Устройство диагностирования электронной аппаратуры Советский патент 1993 года по МПК G01R31/28 

fe

Изобретение относится к области тех- I- ической диагностики и может быть исполь- эовано для контроля м диагностики цифровых и аналоговых интегральных микросхем, а также устройств, построенных на. их основе.

Цель изобретения - повышение достоверности контроля функционирования электронных блоков и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что D устройство, содержащее первый и второй мультиплексоры, блок индикации, блок синхронизации, блок выявления неисправности и счетчик, причем выходы блока начальной установки и блока пуска соединены с соответствующими входами олока синхронизации, первый выход блока синхронизации соединен с суммирующим

входом счетчика, первая группа разрядных выходоо которого соединена с первой группой информационных пходоп блока индикации и управляющими входами первого и второго мультиплексоров, третий выход блока синхронизации подключен к синхров- ходу блока выявления неисправности, введены коррелятор, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти эталонных корреляционных функций и триггер аварии, входы первого мультиплексора подключены к информационным входам соответствующих функциональных блоков объекта контроля, а входы второго мультиплексора - к информационнымТыходам функциональ- ных блоков, выход перпого мультиплексора подключен к первому входу коррелятора, а выход второго мультиплексора - ко второму входу коррелятора, выход которого подклю00СА J

ГО 4 4

чен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, информационный выход которого соединен с первым входом блока выявления неисправности, второй информационный оход которого соединен с ин- фррмационным выходом блока памяти эталонных корреляционных функций, первый вход которого подключен ко второму информационному выходу счетчика, второму входу блока индикации, второму входу первого мультиплексора и второму входу второго мультиплексора, причем второй вход блока памяти эталонных корреляционных функций подключен к первому, информационному выходу счетчика и третьему входу блока индикации, первый вход которого соединен с выходом триггера аварии, первый вход которого подключен к выходу блока выявления неисправности и второму входу блока синхронизации, а второй вход триггера аварии подсоединен ко второму входу счетчика, первому входу блока синхронизации, к четвертому входу блока выявления неисправности, к третьему входу АЦП и к выходу блока начальной установки, а блок пуска соединен с третьим входом блока синхронизации, а второй выход блока синхронизации - с вторым входом аналого- цифрового преобразователя.

Передаточные характеристики реаль- ных цифровых элементов, комплектующих электронные блоки, имеют вид характеристик безынерционных ограничителей. В силу этого удобно использовать корреляционный анализ для определения техническо- го состояния электронных блоков.

Тогда взаимная корреляционная функция цифрового элемента по цепи вход-выход определяется с помощью напряжения

Ry.x(r) I/x(t)y(t-r)dt,

I n

где x(t)-входной сигнал;

у(0 - выходной сигнал цифрового элемента о виде импульсов напряжения;

Т - время интегрирования, равное длительности входной последовательности.

Так как автокорреляционная функция Rx(r) входного сигнала x(t) является бг-фун- кцией,то

Ry.x(r)h.(2)

где h - импульсная характеристика электронного блока по цепи вход-выход,

В общем случае для электронного блока, имеющего N входов и М выходов, при воздействии входного сигнала x(t) на одном из входов на выходах появляются сигналы YjW- j 1 .М, как реакции на входной сигнал.

Суммарный выходной сигнал электронного блока

м

Ys(t) Z yj(t).(3)

j 1

Парциальную взаимную корреляционную функцию электронного блока определяют как взаимную корреляционную функцию импульсного входного сигнала на одном из входов электронного блока и суммой импульсов напряжения всех выходов, как реакций на этот сигнал, с помощью выражения

(t-T)dt.

I

(4)

Суммарная взаимная корреляционная функция электронного блока

RЈ М Ri(i) +...+RKi-iW + RN(I).

(5)

5-Ю1520 25

30 35

40

с

CQ

gg

Значение суммарной взаимной корреляционной функции электронного блока, полученное коррелятором в режиме накопления, позволяет оценить техническое состояние электронного блока. Для контролируемого электронного блока выполнения условие

R.Ј RЈ3+AR (6)

где эталонное значение суммарной взаимной корреляционной функции электронного блока;

A R3 - среднеквадратическое отклонение суммарной взаимной корреляционной функции от RЈ..полученное на основе обработки результатов измерений на заранее исправных электронных блоках.

Невыполнение условия (6) говорит о неисправности электронного блока.

Существенными отличиями признаками заявляемого технического решения является введенные коррелятор, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти эталонных корреляционных функций и триггер аварии, которые позволяют осуществить проверку работоспособности исследуемых устройств основываясь на методе корреляционного диагностирования.

Перечисленные существенные отличительные признаки в отдельности известны. Совокупность данных признаков в других известных технических решениях в данной области техники не обнаружена. Данная совокупность признаков позволяет определить корреляционную функцию - корреляционный портрет на информационных выходах исследуемых функциональных блоков, который является более информативной характеристикой о техническом состоянии в отличие от реакций на тестовый сигнал для прототипа, что позволяет повысить достоверность определения технического состояния функционального блока.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства диагностирования электронной аппаратуры; на фиг.2 - принципиальная схема блока памяти эталонных корреляционных функций; на фиг.З - принципиальная схема блока индикации; на фиг.4 - принципиальная схема блока синхронизации; на фиг.5 - принципиальная схема блока выявления неисправности; на фиг.6 - принципиальная схема счетчика; на фиг.7 - пример корреляционной функции исследуемого блока; на фиг.8 - эпюры , поясняющие работу устройства.

Устройство диагностирования электронной аппаратуры (фиг.1) содержит первый 1 и второй 2 мультиплексоры, блок 3 начальной установки, блок 4 пуска, коррелятор 5, аналого-цифровой преобразователь 6, блок 7 выявления неисправности, блок 8 синхронизации, блок. 9 памяти эталонных корреляционных функций, счетчик 10, триггер аварии 11, блок индикации 12, где первые 1 входы первого мультиплексора 1 подключены к информационным входам соответствующих по номерам функциональных блоков исследуемого устройства, первые 2 входы второго мультиплексора 2 присоединены к информационным выходам соответствующих по номеру этих функцио- ильных блоков (например, информационный вход второго блока подключен ко . зторому информационному входу первого иультиплексора 1, а информационный выход этого блока - соответственно ко.второ- иу информационному входу второго иультиплексора 2), выход мультиплексора 1 подключен к входу 5 коррелятора, а выход мультиплексора 2 - ко входу 5 коррелятора , который связан со входом 61 аналого-циф- зового преобразователя 6, подключенному ю m-разрядной шине ко входу 71 блока 7 шявления неисправности, второй т-раз- )ядный 7 вход которого соединен с информационным m-разрядным выходом блока 9 1амяти эталонных корреляционных функ- 1ий, 91 вход которого подключен по р-раз- ядной шине к р-разрядному выходу 102 счетчика 10, входу 122 блока 12 индикации, 1ходу 12 мультиплексора 1 и входу 22 муль- иплексора 2, вход 92 блока 9 памяти эталонных корреляционных функций подключен по К-разрядной шине к выходу О1 счетчика 10 и входу 123 блока 12 индикации, вход 12 которого соединен с прямым

выходом триггера аварии 11, вход 111 последнего подключен к выходу блока 7 выявления неисправности и входу 8 блока 8 синхронизации, а вход 11 триггера 11 под- соединен к входу 102 счетчика 10, входу 6 аналого-цифрового преобразователя, входу 1А блока 7 выявления неисправности, входу 81 блока 8 синхронизации и к выходу блока 3 начальной установки, а блок 4 пуска сое0 с входом 83 блока 8 синхронизации . .выход 8 которого подключен к входу 73 блока выявления неисправности, выход 87 блока 8 синхронизации - к входу 6г аналого-цифрового преобразователя 6, а первый

5 выход 81 - к входу 101 счетчика 10.

Принципиальная схема блока 9 памяти эталонных корреляционных функций показана на фиг.2. Блок 9 памяти эталонных корреляционных функций состоит из де0 шифратора адреса 13, п ППЗУ 14, где адресный вход дешифратора 13 соединен с р-разрядным старшим адресным входом 91 блока 9 памяти эталонных корреляционных функций, а информационные выходы его

5 подключены к РХОДЭМ разрешения работы ППЗУ 14, адресные входы всех ППЗУ 14 параллельно соединены в одну К-разряд- ную шину и подключены к r/лэдшему адресному входу 9 блока 9 памяти эталонных

0 корреляционных функций, информацион- ные выходы ППЗУ 14 подключены параллельно к m-разрядной шине, которая является информационным выходом блока 9 памяти эталонных корреляционных функ5 ций. Количество ППЗУ соответствует количеству всех исследуемых функциональных блоков объекта диагностирования. В каждое ППЗУ 14 записана эталонная корреляционная функция соответствующего по

0 номеру функционального блока. В качестве дешифратора 13 используется интегральная схема 555ИД6, элементы 14 выполнены на интегральной схеме 573РФ2.

Принципиальная схема блока 13 инди5 кации показана на фиг.З. В качестве элемента 15 используется светодиод 2Л101А, элементы 16 выполнены на интегральных микросхемах 133ЛП4, элементы 17 выполнены на светодиодных матрицах АЛС324А,

0 сопротивления нагрузочного резистора 18 равна 1 кОм.

. Принципиальная схема блока 8 синхронизации, показана на фиг.4 Блок синхронизации 8 состоит из автогенератора 19,

5 триггера 20, двухвходового элемента 21 И и двух стандартных элементов задержки 22, причем входы 81 и 82 блока 8 синхронизации подключены к входам элемента 21, выход которого подключен к нулевому входу триггера 20, единичный вход его соединен с входом 83 блока 8 синхронизации, прямой выход триггера 20 подсоединен к входу управления автогенератора 19, выход которого соединен с выходом 82 блока 8 синхронизации непосредственно и выходами 83 и 81 через элементы задержки 22.

Автогенератор 20 выполнен на интегральной схеме 1006ВИ1. элементы 22 задержки - на интегральной схеме 155ЛИ1, элемент 21 - на схеме 555ЛИ1, а триггер 20 - на 555ТМ2.

Принципиальная схема блока 7 выявления неисправности показана на фиг.5 Блок 7 выявления неисправности состоит из цифровых компараторов 23, элемента 24 ИЛИ. стандартного элемента 25 задержки, элемента ИЛИ 26 и триггера 27. причем входы 71 и 72 блока выявления неисправности подсоединены к первым и вторым информационным входам цифровых компараторов 23 соответственно, выходы которых подключены к входам элемента ИЛИ 24 соответственно, выход которого подсоединен к D-входу триггера 27, синхровход которого подключен к входу 73 блока 7 выявления неисправ- мости и входу элемента задержки 25, выход которого подсоединен к входу 262 элемента ИЛИ 26, вход 26 которого подключен к входу 74 блока 7 выявления неисправности, выход элемента ИЛИ 26 подсоединен к R- входу триггера 27, выход которого подключен к выходу блока 7 выявления неисправностей. В качестве цифровых компараторов 23 используются интегральные микросхемы К555СП1, элементы ИЛИ 24 и 26 выполнены на интегральной схеме 155ЛЛ1, триггер 27 - на интегральной Схеме 155ТМ2, в качестве элемента задержки 25 используется 155ЛИ1.

Принципиальная схема счетчика 10 по- казана на фиг.6. Счетчик 10 состоит из двух счетчиков 28 и 29, где выход переполнения 282 счетчика 28 подключен к суммирующему входу 291 счетчика 29, а .информационные выходы счетчиков 28 и 29 - к выходам 10 и 10 счетчика 10 соответственно, суммирующий вход 28 счетчика 28 подсоединен к оходу 10 счетчика 10, а его вход 28 обнуления - к входу 29 обнуления счетчика 29 и входу 10 счетчика 10. Счетчики 28 и 29 со- браиы на микросхемах 555ИЕ7.

Блок 3 начальной установки и блок 4 пуска собрана по стандартной схеме на RS- триггерах, предотвращающей дребезг контактов клавиш начальной установки и пуска, выведенных на внешние панели этих блоков.

Аналоговый коррелятор 5 представляет из себя стандартный прибор заводского изготовления типа Х6-4.

Работа устройства.

Измерение взаимной корреляционной функции контролируемого функционального блока реализуют в следующей последовательности. На первый вход коррелятора поступает входная рабочая информация с входа контролируемого функционального блока, на второй его вход- выходная информация с выхода функционального блока. Коррелятор на основании входной информации по первому и второму входам измеряет взаимную корреляционную функцию, квантованные значения которой поступает в дискретные моменты времени на блок выявления неисправности. В этот же момент времени на блок выявления неисправности поступают квантованные значения эталонной корреляционной функции исследуемого блока. По результатам сравнения определяют техническое состояние контролируемого функционального блока.

Исходное состояние. Для обеспечения нормальной работы устройства необходимо осуществить начальную установку его элементов. При нажатии клавиши НУ на панели блока 3 начальной установки он формирует импульс положительной полярности, который, поступив на входобнуления 102 счетчика 10, 11 триггера аварии 11 и вход 81 блока 8 синхронизации, переводит их в нулевое состояние. При этом на информационных выходах счетчика 10 формируются нулевые адреса. Эти адреса поступают на входы блока 9 памяти эталонных корреляционных функций и управляющие входы мультиплексоров 1 и 2, а также на входы 12 и 12 блока 12 индикации, обеспечивая индуцирование нулей на светодиодных матрицах 17 (фиг.З) блока 12 индикации, На входе 12 блока 12 индикации также формируется уровень логического нуля. На выходах 81, 82 и 83 блока 8 синхронизации формируется потенциал нулевого уровня. На вход начальной установки 81 блока 8 синхронизации с блока 3 начальной установки поступает им- пульс Ui положительной полярности (фиг,8). На вход 8 блока синхронизации с блока выявления неисправности подается уровень логической единицы. На выходе элемента 21 И (фиг.4) формируется импульс U2 уровня логического нуля. Сигнал 1)2 поступает на нулевой вход триггера 20 и переводит его в нулевое состояние (или при включении он случайно оказался в единичном) или подтверждает нулевое состояние (если при включении он оказался в нулевом). На входе 83 блока синхронизации присутствует уровень логического нуля 1)з (фиг.8), который запрещает переключение триггера 20 в единичное состояние. На выходах 81, 82

i ч

и 8 блока синхронизации формируются сигналы U , UJ, U нулевых уровней. Устройство готово к работе.

Динамический режим.

Сигнал пуска из положительной полярности формируется блоком 4 пуска при нажатии клавиши Пуск на панели управления блоком пуска. Этот сигнал поступает на вход 83 блока 8 синхронизации и устанавливаеттриггер20 блока 8 синхронизации (фиг.4) в единичное состояние. На прямом выходе этого триггера формируется сигнал единичного уровня U4 (фиг.8), передний фронт которого запускает автогенератор 19 в работу. На выходпх 81, 8 и 83 блока синхронизации формируются последовательности импульсов положительной полярности. Период следования (ТСл) этих сигналов одинаков, но сигнал Ue (фиг.8) вырабатывается с задержкой от Us на т31, a U - на ta2. это необходимо для обеспечения нормального функциониропзния всего устройства. Сигнал поступает м.з вход б аналого-цифрового преобразователя (фиг.1), UG - на вход блока выявления неисправности, a Uy- на суммирующий вход 101 счетчика 10 и синхронизируют во opflM-tnn работу блоков устройства.

После начальной установки на икфор- мационных выходах 101 « счетчика 1U формируются нулевые адреса. Нулевой адрес со счетчика 28 (фиг.б) поступает по К- разрядной шине на младший адресный вход 92 блока 9 памяти эталонных корреляционных функций и информационный оход 12 блока индикации. Нулевой адрес со счетчика 29 поступает по р-разрядной шине на старший адресный вход 91 блока памяти эталонных корреляционных функций, информационный вход 12 блока индикации и управляющие оходы 12 и 27 мультиплексоров 1 и 2. При этом осуществляется подключение входа первого функционального блока исследуемого устройства к первому входу 51 коррелятора 5, а выход - ко второму сходу коррелятора. Таким образом осуществляется подключение коррелятора к первому функциональному блоку. По входной рабочей информации первого функционального блока, поступающей по первому входу мультиплексора 1 на первый вход 5 коррелятора 5 и выходной информации первого функционального блока, поступающей по первому входу 211 мультиплексора 2 на второй вход 52 коррелятора 5, коррелятор формирует рабочую корреляционную функцию первого функционального блока. Полное формирование рабочей корреляционной функции функционального блока осуществляется за время Тф (формирования).

Для обеспечения работы блока выявления неисправности 7 необходимо преобразование аналогового сигнала в цифровую форму. Для этого весь участок времени Тф разбивается на дискреты ti, t2, тзtn с интервалом

At, где At Тм (период следования синхроимпульсов). Таким образом, квантование рабочей корреляционной функции осуществляется по каждому импульсу сигнала Us,

0 который поступает на оход б квантования аналого-цифрового преобразователя 6.

Первое значение рабочий корреляционной функции, полученное ни момент времени ti и преобразованное и цифровую форму

5 в аналого-цифровом преобразователе 6, поступает по m-разрядной ткне на информационный вход 71 блока 7 выявления неисправности. На информационный оход 1 блока 7 выявления по m-разрядной шине

0 поступает код значений эталонной корреляционной функции для сравнения с измеренным в момент времени i-. Дешифратор 13 по нулевому значению адреса н,ч старшем адресном входе 9 блока Ј памяти формирует

5 сигнал уровня логической единицы на выходи 131 дешифратора 13. В ППЗУ 14(1)хранит- сл эталонная корреляционная функция первого функционального блока. Этот сигнал поступает на вход рмрешения работы

0 ОЕ ППЗУ и выводи его из состояния сисо; ото импеданса, под лючал тем самым к информационному входу блока выявления неисправности. Если значения по 7 и 1 входам блока 7 срагнились, т.е. сравнп5 лпсь значения цифровых кодов на входах цифровых компараторе 23, то на информационных выходах этих компараторов формируются сигналы единичного уровня, которые поступают на оходы элемента ИЛИ

0 24. На выходе элементе ИЛИ 24 формируется единичный сигнал, поступающий на D- триггера 27. Чег/ез tsi относительно первого импульса сигнала Us на вход 73 бло- . кг; 7 поступает первой импульс сигнала Us.

5 По его переднему фронту осуществляется выдача результата сравнения значений эталонной корреляционной функции с полученной (рабочей) на триггер аварии 11 и блок 8 синхронизации. Время задержки t3i между

0 импульсом квантования в аналого-цифровом преобразователе 6 и импульсом сравнения в блоке 7 выявления неисправности должно быть достаточно для завершения осех переходных процессов в аналого-циф5 ровом преобразователе. Импульс Ue, задержавшийся элементом задержки 25 на 1зз, поступает на R-вход триггера 27 и перебрасывает его в единичное состояние (состояние готовности к работе). Сигнал Us поступает на вход 8 блока 8 синхронизации

ii вход 11 триггера аварии 11, разрешает работу блока синхронизации 8 на следующий момент времени t2. На суммирующей вход 281 счетчика 28 с выхода 83 блока 8 синхронизации поступает первый импульс сигнала U с задержкой Тз2 от первого импульса сигнала Us. Значение адреса на информационных выходах счетчика 28 увеличивается на единицу. Таким образом, осуществляется выбор следующей ячейки ПГ13У 14 блока 9 памяти эталонных корреляционных функций. В этой ячейке записа- .но значение эталонной корреляционной функции первого функционального блока на t2 момент времени диагностирования. И далее процесс повторяется аналогично вышеизложенному, пока не будет исследована рабочая корреляционная функция первого функционального блока на все дискретные моменты ti времени Тф.

Если результаты анализа в блоке 7 выявления неисправности показали соответствие рабочей корреляционной функции эталонной корреляционной функции во все дискретные моменты времени ti, то исследуемое устройство считают исправным. Если на дискретный момент времени tn. также происходит совпадение значений рабочей корреляционной функции и эталонной корреляционной функции, то по(п + 1)-у импульсу сигнала U происходит переполнение счетчика 28. На выходе 28 счетчика 28 формируется импульс переполнения положи-, тельной полярности, который поступает на суммирующий вход 292 счетчика 29. По переднему фронту этого импульса значение адреса на информационных выходах счетчика 29 увеличивается на единицу. Новый, увеличенный на единицу адрес со счетчика 29 поступает на вход старших адресных разрядов 91 блока 9 памяти эталонных корреляционных функций, на вход 122 блока индикации и управляющие входы 12 и 22 мультиплексоров 1 и 2. Шины связи коррелятора 5 с первым функциональным блоком переходят в состояние высокого импеданса, и коррелятор 5 подключается ко второму функциональному блоку по входу 112 мультиплексора 1 и входу 2 2 мультиплексора 2. Процесс диагностирования второго функционального блока аналогичен предыдущему и будет повторяться в течение проверки всех остальных функциональных блоков. .

При несовпадении значения рабочей корреляционной функции и эталонной корреляционной функции на момент времени ti на выходе блока 7 выявления неисправности 7 формируется импульс аварии отрицательной полярности. Он поступает на вход 1Т1 триггера аварии 11 и вход 8 блока 8

синхронизации. Триггер аварии 11 переключается в единичное состояние. Положительный потенциал единичногоуровня на входе 121 блока 12 индикации вызывает индуцирование

светодиода аварии 15. На выходе элемента И 21 блока 8 синхронизации формируется импульс отрицательной полярности. Триггер 20 переключается в нулевое состояние. Нулевой потенциал на входе управления автогенерато0 ра 19 запрещает его работу. Процесс диагностирования прекращается. Адрес номера блока и адрес ячейки, на которой произойдет несовпадение значений рабочей и эталонной корреляционных функций, будут индуциро5 ваться на светодиодных матрицах 17 блока 12 индикации, указывая оператору м-ЭВМ, где нужно искать ошибку.

После замены блока или устранения неисправности устройство снова запускает в.

0 работу. Нажатием клавиши НУ на панели блока 3 начальной установки устанавливают все блоки в начальные режимы работы, а затем нажатием клавиши ПУСК на панели блока 4 пуска снова вводят его в работу.

5 Таким образом, устройство позволяет производить диагностирование с повышенной достоверностью контроля.

Формула изобретения Устройство диагностирования элект0 ронной аппаратуры, содержащее первый мультиплексор, блок индикации, блок синхронизации, блок выявления неисправности и счетчик, прием входы первого мультиплексора соединены с информационными входа5 ми соответствующих функциональных блоков объекта контроля, выходы блока начальной установки и блока пуска соединены с соответствующими входами блока синхронизации, первый вход блока синхронизации

0 соединен с суммирующим входом счетчика, первая группа разрядных выходов счетчика соединена с первой группой информационных входов блока индикации и управляющим входом первого мультиплексора,

5 первый выход блока синхронизации подключен к синхровходу блока выявления неисправности, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет контроля динамических

0 параметров, в него введены коррелятор, аналого-цифровой преобразователь, блок памяти эталонных корреляционных функций и триггер аварии, входы второго мультиплексора присоединены кинфор5 мационным выходам соответствующих функциональных блоков объекта контроля, выходы первого мультиплексора подключен к первому входу коррелятора, в выход второго мультиплексора - к второму входу коррелятора, выход которого подключен к

первому входу аналого-цифрового преобразователя, информационный выход которого соединен с первым входом блока выявления неисправности, второй информационный вход которого соединен с информационным выходом блока памяти эталонных корреляционных функций, первый вход которого подключен к второму информационному выходу счетчика, второму входу блока индикации, второй вход блока памяти эталонных корреляционных функций подключен к первому информационному выходу счетчика и управляющему входу второго мультиплекj/W

1 W- I/O)

г

id)

иг) 2 Ф

21М ,

сора, третий вход блока индикации соединен с выходом триггера аварии, первый вход которого подключен к выходу блока выявления неисправности и второму входу блока синхронизации, а второй вход триггера аварии подсоединен к суммирующему входу счетчика, первому входу блока синхронизации, к третьему входу блока выявления неисправности, второму входу аналого-цифрового преобразователя, второй выход блока синхронизации - к третьему входу аналого-цифрового преобразователя.

фцг.1

J

ff

sff

ZZ

«- 61

2глф

№1$%

J

oz

(plSS 5