Способ поиска дефектов в цифровых блоках

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для обнаружения и указания места потенциально неисправного устройства, входящего в состав цифрового блока. Техническим результатом является обнаружение и указание места потенциально неисправного устройства в диагностируемом цифровом блоке. Для достижения поставленной цели поочередно на каждом устройстве, входящем в состав диагностируемого блока, амплитуду питающего напряжения ступенчато уменьшают от номинального значения Е_ном до порогового E_пopi с шагом ΔЕ_п, при этом при каждом шаге уменьшения амплитуды питающего напряжения устройства на входы диагностируемого цифрового блока подают псевдослучайные многоразрядные кодовые наборы, состоящие из логических нулей и единиц, с равной вероятностью появления логического нуля или логической единицы в каждом разряде, регистрируют полученные логические уровни на выходах диагностируемого цифрового блока и сравнивают их с эталонными уровнями, при появлении частоты сбоя F_c фиксируют величину напряжения E_пopi (порог функционирования) для каждого устройства и вычисляют его область работоспособности по напряжению питания ΔE_pi. Дефектное (потенциально неисправное) устройство определяют по наименьшему значению области работоспособности ΔЕ_pi, которое выбирают по результатам сравнения областей работоспособности всех устройств, входящих в состав диагностируемого цифрового блока. 1 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для обнаружения и указания места потенциально неисправного (потенциально ненадежного, дефектного) устройства, входящего в состав цифрового блока, черескаскадным методом (т.е. имеется доступ только к входу и выходу диагностируемого цифрового блока).

Известен способ поиска дефектов в цифровых блоках, состоящий в том, что формируют псевдослучайные многоразрядные кодовые наборы, состоящие из логических нулей и единиц с заданной вероятностью появления логического нуля или логической единицы в каждом разряде, и подают их на информационные исправляющие входы диагностируемого цифрового блока, регистрируют полученные логические уровни на выходах диагностируемого цифрового блока и сравнивают их с эталонными уровнями, фиксируют годность диагностируемого цифрового блока при совпадении полученных логических уровней с эталонными [1].

Известен также способ поиска дефектов в цифровых блоках, содержащих двунаправленные шины, после подачи данного многоразрядного кодового набора на управляющие и информационные входы диагностируемого цифрового блока через интервал времени, необходимый для окончания переходных процессов в диагностируемом цифровом блоке, измеряют уровень напряжения на каждой из двунаправленных шин диагностируемого цифрового блока и если на данной двунаправленной шине установлен уровень логической единицы или нуля, то его регистрируют, если на двунаправленных шинах установлены уровни, соответствующие высокоимпедансному состоянию или обрыву, то на данные двунаправленные шины подаются псевдослучайный многоразрядный кодовый набор, состоящий из логических нулей и единиц с заданной вероятностью появления логического нуля или логической единицы в каждом разряде, если на данной двунаправленной шине установлен уровень, находящийся в диапазоне между допустимыми уровнями логического нуля и единицы, считают диагностируемый цифровой блок негодным, сравнивают зарегистрированные на двунаправленных шинах объекта диагностирования логические уровни с эталонными и считают диагностируемый цифровой блок годным при совпадении полученных логических уровней на выходах и двунаправленных шинах объекта диагностирования с эталонными [2].

Известен также способ экспресс-диагностики многоканальных цифровых блоков, заключающийся в том, что воздействуют тестовым сигналом на объект контроля, регистрируют отклики объекта контроля, сравнивают эталонные и зарегистрированные отклики объекта контроля, при этом задают в цифровом коде информационно-ценным амплитудно-временные значения тестовых сигналов и эталонных откликов объекта контроля, формируют тестовые сигналы по заданным в цифровом коде информационно-ценные амплитудно-временным значениям в заданном объеме, осуществляют воздействие на соответствующие входы объекта контроля тестовыми сигналами с заданной временной разновременностью, фиксируют отклонения от эталонных в откликах объекта контроля во временной области на соответствующее воздействие, визуализируют по окончании полного объема воздействия виды отклонений в откликах объекта контроля, возобновляют формирование тестовых сигналов по заданным в цифровом коде информационно-ценным амплитудно-временным значениям в заданном объеме до первого отклонения и периодически повторяют данное воздействие до устранения отклонения, визуально отображают принятое решение по результатам диагностики [3].

Однако известные способы не позволяют обнаружить и указать место дефектного (потенциально неисправного) устройства в диагностируемом цифровом блоке, так как при номинале питающего напряжения дефектное устройство не отличается в функциональной области от заведомо исправного.

В настоящее время отчетливо просматривается тенденция интенсивной замены аналоговой аппаратуры на цифровую, которая все больше внедряется в ответственные сферы человеческой деятельности. Тем не менее, проблема повышения ее надежности сохраняет актуальность. Современные возможности цифровой аппаратуры в области обработки информации позволяют решать задачу прогнозирования среднего времени наработки на отказ цифровой аппаратуры на качественно новом уровне. Использование предлагаемого способа обнаружения и указания места дефектного (потенциально неисправного) устройства в цифровых блоках позволит прогнозировать среднее время наработки на отказ цифровой аппаратуры, по результатом которой можно будет осуществлять планирование своевременной замены дефектного (потенциально неисправного) устройства, входящего в ее состав, на более надежное, поддерживая вероятность безотказной работы цифровой аппаратуры на заданном уровне.

Цель предлагаемого изобретения - обнаружение и указание места дефектного (потенциально неисправного) устройства в диагностируемом цифровом блоке.

Для достижения поставленной цели поочередно на каждом устройстве, входящем в состав диагностируемого блока, амплитуду питающего напряжения ступенчато уменьшают от номинального значения Е_ном до порогового E_пopi с шагом Δ Е_п, при этом при каждом шаге уменьшения амплитуды питающего напряжения устройства на входы диагностируемого цифрового блока подают в заданном объеме псевдослучайные многоразрядные кодовые наборы, состоящие из логических нулей и единиц с равной вероятностью появления логического нуля или логической единицы в каждом разряде, регистрируют полученные логические уровни на выходах диагностируемого цифрового блока и сравнивают их с эталонными уровнями, при появлении частоты сбоя F_c фиксируют величину напряжения E_пopi (порог функционирования) для каждого устройства и вычисляют его область работоспособности по напряжению питания Δ Е_рi по формуле

где Δ Е_pi - область работоспособности i-го устройства по напряжению питания;

Е_ном - номинальное напряжение питания диагностируемого блока;

Е_пopi - пороговое напряжение питания i-го устройства, при котором на выходе диагностируемого блока появляются сбои;

i - номер устройства.

Дефектное (потенциально неисправное) устройство определяют по наименьшему значению области работоспособности Δ Е_рi, которое выбирают по результатам сравнения областей работоспособности всех устройств, входящих в состав диагностируемого цифрового блока.

Частоту сбоя Р_c определяют по формуле

где m - количество псевдослучайных многоразрядных кодовых наборов, при прохождении которых через цифровой блок произошел сбой в его работе;

n - количество псевдослучайных многоразрядных кодовых наборов, поданных на вход цифрового блока.

В результате ступенчато уменьшающейся амплитуды питающего напряжения от номинального значения Е_ном до порогового E_пopi с шагом Δ Е_п создаются условия для неправильного функционирования выбранного устройства. Это однозначно обеспечивает появление искажений в выходных откликах диагностируемого цифрового блока.

Согласно предлагаемому способу вычисленная область работоспособности по напряжению питания Δ Е_рi каждого устройства цифрового блока используется как обобщенный и доступный для наблюдения параметр, который имеет достаточно сложную корреляционную связь с деградирующими параметрами элементной базы, труднодоступными для наблюдения.

Величина области работоспособности устройств, входящих в состав диагностируемого блока по напряжению питания, зависит от запаса надежности деградирующих компонентов их элементной базы.

Вычисляя область работоспособности по напряжению питания для каждого устройства, входящего в состав диагностируемого блока, из всех устройств выбирают устройство, у которого наименьшая область работоспособности по напряжению питания Δ Е_рi (фиг.1). Это устройство считают дефектным (потенциально неисправным).

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Диагностируемый цифровой блок, состоящий из Z-устройств, запитывают напряжением питания Е_ном. В заданном объеме формируют псевдослучайные многоразрядные кодовые наборы, состоящие из логических нулей и единиц с равной вероятностью появления логического нуля или логической единицы в каждом разряде, и подают их на входы диагностируемого цифрового блока.

Заданный объем псевдослучайных многоразрядных кодовых наборов зависит от количества входов диагностируемого цифрового блока и вычисляется с помощью метода синтеза тестов по критерию минимальной длины.

Регистрируют полученные логические уровни на выходах диагностируемого цифрового блока и сравнивают их с эталонными уровнями. По результатам сравнения определяют частоту сбоя F_c по формуле 1.

Если при номинальном напряжении питания Е_ном цифрового блока частота сбоя F_c≠0 (m≠ n), то диагностируемый цифровой блок считают неисправным и диагностирование прекращают до устранения неисправности.

Если при номинальном напряжении питания Е_ном частота сбоя F_c=0 (m=n), то диагностируемый цифровой блок считают исправным и приступают к поочередному измерению порога функционирования устройств, входящих в его состав.

Для этого из Z-устройств, входящих в состав диагностируемого блока, выбирают первое устройство, у которого измеряют порог функционирования по напряжению питания E_пopi.

С этой целью номинальное напряжение питания Е_ном на первом устройстве уменьшают на величину Δ Е_п, на входы диагностируемого цифрового блока подают в заданном объеме псевдослучайные многоразрядные кодовые наборы, состоящие из логических нулей и единиц с равной вероятностью появления логического нуля или логической единицы в каждом разряде. Регистрируют полученные логические уровни на выходах диагностируемого цифрового блока и сравнивают их с эталонными уровнями. По результатам сравнения определяют частоту сбоя F_c по формуле 1.

Если при установленном напряжении питания Е_ном-k· Δ E_п, где k=1 частота сбоя F_c=0 (m=n), то на первом устройстве понижают напряжение питания до величины Е_ном-k· Δ Е_п, где k=2, на входы диагностируемого цифрового блока подают в заданном объеме псевдослучайные многоразрядные кодовые наборы, состоящие из логических нулей и единиц с равной вероятностью появления логического нуля или логической единицы в каждом разряде. Регистрируют полученные логические уровни на выходах диагностируемого цифрового блока и сравнивают их с эталонными уровнями. По результатам сравнения определяют частоту сбоя F_c по формуле 1.

Процесс пошагового уменьшения номинального напряжения питания Е_ном на величину Δ Е_п продолжают до тех пор, пока частота сбоя F_c не станет больше нуля, т.е. F_c>0 (m≠ n). При наступлении этого события установленное напряжение питания (порог функционирования) для первого устройства E_пор1=E_ном-k· Δ E_п запоминают, где Е_пор1 - пороговое напряжение питания для первого устройства, при котором цифровой блок переходит в неработоспособное состояние, k - номер шага.

Область работоспособности по напряжению питания для первого устройства, диагностируемого цифрового блока вычисляют по формуле

полученное ее значение запоминают, а на этом устройстве устанавливают номинальное напряжение питания Е_ном.

Затем выбирают второе устройство, входящее в состав диагностируемого блока, для которого в той же последовательности измеряют порог его функционирования Е_пор2=Е_ном-k·Δ E_п.Область работоспособности по напряжению питания для второго устройства вычисляют по формуле

которое также запоминают, а на этом устройстве устанавливают номинальное напряжение питания Е_ном. Процесс измерения порога функционирования для каждого из Z устройств, входящих в состав диагностируемого блока, в аналогичной последовательности повторяют.

Для i устройства область работоспособности по напряжению питания вычисляют по формуле

Таким образом, измеряя область работоспособности по напряжению питания для каждого устройства, входящего в состав диагностируемого блока Δ Е_р1, Δ Е_р2...ΔЕ_рi, Δ Е_рz, из всех Z-устройств выбирают устройство, у которого наименьшая область работоспособности по напряжению питания Δ Е_рi (фиг.1).

Это устройство считают дефектным (потенциально неисправным).

Учитывая, что среднее время наработки на отказ диагностируемого цифрового блока будет определяться устройством, у которого область работоспособности по напряжению питания наименьшая, найденное таким образом потенциально неисправное устройство будет определять время наработки на отказ блока, в котором оно расположено.

Таким образом, применяя описанный способ при производственном и эксплуатационно-техническом контроле цифровых блоков, с его помощью можно осуществлять обнаружение и указание места потенциально неисправных устройств, входящих в их состав, а по результатам вычислений их областей работоспособности по напряжению питания Δ Е_рi в различные моменты времени прогнозировать среднее время наработки на отказ диагностируемых цифровых блоков.

Прогнозируемое среднее время наработки на отказ цифрового блока можно использовать для планирования своевременной замены дефектного (потенциально неисправного) устройства на более надежное, что позволит поддерживать вероятность безотказной работы цифрового блока на заданном уровне.

Практический опыт эксплуатации цифровой аппаратуры с применением способа обнаружения и указания места дефектного (потенциально неисправного) устройства в цифровом блоке позволил увеличить ее среднее время наработки на отказ на 12-14%.

Литература

1. Патент США № 3614608, кл. G 01 R 15/12, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 840770, кл. G 01 R 31/28, 1981.

3. Авторское свидетельство РФ № 2133479, кл. G 01 R 31/28, G 06 F 11/26 1999 (прототип).

Способ поиска дефектов в цифровых блоках, основанный на входном воздействии и сравнении выходного отклика с его эталоном, отличающийся тем, что в диагностируемом цифровом блоке поочередно на каждом устройстве амплитуду питающего напряжения ступенчато уменьшают от номинального значения Е_ном до порогового E_пopi с шагом ΔЕ_n, при этом при каждом шаге уменьшения питающего напряжения устройства на входы диагностируемого цифрового блока подают в заданном объеме псевдослучайные многоразрядные кодовые наборы, состоящие из логических нулей и единиц с равной вероятностью появления логического нуля или логической единицы в каждом разряде, при этом заданный объем кодовых наборов определяется количеством входов диагностируемого цифрового блока и вычисляется с помощью метода синтеза тестов по критерию минимальной длины, сравнивают выходные отклики с их эталонными уровнями, фиксируют величину напряжения E_пopi, являющуюся порогом функционирования, для каждого устройства при появлении частоты сбоя F_c вычисляют область работоспособности по напряжению питания ΔЕ_рi и выбирают дефектное устройство по наименьшему значению области работоспособности ΔЕ_рi, причем область работоспособности устройств по напряжению питания ΔE_pi вычисляют по формуле

где ΔE_pi - область работоспособности i-го устройства по напряжению питания;

Е_ном - номинальное напряжение питания диагностируемого блока;

E_пopi - пороговое напряжение питания i-го устройства, при котором на выходе диагностируемого блока появляются сбои;

i - номер устройства,

а частоту сбоя F_c вычисляют по формуле

где m - количество псевдослучайных многоразрядных кодовых наборов, при прохождении которых через цифровой блок произошел сбой в его работе;

n - количество псевдослучайных многоразрядных кодовых наборов, поданных на вход цифрового блока.