Средства контроля и диагностики цифровых устройств

               исходной схемы  

На основании  графиков приведенных на рис. 4.85, 4.6, 4.7, 4.8 можно получить зависимость  оптимальной величины объема встроенного  контроля цифровой системы в зависимости  от вероятности обнаружения неисправности  при различных значениях вероятности безотказной работы исходной схемы Эта зависимость приведена в таблице 4.1, а график зависимостей по результатам данной таблицы приведен на рис. 4.9.                                                                                                                        

  

Таблица 4.1. 

Зависимость  оптимального от   при различных значениях вероятности безотказной работы исходной схемы  
 
 
 
 
 
 
 

20 

30 

40 

50 

60 

70 

80 

90 

100 

81 

59 

45 

30 

22 

16 

13 

10 

82 

64 

48 

32 

23 

17 

15 

11 

84 

66 

52 

33 

24 

18 

16 

12 

86 

68 

54 

34 

25 

20 

17 

13 
 

  
 
 

Рис. 4.9. График зависимости   при различных  значениях  

    вероятности безотказной работы  исходной схемы 

Из графика приведенного на рис. 4.1 видно, что при малых значениях величины оптимального объема встроенного контроля  большие и при различных вероятностях безотказной работы исходной (контролируемой) схемы несколько отличны друг от друга. С увеличением   снижается величина . И если верхним пределом величины объема встроенного контроля было определено значение приближенно равное 30%, то нижней границей  можно считать величину приближенно равную 10%. Таким образом, эффективная величина объема встроенного контроля цифровой системы лежит в диапазоне от 10% до 30% от величины объема контролируемого оборудования. 

  

  

5. ТЕХНИЧЕСКИЕ  СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ  ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ 

  

5.1.Логические  зонды и токовые индикаторы 

  

Конструктивная  компоновка современных цифровых систем включает ТЭЗ, сменные цифровые платы, заменяемые при ремонте. Поиск неисправностей  в таких устройствах при использовании традиционной контрольно-измерительной аппаратуры не дает приемлемых результатов,  а в ряде случаев является практически невозможным [1,21,47,53]. 

Традиционной  контрольно-измерительной аппаратурой  являются осциллографы, которые позволяют  наблюдать на экране форму и последовательность сигналов и измерять их параметры. Для  контроля редких и однократных сигналов применяются запоминающие осциллографы, которые имеют достаточно высокую  скорость записи, однако они имеют  конечное время воспроизведения  регистрирующих сигналов. Более совершенными являются цифровые осциллографы, которые  преобразуют исследуемый сигнал в цифровую форму и записывают полученные данные в быстродействующее ЗУ. 

         Этапы регистрации и индикации  разделены, а качество изображения  не зависит от условий регистрации.  Поэтому цифровые осциллографы  могут, как угодно долго воспроизводить  форму как однократного, так и  периодического сигнала.  

         Применение МПК в современных  осциллографах расширяет функциональные  возможности, которые обеспечивают  измерение напряжения на любом  участке сигнала, напряжения между  произвольными точками сигнала,  измерение размаха и временного  интервала сигнала, нахождение  локальных  максимальных  и   минимальных значений сигналов  и т.п. 

         Несмотря на широкие возможности  осциллографов, применение их  при диагностировании цифровых  устройств ограничено длиной  входных последовательностей импульсов.  Если длина входных последовательности равна десяткам или сотням тактовых интервалов, наблюдение ее на экране осциллографа становится практически невозможным. При этом изменение одного бита данных в цифровых устройствах может сделать всю цифровую систему неработоспособной. 

Сложные контрольно-диагностические средства позволяют проводить диагностику  в цифровой плате с точностью  до нескольких возможных источников неисправностей.  Это объясняется  тем, что функциональный контроль осуществляется со стороны определенных  контактов  схемы (внешних выводов или разъемов). При этом некоторые точки являются недоступными, в связи, с чем возникает  неопределенность диагностики неисправностей. Логические зонды позволяют контролировать уровень постоянного или переменного  напряжения в исследуемой точке  схемы. При этом индикатор расположен непосредственно на приборе, а сами логические зонды используются для  измерения логических состояний  внутренних узлов цифровой платы. Эти  электрические методы диагностики  основаны на исследовании электрических  сигналов, поступающих с исследуемых  цифровых плат. В большинстве случаев  на этапе эксплуатации цифровые платы  лакированы и нет возможности  обеспечить гальваническую связь средств  диагностики с самим объектом диагностики. В этих случаях поиск  несправных элементов, осуществляемых с помощью различных средств  диагностики сопряжен с нарушением лакокрасочного покрытие цифровой платы. Принимая во внимание высокую плотность используемого печатного монтажа, это может привести к коротким замыканиям проводников или выводов интегральных микросхем (ИМС). Для контроля токов в проводниках плат  печатного монтажа и ИМС, защищенных изоляционным покрытием применяются бесконтактные индикаторы импульсных токов, осуществляющих индикацию без разрыва токопроводящих проводников и нарушения изоляции [47,53]. Эти индикаторы могут применятся для поиска замыканий, разрывов цепи, неисправностей в схемах монтажной логики и в шинах с тремя состояниями. Метод бесконтактного измерения импульсных токов, основанный на применении миниатюрных магниточувствительных элементов, устанавливаемых в непосредственной близости от проводников с измеряемым током [47,53]. Бесконтактный контроль тока обеспечивает возможность съема информации практически с любых внутренних точек проверяемой цифровой платы. При этом активизация используемых цепей обеспечивается генератором стимулирующих импульсов, а регистрация протекающих токов – бесконтактным токовым индикатором, измеряющим амплитуду любого импульса в импульсной последовательности.  

Рассмотрим  принцип контроля, осуществляемого  без разрыва токопроводящих соединений и нарушения защитных покрытий на примере устройства диагностирования К762 [43]. Устройство диагностирования электронной  аппаратуры К762 предназначено для  контроля и измерения амплитуды  импульсов электрического напряжения и тока на проводниках печатных плат. Устройство состоит из бесконтактного цифрового индикатора импульсных напряжений Ф7243,бесконтактного цифрового индикатора токов Ф7244, генератора стимулирующего Ф7244С и блока питания. 

Основные  технические данные: 

1. Пороговые  уровни индикации амплитуды импульсов  напряжения и токов в диапазоне  частот от 10 до 10 Гц: 

от 0,5 до 4В с дискретностью 0,5 В; 

от 1 до 8В с дискретностью 1В; 

от 1 до 8  А  с дискретностью 1  А; 

от 10 до 80 А с дискретностью 10 А. 

2. Устройство  имеет выход для подключения  осциллографа, обеспечивающий возможность  наблюдения на его экране амплитуды  контролируемых импульсов напряжения  и тока; 

3. Устройство  позволяет производить калибровку  индикатора напряжений и индикатора  токов; 

4. Время  установления рабочего режима  устройства  не более 5мин; 

5. Продолжительность  непрерывной работы устройства  не менее 12ч; 

6. Потребляемая  мощность не более 18ВА; 

7. Питание  устройства осуществляется от  сети однофазного переменного  тока напряжением (220+22)В, частотой (50+1)Гц. 

Индикаторы  напряжений и токов выполнены  в виде щупов с конусной частью. Чувствительные элементы напряжений и  токов выполнены в виде цилиндрических наконечников (зондов), которые вставляются  в гнездо, расположенное в конусной части индикаторов. На корпусе индикаторов напряжений и токов расположены: диск  переменного резистора КАЛИБРОВКА, переключатель МНОЖИТЕЛЬ и цифровое табло. Генератор стимулирующий выполнен в виде щупа. В конусной части щупа расположен металлический штырь с заостренным концом для подачи стимулирующих импульсов на проверяемые узлы печатных плат. Блок питания выполнен в виде отдельной коробки. 

 Рассмотрим  работу индикатора напряжений  Ф7243 (рис.5.1).  

Чувствительный  элемент Е воспринимает электрическую составляющую электромагнитного поля контролируемых импульсов напряжения и преобразует ее в сигнал электрического напряжения. Сигнал чувствительного элемента усиливается предварительным усилителем. С выхода предварительного усилителя сигнал поступает на согласующий усилитель. Усиленный сигнал поступает на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) взвешенного кодирования. Для преобразования выходного кода АЦП в семисегментарный код индикатора НG служит дешифратор. Сброс показаний отсчетного устройства осуществляется автоматически с помощью генератора сброса.  

 Для  исключения зависимости от скважности  следования импульсов сигнал  с предварительного усилителя  дифференцируется с помощью дифференциальной  цепочки, составленной из конденсатора  Сg  и входного сопротивления согласующего усилителя. Переключатель SА служит для выбора требуемого  предела измерений. 

Рассмотрим  работу индикатора токов Ф7244 (рис. 5.2). Чувствительный элемент Н воспринимает магнитную составляющую электромагнитного  поля контролируемых импульсов и  преобразует ее в сигнал электрического напряжения. Сигнал напряжения чувствительного  элемента через повышающий трансформатор (входной) ТВ поступает на предварительный  усилитель (Пр.ус). С выхода Пр.ус. сигнал через делитель R1, R2   и переключатель  SА множитель, служащий для выбора требуемого предела измерений, поступает на согласующий усилитель (С. ус.) Усиленный сигнал поступает на АЦП взвешенного кодирования. Для преобразования выходного кода АЦП в семисегментный код индикатора НG служит дешифратор. Сброс показаний отсчетного устройства осуществляется автоматически с помощью генератора сброса.