单一故障假设，其单一故障总数是k×n。
• 多重故障假设：一个电路中可能发生多个故障。

故障精简

故障精简（Fault collapsing）是指将故障集变成较小的故障集，有以下几种方法。

等效精简

有可能两个或多个故障，在所有的输入组合下，这几个故障都有相同的行为。这类故障称为等效故障（Equivalence fault）。等效故障集里的任何一个故障就可以代表整个故障集。因此，有n个信号线的电路，就不需要k×n的故障测试次数了，将故障集中的等效故障移除，即为故障精简。故障精简可以大幅减少要检查故障的数量。

支配精简

NAND闸的故障支配例子

若所有故障F'的测试都可以检测到故障F，则故障F支配故障F'。在此例中，可以从故障清单中移除故障F。若故障F和故障F'互相支配，则这两个故障是等效的^[3]。

在此例中，有一个NAND闸，可以检查输出SA0的输入值是{00,01,10}，可以检查第一个输入SA1的输入值是{01}。此例中，输出SA0故障支配，因此可以从故障清单移除。

功能精简

两个故障称为功能等效，若两个故障会产生有相同故障的功能^[4]，换句话说，若无法用任何输入测试向量，在主要输出（PO）上识别这两个故障，这两个故障即为功能等效^[5]

航空领域

航空领域下的故障模型是针对引擎、现场可更换单元（LRU）或辅助动力系统（APU）问题，可以在飞航中帮助识别并隔离相关问题的结构化资讯。配合故障模型，可能会有建议的维修程序以及对应参考的飞机保养手册（轻型保养手册）。

相关条目

• ATPG
• 错误涵盖率
• 固定型故障
• 失效模式