Средства контроля и диагностики цифровых устройств

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  
 

Рис 5.1. Структурная схема индикатора напряжений Ф7243 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

Рис 5.2. Структурная схема (упрощенная) индикатора токов Ф7244 
 

Рассмотрим  работу генератора стимулирующего Ф7244С (рис 5.3). Задающий генератор (ЗГ) генерирует последовательность импульсов. Через согласующий каскад (СК) импульсы с задающего генератора поступают на мощный выходной каскад (вых. К) и далее на металлический штырь, через который стимулирующие импульсы подаются на проверяемые узлы печатных плат. 
 
 

  

  

  

  

  

  
 

Рис.5.3. Упрощенная структурная схема генератора стимулирующего  

              Ф7244С. 

  

  

5.2. Логические  анализаторы 

  

Общими  контрольно-измерительными приборами, нашедшими применение, как на стадии проектирования, так и на стадии производства и эксплуатации цифровых устройств являются логические анализаторы. Эти приборы позволяет зарегистрировать и отобразить в кодированном виде последовательность логических состояний  исследуемых узлов, цифровой платы не нарушая их естественного функционирования. Процесс контроля логических схем с помощью традиционных приборов отличается значительной трудоемкостью, а в некоторых случаях практически не осуществим по нижеследующим причинам: 

1)     невозможность наблюдения логических  процессов, проходящих одновременно  в нескольких точках; 

2)     трудности контроля одноразовых  процессов и длинных логических  последовательностей; 

3)     неопределенности момента измерения,  трудности в синхронизации измерительных  приборов, отсутствие логических  синхронизации; 

4)     неудобные для логического анализа  формы представления информации; 

5)     невозможность выборочного контроля  процессов, протекающих в цифровой  плате. 

Особенности, характерные для логических анализаторов: 

1)     возможность наблюдения и обработки  сигналов одновременно по нескольким  каналам; 

2)     параллельная регистрация и запоминания  данных по всем каналам; 

3)     нормирование входных сигналов  по логическим уровням; 

4)     возможность регистрации коротких  по сравнению с периодом повторения  сигнала импульсных помех; 

5)     возможность декодирования и  сравнения полученных данных  с эталонными. 

Логические  анализаторы характеризуются числом каналов емкостью памяти, частотой записи, способами синхронизации  и запуска, формами представления  данных. 

В наиболее общем виде (рис.5.4) логический анализатор состоит из следующих блоков [1,44,53]: компаратора уровней входных  сигналов (КУ), запоминающего устройства (ЗУ), логического компаратора (КЛ), генераторов  задержки (ГЗ) и синхросигналов (ГСС), переключателя режима (ПР), устройства запуска УЗ и управления визуальным выводом УУВВ; дисплея (индикатора) (Д). 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  
 

Рис.5.4. Обобщенная  структура  логического  анализатора 

  

Поступающие на входные каналы анализатора сигналы  в момент поступления синхроимпульса передаются на компаратор уровней входных  сигналов, где распределяются в зависимости  от величины напряжения по логическим уровням. Сформированное компаратором уровней входное слово поступает  на входы ЗУ и логического компаратора. ЗУ организовано таким образом, что  каждое новое слово сдвигает предыдущее, а крайнее слово вытесняется  и теряется. Процесс записи информации в память продолжается до тех пор, пока не осуществятся условия запуска  прибора. Условия запуска определяют область процесса, протекающего в  цифровой системе, которую требуется  исследовать, и задаются оператором с пульта управления. Область исследований задается комбинационным способом, определенным состоянием или последовательностью  состояний. Логический компаратор предварительно программируется на обнаружение  определенной последовательности сигналов. При возникновении на входах анализатора  кодовой комбинации, совпадающей  с заданной, логический компаратор выдает сигнал генератору задержки, который  программно задает время начала или  окончания записи входных сигналов в ЗУ. После окончания цикла  записи анализатор переводится в  режим воспроизведения. Устройство управления визуальным выводом транслирует  содержимое памяти на экран дисплея  в виде таблиц состояний, временных  диаграмм или в особой графической  форме. 

В некоторых  анализаторах вместо дисплея используются осциллографы, подключаемые к анализатору  через внешние входы управления ЭЛТ, либо стандартное видеоконтрольное устройство. Многие анализаторы могут  сопрягаться с ЭВМ, автоматически программироваться ею и обмениваться с ней информацией. По структуре, принципу действия, назначения, все типы логических анализаторов могут быть отнесены к одному из следующих классов [44,53]: 

а) анализаторы  временных и логических соотношений (АВЛС); 

б) анализаторы  логических состояний (АЛС); 

в) микропроцессорные  анализаторы (МА). 

АВЛС  в основном предназначены для  контроля длительностей переходных процессов, анализа гонок в цифровых схемах, проверки временных соотношений  в сложных цифровых устройствах. Они отличаются значительным быстродействием (запись информации с частотой до 200 МГц), что обеспечивает им высокую  разрешающую способность. Объем  памяти находится в пределах 512-2048 бит на канал. Число входных каналов  колеблется от 4 до 16. Переход из состояния  в состояние отображается с помощью  направленного отрезка линии, соединяющего точки, соответствующие начальному и следующему за ним состоянием. 

АЛС предназначены  для проверки логики работы отдельных  цифровых устройств и имеют ограниченное применение при системном анализе. Быстродействие их соизмеримо с быстродействием  объектов контроля и находится в  пределах 4-20 МГц. Число каналов составляет 16-32, объем памяти колеблется от 16 до 64 бит на канал, реже до 128-256 бит. Наличие  у всех анализаторов цифровой задержки позволяет компенсировать малый объем памяти повторным пропусканием теста со сдвигом момента запуска на требуемое число тактов. Отображение информации осуществляется в виде таблиц состояний, графов автомата, и значительно реже в форме идеализированых временных диаграмм. 

Микропроцессорные анализаторы предназначены для  исследования цифровых систем в целом  на системном уровне. Основные отличия  микропроцессорных анализаторов заключаются  в условиях запуска, избирательности  и режимах отображения. Запуск МА может быть осуществлен по последовательности кодовых наборов, что позволяет  точнее задать исследуемую область  программы. Анализатор может исключить  сбор многих необязательных данных, что  позволяет упростить контроль последовательностей, имеющих большую длину. 

Отображение информации на экране анализатора осуществляется в табличной форме в шестнадцатеричном  коде. Рабочая частота МА находится  в пределах 5-50 МГц, число каналов  составляет 25-48, объем памяти колеблется от 32 до 1024 бит на канал. 

Несмотря  на широкие диагностические возможности  логических анализаторов, которые позволяют  обнаружить кратковременные импульсные помехи, неодновременность поступления сигналов и перемежающиеся нарушения синхронизации, им присущ ряд недостатков. К квалификации оператора, производящего контроль предъявляются высокие требования, знание характера работы объекта контроля, умение интерпретировать большие массивы данных, высокая стоимость анализаторов. 

  

5.3. Сигнатурный  анализатор 

  

Основным  недостатком рассмотренных выше методов контроля является необходимость  анализа двоичных последовательностей  больших размерностей. Интенсивные  поиски в этом направлении привели  к появлению методов сигнатурного анализа. При этом вместо сравнения  с эталонами самих последовательностей  сравниваются с соответствующими эталонами  их очень короткие (компактные) кодовые  эквиваленты, так называемые сигнатуры [21,34,44].  

Принцип действия сигнатурных анализаторов основан на методе сигнатурного анализа, то есть сжатии длинных двоичных последовательностей  в четырехзначные шестнадцатеричные  коды-сигнатуры.  

Физически данный метод реализуется на линейном сдвиговом регистре с обратными  связями, сигналы которых суммируются  по модулю 2 с входной последовательностью. Сигнатуры воспроизводятся, как  правило, в алфавите 0,...,9, А, С, F, Н, Р, U, а каждой двоичной последовательности соответствует своя сигнатура: 

0000 - "0";  0001 - "1";   0010 - "2";   0011 - "3"; 

0100 - "4";  0101 - "5"    0110 - "6"    0111 - "7"; 

1000 - "8";  1001 - "9";   1010 - "А";  1011 - "С" 

1100 - "F";  1101 - "Н"   1110 - "Р";   1111 - "U". 

На рис 5.5 показана схема, поясняющая принцип  сжатия входной последовательности.