Обзор исследования оборудования для диагностики неисправностей цифровых модулей на основе метода без параметров

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственный технический университет им. Ле Куй Дона

Обзор исследования оборудования для диагностики неисправностей цифровых модулей на основе метода без параметров

Нгуен Минь Хонг,

кандидат технических наук, старший преподаватель;

Нгуен Хыу Шон,

кандидат технических наук, декан,

факультет технического управления,

г. Ханой

Аннотация

В настоящее время в мире возникает множество компаний, занимающихся исследованием и созданием оборудования проверки модулей, печатных плат, ИС… для цифровых модулей, отдельных блоков в соответствии с новыми технологиями. Однако диагностика неисправностей современных цифровых электронных модулей без принципиальной схемы остаётся сложной и актуальной проблемой. В данной статье представлена принципиальная схема проверки и диагностики неисправностей цифровых электронных модулей и электронных компонентов. А также представлен метод исследования и проектирования оборудования для проверки и диагностики неисправностей цифровых электронных модулей, на основе параметрического и функционального метода, с использованием продуктов Huntron и построена процедура проверки и диагностики неисправностей цифровых электронных модулей при использовании представленного оборудования.

Ключевые слова: цифровой электронный модуль, параметрический метод тестирования, функциональный метод тестирования, оборудование для диагностики неисправностей.



Abstract

Overview of the study of equipment for diagnostic faults of digital modules based on the method without parameters

^INguyen Minh Hong - PhD in Technical Sciences, Senior Lecturer;

²Nguyen Huu Son - PhD in Technical Sciences, Dean,

Faculty of technical control, le quy don university of science and technology,

Hanoi, Socialist Republic of Vietnam

Currently, there are many companies in the world engaged in the research and creation of equipment for testing modules, printed circuit boards, ICs… for digital modules, individual blocks in accordance with new technologies. However, diagnostics of malfunctions of modern digital electronic modules without a circuit diagram is still a complex and urgent problemю This article presents a schematic diagram of checking and diagnosing faults of digital electronic modules and electronic components. Also the authors give method for research and design of equipment for testing and diagnosing faults of digital electronic modules, based on the parametric and functional method, using Huntron products and built a procedure for checking and diagnosing faults of digital electronic modules when using the presented equipment.

Keywords: digital electronic module, parametric method, Functional test method; parametric test method, equipment for fault diagnosis.



Введение

цифровой электронный модуль huntron

В настоящее время, интенсивно развиваются исследования и разработки оборудования для автоматического поиска неисправностей цифровых электронных модулей боевых самолетов. Многие компании и корпорации занимаются исследованием, производством оборудования для автоматического поиска неисправностей, многофункционального устройства, применяемого для разных типов боевых самолетов. В том числе, есть специальное оборудование таких фирм, как ABI Electronics Ltd-UK (оборудование Boardmaster), HMC Sales & Service/ Сингапур (Qmax), Беларусь (Vector - M16), Украина (оборудование Diana), Huntron/США (Huntron Tracker, Access Robotic Probers) и др. Почти все оборудование имеет функцию проверки неисправностей в соответствии с принципом аналогового сигнатурного анализа (ASA), сохраняющего базу данных в импульсной форме, вольт-амперной характеристике и др.

Изделие авторитетной и опытной компании Huntron является более удобным с точки зрения использования и хранения базы данных. Удобство заключается в том, что имеется возможность экспорта базы данных в несколько форматов (PDF, Word, текст…), которые могут быть интегрированы с DSO (Digital storage oscilloscope) и DMM (Digital Multimeter) для проверки при включении питания цепи. Кроме того, изделие компании Huntron имеет некоторые другие функции: легкий поиск, легкий обмен, гибкость в использовании между автоматическим и ручным режимом.

Основа метода и оборудования проверки, поиска неисправностей, представляется в данной статьи, является комбинацией специального оборудования компании Huntron с процедурой отбора данных исправных модулей. Зачем, эти данные используются в качестве основы для сравнения и обнаружения неисправностей.



1. Разработка методов и оборудования для проверки и диагностики неисправностей цифровых электронных модулей

Технологический проект ориентирован на специализированное испытательное оборудование. Несмотря на большое разнообразие типов оборудования, в современном испытательном оборудовании по-прежнему используются следующие основные методы обнаружения неисправностей [1, 3]:

- функциональный метод тестирования (Functional test method);

- параметрический метод тестирования (Parametric test method);

- комбинация этих двух методов.

На рисунке 1 представлен общий принцип работы оборудования для проверки неисправностей цифровых электронных модулей.

Рис. 1. Общий принцип работы оборудования для проверки неисправностей цифровых электронных модулей

Оборудование работает следующим образом:

- Все оборудование контролируется общим компьютером со специальным программным обеспечением для тестирования;

- Компьютер управляет системой создания ложного сигнала возбуждения для создания соответствующих сигналов (цифровых или аналоговых), воздействующих на тестовый объект;

- Приём ответа объекта;

- Программное обеспечение, автоматическое или полуавтоматическое (техническая поддержка), оценивает состояние тестового объекта (обычно сравнивая с имеющимся хорошим образцом) и определяет неисправные элементы (компоненты) или цепи.

а. Испытательное оборудование по функциональному методу

Функциональный метод [4] представляет собой метод проверки функций и измерения динамических параметров электрических цепей, требующих напряжения питания в нормальных рабочих режимах. Затем, система создания ложного сигнала возбуждения создает серию тестовых сигналов, в соответствии с заранее определенным правилом, воздействующих на объект.

В зависимости от функции объекта приемник сигнала с выхода и компьютер анализируют результаты по форме запроса, на основе измерения истинных диапазонов сигнала исправных модулей, при одинаковом воздействии. Иногда, технические специалисты заранее оценивают эти образцы на основе анализа принципиальной электрической схемы или на основе тестов, указанных производителем.

Рис. 2. Блок-схема функционального метода

Блок-схема функционального метода и общая блок-схема испытательного оборудования согласно этому методу представлены на рисунках 2 и 3.

Функциональный метод является простым и незаменимым во всех процедурах проверки оборудования. Однако, этот метод требует большого количества информации об исследуемом объекте, который должен быть полностью включен. Функциональный метод имеет некоторые недостатки:

- Отсутствие технической документации, принципиальной схемы, инструкций производителя по осмотру (или есть, но недостаточно подробностей). Эта проблема часто возникает при использовании нового оружия и оборудования;

- Объект был настолько поврежден, что не мог быть включен во время теста (если включен для проверки, то еще больше повредится или вызовется пожар);

Разработка испытательного оборудования по данному методу определяется следующими этапами:

- разработка программы для каждого конкретного испытательного объекта (каждого модуля)

- создание серии стимулирующих сигналов и получение их реакции в хорошем состоянии.

Рис. 3. Общая блок-схема испытательного оборудования, ремонт блоков

Для каждого теста, технический специалист устанавливает модуль в устройстве и запускает соответствующее программное обеспечение. Результат проверки и анализа опытных тестеров позволяет определить неисправность каждого конкретного компонента или цепи.

b. Испытательное оборудование по параметрическому методу

Параметрический метод [5]: метод измерения статических параметров, который не требует глубокого понимания функции тестового объекта, и это является основным преимуществом данного метода. Результат измерения и проверки позволяет определить, соответствуют ли конкретные физические параметры объекта (тока, напряжение) его хорошему состоянию (выборочные данные), тем самым определяя, какой компонент поврежден.

В настоящее время существует много различных типов оборудования для параметрических испытаний, в которых устройство, использующее метод «Аналоговый сигнатурный анализ» (ASA). Этот метод популярен и эффективен, поскольку он был применен для испытательного оборудования Huntron, используемого в ВМС США. Метод ASA, по существу, позволяет путем измерения вольт-амперной характеристики элемента, цепи, схемы, печатной платы или даже устройства обнаружения причины их отказа.

Тестовое устройство выдает синусоидальный сигнал переменного ограниченного тока на компонент и отображает протекающий ток, падение напряжения и фазовый сдвиг на дисплее.

Величина протекающего тока определяет вертикальное отклонение кривой графика, а падение напряжения на компоненте определяет горизонтальное отклонение кривой графика на экране прибора. Результирующая кривая на экране называется аналоговой сигнатурой исследуемого компонента. Понимание функциональной схемы сигнатурного анализатора является ключом к пониманию того, как аналоговые сигнатуры изменяются от типа тестируемого компонента. Сигнатурный анализ также называется методом «и-1» (метод напряжение-ток), так как индуцированный в исследуемой цепи или компоненте ток является функцией импеданса, и поэтому аналоговая сигнатура может быть представлена как визуализированный закон Ома: и = I*R, где и - напряжение, I - ток, R-сопротивление.

На рисунке 4 ниже представлена упрощенная диаграмма сигнатурного анализатора. Генератор синусоидального сигнала является источником тестового сигнала, подключен к делителю напряжения, состоящему из сопротивлений R_S и R_L. Импеданс нагрузки R_L является импедансом исследуемого компонента. Сопротивление R_L включено

последовательно с внутренним сопротивлением сигнатурного анализатора R_S или сопротивлением источника. Так как сопротивление R_S является постоянным, то величина падения напряжения на исследуемом компоненте и величина тока через компонент, зависят только от величины R_L.

Рис. 4. Блок-диаграмма сигнатурного анализатора (RS - сопротивление источника, VS - напряжение источника, RL - сопротивление нагрузки, FS - частота сигнала источника)

При проверке компонентов или модулей, три параметра: напряжение источника V_S, сопротивление R_S и частоту сигнала источника F_S могут быть изменены. Величина напряжения тестового сигнала V_S может выделить или скрыть характеристики переключения или лавинного пробоя полупроводников. Частота F _S тестового сигнала может выделить или скрыть реактивную составляющую (емкость или индуктивность) компонента или цепи. Сопротивление R_S источника служит для наиболее полного согласования импеданса нагрузки (исследуемого компонента или цепи) и наиболее точного воспроизведения результирующей сигнатуры.

Сигнатуры базовых компонентов, которые являются комбинацией одной или более базовых компонентов: сопротивление, емкость, индуктивность и полупроводник

представлены на рисунке 5. Каждый из этих базовых компонентов реагируют по-своему на тестовый сигнал прибора. Способность узнавать эти базовые сигнатуры на дисплее прибора, является одним из ключевых условий для успешной диагностики неисправностей с помощью метода ASA. Когда компоненты соединены вместе в цепи, сигнатура каждого узла цепи соответствует композиции сигнатур базовых элементов в данной цепи. Например, цепь, состоящая из сопротивления и емкости, имеет сигнатуру, соответствующую сигнатурам резистора и емкости. Сигнатура резистора всегда представлена прямой линией, расположенной под углом от 0° до 90°. Сигнатура конденсатора (емкости) всегда представлена в виде окружности или эллипса. Сигнатура индуктивности представлена в виде окружности или эллипсоида, с возможным присутствием сигнатуры внутреннего сопротивления. Наконец, сигнатура полупроводникового диода всегда состоит из двух или более линейных сегментов, составляющих примерно прямой угол. Сигнатура полупроводимости может показать характеристики прямой и обратной проводимостей, т.е. отформатирует полупроводниковый стабилитрон с двумя полупроводниковыми слоями.

Рис. 5. Сигнатуры базовых компонентов

Сравнение состояния: хорошее и сомнительное. Испытательное оборудование измеряет и сохраняет изображения и сигнатуры компонентов исправных модулей в виде базы данных. Когда модули подозреваются в отказе, они будут измерены оборудованием. Новые измеренные изображения и сигнатуры сравниваются с образцом в базе данных. Различия на изображениях указывает неисправность компонентов. На этой основе, испытательное оборудование сделает вывод, о том, что поврежден ли компонент или модуль. На рисунке 6 представлена диаграмма сравнения хорошего состояния с сомнительным состоянием электронного модуля.

Рис. 6. Диаграмма сравнения хорошего состояния с сомнительным состоянием электронного модуля

Принцип обнаружения неисправностей по принципу ASA имеет следующие основные преимущества.

- Диагностика и устранение неисправностей без необходимости использования принципиальных электрических схем;

- Диагностика неисправностей и ремонт тестовых объектов без необходимости подключения питания.

Однако, эффективность ASA зависит от образца исправных компонентов, построенной цепи и опыта тестировщика, накопленного в ходе практики.

На рисунке 7 представлена схема проверки параметров без необходимости подключения источника питания, без необходимости использования принципиальной схемы при проверке и обнаружении неисправностей платы.



Рис. 7. Схема проверки параметров без источника питания

2. Процесс проверки и обнаружения неисправностей цифровых электронных модулей [1, 2, 4]

Процесс проверки, обнаружения и ремонта неисправностей с использованием оборудования, построенного на основе функционального и параметрического тестирования включает следующие шаги (Рис. 8):

- Определение типа тестовых приборов:

+ Тип 1: питание подключено, прибор включается и работает;

+ Тип 2: невозможно подключить питания.

Для первого типа: Проверка того, что имеются ли программное обеспечение и база данных для тестирования. Если отсутствие программного обеспечения, то преобразуется тип 1 в тип 2.

Выполнение процесса проверки работоспособности приборов, зачем определение их технического состояния и причины отказа модуля. Если поврежденный компонент не может быть обнаружен, используется параметрическое испытательное оборудование для дополнительных испытаний.

Для второго типа: Проверка того, что доступны ли база данных и программное обеспечение функционального оборудования для тестирования:

+ Если не имеются, то используется испытательное оборудование для измерения, хранения данных и сравнения результатов с данными образцов;

+ Если имеются, выполняется сравнение результатов с данными образцов.

- После обнаружения неисправностей техники ремонтируют, заменяют компоненты и снова проверяют прибор с использованием параметрического устройства. Если все в порядке, переходится к функциональному тестированию при необходимости.

- Установка модули на оружие, проверка на работе.

Испытательное оборудование построено и спроектировано в соответствии с обоими методами (функциональным и параметрическим методом) для полной проверки цифровых электронных модулей. Для каждого отдельного блока, после тестирования функциональным методом путем выполнения тестов, сделан вывод о состоянии неисправностей блока.

Для неисправного блока, выполняется тест в соответствии с методом функционального тестирования каждого модуля, затем оценивается о состоянии неисправностей модуля. Если модуль неисправен, проводится тест по функциональному методу для обнаружения неработающих функциональных сборок (компонентов).

Рис. 8. Процесс проверки, обнаружения и ремонта неисправностей с использованием оборудования для функционального и параметрического тестирования

Вывод

Основа диагностики современных цифровых электронных модулей включает в себя следующие основные инструменты: специальное оборудование обнаружения неисправностей, активные цифровые электронные модули, база данных, полученных из тестируемых модулей.

В этой статье разработана принципиальная схема тестирования и обнаружения неисправностей для электронных модулей и компонентов. Также, на основе параметрического и функционального метода с использованием продуктов Huntron, представлены методы исследования и проектирования испытательного оборудования для диагностики неисправностей электронных модулей.

Результат, представленный в статье, является важной информацией для разработки и производства испытательного оборудования, используемого для тестирования неисправной цепи на основе данных образцов. С использованием представленного оборудования значительно улучшается процесс устранения неисправностей для всех типов современных модулей.



Список литературы /References

цифровой электронный модуль huntron

1. Rousset А. et al. Fast Bridging Fault Diagnosis using Logic Information. Proc. 16th IEEE ATS, 2007. Pp. 33-38.

2. Wang L.T., Wu C.W., Wen Х. VLSI Test Principles and Architectures. Design for Testability. Elsevier, 2006.

3. Yang С, Tian S. and Long В. Test Points Selection for Analog Fault Dictionary Techniques. Journal of Electronic Testing. Vol. 25. Pp. 157-168, 2009.

4. Liu Z., Liu T., Han J., Bu S., Tang Х. and Pecht М. Signal Model-Based Fault Coding for Diagnostics and Prognostics of Analog Electronic Circuits, IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol. 64, Pp. 605-614, 2017.

5. Tian S., Yang Q Chen F. and Liu Z. Circle Equation-Based Fault Modeling Method for Linear Analog Circuits, IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement. Vol. 63. Pp. 21452159, 2014.

6. Jain S.K., Agrawal V.D. Modeling and Test Generation Algorithms for MOS Circuits, IEEE Trans. Comput. Vol. C-34. №5. Pp. 426-433. May, 1985.

Размещено на Allbest.ru