Устройство для моделирования электронныхСХЕМ Советский патент 1981 года по МПК G06N7/08 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании надежности низкочастотных электронных схем на стадии их проектирования, опытной об работки и крупносерийного производст ва. Известно устройство для моделирования электронных схем, содержащее датчик равномерно распределенных слу чайных чисел, дешифратор, вход которого соединен с выходом датчика равномерно распределенных случайных чисел, элемент ИЛИ, элемент И, первый вход которого соединен с выходом эле 1ента ИЛИ, а .второй вход - с выходе генератора импульсов, коммутатор, бл управления, генератор тактовых импульсов, элемент обратной связи, П блоков сравнения, первые входы которых подключены к выходам счетчиков памяти соответственно, п счетчиков воспроизведения, выходы которых подключены к вторым входам блоков сравнения соответственно, а входы - к вы ходу генератора тактовых импульсов, П реверсивных счетчиков, П наборных полей, П блоков текущих значений параметра, блок анализа, блоки измерения номинальных значений параметра, блокл задания вероятности увеличения параметра, блоки памяти, .дополнительные реверсивные счетчики и блоки ограничений 1 . Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования электронных схем, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, выход которого через дешифратор соединен с первьоми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первым входом элемента И, выход генератора подключен ко второму входу элемента И, выход которого соединен с первыми входс1Ми счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которого подключен ко вторым входам блоков задания -начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи входы которых соединены с выходом коммутатора И вторНЕМИ входами р-еверсивных счетчиков, третьи входы которых соединены с выходом блока управления, вторыми входами счетчиков памяти. «четвертыми входами блоков задания начальных значений парметров и блоков задания текутцихзначений параметров, входом коммутатора и входом датчика равномерно распределенных рлучайных чисел, выходы реверсивных счетчиков подключены ко входам соответствующих наборных полей, выходы которых соединерш со входами блока анализа, выход которого подключен ко входу блока измерений, выходы генераторов тактовых импульсо.в переменной частоты соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых подключены к четвертым входам соответствующих реверсивных счетчиков, выходы счетчиков памяти соединены со вторыми входами соответ ствующих сумматоров, регистры памяти блок вычитания, блок сравнения, до-, полнительный блок управления, дополнительный коммутатор, группы блоков памяти. 2J, Известные устройства позволяют моделировать процессы изменения параметров комплектующих элементов исследуемой схемы в соответствии со случайными функциями определенного вида инаблюдать изменение выходных параметров исследуемой схемы, вызван ное изменением параметров комплектующих элементов. При достижении любым выходным параметром схемы границы поля-допуска исследуемая электронная схема теряет свою работоспособность, т.е. возникает отказ, связанный с из менением параметров комплектующих элементов (постепенный отказ). Недостатком известных устройств является то, что в электронных схемах кроме того возникают отказы, проявля ющиеся в виде резкого, практически мгновенного изменения выходного пара метра, так называемые внезапные отка зы. Такие отказы электронных схем являются следствием необратимых внезапных изменений параметров элементо И проявляются в виде.механических по вреждений элементов (поломки, трещин пробои изоляц-ии и т.д.) . Видимые при знаки приближения внезапных отказов обычно отсутствуют, т.е. перед отказом обычно не удается обнаружить количественные изменения характеристик объекта. Следовательно, моделировать внезапные отказы путем изменения параметров элементов нельзя. В связи с этим возникла необходимость создания устройства для моделирования электронных схем с более широкими функциональными возможностями, позволяющего исследовать электронные схемы как с учетом постепенных отказов комплектующих элементов, так и с учетом их внезапных отказов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет учета внезапных отказов. Указанная цель достигается тем, что устройство для моделирования электронных схем, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, выход которого через дешифратор соединен с первыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров,, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первьм входом элемента и, выход генератора подключен ко второму входу элемента И, выход которого соединен с г ервыми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которого подключен ко вторым входам блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи входы которых соединены с выходом коммутатора и вторыми входами реверсивных счесгчиков, третьи входы которых соединены с йыходом блока управления , вторьлми входами счетчиков памяти, четвертыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, входом коммутатора и входом датчика равномерно распределенных случайных чисел, выходы реверсивных счетчиков подключены ко входам соответствующих наборных полей , выходы которых соединены со входами блока анализа, выход которого подключен ко входу блока измерений, выходы генераторов импульСов переменной частоты соединены с первыми входами соответствующих сумматоров , выходы которых подключены к четвертым входам соответствующих реверсивных счетчиков, выходы счетчиков памяти соединены со вторыми входами соответствующих сумматоров, содержат дополнительные сумматоры, блоки памяти и счетчики адреса, первые входы которых соединены с выходами соответствующих генераторов тактовых импульсов переменной частоты, выходы счетчиков адреса подключены к первым входам соответствующих блоков памяти, выходы которых соединены с перBbDv H входами дополнительных сумматоров, выходы которых подключены ко входу блока упрагвления, выход которого подключен ко вторым входам счетчиков адреса, выход коммутатора соединен со вторыми входс1ми блоков памяти, вторые входы дополнительных сумматоров подключены к выходу датчика равномерно распределенных случайных чисел. На чертеже представлена блок-схема устройства для моделирования электронных схем. Устройство состоит из датчика 1 равномерно распределенных случайных чисел, дешифратора 2,п блоков 3 задания начальных значений параметров, и блоков 4 задания текущих значеяяй

|Параметров элементов, элемента 5 ИЛИ, элемента 6 обратной связи/ коммутатора 7, блока 8 управления, генератора 9, элемента 10 И, П счетчиков 11 памяти, П сумматоров 12, п генераторов 13 тактовых импульсов перемёииой частоты, П peaepCHBHtiix счетчиков 14, П наборных полей.15, блока анализа 16 измерительного блока 17, П счетчиков 18 адреса, т) блоков 19 памяти, п дополнительных сумматоров 20.

Датчик 1 равномерно распределенных случайных чисел предназначен для фондирования по командам из блока 8 управления Ш-разрядньах независживлх двоичных равномерно распределенных случайных чисел. Числа с датчика 1 поступают на вход дешифратора 2, который устроен так, что обеспечивает возможность получения на его выходах сигналов с различными заранее известными вероятностями появления. Блоки задания начальных значений параметров элементов и блоки (i задания текущих значений параметров элементов предназначены для формирования требуемых законов распределения. При этом в блоках 3;)-3 с помощью коммутационных панелей формируются требуемые законы распределений начальных значений параметров элементов, а в блоках 4/|-4fj аналогичным образом формируются требуемые законы распределения скоростей изменения параметров элементов. Выходы блоков и ) подключены через элемент 5 ИЛИ к первому входу элемента 10 И, ко второму входу которого подключен выход генератора 9 регулярных импульсов. Такое соединение позволяет выработать 2п последовательностей импульсов случайной длины, используя только один датчик случайных чисел с дешифратором и только один элемент обратной связи. Элемент 6 обратной связи предназначен для преобразования значения вероятности в количество импульсов, равное числу, соо ветствукйцему этой вероятности в сформированном законе распределения. Выработанные случайные последовательности импульсов с выхода элемента 10 И поступают в счетчики памяти в реверсивные счётики . Сумматоры 124-12п в совокупности с генераторами 13;,-13fi образуют преобразователи число-частота.. Каждый .из них преобразует число, занесенное в счетчик 11 памяти, в последовательность импульсов с частотой, пропорциональной числу в счетчике 11. С помощью генераторов 13 -13 п переменной частоты все моделируемые процесса изменения параметров элементов приводят к одному масштабу времени.

Реверсивные счетчики ц совместно с наборными полями вы 1ПОЛНЯЮТ функции исполнительного ор- гана. Счетчики выполнены реверсивными для того, чтобы иметь возможность воспроизводить реализаций случайных процессов, как с положительной так и с отрицательной скоростями.

Выходы реверсивных счетчиков соединены со входами соответствующих наборных полей ,на которых набраны упорядоченные по моделируемому параметру ряды однотипных элементов. В данном случае ряды элементов представляют собой макеты реальных элементов, изменение параметров которых моделируется в исследуемой, электронной схеме. При этом изменение .параметра моделируется путем подключения к выходам наборного поля 15, а значит и в блок анализа 16 элементов с различными значениями моделируемого параметра. В блоке анализа 16 производится соединение выходов наборных полей в соответствии с заданной структурой электронной схемы. .Блоки 19(-19 памяти предназначены для записи, хранения и считывания чисел, соответствующих вероятностям появления внезапных отказов. Счетчики 184-18п адреса предназначены для выбора адреса блоков 194-19п памяти в зависимости от числ импульсов, поступивших от генераторов ) тактовых импульсов. Сумматоры 20 -20fi предназначены, для преобразования чисел, считываемых из блоков ) памяти и соответствующих вероятности появления внезапных отказов, в сигнал, появляющийся на его выходе с этой вероятностью. Блок 17 измерений предназначен для измерения выходных параметров блока 16. Блок 8 управления предназначен для реализации цикла моделирования по заранее заданной программе. Коммутатор 7 предназначен для включения в работу определенных блоков в соответствии с командами блока 8 управлеаия.

Устройство работает следующим образом. .

Перед началом моделирования в блоки , 4;,-4f,, и заносятся законы распределения начальных значений параметров элементов, текущих значений параметров элементов и внезапных отказов элементов соответственно. Устанавливается рабочая частота каждого из генераторов 13;(--13п. На наборных полях 15;,-15f, устанавливаются упорядоченные ряды элементов, командой из блока 8 управления приводятся в исходное состояние. Коммутатор 7 переводится в нулевое положение, счетчики и 184-18 сбрасываются в ноль.

По команде из блока 8 управления коммутатор 7 устанавливается, в перво положение, а в датчике 1 формируется случайное число, которое через дешифратор 2 поступает на вход блока 3 Для получения заданного значения слу чайной величины преобразованное случайнбе число поступает через элемент ИЛИ 5 на элемент И 10 и дает разрешение на прохояодение регулярных им пульсов с генератора 9 на элемент 6 обратной связи и на счетчик 14 . При совпадении в блоке 3 сигнала, соответствующего сформированной вероятности, и сигнала, поступающего с эле мента 6, снимается разрешение на про хождение импульсов через элемент 10 и прекращается поступление импульсов на счетчик Таким образом, в сче чик 14 заносится число, соответствующее вероятности,, сформированной блоком 3;| , В соответствии с этим чис лом в исследуемую электронную схему включается элемент из упорядоченной совокупности элементов/ которые уста новлены на наборном поле 15|. Пара-метр этого элемента соответствует сформированному в блоке 3 начальному значению параметра первого.элемента. X (0| .- Затем с блока 8 подается команда на перевод коммутатора 7 во второе положение и на формирование в датчике 1 нового случайного числа.. Описанным вьше образом в исследуемую схему включается один из элементов, установленных на наборном .поле 15/2 с параметром Х(0 в соответствии с вероятностью, сформиро-ванной в блоке3. Затем коммутатор переключается в следующее положение и в исследуемую электронную схему аналогичным образом подключаются оставшиеся (п -2) элемента с параметра ми соответственно Хт,{01 ...Хц(0) . Таким образом, после П-го шага коммутатора 7 значения параметров комплектующих элементов исследуемой схе мы и. ее выходных параметров будут соответствовать начальному моменту времени ({, 0) . Затем производится формирование случайных чисел, соответствующих ско ростям изменения параметров комплектующих элементов, и запоминание их в счетчиках . Для этого по ко манде из блока 8 снимается разрешени на прохождение сигналов на блоки 3 реверсивные счетчики ,, одно. временно подается разрешение на прохождение сигналов на блоки ) и счетчики . Командой из блока 8 коммутатор 7 переводится в первое положение. В датчике 1 формируется случайное число, которое с помощью блока 4/i , элемента ИЛИ 5, элемента И 10, генератора 9 и элемента б преобразуется в число, соответствующее вероятности сформированной блоком 4 . Это число соответствует скорости измерения пер вого элемента и заносится в счетчик 11 Преобразование выполняется так же, как для случая формирования числа, заносимого в счетчик 14. Затем по команде из блока 8 коммутатор 7 переводится во второе положение, а в датчике 1 формируется новое случайное число, которое аналогичным образом преобразуется в число, пропорциональное скорости изменеъ ия параметра второго элемента, и заносится -в счетчик 112- Точно также .заносятся случайные числа в остальные (и-2) Счетчики ll -llfi- На этом заканчиваются подготовительные операции, в результате которых будут сформированы случайные начальные значения и скорости изменения параметров всех комплектующих элементов одного экземпляра исследуемой схемы. Моделирование процессов изменения параметров комплектующих элементов и моделирование их внезапных отказов производится одновременно и независимо, поэтому рассмотрим сначала процесс моделирования постепенных отказов, а затем процесс моделирования внезапных отказов. Для моделирования процессов изменения параметров элементов подается команда из блока 8, по которой на , сумматоры начинают поступать имПульсы от соответствующих генераторов 13х-13|т На выходе каждого сумматора 12 при его переполнении появляется, импульс. Частота следования импульсов с выхода каждого из сумматоров ,2 f) пропорциональна числу, занесенному в соответствующие счетчики памяти . С выходов сумматоров импульсы поступают на входы соответствующих реверсивных счетчиков 14;(-14п, пересчитывающих эти импульсы. В соответствии с числом в счетчиках 14(-14)в блок 16 подключаются элементы, установленные на наборных полях 15.-15. Частоты подключения элементов, а следовательно, и скорости изменения параметрюв прямо пропорциональны числам в соответствующих счетчиках памяти 11 -11пДля измерения выходного параметра исследуемой электронной схемы в за-, данные моменты времени блок 8управления в эти моменты времени подает запрет, на прохождение импульсов от генераторов на сумматоры 12 -12fj. При этом прекращается выдача всех команд из блока 8 управления. Переключение элементов, установленных на наборных полях, также прекращается. На исследуемую электронную ciceMy в блок 16 подается питание и измеряется ее выходной параметр. Для моделирования внезапных отказов после окончания подготовительных операций по команде из блока 8 начиается прохождение импульсов от генераторов ,13 -13п на счетчики , астоты генераторов , определят масштаб времени моделирования. Потому числа в счетчиках соответствуют текущему времени моделирования с учетом масштаба. При поступ лении каждого очередного импульса с генератора 9 на соответствующий счет чик происходит выбор адреса соответствующего блока 19 памяти и считывание содержимого этого адреса. Номер адреса каждого из блоков памяти 19 определяется числом в соответствующем счетчике 18;(-18{, Считываемые из блоков памяти коды численно равны вероятностям появления внезапного откйза соответствующего элемента в момент времени, определяемый числом в соответствующем счетчике 18 (или номером адреса соответствующего блока 19 памяти). Эти коды поступают на первые входы сумматоров 20 на вторые входы которых поступают равно вероятные двоичные случайные числа. Вероятность переполнения такого сумматора численно равна коду, поступающему на его первый вход. Переполнение одного из сумматоров 20 соответствует внезапному отказу соответствующего элемента. При переполнении какого-либо сумматора 20 с его выхода подается сигнал о внезапном отказе на блок 8 управления. Блок 8 формирует команду на прекращение моделирования и выдает информацию о то элементе схемы, из-за которого в схе ме произошел внезапный .отказ. Процесс моделирования продолжается до тех пор, пока в какой-то момент времени (; t ;( не будет зафикси ровано достижение выходным параметро исследуемой схемы одной из границ по ля допусков-, что является постепенным отказом, или пока не поступит си нал от одного из блоков о внезапном отказе соответствующего элемента схемы. -В этом случае отказ одного из элементов схемы характеризует отказ схемы в целом. Многократное повторение циклов мо делирования дает возможность получит статистические данные разброса выход ных параметров электронных схем, -слу чайных скоростей их изменения и внезапных отказов. Устройство обладает более широким функциональными возможностями, так как оно позволяет получить данные дл расчета показателей надежности как с учетом постепенных отказов элементов, так и с учетом их внезапных отказов . Формула изобретения Устройство для моделирования электронныхсхем, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, выход которого через дешифратор соединен с первыми входами блоков задания начальных значений пара метров иблоков задания текущих значений параметров, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первым входом элемента И, выход генератора подключен ко второму входу элемента И, выход которого соединен с первьйми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которого подключен ко вторым входам блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи входы которых соединены с выходом коммутатора и вторыми входами реверсивных счетчиков, третьи входы которых соединены с- выходом блока управления, вторыми входами счетчиков памяти, четвертыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, входом коммутатора и входом датчика равномерно распределенных случайных чисел, выходы реверсивных счетчиков подключены ко вх6;цам соответствующих наборных полей, выходы которых соединены со входами блока анализа, выход которого подключен ко входу.блока измерений, выходы генераторов тактовых импульсов переменной частоты соединены с первыми входами соответствующих сумглаторов, выходы, которых подключены к четвертым входамсоответствующих реверсивных счетчиков, выходы счетчиков памяти соединёны со вторыми -входами соответствующих сумматоров, о т л и чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет учета внезапных отказов элементов, оно содержит дополнительные сумматоры,блоки памяти и счетчики адреса, первые входы которых соединены с выходами соответствующих генераторов тактовых имлульсов (Переменной частоты, выходы счетчиков адреса подключены к первым входам соответствующих блоков памяти, выходы которых соединены с первыми входами Дополнительных сумматоров, выходы которых подключены ко Входу блока управления, выход которого подключен ко вторым входам счетчиков адреса, выход коммутатора соединен со вторыми входами блоков памяти, вторые входы дополнительных сумматоров подключены -к выходу датчика равномерно распределенных случайных чисел. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 640303,. кл. Q Об Р 15/20, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2510128, кл. Q 06 F 15/20 1977 (прототип).

i 4,