4.3. Виды и методы контроля и диагностики
Практическая реализация путей повышения уровня контролепригодности существующих и перспективных цифровых систем связана в первую очередь с усовершенствованием как традиционных, так и разработкой качественно новых методов и средств оценки технического состояния цифровых устройств. В общем случае в процессе работы цифровые системы являются источником возникновения различных процессов: электрических, тепловых, электромагнитных и т.д, которые могут являться носителями существенной диагностической информации о техническом состоянии. Рассмотрим существующие методы контроля и диагностики, классификационная схема по наиболее общим видам контроля приведена на рис.4.3.
Все электрические методы контроля могут быть разделены на три основные группы: параметрический, функциональный и тестовый (рис.4.4). Параметрический контроль включает традиционный метод измерения параметров на постоянном токе и временные параметры: напряжений, токов, сопротивлений, частоты, скважности, фронтов, длительностей импульсов, время задержки распространения сигнала, длительность нарастания, длительность спада и др. [47,53].
Кроме того, параметрическим измерениям подлежат токи утечки входных контактов, взаимные проводимости выводов микросхем, коэффициенты усиления, а в ряде случаев и параметры входных и выходных сигналов, получаемых в процессе упрощения проверки логических узлов.
Параметрический контроль электронных узлов используется при проверке правильности установки элементов на платы, локализации неисправных элементов, контроле входных и выходных плат в условиях производства и эксплуатации. Известно три основных метода параметрического контроля элементов, установленных на плату: метод функциональных проб, метод двухполюсников, метод потенциального разделения [47,53]. Анализ показывает, что использование первого и второго методов связано с выпаиванием электронных элементов из схем, что в свою очередь может стать источником отказов в электронном узле. В настоящее время широкое распространение получил третий параметрический метод измерения без разрыва связей между элементами.
Рис.4.3. Классификационная схема видов контроля
Рис.4.4. Классификационная схема методов контроля и диагностики цифровых устройств
Рис.4.4. Классификационная схема методов контроля и диагностики цифровых устройств
В отличие от параметрического контроля, задача функционального контроля включает: проверку исправности, поиск неисправности, локализацию неисправности. Методы функционального контроля различаются по четырем основным признакам: способу генерации входных воздействий, способу генерации выходных реакций, способу сравнения выходных реакций испытуемой системы с истинными, способу анализа и постановки диагноза [47,53,54]. Последний включает четыре известных способа: замещение, логический анализ, сигнатурный анализ и автоматическая диагностика. В зависимости от масштаба времени, в котором производится функциональный контроль, различают статический и динамический. Статический функциональный контроль осуществляется при низкой скорости протекания процесса, а динамический - осуществляется в реальном масштабе времени при быстродействии близкой к максимальной. В соответствии с этим, статический контроль обнаруживает относительно простые неисправности, а динамический контроль позволяет выявить сложные динамические неисправности.
В отличие от функционального контроля, при котором используются только рабочие воздействия, тестовый контроль отличается возможностью подачи на контролируемую схему специальных тестовых воздействий. При использовании тестового метода возникает задача синтеза контролирующих и диагностических тестов для заданного класса неисправностей: константные неисправности, короткие замыкания, обрывы неисправности элементов и т.д. Из чаще всего применяемых при тестовых методах ограничений типа неисправностей, можно указать на неисправность "тождественный 0" и "тождественная 1". В качестве тестовых методов, учитывающих и неучитывающих логику схемы используются: метод таблиц истинности, метод булева дифференцирования, алгоритм Армстронга, метод Х-кубов и метод Д-кубов [1,10]. Первые три метода используются для обнаружения единичных неисправностей типа "тождественный 0" и "тождественная 1" в комбинационных схемах, а также для частичной локализации неисправностей.
В [10] рассмотрены вышеуказанные методы построения тестов:
а) метод пересечения применим для объектов с однократными неисправностями и с достаточно большим числом сменных элементов (до 150 и более и до 400 и более связей между ними). Метод может быть использован при построении средств диагностики для комбинационных схем с памятью;
б) метод таблиц истинности может успешно применяться для класса комбинационных схем, которые не слишком большие (8÷10 входов и 4-5 выходов) и имеют число специфических неисправностей, не превышающих несколько сотен для обнаружения и не более ста для локализации неисправностей;
в) метод булева дифференцирования применяют для проверки комбинационных схем, содержащих неисправности типа "тождественный 0" или "тождественная 1";
г) алгоритм Армстронга используется для обнаружения единичных неисправностей типа "тождественный 0" и "тождественная 1" в комбинационных схемах. Кроме того, этот метод пригоден и для частичной локализации неисправностей;
д) метод Х-кубов может применяться для обнаружения неисправностей, как в комбинационных, так и в схемах с обратными связями;
е) метод Д-кубов применяется как для проверки неисправностей типа "тождественный 0" и "тождественная 1", так и для других неисправностей.
Все рассмотренные методы контроля и диагностики резко отличаются друг от друга по информативности, полноте, глубине, достоверности и производительности контроля и трудоемкости диагностики, требованиям к квалификации специалистов. Необходимо отметить, что реализация наиболее информативных и высоко производительных методов сопряжена с созданием сложных средств контроля и диагностики.