Устройство для моделирования электронныхсхем

 

ОПИСАпИЕ

ИЗЦБРЕТЕпИЯ

Союз Советсиих

Социалистических

Республик оо805334

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.12. 78(21) 2723701/18-24 с присоединением заявки Но (51)М. Кл.

06 F 15/20

Госудврствевный комитет.СССР оо хмам взобретеняй я открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15,0281 Бюллетень йо (53) УДК 881 ЗЗЗ (088. 8) Дата опубликования описания 170281 в

Г. A. Велигурский, A. N. Волошаненко, В. A. ов ийффЩ(()

И. В. Болотов и В. В. домировоиии З ".и

I Ц IIAYENTVl> ! 6Vyqg ».. „- J

Институт проблем надежности и долговечност маш

A Н Белорусской ССР

"4й0 ;"„;. -,-... (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ

СХЕМ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании надежности низкочастотных электронных схем на стадии их проектирования, опытной обработки и крупносерийного производства.

Известно устройство для моделирования электронных. схем, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, дешифратор, вход которого соединен с выходом датчика равномерно распределенных случайных чисел, элемент ИЛИ, элемент И, первый вход которого соединен с выходом эле-

Ф ента ИЛИ, а второй вход — с выходом генератора импульсов, коммутатор, блок управления, генератор тактовых импульсов, элемент обратной связи, П блоков сравнения, первые входы которых подключены к выходам счеТчиков памяти соответственно, П счетчиков воспроизведения, выходы которых подключены к вторым входам блоков сравнения соответственно, а входы - к выходу генератора тактовых импульсов, и реверсивных счетчиков, П наборных полей, П блоков текущих значений параметра, блок анализа, блоки измерения номинальных значений параметра, в блоки задания вероятности увеличения параметра, блоки памяти,,дополнительные реверсивные счетчики и блоки ограничений (1 .

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования электронных схем, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, выход которого через дешифратор соединен с первыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первым входом элемента И, выход генератора подключен ко второму входу элемента И, выход которого соединен с первыми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которого подключен ко вторым входам блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи вхсды которых соединены с выходом коммутатора и* вторыми входами реверсивных счетчиков, третьи входы которых соединены с выходом блока управления, вторыми входами счетчиков памяти, 805334

Четвертыми входами блоков задания начальных значений парметров и блоков задания текущих значений параметров, входом коммутатора и входом атчика равномерно распределенных лучайных чисел, выходы реверсивных счетчиков подключены ко входам соответствующих наборных полей, выходы которых соединены со входами блока анализа, выход которого подключен ко входу блока измерений, выходы генераторов тактовых импульсов переменной частоты соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых подключены к четвертым входам соответствующих реверсивных счетчиков, выходы счетчиков памяти - 15 соединены со вторыми входами соответствующих. сумматоров, регистры памяти, блок вычитания, блок сравнения, дополнительный блок управления, дополнительный коммутатор, группы блоков 2О памяти L 23, Известные устройства позволяют моделировать процессы изменения параметров комплектующих элементов исследуемой схемы в соответствии со случайными функциями определенного вида и наблюдать изменение выходных параметров исследуемой схемы, вызванное изменением параметров комплектующих элементов. При достижении любым выходным параметром схемы границы поля допуска исследуемая электронная схема теряет свою работоспособность, т.е. возникает отказ, связанный с изменением параметров комплектующих элементов (постепенный отказ).

Недостатком известных устройств является то, что в электронных схемах кроме того возникают отказы, проявляющиеся в виде резкого, практически мгновенного изменения выходного пара- 4р метра, так называемые внезапные отказы. Такие отказы электронных схем являются следствием необратимых внезапных изменений параметров элементов и проявляются в виде механических по- 45 вреждений элементов {поломки, трещины„ пробои изоляции и т.д.) . Видимые признаки приближения внезапных отказов обычно отсутствуют, т.е. перед отказом обычно не удается обнаружить количественные изменения характеристик объекта. Следовательно, моделировать внезапные отказы путем изменения параметров элемеитов нельзя. В связи с этим возникла необходимость создания устройства для моделирования И электронных схем с более широкими функциональными возможностями, позволяющего исследовать электронные схемы как с учетом постепенных отказов комплектующих элементов, так H g). учетом их внезапных отказов.

Цель изобретения вЂ, расширение функциональных возможностей за счет учета внезапных отказов. И

Указанная цель достигается тем, что устройство для моделирования электронных схем, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, выход которого через дешифратор соединен с первыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первым входом элемента И, выход генератора подключен ко второму входу элемента И, вы» ход которого соединен с первыми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обр@тной связи, выход которого подключен ко вторым входам блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи входы которых соединены с выходом коммутатора и вторыми входами реверсивных счетчиков, третьи входы которых соединены с выходом блока управления, вторыми входами счетчиков памяти, четвертыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, входом коммутатора и входом датчика равномерно распределенных случайных чисел, выходы реверсивных счетчиков подключены ко входам соответствующих наборных полей, выходы которых соединены со входами блока анализа, выход которого подключен ко входу блока измерений, выходы генераторов тактовых импульСов переменной частоты соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых подключены к четвертым входам соответствующих реверсивных счетчиков, выходы счетчиков памяти соединены со вторыми входами соответствующих сумматоров, содержат дополнительные сумматоры, блоки памяти и счетчики адреса, первые входы которых соединены с выходами соответствующих генераторов тактовых импульсов переменной частоты, выходы счетчиков адреса подключены к первым входам соответствующих блоков памяти, выходы которых соединены с первыми входами дополнительных сумматоров, выходы которых подключены ко входу блока управления, выход которого подключен ко вторым входам счетчиков адреса, выход коммутатора соединен со вторыми входами блоков памяти, вторые входы дополнительных сумматоров подключены к выходу датчика равномерно распределенных случайных чисел.

На чертеже представлена блок-схема устройства для моделирования электронных схем.

Устройство состоит из датчика 1 равномерно распределенных случайных чисел, дешифратора 2, и блоков 3 задания начальных значений параметров, Й блоков 4 задания текущих эначеимй. 805334 лараметров элементов, элемента 5 ИЛИ, элемента 6 обратной связи, коммутатора 7, блока 8 управления, генератора 9, элемента 10 И, П счетчиков 11, памяти, П сумматоров 12, П генераторов 13 тактовых импульсов переменной частоты, A реверсивных счетчиков 14, П наборных полей 15, блока анализа 16 измерительного блока 17, и счетчиков

18 адреса, и блоков 19 памятй; S7 дополнительных сумматоров 20.

Датчик 1 равномерно распределенных случайных чисел предназначен для формирования по командам из блока 8 управления Ф-разрядных независимых двоичных равномерно распределенных случайных чисел. Числа с датчика 1 поступают на вход дешифратора 2, который устроен так, что обеспечивает возможность получения на его выходах сигналов с различными заранее известными вероятностями появления. Блоки 20

3 -Зп задания начальных значений параметров элементов и блоки 4 -4 р задания текущих значений параметров элементов предназначены для формирования требуемых законов распРеделения. 2

При этом в блоках 3 -Зq с помощью коммутационных панелей формируются требуемые законы распределений начальных значений параметров элементов, а в блоках 4 -4 аналогичным образом I формируются требуемые законы распределения скоростей изменения параметров элементов. ВыходЫ блоков 3 -ЗП и 4 -4п подключены через элемент 5 ф

ИЛИ к первому входу элемента 10 И, ко второму входу которого подключен выход генератора 9 регулярных импульсов. Такое соединение позволяет выработать 2 П последовательностей импульсов случайной длины, используя только один датчик случайных чисел 40 с дешифратором и только один элемент обратной связи. Элемент 6 обратной связи предназначен для преобразования значения вероятности в количество импульсов, равное числу, со- 4 ответствующему этой вероятности в сформированном законе распределения..

Выработанные случайные последовательности импульсов с выхода элемента 10

И поступают в счетчики 11 -. 11н мяти, в реверсивные счетики 14< -14н.

Сумматоры 12 -12> в совокупности с генераторами 13 -13п образуют преобразователи число-частота..Каждый кэ них преобразует число, занесенное в счетчик 11 памяти, в последовательность импульсов с частотой, пропорциональной числу в счетчике 11. С по« мощью генераторов 13 -130 переменной частоты все моделируемые процессй изменения параметров элементов приво- @ дят к одному масштабу времени.

Реверсивные счетчики 14 -14 н совместно с наборными полями 154-15п. вы полняют функции исполнительного органа. Счетчики 14„-14п выполнены ре-. 6S е рсивными для того, чтобы иметь озможность воспроизводить реализаций случайных процессов, как с положительной; так и с отрицательной скоростями.

Выходы реверсивных счетчиков 14А-14й жединены со входами соответствующих наборных полей 15 -15 „на которых иабраны упорядоченные по моделируемому параметру ряды однотипных элементов. В данном случае ряды элементов представляют собой макеты реальных элементов, изменение параметров которых моделируется в исследуемой электронной схеме. При этом изменение .параметра моделируется путем подключения к выходам наборного поля 15, а значит и в блок анализа 16 элементов с различными значениями моделируемого параметра. В блоке анализа 16 производится соединение выходов наборных полей 15 -15п в соответствии с заданной структурой электронной схемы..Блоки 19 -19 памяти предназначены для записи, хранения и считывания чисел, соответствующих вероятностям появления внезапных отказов. Счетчики 18 -18п адреса предназначены для выбора адреса блоков

19 -19п памяти в зависимости от числа импульсов, поступивших от генераторов 13„-13д тактовых импульсов. Сумматоры 20„-20п предназначены,для преобразования чисел, считываемых из блоков 19 -19 памяти и соответствующих вероятности появления внезапных отказов, в сигнал, появляющийся на его выходе с этой вероятностью.

Блок 17 измерений предназначен для измерения выходных параметров бЛока 16. Блок 8 управления предназначен для реализации цикла моделирования по заранее заданной программе.

Коммутатор 7 предназначен для включения в работу определенных блоков в соответствии с командами блока 8 управления;

Устройство работает следующим образом.

Перед началом моделирования в блоки 3 -3, 4 -4п, и 19 -19п заносятся законы распределения начальных значений параметров элементов, текущих значений параметров элементов и внезапных отказов элементов соответственно, Устанавливается рабочая частота каждого иэ генераторов 13 -13д.

На наборных полях 15 -15п устанавливаются упорядоченные ряды элементов, командой из блока 8 управления приводятся в исходное состояние. Коммутатор 7 переводится в нулевое положение, счетчики 11 -11й, 144 "14н и 18 -18 сбрасываются в ноль.

4 р

По .команде из блока 8 управления коммутатор 7 устанавливается в первое положение,. а в датчике 1 формируется случайное число, которое через дешифратор 2 поступает на вход блока 31, 805334

Для получения заданного значения случайной величины преобразованное случайнбе число поступает через элемент

ИЛИ 5 на элемент И 10 и дает разрешение на прохождение регулярных импульсов с генератора 9 на элемент б обратной связи и на счетчик 14» . При совпадении в блоке 3» сигнала, соответствующего сформированной вероятности, и сигнала, поступающего с элемента 6, снимается разрешение на прохождение импульсов через элемент 10 И »О и прекращается поступление импульсов на счетчик 1 )». Таким образом, в счетчик 14» заносится число, соответствующее вероятности,. сформированной блоком 3». В соответствии с этим чис- )5 лом в исследуемую электронную схему включается элемент из упорядоченной совокупности элементов, которые установлены на наборном поле 15» . Параметр этого элемента соответствует рд сформированному в блоке 3» начальному значению параметра первого.элемента. Х »{0). Затем с блока 8 подается комайда на перевод коммутатора 7 во второе положение и на формирование в датчике 1 нового случайного числа.. Описанным выше образом в исследуемую схему включается один из элементов, установленных на наборном .поле 15 с параметром X 1(0) в соответствии с вероятностью, сформиро- З0 ванной в блоке 3 . Затем коммутатор 7 переключается в следующее положение и в исследуемую электронную схему аналогичным образом подключаются оставшиеся (tl -2) элемента с параметра- 35 ми соответственно Х3(д) ...Xq(0) .

Таким образом, после r) --го шага коммутатора 7 значения параметров комплектующих элементов исследуемой схемы и.ее выходных параметров будут соответствовать начальному моменту времени (< = О).

Затем производится формирование случайных чисел, соответствующих скоростям изменения параметров комплектующих элементов, и запоминание их

45 в счетчиках 11 -11>. Для этого по ко» манде из блока 8 снимается разрешение на прохождение сигналов на блоки 3» -3 1, реверсивные счетчики 14»-14, одновременно подается разрешение на про- 50 хождение сигналов на блоки 4»-4 и и счетчики 11» -11>. Командой из блока 8 коммутатор 7 переводится в первое положение.

В датчике 1 формируется случайное

55 число, которое с помощью блока 44, элемента ИЛИ 5, элемента И 10, генератора 9 и. элемента 6 преобразуется в число, соответствующее вероятности, сформированной блоком 4 . Это число Я) соответствует скорости измерения первого элемента и заносится в счетчик 11„ .

Преобразование выполняется так же, как для случал формирования числа, заносимого в счетчик 14». Затем по у команде из блока 8 коммутатор 7 переводится во второе положение, а в датчике 1 формируется новое случайное число, которое аналогичным образом преобразуется в число, пропорциональное скорости изменения параметра второго элемента, и заносится в счетчик 11 . Точно также .заносятся случайные числа в остальные (й -2) счетчики 11 -11 . На этом заканчиваются подготовительные операции, в результате которых будут сформированы случайные начальные значения и скорости изменения параметров всех комплектующих элементов одного экземпляра исследуемой схемы.

Моделирование процессов изменения параметров комплектующих элементов и моделирование их внезапных отказов производится одновременно и независимо, поэтому pclccMoTpHM сначала процесс моделирования постепенных отказов, а затем процесс моделирования внезапных отказов.

Для моделирования процессов изменения параметров элементов подается команда из блока 8, по которой на, сумматоры 12»-12 и начинают поступать импульсы от соответствующих генераторов 13» -13п. На выходе каждого сум; матора 12 при его переполнении появляется. импульс. Частота следования импульсов с выхода каждого из сумматоров 12» -12 1 пропорциональна числу, занесенному в соответствующие счетчики памяти 11»-11>. С выходов сумматоров 12»-12 импульсы поступают на входы соответствующих реверсивных счетчиков 14»-14п, пересчитывающих эти импульсы. B соответствии с числом в счетчиках 14» — 14 и в блок 16 подключаются элементы, установленные на наборных полях 15» -15>. Частоты подключения элементов, а следовательно, и скорости изменения параметров прямо пропорциональны числам в соответствующих счетчиках памяти 11»-11 д.

Для измерения выходного параметра исследуемой электронной схемы в за-. данные моменты времени блок 8 управления в эти моменты времени подает запрет, на прохождение импульсов от генераторов 13»-13 на сумматоры

12»-12>. При этом прекращается выдача всех команд из блока 8 управления. Переключение элементов, установленных на наборных полях, также прекращается. На исследуемую электронную с сему в. блок 16 подается питание и измеряется ее выходной параметр.

Для мо »елирования внезапных отказов после окончания подготовительных операций по команде из блока 8 начи1

)нается прохождение импульсов от ге нераторов,13» -13п на счетчики 18 -18>

Частоты генераторов 13» -13 определяют масштаб времени моделирования. Поэтому числа в счетчиках 18»-18 со805334

Формула изобретения

Устройство для моделирования электронных"схем, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, выход которого через дешифратор соединен с первыми входами бло60 ответствуют текущему времени моделирования .с учетом масштаба. При поступлении каждого очередного импульса с генератора 9 на соответствующий счетчик происходит выбор адреса соответствующего блока 19 памяти и считывание содержимого этого адреса. Номер 5 адреса каждого из блоков памяти 19 определяется числом в соответствующем счетчике 18 -18 . Считываемые из. блоков 194 -19> памяти коды численно равны вероятностям появления внезап- 10 ного отказа соответствующего элемента в момент времени, определяемый числом в соответствующем счетчике 18 (или номером адреса соответствующего блока 19 памяти). Эти коды поступают 15 . на первые входы сумматоров 20, на вторые входы которых поступают равновероятные двоичные случайные числа.

Вероятность переполнения такого сумматора численно равна коду, поступа- 20 ющему на его первый вход. Переполнение одного из сумматоров 20 соответствует внезапному отказу соответствующего элемента. При переполнении какого-либо сумматора 20 с его выхода подается сигнал о внезапном отказе на блок 8 управления. Блок 8 формирует команду на прекращение моделирования и выдает информацию о том элементе схемы, из-за которого в схеме произошел внезапный .отказ. 30

Процесс моделирования продолжается до тех пор, пока в какой-то момент времени 1 = 1 не будет зафиксировано достижение выходным параметром исследуемой схемы одной из границ по- 35 ля допусков, что является постепенным отказом, или пока не поступит сигнал от одного из блоков 20 -20 П о внезапном отказе соответствующего элемента схемы. В этом случае отказ 40 одного из элементов схемы характеризует отказ схемы в целом.

Многократное повторение циклов моделирования дает возможность получить статистические данные разброса выход ных параметров электронных схем, случайных скоростей их изменения и внезапных отказов.

Устройство обладает более широкими функциональными возможностями, так как оно позволяет получить данные для 50 расчета показателей надежности как с учетом постепенных отказов элементов, так и с учетом их внезапных отказов. ков задания начальных значений пара метров и блоков задания текущих значений параметров, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первым входом элемента И, выход генератора подключен ко второму входу элемента И, выход которого соединен с пер- выми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которого подключен ко вторым входам блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи входы которых соединены с выходом коммутатора и вторыми входами реверсивных счетчиков, третьи входы которых соединены с выходом блока управления, вторыми входами счетчиков памяти, четвертыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, входом коммутатора и входом датчика равномерно распределенных случайных чисел, выходы реверсивных счетчиков подключены ко входам соответствующих наборных полей, выходы которых соединены со входами блока анализа, выход которого подключен ко входу. блока измерений, выходы генераторов тактовых импульсов переменной частоты соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых подключены к четвертым входам соответствующих реверсивных счетчиков, выходы счетчиков памяти соединены со вторыми входами соответствующих сумматоров, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за "чет учета внезапных отказов элементов, оно содержит дополнительные сумматоры, блоки памяти и счетчики адреса, первые входы которых соединены с выходами соответствующих генераторов тактовых имзульсов,переменной частоты, выходы счетчиков адреса подключены к первым входам соответствующих блоков памяти, выходы которых соединены с первыми входами дополнительных сумматоров, выходы которых подключены ко входу блока управления, выход которого подключен ко вторым входам счетчиков адреса, выход коммутатора соединен со вторыми. входами блоков памяти, вторые входы дополнительных сумматоров подключены:к выходу датчика равномерно распределенных случайных чисел.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 640303, кл. Q 06 Р 15/20, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2510128, кл. G 06 F 15/20

1977 прототип) .

805334

Составитель И. Дубинина

Редакто Л. Повхан Тех е Ж.Кастелевич Ко кто Н.Бабине

Заказ 10904/72 Тираж 75á Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород,ул. Проектная, 4