Устройство для обнаружения и локализации коротких замыканий в электронных блоках Советский патент 1985 года по МПК G01R31/3177 G01R31/02 

2. Устройство по П.1, о т л и - чающееся тем, что блок совпадения содержит три элемента И, выходы первого и второго элементов И соединены с первым и вторым выходами блока совпадения, первый и второ входы которого через третий элемент И соединены с первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с третьим и четвертым входами блока совпадения соответственно.

.3, Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что блок совпадения содержит два элемента И, два элемента ИЛИ, два делителя частоты, выходы которых соединены с первым и вторым выходами блока совпадения, счетные входы делителей частоты соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, первые входы которых соединены с первым входом блока совпадения, второй вход которого соединен с инверсными входами первого и второго элементов ИЛИ, выходы которых соединены соответственно с входами сброса первого и второго делителей частоты, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с выходами второго и первого элементов И, вторые входы которых соединены с третьим и четвертым входами блока совпадения соответственно.

4. Устройство по П.1, отличающееся тем, что формирователь импульсов тока выполнен на транзисторе, база которого через конденсатор соединена с входом формирователя импульсов тока, выход которого через переменный резистор соединен с коллектором транзистора, база которого соединена через резистор с шиной питания и эмиттером транзистора.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЛОКАЛИЗАЦИИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В ЭЛЕКТРОННЫХ БЛОКАХ, содержащее датчик ступенчато изменяющегося тока, последовательно соединенные генератор и распределитель импульсов, , отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и обеспечения направленного поиска места короткого замыкания, в него / введены детектор-компаратор, триггер, блок совпадения, формирователь импульсов Тока, компаратор логического нуля, выход которого соединен с первым входом блока совпадения, первый и второй выходы которого соединены с выходами устройства, первый выход распределителя импульсов через формирователь импульсов тока соединен с входом компаратора логического нуля и зондирукицим выходом устройства, второй выход распределителя импульсов соединен 9 с вторым входом блока совпадения, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера, вход сброса которого соединен с входом распределителя импульсов, а установочный вход - через детектор-компаратор с датчиком ступенчато изменяСО СО О) ющегося тока. о Ф

1

Изобретение относится к цифровой и импульсной технике и предназначено для использования в системах контроля и диагностики логических блоков.

Цель изобретения - повышение достоверности за счет возможности однозначного обнаружения факта короткого замыкания в выходной цепи микросхемы и обеспечение направленного поиска места короткого замыкания.

На-фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - схема блока совпадения, варианты исполнения; на фиг. 3 - схема формирователя импуль- сов тока; на фиг. 4 - схемы, поясняющие способ использования устройства; на фиг. 5 - временные диаграммы работы устройства, блок совпадения в котором выполнен по фиг.2а; на фиг.6- временные диаграммы работы устройства, блок совпадения в котором выполнен по фиг,2S.

Устройство содержит генератор 1 , первый выход 2 распредетгтеля 3 им- пульсов, формирователь 4 импульсов тока, компаратор 5 логического нуля, первый вход 6 блока 7 совпадения, второй выход 8 распределителя 3 импульсов , второй вход 9 блока 7 совпадения, прямой выход 10 триггера 11 датчик 12 ступенчато, изменяющегося тока, детектор-компаратор 13, вход 14 сброса триггера 11, третий вход 15 блока 7 совпадения, вход 16 установки триггера, четвертый вход 17 блока 7 совпадения, инверсньй выход 18 триггера II, первый выход 19 устройства, второй выход устройства 2QJзондирующий выход 21 устройства; выход датчика 12 ступенчато изменяющегося тока соединен с входом детектора-компаратора 1 3, вьгход которого Соединен с входом I6 триггера 11, вход 14 сброса которого соединен с входом распредели-. теля 3 импульсов и выходом генератора 1, выход 2 распределителя 3 иьтпульсов соединен с входом формирователя 4 импульсов тока, выход которого соединен с входом компаратора 5 логического нуля и зондирующим выходом 21 устройства, выход компаратора 5 соединен с входом 6 блока 7 совпадения, вход 9 которого соединен с выходом 8 распределителя 3 им3

пульсов, входы 15 и 17- блока 7 совпадения соединены соответственно с выходами 10 и 18 триггера П.

Блок 7 совпадения (фиг.2а содержит первый элемент И 22, второй элемент И 23, третий элемент И 24, Выход третьего элемента И 24 соединён с первыми входами первого и второго элементов. И 22 и 23, вторые входьг которых соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока 7 совпадения.

, Блок 7 совпадения, изображенный на фиг.2 б , содержит первый элемент И 22, второй элемент И 23, первый элемент ИЛИ 25, второй элемент ИЛИ 26, счетный вход 27 первого делителя 28 частоты, счетный вход 29 второго делителя 30 частоты, вход 31 сброса первого делителя 28 частоты, вход 32 сброса второго делителя 30 частоты. Выходы элементов И 22 и 23 соединены соответственно. с входом 27 и 29 делителей 28 и 30 частоты, входы 31 и 32. сброса которых соединены соответственно с выходами элементов ИЛИ 25 и 26, инверсные входы которых соединены с первым входом блока 7 совпадения, второй и третий входы которого соедине- ны с входами первого элемента И 22, второй вход элемента И 23 соединен с четвертым входом блока совпадения, а первый вход - с первым входом пер вого элемента И 22.

Формирователь импульса тока(г.З содержит транзистор 33, конденсатор 34, переменный резистор 35, ре- эистор 36.

Датчик 12 ступенчато изменяющегося тока может быть выполнен, например, в виде катушки с П-образным ферритовым сердечником, возле зазора которого помещается исследуемый проводник. Датчик преобразует перепады тока в этом проводнике в импульсы напряжения на выводах катушки по- лoжитeльнoJЙ либо отрицательной полярности. Величина и полярность этих импульсов зависит как от величины и крутизны перепадов тока в проводнике так и от полярности этих переп.адов и ориентации датчика 12 ступенчато изменяющегося тока относительно направления тока в исследуемом проводнике.

Нумерация диаграмм на фиг.5 и 6 соответствует номерам элементов на фиг.1 и 2.

93609

Примем, что испытьшаемый блок выполнен на ТТЛ-схемах ( хотя сказанное справедливо и для ИМС других технологий }.

5 Формирователь 4 импульсов тока преобразует постоянный сигнал либо положительный перепад на входе в Обрыв, а отрицательный перепад на входе в положительный импульс напряжения пилообразной формы с крутым передним фронтом и с пологим задним фронтом. При логической единице на входном конденсаторе 34 (фиг.З) транзистор 33 заперт и на выходе формиро-

5 вателя 4 импульсов тока Обрыв. При появлении логического нуля на разряженном входном конденсаторе 34 на базе транзистора 33 появляется низкий потенциал и транзистор 33 открывается. На выходе формирователя 4 импульсов тока появляется положительный потенциал. Конденсатор 34 начинает заряжаться по экспоненциальному закону током через резистор

5 транзистор 33 начинает запираться, формируя задний пологий фронт Импульса. Появление логической единища не отпираеттранзистора- 33, конденсатор 34 разряжается. Крутизна заднего фронта определяется величинами ем0кости конденсатора 34 и постоянного сопротивления резистора 36. Этот импульс не изменяет состояния логической единицы в точке испытываемо- . го блока, к которой подсоединен зон- .дирующий выход 2I устройства, а в случае логического нуля в эту .точку 1будет втекать не изменяющий ее логического состояния импульс тока пилообразной формы, величина кото0рого оп{)еделяется величиной переменного резистора 35.

Детектор-компаратор 13, который может быть вьтолнен, например, на микросхеме К554САЗ, выдает сиг5нал только в том случае, если на его вход пришел сигнал положительной полярности, величина которого выше определенного порога. Величина этого порога выбрана такой, что детектор-

0 компаратор 13 не выделяет сигнала от датчика 12 ступенчато изменяющегося тока при пологом фронте импульса тока в исследуемом проводнике от формирователя 4 импульсов тока. Благодаря такой форме зондирующего импульса тока наличие сигнала на выхо,де детектора-компаратора 13 в момент прохождения по проводнику зондирующего импульса тока означает наличие в этом проводнике тока определенного направления (при соответствующей ориентации датчика 12 ступенчато из меняющегося тока относительно предполагаемого направления тока в исследуемом пров.однике jt Отсутствие сигиалов на выходе детектора-компа- 13 в момент прохождения зондирующего импульса означает отсутст вие в исследуемом проводнике импуль са тока предполагаемого направления либо отсутствие импульса тока вообще, . . Изложим в общем виде способ обна ружения и локализации коротких замы каний, реализованный в предлагаемом устройстве. На фиг.4 о изображена не закрроченная выходная цепь вентиля 37 и путь зондирующего импульса то- ка от зондирующего выхода 21 устройства (обозначен 38 ) на выход oi- крытого исследуемого вентиля 37. Датчик 12 ступенчато изменяющегося тока обозначен 39. .Внутренние узлы испытьшаемого бл ка переключаются под действием стимулирующих сигналов, которые могут либо поступать от испытательной установки, либо являться рабочими сигналами системы, частью которой является испытьшаемый блок. Короткое замыкание на выходе вен тиля 37 (фиг.45и в)проявляется тол ко при попытке данного вентиля 37 установиться в закрытое состояние (логической единицы ), когда закороченный с ним другой вентиль 41 находится в открытом состоянии (логического нуля ). В этом случае зондирующий импульс тока от формирователя 4 импульсов тока при подсоединении зондирующего выхода 21 устрой ства к любой точке выходной цепи вентиля 37 будет проходить на выход вентиля 41. Для обнаружения короткого замыкания необходимо установить датчик 12ступенчато изменяющегося тока не посредственно на выход (на вывод микросхемы ) исследуемого на коротко замыкание вентиля 37 и сориентирова датчик так,чтобы детектор-компарато 13мог реагировать на втекающий в вентиль 37 зондирукнций импульс тока Подсоединяют зондирующий выход 25 устройства к любой точке выходной цепи вентиля 37. Отсутствие прохожд ния зондирующего импульса тока через вьгоод микросхемы, соответствующий выходу вентиля 37, при логическом нуле в цепи зтого выхода означает наличие короткого замыкания (фиг.4.Б). Для локализации места короткого замыкания необходимо установить зондирующий выход 21 уст15ойства непосредственно на вывод микросхемы, соответствующий выходу вентиля 37, в выходной ,цепи которого обнаружено короткое замыкание. Путем исследования выходной цепи вентиля 37 датчиком 12 ступенчато изменяющегося тока определяют участок выходной цепи вентиля 37, по которому протекают зондирующие импульсы тока. Этот участок заключен между выходом вентиля 37 и точкой короткого замыкания(точка 40, фиг.4в). Датчик 12 ступенчато изменяющегося тока должен быть сориентирован так, чтобы детекторкомпаратор 13 мог реагировать на про- текающие по проводнику зондирующие импульсы тока. Рассмотрим работу устройства, когда блок 7 совпадения реализован по схеме, приведенной на фиг.2а. В этом случае испытьгоаемый блок должен быть синхронизирован с работой генератора 1, т.е. моменты возможного изменения сигналов в испытываемом блоке должны совпадать с импульсами генератора I (диаграммы, фиг.5 ). Этот вариант в основном используется при отладке блоков на испытательных установках, когда легко осуществить синхронизацию, инициируя вьщачу очередного испытательного набора импульсом генератора 1. На первом выходе 2 распределителя 3 импульсов появляется задержанный относительно положительного импульса генератора I отрицательный импульс. Этот импульс поступает на вход формирователя 4 импульсов тока, на выходе которого появляется импульс пилообразной формы. Диаграммы на фиг.5 соответствуют ситуации, изображенной на фиг.46, причем сплошные линии роответствуют наличию короткого замыкания, а пунктирные - его отсутствию. Короткое замыкание несколько поднимает уровень логического нудя вентиля 37. На выходе датчика 12 ступенчато изменяющегося тока от каждого перепада тока в выход- ной цепи вентиля 37 появляются положительные и отрицательные импульсы

7

(в том числе и от передних фронтов зондирующих импульсов тока ). От каждого положительного импульса, превышающего определенный порог, поступающего на вход детектора-гкомпара- тора 13, последний вьщает импульс, который устанавливает в единичное состояние триггер 11, предварительно сбрасываемый импульсами генератора 1. Так как задний фронт импульса генератора 1 поступает на, вход триггера 11 позже импульса, посту- пившего на вход 16 установки триг- гера 11 от детектора-компаратора 13

при переклн5чении логических сигналов испытываемого блока, то триггер 11 к моменту появления импульса на первом выходе 2 распределителя 3 импульсов остается в сброшенном состоянии и реагирует только на пЬохождение зондирующих импульсов тока

При логическом нуле на зондирующем выходе 21 устройства компаратор 5 логического нуля выдает единицу, которая поступает на первый вход ; элемента И 24, и положительный импульс на втором выходе 8 распределителя 3 импульсов, сдвинутый относительно импульса на перво 1 выходе 2 распределителя 3 импульсов, поступает на первые входы элементов И 22. и 2,3.

При единице в триггере 11 этот импульс проходит на первый выход 19 устройства, инфицируя наличие прохождения зондирующих импульсов то ка ожидаемого направления, а при нуле в триггере 1 1. импульс проходит на второй выход 20 устройства, индицируя отсутствие прохождения зондирующих импульсов тока ожидаемого направления.

При отсутствии короткого замыкания импульсы появляются только на первом выходе 19 устройства, а при наличии короткого замыкания в выходной цепи вентиля 37 импульсы будут также и на втором выходе 20 устройства.

Для поиска места короткого замыкания устанавливается ситуация, изображенная на фиг,4в, и при .установке датчика 12 ступенчато изменяющегося тока вне участка от выхода вентиля 37 до топологически первой от выхода вентиля 37 точки 40 короткого замыкания, импульсы будут только на втором выходе 20 устройства, а при установке датчика 12 сту36098

пенчато изменяняцегося тока на участке от выхода вентиля 37 до точки 40 импульсы будут также и на первом выходе 19 устройства.

Рассмотрим работу устройства при выполнении блока совпадения на схеме фиг.2 Б. В этом случае работа генератора 1 не синхронизирована с работой испытываемого блока (диаграммы фиг.6 ). Этот вариант предназначен для отладки блоков в составе работающих систем. Для этого необходимо принять спегщальные меры, чтобы импульсы детектора-компаратора 13,

5 вьфабатывающиеся от переключений рабочих токов и появляющиеся в любом месте временной диаграммы, не влияли на анализ прохождения зондирующих импульсов тока,

0 Частота генератора I должна более чем втрое превьшать частоту переключения сигналов в испытываемом блоке. Коэффициенты деления первого 28 и второго 30 делителя частоты блока

5 7 совпадения равны трем. В этом случае , после сброса или нулевого состояния положительный сигнал на выходах делителей появляется по приходу двух импульсов на их счетнь1е входы, а по

0 приходу третьего импульса дели-, тели переходят в нулевое состояние. Отличие в работе этого варианта от предыдущего заключается только в рабо.те блока 7 совпадения. Логическая единица на выходе компаратора 5 логического нуля поступает на инверсные первые входы первого элемента ИЛИ 25 и второго элемента ИЛИ 26 и разрешает работу блока 7

1 совпадения, снимая сигнал сброса с первого 28 и второго 30 делителей частоты. При логической единице на зондирукяцем выходе 21 устройства на выходе компаратора 5 логического г нуля появляется ноль, который через первый элемент ИЛИ 25 и второй элемент. ИЛИ 26 сбрасывает первый 28 и второй 30 делители частоты и удерживает их в нулевом состоянии.

Положительный импульс на втором выходе 8 распределителя 3 импульсов поступает на первые входы первого 22 и второго 23 элементов И, При едэгнице в триггере 11 этот импульс поступает через первый элемент И 22 на счетньй вход первого делителя 28 частоты и через второй элемент ИЛИ 26 на вход сброса второго делителя 30 частоты, который устанавливается в

нулевое состояние, а на выходе первого делителя 28 ча.стоты после прихода второго импульса-на его счетный вход появляется единичный сигнал, индицирующий Наличие прохождения в исследуемом проводнике зондирующих импульсов тока ожидаемого направления. При нуле в триггере 11 импульс с вт орого выхода 8 распределителя 3 импульсов через второй элемент И 23 проходит- на счетный вход второго делителя 30 частоты и через первый элемент ИЛИ 25 сбрасывает пер(вый делитель 28 частоты. На выходе второго делителя 30 частоты после прихода второго импульса на его счетный вход появляется единич- ньй сигиал, индицирующий отсутствие прохождения зондирующих, импульсов тока ожидаемого направления.

Таким образом, для появления единичного сигнала на выходах устройства необходимо, чтобы к моменту появления импульсов на втором выходе 8 распр,еделителя 3 импульсов триггер 11 находился в одном и том же состоянии как минимум два раза подряд. Если за один раз триггер 11 установился в единичное состояние о

9360910

переключения рабочих токов в точке подсоединения зондирующего выхода 21 устройства, то прошедший через первый элемент И 22 первый импульс

5 с второго выхода 8 распределителя 3 импульсов еще не вызовет появления единичного сигнала на выходе первого делителя 28 частоты.

Если же в следующем такте триггер I1 останется в нулевом состоянии ( отсутствие прохождения зондирующих импульсов тока ожидаемого направления ), то импульс с второго выхода 8 распределителя 3 им-

15 пульсов сбросит первый делитель 28 частоты в нулевое состояние и на его выходе не появится единичный сигнал. Если в этом такте триггер 11 также установится в единичное состояние

20 (уже от прохождения зондирующих импульсов тока), то на выходе первого делителя 28 частоты появится единичный сигнал, верно индицирующий прохождение зондирующего .импульса

25 тока.

Использование устройства для обнаружения короткого замыкания и локализации его места в данном случае

аналогично описанному вьше. гНН

0Vi

лиги

я

J3

35

Фиг.З

I/

а

--If

(/

лЛ

I. Il

4Hrf --.

LJy

Г

Г-1

L-J F

38

/

J5

w

-ЧТL.J

(ftf2.