СИГНАТУРНЫЙ АНАЛИЗАТОР С ОБНАРУЖЕНИЕМ ИСТОЧНИКОВ СБОЯ

Полезная модель относится к системам диагностики цифровых устройств повышенной надежности, в частности к устройствам сигнатурного анализа с обнаружением источников сбоев. С помощью контактных и бесконтактных датчиков сбоев, установленных в сигнатурных анализаторах, в частности на линиях обратной связи или в непосредственной близости (до 1-2 см) от них обнаруживают в качестве источников сбоев: соединители (разъемы), линии связи, интерфейсные шины, а так же внутреннее и внешнее электромагнитное воздействие.
В качестве информативных параметров наличия сбоев в указанных элементах используют повышенное электромагнитное излучение и появление эффекта дифференцирования электрических сигналов.
Известен сигнатурный анализатор для тестирования цифровых схем, содержащий схемы пуска, останова и синхронизации соответсвенно для определения моментов начала, окончания снятия сигнатур и выборки данных (Л.М.Фолкенберри. Справочное пособие по ремонту электрических и электронных систем. М. "Энергоатомиздат," 1989, с.315-319). Устройство позволяет определять различия между сигнатурами, которые обычно имеют потенциал "земли" ("логический ноль") или "логической единицы". Недостатком устройства является его невысокая надежность из-за невозможности обнаруживать неисправности в виде сбоев (самоустранимых отказов).
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является сигнатурный анализатор для диагностики неисправности цифровых схем, содержащий генератор стимулирующих наборов, подключенный к испытуемому устройству и через схему формирования окна измерений ко входу сдвигового регистра, другой вход которого через последовательно соединенные пробник данных, буфер данных и сумматор по модулю "2" соединен с выходом испытуемого устройства через линии связи с соединителями, выход сдвигового регистра связан с другим входом сумматора по модулю "2", а также подключен к блоку индикации через последовательно включенные буферный регистр и регистр индикации, входом и выходом связанный со входами схемы сравнения (Технические средства диагностирования. Справочник под общей редакцией В.В.Клюева М. "Машиностроение," 1989, с.178-187). Для обнаружения случайных сбоев в двоичной последовательности, которые не фиксируются индикацией, в устройстве предусмотрено сравнение соседних окон на стабильность сигнатур. При рассогласовании сигнатур соседних окон схемой сравнения вырабатывается сигнал о наличии сбоев, по которому принимается решение о дальнейшем ходе проверки испытуемой схемы.
К недостаткам устройства следует отнести: невозможность обнаружение сбоев с продолжительностью более времени срабатывания регистра индикации, т.е. неслучайных сбоев; невозможность обнаружения сбоев с промежуточным (между логическим "0" и "1") состоянием сигналов. Кроме того, известное устройство не позволяет фиксировать источники сбоев, что при диагностировании аппаратуры важно. Не позволяет устройство и идентифицировать и внезапную электромагнитную помеху.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в расширении функциональных возможностей за счет обнаружения сбоев элементов и узлов сигнатурного анализатора вследствие введения контактных и бесконтактных датчиков сбоев и использования новых информативных признаков сбоев с соответствующей обработкой информации (сигналов), а так же электромагнитной помехи.
Поставленная задача решается тем, что сигнатурный анализатор с обнаружением источников сбоев дополнительно содержит контактные и бесконтактные датчики сбоев, установленные на линиях связи (интерфейсной шине) с соединителями в непосредственной близости (до 1-2 см) от элемента (линии связи, интерфейсной шины) или узла (соединителя) электрической цепи.
Поставленная задача решается также тем, что в качестве источников сбоев обнаруживают следующие элементы и узлы электрической цепи сигнатурного анализатора: соединители (разъемы), лини связи, интерфейсные шины, а так же электромагнитное воздействие (помеха).
Поставленная задача решается так же тем, что контактные датчики сбоев реализованы на КМОП-инверторах.
Поставленная задача решается также тем, что бесконтактные датчики сбоев реализованы на пассивных (L,C - элементы) микрорезонансных контурах.
Поставленная задача решается также тем, что при срабатывании двух и более контактных датчиков сбоя в качестве источника сбоя определяется элемент или узел с более ранним по времени срабатыванием датчика.
Поставленная задача решается также тем, что при одновременном срабатывании двух и более бесконтактных датчиков сбоев в качестве источника сбоев определяется внешнее электромагнитное воздействие (помеха).
Поставленная задача решается также тем, что при одновременном срабатывании контактных и бесконтактных датчиков сбоев в качестве источника сбоев определяется внутреннее электромагнитное воздействие.
Решение поставленной задачи определением сбойных состояний и источников сбоев в виде линий связи, соединителей (разъемов) и интерфейсных шин по информативным признакам повышенного электромагнитного излучения и появления эффекта дифференцирования электрических сигналов основано на представлении скрытых дефектов упомянутых фрагментов аппаратуры в форме микрозазоров, микронеровностей, микротрещин, частичных микроразрывов и образований вследствие этого микрорезонансных контуров.
i
i
i
i
i
i
На фигуре 1(а-г) схематично показаны три состояния электрических проводников и контактных подключений: исправное (фиг.1а), отказное в виде обрыва (фиг.1б), сбойное (фиг.1в), а также эквивалентная электрическая схема сбойного состояния (фиг.1г). В общем случае схема сбойного состояния представляет собой «N» параллельно включенных микрорезонансных контуров с переменными параметрами R, L, С (i=1,2,…N), где R,L - соответственно распределенная омическая и индуктивная составляющие, а С - образованная при скрытых дефектах (за счет микрозазоров, микронеровностей, и т.п.) емкостная составляющая.
На фиг.2 приведена структурная схема сигнатурного анализатора с обнаружением источников сбоев. Устройство содержит испытуемое устройство (ИУ) 1, генератор стимулирующих наборов (ГСН) 2, схема формирования окна измерения (ОИ) 3, сдвиговый регистр (СР) 4, буферный регистр (БР) 5, регистр индикации (РИ) 6, блок индикации (БИ) 7, пробник данных (ПД) 8, буфер данных (БД) 9, сумматор по модулю «2» 10, сдвиговый регистр (СР) 10, схему сравнения (СС) 11, блок управления и синхронизации (БУ) 12 (связь с другими блоками устройства показана в виде стрелок). Контактные датчики сбоев (КДС) устанавливаются на линиях связи (интерфейсной шине) на выходе блока 4 и на входе блока 10 - соответственно 13.1, 13.2, …, 13.n и 13.1', 13.2' ,…, 13.n', т.е. на выходах передатчика (блок 4) и входах приемника (блок 10) сигналов. Бесконтактные датчики сбоев (БДС) 14 устанавливаются в непосредственной близости (1-2 см) от линии связи (интерфейсной шины) блоков 4 и 10 между собой (на фиг.2 показан один бесконтактный датчик сбоев, хотя в общей сложности их может быть "n+1", т.е. по одному на каждый провод заземления в информационной шине). Назначение бесконтактных датчиков сбоев -выявлять скрытые дефекты (см. выше) в шинах (проводах) заземления.
Алгоритм функционирования КДС 13 следующий. Одновременное срабатывание датчиков 13i и 13i' свидетельствует о сбое выходной пары "вилка-розетка" блока 4, через которую передается информация в виде обратной связи на вход сумматора по модулю «2» 10. Срабатывание только одного датчика 13i' говорит об источнике сбоев в линии связи между узлами 4 и 10. Аналогично функционируют и другие пары контактных датчиков 13.1 и 13.1', 13.2. и 13.2.'и т.д.
7
Реализация контактных датчиков сбоя достаточна проста и заключается, например, в подключении к соответствующим точкам цифровых интегральных КМОП-микросхем (например, логической структуры И-НЕ), имеющих высокое (до 10 Ом и выше) входное сопротивление, а при наличии скрытых дефектов в контактной паре и связанной с ней линии связи (проводника) в виде микрозазоров, микротрещин, шероховатостей, неровностей и т.п., проявляемых через емкостную составляющую и, следовательно, создающих условия дифференцируемости проходящих сигналов. Данный факт может быть зафиксирован как автономными средствами индикации, так и вводом данных сигналов в блок управления 12.
Принцип действия бесконтактных датчиков сбоя 14 основан на регистрации дополнительного (сверх допустимого) электромагнитного излучения источника сбоев за счет образования микрорезонансных контуров. Реализация данных датчиков также достаточно проста и, в частности, может быть построена на пассивных L,C - элементах, установленных на расстоянии 1-2 см от предполагаемого источника сбоев. Одновременное срабатывание датчиков данного типа будет свидетельствовать о наличии внешней электромагнитной помехи.
Идеология включения БДС 14 аналогична идеологии включения КДС 13, а именно: если на линии связи установлено несколько БДС 14, то последовательность (очередность) их срабатывания будет определять источник сбоев с тем отличием от КДС, что в данном случае диагностируется не только вся шина заземления, но и ближайшее к датчику место "плохой" изоляции. Сигналы с БДС 14 могут быть также использованы для дальнейшей обработки либо в БУ 12, (в качестве сигналов обратной связи) либо (при необходимости) иметь автономную систему индикации и регистрации.