Устройство для обнаружения и локализации коротких замыканий в электронных блоках

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЛОКАЛИЗАЦИИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В ЭЛЕКТРОННЫХ БЛОКАХ, содержащее датчик ступенчато изменяющегося тока, последовательно соединенные генератор и распределитель импульсов, , отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и обеспечения направленного поиска места короткого замыкания, в него / введены детектор-компаратор, триггер , блок совпадения, формирователь импульсов Тока, компаратор логического нуля, выход которого соединен с первым входом блока совпадения , первый и второй выходы которого соединены с выходами устройства , первый выход распределителя импульсов через формирователь импульсов тока соединен с входом компаратора логического нуля и зондирукицим выходом устройства, второй выход распределителя импульсов соединен 9 с вторым входом блока совпадения, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, вход сброса которого соединен с входом распределителя импульсов, а установочный вход - через детектор-компаратор с датчиком ступенчато изменяСО СО О) ющегося тока. о Ф

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (1% Ш) 511 4 С Îl R 31/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ (21) 3697071/24-21 (22) 03.02.84 (46) 23.11.85.Áþë. Ф 43 (71) Киевский научно-исследовательский и конструкторский институт периферийного оборудования (72) В.Н.Королев, О,Д.Руккас, В.П.Сидоренко и В.Г.Фанштейн (53) 621.3!7(088.8) (56) Широкополосный бесконтактный индикатор токовых импульсов. — Приборы и техника эксперимента, 1975, У 3.

Индикатор тока HP 547A; — Электроника, 1976, У 24, с.34-41(Hewlett Packard, США). (54)(57) !. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЛОКАЛИЗАЦИИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ.

В ЭЛЕКТРОННЫХ БЛОКАХ, содержащее датчик стуценчато изменяющегося тока, последовательно соединенные генератор и распределитель импульсов, l о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыпения достоверности и обеспечения направленного поиска места короткого замыкания, в него введены детектор-компаратор, триггер, блок совпадения, формирователь импульсов тока, компаратор логического нуля, выход которого соединен с первым входом блока совпадения, первый и второй выходы которого соединены с вьмодами устройства, первый выход распределителя импульсов через формирователь импульсов тока соединен с входом компаратора логического нуля и зондирующим выходом устройства, второй выход распределителя импульсов соединен с вторым входом блока совпадения, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с прялым и инверсным выходами. триггера, вход сброса которого соединен с входом распределителя импульсов, а установочный вход — через детектор-компаратор с датчиком ступенчато изменяющегося тока.

1193

2. Устройство по п.l, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок совпадения содержит три элемента И, вьгходы первого и второго элементов И соединены с первым и вторым выходами блока совпадения, первый и второй входы которого через третий элемент

И соединены с первыми входами перного и второго элементов И, вторые входы которых соединены с третьим и четвертым входами блока совпадения соответственно. .3. Устройство по п.l, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок совпадения содержит два элемента И, два элемента ИЛИ, два делителя частоты, выходы которых соединены с первым и вторым выходами блока совпадения, счетные входы делителей частоты соединены соответственно с выходами первого и второго элементов

И,. первые входы которых соединены с первым входом блока совпадения, вто609 рой вход которого соединен с инверсными входамн первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых соединены соответственно с входами сброса первого и второго делителей частоты, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с выходами второго и первого элементов И, вторые входы которых соединены с третьим и четвертым входами блока совпадения соответственно °

4. Устройство по п.l, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что формирователь импульсов тока выполнен на транзисторе, база которого через конденсатор соединена с входом формирователя импульсов тока, выход которого через переменный резистор соединен с коллектором транзистора, база которого соединена через резистор с шиной питания и эмиттером транзистора.

Изобретение относится к цифровой и импульсной технике и предназначено для использования в системах контроля и диагностики логических блоков. 5

Цель изобретения — повышение достоверности за счет .возможности однозначного обнаружения факта короткого замыкания в выходной цепи микросхемы и обеспечение направленного поиска 10 места короткого замыкания.

На.фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 — схема блока совпадения, варианты исполнения; на фиг. 3 — схема формирователя импуль- 1 сов тока; на фиг. 4 — схемы, поясняющие способ использования устройства" на фиг, 5 — временные диаграммы работы устройства, блок совпадения в котором выполнен по фиг.2а; на фиг.6- 2О временные диаграммы работы устройства, блок совпадения в котором выполнен по фиг.25.

Устройство содержит генератор 1, первый выход 2 распределителя 3 им- 25 пульсов, формирователь 4 импульсов тока, компарятор 5 логического нуля, первый вход 6 блока 7 совпадения, вто2 рой выход 8 распределителя 3 импульсов, второй вход 9 блока 7 совпадения, прямой выход 10 триггера 11 датчик 12 ступенчато. изменяющегося тока, детектор-компаратор 13, вход 14 сброса триггера ll третий вход 15 блока 7 совпадения, вход 16 установки триггера, четвертый вход 17 блока 7 совпадения, инверсный выход )8 триггера 11, первый выход 19 устройства, второй выход устройства 20> зондирующий выход 21 устройства; выход датчика 12 ступенчато изменяющегося тока соединен с входом детектора-компаратора 13, выход которого соединен с входом !6 триггера 11, вход 14 сброса которого соединен с входом распредели- . теля 3 импульсов и выходом генератора 1, выход 2 распределителя 3 импульсов соединен с входом формирователя 4 импульсов тока, выход которого соединен с входом компаратора

5 логического нуля и зондирующим выходом 21 устройства, выход компаратора 5 соединен с входом 6 блока 7 совпадения, вход 9 которого соединен с выходом 8 распределителя 3 им1193609

3 пульсов, входы 15 и 17. блока 7 совпадения соединены соответственно с выходами 10 и 18 триггера 11, Блок 7 совпадения (фиг.2а)содержит первый элемент И 22, второй элемент И 23, третий элемент И 24. Выход третьего элемента И 24 соединен с первыми входами первого и второго элементов И 22 и 23, вторые входы которых соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока 7 совпадения. . Блок 7 совпадения, изображенный на фиг.2 6, содержит первый элемент И 22, второй элемент И 23, первый элемент ИЛИ 25, второй элемент ИЛИ 26, счетный вход 2? первого делителя 28 частоты, счетный вход

29 второго делителя 30 частоты, вход 31 сброса первого делителя 28 частоты, вход 32 сброса второго делителя 30 частоты. Выходы элементов

И 22 и 23 соединены соответственно с входом 27 и 29 делителей 28 и 30 частоты, входы 31 и 32 сброса которых соединены соответственно с выходами элементов ИЛИ 25 и 26, инверсные входы которых соединены с первым входом блока 7 совпадения, второй и третий входы которого соедине 1 ны с входами первого элемента И 22, второй вход элемента И 23 соединен с четвертым входом блока совпадения, а первый вход - с первым входом первого элемента И 22.

Формирователь импульса тока(фиг.3) содержит транзистор 33, конденсатор 34, переменный резистор 35, резистор 36.

Датчик 12 ступенчато изменяющегося тока может быть выполнен, например, в виде катушки с П-образным ферритовым сердечником, возле зазора которого помещается исследуемый проводник. Датчик преобразует перепады тока в этом проводнике в импульсы напряжения на выводах катушки положительной либо отрицательной полярности. Величина и полярность этих импульсов зависит как от величины и крутизны перепадов тока в проводнике, так и от полярности этих перепадов и ориентации датчика 12 ступенчато изменяющегося тока относительно направления тока в исследуемом проводнике.

Нумерация диаграмм на фиг .5 и 6 соответствует номерам элементов на фиг.l и 2.

Примем, что испытываемый блок выполнен на ТТЛ-схемах (хотя сказанное справедливо и для ИМС других технологий )..

Формирователь 4 импульсов тока преобразует постоянный сигнал либо положительный перепад на входе в "Обрыв", а отрицательный перепад на входе в положительный импульс напряже10 ния пилообразной формы с крутым передним фронтом и с пологим задним фронтом. При логической единице на входном конденсаторе 34 (фиг.3 ) транзистор 33 заперт и на выходе формирователя 4 импульсов тока "Обрыв". При появлении логического нуля на разряженном входном конденсаторе 34 на базе транзистора 33 появляется низкий потенциал и транзистор 33 откры20 вается. На выходе формирователя 4 импульсов тока появляется положительный потенциал. Конденсатор 34 начинает заряжаться по экспоненциальному закону током через резистор 36 и

25 транзистор 33 начинает запираться, формируя задний пологий фронт импульса. Появление логической единицы не отпирает транзистора 33, конденсатор

34 разряжается. Крутизна заднего фронта определяется величинами емкости конденсатора 34 и постоянного сопротивления резистора 36. Этот импульс не изменяет состояния логи4 ческой единицы в точке испытываемого блока, к которой подсоединен зонЗ5 .дирующий выход 21 устройства, а в случае логического нуля в эту точку будет втекать не изменяющий ее ло:гического состояния импульс"тока. пилообразной формы, величина кото40 рого опРеделяется величиной переменного резистора 35.

Детектор-компаратор 13, который может быть выполнен, например, на микросхеме К554САЗ, выдает сигнал только в том случае, если на его вход пришел сигнал положительной полярности, величина которого выше оп..ределенного порога. Величина этого порога выбрана такой, что детекторкомпаратор 13 не выделяет сигнала от датчика 12 ступенчато изменяющегося тока при пологом фронте импульса тока в исследуемом проводнике от формирователя 4 импульсов тока. Благодаря такой форме зондирующего импульса тока наличие сигнала на выхо,де детектора-компаратора 13 в момент прохождения по проводнику зондирую35

S 1193á щего импульса тока означает наличие в этом проводнике тока определенного направления (при соответствующей ориентации датчика 12 ступенчато изменяющегося тока относительно пред5 полагаемого направления тока в исследуемом проводнике !. Отсутствие сигналов на выходе детектора-компаратора 13 в момент прохождения зондирующего импульса означает отсутст- 10 вие в исследуемом проводнике импульса тока предполагаемого направления либо отсутствие импульса тока вообще.

Изложим в общем виде способ обнаружения и локализации коротких замьг каний, реализованный в предлагаемом устройстве. На фиг.4а изображена незакороченная выходная цепь вентиля .37 и путь зондирующего импульса тока от зондирующего выхода 21 устройства (обозначен 38 ) на выход открытого исследуемого вентиля 37.

Датчик 12 ступенчато изменяющегося тока обозначен 39. 25 .Внутренние узлы испытываемого блока переключаются под действием стиг улирующих сигналов, которые могут либо поступать от испытательной установки, либо являться рабочими сигналами системы, частью которой является испытываемый блок.

Короткое замыкание на выходе вентиля 37 (фиг.4 би !!)проявляется толь ко при попытке данного вентиля 37 установиться в закрытое состояние (логической единицы ), когда закороченный с ним другой вентиль 41 находится в открытом состоянии (лоГического нуля ) В этом случае эон 41! дирующий импульс тока от формирователя 4 импульсов тока при подсоединении зондирующего выхода 2! устройства к любой точке выходной цепи вентиля -37 будет проходить на выход вентиля 41.

Для обнаружения короткого замыкания необходимо установить датчик

12 ступенчато изменяющегося тока непосредственно на выход (на вывод микросхемы ) исследуемого на короткое замыкание вентиля 37 и сориентировать датчик так,чтобы детектор-компаратор !

3 мог реагировать на втекающий в вентиль 37 зондирующий импульс тока.

Подсоединяют зондирующий выход 21 устройства к любой точке выходной цепи вентиля 37. Отсутствие прохождения зондирующего импульса тока че09 6 рез вывод микросхемы, соответствующий выходу вентиля 37, при логическом нуле в цепи этого выхода означа. ет наличие короткого замыкания (фиг.4 6).

Для локализации места короткого замыкания необходимо установить зондирующий выход 21 уст11ойства непосредственно на вывод микросхемы, соответствующий выходу вентиля 37, в вьгходной,цепи которого обнаружено короткое замыкание. Путем исследования выходной цепи вентиля 37 датчиком 12 ступенчато изменяющегося тока определяют участок выходной цепи вентиля 37, по которому протекают зондирующие импульсы тока. Этот участок заключен между выходом вентиля

37 и точкой короткого замыкания(точка 40, фиг.4 81. Датчик 12 ступенчато изменяющегося тока должен быть сориентирован так, чтобы детекторкомпаратор 13 мог реагировать на протекающие по проводнику зондирующие импульсы тока.

Рассмотрим работу устройства, когда блок ? совпадения реализован по схеме, приведенной на фиг.2 а . В этом случае испытываемый блок должен быть синхроннзирован с работой генератора 1, т.е. моменты возможного изменения сигналов в испытываемом блоке должны совпадать с импульсами генератора 1 (диаграммы, фиг.5 ). Этот вариант в основном используется прн отладке блоков на испытательных установках, когда легко осуществить синхронизацию, инициируя выдачу очередного испытательного набора импульсом генератора 1.

На первом выходе 2 распределителя 3 импульсов появляется задержанный относительно положительного импульса генератора 1 отрицательный иь пульс. Этот импульс поступает на вход формирователя 4 импульсов тока, на выходе которого появляется импульс пилообразной формы. Диаграммы на фиг.5 соответствуют ситуации, изображенной на фиг.45, причем сплошные линии соответствуют наличию короткого замыкания, а пунктирные — его отсутствию. Короткое замыкание несколько поднимает уровень логического нуля вентиля 37. На выходе датчика 12 ступенчато изменяющегося тока от каждого перепада тока в выходной цепи вентиля 37 появляются положительные и отрицательные импульсы

93609 8

7 1! (в том числе и от передних фронтов зондирующих. импульсов тока ). От каж" дого положительного импульса, превы шающего определенный порог, поступающего на вход детектора-.компаратора 13, последний выдает импульс, который устанавливает в единичное состояние триггер ll, предварительно -сбрасываемый импульсами генератора 1. Так как задний фронт импульса генератора 1 поступает на вход триггера ll позже импульса, поступившего на вход 16 установки триггера 11 от детектора-компаратора 13 при переключении логических сигналов испытываемого блока, то триггер ll к моменту появления импульса на первом выходе 2 распределителя 3 импульсов остается в сброшенном состоянии и реагирует только на прохождение зондирующих импульсов тока.

При логическом нуле на зондирую.щем выходе 21 устройства компаратор

5 логического нуля выдайт единицу, которая поступает на первый вход элемента И 24, и положительный импульс на втором выходе 8 распреде-. лителя 3 импульсов, сдвинутый относительно импульса на первом выходе .

2 распределителя 3 импульсов, поступает на первые входы элементов И 22, и 2,3.

При единице в триггере 1! этот импульс проходит на первый выход 19 устройства, ин 1ицируя наличие прохождения зондирующих импульсов тока ожидаемого направления, а при нуле в триггере ll импульс проходит на второй выход 20 устройства, индицируя отсутствие прохождения зондирующих импульсов тока ожидае- . мого направления.

При отсутствии короткого замыкания импульсы появляются только на первом выходе 19 устройства, а при наличии короткого замыкания в выходной цепи вентиля 37 импульсы будут также и на втором выходе 20 устройства.

Для поиска места короткого замыкания устанавливается ситуация, изображенная на фиг.4В, и при установке датчика 12 ступенчато изменяющегося тока вне участка от вы- хода вентиля 37 до топологически первой от выхода вентиля 37 точки 40 короткого замыкания, импульсы будут только на втором выходе 20 устройства, а при установке датчика 12 сту5

55 пенчато изменяющегося тока на участке от выхода вентиля 37 до точки 40 импульсы будут также и на первом вы- . ходе 19 устройства.

Рассмотрим работу устройства при выполнении блока совпадения на схеме фиг.25. В этом случае работа генератора I не синхронизирована с работой испытываемого блока {диаграммы фиг.6 ). Этот вариант предназначен для отладки блоков в составе работающих систем. Для этого необходимо принять специальные меры, чтобы импульсы. детектора-компаратора 13, вырабатывающиеся от переключений рабочих токов и появляющиеся в любом месте временной диаграммы, не влияли на анализ прохождения зондирующих импульсов тока, Частота генератора I должна более чем втрое превышать частоту переключения сигналов в испытываемом блоке. Коэффициенты деления первого 28 и второго 30 делителя частоты блока

7 совпадения равны трем. В. этом случае, после сброса или нулевого состояния положительный сигнал на выходах делителей появляется по приходу двух импульсов на их счетные входы, а по приходу третьего импульса делители переходят в нулевое состояние.

Отличие в работе этого варианта от предыдущего заключается только в работе блока 7 совпадения. Логическая единица на выходе компаратора 5 логического нуля поступает на инверсные первые входы первого элемента ИЛИ 25 H второго элемента

ИЛИ 26 и разрешает работу блока 7 совпадения, снимая сигнал сброса с первого 28 и второго 30 делителей частоты. При логической единице на зондирующем выходе 21 устройства на выходе компаратора 5 логического нуля появляется ноль, который через первый элемент ИЛИ 25 и второй элемент.ИЛИ.26 сбрасывает первый 28 и второй 30 делители частоты и удерживает их в нулевом состоянии.

Положительный импульс на втором выходе 8 распределителя 3 импульсов поступает на первые входы первого 22 и второго 23 элементов И. При единице в триггере ll этот импульс поступает через первый элемент И 22 на счетный вход первого делителя 28 частоты и через второй элемент HJIH 26 на вход сброса второго делителя 30 частоты, который устанавливается в

9 1 нулевое соетояние, а на выходе первого делителя 28 частоты после прихода второго импульса на его счетный вход появляется единичный сигнал, индицирующий наличие прохождения в исследуемом проводнике зондирующих импульсов тока ожидаемого направления. При нуле в триггере 11 импульс с второго выхода 8 распределителя 3 импульсов через второй элемент И 23 проходит на счетный вход второго делителя 30 частоты и через первый элемент ИЛИ 25 сбрасывает первый делитель 28 частоты. На выходе второго делителя 30 частоты после прихода второго импульса на его счетный вход появляется единичный сигнал, индицирующий отсутствие прохождения зондирующих импульсов тока ожидаемого направления.

Таким образом, для появления единичного сигнала на выходах устройства необходимо, чтобы к моменту появления импульсов на втором выходе 8 распределителя 3 импульсов триггер 11 находился в одном и том же состоянии как минимум два раза подряд. Если за один раз триггер ll установился в единичное состояние от

193609 I0 переключения рабочих токов в точке подсоединения зондирующего выхода

21 устройства, то прошедший через первый элемент И 22 первый импульс с второго выхода 8 распределителя

3 импульсов еще не вызовет появления единичного сигнала на выходе первого делителя 28 частоты.

Если же в следующем такте тригI0 гер Il останется в нулевом состоянии (отсутствие прохождения зондирующих импульсов тока ожидаемого направления ), то импульс с второго выхода 8 распределителя 3 им15 пульсов сбросит первый делитель 28 частоты в нулевое состояние и на его выходе не появится единичный сигнал.

Если в этом такте триггер ll также установится в единичное состояние

20 (уже от прохождения зондирующих импульсов тока ), то на выходе первого делителя 28 частоты появится единичный сигнал, верно индицирующий прохождение зондирующего импульса

25 тока.

Использование устройства для обнаружения короткого замыкания и локализации его места в данном случае аналогично описанному вьппе.

1193609

11 93609

21

2

Фиг,6

Составитель Н.Помякшева

Редактор В.Петраш Текред Т.Дубинчак Корректор В.Синицкая

Заказ 7312/49 Тираж 747 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,. 4/5

Филиал ЛПП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4