故障モデル

故障モデルとは、機器の構造や運用において発生しうる不具合を工学的にモデル化したものです。設計者や使用者は、このモデルを用いて、特定の故障がもたらす結果を予測することができます。故障モデルは、ほぼすべての工学分野で活用されています。

デジタル回路における基本的な故障モデルには以下が含まれます。

• 静的故障とは、あらゆる速度で誤った値を出力し、1つの操作のみを実行することで感度が高まる故障のことです。
  • スタックアット故障モデル。信号、またはゲート出力は、回路への入力に関係なく、0または1の値に固定されます。
  • ブリッジング障害モデル。本来接続されるべきではない2つの信号が接続されてしまう現象です。使用する論理回路によっては、これにより有線ORまたは有線ANDの論理関数が発生する可能性があります。ブリッジング障害はO(n^2)個発生する可能性があるため、通常は設計上物理的に隣接している信号に限定されます。
  • トランジスタの故障。このモデルは、CMOS ロジックゲートの故障を説明するために使用されます。トランジスタレベルでは、トランジスタはスタックショートまたはスタックオープンになる可能性があります。スタックショートでは、トランジスタは常に導通している（またはスタックオン）かのように動作し、スタックオープンは、トランジスタが電流を流さない（またはスタックオフ）状態です。スタックショートは、VDD と VSS の間に短絡を引き起こします。
  • 開回路故障モデル。ここでは、配線が断線し、1つまたは複数の入力が、それらを駆動する出力から切り離されていると想定します。ブリッジング故障と同様に、結果として生じる動作は回路の実装に依存します。
• 動的障害は、高速動作時のみ発生し、複数の操作を連続して実行することで顕在化します。
  • 遷移遅延障害（または遷移障害）モデルでは、信号は最終的に正しい値になりますが、通常よりも遅く（まれに速く）なります。
  • 小遅延欠陥モデル ^{[ 1 ] [ 2 ]}

故障モデルは、以下のいずれかの仮定に基づいています。

• 単一故障仮定: 回路では 1 つの故障のみが発生します。故障モデルでk種類の故障タイプを定義すると、回路にはn 本の信号線があります。単一故障仮定により、単一故障の総数はk×nとなります。
• 多重故障の想定：回路内では複数の故障が発生する可能性がある。

障害セットをより小さなセットに統合するには、主に2つの方法があります。

支配の崩壊

故障 F は、F' のすべてのテストで F が検出された場合、F' に対して優位であると呼ばれます。この場合、F は故障リストから削除できます。F が F' を優位にし、F' が F を優位にする場合、これら 2 つの故障は同等です。^{[ 3 ]}

この例ではNANDゲートが示されており、出力SA0をテストできる入力値のセットは{00,01,10}です。最初の入力SA1をチェックできる入力値のセットは{01}です。この場合、出力SA0の故障が支配的であり、故障リストから削除できます。

航空宇宙分野における故障モデルとは、飛行中にエンジン、ライン交換可能ユニット（LRU）、または補助動力装置（APU）で発生した問題を特定し、切り分けるのに役立つ構造化された情報のセットです。この故障モデルには、推奨される修理手順と、航空機整備マニュアル（軽整備マニュアルなど）への参照が関連付けられている場合があります。

• 自動テストパターン生成
• 障害補償範囲
• 一本の詰まった線