Politechnika Śląska Odpowiedzi na uwagi recenzentów Topologiczna Analiza i Diagnostyka Układów Analogowych Janusz Starzyk.

Prezentacja na temat: "Politechnika Śląska Odpowiedzi na uwagi recenzentów Topologiczna Analiza i Diagnostyka Układów Analogowych Janusz Starzyk."— Zapis prezentacji:

1 Politechnika Śląska Odpowiedzi na uwagi recenzentów Topologiczna Analiza i Diagnostyka Układów Analogowych Janusz Starzyk

2 Politechnika Śląska Uwagi: W rozdziale 4.1 trudno wywnioskować jak dokonać dekompozycji, analizy i zbadania układu dla punktu pracy z elementami o charakterystykach wykładniczych (jak diody i tranzystory bipolarne) czy kwadratowych (tranzystory MOS). Natomiast dla danego punktu pracy i małych sygnałów dynamiczny układ zlinearyzowany bardzo dobrze nadaje się do zastosowania podanych metod topologicznych. Odpowiedzi: W rozdziale 4.1 zawarte sa warunki konieczne i prawie wystarczające do tego by dowolny podukład mógł być uznany za wolny od uszkodzeń oraz warunki wzajemnej testowalności takich podukładów jak i procedura identyfikacji uszkodzonych podukładów, w tym również tych niedostępnych pomiarowo. Ponieważ warunki te oparte sa o prawa Kirchoffa i nie zakładają liniowego przybliżenia układu równań układu, to można je stosować zarówno do układów liniowych jak i nieliniowych. Uwagi Profesora Andrzeja Filipkowskiego

3 Politechnika Śląska Reprezentacje Topologiczne Układów Elektronicznych Oryginalny układ i układ zdekomponowany Podział układu przez dowolne rozcięcia

4 Politechnika Śląska l Assume that are all the decomposition nodes and the current incident to a common node Lemma 4.2 [201]. Mutual-Testing Condition (MTC) A necessary and almost sufficient condition for to be fault-free is that (4.7) i.e., the currents incident to the common node c computed by using the measured voltages and nominal parameter values must satisfy KCL. Uwagi Profesora Andrzeja Filipkowskiego

5 Politechnika Śląska l 4.1.2.Identyfikacja uszkodzonych rejonów Uwagi Profesora Andrzeja Filipkowskiego Z równań w węzłach 0 i 3 Możemy obliczyć x1 i zweryfikować ze S1 nie ma uszkodzeń. Następnie z równań w węzłach 1,x1,2,x3,x5 możemy obliczyć x2,x3,x4,x5 i zweryfikować ze S2 i S3 nie maja uszkodzeń Załóżmy ze możemy zmierzyć napięcia w węzłach x0-x4 i ze rejon S4 jest uszkodzony

6 Politechnika Śląska Pytania?

7 Politechnika Śląska Mankamenty rozprawy: 1) Autor skupił sie na analizie i diagnostyce układów pomijając problemy syntezy takie jak optymalizacje rozmieszczenia elementow oraz połączeń. Metody syntezy sa ważnym aspektem stosowania metod topologicznych do projektowania układów. Tym metodom poświęcona była moja praca doktorska. W jednej z moich późniejszych prac nad układami scalonymi opracowałem metodę symbolicznego layoutu w układach scalonych, w której zająłem sie optymalizacja rozmieszczenia parametrów. "Decomposition Approach to a VLSI Symbolic Layout with Mixed Constraints", Proc. IEEE Int. Symp. Circuits and Systems (Montreal, 1984). pp. 457-460. Jednak w pracy habilitacyjnej skoncentrowałem sie na dwóch nurtach mojej działalności po doktoracie: analizie i diagnostyce topologicznej. Uwagi Profesora Jerzego Rutkowskiego

8 Politechnika Śląska Mankamenty rozprawy: 2) W pracy pominięto narzędzia diagnostyki układów jak metody sztucznej inteligencji takie jak sieci neuronowe czy obliczenia ewolucyjne. 3) Należało wspomnieć o istnieniu metod testowania specyfikacji projektowych. 4) Opis metod słownikowych ograniczony jest do podrozdziału 4.6. Całkowicie zgadzam się z uwagami Profesora Rutkowskiego dotyczącymi pominiętego w pracy materiału na temat metod sztucznej inteligencji, metod testowania specyfikacji projektowych, czy tez ograniczonego potraktowania słownikowych metod testowania układów. Wszystkie jego uwagi bardzo trafnie charakteryzują to czego w pracy nie ma. Celem pracy było przedstawienie mojego dorobku, opis znaczenia osiągniętych wyników i wpływu na literaturę światową w okresie, kiedy prace te powstawały. Praca nie jest wiec miarodajnym przeglądem metod topologicznych na świecie, a w szczególności najnowszych trendów w diagnostyce ukladow. Uwagi Profesora Jerzego Rutkowskiego

9 Politechnika Śląska Mankamenty rozprawy: 5) Autor zdaje sie nie zauważać późniejszych doniesień literaturowych, brak porównania z innymi, nie-topologicznymi metodami diagnostycznymi, w szczególności w latach dziewiędziesiatych i początku XX wieku. 6) Szczególnie dziwi brak cytowan polskich autorów. Z konieczności skoncentrowałem się na najważniejszych (publikowanych w międzynarodowych czasopismach) moich wynikach w dziedzinie analizy i diagnostyki topologicznej. Z tego tez względu nie ma w pracy szerszego omówienia metod diagnostycznych jak ani tez późniejszych doniesień literatury. Dotyczy to również cytowania autorów Polskich pracujących w dziedzinie diagnostyki układów. Zdaje sobie sprawę z olbrzymiego dorobku polskich naukowców w dziedzinie diagnostyki, zwłaszcza Prof. Zielonki, Prof. Tadeusiewicza, czy tez Profesorów Macury i Rutkowskiego. W mojej pracy cytuje ich publikacje naukowe, chociaż przyznaje ze wykaz ten mógłby być obszerniejszy, zwłaszcza gdyby praca miała charakter bardziej przeglądowy. Uwagi Profesora Jerzego Rutkowskiego

10 Politechnika Śląska Pytania?

11 Politechnika Śląska W sekcji 3.6.2 nie jest wyjaśniony proces iteracyjny i nie wiadomo dlaczego W 0 ze wzoru (3.88) jest utożsamiane z W ze wzoru (3.91). Celem metody przedstawionej w sekcji 3.6.2 na stronie 57 nie jest zasadniczo analiza układu nieliniowego metodą Newtona-Raphsona, (chociaż do takiej analizy ta metoda nadaje się doskonale), ale analiza zlinearyzowanego i zdekomponowanego dużego układu. Nie ma tam wiec dyskusji procesu iteracyjnego. Wykorzystałem właściwości wrażliwości wielkoprzyrostowej, (wzór Woodburyego) by określić wynik analizy jako zmianę rozwiązania układu nominalnego poprzez zmianie parametrów kluczy. Prowadzi to do bardzo prostej koncepcyjnie interpretacji podstawowej idei Krona dotyczącej diakoptyki układów. Uwagi Profesora Michała Tadeusiewicza

12 Politechnika Śląska Each subnetwork can be described by a vector equation (3.81) where the independent variables represent either nodal voltages or branch currents. Uwagi Profesora Michała Tadeusiewicza

13 Politechnika Śląska If two nodes j and m are connected by an ideal switch f, an unknown current is added to equations and the subnetwork equations are augmented by an additional equation the value F is 0 for the open switch and 1 for the closed switch. The system of nonlinear equations is solved through Newton- Raphson iterative process using the following equation: where is a vector of the incremental changes in the k-th iteration and n is the number of unknown currents and voltages plus the number of switches. Uwagi Profesora Michała Tadeusiewicza

14 Politechnika Śląska The Jacobian of the system equations has the following form: when all switches are open, the coefficient matrix becomes block triangular Uwagi Profesora Michała Tadeusiewicza

15 Politechnika Śląska We will call this a nominal case with the system equation Uwagi Profesora Michała Tadeusiewicza Where and This nominal system can be easily solved as W 0 =W (notice that W 0 is different at each iterative step) and

16 Politechnika Śląska From Woodburys formula where z is obtained from the auxiliary system Thus, to reconnect the blocks to a single network we must change the interconnecting switch values from 0 to 1, therefore = I and the size m of the auxiliary system is equal to the number of switches, thus This must be repeated in each iteration of the Newton-Raphson process Uwagi Profesora Michała Tadeusiewicza

17 Politechnika Śląska Nie jest wyjaśniony proces iteracyjny i nie wiadomo dlaczego W 0 ze wzoru (3.88) jest utożsamiane z W ze wzoru (3.91). Ponieważ zmieniane sa jedynie wartości kluczy, to nie wpływa to na wartość wektora wymuszeń, stad zakłada się ta sama wartość prawej strony układu równań (3.88) i (3.91) W 0 = W. W metodzie Newtona-Raphsona należy powtórzyć cala operacje złożenia w każdym kroku iteracyjnym. Wówczas oczywiście prawa strona układu równań może być inna w każdym kroku iteracyjnym. Chciałbym dodać ze metoda ta została opublikowana w 1992 r w IEE Proc. Part G Circuits, Devices and Systems. Uwagi Profesora Michała Tadeusiewicza

18 Politechnika Śląska Poza wymienionymi wyżej osiągnięciami na uwagę zasługuje zastosowanie analizy wrażliwościowej w połączeniu z dekompozycja układu do obliczania uszkodzeń parametrycznych (p.4.3). Wadą proponowanego podejścia jest jednak trudny do spełnienia w praktyce warunek dostępności pomiarowej do węzłów dekompozycji. Zgadzam się ze warunek dostępności węzłów w przedstawionym w sekcji 4.3.1 o testowaniu wrażliwościowym z dekompozycja jest trudny do spełnienia, co zmniejsza praktyczną użyteczność tej metody. Uwagi Profesora Michała Tadeusiewicza

19 Politechnika Śląska Assume that all decomposition nodes can be accessed for measurements. Uwagi Profesora Michała Tadeusiewicza Bordered block diagonal sensitivity matrix of three-level decomposition and CPU time at testing stage

20 Politechnika Śląska Inne usterki pracy: Zarzut ze Twierdzenie 4.4 nie ma formalnej struktury twierdzenia Twierdzenie 4.4 na stronie 82 powinno zawierać tylko pierwsze zdanie, które brzmi: For a testable network all the corners must be the injection nodes. Pozostała cześć tego paragrafu zawiera wyjaśnienie znaczenia tego twierdzenia w ustalaniu warunków topologicznych testowalności – zgubienie w druku znaku przejścia do nowej linii doprowadziło do dodatkowej nieczytelności samego twierdzenia. Uwagi Profesora Michała Tadeusiewicza

21 Politechnika Śląska Pytania?

22 Politechnika Śląska Tabelka 3.1 dotyczy programów opracowanych przed 1988 rokiem (działających np. na komputerach Sun-3/60) i ma znaczenie raczej archiwalne. Podobna uwaga dotyczy omówionego już rys. 4.13. przedstawiającego porównanie czasów testowania z analizą wrażliwościową w połączeniu z dekompozycja układu. Jak Profesor Wesołowski słusznie stwierdza, duża cześć mojej pracy habilitacyjnej zawiera materiał archiwalny. Jest tak dlatego, ze praca przedstawia moj dorobek za okres prawie 30 lat, dlatego pewne sformułowane w niej wyniki mogą wydawać sie mniej znaczące z perspektywy lat. Jednak wyniki te były znaczące w czasie kiedy powstawały. Uwagi Profesora Krzysztofa Wesołowskiego

23 Politechnika Śląska Dotyczy to np. czasu obliczeń opracowanych przeze mnie metod analizy i programów komputerowych. Cytowane przez Prof. Wesołowskiego wyniki w tabeli 3.1 zostały uzyskane podczas mojego stażu naukowego w Laboratoriach Bella w Homedale NJ (1991) używając ich najnowszych narzędzi komputerowych. Uzyskane przeze mnie wyniki były w tym czasie kilkaset razy szybsze od wyników programów komputerowych stosowanych w Bell Labs. Uwagi Profesora Krzysztofa Wesołowskiego Table 3.1 Performance comparisons circuit name number oftime in sec lineselementsnodesConnectAdvice net16_1 net16_8 net136_1 net136_8 net528_1 net528_8 16 136 528 32 256 272 2176 1056 8448 18 130 138 1090 530 4226 8 12 5 55 98 102 477 298 2593

24 Politechnika Śląska Mimo olbrzymiego postępu technik komputerowych i szybkości działania komputerów, analiza i testowanie układów analogowych jest nadal bardzo kosztowna. Nie można się wiec dziwić, gdy czas analizy takich układów liczy się w sekundach czy minutach. Chciałbym tutaj podać przykład układu 16-to bitowego przetwornika cyfrowo- analogowego zaprojektowanego przeze mnie dla Sarnoff Research Labs. w technice scalonych układów analogowo-cyfrowych w skali 130nm. Układ ten zawierał ponad 80 tys. tranzystorów i czas pojedynczej analizy tego układu programem HSpice w 2003 r. wynosił 3 tygodnie. W projektowaniu dużych sieci neuronowych, nadal podstawowymi ograniczeniami sa czas symulacji komputerowej i wielkość pamięci. Uwagi Profesora Krzysztofa Wesołowskiego

25 Politechnika Śląska Uwagi szczegółowe: Ograniczoność dostępu do punktów pomiarowych – związek z technikami BIST i dodatkowych ścieżek sygnału ułatwiających test. Wprowadzenie dodatkowych ścieżek pomiarowych i zmiana konfiguracji układu na czas testu, powszechnie stosowana w testowaniu układów cyfrowych, jest mniej chętnie widziana w układach analogowych ze względu na wprowadzenie elementów pasożytniczych do ścieżek sygnałowych. Z drugiej strony, bogactwo informacji otrzymanej z pomiarów analogowych jest większe niż w układach cyfrowych (o odpowiedziach zerojedynkowych) i zależy od precyzji pomiaru i tolerancji parametrów. Zgadzam się ze praca zawiera jedynie główne wyniki podając twierdzenia i lematy bez dowodów z odnośnikami do moich publikowanych wcześniej prac: jest to wynikiem ograniczeń objętościowych publikowanej pracy habilitacyjnej. Uwagi Profesora Krzysztofa Wesołowskiego

26 Politechnika Śląska Pytania? Podsumowując, chciałbym raz jeszcze serdecznie podziękować wszystkim recenzentom za ich trud włożony w recenzje mojej pracy habilitacyjnej, oraz wnikliwe obserwacje i uwagi dotyczące prezentowanego przeze mnie materiału.

27 Politechnika Śląska 1) J. A. Starzyk, "Signal Flow Graph Analysis by Decomposition Method", IEE Proc. on Electronic Circuits and Systems, No. 2, April 1980, pp.81 86. 2) J. A. Starzyk and E. Sliwa, "Hierarchic Decomposition Method for the Topological Analysis of Electronic Networks", Int. Journal of Circuit Theory and Applications, vol.8, 1980, pp.407 417. 3) J. A. Starzyk, "Topological Analysis of Large Electronic Circuits", Prace Naukowe, Elektronika, No. 55, WPW, Warszawa, 1981, (in Polish), 184 pp. 4) J. A. Starzyk and J. W. Bandler, "Multiport Approach to Multiple-Fault Location in Analog Circuits", IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol. CAS-30, 1983, pp.762-765. 5) J. A. Starzyk and E. Sliwa, "Upward Topological Analysis of Large Circuits Using Directed Graph Representation", IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol. CAS 31, 1984, pp.410 414. 6) J. A. Starzyk, R. M. Biernacki and J. W. Bandler, "Evaluation of Faulty Elements within Linear Subnetworks", Int. Journal of Circuit Theory and Applications, vol.12, 1984, pp.23-37. 7) Salama A.E., Starzyk J.A. and Bandler J.W., "A Unified Decomposition Approach for Fault Location in Large Analog Circuits", IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol. CAS 31, 1984, pp.609-622. 8) Starzyk J.A. and Konczykowska A., "Flowgraph Analysis of Large Electronic Networks", IEEE Trans. on Circuits and Systems, vol. CAS 33, pp.302-315, 1986. 9) J. A. Starzyk and A. El-Gamal, "Fault Location by Nodal Equations" in Analog Methods for Circuit Analysis and Diagnosis, edited by T. Ozawa, Marcel Dekker, Inc., New York, 1988. 10) G. N. Stenbakken and J. A. Starzyk, "Diakoptic and Large Change Sensitivity Analysis", IEE Proc. G, Circuits, Devices and Systems, vol. 139, no.1, 1992, pp.114-118. 11) J. A. Starzyk and H. Dai, "A Decomposition Approach for Testing Large Analog Networks," Journal of Electronic Testing - Theory and Applications, no.3, 1992, pp.181-195. 12) J. A. Starzyk, "Hierarchical Analysis of High Frequency Interconnect Networks", IEEE Trans. on Computer Aided Design of Integrated Circuits and Systems, vol.13, no.5, 1994, pp. 658-664. 13) J. A. Starzyk, J. Pang, S. Manetti, G. Fedi, and C. Piccirilli, "Finding Ambiguity Groups in Low Testability Analog Circuits", IEEE Trans. Circuits and Systems, Part I, vol.47, no.8, 2000, pp.1125-1137. 14) J. Pang and J. A. Starzyk, "Fault Diagnosis in Mixed-Signal Low Testability System" An International Journal of Analog Integrated Circuits and Signal Processing, vol. 28, no.2, August 2001, pp. 159-170. 15) G. N. Stenbakken, D. Liu J. A. Starzyk, and B. C. Waltrip, "Nonrandom Quatization Errors in Timebases", IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, vol. 50, no. 4, Aug. 2001, pp.888-892. 16) D. Liu and J. A. Starzyk, " A generalized fault diagnosis in dynamic analog circuits" Int. Journal of Circuit Theory and Applications, vol. 30, pp. 487-510, 2002. 17) J. A. Starzyk, Dong Liu, Zhi-Hong Liu, D. Nelson, and J. Rutkowski, Entropy-based optimum test points selection for analog fault dictionary techniques, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 53, no. 3, June 2004, pp. 754-761 References

28 Politechnika Śląska Success? 2008: Recognition for my role in developing computer technology 2008 – the Outstanding Research Paper Award Nominated for the Outstanding Graduate Faculty Award at Ohio University three times Nominated for IEEE Fellow