Метод диагностирования логических схем

Метод диагностирования логических схем

Надежность электронной системы во время эксплуатации закладывается на этапах ее разработки и изготовления. Выявление при изготовлении дефектов комплектующих изделий и производства, а также дефектов из-за ошибок разработки существенно способствует повышению надежности работы. В противном случае дефекты будут обнаруживаться во время эксплуатации. В данном случае понятие «дефект» и «неисправность» используются для обозначения одного и того же явления с тем лишь смысловым оттенком, что под дефектом подразумевается «врожденная» неисправность, т. е. неисправность, оставшаяся в устройстве после его выпуска.

Для обнаружения дефектов и неисправностей ЭВМ и ее отдельные устройства подвергаются испытаниям — тестированию. Тестирование составляет основу процессов диагностирования и профилактических испытаний.

Испытания цифровых устройств могут быть статическими и динамическими. Статическими называются испытания, при которых частота тестовых воздействий на проверяемое устройство намного меньше частоты реальных воздействий при работе устройства в составе ЭВМ. Динамическими называются испытания, при которых частота тестовых воздействий соответствует рабочей частоте устройства.

Испытания делятся также на функциональные и параметрические. Функциональными называются испытания, проверяющие соответствие устройства заданному алгоритму его функционирования. При параметрических испытаниях контролируется ток, напряжение, форма импульсов, задержка распространения сигналов, длительность фронта и спада, т.е. функциональные параметры.

Объектами тестирования могут быть:

1) произвольные логические схемы, содержащиеся в ИС, СИС, БИС, СБИС, ТЭЗ;

2) устройства составляющие систему;

3) архитектурные свойства;

      4) совокупное  функционирование  всех  устройств.                           

      Необходимо различать четыре уровня тестирования:  произвольных логических схем, устройств, архитектурных и системных свойств.

При вычислении тестов каждого уровня используется описание (модель) устройств — объектов тестирования. Будем рассматривать следующие уровни описания дискретных устройств: схемный; функциональный; алгоритмический или архитектурный; системный.

Каждый уровень имеет свой язык описания, а полное описание системы представляет собой многоуровневую иерархическую структуру, содержащую языковые конструкции разных уровней.

Большинство неисправностей, возникающих при эксплуатации, представляют собой замыкание линий на землю или на линию напряжения питания, короткие замыкания между сигнальными линиями, обрывы, отсутствие резисторов, пробои транзисторов, низкий коэффициент усиления или чрезмерные задержки, причем такие неисправности могут быть одиночными и кратными. Для вычисления тестов физические неисправности должны быть представлены их логическими моделями. Уровень описания определяет модели неисправностей и методы вычисления тестов.

На уровне логических вентилей описание модели объекта тестирования задается перечислением логических функций элементов и связей между ними. Используются следующие модели неисправностей:

1) константные неисправности. Моделируют постоянный 0 или 1 на входах или выходах схемы и обозначают соответственно константа О (КО) и константа 1 (К1). Обозначается соответственно а/0 и а/1;  или указывается точка (вход, выход, контрольный вывод, линия) обозначенная буквой или цифрой с указанием типа неисправности (с/1, 5/0, L4/0).

2) короткие замыкания (КЗ). Моделируют короткие замыкания между сигнальными проводниками схем. Модель КЗ требует введения дополнительной схемы.

Неисправности константные и КЗ называют также статическими, так как они обнаруживаются при статическом тестировании.

Хотя реальные дефекты конструктивных, как правило, не исчерпываются моделями одиночных константных неисправностей, большинство систем генерации тестов используют эти модели.

Одним из недостатков описания схем на уровне логических вентилей является их сложность и громоздкость. Этот недостаток становится все более очевидным по мере роста степени интеграции. Другим недостатком является то, что часто детали структуры БИС, например микропроцессорных БИС, не доступны разработчикам тестов. Поэтому используют более высокий уровень описания устройств, в котором в качестве элемента описания используют не вентиль, а функциональный узел. Этот уровень описания, называемый функциональным (микрооперационным или уровнем регистровых передач), использует графовую модель процессоров (микропроцессоров) и других устройств. Модель устройства представляет собой граф, вершины которого соответствуют регистрам, сумматорам, функциональным преобразователям, информационному входу и выходу, а ребра определяют пути передачи информации.