Аппаратурная реализация сигнатурного анализатора.

На рис. 9 приведена структурная схема сигнатурного анализатора. Тестовые воздействия, вырабатываемые генератором стимулирующих наборов ГСН, подаются на входыиспытуемого устройства ИУ. Регистрируемый информационный поток двоичной информации, снимаемыйпробником данных ПД с контролируемых точек устройства, поступает черезбуфер данных БД насумматор по модулю 2и суммируется с сигналами, поступающими по цепи обратной связи со сдвигового регистра СР. Вход сумматора по модулю 2, на который поступает регистрируемый поток информации, являетсяинформационным входомСА. Выход сумматорапредставляет собойвход в младший разрядсдвигового регистра СР. Генератор стимулирующих наборовГСН вырабатывает также дополнительно три управляющих сигнала:"Пуск", "Стоп", синхроимпульсы (СИ). Под действием сигнала"Пуск"разрешается сдвиг информации в регистре, при этом открывается так называемоеокно измерения ОИ, подготавливая сдвиговый регистр СР к приему данных.Сигнал "Стоп" определяет конец окна измерения. Сдвиг информации в сдвиговом регистре, а также синхронный прием данных осуществляется под действием синхроимпульсов.

С поступлением сигнала "Стоп" содержимое сдвигового регистра СР переписывается в буферный регистр БР, предназначенный для временного хранения сигнатуры.Следующий тактовый сигнал сбрасывает сдвиговый регистр СР и подготавливает его к формированию следующей сигнатуры по сигналу "Пуск".Содержимое буферного регистра БР переписываетсяврегистр индикации РИ и далеевоспроизводитсяблоком индикации БИ ввиде четырех шестнадцатеричных цифр.

Чтобы обнаружить случайные сбоив двоичной последовательности, которые не будут видны на индикации, в устройстве должно бытьпредусмотрено сравнение соседних окон на стабильность сигнатур. При рассогласовании сигнатур соседних оконсхемой сравнения СС вырабатывается сигнал о наличии сбоев, по которому принимается решение о дальнейшем ходе проверки испытуемой схемы. Сигнатуры не сравниваются, если пробник данных ПД находится или находился в свободном состоянии перед началом измерения. При свободном состоянии пробника данных ПД вырабатывается сигнал,запрещающий формированиеОИ, и с помощью блока индикацииБИ воспроизводится сигнатура контрольной точки, записанная во время предыдущего окна. Полученная сигнатура сравнивается оператором с эталонной сигнатурой и делается заключение о дальнейшем ходе проверки.Процесс локализации неисправного узла проводится в соответствии с алгоритмом, представленным в виде дерева поиска неисправностей.

Сигналы "Пуск" и "Стоп", определяющие интервал измерения, могут быть получены с линий адреса, указателей состояния, программно-управляемых выходных портов, непосредственных портов ввода-вывода или из любых других сигналов, связанных с потоком данных. Более сложные тестеры производят измерение на основе сигнала "Пуск" и определенного числа тактовых импульсов, следующих за этим сигналом. Иногда используют специальную схему, которая входит в проверяемую, для генерации сигналов окна измерения.

Сигнатурный анализатор первоначально использовался как средство, позволяющее проверяемому блоку или устройствуработатьв процессе проверкис егособственной тактовой частотой, которой синхронизируется тестер. При тестировании всего изделия некоторые платы проверяют независимо от плат,с которых получают синхросигналы. В этом случае длягенерации синхросигналов, необходимых для функционирования проверяемой платы, может использоваться самтестер. Аналогично измерение в сигнатурном анализе синхронизируется с частотой генерируемых тестером тактовых сигналов.

Сложность аппаратурной реализации сигнатурного анализатора зависит от способа генерации стимулирующих сигналов. Для первых образцов сигнатурных анализаторовстимулирующие сигналы вырабатывалисьпроверяемой схемой(генератор стимулирующих сигналов незначительно усложняет исходное устройство) . При использованиисигнатурного анализатора в качестве портативного сервисного прибора необходимо генерировать стимулирующие сигналы с помощью отдельного оборудования.Для комбинационных схем в основном безразлично, какой именно способ стимулирования дает в проверяемом узле необходимую диагностическую информацию. В частности,для проверки комбинационной логики с помощью сигнатурного анализа эффективно псевдослучайное стимулирование. В то же времядля последовательностных схем, таких, как микропроцессорные контроллеры и т.д., случайное стимулирование непригодно.

Одним из способов стимулирования плат с БИС в целях их диагоностирования с использованием сигнатурного анализа является "автономная" работа платы, которая заключается во включении схемы в некоторый замкнутый цикл, охватывающий минимальное число проверяемых логических элементов и максимальное число проверяемых логических узлов.

При диагностировании микропроцессоров, контроллеров и алгоритмических устройств автономная или несинхронизированная работадостигается открытием входной шины данных или команд и вводом некоторой команды, приводящей к постоянному зацикливанию по всем адресам либо по всем командам управления.Схема, осуществляющая указанную функцию зацикливания, рассматривается как ядро для данной системы.Получая сигнатуру в описанном автономном режиме, можно проверить выполнение процессором одной команды, а также функционирование схемы, работающей от адресных и информационных шин(дешифраторы адреса, постоянные запоминающие устройства и т.д.). Для функциональной проверки процессора и других схем, непосредственно не стимулируемых со стороны адресных и информационных шин, могут потребоваться другие методы стимулирования.

Для проверки функций схемы, не учтенных при автономной проверке, необходимо строить специальные алгоритмы диагностирования для создания реальных функциональных режимов платы. Эти алгоритмы должны также разрабатываться с возможно максимальной эффективной глубиной поиска неисправностей.Такие алгоритмы могут содержать подпрограммы, используемые как обычные прикладные для данного устройства или как часть процедуры самодиагностирования. Для микропроцессорных плат алгоритмы реализации тестов для сигнатурного анализа записываются на часть встроенных или подключенных извне ПЗУ.Стимулирующие сигналы генерируются в самой плате, что проще, чем подключение к процессору устройств выработки таких сигналов извне через разъем ввода-вывода платы.

При этом целесообразно использовать все возможности процессора. Напримердля стимулирования периферийных устройств ввода-вывода, принимающих данные из процессора и передающих информацию на другую плату, составляется программа для заполнения аккумулятора и вывода данных на все устройства на некоторых специфических командах ("Заполнить аккумулятор", "проверить аккумулятор", "переход" и т д.).Сигнатуры на каждой из выходных линий можно получить для диагностирования не только подключенных к процессору устройств, но и самого процессора.

Сигнатурный анализиспользуетсядля поиска дефектов в дискретных устройствах методом последовательного контроля отдельных точек схемы по принципу"годен –не годен". Измеряя одну сигнатуру, можно проверить работу некоторой логической структуры, содержащей большое количество микросхем и эквипотенциальных точек.

При неправильной сигнатуре в определенном узле схемы поиск неисправной микросхемы зависит от логической структуры устройства и его тестируемости.

Для комбинационной логики без обратных связей локализация неисправностей заключается в простом сравнении измеряемых и заранее известных для данной платы эталонных сигнатур. Если обнаружена сигнатура, отличная от эталонной, то проверяются сигнатуры узлов более низкого порядка до тех пор, пока не будет обнаружена компонента с правильной сигнатурой на входе, но с неправильной на выходе.Для автоматизированных систем тестирования, средствами доступа для которых является зонд типа "ложе из гвоздей" или управляемый щуп, алгоритм прослеживания можно построить на основе таблиц поиска, отражающих топологию схемы.Прослеживание может также быть основанона последовательном разделении схемы пополам, проверка всех сигнатур при прямом проходе от входа к выходу и при обратном прослеживании от выхода к входу.

Локализация неисправностей на уровне компонент схемных плат с обратными связями зависит от аппаратных и подпрограммных возможностей разрыва линий обратных связей. Эти соображения относятся к системе тестирования и к проверяемой плате.Например, часто используемая петля на микропроцессорных платах, связывающая процессор, адресную шину, элементы памяти и шину данных, может быть разорвана установкой на шину данных перемычки, являющейся принадлежностью схемы. Проверку платы при сборке можно вести до установки этой перемычки. После того как ядро, схемы проверено при автономном стимулировании, система тестирования обеспечивает дополнительную проверку с установленной перемычкой.

Обратные связи могут быть также блокированы электрически, если при разработке схемы предусмотреть наличие на тристабильных шинах специальных буферов, управляемых по командам от системы тестирования.Это вызывает некоторое увеличение стоимости платы и изделия в целом, а также обусловливает необходимость проверки состояний этих буферов.

Измеряя сигнатуры в моменты нахождения на линиях обратной связи константных значений 0 или 1, обнаруживают неисправности в цепях обратных связей. Этого достигают,разработкой программного обеспечения моделирования таким образом, чтобы подаваемые на схему последовательности обеспечивали постоянные значения на линиях обратных связей. В некоторых случаях интегральные схемы могут допускать закорачивание отдельных цепей на землю на период измерения сигнатур для установки на линиях обратных связей нулевых величин.

При использовании в диагностировании зонда типа "ложе из гвоздей" автоматическое получение сигналов "Старт", "Стоп" и "Синхро" из любого места на плате и измерение с помощью импульсов "Старт" и "Синхро" существенно повышают эффективность процесса диагностирования.

Методика диагностирования полупроводниковых ЗУ методом СА.Объектом диагностирования являются одно и многоразрядные БИС ОЗУ.В них проверяют следующие классы неисправностей: разорванные и закороченные связи, неверная дешифрация и адресация, кратная запись, чувствительность к наборам, медленный выбор и восстановление записи, утечка тока, паразитные межразрядные связи.

Для диагностирования формируют стимулирующие воздействия, в качестве которых используютполный перебор входных данных, линейные тесты маршевого типа, диагональный перебор, а также другие типы тестов для ЗУ.

При аппаратной реализации стимулятора используют различные типы счетчиков в сочетании с дешифраторами.В качестве анализатора применяют параллельные (для многоразрядных БИС) и последовательные СА. Применениепараллельного СА уменьшает длительность прохождения теста в k раз (k — число разрядов БИС).

Схема аппаратной реализации проверки БИС ОЗУ показана на рис. 10, где СА - сигнатурный анализатор;СТ -стимулятор;ДС - дешифратор.

В схеме учитывается то обстоятельство, что для многоразрядных БИС ОЗУ, как правило, характерно наличие общих мультиплексных выводов корпуса, являющихся входами при записи и выходами при чтении. Поэтому эти входы постоянно соединены со входами СА, а соответствующие схемы по сигналу "запись—чтение" обеспечивают подключение к этим выходам счетчика-стимулятора, либо их отключение.

Длина цикла линейного типа для одноразрядных БИС ОЗУ

где N— объем ОЗУ (количество слов) .

Для параллельного метода формирования сигнатуры для многоразрядных БИС ОЗУ

где п =log2 К..

Организация диагностирования микропроцессорных комплексов (МПК) методом СА требует:

устройства для сигнатурного анализа;

дополнительной аппаратуры, вводимой в МПК, которая необходима для организации поиска неисправности методом СА;

системы контрольных точек для подключения СА;

системы тестовых последовательностей СА;

системы документации, необходимой для проверки.

Для МПК используют стратегию расширяющихся областей, при которой выделяют и проверяют часть оборудования (ядро). Затем стимуляцию оставшихся частей МПК производят с помощью ядра, либо отдельным генератором, или комбинированно. Анализ выходных реакций производят с помощью СА сравнением с заранее рассчитанными эталонными сигнатурами. Такой подход требует соответствующего конструктивного исполнения СА, его реализуют в виде ТЭЗа, который вставляют в разъемы МПК.

Современные БИС характеризуются наличием на их выходе трех состояний логического 0, логической 1 и состояния высокого импенданса, которое является промежуточным между 0 и 1.

Для обеспечения возможности работы с третьим состоянием используют специальные компараторы, которые выделяют эти состояния, преобразуют в логический уровень, равный единице, а для последующего анализа применяют либо oотдельную схему сигнатурного анализа, либо от компаратора вводят соответствующее управление с последующей корректировкой состояния основного СА.

Защита функционирования СА от сбоев заключается в повторении и сравнении результатов нескольких проверок.

Устройства с многими выходами можно проверять несколькими способами:

перекоммутацией выходных реакций на вход анализатора и повторением процедуры тестирования;

использованием нескольких одноканальных анализаторов;

использованием многоканальных анализаторов.

При первом способе увеличиваете время контроля, при втором — объем оборудования.Наиболее рациональным является применениемногоканальных сигнатурных анализаторов.

В качестве генераторов псевдослучайных последовательностей

(ГПСП) применяют автономные линейные последовательные машины, синтез которых основан на использовании многочленов над полем 2,принадлежащих максимальному показателю. Существует несколько различных схемотехнических решений. положенных в основу построения ГПСП. Как правило, ГПСП содержитn-разрядный регистр,

где Ti(t) —состояниеi-го триггера регистра в момент дискретного времени t;ai = 1,еслиi-й триггер выполнен со счетным входом; аi = 0,если данный триггер выполняет функцию задержки.

Что же касается Тi,то его функция возбуждения определяется состоянием схемы обратной связи регистра.

На рис. 11представлены три варианта построения ГПСП (данный вид ГПСП характеризуется равновероятным появлением 0и 1по каждому выходу);

а —регистр сдвигового типа, схема обратной связи —многоходовый элемент свертки по модулю 2;б —часть триггеров регистра выполнена со счетным входом, часть —сдвигового типа, обратная связь —непосредственное соединение выхода ;-го разряда со входом первого; б —все триггеры выполнены со счетным входом, обратная связь -двухвходовой сумматор по модулю 2.

функциональные схемы i-го (i = 1, 2, ...,n)разряда регистра ГПСП приведены на рис. 12.Каждый разряд содержит триггер с двумя входами (тактовый и информационный) и один выход.