Тестовое диагностирование цифровых устройств

Современные цифровые РЭУ сложны, включают в свой состав тысячи и десятки тысяч элементов и отказ любого из них может прекратить функционирование РЭС в самый ответственный момент. Физические методы контроля состояния цифровых РЭС, описанные в предыдущих параграфах, имеют недостаточную достоверность, несмотря на все их многообразие и глубину. По достоверности определения работоспособного состояния цифровых РЭУ (ЦУ) помимо физических могут использоваться эффективные тестовые методы диагностики и контроля. Существо тестового контроля составляет тестовый сигнал, подаваемый на ЦУ и вызывающий такую реакцию на входной сигнал, которая свидетельствует о том, что ЦУ находится в работоспособном состоянии.

Контрольный тест ЦУ формально определяется как последовательность входных наборов и соответствующих им выходных наборов, обеспечивающих контроль исправности цифрового узла. Контрольные тесты составляются таким образом, что позволяют обнаружить одиночные константные неисправности S = 0(1) в статистическом режиме.

Работоспособность контролируется следующим образом. На вход ЦУ подаются наборы контрольного теста. Снимаемые с ЦУ выходные наборы сравниваются с эталонными. При совпадении каждого из выходных наборов теста с эталонными наборами ЦУ считается работоспособным. Контрольные тесты составляются на базе анализа принципиальных схем ЦУ. В случае несовпадения сигналов контрольного и эталонного наборов дальнейшая подача теста прекращается и на этом набо­ре диагностируется отказ (неисправность). Диагностирование отказа начинается от того выхода ЦУ, на котором зафиксировано несовпадение контрольного и эталонного наборов. На том логическом элементе схемы, который связан с этим выходом, измеряются выходной сигнал U и входные сигна­лы x1....xk, где k — число входов элементов ЦУ. По измеренным значениям входных сигналов в соответствии с алгоритмом функ­ционирования определяют (Uо — то значение выходного сигнала, которое должно быть: Uo = f(x1, x2, ..., xk). В случае неравенства U ≠ Uo — отказавшим считается сам элемент или гальваническая связь от его выхода. При U = Uo определяются существенные вхо­ды логического элемента, а затем те логические элементы, кото­рые связаны с этими входами. Под существенным понимается та­кой вход элемента, на котором изменение логического сигнала приводит к изменению сигнала на выходе. Описанные измерения выполняются для всех элементов, связанных с существенными вхо­дами. Измерения выполняются до определения неисправности или до соответствующих входов цифрового узла.

В случае если в качестве элемента схемы ЦУ выступает триг­гер, то для него Uo = f(x1,x2,…,xk,U'), где U'— предыдущее состояние триггера. Поэтому Uo определя­ется не на каждом наборе. Для RS-триггера со входами R, S на наборе [01] Uo=l, на наборе [10] U = 0, на наборе [00] Uo может быть 0 или 1 в зависимости от U'. Если сигнал Uo можно устано­вить по результатам измерения, то отказ диагностируется путем определения U, измерения его параметров, сопоставления и срав­нения их с параметрами Uo.

Для примера рассмотрим диагностирование отказа в ЦУ (рис. 7.2). Отказ проявляется в виде логического нуля на входе D1/13. Контрольный тест (первый набор) имеет последовательность:

Входы: 1/1 1/15 1/23 1/32 2/2 2/8 2/18 2/33

0 1 1 1 1 0 0 0

Выходы: 1/18 2/14

1 1

Отказ проявляется в первом наборе контрольного теста.

Последовательность диагностирования по принципиальной схе­ме представлена в табл. 7.1.

Помимо диагностирования ЦУ по принципиальной схеме су­ществует методика диагностирования по таблицам. По этой мето­дике для каждого набора контрольного теста составляются диаг­ностические таблицы, полная и сокращенная. Полная диагности­ческая таблица рассчитана на кратные неисправности; сокращен­ная на одиночные. Сокращенная диагностическая таблица вклю­чает только те элементы ИМС, которые не проверены ни на одном из предыдущих наборов контрольного теста. Таблицы составляют­ся по определенным правилам, которые удобнее рассмотреть на примере (см. табл. 7.2). В строке таблицы печатают: № вых. ЦУ; номер канала установки тест-контроля; № контакта и № разъема; № выходного контакта микросхемы, соединенного с контактом разъема, и № самой микросхемы; №№ вых. и вх. контактов мик­росхемы, поверяемых в данном наборе.

Если в сокращенной таблице часть элементов в середине стро­ки внесена в одну из предыдущих сокращенных таблиц, то в рас­сматриваемой строке эти элементы не отличаются, вместо них ставится многоточие.

Диагностирование отказов по таблице производится следующим образом. Сокращенная таблица выбирается по номеру набора, на котором обнаружено несовпадение. Начинают диагностирование с того выхода ЦУ, на котором зафиксирован неверный результат и производят его последовательно по каждой строке диагностической таблицы. Для каждого из элементов строки таблицы сравнивают значения логических

сигналов на входах и выхо­дах с соответствующими контрольными значениями таблицы. На элементе, у которого информация на выходе не совпадает с конт­рольной, необходимо остановиться. Отказавшим будет либо этот элемент, либо один из элементов, входы которого соединены с вы­ходом этого элемента, либо печатный проводник, соединяющий выход элемента со входами других элементов, источником пита­ния, корпусом и другими узлами. Пример диагностирования ЦУ по таблицам приведен в табл. 5.2, 5.3.

Для обеспечения возможности построения контрольных тестов для ИМ С необходимо, чтобы последние обладали соответствующим уровнем контролепригодности и отвечали в этом плане определенным требованиям. Выполнение требований по контролепригодности сокращает трудоемкость тестов и улучшает их характеристики.

Общие методы повышения контролепригодности ЦУ сводятся к следующим рекомендациям: необходимо уменьшать по возможности количество обратных связей в схеме ЦУ; в первую очередь это относится к внешним обратным связям. Ликвидация обратных связей может быть реализована путем конструктивного разрыва с выводом на контакты разъема;

следует уменьшать тактность схемы ЦУ, т. е. количество эле­ментов памяти в цепи распространения сигнала от входа к выхо­ду, а также ступенчатость, количество элементов схемы в цепи распространения сигналов; следует уменьшать количество микросхем, действующих на один выход ЦУ; необходимо реализовать при проектировании ЦУ установочную последовательность входных наборов, которая переводит все эле­менты схемы в какое-либо устойчивое состояние; следует выводить выход каждого элемента памяти на внешние контакты; следует разрывать структуры типа «сходящееся разветвление».

Описанные технические решения по обеспечению диагностиро­вания ЦУ принимаются в основном при проектировании РЭУиС и самих ИМС. Задача при постановке на эксплуатацию аппаратуры на ИМС проследить за уровнем принятых решений и выполнени­ем тех рекомендаций, которые обеспечивают возможность и эф­фективность диагностирования при техническом обслуживании РЭУ.