Определения эффективного набора входных тестов для анализа схем

Сулейманов С.П., Иджеллиден С.Б., Ботнев В.В., Иванов И.А.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО НАБОРА ВХОДНЫХ ТЕСТОВ ДЛЯ АНАЛИЗА СХЕМ

В тезисах рассматривается задача формирования и анализа тестовых воздействий для выявления дефектов в электронных схемах РЭС. Предлагается метод имитационного моделирования входных и выходных сигналов в контрольных точках схемы для формирования базы характерных неисправностей.

Современный уровень сложности радиоэлектронных средства (РЭС) требует развития и применения высокопроизводительных программно-аппаратных решений для проведения полномасштабного тестового контроля и диагностики в производственном цикле и в процессе эксплуатации. Безусловно, что первенство остается за разработкой методов неразрушающего контроля, обусловленных экономическими соображениями.

Задача тестирования и диагностики электронных схем РЭС акцентируется на вопросе развития методик компьютерного моделирования и идентификации потенциальных дефектных ситуаций и нарушений рабочих режимов электрорадиоэлементной базы (ЭРЭ). В частности, следует отметить следующие направления исследований по данному вопросу: диагностика аналоговых цепей на основе инновационного мультичастот-ного теста, параметрическая идентификация и сигнатурный анализ, генерация тестовых воздействий для аналоговых цепей на

Рис. 1. Моделирование выходных характеристик электронной схемы в контрольных точках.

основе нейронных сетей и эволюционных алгоритмов, диагностика аналоговых схем на основе нейронных сетей и вейвлет-преобразования, применение генетических алгоритмов для формирования входных тестовых воздействий и т.д.

Одним из качественных решений в области тестирования и диагностики является метод определения неисправных компонентов электронных схем путем формирования базы характерных неисправностей. Суть метода заключается в проведении имитационного моделирования типичных неисправностей и формирования списка входных и выходных значений сигналов в контрольных точках (к.т.), соответствующих различным типам неисправностей.

Моделирование режимов работы электронной схемы проводится с использованием программного расчетного комплекса PSpice (Spice и WinSpice являются аналогами PSpice с рядом дополнительных возможностей, в частности, задания температур элементов непосредственно в их программных моделях). На рис. 1 показан результат моделирования выходных характеристик (потенциалов) в контрольных точках для исправной электронной схемы. В данном случае видно, что при восьми выбранных контрольных точках, только четыре имеют отличные друг от друга кривые значений. Этот набор кривых соответствует определенному (в данному случае исправному) состоянию диагностируемого устройства.

Рис. 2. Разбиение кривых выходных характеристик на линейные участки.

Выходных значения в силу их большого количества и сложности обработки «на лету» целесообразно хранить в виде набора линейных функций, описывающих выходную характеристику в контрольной точке (рис. 2). При этом требуется хранить лишь те участки значений, в которых выходная характеристика выявляет ту или иную неисправность.

Для разбиения кривых на линейные участки используется метод наименьших квадратов, позволяющий находить коэффициенты Ь , Ь линейных функций методом минимизации:

2

S(biA) = E(U-(b2UBX+ hi)) ^ min ,

где n

І=1

количество измерений выходного сигнала,

п

~^^^^вЫХ _ -0выху^вх ' _^/вх^

Ь2 = —----------------------- и Ь - X - Ъ^Ь .

£ (и« - ив )2

I=1

При формировании входных воздействий необходимо учесть допуски на режимы работы каждого электрорадиоэлемента, т.к. при подаче тестового сигнала высокого уровня может нарушиться работоспособность элемента вплоть до выхода его из строя. Имитационное моделирование работы электронной схемы при различных входных воздействиях позволяет рассчитать допуски на критические параметры каждого элемента в отдельности. Для конденсаторов различных типов критическими являются рабочее напряжение, максимальный рабочий ток, рабочая частота; для резисторов - номинальная мощность, максимальной рабочее напряжение, максимальный рабочий ток; для транзисторов - максимально допустимый коллекторный ток; для диодов - максимальной допустимый прямой импульсный ток, рабочая частота и т.д.

Стандартный процесс диагностирования методом диагностического компьютерного имитационного моделирования состоит из следующих этапов:

Описание электрической схемы, формирование перечня неисправностей, выбор входных воздействий, контрольных точек.

Ввод в схему различных вариантов неисправностей.

Моделирование электрической схемы с внесенными неисправностями.

Занесение значений электрических характеристик, например, потенциалов в контрольных точках, в таблицу неисправностей.

Измерение напряжений в контрольных точках.

Сравнение измеренных значений со значениями в таблице неисправностей.

Вывод о наличии определенной неисправности. Вывод делается по значению критерия локализации, который рассчитывается для каждой неисправности.

В заключении следует отметить, что выходная характеристика, измеренная в одной контрольной точке, в отдельных случаях не позволяет однозначно утверждать о наличии конкретной неисправности. В таком случае на первом этапе проводится анализ возможности диагностирования дефектов, определяется группа неисправностей, определяемых неоднозначно; на втором этапе проводится локализации неисправности путем вариации входных тестовых воздействий и выбора дополнительных контрольных точек.