Методи та алгоритми покомпонентного діагностування цифрових пристроїв, що базуються на реконфігурації їх структури

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вінницький державний технічний університет

УДК 681.518

Методи та алгоритми покомпонентного діагностування цифрових пристроїв, що базуються на реконфігурації їх структури

Спеціальність 05.11.16 - Інформаційно-вимірювальні системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Савчук Тамара Олександрівна

Вінниця - 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі інтелектуальних систем Вінницького державного технічного університету Міністерства освіти України

Науковий керівник: апаратний цифровий інтегральний локальний

кандидат технічних наук, доцент, Юхимчук Сергій Васильович, Вінницький державний технічний університет, професор кафедри інтелектуальних систем

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Локазюк Віктор Миколайович, Технологічний університет Поділля (м.Хмельницький), завідувач кафедри комп'ютерних систем.

кандидат технічних наук, доцент Кичак Василь Мартинович, Вінницький державний технічний університет, професор кафедри мікроелектроніки, оргтехніки та зв'язку.

Провідна установа:

Державний університет “Львівська політехніка”, кафедра “Метрологія, стандартизація та сертифікація”, Міністерство освіти України, м.Львів.

Захист відбудеться “ 16 ” квітня 1999 р. о 12 годині 30 хвилин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.52.02 у Вінницькому державному технічному університеті за адресою:

286021, м.Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького державного технічного університету за адресою: 286021, м.Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

Автореферат розісланий “ 11 ” березня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Юхимчук С.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Вирішення актуальних задач масового випуску високоякісних персональних комп'ютерів різноманітних типів, створення та освоєння серійного випуску нових приладів та засобів автоматизації передбачає присутність відповідного потужного діагностичного забезпечення електроних виробів на всіх етапах їх життєвого циклу. Необхідність такого забезпечення пояснюється тим, що чим пізніше виявляється несправність, тим більше коштів тратиться на її усунення й тим суттєвіше її вплив на якість пристроїв, що виготовляються. Саме цим пояснюється зацікавлення, що проявляється широким колом фахівців як вітчизняних підприємств, так і закордоних фірм, до створення та впровадження автоматизованої діагностичної апаратури. Якщо до недавна автоматизовані діагностичні установки використовувались для виявлення несправностей тільки в складних системах спеціального призначення та системах, що дорого коштують, то зараз без них не обходиться ні одне підприємство. Саме масовість використання діагностичної апаратури характерна для сучасних підприємств, що випускають засоби обчислювальної техніки.

Необхідно відзначити, що тенденції, які вже давно намітилися для вирішення задач підвищення ефективності сучасних засобів діагностування, вказують на доцільність синтезу контролепридатних об'єктів (метод LSSD, BILBO й т. і.). Ефект досягається декомпозицією об'єкту на компоненти, що і визначає такий інтегральний показник процесу контролю, як глибина діагностування цифрових пристроїв. Аналогічні питання актуальні і в системах покомпонентного діагностування, які, завдяки конструктивному доступу багатогольчатого зонду до внутрішніх вузлів цифрового пристрою, володіють більш широкими можливостями реалізації різноманітних підходів до пошуку місця дефектів, ніж відомі методи. Однак можливості подібних засобів обмежені тому, що подача тестових впливів у вузли зв'язаних між собою елементів має свої особливості і визначає ступінь декомпозиції цифрового об'єкту дослідження, а отже, й точність зазначення місця дефектів. Існуючі алгоритми й методи діагностування мають такі недоліки, як значна трудомісткість розробки програм діагностування, висока складність та вартість вимірювальних засобів, відсутність можливості виявлення несправностей функціонування вузлів пристроїв, що діагностуються, за допомогою систем структурного діагностування, недостатньо досліджені питання поєднання різних методів діагностування пристроїв. Шляхи якісного діагностування цифрових приладів слід шукати в ефективному поєднанні структурного і покомпонентного методів діагностування. Швидкість і повнота функціональних перевірок структурного підходу, доповнені можливістю досягнення максимальної глибини пошуку місця дефектів методами покомпонентного діагностування, повинні забезпечити підвищення ефективності та якості цифрових пристроїв. Таким чином, розробка більш ефективних методів й алгоритмів внутрішньосхемного діагностування лишається актуальною науковою проблемою технічної діагностики.

Розвиток означених методів має особливе значення для розвитку науки і виробництва в Україні, бо дозволяє створювати гнучкі модульні системи контролю. Крім того, такі методи й алгоритми знаходять широке застосування у інженерній практиці при аналізі доцільності використання конкретної стратегії діагностування, яка є найбільш ефективною в випадку, що розглядається. Додаткові затрати на вбудовані системи діагностики окупляться за рахунок підвищення надійності систем, що функціонують, і продовження терміну експлуатації без профілактичного огляду, що особливо актуально в зв'язку з необхідністю технологічного прогресу України в галузі інформаційного забезпечення виробництва якісних радіоелектроних виробів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась згідно з тематичним планами виконання НДДКР із коштів державного бюджету Вінницького політехнічного інституту та Вінницького державного технічного університету, узгодженим Міністерством освіти України “Разработка комплекса средств комбинированного диагностирования электронной апаратуры на этапах её производства и эксплуатации” (№ держ. реєстр. 0193U027484), а також з тематичним планом проведення НДДКР у Вінницькому політехнічному інституті на госпдоговірних засадах з НПО “Персей” (м.Москва) “Исследование и разработка эффективных методов и средств контроля, испытаний и диагностики сборочно-монтажного производства” (№ держ. реєстр. 01890077568) та з НДІ ВТТ ПО “Термінал” (м.Вінниця) “Исследование методов и средств обеспечения контролепригодности аналоговых и цифровых блоков” (№держ. реєстр. 01890077569).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є удосконалення та подальший розвиток покомпонентного методу діагностування цифрових об'єктів дослідження за рахунок розробки ефективних машинних процедур пошуку дефектів з урахуванням критичних значень теплофізичних параметрів процесу наведення тестових сигналів, апаратних засобів тестування, що направлені на збільшення глибини діагностування, а також методів, що базуються на реконфігурації структури об'єкту дослідження, при недопущенні вторинних дефектів. В рамках викладеного вище, для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі необхідно вирішити наступні питання:

На підставі аналізу теплофізичних особливостей процесів наведения тестових сигналів у внутрішні вузли цифрового об'єкту дослідження розробити моделі процесу їх бездефектного тестування.

Розробити методику та ефективні процедури діагностування, що дозволять на основі формування мінімальних компонентних структур прискорити процес бездефектного діагностування всього цифрового пристрою.

Розробити методику діагностування компонентів цифрових пристроїв на основі формування структур із застосуванням штучних каналів передачі тестової інформації.

Розробити алгоритм аналізу тестопридатності цифрових пристроїв.

Розробити апаратні засоби та програмне забезпечення для систем, що основані на реконфігурації структури цифрових пристроїв.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна роботи полягає в одержанні наступних результатів:

Запропонована математична модель, що описує теплофізичні процеси наведення тестових впливів у контрольні точки цифрового об'єкту дослідження з урахуванням часового фактору.

Вперше розроблена методика корекції програм тестового контролю компо- нентів з метою оптимізації процесу бездефектного діагностування по часу.

Розроблено модифікований -алгоритм пошуку векторів початкових умов діагностування стосовно систем зазначеного класу, реалізація якого забезпечить бездефектне наведення тестових сигналів у внутрішні контрольні точки цифрового пристрою.

Запропонована нова методика діагностування цифрових об'єктів з метою спрощення і прискорення процесів тестового пошуку місця дефектів, яка основана на зміні структури об'єкту дослідження на час діагностування за рахунок введення додаткових штучних каналів передачі тестової інформації.

Розроблено алгоритм аналізу тестопридатності компонентних структур цифрових об'єктів, який дозволяє на підставі аналізу складності реалізації бездефектного тестового контролю цифрових пристроїв приймати рішення про застосування в кожному конкретному випадку найбільш ефективного методу покомпонентного діагностування для систем зазначеного класу: такого, що базується на реконфігурації структури об'єкту дослідження, пофрагментного, або методів контролепридатного проектування.

Запропоновані структурна схема системи покомпонентного діагностування та схема блоку контролю цифрових інтегральних схем, розроблено програмне забезпечення, що реалізує запропоновані методи і алгоритми.

Практичне значення одержаних результатів. Практичне значення роботи полягає в тому, що апаратні й програмні засоби систем покомпонентного діагностування, які розроблені на основі методів, що були запропоновані, дозволили збільшити глибину пошуку дефектів цифрових пристроїв, а також в 1,15-1,5 раз скоротити загальний час реалізації їх програми тестового контролю в умовах серійного виробництва. Розроблені програмні засоби стосовно методик й алгоритмів покомпонентного діагностування можуть бути використані в інженерній практиці, як для отримання конкретних результатів функціонування цифрових пристроїв, так і для прогнозування результатів їх діагностування. Запропоновані структурні схеми системи покомпонентного діагностування та блоку контролю цифрових інтегральних схем дають можливість практично реалізувати системи діагностування, що орієнтовані на використання розроблених методів. Отримані наукові результати впроваджено на науково-виробничому комплексі “Приладобудівний завод” (м.Вінниця). Впровадження підтверджується відповідним актом.

Особистий внесок здобувача. Всі основні положення дисертаційної роботи, запропоновані методи й алгоритми діагностування відносно систем зазначеного класу, розроблені здобувачем самостійно.

Апробація результатів. Викладені в дисертаційній роботі результати досліджень доповідалися на 7 наукових конференціях, серед них: науково-технічна конференція з міжнародною участю “Приборостроение-96” (Судак, 1996р.), міжнародний симпозіум “Наука и предринимательство” (Львів, 1997р.), науково-технічні конференції у ВДТУ в 1995-1998р.р., науково-технічна конференція “Приборостроение-97” (Симеїз, 1997р.).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані в 3 статтях, 5 матеріалах і тезах наукових конференцій.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, заключення, додатків й списку використаної літератури з 85 найменувань. Робота викладена на 225 сторінках друкованого тексту і складає 195 сторінок основного тексту, з них - 63 рисунки, 8 таблиць й 8 додатків, що містять практичну реалізацію запропонованих методик і алгоритмів, а також результати їх роботи у вигляді програмного забезпечення та акт впровадження результатів досліджень.

Основний зміст роботи

У вступі розкрито стан наукової проблеми, її значущість, обгрунтовано необхідність проведення наукових досліджень, їх актуальність та доцільність для розвитку технічної діагностики. Викладено зв'язок проведених досліджень з тематичними планами проведення НДДКР у Вінницькому політехнічному інституті та Вінницькому державному технічному університеті. Сформульовано мету дисертаційної роботи, визначено наукову новизну одержаних результатів та їх практичне значення.

В першому розділі проведено аналіз фізичних властивостей прояву і пошуку дефектів в цифрових пристроях. Удосконалення технології виготовлення інтегральних схем ускладнило контроль і діагностування як великих і надвеликих інтегральних схем (ВІС і НВІС), так і пристроїв, побудованих на їх базі. Аналіз показав, що багато видів дефектів інтегральних схем (ІС) виявляються при підвищенні температури або напруги живлення. Виявлення означених дефектів традиційними засобами не дає бажаних результатів. Процес пошуку дефектів будь-якої ІС супроводжується розігрівом переходів окремих його вихідних транзисторів і підвищенням температури кристалу і корпуса мікросхеми. Найбільша імовірність пошкодження в результаті протікання струму в режимі примусової зміни рівнів сигналів характерна для вихідних каскадів пристрою, для яких виконується примусова зміна рівнів вихідних сигналів. Результати досліджень динаміки зміни температури р-п-переходів при внутрішньосхемному діагностуванні ІС показують, що забезпечення заданих характеристик ІС можливе, якщо перевірка вузла внутрішньосхемним методом виконується за час, що не перевищує критичне значення, зумовлене періодом вірогідного контролю. В загальному випадку час вірогідного контролю визначається співвідношенням між додатковою потужністю, що підводиться до вузла, і властивістю цифрової ІС розсіювати цю потужність. Слідством розбалансу між напругою, що підводиться та потужністю, що розсіюється, є інтенсивне підвищення температури р-п-переходів, яке може призвести до руйнування внутрішньої структури ІС і появи в об'єкті діагностування вторинних дефектів.

В роботі проведено порівняльний аналіз методів тестового діагностування цифрових пристроїв (ЦП): структурного, покомпонентного і комбінованого. Контроль ЦП методом покомпонентного діагностування здійснюється шляхом декомпозиції (розбиття всієї схеми на складові), а після цього перевірки кожної частини (компоненту) схеми методом стимулювання внутрішніх точок цифрового пристрою імпульсними сигналами, що забезпечують необхідні стани на входах цифрових компонентів, що тестуються, і оцінці відгуків на їх виходах. В роботі проаналізовані технічні рішення, що реалізують методи бездефектного контролю цифрових пристроїв та приведено переваги й недоліки систем покомпонетного діагностування. На основі проведеного аналізу методів тестового діагностування цифрових об'єктів дослідження сформульовані основні задачі досліджень в дисертаційній роботі.

Другий розділ присвячено питанням розробки методики і алгоритму забезпечення умов бездефектного контролю цифрових об'єктів, що є одним з основних етапів запропонованого методу покомпонентного діагностування ЦП, який базується на реконфігурації їх структури.

Проведено аналіз основних теплофізичних процесів, що протікають при наведенні тестових сигналів у внутрішні контрольні точки різних цифрових об'єктів дослідження засобами покомпонентного діагностування. Визначено основні розрахункові характеристики теплофізичних процесів, що протікають у вихідних каскадах зв'язаних між собою елементів структури цифрових об'єктів. Встановлено, що екстремальні параметри подачі тестових сигналів у внутрішні вузли зв'язаних між собою елементів об'єкту дослідження обмежені значеннями потужності Pгран, температури Tгран і часу tі max. Означені параметри визначають бездефектний характер наведення сигналів вектору установочного набору (УН) Liун, що забезпечує вектор початкових умов діагностування (ПУД) для кожного елементу ЦП. При цьому, максимально допустима температура розігріву, а, отже, і час примусової зміни рівней тестового сигналу, що наводиться, tроз, обмежені значенням, при якому спостерігається аномальна зміна характеристик транзисторів. Умови забезпечення теплового режиму мікросхем середньої і великої потужності визначаються як:

Ргран ( Тк гран - Т*гран)/RТ , (1)

де Ргран, Тк гран, Т*гран - гранично допустимі значення відповідно: потужності що розсіюється; температури кристалу мікросхеми; температури навколишнього середовища (для середніх мікросхем), або температури корпусу мікросхеми (для великих мікросхем); RТ - тепловий опір. Аналіз показав, що характер процесу нагрівання мікросхеми при примусовій зміні рівнів сигналів має вигляд:

Tк гран - T* гран Pгран RТ (1 - exp(-tі / )) (2)

а процесу охолодження:

Tохол = T* exp( tп/ ), (3)

де Тохол - температура, до якої необхідно проводити охолодження мікросхеми, T* - температура навколишнього середовища, tі(tп) - час подачі імпульсу (паузи) потужності. Максимальний час примусової зміни рівнів сигналів tі max, з точки зору обмеження перегріву мікросхеми, може бути визначений як:

tі max ln(1 - (Tк гран - Tс гран)/ (Pгран )). (4)

Розроблено метод бездефектного наведення сигналів тестового контролю у внутрішні контрольні точки цифрових об'єктів. Згідно запропонованому методу, процес тестування компонентів ЦП, для яких час реалізації їх програм діаг- ностування перевищує розраховане значення часу бездефектного наведення сигналів, являє собою послідовність періодів природнього розігріву напів- провідникових структур мікросхем ЦП (час реалізації тестових векторів) і ви- мушених тимчасових інтервалів їх охолодження (тестові вектори не подаються). При цьому підході формуються мінімальні компонентні структури об'єктів діаг- ностування з урахуванням забезпечення векторів електричного захисту елементів. З метою оптимізації процесу діагностування встановлено, що час реалізації програм тестового контролю всього ЦП може бути зменшений за рахунок певного упорядкування векторів тестової матриці того або іншого компоненту ЦП.

Нехай задано тестову матрицю Тi ={tpqp, q}, де n(m) - відповідає кількості її рядків (стовпчиків), а tpq{0,1} характеризує значення тестових сигналів. Нехай також кожному тестовому сигналу tpqTi відповідає деякий інтервал часу його реалізації в процесі діагностування i-ого компоненту пристрою: pq=1 або pq=0, де 1(0) - час подачі сигналу логічної одиниці (логічного нуля). Тоді будь-якому стовпчикові tqTi тестової матриці компоненту відповідає упорядкована послідовність (1,2,…,k) тимчасових інтервалів, що відповідають об'єднаним групам сигналів логічної одиниці або логічного нуля, й для будь-якого з них виконується рівність , де i; k - кількість інтервалів розбиття. При цьому якщо існує хоча б один вектор-стовпчик матриці Тi, для якого справедлива умова узгодженості, коли ( tj) ( tроз), то такий вектор tj Ti (а, отже, і всю матрицю Ti) необхідно коректувати, бо виконання цієї умови призводить до ситуації, при якій порушуються параметри бездефектного теплового режиму тестового контролю елементів пристрою. Процес корекції полягає в упорядкуванні множини векторів-рядків (Тi={tрр}) таким чином, щоб число ситуацій, при яких виконується невідповідність умові узгодженості, була зведена до мінімуму. На підставі методу корекції тестових матриць розроблено алгоритм їх упорядкування.

Розроблено метод пошуку векторів установочних наборів (УН), реалізація яких забезпечує непошкоджуюче наведення тестових сигналів у внутрішні контрольні точки об'єкту дослідження. В основі запропонованого методу лежить модифікований -алгоритм.

В и з н а ч е н н я. Мінімальним компонентом Vi V називається фрагмент структури об'єкту дослідження, для якого виконуються умови діагностичного експерименту і Vi= min.

В загальному випадку компонентом ЦП може бути фрагмент схеми, причому, якщо в склад кожного компоненту входить тільки один елемент, то це відповідає максимальній глибині пошуку дефектів пристрою, а сам процес діаг- ностування є поелементним. З формальної точки зору будемо вважати, що кожному елементу viV схеми ЦП відповідає множина вхідних тестових векторів Di={dik=(dki,1, dki,2,…, dki,m)1 k }, подача яких встановлює на виході елементу логічну одиницю, де dki - вектор вхідних сигналів елементу vi, а

O, що відповідає сигналу логічного нуля;

dki,j = 1, що відповідає сигналу логічної одиниці;

, що відповідає байдужому стану j-ого входу елементу vi.

- множина входів елементу vi.

Знаходження вектору Liун зводиться до визначення мінімальної підмножини Eiw E найближчих внутрішніх контрольних точок (що відповідають провідникам ЦП), подача в які сигналів логічного нуля встановить вектор Liун для елементу vi. В подальшому, для зручності, будемо вважати, що EiwE0=, для кожного елементу viV, де E0E - підмножина дуг, що відповідають виводам краєвого роз'єму ЦП. Математична задача знаходження вектору Liун для кожного елементу vi пристрою зводиться до обчислення термів dikD, булевих функцій, що входять в ДНФ. Вони реалізують елементи vjViw об'єкту, що досліджується, де Viw={vj(ljEiw)(Пр li=vj)} - множина елементів ЦП, входи яких безпосередньо зв'язані з множиною дуг Eiw; dik - вектор сигналів, для якого виконується умова (di k, di k )(dik ,1), що досягається при реалізації -алгоритму шляхом заміни всіх di,k=1 на значення di,k=. На підставі методу забезпечення умов непошкод- жуючого контролю ЦП розроблено алгоритм їх бездефектного діагностування.

Третій розділ присвячений розробці покомпонентного методу діагностування цифрових пристроїв в умовах непошкоджуючого контролю, що базується на реконфігурації їх структури. Нехай структура зв'язаних між собою елементів принципової цифрової схеми об'єкту дослідження представлена у вигляді орієнтованого графа G(V,E), де V={Vii}-множина компонентів ЦП, E={ejj} - множина дуг, що відповідають функціональним зв'язкам (позначимо їх як контрольні точки КТ) між компонентами ЦП. Поставимо також у відповідність кожній з дуг ekE, де k, графа G підмножину значень тестових сигналів lk{0, 1,}, що необхідні (при подачі їх в дану КТ) для забезпечення умов електричного захисту компонентів ЦП, де 0(1) - cигнали логічного "0” (логічної “1"), ={o1} - байдужі значення сигналу в даній КТ. Позначимо множину дуг, що входять (виходять) в(з) вершину vi, як Г+(Vi)(Г-(Vi)), а також загальну множину дуг, інцидентних вершині vi, як Г(Vi), де Г(Vi)=Г+(Vi)Г-(Vi). Тоді Liпу=(l1,l2,..,lr) ПУД i-го компоненту ViV будемо вважати заданим, lp Li ну lp=1, де r=Г+(Vi), p, Vi - i-ий компонент ЦП,Vi 1. Пошук підмножини (найближчих) внутрішніх КТ (позначимоим їх як ESE, S), а також значень відповідних тестових сигналів, подача яких в відповідні (ES) КТ забезпечує встановлення вектору Liпу. Час установки i(t) вектору Liун в основному визначає ступінь декомпозиції об'єкту дослідження і обмежений значенням tроз для зазначеного класу схем покомпонентного діагностування.

В и з н а ч е н н я. Під ступенем декомпозиції об'єкту будемо розуміти множину компонентів розбиття графа G, для яких тестування виконується незалежно один від одного, а також справедливо, що , де(Vi, Vj) V, а Vi Vj =, ij. Тоді, час tik реалізації програми тестового контролю компоненту ViV, з урахуванням температурного режиму наведення сигналів, можна визначити, як ti k = tроз - i(t).

В и з н а ч е н н я. Під довжиною zi компоненту Vi V будемо розуміти таке число зв'язаних між собою елементів підмножини iVi*, де i={Vpp}, а також Vp(Vqi)(Г-(Vp)Г+(Vq)), pq, а q1,zi (виняток складають елементи Vzi i, для яких Г-(Vzi) Г+(Vi*), де zi), при якому час настанови вектору Liун максимальний. Тоді, час i(t) визначиться, як i(t), де p - час затримки сигналу p-го елементу підмножини i; zi- довжина компоненту Vi, а kp - число імпульсів, що подаються на вхід p-го елементу. Тоді, знаючи час i реалізації одного тестового вектору компоненту Vi, знаходимо число (i) тестових векторів, що можуть бути подані за час tik , як i=tik/i.

В и з н а ч е н н я. Назвемо вираз показником ступеня тесто- придатності компоненту ViV, де Ti - множина тестових векторів компоненту Vi.

Об'єкт будемо вважати повністю тестопридатним, стосовно систем покомпонентного діагностування (СПД), якщо при заданому значенні виконується умова ViVi 1. В випадку, коли 1 необхідно застосовувати методи контролепридатного проектування. Прагнення до зменшення загального часу тестового контролю об'єкту припускає такий варіант формування компонентної структури, при якому вираз 1 і виконується для будь-якої виділеної підмножини елементів об'єкту. Розроблено узагальнений алгоритм формування компонентної структури об'єкту при заданій складності компонентів, що не повинна перевищувати, наприклад, значення (задане обмеження на тестопридатність). Введення штучних каналів передачі тестової інформації в структуру об'єкту дослідження на час проведення діагностичного експерименту (ДЕ) дозволяє використати особливості фізичних процесів, що можуть протікати при взаємодії логічних елементів, що скомутовані певним чином. Цей підхід найбільш ефективний, коли замикання деякої підмножини внутрішніх контрольних точок дозволяє формувати, наприклад, структури, що генерують (фрагменти схем ЦП, охоплені контурами зворотних зв'язків), або утворює фрагменти послідовно з'єднаних елементів тільки на період проведення тестового контролю об'єкту дослідження. В роботі запропоновані різні алгоритми формування штучних структур, що генерують, бо процес генерації в колах ЦП можна викликати двома способами: з використанням вбудованого генератора в засобах діагностування, а також організацією процесу формування послідовності імпульсів в штучно скомутованих елементах ЦП. Проаналізовано особливості функціонування зазначених штучних структур компонентів.

Четвертий розділ присвячено розробці програмно-апаратних засобів покомпонентного тестового контролю. Розроблено алгоритм аналізу тестопридатності компонентної структури цифрового об'єкту, що враховує топологічні особливості включення кожного елементу пристрою, що дослід- жується в структурі об'єкту (вузли розгалуження, контури зворотніх зв'язків). На підставі проведеного аналізу тестопридатності структури об'єкту дослідження розглянуті методи введення апаратної надлишковості з метою підвищення конт- ролепридатності цифрових об'єктів застосовно для систем покомпонентного діагностування. В роботі обгрунтовано вибір структурної схеми СПД з урахуван- ням розроблених в даній дисертаційній роботі алгоритмів і методик, що дозволить за рахунок реконфігурації структури об'єкту дослідження (шляхом комутації внутрішніх контрольних точок) формувати штучні фрагменти схем, що спро- щують і прискорюють процес тестового контролю. Рішення задачі проектування СПД вимагає іти на компроміс між відомими методами проектування складних об'єктів і досвідом розробника систем тестового пошуку дефектів. Розроблена програмна і апаратна підтримка систем покомпонентного діагностування спільно з вже існуючими методиками тестового контролю ЦП підвищує ефективність СПД за рахунок здійснення аналізу топології об'єкту дослідження і вибору раціо- нальних стратегій діагностування різних цифрових пристроїв. Проведено порів- няльну оцінку ефективності застосування методів внутрішньосхемного тестового контролю цифрових пристроїв з використанням пріоритетної функції: поелементного, пофрагментного й такого, що базується на реконфігурації структури об'єкту дослідження. Проведено оцінку ефективності СПД цифрових пристроїв. Оцінено такі важливі параметри систем покомпонентного діагносту- вання, які базуються на використанні методів й алгоритмів, що розроблені в цій дисертаційній роботі, як глибина пошуку дефектів та загальний час реалізації програми тестового контролю цифрового пристрою.

Висновки

Сукупність результатів досліджень, що приведені в роботі, дозволяє удосконалити метод покомпонентного діагностування. Результати, що отримані у дисертаційній роботі, є важливим ланцюгом локальних мереж гнучкого автоматизованого діагностування цифрових пристроїв, в яких виконується вибір оптимальних стратегій, методів та засобів діагностування в залежності від структури об'єкту дослідження, топології включення його елементів, мети діагностування та інших факторів. Це має велике практичне значення й дозволяє розв'язувати актуальну для економіки України задачу випуску високоякісних радіоелектронних виробів. Запропоновані алгоритми, що реалізують методи, які розроблено в роботі, можуть бути використані в інженерній практиці, як для розв'язку задач діагностування цифрових пристроїв, так і для прогнозування їх результатів. Запропоновані структурні схеми системи покомпонентного діагностування та блоку контролю цифрових інтегральних схем дають можли- вість практично реалізувати системи діагностування, що орієнтовані на використання розроблених методів.

В дисертаційній роботі отримані такі наукові та практичні результати:

На основi аналiзу сучасних технологiй виготовлення елементiв цифрових пристроїв розроблено методику бездефектного наведення тестових сигналiв у внутрiшнi контрольнi точки об'єктiв дослiдження з урахуванням теплофiзичних параметрiв подачi тестових векторiв, а також часового фактора. Запропоновано математичну модель опису процесу послiдовного тестування компонентних структур цифрових об'єктiв, що є основою розробки нових та удосконалення відомих методик покомпонентного діагностування ЦП. Відзначена модель може бути використана для елементів різних технологій виготовлення. При цьому пiдходi сiнтезуються мiнiмальнi компонентi структури об'єктiв дiагностування з урахуванням забезпечення векторів електричного захисту елементiв (а також без них).

Запропоновано метод корекцiї програм тестового контролю компонентiв з метою оптiмiзацiї процесу бездефектного дiагностування по часу. Такий пiдхiд передбачає упорядковування векторiв-рядкiв матриці компонентiв, який зменшує число ситуацiй, що припускають вимушенi останови процесу тестового контролю i аналiзу їх теплофiзичних параметрiв. Аналіз показав, що використання методики, яку розроблено, дозволить збільшити глибину пошуку дефектів цифрових пристроїв, а також скоротити загальний час реалізації програм тестового контролю в 1,15 - 1,5 раз.

Розроблено модифiкований -алгоритм з метою утворення компонентної структури цифрового пристрою на основi бiблiотеки установочних векторiв. При цьому бездефектнiсть процесу контролю досягається за рахунок подачi у внутрiшнi вузли об'єкту дослiдження спецiальних сигналiв установочного вектору, що забезпечує динамiчну реалiзацiю тестових векторiв на входах об'єкту, який перевiряється. Протиріччя подачi таких векторiв установочного набору обумовлює перевiрку даного елементу в складi iншого фрагменту. Розроблений модифікований -алгоритм дозволяє визначати мiру контролепри датностi цифрових об'єктiв стосовно систем покомпонентного дiагностування.

З метою спрощення i прискорення процесiв тестового пошуку мiсця дефектiв запропоновано метод реконфігурації структури цифрових об'єктiв на час проведення діагностичного експерименту. Такий пiдхiд припускає аналiз топологiї включення елементiв кожної схеми, що дослiджується, i введення тiльки на час дiагностування об'єкту дослiдження додаткових штучних каналiв передачi тестової iнформацiї мiж внутрiшнiми контрольними точками цифрових пристроїв. Зазначена реконфігурація цифрових об'єктiв дозволяє формувати штучнi фрагменти схем, що спрощує апаратнi витрати засобiв дiагнос- тування i прискорює прийняття рiшення в процесi тестового контролю цифрового пристрою.

На пiдставi запропонованих алгоритмiв i методів розроблено алгоритм аналiзу структури об'єкту дослiдження, що дозволить з урахуванням складностi реалiзацiї бездефектного тестового контролю цифрового об'єкту забезпечити розробку контролепридатних об'єктiв стосовано систем покомпонентного дiагностування.

Запропоновано структурні схеми систем покомпонентного діагностування та блоку контролю цифрових інтегральних схем, які дають можливість практично реалізувати системи діагностування, що орієнтовані на використання запропонованих методів й алгоритмів.

Розроблено програмнi засоби систем тестового контролю: програма, що реалізує алгоритм упорядкування векторів-рядків тестових матриць; програма, що реалізує модифікований -алгоритм з урахуванням фактору часу; програма, що аналізує структуру об'єкту дослідження. Це дозволяє створити інструмент, який можливо широко використовувати в інженерній практиці.

Запропонованi засоби впровадженi на науково-виробничому комплексі “Приладобудівний завод”, що дозволило підвищити рівень якості радіоелектронних виробів, які випускаються підприємтвом, а також спростити ремонто-відладочні роботи обслуговуючим персоналом в умовах їх серійного та масового виробництва.

Список опублікованих автором праць за темою дисертації