Средства контроля и диагностики цифровых устройств

Рис. 5.5. Схема, поясняющая принцип сжатия входной  

                последовательности 

  

Такой метод обработки информации позволяет  отнести сигнатурный анализ к  методам компактного тестирования, для которых характерна возможность  с помощью сравнительно простых  аппаратурных средств наблюдать  поведение сложных цифровых (в  том числе  микропроцессорных) устройств при стимулировании их достаточно длинными (50 бит и более) тестовыми последовательностями. При этом правильная сигнатура на выходе цифровой платы или элемента говорит о том, что выдаваемая ими двоичная последовательность - правильная, т.е. соответствует исправному состоянию.  

Таким образом, путём формирования тестовой последовательности на входах анализируемого цифрового устройства для каждого  его выхода находим эталонные  значения сигнатур, множество которых  запоминается и в дальнейшем используется для сравнения со значениями сигнатур, снимаемых с проверяемых устройств. Любое отличие реально полученной сигнатуры от эталонной свидетельствует  о том, что выход схемы функционирует  отлично от случая исправного состояния  устройства. Причина, вызвавшая отличие  сигнатур на данном выходе, может быть установлена последовательным анализом сигнатур от указанного выхода к входам устройства. 

На рис 5.6. показана структурная схема сигнатурного анализатора. Входной сигнал "Данные" формируется пробником, и после  суммирования по модулю 2 с сигналами, поступающими с определенных разрядов регистра, подается на вход этого регистра. Запись в сдвиговый регистр производится в течение окна измерения, которое  формируется сигналами "Пуск" и "Стоп", с синхронизацией сигналом "Такт". Селектор активного фронта предназначен для выбора полярности перехода для каждого управляющего сигнала в отдельности. При этом любые изменения данных   между   выбранными   фронтами   тактового   сигнала   не фиксируются. По окончании окна измерения содержимое регистра сдвига записывается в память 1 и 2. Перед началом новой записи данных по сигналу "Пуск" производится очистка регистра сдвига. Память 1 хранит полученные данные в течение цикла измерений, во время которого они подаются через дешифратор на индикатор. Память 2 хранит данные обработки, полученные в течение двух соседних циклов измерения. Данные сравниваются на компараторе, и в случае их несовпадения загорается индикатор "нестабильная сигнатура". Такие сравнения позволяют обнаруживать сбои в работе проверяемой схемы. Для обеспечения удобства применения в приборе имеется однократный режим, в котором сигнатура измеряется только в самом окне измерения.  

Во всех случаях при работе с сигнатурными анализаторами должны соблюдаться  следующие правила:  

1)     окно измерения, формируемое сигналами  "Пуск" "Стоп", должно имеет  постоянную величину (число управляющих  фронтов тактового сигнала должно  быть постоянным) и синхронизировано  с работой всех узлов; 

2)     данные должны быть синхронные  и стабильны во время запускающего  и останавливающего фронтов тактового  сигналов. При этом должно учитываться  время установления данных; 

3)     Пуск и остановка сигнатурного  анализатора могут быть связаны  между собой с помощью любой  из четырех допустимых комбинации  фронтов сигналов, формирующих окно  измерений.   

Алгоритм  поиска неисправностей методом измерения  сигнатур достаточно прост: для этого  оператору необходимо лишь установить режим исполнения тестовой программы  и затем, прослеживая сигнатуры  в контрольных точках схемы от выходов к входам найти элемент, у которого входные сигнатуры  правильны, а выходная – нет.  
 
 
 
 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  
 
 

5.4. Методика  измерения  эталонных сигнатур  и построения алгоритмов поиска  неисправностей с использованием  сигнатурного анализа 

  

Как указывалось  ранее, метод сигнатурного анализа  требует в режиме проверки контролируемый    узел цифрового устройства выполнять  периодически одну и ту же функцию. Это приводит к непрерывно повторяющимся   кодовым комбинациям данных в  узлах всей логической схемы.  Устройство используемое для того, чтобы зондировать точки (узлы) данных в логической схеме, распознает повторяющиеся комбинации данных посредством выдачи метки (сигнатуры), характеризующей накопленную комбинацию данных, возникающую за точно определенной период времени. 

Полученная  сигнатура затем сравнивается с  эталонной сигнатурой,   полученной с помощью цифрового устройства, работающего заведомо правильно. Несоответствие сигнатур (полученных и эталонных) означает, что часть логической схемы функционирует  неправильно. 

Для поиска неисправностей необходимо составить  таблицу эталонных сигнатур и  алгоритм поиска неисправностей. 

Основным  схемоконструктивным фактором, определяющим глубину поиска неисправности, является количество и размещение контрольных точек.  Рассмотрим это подробнее на примере устройства, представляющего собой схему блока опорных частот (БОЧ) каналообразующей аппаратуры [6,23,28]. 

БОЧ предназначен для формирования девяти периодических импульсных сигналов от одного стабилизированного кварцем генератора. Частоты следования импульсов в этих сигналах соответствуют 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 и 256 гармоникам частоты 3840 Гц. 

На рис. 5.8. приведена принципиальная схема  платы «БОЧ».  

Блок  опорных частот    содержит: 

а) задающий генератор; 

б) ключевой усилитель; 

в) делитель частоты; 

г) формирователи; 

д) схему сигнализации. 

Задающий  генератор выполнен на транзисторах Т1, Т2 по схеме двухкаскадного усилителя с кварцевым резонатором ПЭ1 и конденсатором С1 в цепе положительной обратной связи. Конденсатор С1 предназначен для точной установки частот генератора 1966,08 кГц, равной частоте кварцевого генератора. Применение в цепи  обратной связи генератора кварцевого резонатора обеспечивает высокую стабильность генерируемых колебаний.  Генерируемые импульсы с коллектора транзистора Т 2, через разделительный конденсатор С2, поступают на вход ключевого усилителя. 

  
 
 

Рис.5.8. Принципиальная  схема платы блок опорных частот 

  

  

Ключевой  усилитель, выполненный на транзисторе  Т3, уменьшает влияние делителя частоты  на задающий генератор и увиливает  крутизну отрицательного фронта сигнала. С выхода усилителя (коллектор транзисторе Т3) импульсы поступают на вход делителя частоты n = 512. 

Делитель  частоты выполнен на микросхемах  У1…У9, представляющих собой счетные  триггеры. С выходом  микросхем  У2…У9(вывод 9) через резисторы R7…R14 импульсы прямоугольной формы  с частотой следования, соответствующей делению частоты 1966,08 кГц на 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 поступают на входы формирователей Ф1…Ф8. с выхода микросхемы У1 (вывод 9) через резистор  R24 импульсы прямоугольной формы с частотой следования, соответствующей делению частоты 1966,08 кГц на 2, поступают на вход импульсивного усилителя, собранного на транзисторе Т7 и далее на выход блока (Ш1-24). 

К выходу делителя частоты (вывод 9 микросхемы У9) подключены гнезда 3,84 кГц для контроля частоты 3840 Гц и схема сигнализации. 

Измерения сигнатур в этом блоке может осуществляться на выходах элементов делителя частоты, собранного на девяти интегральных микросхемах  типа 217 ТК 1А. Анализ показывает, что  в целях снятия управляющих сигналов для работы устройства сигнатурного анализатора могут быть использованы три контрольные точки: 

А) точка  самой высокой частоты (на выходе кварцевого элемента), с этой точки  снимается сигнал «ПУСК»; 

Б) точка  самой низкой частоты (выход последнего триггера схемы), с этой точки снимается  сигнал «СТОП»; 

В) точка  промежуточной частоты, с этой  точки снимается сигнал «ТАКТ». 

В таблице 5.1. представлены эталонные сигнатуры  на выходы цифровых узлов для методов  СА   

  

Таблица. 5.1.                                                                                                                         

Таблица эталонных сигнатур цифровых устройств

  Выход         

           ИМС 

  

Метод 

Окно  измерения 444 Блок опорных частот 

У9 

5 

У9 

9 

У9 

1 

У8 

1 

У8 

5 

У8 

9 

У7 

1 

У7 

5 

  

СА 

8043 

2СР7 

7276 

8043 

АН8Н 

Н9Н2 

АН8Н 

7742 

  
 

 

У7 

9 

У6 

1 

У6 

5 

У5 

1 

У5 

5 

У5 

9 

У4 

1 

У4 

5 

У4 

9 

У3 

1 

0329 

2А8А 

0329 

Н053 

3291 

Н053 

911Р 

0329 

2А8А 

0329