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

Поиск неисправностей является наиболее сложным этапом ремонтно-восстановительных работ. Алгоритмизация этого этапа связана с определением набора операций, необходимых для поиска неисправностей, и их последовательности, обычно оформляемой в виде алгоритма поиска. Алгоритм поиска неисправностей, представляющий собой последовательность операций контроля, обычно оптимизируется по числу отдельных проверок в алгоритме поиска или средних затрат на определение одного различимого состояния цифрового устройства. Наиболее распространенными способами построения алгоритмов поиска неисправностей являются способ последовательного функционального анализа и способ половинного разбиения [31,48].

Обычные древовидные схемы или алгоритмы для поиска неисправностей являются полезным средством для восстановления неисправных цифровых плат. В них можно включить эталонные сигнатуры.

Метод, который можно использовать при построении древовидной схемы поиска неисправностей - это деление на половины. Он может обеспечить кратчайший путь к неисправностям. При делении на половины тестовая точка выбирается примерно на полпути между началом и концом схемы, для которой равновероятно, что неисправность может быть как до, так и после этой точки. Правильная сигнатура означает, что все схемы, вплоть до этой точки, вероятно, хорошие и что неисправность где то дальше, во 2-й половине. Неправильная сигнатура показывает обратное. После того, как определена плохая половина, её также можно разделить на половины. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет найдена неисправность.

Деления на половины можно сравнить с методом поиска неисправности в обратном (к ядру) и прямом направлении (расширяем ядро). Результат проверки сигнатур с выхода схемы, где обнаружено состояние неисправности, к началу (по существу от выходов к выходам), пока не встретится первый правильный результат, может быть обескураживающим для использующего этот метод. Если получить один за другим неправильные результаты, то фактическое состояние испытываемого блока может показаться хуже, чем есть на самом деле.

Движение в другом направлении (расширяя ядро) обеспечивает большее понимание схемы и дает уверенность в том, что схема работает правильно. Расширение ядра состоит в том, чтобы добавлять и проверять куски схем до тех пор, пока не будет найдена неисправная часть схемы. При таком способе часть схемы, которая определена как хорошая, может быть использована для проверки остальной части схемы.

Неисправность всегда обнаруживается в той части, которая проверяется в последнюю очередь. Во время прямого и обратного прослеживания всегда существует возможность того, что неисправность находится в другом конце. Вот поэтому, чтобы сократить число шагов проверки, следует использовать определенные уровни деления пополам. Чем лучше алгоритм поиска неисправностей, тем быстрее можно найти неисправность, чем меньше нужды в сплошной проверке.

Используя вышеуказанные методы поиска неисправностей, разработаны алгоритмы контроля для цифрового устройства, но оформленные в виде соответствующих алгоритмов.

На рис.5.9 приведены алгоритмы контроля платы с помощью СА методом с выхода на вход, а на рис.5.10. для этой платы построен алгоритм, использующий метод половинного разбиения.

Рис.5.9 Алгоритм проверки работоспособности БОЧ мощью СА с выхода на вход.

Рис.5.10. Алгоритм проверки работоспособности БОЧ методом деления на половины.

На основании анализа приведенных алгоритмов контроля в табл.5.2 приведены временные затраты на контроль.

Таблица 5.2.

Характеристики алгоритмов контроля цифровых плат БОЧ СА

Из полученных данных видно, что метод половинного разбиения позволяет уменьшить время контроля в 1,4 раза по сравнению с методом с выхода на вход. Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что для диагностики основных блоков и их узлов с использованием СА наиболее целесообразно использовать алгоритм проверки на базе метода половинного разбиения.

В общем случае время поиска неисправности цифровых устройств с использованием СА можно оценить следующим выражением [20]:

(5.1)

где - время поиска неисправности;

- время, необходимое на -ю коммутацию управляющих сигналов сигнатурного анализатора;

- время оценки оператором сигнатуры на одном выводе ИС для - й коммутации;

- проверка, для которой выполнены коммутации;

- суммарное количество коммутаций управляющих сигналов при проверке МПК;

- количество выводов ИС, сигнатуры которых проверяются при - й коммутации;

- количество коммутаций, в которых неисправность не была обнаружена;

- количество выводов ИС, сигнатуры которых были проверке до локализации, в который неисправности для коммутации, в которой она была обнаружена.

Как показывает практическое использование сигнатурного анализатора, время поиска неисправности в основной определяется вторым и третьим слагаемыми в.

При поиске неисправности с использованием сигнатурного анализатора необходимо определить требования к контрольным точкам при таком поиске:

контрольная точка должна быть доступна для контректного приспособления сигнатурного анализатора;

контрольная точка должна по возможности быть выходным контактом схемы, который является логическим концом некоторой части схемы;

в контрольной точке должна отразиться любая неисправность, возникшая в данной части схемы;

множество контрольных точек устройства должно покрывать всю его схему так, чтобы любая неисправность, возникшая в устройстве, отразилась бы в одной из контрольных точек, т.е. изменила сигнатуру хотя бы в одной из контрольных точек;

количество контрольных точек должно быть минимально.

Одним из основных требований сигнатурного анализа к контрольным точкам является требование их доступности.

Таким образом, методика локализации неисправностей цифрового устройства с помощью СА состоит в следующем:

а) подать на вход устройства контролируемую последовательность;

б) определить сигнатуры на выходах, если они не отличаются от эталонных, от блок исправен; в противном случае по логике работы схемы определяется сигнатура в следующей контрольной точке;

в) считается, что элемент неисправен, если сигнатуры на входах его верны, а хотя бы одна выходная - нет;

г) определяются все независимо неисправные элементы;

д) устраняются причины неисправности;

е) заменяются неисправные элементы;

ж) процесс диагностирования продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто равенство реальных и эталонных сигнатур.

Таким образом, располагая составленными алгоритмами контроля и поиска неисправностей, принципиальными схемами и схемами расположения элементов для всех блоков оператор с помощью СА достаточно быстро осуществит локализацию и устранение неисправностей цифрового устройства.

Результаты сравнительного анализа характеристик существующих средств диагностики и их применяемости, представлены в таблице.5.3 [53,54].

Таблица 5.3.

Применяемость средств диагностики

Условные обозначения:

+ применяется

++ применение оптимально (дает наилучшие результаты)

Из всего многообразия средств диагностики, предназначенных для использования в условиях разработки, производства и в процессе эксплуатации можно выделить 5 основных категорий. К ним относятся:

логические анализаторы;

сравнивающие тестеры;

тестеры с управляемым пробником;

внутрисхемные эмуляторы;

сигнатурные анализаторы.

Основными критериями при выборе средства диагностики могут быть:

минимальная трудоемкость при применении диагностического средства;

простота интерпретации полученных результатов, не требующая специальных знаний по проверяемой и диагностической аппаратуре;

глубина диагностики неисправности;

эффективность диагностики неисправности;

простота диагностической аппаратуры.

Сравнительный анализ показывает, что наиболее простыми в применении, позволяющими производить высококачественную и быструю диагностику сложных цифровых устройств в условиях эксплуатации, являются средства, использующие метод сигнатурного анализа.

Заключение