Устройство для моделированияэлектронных cxem

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистические

Республик (»> 813440 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.12.78 (21) 2699866/18-24 (51) М. Кл.

G 06 F 15/20 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Геоударотееиный комитет

СССР ио деяам изобретений и открытий

Опубликовано 15.03.81. Бюллетень № 10 (53) УДК 681.325 (088.8) Дата опубликования описания 25.03.81!

Г. А. Велигурский, В. А. Новиков, А. И. Волош енко, А. В. Болотов и В. В. Домбровский

Институт проблем надежности и долговечности. ашик

АН Белорусской CCP (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 отработки 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, генератор тактовых импульсов, элемент обратной связи, счетчики памяти, блоки сравнения, наборные поля, коммутатор, блок управления (1).

Это устройство позволяет моделировать процессы изменения параметров электронных схем до появления первого постепенного отказа или до отказа какого-то заранее заданного фиксированного момента времени.

Однако с его помощью можно исследовать надежность лишь невосстанавливаемых схем.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому 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, блоков задания текущих значений параметров, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента И соеди1О нен с первыми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которого соединен со вторыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, треть| входы которых соединены с выходом коммутатора, вторыми входами счетчиков памяти и вторыми входами реверсивных счетчиков, третьим входы которых соединены с выходом блока управления, третьими 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 счет813440

1о

15 го чиков соединены со входами соответствующи: наборных полей, выходь,,оторых соединены с входами исследуемой схемы, выход которой подключен к первому входу блока измерения, сумматоры, блок регистрации, блок вычитания, регистры памяти, дополнительный блок управления (2).

Устройство позволяет моделировать процессы изменения параметров электронных схем до появления первого постепенного отказа или до какого-то заранее заданного фиксированного момента времени. В устройстве каждый преобразователь код-часипа выполнен на сумматоре и генераторе тактовых импульсов таким образом, что при поступлении тактового импульса от генератора на вход сумматора к содержимому последнего прибавляется содержимое счетчика, выход которого соединен со вхо 10M сумматора. Такой процесс повторяется непрерывно в процессе работы преобразователя код-частота. На выходе сумматора при его переполнении появляются импульсы, частота которых прямо пропорциональна содержимому счетчика. Импульсы с выхода сумматора постугают на вход реверсивного счетчика, который при каждом импульсе осуществляет переключение элементов из упорядоченного ряда таким образом, что в исследуемую схему вставляется элемент с новым значением параметра. В момент измерений выходного параметра исследуемой схемы из блока управления подается команда, по которой выходы всех генераторов тактовых импульсов блокируются. В результате приостанавливается работа преобразователя код-частота. Затем производятся необходимые измерения, после чего из блока управления подается команда на запуск преобразователей код-частота. Интервал времени между измерениями выходного параметра является постоянной величиной, не зависяшей от .работы тактовых генераторов. Эта величина устанавливается в блоке управления и характеризуется двумя импульсами, соответствующими началу и концу измеряемого интервала времени.

Однако при совместной работе такого преобразователя код-частота с блоком управления возникает два вида погрешностей.

Первый вид обусловлен погрешностями в частотах генераторов тактовых импульсов, погрешностью момента появления импульсов отработки заданного интервала времени, формируемого в блоке управления. Поэтому при измерении выходного параметра схемы в заданный момент времени t,, соответствующий концу интервала (t 0, t q), появляется ошибка, которая отражает разницу между истинным значением выходного параметра в заданный момент времени и тем, которое получается при измерении, т. е. в момент времени t,+- М. Такая же ошибка наблюдается и при измерении выходного параметра схемы в последующие

25 зо

4 интервалы времени, т. е. (t . t Ь1), (t, 14+- ht) и т. д. Следовательно, ошибка ht вызванная погрешностями частот тактовых генераторов и интервала времени, формируемого в блоке управления, предъявляет особые требования к стабильности работы этих устройств, что ведет к техническим усложнениям всего устройства для моделирования электронных схем.

Второй вид погрешностей обусловлен независимостью работы блока управления и генераторов тактовых импульсов, из-за чего момент подачи команды из блока управления может совпадать с моментом прихода на вход сумматора импульса от генератора.

Такое совпадение вносит неопределенность в работу преобразователя код-частота, так как например, при совпадении переднего фронта импульса, соответствуюшего концу измеряемого интервала времени, и переднего фронта от генератора тактовых импульсов последний может переключить элемент ряда или оставить его в прежнем состоянии, что также приводит к ошибке измерения выходного параметра схемы. Такая ошибка в определенном случае будет накапливаться от одного момента измерения к другому.

Цель изобретения — повышение точности моделирования.

Указанная цель достигается тем, что в 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, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента И соединен с первыми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которого соединен со вторыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков =-адания текущих значений параметров, третьи входы которых соединены с выходом коммутатора, вторыми входами счетчиков памяти и вторыми входами реверсивных счетчиков,, третьи входы которых соединены с выходом блока управления, третьими 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 соединены со входами соответствующих наборных полей, выходы которых соединены с входами исследуемой схемы, выход которой подключен к первому входу блока измерения, сумматоры, введены блоки коммутации, регистр и многовходовой элемент И, входы кото813440 рого подключены к выходам соответствующих сумматоров, входы которых соединены с первыми выходами соответствующих блоков коммутации, первые входы которых подключены к выходам соответствующих сумматоров, выход многовходового элемента И соединен со вторым входом блока измерения, выход регистра подключен ко вторым входам блоков коммутации, третьи входы которых соединены с выходом блока управления, четвертые входы блоков коммутации подключены к выходу генератора импульсов, пятые входы блоков коммутации соединены с выходами соответствующих счетчиков памяти, вторые выходы блоков коммутации соединены с четвертыми входами реверсивных счетчиков.

На чертеже йредставлена блок-схема устройства.

Устройство для моделирования электронных схем содержит датчик 1 равномерно распределенных случайных чисел, дешифратор 2, блоки 3 q — 3 „, задания начальных 20 значений параметров, блоки 4 < — 4,„ задания текущих значений параметров, элемент 5 ИЛИ, элемент 6 обратной связи, коммутатор 7, блок 8 управления, генератор 9 импульсов, элемент 10 И, счетчики

11, — 11,„ памяти, регистр 12, блоки 13 —

13 коммутации, сумматоры 14» — 14»., многовходовой элемент 15 И, реверсивные счетчики 16» — 16»,, наборные поля 17» — 17, исследуемую «схему 18, блок 19 измерения.

Датчик 1 равномерно распределЕнных Зп случайных чисел предназначен для формирования по командам из блока 8 управления независимых случайных чисел, распределенных по равномерному закону. 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 3» — 3 . задания начальных значений параметров и блоки 4,— 4 . задания текущих значений параметров предназначены для формиро40 вания требуемых законов распределения. Выходы блоков 3,— З„и 4 — 4,„подключены через элемент 5 ИЛИ к первому входу элемента 10 И, ко второму входу которого подключен генератор 9 импульсов. Элемент 6 4 обратной связи предназначен для преобразования значения вероятности в такое количество импульсов, которое равно числу, соответствующему этой вероятности в сформированном законе распределения. Выработанные случайные последовательности им- 50 пульсов с выхода элемента 10 И поступают в счетчики 11» — 11„. памяти и.реверсивные счетчики 16 — 16н

Сумматоры 14> - !А, блоки 13i - 13 коммутации, регистр 12,элемент 15 И в совокуп55 ности образуют тактируемый преобразователь-код частота. Запуск преобразователя производится от блока 8 управления. При этом на выходах блоков 13> - 13,» коммутации, соединенных с четвертыми входами реверсивных счетчиков 16» — 16, формируются последовательности импульсов. Количество импульсов 1 в каждой последовательности определяется формулой.

I = Ll4 (), где Ц4 — целаячасть от выражения в квадратных скобках;

V - значение кода в счетчиках памяти l I — 11, L - значение кода в сумматорах

14» — 14 до запуска преобразователя код-частота; (— значение кода в регистре !2.

Сумматоры 14> — 14». представляют собой сумматоры накапливающего типа и производят сложение своего содержимого с информацией, поступающей на их входы с выходов счетчиков 11» — 11„. или регистра 12 через блоки коммутации в зависимости от, сигналов на их управляющих входах. Выходами сумматоров 14,— 14 . являются их знаковые разряды, которые соединены со. входами соответствующих блоков коммутации 13» — 1З .для их управления и со входами элемента 15 И для формир .ния на его выходе сигнала готовности устройства к очередному измерению, который подается на блок 19 измерения.

Блоки коммутации 13, — 13,» предназначены для записи содержимого регистра 12 в сумматоры 14> — 14„.в исходном состоянии установки. Число, записанное в регистре 12 в дополнительном коде, определяет интервал времени моделирования, передачи в сумматоры 14,— 14». чисел (по команде отработки интервала) из соответствующих счетчиков 11> — 11 „, где они суммируются с числом, занесенным ранее из регистра 12.

При этом возможны две ситуации. а) Число в регистре 12 больше числа в одном из счетчиков 11 — 11 . В этом- елучае сумма этих чисел будет меньше нуля и на выходе знакового разряда этого сумматора 14 выработается сигнал, запрещающий прохождение импульсов от генератора

9 на соответствующий реверсивный счетчик 16. Этот же сигнал поступает на элемент 15 И и сигнализирует об окончании работы данного преобразователя код-частота. б) Число в регистре !2 меньше числа в

i-ом счетчике 11. В этом случае сумма этих чисел больше нуля и сигнал с выхода знакового разряда i-го сумматора разрешает прохождение импульсов от генератора 9 через i-ый блок 13 коммутации на соответствующий i-ый реверсивный счетчик.l6. Одновременно с поступлением каждого импульса от генератора 9 на i-ый блок 13 коммутации в соответствующем сумматоре 14 происходит суммирование его содержимого с содер813440 жимым регистра 12 до тех пор, пока сумма-. не станет отрицательной. В этом случае, так же как и в предыдуще:, н выходе этого сумматора 14 вырабатывается сигнал, запрещающий прохождение импульсов от генератора 9 через 1-ый блок коммутации на соответствуюгций реверсивный счетчик

l6 и, поступая, на элемент 15 И, сигнализирующий об окончании работы преобразователя код-частота.

Количество импульсов, прошедшее от генератора 9 на i-ый реверсивный счетчик 16, определяет величину изменения параметра

i-го элемента за один интервал времени в соответствии со случайным числом в i îì счетчике 11 памяти и с учетом интервала времени, который занесен в регистр 12 перед началом моделирования.

Реверсивные счетчики 16„ — 16,„ совместно с наборными полями 17q — 17 выполняют функции исполнительного органа. Счетчики

16 — 16, выполнены реверсивными для того, чтобы иметь возможность воспроизво- 20 дить реализации случайных процессов как с положительной так и с отрицательной скоростью.

Выходы реверсивных счетчиков 151

16,„соединены со входами соответствующих наборных полей !71 — 17,„, на которых набраны упорядоченные по моделируемому параметру ряды однотипных элементов. В данном случае упорядоченные ряды представляют собой макеты реальных элементов, изменение которых моделируется в ис- з» следуемой электронной схеме. Г1ри этом изменение параметра моделируется путем подключения к выходам наборного поля 17, а значит в исследуемую схему 18, элементов с различными значениями моделируемого параметра. 35

Блок измерения 19 предназначен для измерения выходного параметра схемы, перевода его в двоичный код, и сигнализации об окончании измерений. Блок 19 измерения запускается по сигналу с выхода элемента 15 И.

Блок управления 8 и коммутатор 7 имеют различные по функциональному назначению выходы (на чертеже выходы каждого из них показаны одной линией). Блок 8 по заранее заданной программе реализует цикл моделирования, а коммутатор 7 по командам из блока 8 включает в работу соответствующие блоки и устройства.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом моделирования в блоках

31 — 3, и 4, — 4,„устанавливаются соответствующие законы распределения, в регистр 12 заносится в дополнительном коде отрицательное число, модуль которого соответствует определенному интервалу времени между измерениями. На наборных полях 171 — 7 s5 устанавливаются упорядоченные ряды элементов. Командой из блока 8 устройство приводится в исходное состояние: коммутатор 7 переводится в нулевое положение, счетчики 1!1 †-11„, 16, — 16„ сбрасываются в ноль, блоки коммутации 13, — 13 . коммутируются таким образом, что в сумматоры 141—

14,„заносится содержимое регистра 12.

По команде из блока 8 коммутатор 7 устанавливается в первое положение, а в датчике 1 формируется случайное число, которое через дешифратор 2 поступает на вход блока 31. Для получения заданного значения случайной величины преобразованное случайное число с выхода блока 31 поступает через элемент 5 на элемент 10 и дает разрешение на прохождение регулярных импульсов с генератора 9 на элемент 6 обратной связи и на реверсивный счетчик 16 .

При совпадении в блоке 3 1 сигнала, соответствующего сформированной вероятности, и сигнала, поступающего с элемента 6, снимается разрешение на прохождение импульсов через элемент 10 И и прекращается поступление импульсов на счетчик 16 . Таким образом, в счетчик 16 заносится число, соответствующее вероятности, сформированной блоком 3 . В соответствии с этим числом в исследуемую электронную схему включается один элемент из упорядоченной совокупности элементов, установленных на наборном поле 171. Г!араметр этого элемента соответствует сформированному в блоке 3, начальному значению параметра первого элемента х,(0). Затем из блока 8 подается команда на перевод коммутатора 7 на второе положение и на формирование в датчике 1 нового случайного числа. В исследуемую схему включается один из элементов, установленных на наборном поле 17 с параметром х (0) в,соответствии с вероятностью, сформированной в блоке 3 . Затем коммутатор 7 переключается в следующие положения и в исследуемую электронную схему аналогичным образом подключаются оставшиеся и — 2 элемента с параметрами соответственно хз(0),..., х„(0). Таким образом, после и-го шага коммутатора 7 значения параметров комплектующих элементов схемы и ее выходных параметров будут соответствовать начальному моменту времени t = О. Затем производится формирование случ;" ых чисел, соответствующих скоростям и; вменения параметров комплектующих элементов, и запоминание их в счетчиках 111 — 11„„. Для этого по команде из блока 8 снимается разрешение на прохождение сигналов на блоки 3,— З„и реверсивные счетчики 16 — 16,„, одновременно подается разрешение на прохождение сигналов на блоки 4 — 4,„и счетчики 1 — 11д. Командой из блока 8 коммутатор 7 переводится в первое положение.

В датчике 1 формируется случайное чис-ло, которое с помощью блока 41, элемента

ИЛИ 5, элемента И 10, генератора 9 и элемента 6 обратной связи преобразуется в число, соответствующее вероятности, сфор813440

1О

1О

Формула изобретения мированной блоком 41. Это число соответствует скорости изменения первого элемента и заносится в счетчик 11,. Преобразование выполняется так же, как и для случая формирования числа, заносимого в счетчик 16 . Затем по команде из блока 8 коммататор 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 так же заносятся случайные числа в остальные п 2 счетчика 114 — 1111. °

На этом заканчиваются подготовитель ные операции, в результате которых формируются случайные начальные значения и скорости изменения параметров всех комплектующих элементов одного экземпляра исследуемой схемы.

Для моделирования процессов изменения параметров элементов подается команда из блока 8, по которой блоки коммутации 131 — 13, коммутируют на вход сумматоров и q — 14» выходы соответствующих счетчиков памяти 11 — 11».Таким образом, к содержимому сумматоров 14 — 14» прибавляются значения сформированных в счетчиках 11< — 11, модулей скоростей изменения параметров. В случае изменения знака на выходе сумматора 141 — 14» с отрицательного на положительный на соответствующий вход блока коммутации 13 — 13» поступает сигнал, разрешающий прохождение регулярного импульса с выхода генератора 9 таким образом, что блок коммутации 13> — 13» коммутирует на вход сумматора 14> — 14 и. выход регистра 12 и к содержимому сумматора 14,— 14„прибавляется содержимое регистра 12. Одновременно с моментом коммутации на первом выходе соответствующего блока коммутации 13 — 13 появляется счетный импульс, который, поступая на вход реверсивного счетчика 16,— 16„., изменяет его содержимое на единицу в сторону уменьшения или увеличения в зависимости от знака скорорости, поступающего с этого же первого выхода блока коммутации 13 1 — 13, . В соответствии с новым числом в счетчиках 16„—

lб„„в исследуемую схему 18 подключаются элементы, установленные на наборных полях 17 — 17 . В случае положительного знака в сумматоре 14 — 14,„следующим регулярным импульсом из генератора 9 содержимое этого сумматора 14 — 14» изменяется на величину содержимого регистра ! 2, а содержимое реверсивного счетчика

16i — lбд. на единицу, и так до тех пор, пока знак сумматора 14> — 14, не изменится ка отрицательный. При этом с выхода сумматора 14 1 — 14 <, на соответствующий вход элемента 15 И поступает сигнал готовности к измерению, а в случае отрицательности содержимого всех сумматоров 14 —

2о

25 зо

14,с выхода элемента !5 И на вход блока

19 измерения поступает команда о готовности устройства к измерениям.

По окончании процесса измерений из блока 8 подается команда, по которой блоки коммутации 13 — 13»коммутируют на вход сумматоров 14 — 141, выходы соответствующих счетчиков памяти 111 † .В дальнейшем алгоритм работы устройства аналогичен. Таким образом, производятся измерения в момент времени t = t<, t = 1р и т. д. до тех пор, пока не будет зафиксировано достижение выходным параметром исследуемой схемы одной из границ поля допуска, что является постепенным отказом.

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, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента И соединен с первыми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которого соединен со вторыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи входы которых соединены с выходом коммутатора, вторыми входами счетчиков памяти и вторыми входами реверсивных счетчиков, третьи входы которых соединены с выходом блока управления, третьими входами счетчиков памяти, четвертыми входами б ic ков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, входом коммутатора и входом датчика равномерно распределенных случайных чисел, выходы реверсивных счетчиков соединены со входами соответствующих наборных полей, выходы которых соединены с входами исследуемой схемы, выход которой подключен к первому входу блока измерения, сумматоры, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в устройство введены блоки коммутации, регистр и. многовходовой элемент И, входы которого подключены к выходам соответствующих сумматоров, входы которых соединены с первыми выходами соответствующих блоков коммутации, первые входы которых подключены к выходам соответствующих сумматоров, выход многовходового элемента И соединен со вторым входом блока измерения, выход регистра подключен ко вторым входам блоков коммутации,. третьи входы которых соединены с выходом блока

813440

„Составитель И. Дубинина

Тех ред А. Войк ас Корректор М. Демчик

Тираж 745 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор И. Касарда

Заказ 346/62 управления, четвертые входы блоков коммутации подключены к выходу генератора импульсов, пятые входы блоков коммутации соединены с выходами соответствующих счетчиков памяти, вторые выходь блоков коммутации соединены с четвертыми входами реверсивных счетчиков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 518775, кл. G 06 F 15/20, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2510128/18-24, кл. G 06 F 15/20, 27.07.78 (прототип).