УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ БЛОКАХ

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть применена для контроля и диагностирования полупроводниковых устройств, в частности, при поиске неисправностей в устройствах с микропрограммным управлением.
Известны устройства для обнаружения неисправностей в радиоэлектронной технике, которые условно можно разделить на несколько групп по принципу измерения информативного параметра [1]:
- устройства, основанные на измерении прямых электрических параметров (напряжения, сопротивления или тока);
- устройства, основанные на измерении косвенных параметров (температуры, шума, вибрации и т.д.);
Известные устройства первой группы, основанные на измерении прямых электрических параметров, таких как напряжение и сопротивление, в связи со сложностью современной техники не всегда применимы. Это связано с тем, что для уменьшения габаритов радиоэлектронной техники стали применяться большие интегральные схемы, включающие в себя целые устройства (например,
микропроцессоры и микроконтроллеры), и многослойные печатные платы, позволившие исключить применение перемычек при монтаже. В свою очередь это привело к значительному сокращению контрольных точек для проведения диагностического контроля и вытеснению традиционных методов технического контроля, в которых анализируются прямые электрические параметры.
Известны устройства второй группы, которые основаны на измерении косвенных параметров, однако их реализация для достижения высокой вероятности обнаружения неисправного элемента достаточно сложна и трудоемка.
Известно устройство [2], наиболее близкое к заявленной полезной модели, которое принято в качестве прототипа. Известное устройство относится к устройствам первой группы и содержит следующие элементы: диагностируемое устройство, датчик тока и устройство управления.
Данное устройство предназначено для определения неисправностей в полупроводниковых блоках, состоящих из множества однотипных переключающих элементов, основу которых составляют полевые транзисторы. Неисправные элементы определяются путем выявления несоответствия тока, потребляемого полупроводниковым блоком, в зависимости от теста сформированного устройством управления.
Датчик тока определяет ток, протекающий через полупроводниковый блок, и выдает его в устройство управления. Обработку информации о токе, протекающем через полупроводниковый блок в зависимости от выбранного теста, осуществляют находящиеся в устройстве управления программы, реализующие алгоритмы поиска неисправностей. Для определения неисправного блока в память устройства управления введена таблица соответствия между формируемым диагностическим тестом, потребляемым током и неисправным блоком. Алгоритмы осуществляют процедуру поиска
неисправного блока в три этапа. На первом этапе формируются тесты, которые в полупроводниковом блоке локализуют группу элементов, в которых находится неисправный элемент. Затем другой группой тестов из выбранной группы исключают элементы, являющиеся исправными. На третьем этапе очередная группа тестов локализует неисправный элемент в соответствии с алгоритмом поиска неисправностей.
Недостатком известного устройства является его дороговизна вследствие сложности и трудоемкости создания полного набора тестовых комбинаций и алгоритмов обработки информационного параметра, так как при их разработке необходимо досконально учесть всевозможные реакции диагностируемого устройства на тест. Также недостатком данного устройства является относительно небольшая область его применения.
Заявленная полезная модель лишена этих недостатков.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в упрощении процесса определения дефектных элементов и узлов, в сокращении времени поиска неисправностей в полупроводниковых блоках, в снижении стоимости диагностируемого оборудования, а также в расширении сферы его применения.
Указанный технический результат реализуется в предложенной новой полезной модели. Предлагаемая полезная модель (фиг.1) содержит:
диагностируемое устройство - блок 1, датчик тока - блок 2, аналого-цифровой преобразователь - блок 3, персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ) - блок 4.
Работа предложенного устройства осуществляется следующим образом. Датчик тока определяет ток, потребляемый диагностируемым устройством, и выдает информацию о нем в аналого-цифровой преобразователь. В аналого-цифровом преобразователе данные о токе из аналоговой величины переводятся в цифровой код, который поступает в
ПЭВМ, где производится обработка поступающей информации в соответствии с алгоритмами, реализующими новый подход.
В основе нового подхода определения неисправных элементов в сложных радиоэлектронных устройствах лежит несоответствие функции тока, потребляемого неисправным устройством в переходный период его работы по сравнению с функцией тока исправного устройства. Данный подход реализован в математическом и программном обеспечении.
Сущность нового подхода при диагностике устройств заключается:
- в измерении функции тока, потребляемого устройством в переходный период его работы;
- в сравнении полученной функции тока с эталонной функцией и выявлении интервалов несовпадения;
- в определении интервала работы микропроцессорного устройства, на который попал момент начала несовпадения функций тока;
- в определении неисправных элементов, не выполнивших своих функций на выявленном интервале.
Для диагностирования устройств методом токовой диагностики необходимо иметь эталонную функцию тока исправного устройства, измеренную в переходный период его работы. Данное измерение производится заблаговременно и хранится в памяти ПЭВМ. Измерение функции тока неисправного устройства должно производиться тем же измерительным прибором и при тех же условиях, что и исправного устройства, для того чтобы исключить приборные погрешности.
1
2
Технический результат предложенной полезной модели подтверждается следующим примером. В начале необходимо сравнить измеренную функцию тока с эталонной функцией. Пример эталонной и измеренной функций тока представлен в виде графиков на фигурах 2 и 3 соответственно. Интервал t-t является интервалом переходного периода работы диагностируемого блока.
Сравнение измеренной и эталонной функций тока можно осуществить методом наложения. При сравнении двух функций необходимо обеспечить синхронность их наложения, для того чтобы начало переходного периода измеренной и эталонной функций совпадали. При сравнении двух функций также необходимо установить критерий разности двух функций, при котором считается, что значения функций не совпадают. Критерий разности двух функций может быть представлен виде абсолютной или относительной величины. Выявление интервалов несовпадения измеренной функции тока с эталонной производится в соответствии с выбранными критериями. Результатом сравнения двух функций должно стать выявление момента начала несовпадения (фиг.4).
Предварительным этапом диагностирования по несоответствию функции тока является разбиение переходного периода работы устройства на интервалы таким образом, чтобы на каждом из них работоспособность устройства обеспечивала одна большая интегральная схема, входящая в состав устройства. Для того чтобы осуществить данное разбиение необходимо знать последовательность работы диагностируемого блока. Пример разбиения эталонной функции представлен на фиг.5.
После выявления интервалов несовпадения измеренной функции тока и эталонной необходимо определить интервал работы устройства, который совпал с моментом начала несовпадения измеренной и эталонной функций тока (фиг.6).
На последнем этапе предлагаемого подхода диагностирования определяется неисправный элемент, не выполнивший своих функций на выявленном интервале работы устройства. Для этого в память ПЭВМ введена таблица соответствия интервалов работы устройства в переходный период и элементов устройства, обеспечивающих его работу на данных интервалах.
Таблица
соответствие интервалов работы устройства и элементов
Интервал работы устройства в переходный период
Т1
Т2
Т3
Т4
...
Тк
Элемент, обеспечивающий работу устройства на интервале
D7
D2
D1
В3
...
Dn
Предложенное устройство было опробовано в лаборатории Санкт-Петербургского государственного университета при диагностике современных моделей мобильных телефонов сотовой связи, в частности телефона Nokia 8210.
Данный телефон является сложным радиоэлектронным устройством, объединяющим в одном миниатюрном корпусе радиостанцию и микроЭВМ. Системная плата телефона имеет восьмислойную структуру. Микросхемы мобильного телефона представляют собой также сложные устройства (микропроцессоры и микроконтроллеры) и выполнены по новейшим технологиям.
Диагностирование указанного телефона производится в сервисных Nokia центрах на сервисном оборудовании при помощи тестовой диагностики. Однако с помощью ее не всегда можно определить неисправность, так как это зависит от сложности неисправности и глубины тестирования.
При диагностировании мобильного телефона в качестве переходного периода его работы был выбран период его тестирования после нажатия на кнопку "ВКЛ". Время переходного периода составило 20 секунд.
Вначале была измерена и занесена в память устройства эталонная функция тока исправного мобильного телефона. Следует отметить, что функция тока в переходный период работы изменялась от 0 до 500 мА, что позволяет судить о высокой динамике изменения тока. Затем с помощью предлагаемого устройства была измерена функция тока неисправного мобильного телефона. При сравнении эталонной и измеренной функцией тока был выявлен момент начала их несовпадения. После нахождения интервала работы мобильного телефона, который совпал с моментом начала несовпадения, легко был определен неисправный элемент, не выполнивший своих функций на выявленном интервале.
Как показали результаты экспериментальных исследований, предложенная полезная модель по сравнению с мировыми аналогами имеет более высокую эффективность определения неисправного элемента в сложных устройствах, а также сокращает время диагностирования радиоэлектронных устройств. Все это позволяет успешно использовать предложенное устройство для диагностирования сложных радиоэлектронных устройств, а так же определения технического состояния элементов, выполненных по новейшим технологиям, и являющимися составными частями микропроцессорных устройств.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Техническая диагностика. Труды 1-го Всесоюзного совещания по технической диагностике. М. 1969. [Отв. ред. доктор технических наук П.П.Пархоменко] М.: "Наука", 1972, с.368.
2. Патент на изобретение №19601862, 1998, DE. Устройство обнаружения дефектных узлов в устройстве путем выявления тока, отклоняющегося от нормальной величины (прототип).
3. Авторское свидетельство №1357889, SU. Устройство для диагностирования радиоэлектронной аппаратуры.
4. Авторское свидетельство №1497594, SU. Способ диагностирования электронных блоков.