Общие методы контроля и диагностики цифровых устройств

С целью выявления перспективных направлений, исследований и понимания принципиальных изменений в методах и средствах контроля и диагностики, которые могут быть использованы для диагностики цифровых устройств, рассмотрим существующие методы контроля и диагностики. Анализ многочисленных зарубежных работ, посвященных проблемам контроля и диагностики цифровых устройств показал, что в настоящее время широкое распространение находят различные методы. Все методы контроля и диагностики могут быть разделены на три основные группы:

- параметрический;

- тестовый;

- функциональный.

Параметрический контроль включает традиционные измерения

параметров на постоянном токе и временные параметры: напряжений, токов, сопротивлений, частоты, скважностей, фронтов длительностей импульсов, времени задержки распространения сигнала, длительности нарастания, длительности спада и др.

Кроме того, параметрическим измерениям подлежат токи утечки входных контактов БИС, взаимные проводимости выводов микросхем, коэффициенты усиления, а в ряде случаев и параметры входных и выходных сигналов, получаемых в процессе упрощения тестовой проверки логических узлов. Известно три основных метода параметрического контроля элементов, установленных на плату: метод функциональных проб, метод двухполюсников, метод "потенциального" разделения.

Анализ показывает, что использование первого и второго методов связано с выпаиванием электронных элементов из схем, что в свою очередь может стать источниками отказов в электронном узле. В связи с этим, в настоящее время широкое распространение получил третий параметрический метод измерения без разрыва связей между элементами. Сущность этого метода заключается в искусственном расчленении многополюсной схемы на двухполюсники путем приложения электрических потенциалов, компенсирующих действие связанных с двухполюсником элементов при измерении его параметров.

В отличии от параметрического контроля, задача функционального контроля включает:

- проверку исправности;

- поиск 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.

В зависимости от масштаба времени в котором производится функциональный контроль, различают статический и динамический контроль. Если статический, функциональный контроль осуществляется при низкой скорости протекания процесса, то динамический контроль осуществляется в реальном масштабе времени при быстродействии контролируемой системы, близкой к максимальной. В соответствии с этим статический контроль обнаруживает относительно простые неисправности, а динамический контроль позволяет выявить сложные динамические неисправности. Рассмотренные параметрические и функциональные методы контроля основываются на существенно различных подходах к контролю, обнаруживают различные виды неисправностей, дают различную степень достоверности контроля и отличаются по стоимостным показателям.

Параметрические методы обеспечивают проверку отдельных компонентов в параллельном режиме и поэтому обладают очень высокой производительностью. Кроме того, эти методы при реализации обеспечивают меньшую стоимость оборудования и небольшие расходы на программное обеспечение. Недостатком является низкая степень выявления дефектов и высокая стоимость зажимов, необходимых для сопряжения с контролируемым объектом.

В отличии от параметрического метода функциональный контроль проверяет, например, печатные платы как функциональное целое. При этом, из-за последовательного поиска неисправности снижается реальная производительность. Однако при функциональном контроле обеспечивается очень высокая степень выявления неисправностей.

В отличие от схемы организации функционального контроля, схема организации тестового контроля и диагностики отличается возможностью подачи на контролируемые объекты специальных тестовых воздействий, в то время как в процессе функционального контроля используются только рабочие воздействия. Таким образом, 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 назвать неисправность типа "тождественный 0" и "тождественная 1", далее количество одновременно появляющихся неисправностей до одной и ограничение на неисправности постоянного вида, т.е. неисправности появляющиеся одинаковым способом за все время теста. В качестве тестовых методов, учитывающих и не учитывающих логику схемы и позволяющих производить синтез обнаруживающих тестов, используются: метод таблиц истинности, метод дифференцирования Булева, алгоритм Армстронга, метод Х- кубов и метод Д-кубов.