Устройство для моделированияэлЕКТРОННыХ CXEM Советский патент 1981 года по МПК G06N7/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании надежности низкочастотных электронных схем на стадии их проектирования, опытной отработки и крупносерийного производства.

Известно устройство для моделирования электронных схем, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, дешифратор, вход которого соединен с выходом датчика равномерно распределенных случайных чисел, элемент ИЛИ, элемент И, генератор тактовых импульсов, элемент обратной связи, счетчики памяти, блоки сравнения, наборные поля, коммутатор, блок управления 1.

Это устройство позволяет моделировать процессы изменения параметров электронных схем до появления первого постепенного отказа или до отказа какого-то заранее заданного фиксированного момента временм.

Однако с его помощью можно исследовать надежность лишь невосстанавливаемых схем.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для моделирования электронных схем, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, выход которого через дешифратор соединен с первыми входами блоков задания начальных значений параметров, блоков задания текущих значений параметров, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента И соединен с первыми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которого соединен со вторыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи входы которых соединены с выходом коммутатора, вторыми входами счетчиков памяти и вторыми входами реверсивных счетчиков, третьим входы которых соединены с выходом блока управления, третьими 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 соединены со входами соответствующих наборных полей, выходь, которых соединены с входами исследуемой схемы, выход которой подключен к первому входу блока измерения, сумматоры, блок регистрации, блок вычитания, регистры памяти, дополнительный блок управления 2.

Устройство позволяет моделировать процессы изменения параметров электронных схем до появления первого постепенного отказа или до какого-то заранее заданного фиксированного момента времени.-В устройстве каждый преобразователь код-частога выполнен на сумматоре и генераторе тактовых импульсов таким образом, что при поступлении тактового импульса от генератора на вход сумматора к содержимому последнего прибавляется содержимое счетчика, выход которого соединен со входом сумматора. Такой процесс повторяется непрерывно в процессе работы преобразователя код-частота. На выходе сумматора при его переполнении появляются импульсы, частота которых прямо пропорциональна содержимому счетчика. Импульсы с выхода сумматора поступают на вход реверсивного счетчика, который при каждом импульсе осуществляет переключение элементов из упорядоченного ряда таки.м образом, что в исследуемую схему вставляется элемент с новым значением параметра. В момент измерений выходного параметра исследуе.мой схемы из блока управления подается команда, по которой выходы всех генераторов тактовых импульсов блокируются. В результате приостанавливается работа преобразователя код-частота. Затем производятся необходимые измерения, после чего из блока управления подается команда на запуск преобразователей код-частота. Интервал вре.мени между измерениями выходного параметра является постоянной величиной, не зависящей от .работы тактовых генераторов. Эта величина устанавливается в блоке управления и характеризуется двумя импульсами, соответствующими началу и концу измеряемого интервала времени.

Однако при совместной работе такого преобразователя код-частота с блоком управления возникает два вида погрещностей. Первый вид обусловлен погрешностями в частотах генераторов тактовых импульсов, погрешностью момента появления импульсов отработки заданного интервала времени, формируемого в блоке управления. Поэтому при измерении выходного параметра схемы в заданный момент времени tj, соответствующий концу интервала (to, t), появляется ошибка, которая отражает разницу между истинным значением выходного параметра в заданный момент времени ti и тем, которое получается при измерении, т. е. в момент времени At. Такая же ошибка наблюдается и при измерении выходного параметра схемы в последующие

интервалы времени, т. е. ti. t2±Atl, tg, t3±At и т. д. Следовательно, ошибка At, вызванная погрешностями частот тактовых генераторов и интервала времени, формируемого в блоке управления, предъявляет

особые требования к стабильности работы этих устройств, что ведет к техническим усложнениям всего устройства для моделирования электронных схем.

Второй вид погрешностей обусловлен независимостью работы блока управления и

генераторов тактовых импульсов, из-за чего момент подачи команды из блока управления может совпадать с моментом прихода на вход сумматора импульса от генератора. Такое совпадение вносит неопределенность

в работу преобразователя код-частота, так как например, при совпадении переднего фронта импульса, соответствующего концу измеряемого интервала времени, и перед-него фронта от генератора тактовых имцульсов последний может переключить элемент

ряда или оставить его в прежнем состоянии, что также приводит к ощибке измерения выходного параметра схемы. Такая ощибка в определенном случае будет накапливаться от одного момента измерения к другому.

Цель изобретения - повыщение точности моделирования.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для моделирования электронных схем, содержащее датчик равномерно

распределенных случайных чисел, выход которого через дещифратор соединен с первыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента И соединен с первыми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи,

выход которого соединен со вторыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи входы которых соединены с выходом коммутатора, вторыми входами счетчиков памяти и вторыми

входами реверсивных счетчиков,, третьи входы .которых соединены с выходом блока управления, третьими входами счетчиков памяти, четвертыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, входом коммутатора и уходом датчика равномерно распределенных случайных чисел, выходы реверсивных счетчиков соединены со входами соответствующих наборных полей, выходы которых соединены с входами исследуемой схемы, выход которой подключен к первому входу блока измерения, сумматоры, введены блоки коммутации, регистр и многовходовой элемент И, входы которого подключены к выходам соответствующих сумматоров, входы которых соединены с первыми выходами соответствующих блоков коммутации, первый входы которых подключены к выходам соответствующих сумматоров, выход многовходового элемента И соединен со вторым входом блока измерения, выход регистра подключен ко вторым входам блоков коммутации, третьи входы которых соединены с выходом блока управления, четвертые входы блоков коммутации подключены к выходу генератора импульсов, пятые входы блоков коммутации соединены с выходами соответствующих счетчиков памяти, вторые выходы блоков коммутации соединены с четвертыми входами реверсивных счетчиков.

На чертеже гТред ставлена блок-схема устройства.

Устройство для моделирования электронных схем содержит датчик 1 равномерно распределенных случайных чисел, дещифратор 2, блоки 3i-3 задания начальных значений параметров, блоки 41-4 задания текущих значений параметров, элемент 5 ИЛИ, элемент 6 обратной связи, коммутатор 7, блок 8 управления, генератор 9 импульсов, элемент 10 И, счетчики 111-llrt, памяти, регистр 12, блоки 13i- 13|1коммутации, сумматоры . , многовходовой элемент 15 И, реверсивные счетчики 16t-16,, наборные поля 17i-17п. , исследуемую схему 18, блок 19 измерения.

Датчик 1 равномерно распределенных случайных чисел предназначен для формирования по командам из блока 8 управления независимых случайных чисел, распределенных по равномерному закону. 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 3i-Зм. задания начальных значений параметров и блоки 4t-4 rt, задания текущих значен-ий параметров предназначены для формирования требуемых законов распределения. Выходы блоков 3|-3 tt. и 4-,-4 подключены через элемент 5 ИЛИ к первому входу элемента 10 И, ко второму входу которого подключен генератор 9 импульсов. Элемент 6 обратной связи предназначен для преобразования значения вероятцости в такое количество импульсов, которое равно числу, соответствующему этой вероятности в сформированном законе распределения. Выработанные случайные последовательности импульсов с выхода элемента 10 И поступают в счетчики 11-J-11ц, памяти и. реве|рсивные счетчики 16i-16iv

Сумматоры 14i - 14, блоки 13i - 13,хкоммутации, регистр 12, элемент 15 И в совокупности образуют тактируемый преобразователь-код частота. Запуск преобразователя производится от блока 8 управления. При

этом на выходах блоков 13i - 13лкоммутации, соединенных с четвертыми входами реверсивных счетчиков 16t-16ц, , формируются последовательности импульсов. Количество импульсов 1 в каждой последовательности определяется формулой.

1-Ц4

где Ц - целая часть от выражения в

квадратных скобках; V - значение кода в счетчиках

памяти 111-lilt. L - значение кода в сумматорах 14i-14f до запуска пре5образователя код-частота;

Q - значение кода в регистре 12. Сумматоры , представляют собой сумматоры накапливающего типа и производят сложение своего содержимого с информацией, поступающей на их входы о выходов счетчиков lit-И, или регистра 12 через блоки коммутации в зависимости от. сигналов на их управляющих входах. Выходами сумматоров 14t-14п.. являются их знаковые разряды, которые соединены со. входами соответствующих блоков коммутации 13-1-13 vДля их управления и со входами элемента 15 И для формиро1.лния на его выходе сигнала готовности устройства к очередному измерению, который подается на блок 19 измерения.

0 Блоки коммутации 13,-13«. предназначены для записи содержимого регистра 12 в сумматоры 14i-14fi.B исходном состоянии установки. Число, записанное в регистре 12 в дополнительном коде, определяет интервал времени моделирования, передачи в сумматоры 14i-14ti. чисел (по команде отработки интервала) из соответствующих счетчиков 111-11ц. , где они суммируются с числом, занесенным ранее из регистра 12. При этом возможны две ситуации.

а)Число в регистре 12 больще числа в одном из счётчиков 11л-11гг - этом-случае сумма этих чисел будет меньще нуля и на выходе знакового разряда этого сумматора 14 выработается сигнал, запрещающий прохождение импульсов от генератора

5 9 на соответствующий реверсивный счетчик 16. Этот же сигнал поступает на элемент 15 И и сигнализирует об окончании работы данного преобразователя код-частота.

б)Число в регистре 12 меньще числа в i-OM счетчике 11. В этом случае сумма этих

0 чисел больще нуля и сигнал с выхода знакового разряда i-ro сумматора разрешает прохождение импульсов от генератора 9 через i-ый блок 13 коммутации на соответствующий i-ый реверсивный счетчик 16. Одновременно с поступлением каждого импульса от генератора 9. на i-ый блок 13 коммутации в соответству1ощем сумматоре 14 происходит суммирование его содержимого с содержимым регистра .12 до тех пор, пока суммане станет отрицательной. В этом случае, так же как и в предыдущем, i;j выходе этого сумматора 14 вырабатывается сигнал, запреш,аюш,ий прохождение импульсов от генератора 9 через i-ый блок коммутации на соответствующий реверсивный счетчик 16 и, поступая, на элемент 15 И, сигнализирующий об окончании работы преобразователя код-частота. Количество импульсов, прощедшее от генератора 9 на i-ый реверсивный счетчик 16, определяет величину изменения параметра i-ro элемента за один интервал времени в соответствии со случайным числом в i-ом счетчике 11 памяти и с учетОдМ интервала вре.мени, который занесен в регистр 12 леред начало.м моделирования. Реверсивные счетчики . совместно с наборными полями 17-i-17 - выполняют функции исполнительного органа. Счетчики 161-16 выполнены реверсивными для того, чтобы иметь возможность воспроизводить реализации случайных процессов как с положительной так и с отрицательной скоростью. Выходы реверсивных счетчиков 16 - 16 f соединены со входами соответствующих наборных полей 171-17, на которых набраны упорядоченные по моделируемому параметру ряды однотипных элементов. В данном случае упорядоченные ряды представляют собой макеты реальных элементов, из.менение которых моделируется в исследуемой электронной . При этом изменение параметра моделируется путем подключения к выходам наборного гюля 17, а значит в исследуемую схему 18, элементов с различными значениями моделируемого параметра. Блок измерения 19 предназначен для измерения выходного параметра схемы, перевода его в двоичный код, и сигнализации об окончании измерений. Блок 19 измерения запускается по сигналу с выхода элемента 15 И. Блок управления 8 и ко.ммутатор 7 и.меют различные по функциональному назначению выходы (на чертеже выходы каждого из них показаны одной линией). Блок 8 по заранее заданной программе реализует цикл моделирования, а коммутатор 7 по команда.м из блока 8 включает в работу соответствующие блоки и устройства. Устройство работает следующим образом. Перед началом моделирования в блоках 3i-3ft и 4,-4. устанавливаются соответствующие законы распределения, в регистр 12 заносится в дополнительном коде отрицатель ное число, модуль которого соответствует оп ределенному интервалу времени между измерениями. На наборных полях 17i-17ц. устанавливаются упорядоченные ряды элемен тов. Командой из блока 8 устройство приводится в исходное состояние: комму гатор 7 переводится в нулевое положение, счетчики 11( - llfv, 16| - 16м.сбрасываются в ноль, блоки коммутации 13)-13j-v. коммутируются таким образом, что в сумматоры 14i - 14п. заносится содержимое регистра 12. По команде из блока 8 коммутатор 7 устанавливается в первое положение, а в датчике 1 формируется случайное число, которое через дещифратор 2 поступает на вход блока 3. ля получения заданного значения случайной величины преобразованное случайное число с выхода блока 3i поступает через элемент 5 на элемент 10 и дает разрещение на прохождение регулярных импульсов с генератора 9 на элемент 6 обратной связи и на реверсивный счетчик 6i. При совпадении в блоке 3i сигнала, соответствующего сформированной вероятности, и сигнала, поступающего с элемента 6, снимается разрешение на прохождение и.мпульсов через элемент 10 И и прекращается поступление импульсов на счетчик 16j. Таким образом, в счетчик 16 заносится число, соответствующее вероятности, сформированной блоком 3-1. В соответствии с этим числом в исследуемую электронную схему включается один элемент из упорядоченной совокупности элементов, установленных на наборном поле 17i. Параметр этого элемента соответствует сформированному в.блоке 3| начальному значению параметра первого элемента Xj(0). Затем из блока 8 подается команда на перевод коммутатора 7 на второе положение и на формирование в датчике нового случайного числа-. В исследуемую схему включается один из элементов, установленных на наборном поле 17 с параметром Xj(0) в,соответствии с вероятностью, сформированной в блоке 3j. Затем коммутатор 7 переключается в следующие положения и в исследуемую электронную схему аналогичны.м образом подключаются оставщиеся п-2 элемента с пара.метрами соответственно Хз(0),..., х(0). Таким образом, после п-го щага коммутатора 7 значения параметров комплектующих элементов схемы и ее выходных параметров будут соответствовать начальному моменту времени t 0. Затем производится формирование случг чых чисел, соответствующих скоростям Иол1енения параметров комплектуюпдих элементов, и запоминание их в счетчиках 1U-11 п. Для этого по команде из блока 8 снимается разрещение на прохождение сигналов на блоки 3|-Зп.и реверсивные счетчики 16-f-16п. , одновременно подается разрешение на прохождение сигналов на блоки 4-1-4 f и счетчики lli - lln. Командой из блока 8 коммутатор 7 переводится в первое положение. В датчике 1 формируется случайное чис-ло, которое с помощью блока 4-, элемента ИЛИ 5, элемента И 10, генератора 9 и элемента 6 обратной связи преобразуется в число, соответствующее вероятности, сформированной блоком 4v Это число соответствует скорости изменения первого элемента и заносится в счетчик 11,. Преобразование выполняется так же, как и для случая формирования числа, заносимого в счетчик 16. Затем по команде из блока 8 коммататор 7 переводится во второе положение, а в датчике 1 формируется новое случайное число, которое аналогичным образом преобразуется в число, пропорциональное скорости изменения параметра второго элемента, и заносится в счетчик 11. Точно так же заносятся случайные числа в остальные п-2 счетчика .На этом заканчиваются подготовительные операции, в результате которых формируются случайные начальные значения и скорости изменения, параметров всех комплектующих элементов одного экземпляра исследуемой схемы. Для моделирования процессов изменения параметров элементов подается команда из блока 8, по которой блоки коммутации 13i-13ц, коммутируют на вход сумматоров HI -14rv. выходы соответствующих счетчиков памяти lit-11ц-Таким образом, к содержимому сумматоров 14 . прибавляются значения сформированных в счетчиках 111-11| модулей скоростей изменения параметров. В случае изменения знака на выходе сумматора 14 - 14ц. с отрицательного на положительный на соответствующий вход блока коммутации 13-1-13ч. поступает сигнал, разрешающий прохождение регулярного импульса с выхода генератора 9 таким образом, что блок коммутации 13i-13ft, коммутирует на вход сумматора 141-14п, выход регистра 12 и к содержимому сумматора , прибавляется содержимое регистра 12. Одновременно с моментом коммутации на первом выходе соответствующего блока коммутации 13t-13 появляется счетный импульс, который, поступая на вход реверсивного счетчика 16,-16«, , изменяет его содержимое на единицу в сторону уменьшения или увеличения в зависимости от знака скорорости, поступающего с этого же первого выхода блока коммутации .. В соответствии с новым числом в счетчиках 16-, - 1бп.в исследуемую схему 18 подключаются элементы, установленные на наборных полях . . В случае положительного знака в сумматоре 14t-14 м. следующим регулярным импульсом из генератора 9 содержимое этого сумматора . изменяется на величину содержимого регистра 12, а содержимое реверсивного счетчика 16i-16 ft на единицу, и так до тех пор. пока знак сумматора 14i -14, не изменится На отрицательный. При эТом с выхода сумматора 141-14 ц, на соответствующий вход элемента 15 И поступает сигнал готовности к измерению, а в случае отрицательности содержимого всех сумматоров 14т- 14ц,с выхода элемента 15 И на вход блока 19 измерения поступает команда о готовности устройства к измерениям. По окончании процесса измерений из блока 8 подается команда, по которой блоки коммутации 13i-13ккоммутируют на вход сумматоров 14i -14 выходы соответствующих счетчиков памяти 11-| - Пц-В дальнейшем алгоритм работы устройства аналогичен. Таким образом, производятся измерения в момент времени t tt, t tj. и т. д. до тех пор, пока не будет зафиксировано достижение выходным параметром исследуемой схемы одной из границ поля допуска, что является постепенным отказом. Формула изобретения 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 первым, входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента И соединен с первыми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которого соединен со вторыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи входы которых соединены с выходом коммутатора, вторыми входами счетчиков памяти и вторыми входами реверсивных счетчиков, третьи входы которых соединены с выходом блока управления, третьими входами счетчиков памяти, четвертыми входами б юков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, входом коммутатора и входом датчика равномерно распределенных случайных чисел, выходы реверсивных счетчиков соединены со входами соответствующих наборных полей, выходы которых соединены с входами исследуемой схемы, выход которой подключен к первому входу блока измерения, сумматоры, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности моделирования, в устройство введены блоки коммутации, регистр и многовходовой элемент И, входы которого подключены к выходам соответствующих сумматоров, входы которых соединены с первыми выходами соответствующих блоков коммутации, первые входы которых подключены к выходам соответствующих сЧмматоров, выход многовходового элемента И соединен со вторым входом блока измерения, выход регистра подключен ко вторым входам блоков коммутации,, третьи входы которых соединены с выходом блока

управления, четвертые входы блоков коммутации подключены к выходу генератора импульсов, пятые входы блоков коммутации соединены с выходами соответствующих счетчиков памяти, вторые выходы блоков коммутации соединены с четвертыми входами реверсивных счетчиков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР

№ 518775, кл. G Об F 15/20, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР

по заявке № 2510128/18-24, кл. G 06 F 15/20,

27.07.78 (прототип).