Лекция 2

Тема. Методы контроля и диагностики цифровых систем

Цель. Дать понятие о методах технической диагностики для электронных систем.

1. Учебная. Разъяснить понятия методов диагностики.

2. Развивающая. Развивать логическое мышление и естественное - научное мировоззрение.

3. Воспитательная. Воспитывать интерес к научным достижениям и открытиям в отрасли телекоммуникации.

Межпредметные связи:

• Обеспечивающие: информатика, математика, вычислительная техника и МП, системы программирования.

• Обеспечиваемые: Стажорская практика

Методическое обеспечение и оборудование:

1. Методическая разработка к занятию.

2. Учебный план.

3. Учебная программа

4. Рабочая программа.

5. Инструктаж по технике безопасности.

Технические средства обучения: персональный компьютер.

Обеспечение рабочих мест:

• Рабочие тетради

Ход лекции.

1. Организационный момент.

2. Анализ и проверка домашней работы

3. Ответьте на вопросы:

1. Какими направлениями характеризуется структура технической диагностики? Дайте определение каждому из них.

2. Объясните определение «Распознавание состояния системы», от чего зависит число диагнозов?

3. Какими свойствами должны обладать параметры, описывающие состояние системы?

4. Что собой представляет Техническая диагностика ?

5. Что собой представляет Техническая диагностика ?

6. Что такое техническое обслуживание?

7. Что понимается под Ремонтом оборудования?

8. Что такое Ремонтопригодность?

9. Какие предусматриваются виды ремонта цифровых систем? Дайте определение каждому из них.

10. Поясните определение «Техническое состояние».

11. Какие виды состояния объекта различают? Охарактеризуйте каждое из них.

12. Разъясните термины Правильное функционирование и Неправильное функционирование.

13. Что такое Техническое диагностирование?

14. Что включает в себя Система технического диагностирования?

15. Какие задачи контроля и диагностики решаются на стадии разработки?

16. Что такое диагностический параметр (признак)?

17. Как разделяются системы технического диагностирования по степени охвата?

18. Как подразделяют системы технического диагностирования по характеру взаимодействия СТД со средствами технического диагностирования (СрТД)?

План лекции

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ

1.1 Особенности современных цифровых систем как объекта контроля и диагностики

1.2 Анализ моделей неисправности цифровых устройств

1.3 Виды и методы контроля и диагностики

1.4 Встроенный контроль цифровых систем

1.5 Особенности современных цифровых систем как объекта контроля и диагностики

 Появление цифровых систем на микропроцессорной базе, в сочетании со специализированными БИС, СБИС и МПК привело к серьезной пробле­ме обеспечения эффективного обслуживания в местах их эксплуа­тации. Большинство специалистов, занимающихся обслуживанием сложных цифровых систем достаточно ясно осознало, что к проблеме контроля и диагностики в условиях эксплуатации нельзя относится как к вопросу второстепенной важности. Поэтому повышение технических и эксплуатационных ха­рактеристик сложных цифровых систем на базе БИС, СБИС и МПК неразрывно свя­зано с разработкой новых методов и средств диагностики с необходимостью всестороннего учета и анализа цифровых плат и их сос­тавных частей, как объекта контроля и диагностики.

Особенности контроля и диагностики цифровых плат с БИС и СБИС характеризуется следующим [1,24,53]:

- широким диапазоном характеристик БИС и СБИС;

- количеством контрольных тестов, которое может достигать несколько тысяч;

- цифровые платы с БИС и СБИС имеют магистральный принцип организации, что требует обеспечения обмена данными по 4, 8, 16 - разрядным шинам за один период тактовой частоты, а также одновременный многоканальный контроль;

- магистральные шины в большинстве БИС и СБИС имеют двунаправленный режим работы, поэтому контрольное оборудование должно обеспечивать переключение с передачи на приём в течение одного пери­ода тактовой частоты;

- цифровые платы с БИС и СБИС могут иметь в интерфейсных схемах несколько двунаправленных каналов ввода-вывода;

- так как временные характеристики играют важную роль, то операции контроля должны производится на частоте, близкой к рабочей частоте до 10 – 20 МГц.

Микропроцессорные системы (МПС) также имеют ряд особенностей, которые не позволяют использовать традиционное оборудование:

- описание схем затруднено, так как их функции, в MПС реализуются микро­программами, хранящимися в ПЗУ. Работа этих схем скрыта в алго­ритме программы;

- аналогичные трудности возникают в связи с динамичностью работы MПС, в которых импульсные сигналы обычно действуют в течение нескольких микросекунд, а затем исчезают.

- параллельная структура шин, к которым подключено сразу несколько устройств по схеме ИЛИ затрудняет обнаружение источ­ника неисправностей.

Поэтому нуж­но знать, не только где смотреть, но и когда смотреть;

Таким образом, можно указать на общие особенности цифровых плат на базе БИС, СБИС и МПК, определяющих сложность их контроля:

- повышенная сложность объекта контроля;

- ограниченный допуск к контролируемым узлам;

- шинная организация;

- необходимость контроля в реальном масштабе времени;

- микропрограммное управление МП;

- неполнота контроля комплектующих БИС и СБИС;

- влияние на устойчивость функционирования МПС входных

проводимостей БИС, СБИС и элементов конструкции;

- высокая стоимость обнаружения и устранения дефектов и др.

На основании вышеизложенного можно отметить, что в усло­виях эксплуатации цифровых систем требуется решение следующих задач контроля и диагностики:

1. Снижение себестоимости контрольно-диагностических ра­бот с целью минимизации себестоимости ремонтно-восстановительных работ.

2. Сбор и обработка информации об эксплуатационной надеж­ности цифровых плат и их составных частей, а также о временных и экономических затратах на поиск и устранение неисправностей.

С целью разработки автоматизированного устройства диагностики цифровых плат (АУДЦП) и создания базы диагностических данных должны быть разработаны:

- методика анализа номенклатуры и технических данных заданных типов цифровых плат как объекта контроля и диагностики для средств

диагностики на основе метода сигнатурного анализа;

- методика анализа статистических данных подконтрольной эксплуатации цифровых систем для определения надежностных характеристик цифровых плат.

По первому направлению необходимо проведение анализа номенклатуры и технических данных цифровых плат и их составных частей, который включает в себя:

1. Распределение числа различных по функциональному назна­чению цифровых плат в цифровой системе;

2. Число типонаименований цифровых плат и их размеры: типы, серии и число ИМС, БИС, СБИС и МПК;

3. Типы и число разъёмов, число контактов разъёмов в различ­ных типах цифровых плат;

4. Рабочие частоты функционирования узлов в рассматриваемых цифровых платах;

5. Градации напряжения источников питания для различных цифровых плат с ИМС, БИС, СБИС и МПК.

По второму направлению необходимо проведение анализа существующей подсистемы ремонтно-восстановительных работ (РВР), связанных с цифровыми платами:

1. Общая организация, способы и средства контроля и диагнос­тики, используемые при РВР;

2. Временные и стоимостные затраты на проведение контроль­но- диагностических операций для заданных цифровых плат и ремонтно- восстановительных работ (РВР) в целом;

3. Анализ надёжностных характеристик цифровых плат и их составных частей по результатам обобщенного опыта эксплуатации.

С целью определения основных количественных показателей эксплуатационной надёжности цифровых плат, учёт которых позво­лит снизить реальные трудозатраты на проведение контрольно-диагностических операций, необходимо проведение анализа:

а) интенсивности отказов цифровых плат;

б) доли отказов отдельных цифровых плат в общем, количестве отказов аппаратуры;

в) среднего времени поиска неисправности;

г) наработки на отказ и среднего времени восстановления циф­ровых плат;

д) ранжирования цифровых плат по критерию эксплуатационной надежности.

Таким образом, в создаваемой базе диагностических данных АУДЦП предусматривается хранение:

- сведений о типах ИМС, БИС,СБИС и МПК и их эталонных сигнатурах, необходимых при их замене и для организации входного контроля;

- сведений о проверяемых цифровых платах и их эталонных сигнатурах непосредственно на контактах разъёмов;

- сведений о топологический модели схемы цифровых плат;

- алгоритмов для поиска и локализации места неисправности в цифровых платах;

- сведений о внешних стыковочных параметрах, необходимых при настройке и проверке работоспособности восстановленных цифровых плат и доведения этих параметров до норм указанных в технических условиях.

Для повышения эффективности средств контроля и диагностики, пользователю АУДЦП необходимо предоставить на выбор один из ниже следующих режимов:

- режим словаря («журнал») эталонных сигнатур, для заданных типов цифровых плат. Подобный словарь эталонных сигнатур цифровых плат даёт возможность контролировать по ним состояние цифровой схемы в произвольном порядке, отыскивая неправильные или не­стабильные сигнатуры;

- режим обратного прослеживания ошибок по заданному алго­ритму поиска неисправности в цифровой плате. В этом режиме оператор получает указания по последовательному контролю набора точек, что позволяет оператору с зондом, начиная с непра­вильной сигнатуры, определить всю цепочку сигнатур, ведущую к неисправному элементу или узлу схемы с точностью, которая обеспечивает методы сигнатурного анализа.

При этом в АУДЦП по окончании контрольно-диагностических процедур должно обеспечиваться автоматическое документирование и хранение результатов:

- даты и времени проявления неисправности;

- режим работы цифровой системы в момент появления неисправности;

- метода и средства, применяемого для поиска и локализации места неисправности;

- места и причины неисправности;

- временных характеристик обнаружения, поиска и локали­зации места неисправности;

- оператора производившего диагностику неисправности.

 

Основным состоянием цифрового устройства является исправное – такое состояние устройства, при котором оно удовлетворяет всем требованиям технической документации. В противном случае устройство находится в одном их неисправных состояний.

Если установлено, что цифровое устройство неисправно, то решается вторая задача: осуществляется поиск неисправности схемы, цель которого – определение места и вида неисправности.

Неисправности цифрового устройства появляются в результате применения неисправных компонентов, возникновения разрывов или коротких замыканий в межкомпонентных соединениях, нарушение условий эксплуатации схемы, наличие ошибок при проектировании и производстве, а также ряд других факторов.

Для научно обоснованного выбора методов и средств диагностики необходимо тщательное изучение и анализ неисправностей цифровых устройств, а также определение к какому классу они относятся. При этом метод диагностики будет адекватен цифровому устройству, для которого он используется, именно в той мере, в какой адекватно принятая за основу модель неисправности.

В большинстве случаев рассматриваются следующие виды неисправностей:

1. Константные неисправности: константный нуль и константная единица, что означает наличие постоянного уровня логического нуля или логической единицы на входах и выходе неисправного логического элемента.

3. Неисправности типа «короткое замыкание» (мостиковые неисправности) появляются при коротком замыкании входов и выходов логических элементов и подразделяются на два вида: неисправности, вызванные коротким замыканием входов логического элемента, и неисправности типа обратной связи.

4. Инверсные неисправности описывают физические дефекты цифровых схем, приводящие к появлению фиктивного инвертора по входу или выходу логического элемента, входящего в данную схему.

5. Неисправности типа «перепутывание» заключаются в перепутывании связей цифровой схемы и вызываются ошибками, возникающими при проектировании и производстве цифровых схем, которые изменяют функции, выполняемые схемой.

На рисунке 1. приведен жизненный цикл цифровых систем в период, их технической эксплуатации который, можно характеризовать через - интенсивность отказа[1,3,52,55]:

 

 Рис.1. Три этапа технической эксплуатации цифровых систем

На кривой можно выделить три характерные области: