Лабораторная работа №1. Построение тестов цифровых устройств методом существенного пути

Цель: Закрепить основные понятия и термины технической диагностики и освоить технологию тестового диагностирования цифровых устройств на примере метода существенного пути.

Теоретические положения Неисправности и тесты

Цифровые схемы, как всякие физические устройства, в процессе своей работы могут иметь нарушения работоспособности. Причиной нарушения работоспособности являются дефекты. Под дефектом в технической диагностике понимается физическое повреждение, приводящее к отказу в работе устройства т.е. к стабильной потери работоспособности. Математической моделью дефекта является неисправность.

Среди всего множества классов неисправностей, существующих в цифровых устройствах, можно выделить класс константных неисправностей. Под константной неисправностью понимается постоянное значение "логический 0" или "логическая 1" на линии цифровой схемы. Если в схеме возникает одна константная неисправность, она называется одиночной константной неисправностью (ОКН). Если в схеме одновременно присутствует несколько ОКН, то такая неисправность называется кратной. Количество ОКН схемы равно удвоенному числу ее линий (за счет двух типов неисправностей). Количество кратных неисправностей кратности k для схемы, имеющей n линий, вычисляется по формуле:

.	Например, для элемента 3И, схема которого показана ниже, общее число кратных неисправностей будет 80.

На схемах константные неисправности обозначаются "крестиком" на соответствующей линии с указанием типа неисправности: (константа 0) и (константа 1).

В тексте константные неисправности обозначаются следующим образом : 10 - константная неисправность нуля на первой линии, 41 - константная неисправность единицы на пятой линии.

Данному классу неисправностей соответствуют в реальности такие физические дефекты: обрыв в цепи эмиттера, базы, коллектора; короткие замыкания эмиттер-база, база-коллектор; обрыв в цепях резисторов. Другими логическими неисправностями могут быть короткие замыкания контактов, их перепутывание при монтаже схемы, изменения функций отдельных элементов или сочетания упомянутых случаев. Здесь и далее рассматриваются константные неисправности, если не оговорено иное.

Если неисправность изменяет значение сигнала на выходе схемы хотя бы на одном из входных наборов, такая неисправность называется существенной, а если нет - несущественной. Несущественные неисправности обычно связаны с избыточными схемными структурами. Ниже (рис. 1) приведена схема, у которой вход X1 является избыточным, а любая неисправность на нем - несущественой.

Рисунок 1 – Пример несущественной неисправности

Если различные неисправности при подаче на схему входных наборов дают различные реакции хотя бы на одном наборе, такие неисправности называются различимыми, а если нет - то неразличимыми. Неразличимые неисправности образуют класс эквивалентных дефектов (КЭД). Примером неразличимых дефектов могут быть неисправности 1⁰ и 4⁰ для трехвходового элемента И.

Тестом T для схемы, реализующей функцию F, проверяющим неисправность S^k, называется входной набор (x₁, x₂, ... x_n), на котором F_и (x₁, x₂, ... x_n) не равно F_н(x₁, x₂, ... x_n), где F_и - функция исправной схемы, F_н - функция схемы при наличии в ней неисправности S^k. Длина теста для константной неисправности в комбинационной схеме всегда равна 1, т.е такая неисправность проверяется одним двоичным набором.

Любое цифровое устройство может иметь одно исправное состояние и множество неисправных (по числу рассматриваемых неисправностей). Тест, различающий исправное состояние схемы от всего множества неисправных состояний, называется проверяющим тестом, а тест различающий неисправные состояния между собой называется тестом поиска дефекта. Совокупность тестовых наборов, проверяющих все константые неисправности схемы называется тестом проверки исправности. Для элементов логического базиса (И, ИЛИ) тесты проверки исправности имеют длину (m+1), где m - количество входов соответствующего элемента. Ниже (рис. 3_1. 2) приведены тесты проверки исправности трехвходовых элементов И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ.

	3И	3И-НЕ		3ИЛИ	3ИЛИ-НЕ
	1 2 3 4 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1	1 2 3 4 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0		1 2 3 4 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0	1 2 3 4 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1

Рисунок 2 – Тесты для диагностики трехвходовых элементов

Длина теста определяется количеством входящих в него двоичных наборов, а полнота теста _Т выражается в процентах (%) проверяемых неисправностей относительно общего количества неисправностей S схемы:

Полным тестом называется тест, который является проверяющим для всех S_i  .

Необходимые и достаточные условия обнаружения неисправности цифрового устройства:

1. Неисправность должна проявиться в какой-либо точке структуры.

2. Должен существовать некоторый канал передачи сигналов из данной точки на какой-либо из внешних выходов цифрового устройства.