Способ определения места и характера дефекта в цифровом блоке

Предложенное изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения места и характера дефекта в неработоспособном цифровом блоке черескаскадным методом. Технический результат, достигаемый от реализации данного изобретения - возможность локализации дефекта. Способ определения места и характера дефекта в цифровом блоке заключается в том, что воздействуют на объект контроля тестовым сигналом, осуществляют регистрацию отклика объекта контроля и сравнивают с эталоном. При этом в аналитической эталонной копии диагностируемого цифрового блока поочередно моделируют дефект, выбранный из множества возможных, при этом для каждого промоделированного дефекта формируют в объеме, вычисляемом с помощью метода детерминированных направлений, псевдослучайные многоразрядные кодовые наборы, и одновременно их подают на входы диагностируемого цифрового блока и его аналитической эталонной копии, регистрируют отклики на их выходах и сравнивают, при появлении результата совпадения откликов определяют место и характер дефекта в диагностируемом цифровом блоке.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения места и характера дефекта в неработоспособном цифровом блоке черескаскадным методом.

Известен способ [1] 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-ценные амплитудно-временные значения тестовых сигналов и эталонных откликов объекта контроля, формируют тестовые сигналы по заданным в цифровом коде информационно-ценным 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.

Однако этот способ можно применять только для определения характера потенциального дефекта в работоспособном цифровом блоке, но нельзя использовать для указания его места.

Известен также способ [2] поиска дефектов в цифровых блоках, состоящий в том, 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_п, 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_pi и выбирают дефектное устройство по наименьшему значению области работоспособности ΔЕ_pi.

Однако этот способ можно применять только для указания места потенциального дефекта в работоспособном цифровом блоке, но нельзя использовать для определения его характера.

Общим недостатком способов [1, 2] является то, что их нельзя применять для диагностирования неработоспособных блоков.

Известен способ [3] 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 и управляющие 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.

Этот способ можно применять для обнаружения факта годности-негодности к выполнению заданной функции цифровым блоком, содержащим однонаправленные шины, однако в случае негодности цифрового блока способ не позволяет определить место и характер дефекта в нем.

Известен также способ [4] 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.

Этот способ можно применять только для обнаружения факта годности-негодности к выполнению заданной функции цифровым блоком, содержащим двунаправленные шины, однако в случае негодности цифрового блока способ также не позволяет определить место и характер дефекта в нем.

Общим недостатком способов [3, 4] является то, что с их помощью нельзя получать информацию о месте и характере дефекта в диагностируемом цифровом блоке. Отсутствие такой информации способствует увеличению времени, затрачиваемого на локализацию дефекта, что в свою очередь приводит к увеличению времени восстановления работоспособного состояния цифрового блока, а в итоге и изделия, в состав которого этот блок входит.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ [5] определения места и характера дефектов электрической схемы, состоящий в совокупности и последовательности операций: воздействуют на объект контроля тестовым сигналом типа белый шум, осуществляют регистрацию энергетического спектра электромагнитного излучения объекта контроля и сравнивают с эталоном.

Недостатком способа [5] является ограниченная область применения, в частности для диагностирования цифровых блоков, т.к. отсутствует формирование псевдослучайных многоразрядных кодовых наборов.

Технический результат предлагаемого изобретения - локализация дефекта, достигается за счет указания места и характера дефекта в диагностируемом цифровом блоке.

Для достижения технического результата, перед диагностированием цифрового блока, используя его принципиальную схему и теорию булевых функций, создают аналитическую эталонную копию. В процессе диагностирования цифрового блока, под управлением программы, поочередно моделируют дефект, выбранный из множества возможных. При этом для каждого промоделированного дефекта формируют в объеме, вычисляемом с помощью метода детерминированных направлений, псевдослучайные многоразрядные кодовые наборы. Подают их одновременно на входы диагностируемого цифрового блока и его аналитической эталонной копии, на выходах которых регистрируют отклики и сравнивают. Возможны два варианта исхода сравнения откликов: 1) не совпали; 2) совпали.

Если отклики не совпали, то контроль продолжают, т.к. место и характер дефекта, промоделированный в аналитической эталонной копии цифрового блока, не соответствует фактическому месту и характеру дефекта в диагностируемом цифровом блоке.

Если отклики совпали, то контроль прекращают, а по месту и характеру дефекта промоделированного в аналитической эталонной копии определяют место и характер дефекта в диагностируемом цифровом блоке.

Множество возможных моделей дефектов М_d зависит от количества

интегральных микросхем (ИМС), расположенных в цифровом блоке и количества межэлементных соединений, и определяют по формуле

где - количество дефектов, вызванное отказом ИМС или обрывом межэлементного соединения;

- количество дефектов, вызванное коротким замыканием межэлементного соединения;

m - количество ИМС в цифровом блоке;

k - кратность дефекта ИМС или обрыва межэлементного соединения;

n - количество межэлементных соединений в цифровом блоке;

z - кратность дефекта типа короткое замыкание межэлементного соединения.

Сущность метода детерминированных направлений заключается в следующем. На аналитическую эталонную копию диагностируемого цифрового блока, в которой отсутствуют дефекты, способом последовательного перебора подают многоразрядные кодовые наборы по количеству входов α, в объеме 2^α. Причем из этого объема отбирают только такие входные многоразрядные кодовые наборы, которые приводят к изменению выходного отклика. Группируют их в интервалы, которые затем запоминают. Выбор кодового набора из каждого интервала осуществляют вероятностным методом, с помощью генератора случайных чисел.

Способ определения места и характера дефекта в цифровом блоке был проверен в макете контрольно-технической аппаратуры, состоящей из объекта диагностирования (цифрового блока Д40-109, сконструированного из 7 модулей, выполненных на ИМС серии 133, 530, 533, 537, 1531), персональной ЭВМ типа IBM PC/AT, устройства сопряжения объекта диагностирования с персональной ЭВМ и программного обеспечения, написанного на языке высокого уровня Delphi 6.0. На подготовительном этапе диагностирования, используя принципиальную схему и математический аппарат булевых функций, была создана аналитическая эталонная копия цифрового блока, и введена в программное обеспечение персональной ЭВМ. Для квалифицированного специалиста максимальные одноразовые временные затраты на подготовительный этап диагностирования цифрового блока составили не более 2,5 часа.

На этапе диагностирования, под управлением программного обеспечения персональной ЭВМ, поочередно моделировался дефект, выбранный из множества 2205 возможных. При этом для каждого промоделированного дефекта в объеме 36637 штук, формировались 16-разрядные псевдослучайные кодовые наборы, которые одновременно подавались на входы аналитической эталонной копии, расположенной в персональной ЭВМ, а через ее параллельный порт LPT1 и устройство сопряжения, на входы цифрового блока, с выходов которого, через это устройство сопряжения отклики кодовых наборов принимались и сравнивались с откликами аналитической эталонной копии. При появлении результата совпадения определялся характер дефекта и его месторасположение в цифровом блоке.

Подключение устройства сопряжения и цифрового блока к персональной ЭВМ осуществлялось с помощью многопроводного кабеля длиной не более 2 метров. В соответствии с временными диаграммами работы цифрового блока Д40-109 длительность τ_u формируемых импульсов в кодовых наборах составляла 600 нс. Буферные регистры адреса и данных устройства сопряжения были выполнены на ИМС КР580ИР82 с тремя состояниями. Это позволило обеспечить буферирование системных шин персональной ЭВМ, хранение адреса и данных и в целом обеспечить скорость (70 кбайт/сек) передачи кодовых наборов в режимах записи и чтения.

Максимальные временные затраты на определение места и характера дефекта цифрового блока Д40-109, состоящего из 147 ИМС и 2058 межэлементных соединений, для однократных дефектов (k=1, z=1), составили не более 19 минут.

Источники информации

1. Авторское свидетельство РФ №2133479, кл. G01R 31/28, G06F 11/26, 1999.

2. Авторское свидетельство РФ №2255369, кл. G06F 11/22, G01R 31/317, 2005.

3. Патент США №3719885, кл. G01R 15/12, 1973.

4. Авторское свидетельство СССР №840770, кл. G01R 31/28, 1981.

5. Авторское свидетельство СССР №1401419, кл. G01R 31/28, 1988, (прототип).

Способ определения места и характера дефекта в цифровом блоке, заключающийся в том, что воздействуют на объект контроля тестовым сигналом, осуществляют регистрацию отклика объекта контроля и сравнивают с эталоном, отличающийся тем, что в аналитической эталонной копии диагностируемого цифрового блока поочередно моделируют дефект, выбранный из множества возможных, при этом для каждого промоделированного дефекта формируют в объеме, вычисляемом с помощью метода детерминированных направлений, псевдослучайные многоразрядные кодовые наборы и одновременно их подают на входы диагностируемого цифрового блока и его аналитической эталонной копии, регистрируют отклики на их выходах и сравнивают, при появлении результата совпадения откликов определяют место и характер дефекта в диагностируемом цифровом блоке, причем множество возможных дефектов определяют по формуле

где - количество дефектов, вызванное отказом ИМС или обрывом

межэлементного соединения;

- количество дефектов, вызванное коротким замыканием межэлементного соединения;

m - количество ИМС в цифровом блоке;

k - кратность дефекта ИМС или обрыва межэлементного соединения;

n - количество межэлементных соединений в цифровом блоке;

z - кратность дефекта типа короткое замыкание межэлементного соединения.