Способ контроля технического состояния цифровых блоков

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано, в частности, в процессе ее эксплуатации и в процессе проведения входного контроля цифровой элементной базы, а также при производстве цифровых систем. Цель изобретения - повышение достоверности определения технического состояния цифровых блоков. На контролируемый цифровой блок 2 подаются напряжение питания от блока 1 питания и тестовые воздействия от генератора 10 псевдослучайной последовательности, управляемого генератором 9 тактовых импульсов. Блок 3 выделения импульсов тока обеспечивает выделение высокочастотных импульсов, возникающих в цепи питания при работе цифрового блока 2. Эти импульсы усиливаются широкополосным усилителем 4, обрабатываются компаратором 5 и триггером 6. Коррелятор 7 формирует импульсную характеристику цифрового блока 2, которая служит информативным параметром и выводится для сравнения с эталоном на блок 8 индикации. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

{51) 5 G 01 R 31/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С ЕЛ СТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ ССОР (21) 4392507/24-21 (22) 14. 03. 88 (46) 23.03.90, Бюл. - 11 (72) В.М.Соловьев, С.,С.Тарашкевич, Ю.К,Воронов, В.Б.Шаповал и А.А,Огиенко (53) 621.317.799(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1269061, кл. G О1 R 31/28, 1985, Авторское свидетельство СССР. № 1320778, кл. G 01 К 31/28, 1984. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЦИФРОВЫХ БЛОКОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано, в частности, в процессе ее эксплуатации,и в процессе проведения входного контроля цифровой элементной базы, а также при производстве цифровых систем, Цель изобрете„„ЯО„„1552138 А1 ния — повышение достоверности определения технического состояния цифровых блоков. На контролируемый цифровой блок 2 подаются напряжение питания от блока 1 питания и тестовые воздействия от генератора 10 псевдослучайной последовательности, управляемого генератором 9 тактовых импульсов. Блок 3 выделения импульсов тока обеспечивает выделение высокочастотных импульсов, возникающих в цепи питания при работе цифрового блока 2, Эти импульсы усиливаются широкополосным усилителем. 4, обрабатываются компаратором 5 и триггером 6, Коррелятор 7 формирует импульсную характеристику цифрового блока 2, которая служит ииформативньнч параметром и выводится для сравнения с эталоном на блок 8 индикации, 3 ил, !

552138

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь),(t) = h(t- С)х(С) d . (I)

Записывая (1) символически, получим

y(t) = х(Е) h(t), (2) где y(t) — реакция линейной системы

40 на входное воздействие;

x(t) - входное воздействие; — время; — параметр интегрирования; мпульсная характеристика 45 линейной системы, Пусть R ((,) — антокорреляционная х,х функция входного воздействия (сигнала) x(t);

К (<) — взаимная корреляционХ,ч 50 ная функция входного и выходного сигналов, Эти функции связаны тем же уравнением свертки (2), что и сигналы

f (;)=R (л) 1 (-. ) (3)

Если К () заменить функций Дирака

Х1 )(d(8) то иэ определения импульсной характеристики линейной системы, как реакции на К-функцию этой сисэовано н частности, в процессе ее эксплуатации и в процессе проведе,ния входного контроля цифровой элементной базы, а также при производстве цифровых систем.

Цель изобретения — повышение достоверности контроля технического со- 10 стояния цифровых блоков.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг.2 — эпюры, поясняющие работу устройства; на фиг ° 3 — блок-схема кор(5 релятора.

Способ основан на применении теории Nypa, с помощью которой можно вычислить с достаточной степенью точности, ограниченной лишь шумами из- 20 мерительных приборов, импульсную характеристику для произвольной кинетической модели по характеристикам входного заданного тестового сигнала. Любая система, также и нели- 25 нейная с учетом метода линеаризации в окрестности рабочей точки, описывается импульсной характеристикой.

Известно, что реакция линейной системы на .любое входное воздействие on- 30 ределяется с помощью интеграла Дюамеля. темы, выражение (3) принодится к виду

К (л) = 1)() h() h(л) (4)

Итак, если автокорреляционная функция входного сигнала ведет себя как

d -функция, то взаимная корреляционная функция входного и выходного сигналон является импульсной характеристикой линейной системы. Этот метод определения импульсной характеристики применим к нелинейным системам (цифровым блокам) и дает возможность измерять их динамические характеристики в рабочей точке, Импульсная характеристика является результатом анализа переходного процесса цифрового блока, Переходный процесс, цифрового блока определяет изменение не одного, а совокупности параметров, характеризующих цифровой блок. Известно, что такой процесс является наиболее информативным и может повысить достоверность контроля цифроных блоков, Это объясняется тем, что переходной процесс представляет собой динамический режим работы диагностируемого цифрового блока, н котором наиболее полно появляется истинный уронень его технического состояния. Импульсная характеристика является индивидуальной функцией техническorо состояния цифрового блока н смысле объединения н себе совокупности значений отдельных параметров, характеризующих техническое состояние цифрового блока, с ее помощью. можно оценивать степень его работоспособности

W

1-h „ где, W — степень работоспособности цифрового блока;

h — нормированное значение импульсной характеристики . цифрового блока.

Импульсная характеристика цифрового блока по цепи питания определяется как нэаимная корреляционная функция входного тестового сигнала цифроного блока и выходного сигнала н цепи питания, который представляет собой реакцию в виде высокочастотных импульсов тока переключения элементов цифрового блока на входное воздействие, Задавая входное воздействие такое, чтобы его автокорреля2138 6 ствие появляются высокочастотные им(6) 50

5 155 ционная функция являлась д -функцией, используя для этой цели псевдослучайную последовательность, которую легко реализовать с помощью сдвигового регистра, коррелятором, подключенным к цепи питания, измеряют импульсную характеристику цифрового блока по цепи питания. В обшем случае импульская характеристика по цепи питания цифрового блока с неисправным элементом отлична от импульсной харак теристики по цепи питания исправного цифрового блока. Импульсная характеристика по цепи питания цифрового блока определяется как интеграл (1), значение которого получено коррелятором на конечном интервале измерения является импульсной характеристикой по цепи питания, которая позволяет оценить техническое состояние цифрового блока, Для контролируемого цифрового блока выполняется условие

h=h + zh

Т

1 где h=- x(t)y{t-7)ét — значение

Т о импульсной характеристики по цели питания цифрового блока;

x(t) — входной сигнал в виде напряжения псевдослучайной последовательности у(й) — выходной сигнал в цепи питания в виде импульсов напряжения переключения элементов в результате действия напряжения псевдослучайной последовательности на входах цифрового блока;

Т вЂ” время интегрирования, равноедлительности псевдослучайной последовательности;

h3 - эталонное значение импульсной характеристики по цепи питания исправного цифрового блока;

dh - среднеквадратическое отклонение импульсной характеристики от Ь полученное на основе статистической обработки результатов измерений на заранее исправных цифровых блоках, Невыполнение условия (6) говорит о неисправности цифрового блока. Измерение импульсной характеристики по цепи литания цифрового блока реализуется в следующей последовательности, На информационные входы цифрового блока подают входное воздействие в виде псевдослучайной последовательности (ПСП), в цепи питания эа счет срабатывания элементов на это воздей5 !

О !

45 пульсы тока, превышающие уровень флуктуационного шума. 3ТН высокочастотные импульсы выделяются и преобразуются в импульсы напряжения „ усиливаются и поступают на коррелятор, который измеряет взаимную корреляционную функцию этих импульсов и входного воздействия. Эта взаимная корреляционная функция является импульсной характеристикой по цепи питания цифрового блока,. !

Устройство для реализации способа контроля технического состояния цифрового блока (фиг,1) содержит блок 1 питания, . цифровой блок 2, блок 3 выделения импульсов тока, широкополосный усилитель 4, компаратор 5, триггер 6, коррелятор 7, блок 8 индикации, генератор 9 тактовых импульсов, генератор ПСП 10. Причем выход блока

1 питания, питающего цифровой блок 2, соединен с входом блока 3 выделения импульсов тока, выход которого подключен к входу широкополосного усилителя

4, выход которого соединен с входом компаратора 5, выход которого подкгюнен к входу триггера 6, выход которого соединен с вторым входом коррелятора 7, выход которого подключен к первому входу блока 8 индикации. Выход генератора .

9 тактовых импульсов соединен с вторым входом (вход синхронизации) блока

8 индикации и с входом генератора ПСП

10 выход которого подключен к информационным входам 2,1-2,М цифрового блока 2 и к первому входу коррелятора 7, Устройство для реализации способа контроля технического состояния цифровых блоков работает следующим образом, Генератор 9 тактовых импульсов вырабатывает последовательность импуль-, сов напряжения с тактовой частотой до 10 ИГц (фиг.2а), которые поступают на вход генератора ПСП 1О для получения импульсов напряжения ПСП (фиг,2б), Импульсы напряжения ПСП поступают на все информационные входы цифрового блока 2, под воздействием которых в его цепи питания образуются, как реакция на входное воздействие, импульсы тока.(фиг,2в) от переключения элементов, Блок 3 выделения импульсов тока и широкополосный усилитель 4 вы1552138

Условие технически исправного состоя55 . ния запишется в виде

l ) мин ° деляют эти импульсы тока, преобразу-

Ют их в импульсы напряжения и усилиВают до необходимого значения (фиг,2г,д) . Компаратор 5, на вход ко горого поступают импульсы напряжения с выхода широкополосного усилителя 4 нормирует их по амплитуде (фиг.2е).

С выхода компаратора 5 импульсы наПряжения поступают на счетный вход триггера б, который пресбразует эту случайную последовательность импуль сов напряжения к виду ПСП (фиг.2ж)„ цоступающей на информационные входы цифрового блока 2. С выхода генератора ПСП 10 импульсы напряжения ПСП (фиг.26) поступают также на первый вход коррелятора 7, на второй вход

Которого поступают импульсы напряжения с выхода триггера 6 (фиг.2ж). ,Коррелятор 7 измеряет взаимную корреляционную функцию двух входных сигналов (фиг.2б,ж), которая и является импульсной характеристикой по цепи питания цифрового блока 2. Блок

8 индикации с помощью синхронизации тактовыми импульсами (фиг,2а) генератора 9 тактовых импульсов регистрирует на экране (электронно-лучевой трубке) устойчивое изображение импульсной характеристики по цепи питания цифрового блока 2 (фиг,2 и 3).

Сравнивая измеренное значение импульсной характеристики по цепи питания цифрового блока 2 с эталонным значением, изображенным на шаблоне,,определяют по степени их соответствия техническое состояние цифрового блока (фиг.2и). В предлагаемом устройстве для реализации способа контроля технического состояния цифровых блоков блок 3 выделения импульсов тока и широкополосный усилитель 4, схемы которых приведены на фиг.3 конструктивно выполнены и экранированы в одном корпусе, Блок 3 выделения импульсов тока реализован на длинной линии, представляющей собой отрезок Ъакороченного на конце коаксиального кабеля.

В блоке 3 выделения импульсов тока использованы формирующие свойства несогласованной линии, Компаратор 5 с представляет собой компаратор без гистерезиса, в качестве триггера 6 применяется IK-триггер. Коррелятор с первым и вторым входами 7.1 и 7.2 (фиг.3) построен по схеме параллельнаго коррелятора и содержит К дискретных линий задержки (11,1, 1!.2, !

1-К), каждая из которых реализована. на отрезках коаксиальных кабе лей, Дискретность задержки d состав-, ляет 10 нс, которая выбирается из

1 условия дС вЂ” — — - где F — часто10 Е та тактовая. Количество перемножителей 12 (см, блок-схему коррелятора

7 на фиг.3) равно количеству отсчетов взаимной корреляционной функции.

Интеграторы 13.1 — 13.К+1 выполнены на

RC-цепочках, значения R С выбираются исходя из требуемого времени интегрирования, определяемого длительностью ПСП. Сумматор 14 собран по схеме параллельного сумматора.

В качестве блока 8 индикации (фиг.l)

20 используется осциллограф С1-99, Генератор 9 тактовых импульсов (фиг.l) выполнен по схеме кварцевого генератора на логических элементах, Генератор .ПСП 10 (фиг,l) построен по схеме генератора ПСП с управляемой задержкой.

Эффективность способа контроля технического состояния может быть проиллюстрирована анализом приложе30 ния способа к диагностике одного логического элемента, Логические элементы характеризуются двумя устойчивыми состояниями. В момент перехода из одного состояния в другое, т,е, в момент переключения схемы, работа ее описывается дифференциальным уравнением

d U 2 1 dU 1 ..1

dt С Kl K2-1 dt g К! К2-1 у "7 (7) где Kl К2 — коэффициенты передачи соответственно с 1-го плеча на 2-е

45 и с 2-га на 1-е П вЂ” напряжение

) Э „- постоянная времени,. цепи управления; .Из анализа выражения (7) вытекает, что для нормального функционирования, т.е. обеспечения переключения схемы, необходимо выполнение условия

К1 К2 — 1 ) 0 . (8) Для транзисторных схем величины

К1, К2 равны

31 Клл (1 У611» )(Г1 61 91) 1552138 1О получим энтропию импульсной характеристики

/ 2R н 2 (1 3" Р ) (® г + ы+ ") iI

Н = Í (y), (11) „<

S-1 где Н вЂ” энтропия состояния диагностируемого цифрового блока;

Н (g).- энтропия S-го параметра, S

Количество информации, которую несет параметр о техническом состояции цифрового блока, можно оценить выражением

Н (q) log ./21Г еО& (I2)

50 где 4, — дисперсия распределения. параметра, В случае применения для оценки технического состояния цифрового блока импульсной характеристики по цепи питания, которая является вели)чиной, обобщающей несколько параметров, в том числе и инфранизкочастотный шум (параметры транзистора 10)), 55 где Р» 1 Р2 X„g 762 R Г1» Ä» «rG э г БЯ»

r r. R, R „- соответственно

Э)» aq» Н»» коэффициенты усиления, пар аме тры транзисторов, сопротивления баз, сопротивления эмиттеров, сопротивления нагрузок, Величина А является характеристикой обобщенного параметра, что видно из выражения (!0) ° Однако в связи с тем, что процессы, происходящие внутри элемента, не позволяют непосредственно контролировать величину A можно косвенно определять величину А с помощью импульсной харак-2О теристики по цепи питания, которая связана с Kl и К2 преобразованиями

Фурье. Импульсная характеристика по цепи питания цифрового блока, являясь индивидуальной функцией техни- 25 ческого состояния, обобщающей несколько параметров (10), с информационной точки зрения позволяет снять неопределенность состояния контролируемого блока» которая количественно 30 характеризуется энтропией этого состояния, Пусть координаты I()<(S=

=1,2,3...,»n) вектора состояний ф— независимые величины. Тогда, используя известное своиство, заключающее- 35 ся в том, что энтропия совокупности независимых величин равна сумме энтропий этих величин, можно записать

H»=log å 1 2 Г h „

=1pg 2li (Е, »(„»...»О „), (IÇ) где 6„ — дисперсия импульсной характеристики;

Ь ...,,& — дисперсии параметров, » ° ° о ° обобщенных импульсной характеристикой..

Н 1ое» /22»1»

Н,< 1од, 72 ГЬ

1оН»2 о(,2,... )()

1.o8 z 2 « q

5, Иэ выражения (14) видно, что достоверность о техническом состоянии цифрового блока, получаемая сравнением с эталонным значением импульсной характеристики.по цепи питания, в отличие от прототипа, где сравнивается инфранизкочастотный уровень флуктуации тока питания .цифрового блока, о "о возросла в раз.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ контроля технического состояния цифровых блоков, заключающийся в том, что на контролируемый цифровой блок подают номинальное напряжение питания и импульсное входное тестовое воздействие, определяют выходную реакцию контролируемого цифрового блока и сравнивают ее с эталонной, судят по результатам сравнения о техническом состоянии контролируемого цифрового блока» о т ". л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля технического состояния цифровых блоков, выделяют импульсы тока питания контролируемого цифрового блока и преобразуют их в импульсы напряжения, усиливают импульсы напряжения и определяют взаимную корреляционную функцию импульсного входного тестового воздействия и импульсов напряже 1 ния, принимают взаимную корреляционную .функцию в качестве выходной реакции контролируемого цифрового блока, 1552138

Составитель В.Степанкин.Редактор В,Бугренкова Техред Л.Олийнык Корректор Н,Ревская

Заказ 329

Тираж 560

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101