СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ТЕСТОВ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
METHOD CREATING PROOF TESTS FOR ELECTRONIC DEVICES

Предлагаемое изобретение относится к способам испытаний электронных устройств различного назначения путем формирования испытательных тестов (совокупностей воздействий на устройство и соответствующих им допустимых отклонений контролируемых параметров).
Известен способ определения возможных отклонений контролируемых параметров при эксплуатационных воздействиях - математическое планирование эксперимента (МПЭ) (см. Фомин А.В., Борисов В.Ф., Чермошенский В.В. Допуски в радиоэлектронной аппаратуре. - М.: Сов. радио, 1973. - С.25-42).
уст
Недостатком указанного способа является описательное представление идеи и отсутствие четкого алгоритма учета влияния активных элементов (транзисторов, интегральных микросхем и др.) на оценки величин отклонений выходных параметров устройств (П).
Известен также способ оценки возможных отклонений при моделировании эксплуатационных воздействий (входных сигналов, питающих напряжений, температуры и др.), а также изменений номиналов пассивных элементов (R, L, С) по принципам МПЭ, результаты которых могут быть использованы для формирования испытательных тестов (см. Барабащук В.И., Креденцер Б.П., Мирошниченко В.И. Планирование эксперимента в технике. - Киев: Техника, 1984, с.124-125).
Варьируя поочередно уровнем воздействий и фиксируя (измеряя) при этом значения выходных параметров устройств, получают экспериментальные результаты, позволяющие восстановить аналитическую зависимость, связывающую возможные уровни воздействий, воспроизводимых при исследовании, с соответствующими им отклонениями параметров устройства.
Недостатком последнего способа является невозможность оценки влияния на величины отклонений активных элементов, что делает его применимым только для суждения о параметрах одного устройства, подвергнутого МПЭ, и не применимым при массовом изготовлении устройств.
Способ выбран в качестве прототипа.
Целью изобретения является устранение недостатков прототипа и повышение эффективности контроля.
Поставленная цель достигается тем, что МПЭ, реализуемому в известном способе, подвергают выборку однотипных устройств, получают в каждом опыте количество откликов по количеству исследуемых устройств, используя которые (отклики), оценивают в каждом опыте возможные отклонения (минимальные, максимальные), исходя из которых строят математические модели нижних и верхних допустимых отклонений откликов для любых сочетаний уровней воздействий, моделируемых при реализации МПЭ, а также уровней внутренних факторов, и, используя полученные математические модели, формируют наборы воздействий и соответствующих им допустимых отклонений откликов (испытательные тесты).
Предложенный способ формирования испытательных тестов позволит повысить качество контроля электронных узлов и блоков электронной аппаратуры, в том числе бортовой аппаратуры космических аппаратов.
Среди информационных материалов по данному классу техники, а также среди способов аналогичного назначения авторами не обнаружены способы с подобными существенными признаками, отличающими заявленный способ.
Предлагаемый способ иллюстрируют:
- фиг.1 - блок-схема устройства;
- фиг.2 - матрица планирования (МП) МПЭ;
- фиг.3, 4 - факторограммы результатов МПЭ.
BX
ВНШ
ВХ
ВНШ
уст
Реализация способа происходит следующим образом. На вход устройства (фиг.1) подают входные сигналы - совокупность {x}, выступающие как функциональные воздействия (сигналы, обеспечивающие питание, подлежащие усилению, задержке, преобразованию и др.). В эксплуатационных условиях устройство испытывает ряд внешних влияний составляющих эксплуатационной среды - совокупность {х}, представленная температурой, влажностью, давлением и другими физическими воздействиями (факторами). Все эти факторы - {х}, {х} - влияют на функционирование устройства и определяют величины выходных параметров - {П}.
i
Указанные факторы объединяют в одну совокупность {x}:
ВХ
ВНШ
i
{х, Х}={x}, i=1, 2, 3, …, n,
где n - количество возможных входных и внешних факторов.
уст
ВНТ
Так как в большинстве случаев количество устройств не ограничивается одним образцом, то на П влияют и отклонения параметров комплектующих устройства, проявляющиеся при переходе от образца к образцу. Эти влияния связывают с совокупностью внутренних факторов - {x}.
i
уст
уст
i
Влияние факторов из совокупности {x} по алгоритму МПЭ исследуют, представив все возможные сочетания уровней факторов, варьируемых на двух уровнях - «+1» (максимум) и «-1» (минимум), в матрице планирования (МП), фиг.2, строки которой - возможные сочетания воздействий при эксплуатации (опыты), определяющие выходные отклики из {П}. При формировании МП единицы опускают. Такой алгоритм эксперимента предполагает линейную зависимость между П и каждым из факторов из {x}, которая по результатам опытов может быть представлена полиномиальной математической моделью (ММ):
, где
o
уст
b - среднее значение П по результатам всех опытов (от 1 до N по МП);
i
b - коэффициенты влияния факторов, оцениваемые также по
результатам всех опытов в соответствии с методологией МПЭ.
уст
Результаты МПЭ с одним образцом устройства могут быть проиллюстрированы факторограммой, фиг.3, где по оси абсцисс отложены номера опытов в соответствии с МП (фиг.2), а по оси ординат - значения П, полученные в соответствующих опытах (последний столбец МП на фиг.2).
ВНТ
уст
o
i
уст
i
уст
ВНТ
ВНТ
Так как при МПЭ с другим образцом однотипного устройства из-за {х} будут получены другие значения П в каждом опыте, что приводит к другим значениям b и b, отражающих различные индивидуальные чувствительности образцов к изменению уровней факторов, факторограмма результатов не совпадет с прежней (фиг.3). Чтобы выявить возможные границы разбросов П при массовом изготовлении устройств, МПЭ подвергают несколько образцов устройств (к). Таким образом получают к факторограмм, которые образуют так называемый коридор откликов (фиг.4), отражающий влияние как факторов совокупности {x} (изменение П от опыта к опыту), так и факторов совокупности {х} (ширина коридоров откликов). Если бы не было влияния {х}, то все факторограммы совпали и слились бы в одну (фиг.3).
уст
Полученные результаты подвергают статистической обработке для оценки допустимых (верхних, нижних) пределов (например, толерантных), которые будут служить ограничениями для П будущей продукции (см. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. - М.: Наука, 1969, с.242-243):
t
t
ср
П=П±кS, где
t
- П - допустимые толерантные значения (пределы  - нижний,  - верхний) в каждом опыте (фиг.4);
ср
- П - среднее значение к результатов в каждом опыте (фиг.4);
t
- к - толерантный коэффициент (табулированный);
уст
- S - оценка среднеквадратичного отклонения П в каждом опыте.
t
i
imin
imax
ВНТ
По рассчитанным толерантным значениям П (нижним и верхним) в каждом опыте синтезируют по методологии МПЭ математические модели допустимых толерантных (нижний и верхний) пределов при любых сочетаниях уровней факторов {x} в пределах {x, x} и возможных сочетаниях уровней {х}. В компактном виде они могут быть представлены как
, , где ,
i
n - количество факторов, варьируемых в эксперименте (x);
i
b - коэффициенты влияния i-го фактора;
o
b - базовый уровень параметра (среднее значение по всем 1, 2, 3, … N опытам).
уст
i
i
Полученные MM ,  позволяют оценить допустимые пределы П для любых сочетаний уровней воздействий из совокупности {x}. Так, например, наборы уровней воздействий, находящихся между уровнями {x} 2-го и 3-го опытов МП (обозначены 2′ - фиг.4) образуют сечение коридора откликов, допустимые пределы в котором соответственно равны
, .
Выбор в качестве допустимых других значений ,  при указанном наборе воздействий приведет к невыявлению при контроле соответствия параметров устройств заданным требованиям некачественных образцов. Аналогичная ситуация показана при наборе воздействий, обозначенных как 3′ (фиг.4).
И
i
Таким образом могут быть сформулированы испытательные тесты (Т), содержащие наборы уровней испытательных воздействий {хисп} и соответствующих им пределов ,  (далее , ), которые при изготовлении устройств определяют исходя из возможностей и загрузки испытательного оборудования продолжительности испытаний и других соображений, -
, где
i
исп
- {x} - набор уровней испытательных воздействий (i=1, 2, 3, …, n);
уст
- ,  - уровни ограничений на П, соответствующие
i исп
выбранным {x} и оценке по ММ для ,
уст
И
Рассмотрен случай одного П. При нескольких выходных параметрах устройства (фиг.1) алгоритм подготовки данных для формирования Т аналогичен.
o
i
уст
И
Располагая результатами МПЭ к образцов, формируют к ММ однотипных устройств, что дает к значений коэффициентов b и b. Подвергая указанные наборы коэффициентов статистической обработке аналогично П, оценивают допустимые (нижние - , верхние - ) отклонения указанных коэффициентов при испытании изготовленных устройств. Значение указанных отклонений позволяет включать их в Т, что повышает качество контроля, -
Рассмотрим реализацию способа на примере электронного устройства - модуля задержки команд (МЗК), фиг.5.
з
п
п
t
На вход МЗК (фиг.5а) поступает команда (Вх К), которая должна быть задержана (Вых К) на установленное время (время задержки - τ, мс). На МЗК воздействуют Хвн (температура - Т°С, питающее напряжение - Е, В) и Хвнт (разброс параметров элементов, на которых выполнена схема МЗК). Испытаниям подвергнуто 16 образцов МЗК, по 4 образца на каждый опыт. По МП (фиг.5в) варьировали Т°С и Е (4 опыта). После обработки результатов опытов и оценки П получен, например, коридор откликов фиг.5г.
И
П
з
П
з
з
Полученные результаты удовлетворяли разработчика. При традиционном формировании Т ("худший случай") следовало бы выбирать в качестве ограничений (допустимых значений) при любых сочетаниях значений Т° и Е значения τ минимальное и максимальное по результатам эксперимента (9,24 мс и 15,32 мс). Но тогда при испытаниях в условиях 3-го опыта (фиг.5в), когда Т°С максимальна, а Е минимально, не будут забракованы образцы, оказавшиеся с задержкой τ=9,8 мс, а при испытаниях в условиях 2-го опыта не будут забракованы образцы с задержкой τ=14 мс.
Таким образом, образцы с недоступными отклонениями в определенных условиях были бы допущены к дальнейшему использованию.
и
П
з min
з max
Поэтому если разработчик выбрал Хвн опыт 3, то в качестве Т будет набор Е минимум, Т°С максимум, τ=9,86 мс, τ=15,32 мс
Данный способ предлагается использовать при испытаниях электронных устройств различного назначения путем формирования испытательных тестов (совокупностей воздействий на устройство и соответствующих им допустимых отклонений контролируемых параметров).