Пристрій для функціонального діагностування електронних систем

Пристрій для функціонального діагностування електронних систем, що містить схеми вбудованого контролю і аналізатор стану системи, який відрізняється тим, що вихід кожної схеми вбудованого контролю системи підключено до відповідного входу кожного давача сигналу про відмову, причому давач сигналу про відмову містить ключ, одновібратор, частотний модулятор і випромінювач, які підключено до джерела живлення за допомогою першої клеми та загальної клеми, вхід ключа з'єднаний з виходом схеми вбудованого контролю, вихід ключа з'єднаний з входом одновібратора, вихід якого підключений до входу частотного модулятора, частотний модулятор має додатковий U 2 (19) 1 3 дованого контролю, називають дискретною системою з виявленням відмов. В [1] описані наступні основні підходи до їх побудови. 1. Використання методів резервування, в яких порівнюються вихідні реакції двох або більшого числа подібних дискретних пристроїв. 2. Використання методів інверсного резервування: для початкового дискретного пристрою будується інверсний дискретний пристрій, який перетворює вихідні слова в відповідні їм вхідні слова. Контроль відбувається в результаті порівняння вхідних слів початкового дискретного пристрою з вихідними словами інверсного дискретного пристрою. 3. Побудова СВК для заданого дискретного пристрою. 4. Використання збиткових кодів вхідних, внутрішніх та вихідних станів дискретних пристроїв. Схема вбудованого контролю формує аварійний сигнал під час функціонування системи, коли в системі виникне відмова. Цей сигнал поступає до загальної системи функціонального діагностування, яка фіксує аварійний сигнал з будь-якої схеми вбудованого контролю системи. Таким чином стає можливим контроль і функціональне діагностування технічного стану системи. Недоліком такого діагностування електронних систем є необхідність мати додаткові друковані провідники, які з'єднують схеми вбудованого контролю та загальну систему функціонального діагностування - аналізатор. Аналізатор має входи, кількість яких визначається кількістю схем вбудованого контролю. Це особливо критично для інтегральної технології виготовлення та випробування мікросхем і систем. Можливий негативний взаємний вплив між елементами самої контрольованої системи та елементами, які призначені для діагностування цієї ж системи. Є труднощі в окремому налагоджуванні інтегральних елементів та пристроїв, які призначені для діагностування. Відсутня типізація обладнання для діагностування систем різної фізичної природи. Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого винаходу є контролюємий логічний пристрій [2]. Особливістю цього пристрою є наявність серед його сигналів спеціального типу сигналу про відмову, який позначений знаком ~. Крім того до пристрою входять і елементи для обробки сигналів ~. Цей сигнал про відмову та засоби його обробки дають можливість створювати пристрої та системи з ефективним функціональним діагностуванням. Відмітимо, що в пристрої, природно, крім діагностичних сигналів ~ обробляються інформаційні цифрові сигнали 1 та 0. Розвитком контролюємого логічного пристрою [2] є пристрої з генеруванням та трансляцією сигналів про відмови ~, а саме: контролюємий логічний елемент І-НЕ [3], дубльований пристрій на логічних елементах з трьома станами (його варіанти) [4], RS-тригер [5]. В усіх вказаних пристроях для передачі сигнала діагностування ~ використовуються ті ж самі провідники, що і для передачі робочих сигналів 1 та 0. Тобто не потрібно мати 59109 4 додаткові провідники для передачі діагностичних сигналів. Але, вже недоліком прототипу та інших вказаних пристроїв, що орієнтовані на ефективне функціональне діагностування з використанням сигналів про відмову типу ~, є: - труднощі синтезу пристроїв з генеруванням та трансляцією сигналів про відмови, особливо пристроїв з пам'яттю; - структура типових цифрових пристроїв та цифрових пристроїв з використанням сигналів про відмови ~ може суттєво відрізнятися; - значна збитковість, чотири і більше разів; - розглянуті пристрої і елементи не є ідеальними з точки зору генерації та трансляції сигналів про відмови; - при деяких відмовах сигнал ~ може не генеруватися, також можливе порушення як функції трансляції сигнала про відмову, так і навіть функціонування пристроїв в цілому; - відсутність ефективної інтегральної елементної бази, що працює в трійковому алфавіті; - складність вирішення питань гонок, змагань і синхронізації сигналів; - труднощі налагоджування пристроїв та систем з генеруванням та трансляцією сигналів про відмови ~. Технічним завданням корисної моделі є побудова таких пристроїв та систем орієнтованих на функціональне діагностування, в яких: - ланцюги обробки інформаційних сигналів (1 та 0) і ланцюги обробки сигналів про відмову ~ функціонально розділені (сигнали про відмову ~ повинні мати іншу фізичну природу ніж сигнали 1 та 0), це дозволить створювати нові технології проектування і експлуатації засобів діагностування різноманітних технічних систем; - елементи формування та обробки сигналів про відмову ~ є типізованими (пропонується створювати їх в інтегральному виконанні); - для формування сигналів про відмову можуть використовуватися будь-які схеми вбудованого контролю, в тому числі і ті, що перераховані вище; - усунена необхідність мати додаткові друковані провідники, які з'єднують схеми вбудованого контролю та загальну систему функціонального діагностування, яка має тепер тільки один вхід; - є можливість створювати системи різної фізичної природи з їх типовим діагностуванням; - закладена концепція довгострокового обслуговування; - глибина діагностування визначається топологією використання схем вбудованого контролю. Поставлене завдання досягається тим, що в відомому пристрої для функціонального діагностування електронних систем, який має схеми вбудованого контролю, давачі сигналів про відмову та аналізатор стану електронної системи, вихід кожної схеми вбудованого контролю системи підключено до відповідного входу кожного давача сигнала про відмову, причому давач сигнала про відмову містить ключ, одновібратор, частотний модулятор і випромінювач, які підключено до джерела живлення за допомогою першої клеми та 5 загальної клеми, вхід ключа з'єднаний з виходом схеми вбудованого контролю, вихід ключа з'єднаний з входом одновібратора, вихід якого підключений до входу частотного модулятора, частотний модулятор має додатковий вхід для зміни (установки), сигналу випромінювача перед установкою давача в контрольовану систему, аналізатор містить приймач з єдиним входом, запам'ятовуючий пристрій, системний індикатор, частотні дискримінатори та ключі, дешифратор і запам'ятовуючий пристій, системний діагностичний індикатор, вказані блоки підключено до джерела живлення за допомогою першої клеми та загальної клеми, запам'ятовуючий пристрій та дешифратор і запам'ятовуючий пристій мають по два входи, один з кожної пари яких підключений до кнопки скидання, вихід приймача з'єднаний з першим входом запам'ятовуючого пристрою, вихід запам'ятовуючого пристрою з'єднаний з входом системного індикатора, виходи частотних дискримінаторів та ключів з'єднані з входами дешифратора і запам'ятовуючого пристрою, вихід якого з'єднаний з входом системного діагностичного індикатора, вхід приймача є також входом частотних дискримінаторів та ключів. На фіг. 1 показана функціональна схема пропонуємого пристрою для функціонального діагностування електронних систем. Пристрій для функціонального діагностування електронних систем містить давачі сигналів про відмову 1, 2 та 3, входи яких підключені до відповідних виходів схем вбудованого контролю 5, 6 та 7, виходи давачів 8, 9 та 10 транслюють сигнали на вхід 11 аналізатора стану системи 4. Кількість схем вбудованого контролю та відповідних давачів при розв'язанні задачі діагностування визначається глибиною діагностування. Але виходи схем вбудованого контролю повинні бути підключені до входів 1, 2 та 3 давачів сигналів про відмову. На виходах давачів 8, 9 та 10 в процесі функціонування електронної системи можуть виникати сигнали про відмову ~, коли виникають дефекти в елементах системи, які зв'язані з відповідним давачем. Взагалі сигнал про відмову ~ може мати різну фізичну природу і повинен виникати в процесі функціонування системи, що діагностується. Важливою особливістю такого сигналу має бути його генерування, а потім і проходження в пристрої до деякого контрольованого виходу. В пропонуємому пристрої генерування сигналу про відмову ~ здійснюється давачем, що підключається до виходу схеми вбудованого контролю. Унікальною особливістю такого давача є формування сигналу про відмову ~, який має іншу природу ніж типові сигнали пристрою, що діагностується. Наприклад, для типових дискретних пристроїв електричні сигнали між елементами передаються по друкованим провідникам. В такому випадку вихідний сигнал давача може бути: звуковим, ультразвуковим, інфрачервоним, світловим чи радіо сигналом. Важливою задачею є формування давача в вигляді типової мікросхеми. Конструкція діагностуємої електронної система має бути такою, що б вказані сигнали (для них не потрібні друковані провідники) без перешкод дійшли до входу 11 59109 6 аналізатора стану системи 4. На фіг. 1 виходи і входи, що зв'язані з передачею сигналів про відмову ~, позначені пунктирними лініями. Місце встановлення аналізатора стану системи 4, таким чином, залежить від геометричної конструкції системи. Пристрій для функціонального діагностування електронних систем працює таким чином. Нехай при відсутності дефектів в діагностуємій електронній системі на виходах всіх схем вбудованого контролю 5, 6 і 7, а значить на всіх входах давачів сигналів про відмову 1, 2 і 3 будуть сигнали логічного "0". Тоді на виходах 8, 9 і 10 всіх давачів сигналів про відмову буде відсутній, наприклад, ультразвуковий сигнал. Значить ультразвуковий сигнал буде відсутній і на вході 11 аналізатора стану системи 4. Такий стан відповідає роботі діагностуємої електронної системи без дефектів. Оператор, який обслуговує електронну систему та пропонуємий пристрій може зробити вказаний висновок, по системному індикатору і системному діагностичному індикатору, що входить в аналізатор 4. Індикатори в цьому випадку не будуть відображати інформацію (не будуть світитися). Розглянемо іншу ситуацію. Нехай в діагностуємій електронній системі тільки на виході, наприклад, однієї схеми 5 вбудованого контролю буде сигнал логічної "1", а на виходах схем вбудованого контролю 6 і 7 будуть сигнали логічного "0". Тоді на виході 8 давача 1, буде ультразвуковий сигнал, а на виходах 9 і 10, відповідно давачів 2 і 3 ультразвуковий сигнал буде відсутній. Значить ультразвуковий сигнал буде і на вході 11 аналізатора стану системи 4. Такий стан відповідає роботі діагностуємої електронної системи з дефектами (відмовами). Оператор, який обслуговує електронну систему та пропонуємий пристрій може зробити вказаний висновок, наприклад по світловому системному індикатору, що входить в аналізатор 4. Цей індикатор в вказаному випадку буде світитися. А системний діагностичний індикатор також спрацює і буде вказувати на те, що спрацювала одна схема вбудованого контролю 5. Так буде розв'язана задача діагностування. Якщо в діагностуємій електронній системі спрацюють декілька схем вбудованого контролю, то ультразвуковий сигнал буде на вході 11 аналізатора стану системи 4. Для цього очевидно достатньо хоча б одного ультразвукового сигналу. Такий стан відповідає роботі діагностуємої електронної системи з дефектами (відмовами). Оператор, який обслуговує електронну систему та пропонуємий пристрій може зробити вказаний висновок, наприклад по системному світловому індикатору, що входить в аналізатор 4. Системний індикатор в цьому випадку буде світитися. А системний діагностичний індикатор також спрацює і буде вказувати на те, що спрацювали декілька схема вбудованого контролю. Так буде розв'язана задача діагностування в випадку кратних відмов. На фіг. 2 показана функціональна схема давача пристрою, що заявляється. Давач містить ключ 1, одновібратор 2, частотний модулятор 3 і випромінювач 4. Вказані блоки 7 підключаються до джерела живлення за допомогою клеми 8 та загальної клеми 9. Вхід 5 ключа 1 з'єднаний з виходом схеми вбудованого контролю. Вихід ключа 1 з'єднаний з входом одновібратора 2, вихід якого підключений до входу частотного модулятора 3. Випромінювач 4 формує на виході 7, як вказано вище, наприклад, ультразвуковий сигнал. Частотний модулятор має додатковий вхід 6 для зміни (установки), наприклад, частоти сигналу випромінювача 4 перед установкою давача в систему, що діагностується. Давач працює таким чином. Коли дефекти в діагностуємій системі відсутні то на вході давача, а значить і на вході ключа 1 буде сигнал логічного "0". Сигнал такого ж логічного рівня буде і на вході одновібратора 2. Одновібратор не буде формувати прямокутний одиничний імпульс, частотний модулятор 3 і випромінювач 4 будуть заблоковані і на виході 7 випромінювача 4 не буде сформований ультразвуковий сигнал. Коли в ланцюгах діагностуємої системи, що впливають на схему деякого вбудованого контролю буде дефект, то на вході відповідного давача з'явиться сигнал логічної "1". Через ключ 1 цей сигнал примусить спрацювати одновібратор 2. Прямокутний одиничний імпульс одновібратора змусить спрацювати частотний модулятор 3 і випромінювач 4, на виході 7 якого буде, наприклад, ультразвуковий сигнал такої ж приблизно тривалості, як і імпульс одновібратора 2, частота цього сигналу визначається частотним модулятором 3. Таким чином, в контрольованій системі може бути установлена наперед задана кількість давачів, наприклад, ультразвукових сигналів. Кожен з цих давачів може генерувати сигнал з частотою, що відрізняється від частоти вихідних сигналів інших давачів. Тобто, частота вихідного сигналу давача може використовуватися як діагностичний показник в системі, що діагностується. На фіг. 3 показана функціональна схема аналізатора пристрою, що заявляється. Аналізатор містить приймач 1, запам'ятовуючий пристрій 2, системний індикатор 3, частотні дискримінатори та ключі 4, дешифратор і запам'ятовуючий пристій 5, системний діагностичний індикатор 6. Вказані блоки підключаються до джерела живлення за допомогою клеми 9 та загальної клеми 10. Запам'ятовуючий пристрій 2 та дешифратор і запам'ятовуючий пристій 5 мають по два входи, один з кожної пари яких підключений до кнопки скидання 8. Вихід приймача 1 з'єднаний з першим входом запам'ятовуючого пристрою 2. Вихід запам'ятовуючого пристрою 2 з'єднаний з входом системного індикатора 3. Виходи частотних дискримінаторів та ключів 4 з'єднані з входами дешифратора і запам'ятовуючого пристрою 5, вихід якого з'єднаний з входом системного діагностичного індикатора 6. Приймач 1 може фіксувати через вхід 7 наявність в геометричному середовищі діагностуємої системи, наприклад, ультразвукових сигналів різних частот. Вхід 7 приймача 1 є також входом частотних дискримінаторів та ключів 5. Аналізатор працює таким чином. Коли дефекти в діагностуємій системі відсутні, 59109 8 то на вході аналізатора, а значить і на вході приймача 1 буде відсутній, наприклад, ультразвуковий сигнал. На виході приймача 1 і на відповідному вході запам'ятовуючого пристрою 2 буде сигнал, що не може змінити стан цього запам'ятовуючого пристрою 2. Системний індикатор 3 не буде світитися, фіксуючи відсутність відмов в діагностуємій системі. Аналогічно на вході частотних дискримінаторів та ключів 4 будуть відсутні ультразвукові сигнали будь яких частот. Тому на виходах дискримінаторів та ключів 4, а значить на відповідних входах дешифратора і запам'ятовуючого пристрою 5 буде сигнал, що не може змінити початковий стан цього дешифратора і запам'ятовуючого пристрою 5. Системний діагностичний індикатор 6 не буде світитися, фіксуючи відсутність відмов в контрольованій системі. Коли в ланцюгах діагностуємої системи, що впливають на схему (схеми) деякого вбудованого контролю буде одиничний або кратний дефект, то на вході аналізатора з'явиться, наприклад, ультразвуковий сигнал від одного або декількох давачів. Отже на виході приймача 7 і на відповідному вході запам'ятовуючого пристрою 2 буде сигнал, що змінить стан цього запам'ятовуючого пристрою 2. Системний індикатор 3 буде світитися, фіксуючи наявність відмови (відмов) в діагностуємій системі. Наявність запам'ятовуючого пристрою 2, забезпечує індикацію відмови (відмов) в діагностуємій системі до тих пір, поки оператор не прийме необхідне рішення і не натисне кнопку скидання 8. Аналізатор завдяки цьому буде знову готовий до функціонального контролю системи. Розглянемо, як здійснюється діагностування системи. Коли в ланцюгах контрольованої системи, що впливають на схему (схеми) деякого вбудованого контролю буде одиничний або кратний дефект, то на вході аналізатора, а значить і на вході частотних дискримінаторів та ключів 4 з'явиться, наприклад, ультразвуковий сигнал від одного або декількох давачів. Отже, на виходах частотних дискримінаторів та ключів 4 і на відповідних входах дешифратора і запам'ятовуючого пристрою 5 будуть сигнали "1", що змінять стан цього запам'ятовуючого пристрою 5. Системний діагностичний індикатор 6 буде світитися, фіксуючи наявність відмови (відмов) в діагностуємій системі. Системний діагностичний індикатор 6 може бути представлений лінійкою пронумерованих індикаторів. Може також бути використана динамічна індикація номерів давачів, що спрацювали. Таким чином, при наявності в контрольованій системі відмов системний діагностичний індикатор 6 буде відображати не тільки факт їх наявності, але і факт того, які датчики відмов спрацювали. Наявність дешифратора і запам'ятовуючого пристрою 5, забезпечує індикацію відмови (відмов) в контрольованій системі до тих пір, поки оператор не прийме необхідне рішення і не натисне кнопку скидання 8. Аналізатор завдяки цьому буде знову готовий до функціонального контролю і діагностування системи. Джерела інформації, прийняті до уваги при складанні заявки: 1. Сапожников В.В. Дискретные автоматы с 9 обнаружением отказов / Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. - Л.: Энергоатомиздат, 1984. - 111 с. 2. Авторское свидетельство СССР № 1181130, МКИ3 НО3К 19/00 Контролируемое логическое устройство / В.П. Карчевский. - № 3716808/24-21; Заявл. 03.02.84; Опубл. 23.11.85; Бюл. № 35. прототип. 3. Авторское свидетельство СССР № 1339885, МКИ3 НО3К 19/14 Контролируемый логический элемент И-НЕ / В.П. Карчевский. - № 4020416/24 59109 10 21; Заявл. 10.02.86; Опубл. 23.09.87; Бюл. № 35. 4. Авторское свидетельство СССР № 1280711, МКИ3 НО3К 10/00. Дублированное устройство на логических элементах с тремя состояниями (его варианты) / В.П. Карчевский. № 3693957/24-21; Заявл. 13.01.84; Опубл. 30.12.86; Бюл. № 48. 5. Авторское свидетельство СССР № 1390790, МКИ3 НО3К 3/42. RS-триггер / В.П. Карчевский. № 3968458/24-21; Заявл. 22.10.85; Опубл. 23.04.88; Бюл. № 15. 11 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 59109 Підписне 12 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601