ББК 32.844
JI 65
~ДК 621.396
l?ецензенты: канд. техн. наук В. П. Сидоренко, канд. техн. наук В. П. Ден,исенко
!?еда кция литературы по тяжелой промышленности
~ав. редакцией О, Л, Яковлева
Л ихтциндер Б. Я.
'1 65 Внутрисхемное диагностирование узлов радиоэлектронной
аппаратуры.- М.: Тэхника, 1988. - 168 с .
ISBN 5-335 -00166-6
Изложены принципы построения автоматизированных систем контро­
ля и диагностирования аналоговых и цифровых узлов радиоэлектронной
ап11аратуры. Рассмотрены особенности внутрисхемного диагностирования.
Рассчитана на инженерно-технических работников, занимающихся
проектированием радиоэлектронной аппаратуры, может быть полезна
студентам вузов соответствующих специальностей.
J1 2302020200-115 42
,
89
ББI( 32 .844
М202(04)-89
ISBN 5-335 -00166-6
© Издательство «Тэхника», 1989

ПРЕД"1СЛОВИЕ •
высокая надежность устройств радиоэлектроники, автоматики, вычислительноtJ,
техники достигается, прежде всего, ва счет комплексной автоматизации контроль~
но-измерительных операций на всех спадиях процесса их производства. Необходи,.
масть такого контроля объясняется тем, что чем позднее обнаруживается дефект1,
тем больше средств тратится на его устранение и тем существеннее его влияние
на качество изготовляемой аппаратуры.
Позволяя обнаружить и устранить 1-tеисправности, контроль и диагностиро:,,
вание узлов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) на ранних стадиях производ•
ства дают возможность сократить затраты и повысить качество продукц ии.
Е)тим и объж:няется широкий интерес, проявляемый отечественньши предприя­
tifия,ии и ведущими зарубежными фирмами к созданию и внедрению автоматизиро­
вштой контрольно - диагностической аппаратуры . Если еще недавно автоматизu•
рованные диагности ческие установки применялись для выявле1шя дефектов только
в сложных и дорогостоящих системах специального назначения, то сейчас без них
не обходится ни одно предприятие. Именно массовость применения контрольщ;,
диагностичесrшй аппаратуры характерна для современных предприятий, выпус,,
кающих средства радиоэлектроники, автолштики и вычислительной техники,
Использование микропроцессорной техники, существенно снижающей стош,
мость оборудования, еще более революционизировало этот процесс, из.менив
привычные лtетоды проектирования и принципы построения контролы-ю-диагн.йе
стической аппаратуры. В настоящее время существует тенденция к увеличению
объемов и номеюслатуры етой аппаратуры.
Од1юко большинство существующих отечественных систем контроля и диаг•
ностирования печатных узлов предназначено только для проверки цифровых схем.
Для аналоговых схем такую единую систему создать трудно. Поэтому при на•
ладке в производственных условиях блоков аналоговой аппаратуры результатю
контроля и измерений, как правило, дают лишь исходную информацию о состоя­
нии отдельных электрорадиозлементов (ЭРЭ). Для точного определения неисправ,
ных елементов необходшю проводить внутрисхемную проверку. Методы внутри•
схемного контроля и диагностирования в последние годы получили особенно широкое
развитие.
В предлагаемой книге ,предпринята попытка систематического изложения
· _ этого быстро развивающегося направления контрольно-из.мерительной техники .
Анализируются не только отечественные и зарубежные публикации, но и резуль s
таты оригинальных исследований, выполненных при участии автора в теченае
ряда последних лет.
Отзывы и пожелания пpocuAt направлят1;, по адресу: 252601 Киев, ] , ул , Кре,-_,
щатик, 5. Издательство <;Тэхникаl'! .

Глава 1
АВТО МА ТИЗдЦИЯ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТJ.f РОВ.АН8,~Я
УЗЛОВ РЭд
1. ПРОИЗВОДСТDЕННЫй КОНТРОЛЬ УЗЛОВ РЭд
(:ерийное производство современной радиоэлектронной аппаратуры
nредполагает массовое изготовление узлов на платах печатного
~онтажа. Обеспечение высоких показателей качества и надежности
~той продукции в настоящее время невозможно без применения на
~~зводах - изготовителях разнообразных методов и средств контроля
flf1 . каждом этапе технологического процесса .
ВИДЫ ДЕФЕКТОВ И КАЧЕСТВО ПРОДУКЦИИ
Опыт отечественных предприятий и зарубежных фирм показы­
ва ет, что 25-30 % смонтированных печатных узлов РЭА содержат
неисправности [2; 18; 55). В среднем на каждый печатный узел
ыриходится 1,5 дефе1па, поэтому предположение о наиболее вероят­
tiЫ?'- одиночных неисправностях здесь неоправданно . Дефекты, об­
наруживаемые при проверке печатных узлов и их относительное рас­
о_ределение отражены на диаграмме рис. 1.1 [21 .
.Каждый
дефект может быть вызван одной из следующих причин:
riiuибками в конструкторской и технологической документации;
нарушением технологических процессов изготовления печатных
узлов; отсутствием на предприятии стопроцентного входного кон­
т,роля электрорадиоэлементов (ЭРЭ); нарушением технологического
1;1роцесса подготовки ЭРЭ к сборке (лужение, формовка и комплек­
'FОВание); нарушением условий хранения и транспортировки ЭРЭ;
Nи зкой квалификацией рабочих; психофизиологическим состоянием
рабочих.
Наиболее часто дефекты возникают из-за обрывов соединений
ti· образования «ложных» перемычек при пайке (более 50 %). Эти
;1.ефекты практически не зависят 01 характеристик элементов и нару-
11тают топологию схемы. Они должны выявляться и устраняться
на первых этапах контроля. Дефекты, вызванные неисправными эле­
ментами, составляют небольшую долю (менее 15%). Это обусловле­
но, прежде всего, организацией надежного входного контроля ком­
uл~ктующих изделий. Необходимость входного контроля определя­
ется. . тем, что современные печатные узлы содержат значительное
q;исло компонентов. Чем больше число компонентов, тем больше
. ~ероятность брака печатного узла по причине их неисправности.
Например, при изготовлении платы транзисторного приемника на
Бредприятии осуществляется выборочный входной контроль тран­
:шсторов, обеспечивающий поступление на сборку не более 1 % бра­
коваJiных транзисторов. Если каждый ПУ содержит по 1О транзис·

торов, то вероятность нахождения на плате хотя бы одного неисправ•
наго транзистора равна О, 1, и можно ожидать, что по крайней мере
9 изделий из 10 будут работоспособны.
Однако современные печатные узлы содержат по 50-100 интег­
ральных микросхем. Если на плате установлено 50 интегральных
компонентов, то около 50 %
готовых печатных узлов
окажутся неисправными.
Если узел содержит 100
компонентов, то при тех
же условиях, по существу,
вероятность обнаружения
хотя бы одного работоспо­
собного ПУ близка к нулю.
Т аким образом, ясно, что
наличие большого числа
компонентов на плате вы ­
зывает необходимость на­
дежного входного контро­
ля ЭРЭ с целью получе­
f!ИЯ за данного процента
Быхода годных печатных
узлов [16].
Норотнис .JOMЫ/fO/fUR
J5/o
llpoчue iJш;r;снты
Оdры/Jы npo/JoiJншro!
lknpaCll.1!6/f{lR
орис11тtщин
llp!JПJIЩC/flfh/t:
--.._____злемеt1mы
Другие .'1ЛCдtilil77bl
Heucnpa/J111,1e .'lд!!Аflшшя
Рис. 1.1 . Диаграм ма относ ител ьн ого распрf•
деления дефе1(тов .
Аналогичная ситуация возникает при сборке узлов РЭА, состс•
ящих из нескольких печатных плат. Их настройка и испытание,
поиск и устранение неисправностей - наиболее трудоемкие работы.
Как уже было отмечено, перед операцией контроля обычно свыше
25 % смонтированных печатных
плат содержат неисправности. При
среднем выходе годных плат 75 %
и отсутствии их контроля даже
при изготовлении сравнительно
простого узла, состоящего из семи
ПУ, девять И3 десяти изделий, по­
ступающих на настройку, могут
оказаться неработоспособными .. За­
висимость выхода годных изделий
от их сложности [4; 12) при различ­
ном проценте выхода годных ПУ
показана на рис. 1.2.
15
C.IIDJlfltOCmь (vvсло . плот)
10
Рис. 1.2 . За в исимость выхода год­
ных изделий от сложности при раз­
личном выходе годных плат.
Из сказанного следует, что организация выходного контроля и
ремонта позволит повысить выход годных ПУ и сократить расходы
на этапе настройки и регулировки узлов РЭА,- содержащих печатные
п латы.

ВИДЫ КОНТРОЛЯ
В зависимости от количества выпускаемой РЭА производство
ее подразделяется на единичное, серийное и массовое . Серийное
производство подразделяется на мелкосерийное, средпесерийное
и крупносерийное.
Единичцое производство характеризуется небольшим количест­
вом печатных узлов, изготовляемых в рабочую смену (20-30 шт.) ;
большой номенклатурой печатных узлов; частыми изменениями в
номенклатуре; преобладанием дефектов из-за возможных ошибок
в конструкторской документации (Кд) и технологической докумен ­
тации (ТД); большим количеством корре1пировок Кд и ТД.
Мелкосерийное производство характеризуют следующие пара ­
метры [56]: 50-100 шт. ПУ, изготовляемых в рабочую смену ;
большая номенклатура печат н ых у·злов; меньшие , чем при ед1шич ­
ном производстве, изменения номенкла туры, уменьш ение количест ­
ва дефектов из-за несовершенства Кд; увеличение количества про ­
изводственных дефектов ; уменьшен и е количества корре1пирово к
КдиТД.
Серийное производство РЭА характеризуется большим Еоличест ­
вом ПУ, изготавливаемых в рабочую смену (до 500 шт . ); не(о .'Iьшой
номенклатурой печатных узлов; изменения ми в номенклатуре не
чаще I раза в 1- 2 года; отсутствием корректировки КД; малым ко ­
ли чеством корректировок ТД .
Массовое производство (например, производство телевизоров)
имеет следующие особенности: большое количество печатных узлов .
изготовляемых в рабочую смену (до 2500 шт . ); небольшая номшкла­
тура печатных узлов (2-5 видов); смена номенклатуры не чаще
1 r аз а в 3-4 года; большое количество производственных дефектов;
отсутствие корректировок КД.
Основные этапы технологического процесса прои з водства печат•
ных узлов РЭА представлены на рис. 1.3 [3].
Технологический процесс предусматривает несколько к·онтроль­
но-из мер ительных операций.
Визуальный контроль - 1 печатной · платы после ее изготовлени я
обеспечивает поступление на сборку печатных плат с минимальным
кол и чеством обо р ванных и 1<0роткозамкнутых дорожек . Контроль
комплектующих обеспечивает поступление на сборку комплекту­
ющих элементов с за данны м и техническими характеристика м и .
Однако после сборки ПУ и пайки его элементов все же возникает
ряд дефектов, обнаружению которых способствует визуальный
контроль-2 и внутрисхемный контроль-3.
Под внутрисхемным контролем будем понимать такие виды конт­
роля, при которых на внутренние контакты соединений · печатных
узлов РЭА подаются тестирующие воздействия и с внутренних кон­
тактов соединений снимаются ответные реакции.

После окончательной сборки печатного узла обычно проверяет­
ся его функционирование (контроль-4). Функциональный контроль
предполагает определение правильности функционирования прове­
ряемого печатного узла в рабочем режиме . При фунюtионально:-1
контроле отсутствует доступ к внутренним контактам соединений
компонентов. Проверяемый печатный узел пощ,лючается 1, кон­
трольно-диагностическому оборудованию через штатные разъемы.
Дефекты, обнаруженные в ре-
зультате КОНТрОЛЬНО-ДИаГНОСТИ-
Изготовление
Комплектующие
ческих операций, устраняются
платы
на стадиях -ремонта .
Предположим, что в техно­
логическом процессе изготовле­
ния печатного узла (рис . 1.3)
при комплектовании оказался
резистор, сопротивление которо­
го не соответствует номинально­
му значению. Если этот факт
<Jбнаружен при контроле ком­
плектующих изделий, то устра­
нение ошибки праюически не
потребует дополнительных за­
трат. F.сли входной контроль от­
сутствует и ошибка обнаружит­
ся при визуальном контроле
после сбор1ш печатного узла, то
необходимо извлечь неподходя­
щий элемент и заменить его на
элемент, с, ответствующий спе­
цификации (ремонт 1).
Контроль4
эгэменты
Ремо1-1 т 1
Шасси
Ремонт 3
Негодньн1 элемент, обнару­
>! - е ~шый пр и внутрисхемном кон- Рис. 1.3 . Схе ма тех 110,1 огическо rо nро-
-троле (1<0 нтроль-З), заменяется
цесса производспJа узлов РЭА.
с помощью пайки (ремонт 2).
Если неисправность остается незамеченной до стадии функцион а ль­
ного контроля (контроль -4), то она проявится в несоответствии элек­
трических характеристик . Для выявления причин неисправности
потребуется сгеuиальное диагностическое оборудование. Затраты
на диагностирование резко возрастут.
При массовом выпуске печатных узлов, содержаш:их небольшое
число сравнительно простых элементов, вероятность возникновения
дефекта невелик.а, и на этапе функционального кошроля бракуется
.лишь небольша.я часть печатных узлов. Однако в процессе проверок
с целью обнаружения причин неисправностей этап функциональ­
ного контроля становится «узким местом» производственного про­
цесса.

Предположим, что неисправность по каким- либо причинам не
была · обнаружена при функциональном контроле печатного узла .
Обнаружить причины неисправности на сборке узла готовой про­
дукции гораздо сложнее. Из общей картины работы устройства де­
лается вывод о пригодности того или иного печатного узла, входя ­
щего в его состав. Для проведения ремонта необходимо извлечь
печатный узел, затем отыскать неисправный элемент и заменить его .
Не исключено, что наличие неисправного элемента в печатном узле
при установке его в готовое изделие и подаче номинальных зна ч е-
Сборка
печатных ппат
Внутрисхемный
контрqпь
Ремонт
Сборка системы
Р11с . 1.4 . Организация контура обратно (~ сIJя з и nри внутр исхемном кон ­
троле.
ний питающих напряжений приведет к выходу из строя элементов,
расположенных на других печатных платах . Дефект как бы распрос­
траняется, и найти причины его возникновения становится труднее .
Опыт отечественных предприятий и многих зарубежных фирм
[16) показал, что на каждом последующем этапе производственного
процесса обнаружение причины неисправности и ее устранение об­
ходится приблизительно в 10 раз дороже, чем на предыдущем.
Несмотря на то что внутрисхемный контроль вызывает повьш: е­
ние трудозатрат на участке пайки печатных узлов, общие расходы
в цехе-изготовителе сократятся за счет уменьшения з атраr на до­
рогостоящие операции по диагностированию дефектов на стади и
функционального контроля.
•
Внутрисхемный контроль обеспечивает организацию в н ехе не-
1юторого контура обратной связи (рис. 1.4), предназначенного для
исправления дефектов, вносимых на стадии сборки печатных узлов.
Опыт показывает, что такая обратная связь способствует повыше-
нию качества продукции.
.
Функциональный и внутрисхемный контроль основываются н а
существенно различных- подходах к проверке печатных узлов, обна­
руживают различные виды неисправностей, дают различную сте­
пень достоверности проверки.
При современном производстве контроль и диагностирование
дефектов печатных узлов осуществляется автоматизированными си­
стемами контроля и диагностирования (АСКД) . Системы, реализу­
ющие функциональный и внутрисхемный 1<онтроль, значител ь но
отличаются по стоимости, имеют ра3личную производительность
в

и требуют различных способов программирования и сопряжения
-с объектами .
Наиболее часто в_ настоящее время применяются функциональ­
ные тестеры . При функциональном контроле печатный узел подкюс­
чгется к АСКД через штатный разъем . На его контакты подаются
напряжения и внешние воздействия, обеспечивающие нормальный
режим функционирования . Функциональный тестер уI<азывает де­
фектный печатный узел . Обнаружение и диагностирование неис ­
правностей на уровне компонентов сопряжены со значительными
временными затратами, связанными с последовательностью нахож­
дения неисправностей.
,--'i
В последнее время интенсивно развиваются внутрисхемные ме­
тоды контроля и диагностирования. Внутрисхемные АСКД не испы­
~rывают печатные узлы как единое функциональное целое, а прове­
ряют отдельные компоненты. Объект контроля подключается с по­
мощью специальных приспособлений с игольчатыми контактными
штырями - 1юнтактронами . Они сложны в изготовлении и дорого­
стоящи . Внутрисхемные АСКД имеют очень высокую производи ­
тельность благодаря тому, что испытывают I<омпоненты параллель­
но и выявляют все дефекты за один прогон .
Системы внутрисхемного контроля и диагностирования обнару­
живают лишь ошибки процесса изготовления . Предполагается, что
при правильном выполнении топологии печатной платы и правилL •
но установленных элементах печатный узел должен функциониро­
вать нормально. Однако это не всегда так. Взаимные влияния отдель­
ных цепей, оцшбки синхронизации, задержки из-за различного вре­
мени срабатывания элементов приводят к нарушению правильного
функционирования печатных узлов, однако, не обнаруживаются
сре дствами внутрисхемной проверки. Это объясняется тем, что внут­
ри с хемные тестирующие устройства проверяют элементы и не свя­
.ваны с вз аимодействием отдельных частей схемы, в то время как .
функциональные тестеры проверяют общую работу печатного узла
и учитывают7распространение синхронизирующих сигналов .
Наибольшие различия между внутрисхемщ,1ми и функциональ­
ными тестовыми системами находятся в области генерирования ис­
пытательных программ. Дело в том, что при подготовке программы
внутрисхемной проверки оператор не должен знать особенности
и принципы взаимодействия всего проверяемого узла . Ему доста­
точно иметь лишь перечень и параметры проверяемых компонентов;
а также схемы их соединений.
Средства моделирования объекта контроля при внутрисхемной
проверке ограничены лишь моделями отдельных компонентов, в то
время как при функциональной проверке необходимо моделировать
всю схему целиком. Если для цифрового печатного узла генерирова­
ние испытательной программы на внутрисхемном тестере занимает
единицу времени, то программирование функционального тестиро-
9

вания для аналогичного уровня проверок - 8 единиu. Генерирова­
ние программ функuиональных испытаний для аналоговых печатных
узлов занимает в 20-30 раз больше времени, чем генерирование
программ внутрисхемной проверки [49]. Из этого следует, что испы­
та~ельная программа для внутрисхемных тестеров отлаживается
весьма быстро, поскольку проnеряюгся отдельные элементы. От­
лаДJ,а программы функuиональных испытаний требует горазда,
больше времени и в значительной степени зависит от знаний и опы­
та программиста .
Сравнивая методы функuионального и внутрисхемного контро­
ля и диагностирования, необходимо рассматривать как стоимость.
оборудования, так и стоимость работ по подготовке диагностических
программ. Стоимость основного оборудования системы функuио­
нальной проверки приблизительно в 1,5-3 раза, а стовмость про­
граммного обеспечения - в 5-10 раз выше стоимости внутрисхем­
ной тестовой системы. Однако стоимость вспомогательных средств
сопряжения для системы внутрисхемного контроля в 2-4 раза
превышает стоимость аналогичных устройств для; функuиональных
тестеров. Предполагается, что функuиональные тестеры подсоеди ­
няются посредством штатного разъема печатного узла, а внутри ­
схемные - с помощью контактрона.
Суммируя сказанное, можно сделать заключение, что системы
внутрисхемного контроля и диагностирования имеют следующие
преимущества [49): малое время отыскания кратных неисправнос­
тей и диагностирования; простота и малое время, требуемое для гене­
рирования испытательных программ; малое время, необходимое для
внедрения системы в производство; низкая стоимость закупки и
эксплуатаuии.
К недостаткам таких систем следует отнести: невозможность вы­
явления ошибок, возникающих при разработке печатных узлов;
проведение проверки в режимах, отличных от номинальных режи ­
мов функuионирования печатных узлов; невозможность обнаруже­
ния ошибок логической синхронизаuии.
Достоинства систем функuионального контроля и диагностиро­
вания заключаются в способности обнаруживать неисправности ло­
гической синхронизаuии; возможности проведения испытаний при
номинальных режимах; обнаружения ошибок при проектировании;
испытания в моделированной рабочей среде.
Недостатками этих систем являются высокая стоимость и вре­
менные затраты подготовки рабочих программ; высокая стоимость
закушш и эксплуатаuии; большое время, затрачиваемое на обнару ­
жение и диагнсстирование дефектов.
Эффективность системы зависит от вида выпускаемой продукции
и условий эксплуатации систем. Однако нет сомнений, что наилуч­
шими, с точки зрения надежности и эффективности контроля и ди­
агностирования, окажутся системы, в которых объединены возмож-
10

ности внутрисхемной и функциональной проЕерки. В последние
rоды многие зарубежные фирмы пошли по пути объединения функ­
u:иональных и внутрисхемных методов проверки в единых АСКД
[49). При этом утверждается, что сравнительно небольшие затраты
11а такое объединение быстро окупаются.
2. АРХИТЕКТУРА АСКД
.
Архитеюура АСКД не только отображает структурные внутри­
схемные связи, но и учитывает внешние возможности, предоставля­
емые пользователю. К архитектуре не относятся особенности тех­
нической реализации отдельных узлов системы (52).
В своем развитии АСКД прошли через три поколения архитек­
тур. В настоящее время интенсивно развиваются АСКД четвертого
поколения [52; 63).
Структура АСКД первого поколения представлена на рис. 1,5.
Система условно разделена на подсистему управления и подсистему
тестирования. Подсистема управления реализована жестко. Инфор­
мация представляется в машинных кодах и обычно вводится с пер­
фоленты. Управление осуществляется через контроллер интерфей­
са, выполненный с применением жесткой аппаратурной логики.
Большую часть функций управления выполняет оператор. Панель
оператора содержит лишь простейшие органы управления и индика­
ции (кнопки, тумблеры, контрольные лампочки) ..Вывод информации
оператору осуществляется посредством цифровых индикаторов.
Проверяющие тесты синтезируются вручную. Подсистема тестирс­
вания содержит простейший специализированный коммутатор.
Средства измерения и анализа включают обычно универсальные
измерительные приборы. Генераторы тестирующих сигналов также
являются стандартными устройствами с узкоспециализированны-
.
ми функциями.
В составе второго поколения АСКД появились мини-ЭВМ
(рис. 1.6), существенно изменившие принципы управления и комму­
тации. Контроллер интерфейса, выполнявший в АСКД первого
nоко.r1ения функции управления, осуществляет сопряжение быстро­
действующей мини-ЭВМ с медленнодействующими измерительными -
устройствами. Структура подсистемы тестирования остается ана­
логичной структуре АСКД первого поколения, однако значительно
повышается универсальность коммутатора. Мини-ЭВМ обеспечивает
управление коммутатором по гибкой программе с произвольной
выборкой коммутируемых каналов.
Существенно изменились и устройства связи с оператором. Па­
нель оператора содержит устройство ввода-вывода в виде клавиа­
туры. Алфавитно-цифровой дисплей выполняется на базе электрон ­
но-лучевой трубки. Одной из особенностей АСКД второго поколе­
ния является применение универсальных ЭВМ для автоматизации
подготовки рабочих диаг_ностирующих программ. Программы
11.

г------;
Панель
оnератора
---
1(
.... -
-.
1
Перфолента 1
1.,, -
-
-
-
-
..,
1
1
l
Фотосчитыватель
г- -~____,
~----'----.
L
Измерение
и анализ
1 Управление.
r------
Индикаторы
Генер~тор
тестовых
сигналов
....J
L-=====~- Объект контроля K====:J
Панель
оператора
Рис. 1.5. Структура АСКД первого поколения .
г- - - ,_----=
1
L
Память
Магнитный
носитель
Мини-ЭВМ
Контроллер интерфейса
Подсистема тестирования
Объект контроля
. , / Управление
t'г---,
Универ:альная 1_Компиляци .t
эвм
г
L ___
...J
ДИС !1ЛеЙ
Рис. 1.6 . Структура АСКД вто р о го поко,1ения.
подготавливаются с использованием языков высокого уровня, компи­
лируются универсальной ЭВМ и преобразуются в последователь­
ность команд, представленных в машинных кодах системы. Указан­
ные команды, записанные- на магнитные диски, вводятся в АСКД
и непосредственно управляют мини -ЭВМ.
Возможность автоматизированной подготов1ш рабочих программ
J'2

значительно повышает эффективность использования АСКД. Одна--
1<0 произво ,цительвость систем первого II второго поколений сдер·..
живается подсистемами тестирования, структуры которых для
обоих поколений АСКД практически одинаковы. Управление под•
системой тестирования централизовано. Мини-ЭВМ работает в од•
нопрограммном режиме, так что в каждый момент времени може-r
решаться лишь одна измерительная задача. Пропускная способность
АСКД зависит от надежности подсистемы тестирования. Отсутствие
специальных средств самоконтроля и диагностирования измеритель ­
ной аппаратуры в системах второго поколения приводит к непрои~
водительным затратам времени на отладку в процессе их эксш1уа•
тации .
Архитектура АСКд третьего поколения обеспечивает гибкость
взаимодействия отдельных б.11оков, возможность контроля разно•
образных изделий с использованием минимального числа относи •
тельно простых приспособлений. Взамен универсальных измери ·
тельных средств, применявшихся в системах 11ервого и второго
поколений, в АСКД третьего поколения используются специал из и •
рованные средства, значительно повышающие производите.nыюсть
подсистемы тестирования. И змерительные б.nо1ш становятся про­
граммно у п равляемыми. ЭВМ вов.пекается в процессы генерапин
тестиру:ощliх воздействий и обработки результатов измерений-.
В блоках интерфейса и коммутации тю,же есть возможность про~
граммного управления.
Структура систем третьего поколения покаЗt1на на рис. 1. 7.
Мини-ЭВМ связана шиной не только с универсальными вненiним11
устройствами, но и с измерительными средствами и генераторам и тес,­
тирующих сигналов. Генераторы, управляемые от ЭВМ, могут вое-•
производить колеqания с заданной функциональной зависимостью.
Измерител ьные средства также управляются от ЭВМ и поставляют
ей исходную информацию для проведения анализа. Возможность
диагностического анализа расширяется за счет комплексного про­
граммного обеспечения ЭВМ. Матричный универсальный коммутатор,
управляемый через контроллер интерфейса, обеспечивает не только
подключение точек объекта 1юнтроля, но и включение цепей с·амо•
контроля. Введение высокоточных программируемых опорных
источников напряжения и частоты позволяет оператору периоди ~
чески или по требованию производить калибровку измерительных
средств. Однако степень централизации управления в системах
третьего поколения все же остается высокой. Это ограничивает
рост производительности таких систем. ЭВМ не успевает справипсн
со всем многообразием возложенных на нее функций.
Появление АСКд четвертого поколения (рис. 1.8) свя з ано с та­
кими архитектурными понятиями, как «распределение вычислитель·
ных мощностей», «канальная электроника» [52; 63; 65). Распределе­
ние вычислительных мощностей обеспечивает большую «интеллек-
13

туа,1ьность» каждого функционального компонента. Это стало
возможным благодаря внедрению дешевых микропроцессорных
средств. Микропроцессорные устройства включаются в самые различ-
11ые блоки АСКД и выполняют широкий круг задач. Это управле­
ние программируемыми источниками тестирующих воздействий;
:коммутаторами, подключающими объект контроля к измеритель­
\!ЫМ цепям; процессом уравновешивания измерительных цепей о
Дисппеи
г_::--..х._
1
1
Измерение
и анализ
1----
Низкочастотная шина
г
1
L
Панепь
оператора
Объект контроля
Накоnитепь
наМД
Управпение
_L компипяция ,
1
Память
__, Тестирование
=-7,
Генератор
тестовых
сигналов
-
-
_
_j
Рис. 1.7. Структура АСКД третьего поколения.
а втоматическим уравновешиванием; повышение быстродействия про­
цессов уравновешивания за счет предварительной обработки ин­
формации о сигналах рассогласования; координированное уравно­
вешивание многомерных измерительных цепей . С помощью микро-
111,роцессоrных устройств осуществляется также формирование тес­
"JЮвых воздействий и повышение точности измерительных преобра­
зователей за счет обработки информации о результатах тестирова­
н ия; обработка результатов при совокупных и косвенных измере­
ниях; автоматическое формирование в цифровом виде номинальных
значений и допусков на контролируемые параметры, их сравнение
с результатами измерений; логическая обработка измерительной
информации при диагностировании и локализации дефектов; уп­
равление обменом и выводом инфо мации на устройства визуализа-

ции и документирования; определение статистических характерис•
тик исследуемых объектов.
Архитектура АСКД четвертого поколения мультишинная. Она
отражает рн~пределение интерфейсных функций с целью ,согласо­
вания пропускной способности различных устройств системы с
производительностью основной управляющей ЭВМ. На рис. 1.8
показано несколько шин, объединяющих устройства с различной
Дисплей
Печать
Низкочастотна11
шина
--
-
-
мп
ф\1~:-сцио~ального
преобразователя
мп
измеритель
Панель
эвм
Внутренняя,
шина
--,
r-
мп
11
генераторьl
11
Канальная
1
электроника
1
1
1
Накопитель
наМД
Оперативная
память
Высоко­
скоростная
шина
мп
интерфей са
Пост 11!
0
1
L
_
__,
--
Объект контроля 1
Об~,ект контроля n
Рис. 1.8. Структура АСКД четвертого поколения.
производительностью. Высокос ., оростная шина обеспечивает , со­
пряжение ЭВМ с оперативной памятью и микропроцессорными
устройствами интерфейса. На входы интерфейсных блоков из цен­
тральной ЭВМ поступают команды, которые воспринимаются
микропоцессорными устройствами каждого поста и вызывают выпол­
нение соответствующих микропрограмм тестирования. Результаты
тестирования передаются с внутренних шин через блоки интерфейса
непосредственно на высокоскоростную шину ЭВМ для их оконча­
тельной обработки. Низкоскоростная шина обеспечивает сопряже­
ния ЭВМ с внешними устройствами. Достоинство мультишинной
архитектуры заключается в возможности автономной работы каж-
15

дого поста. В это время центральная ЭВМ выполняет другие воз­
Jюженные на нее функции. Общая эффективность системы возрастает.
Развитие объектов контроля, их сложности, степени интегра­
ции, шинной организации существенно влияют на развитие архи­
тектуры АСКД. Так, например, стремление испытывать цифровые
большие интегральные схемы (БИС) в высо1юскоростных режимах,
соответствующих нормальным режимам их работы, привело в систе­
мах четвертого поколения к развитию средств «канальной электро-
1щки».
Каждый вывод, связанный с объектом контроля, управляется,
тестируется и анализируется автономно. Эффективное испол1,зова­
ние такой архитектуры возможно лишь на основе применения для
каждого канала специализированных БИС, реализующих функции
управления, генерации, приема и обработки результатов тестирова­
ния. За счет упрощения операций обмена и сокращения интерфейс­
пых связей удается повысить частоту тестирующих импульсов до
5 мГц . Применение специализированных БИС на каждый канал
повышает общую надежность системы, создает условия для само­
диагностирования, повышает степеJ-iь автоматизации и универ­
сальность.
Итак, для рассмотренных архитектур четырех поколений АСКд
!'.Южно определить следующие тенденции развития [521: децентра­
,1изация управления или повышение степени распредепенности вы­
числительных мощностей по различным иерархичес1шм уровням;
повышение степени рас11ределенности управления г.о однородным
1):Омпонентам (мноrопостовые системы, канальная электроника);
~ювышение степени согласования компонентов по производитель­
ности и их параллельная работа во времени.
rлава 2
МОДЕЛИ ОБЪЕКТОВ ДИАГНОСТИРОВА НИ Я
1. 05ЬЕ КТЫ ДНАГНОСТНРОВАННЯ
Uбъектами диагностирования являются печатные узлы радио­
электронной аппаратуры. Печатный -узел представляет собой печат­
ную плату (ПП) со смонтированными на ней электрорадиоэлементами.
При внутрисхемном диагностировании ПУ различают два вида
диагностируемых элементов: элементы параметрические и элементы
связи К параметрическим элементам относятся ЭРЭ: резисторы,
транзисторы, конденсаторы, линейные и цифровые интегральные
схемы . Такие ЭРЭ называют компонентами . Компоненты с помощью
выводов подключаются к схеме печатного · монтажа в соответству­
ющих точках . К элементам связи относятся соединения между точ­
I<ами подключения ЭРЭ. Физическими аналогами соединений яв-
16

ляются проводники . Проводником назовем часть печатного монта­
жа, соединяющую электрически связанные между собой выводы
компонентов. Все выводы, соединенные одним проводником, ,шля­
ются эквипотенциальными. В каждом проводнике может быть вы­
делено по одной точке . называемой узловой . Остальные точки про­
водника считаются концевыми .
ОПИСАНИЕ ДИАГНОСТИРУЕМЫХ ПУ
Эффективность подготовки и организации процесса диагностиро­
·вания зависит от способов описания ПУ. Исходная информация
обычно содержится в принципиальных электрических схемах .
Однако такие схемы не могут непосредственно восприниматься ЭВМ.
Для автоматизации подготовки диагностических процедур требует­
ся формализовать описание объекта контроля и диагностирования .
Современные ПУ достаточно сложны, поэтому они описываются
с различной степенью детализации. Используются следующие уров­
ни детализации: уровень характеристик контролируемого ПУ ;
функциона.пьных узлов; компонентов; топологии соединений.
Каждый уровень формализации описывается соответствующей
математической моделью. Модели должны адекватно отражать
все существенные характеристики, быть достаточно простым и и
легкu о6рабатываться на ЭВМ .
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭРЭ
Диагностируемые ПУ могут содержать одновременно как ·анало­
говые, так и цифровые ЭРЭ различной степени интеграции. Такие
ПУ называются гибридными. Аналоговые и цифровые элементы и r.:е­
ют различные характеристики. Для их описания применяется раз­
личный математический аппарат . Диагностические модели аналого­
вых элементов основаны на использовании линейных и нелинейных
дифференциальных уравнений, позволяющих вести анализ как
в режиме постоянного тока , так и в частотной или временной об.пас­
тях [71 . Для описания хар а ктеристик цифровых ЭРЭ используются
функционально -логические и структурно- логические модели. Функ­
ционально-логические модели основаны на применении аппарата
алгебры логики и устанавливают функциональные зависимости
между входными (тестовыми) воздействиями и выходными сигнала­
ми [51).
• С развитием больших интегральных схем описание их системой
логических функций оказалось практически неприемлемым . Мно­
гие современные БИС, например, микропроцессоры, э.nементы па м я­
ти, различные шинные формирователи, имеют двунаправленные
выводы, ,юторые могут находиться · в третьем, «высокоимпедансном»
состоянии.
17

Для описания законов функционирования 1 аких ЭРЭ исполь?у
ются структурно-логические модели. Элементы описыЕаются на ал­
горитмических языках, в виде отдельных подпрограмм для ЭВМ.
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СОЕДИНЕНИЙ
Порядок функuионирования диагностируемого ПУ зависит не
только от характеристик входящих от него ЭРЭ, но и от способов
их взаимного соединения, т. е. от элементов связи .
®! ttl,
116
116 О/~
{
.910 шьf®Ь
.9
170@./9
'22 tf
(j)
х®
00
11
lJ
10 bZ4
11
у® у15 llб 127oE!J
d
0
о.
Рис . 2 . 1. Нумерация точек на печатной плате :
а - на принципиальной схеме; б
-
на схеме соединений.
На рис . 2.1, а изображена принципиальная схема аналогового
печатного узла, на которой отмечены точки подключения ЭРЭ.
На рис. 2.1, 6 отдельно показаны элементы связи в схеме. Всего
имеется 8 проводников (например, проводн11к, соединяющий точ­
ки 1, 9, 10, 11). В каждом проводнике выделяется по одной точ1,е,
на зываемой узловой (номера узловых точек _ обведены 01,ружностя­
ми) . Уславимся номеру проводника присваивать номер соответству­
ющей ему узловой точки. В некоторых системах [10) точки нумеру-
1отся следующим о5разом: узловые точки - в порядке возрастания­
чисел натурального ряда (рис . 2.1, а), затем в порядке возраста ­
ния - . концевые точки кажлоrо из проводников.
Последовательность выбора очередного проводника совпадает
с последовательностью нумерации узловых точек, а номер пер вой
концевой точ1ш на единицу больше числа узловых точек . Так, для
схемы, изображенной на рис. 2.1, 6, первая концевая точ1<а имеет
номер 9 (всего 8 узловых точек), остальные концевые точки первого
проводника нумеруются в . возрастающем порядке (10, 11). Конце­
вые точки второго nроводНИI<а имеют последующие номера: 12, 13 ,
14, 15. Концевые точки остальных проводников нумеруются анало­
гично .
Все концевые точки, относящиеся к данному проводнику, элек-

тричес1ш связаны с соответствующей узловой точкой и между собой:.
Следовательно, в проводнике всегда есть хотя бы один путь между
любыми двумя точками. Иногда между двумя точками есть нес1юль­
ко различных путей. В этом случае обрыв одного из них не приво­
дит к нарушению электрической связи между точками. При контро­
ле и диагностировании дефектов топологии соединений в печатных
платах проверяется наличие именно электрических связей, поэтому
обрыв одного из нескольких путей между двумя точками обычными
способами проверки обнаружить не удается.
С целью q:ормализации алгоритмов контроля и диагностирова­
ния используются различные виды математических моделей соеди­
нений в печатных платах [8; 1"9; 29) . Большинство из них оснсвано
на установлении электрических связей между точками и не учиты­
вает форму реальных физических путей.
Топологические модели. Эти модели соединений на печатных пла~
тах используют математический аппарат теории гра( оз [9].
Граф G состоит из конечного множества вершин V = {vi};
(i = 1, 2, ... , п) и конечного множества ребер R = {rii}; (i, j =
=l,2, ...,
п).
Две вершины vi и vi называются смежными, если они соединены
ребром Гij. Множество ребер {rik}, соединенных с вершиной vi,
называют инцидентными ей.
Устанавливается определенное соответствие между приведенны­
ми выше понятиями теории графов и элементами описания соедине­
ний на печатной плате.
Вершине графа vi ставится в соответствие точка ti на схеме сое­
динений, а ребру Гij - наличие электрической связи между точка­
ми t i и ti.. Каждому проводНИI<у с узловой точкой f5 ставится в со­
ответствие подграф G5 (s = 1, 2, ... , m), где т - число узловых
точек. Подграф G5 содержит n s вершин, образующих множество
V5, включающее вершину V5• Все точки одного проводника электри­
чески соединены между собой, поэтому подграф G5 является полным,
т. е. все его вершины - смежные. Точки, принадлежащие раз.лич­
ным проводникам, не имеют электрических соединений, следова­
тельно, никакие вершины, принадлежащие различным подграфам,
не являются смежными, и все подграфы G, (s = 1, 2, ... , т) не свя­
заны между собою.
Итак, топологической моделью соединений на печатных платах
является граф G, состоящий из m не связанных между собою пол- -
ных подграфов G5•
•
Чтобы убедить-:я в отсутствии обрывов в проводнике s, достаточ­
но установить смежность корневой вершины V5 со всеми остальны­
ми вершинами подграфа G5•
Для установления коротких замыканий м~ду проводниками
s и и достаточно определить отсутствие смежности между корневы•
ми вершинами V5 и Vu подграфов Gs и Gu.
19

,,
Матричные модели. Известно, что граф G полностью характе­
ризуется матрицей смеж,юстей. Матрица смежностей А = 11 a ; i 11
rрафа G с п вершинами является квадратной матрицей, элементы
которой a ii = l, если вершина V; смежна с вершиной vi и a ii = О
в противном случае. В матрице смежностей все диагональные эле ­
менты a ii = 1, так как любая из вершин всегда смежна сама с
.fзло6"1е тоvни Концс!ыс тоvн11
г--г'
f 2 7 !JIO!f/213141521'
1
2
7
g
10
11
12
IJ
14
15
24
f
1
1
/
1
f
1
1
1
1
1
fff
f11
111
111
о
1f1!
1
/1f1
11ff
1f11
11fI
1
~
=~
собою.
Проиллюстрируем фор­
мирование матрицы А для
электрической цепи, со­
ставленной, например, из
трех проводников 1, 2 ,
7 (рис. 2.1, б) . Нумерацию
клеток матрицы проведем
следующим образом: вна ­
чале в порядке возраста­
ния простави м номера всех
узловых точек, а затем в
том же порядке - номера
всех конпевых точек про-
водников. Соответствую­
' zJ~567в щая матрица смежностей
Рис . 2.2 . Матричное описание соедин е ний:
а - матрица смежностей А; б
-
укор оченн ая
матр ица смежностей С; в - матрица соедине-
ний Е.
показана на рис . 2.2, а.
Матрица А состоит из четы­
рех блочных матриц, кото ­
рые обладают следующими
свойствами: В - всегда
единичная диагональная
матрица; ст - транспони -
рованная матрица С; D -
квазидиагональная матрица, состоящая из отдельных подблоков ,
расположенных на главной диагонали .
Элементы матрицы D не являются взаимнонезависимыми. Их
значения целиком определяются з начениями матрицы С (ее.пи точки
9, 10, 11 соединены с узловой :точкой: 1, то все они электрически со­
единены между собой).
Следовательно, матрица А является избыточной, и для полного
описания соединений достаточно информации, содержащейся в
матрице С. Назовем матрицу С укороченной матрицей смежностей
(рис. 2.2, б). Номера строк матрицы смежностей С соответствуют
узловым точкам, а номера столбцов - концевым точкам. Наличие
элемента b ; j = 1 свидетельствует о принадлежности точки j 1, про­
воднику i, bii = О свидетельствует об обратном.
Матрица С намного компактнее полной матрицы А и при реали­
зации алгоритмов диагностирования требует для размещения в ЭВМ.
меньшего объема памяти.

Принятый нами способ нумерации узловых и концевых вершин
обеспечивает дальнейшее сокращение матричного описания соеди­
нений печатной платы. _Заметим, что номера концевых точек каждо­
го проводника возрастают в последовательности натурального ряда,
чисел. Это позволяет представить матрицу соединений Е для всей.
схемы рис. 2.2, 6 в виде, изображенном на рис. 2.2, в. Каждый стол­
бец матрицы Е соответствует проводнику, а номера, указанные в.
клетках, означают младший и старший по порядку номера конце­
вых вершин, относящихся к данному проводнику. В частности ,.
для проводника с номером 7 имеется всего лишь одна концеваЯi
точка 24. Поэтому число 24 повторяется дважды.
Матрица Е легко представляется в ЭВМ в виде двумерного мас­
сива, весьма компактно описывающего схему соединений рассматри-­
ваемой печатной платы.
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ
Математические модели, используемые пр и диагностировании·
аналоговых узлов РЭА, в зависимости от режимов диагностирования:
делятся на статические и динамические [7; 50] .
К статичес1шм относятся модеJ1И, допускающие анализ в режиме
постоянного тока, а также в режиме периодических синусои даJ1ьны х
и несинусоидальных сигналов .
Динамические модели использ уются при анализе переходных
процессов и основаны на представлении объекта диагностирования,
систе мой дифференциальных уравнений.
•
Современные численные методы анализа дифференциальных
уравнений требуют представления их в форме Коши [7]:
dv/dt= {1(V1,V2,
••• ,
Vrz, t)
dv2Jdt = f2(v1• V2,
••• ,
v"'t).
(2.1}
Величины V ; в уравнениях называются переменны м и состояния .
Задание указанных величин в некоторый момент времени полнос­
тью определяет дальнейшее поведение схемы при известных внеш-·
них воздействиях. Переменные состояния ·· характеризуют запасы
энергии в реактивных элементах. Задание значений величин V;
в начальный момент времени означает задание начальных условий
для системы уравнений (2. 1). В качестве переменных состояния
•обычно используются значения напряжений на конденсаторах и то­
ков, протекающих через катушки индуктивности. Во многих слу­
чаях рез ультаты статического анализа получаются непосредствен ­
но в процессе анали з а переходных процессов. Поэтому динамическ Р е.
модели содержат больше диагностической информации, чe,vr ст:г 0

<ческие. Однако статические модели значительно проще динамичес­
«их и шире применяюгся при диагностировании.
Модели н,а постоян,н,ом токе. Простейшими статическими моде­
.лями аналоговых схем являются модели в режиме постоянного то­
ка. Они не учитываюг действия реактивных элементов и предназна­
чены для диагностирования дефектов резисторов, диодов, транзис­
-торов, различных интегральных микросхем. Такие модели наиболее
приспособлены для отыскания коротких замыканий и обрывов
лроводников. Для сложной электронной схемы устанавливаются
функциональные зависимости между значениями напряжений или
·токов короткого замыкания в узлах от значений тестовых сигналов,
11рf!ложенных к различным участкам схемы. Различают два режима
подачи тестовых сигналов: заданного напряжения и заданного то­
:Ка . В первом случае источником тестового сигнала служит источ­
ник ЭДС, во втором - источник тока. Рассматриваемые функuио­
:Еальные зависимости обычно оформляются в виде таблиц, которые
строятся для каждого из возможных видов дефе1<тов. .Модели в ре­
.жиме постоянного тока пригодны для диагностирования как линей­
]--[ЫХ, так и нелинейных узлов РЭА.
Модели н,а перемешюм. токе. При диагно~тировании аналоговых
-узлов РЭА в режиме переменного тока применяют тестовые rенера-
-торы периодических сигналов синусоидальной формы или периоди-
,ческих сигналов сложной формы. При тестировании линейных
электронных схем синусоидальными сигналами форма и частота
,всех напряжений и токов одинаковы.
Диагностическая информация содержится обычно в амплитудно­
·частотных и частотно-фазовых характеристиках [26). Частотные
характеристики иногда представляют в комплексной форме. Разли­
чаюг четыре вида комплексных характеристик.
Комплексный коэффициент передачи по напряжению от точки j
;к ТОЧI<е i
kii (ro) = i.Ji (ro)/Ei (ro);
-1юмплексный коэффициент передачи по току от точки j к точке i
Rii (ro) = ii (ro) /Ji (ro):
~омплексная взаимная проводимость между точками / и l
Yii(ro) = ii (ro) /Ei (ro);
11<омплексное взаимное сопротивление между точками j и i
zij (ro) = i.Ji (ro) /Ji (ro).
-Здесь i.Ji (ro) и i 1 (ro) - компле1,сные амплитуды напряжений
холостого хода и токов 1юроткого замьшания, измеренные в точке i:
Е1 (си) и ji (ro) - соответственно, компле1,сные амплитуды ЭДС
:и задающих тшюв в точке j.

В проuессе диагностирования анализ и руются либо действитель­
ные и мнимые составляющие, либо модули и фазы комплексных час­
-тотных характер истик .
По отношению к вывода м, доступным для подключен и я источ­
ников тестовых сигналов и измерительных преобразователей объект·
диагностирования (Од) рассматривается как электри ч еск и й много ­
полюсни к . Комплексные коэффици енты пр еобр а зова ния объединя ­
ются в матрицы , которые представляют математ и ческую модель
ли нейных аналоговых узлов РЭА . Коэффи циенты матриц зависят
от з начений параметров отдельных ЭРЭ, входящих в состав ПУ.
При достаточном числе выводов ПУ , доступны х для подк люч ения ,
возможно непосредственное определение
Rx
значений параметров отдельных ЭРЭ по
/
значениям к омплексны х коэффициентов .
---11---
Например, взаимная комплексная прово­
димость У-12 (w) между точк ами 1 и 2 фра г-
мента электр ическ ой цепи , пр едставленно-
J
го на рис. 2.3, определится соотношением Рис. 2.3 . Фрагмент элек-
у• ()
(+·С)
(2.2)
трической цепи.
12(J)=-
gx
Jffiх•
Действительная часть ко мплексной взаимной проводимости ха ­
рактеризует проводимость gx, а мнимая часть определяется значе­
нием емкости Сх.
Модели некоторых ОД, содержащих нелинейные элементы (дио­
дь! , транзисторы и_ дру гие), при заданно м режиме по постоянном у
току иногда рассматриваются как линейные. Диагностирование·
таких объекто в та кже может проводиться с использ о ван ием ко м­
плексных часто тных характ еристи к . Ка ждый режи м по по стоян­
ному току имеет соответствующий ему набор таких хар ю,теристик.
Подобные модели нел инейных аналоговых узлов РЭА называются
малосигна льными.
Если ОД содержит существенные нелинейности , то при воздей­
ствии на него синусоидального тестирующего си гнала появляются
нелинейные иск ажен и я . Спектр гармонических составляющих и с­
каженного сигнала также может нести диагностическую информа­
ци ю. Частотные модел и имеют пр еи мущество , состоящее в том , что­
лежащая в их основе теория хорошо понятна специалистам по ра­
диоэлектр они ке . Кроме того , аппаратура , необходимая для реализа­
ции частотных методов, дов ольна проста : вольтметры , генераторы
синусоидальных сигналов, спе1проанализаторы (для проверки не­
линейных схем) .

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ
При диагностировании ПУ используются два вида моделей циф-
1ювых устройств : функционально-логические и структурно-логи­
ческие. Функционально-логические модели рассматривают ОД как
н е который «черный ящик» и устанавливают лишь функциональные
зависимости между входными и выходными сигналами. Наибольшее
распространение среди функциональных моделей получили автомат­
ные (48].
При решении задач внутрисхемного диагностирования недоста­
-точно описания функций , реализуемых ОД. Необходимо построе­
ние моделей, отражающих состав и правила работы отдельных ком­
понентов, способы их соединения и взаимодействия с внешней средой
131]. Такие функции выполняют структурно-логичешие модели.
В качестве структурно-логической модели обычно принимается
логическая сеть или логическая схема . Логической схеме может
быть поставлен в соответствие ориентированный гр аф , вершинам
которого соответствуют логические элементы, входные и выходные
полюса схемы , а дугам - соединения схемы. Граф, в свою очередь,
может быть задан матрицей инцидентностей [50]. В последние годы
при моделировании различных цифровых устройств применяются
сет :1 Петри (СП) [67]. Объект диагностирования, состоящий из мно­
жества относительно нез ависимых между собою и конструктивно
:о а :.; онченных компонентов, является весьма удобным для описания
СП . Большое значение имеет тот фа~<т, что теория СП, в отличие от
1е ории конечных автоматов, допускает существование конфликтов
,и параллелизма.
Сетью Петри N называют набор [40]
N=(P,·L,F,М0),
Jде Р = {Р1, Р2, •••, Рт} - множество позиций; L = {l1, 12, ..•
... , lп} - множество переходов; F - отношение инцидентнос1:':1;
М 0 - начальная маркиров1< а сети.
Каждому переходу l; Е L соответствует некоторое множество
Р ; вх И Р ; ,шх ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ ПОЗИЦИЙ.
•
Обычно подход 1< описанию процессов в цифровых устройствах
{: помощью СП базируется на двух главных понятиях;- события и
условия . События выражают действия, происходящие в моделируе мой
системе. Некоторая последовательность действий оnределяется мно­
жеством внешних воздействий и внутренним состоянием моделиру­
емого объекта. Данное множество в свою очередь описывается мно­
жеством условий. Условие может принимать значения логической
«1» или логического «О». В СП условия представляются позициями,
.а события - переходами. Такой подход к моделированию узлов
РЭА СП имеет ряд недосташов.
Рассмотрим логический элемент «ЗИ - НЕ» (рис. 2.4, а), и СП,
моделирующую его фующион~рование (рис. 2.4, 6). Как видно,

описание даже такого простого элеменга содержит 8 позиций, 8 пе­
реходов и 32 дуги. Естественно предположить, что СП, представля­
ющая сложную цифровую схему, будет содержать очень большое,
число элементов. Многие современные БИС, помимо основных двух
логиче с ких состояний, могут находиться в третьем, высокоимпен­
дансном состоянии. Необхо­
димость учета третьего состо­
яния при описании компо­
нентов с шинной структурой
приводит к еще большему ус­
ложнению моделей. Отсутст-
вие наглядности, громозд­
кость значительно усложня - Вх 2
ют работу с такой СП, даже
Вх.! =LГВых.
Вх. 2
Вх.J
а
Bx.J
d
Рис. 2.4 . Э.1емент и сеть Петри:
а - схема элемента «ЗИ-НЕ»; б
-
сеть Петри, реализующая функцию
этого элемента~
если она адекватно отображает функционирование исправной схе­
мы и позволяет моделировать возможные неисправности в ней.
В работе [28] предложен иной подход к моделированию циф р о­
вых узлов РЭА СП в терминах «1юмпоненты-соединения», основан­
ный на отображении СП структуры схемы. Достоинством такого
подхода является возможность распространения его на моделиро­
вание гибридных ПУ, содержащих соединения аналоговых и цифро­
вых компонентов .
••
2. СЕТЕВЫЕ МОДЕЛИ ГИБРИДНЫХ ПУ
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Моделируемый ПУ состоит из печатной платы с расположенны­
ми на ней аналоговыми и цифровыми компонентами и проводника­
ми. Компоненты объединяются в электрическую цепь путем соеди­
Р.ения их внешних выводов с проводниками. С одним проводником
мо1ут соединяться нес1<олько выводов одного или различных ком­
понентов. Такой проводник назовем многополюсным. В зависимос­
ти ог функционального назначения 1юмпонент может иметь выводы,
принимающие информацию (входы компонента) и передающие
информацию (выходы 1юмпонента).

Некоторые аналоговые и сложные цифровые компоненты (мик­
ропроцессоры, двунаправленные регистры и другие) имеют выводы,
которые одновремен-но служат как для приема, так и для передачи
информации. Такие выводы называют двунаправленными . Каждый
двунаправленный вывод будем искусственно расщеплять на два
и приписывать одному из них функции входа, а другому функции
.выхода .
0
11
&
Р07
BD!i ®
Jle f
@
о~
JJ,;2
PoJ
JJ,;f
@
Pg5
Рис . 2 .5 . Фрагмент схемы гибридного печатного
узла .
На рис. 2.5 представлен фрагмент схемы гибридного ПУ, содер­
жащий как цифровые, так и аналоговые компоненты. Цепочку, со­
стоящую из диода vтD и конденсатора С, можно рассматривать как
некоторый элемент задерж1ш. Вход элемента задержки подключен
к выходу 04 мш,росхемы DDЗ, а выход - к входу 03 микросхемы
DDБ . Все проводники пронумерованы цифрами в кружках. Боль­
шинство проводников содержит 2 полюса. Все полюса проводника
можно разделить на входные и выходные. Будем считать входными
те полюса, которые соединены с выходами компонентов , и, наобо­
рот, полюса проводника, соединенные со входами компонентов, на­
зовем выходными. Полюса проводников, служащие для соединения
,с внешними по отношению к ПУустройствами, в зависимости от их
назначения также могут быть входными и выходными. Если такой
полюс подключен к двунаправленному выводу, то необходимо про­
извести расщепление· вывода. Выполнив таким образом упорядо­
ч _ ние выводов элементов моделируемого ПУ, гто.пучим схему, удов­
летворяющую следующим требованиям: 1,аждый входной полюс
"26

nроводнш,а может соединяться только с одним выходом ка~,ого-ли ­
бо компонента; каждый выходной - с одним входом какого-либо
компонента.
Аналоговые компоненты, входящие в моделируемый ПУ, могут
объединяться в функuионально законченные элементы, имеющие­
входные и выходные выво­
ды. Например, диод VD и
конденсатор С, (рис. 2.5)
образуют элемент задерж­
ки V7D, С, ВХОД К()торого СО·
единен с выходом 04 мю,­
росхемы DD3, а выход -
со входом 03 микросхемы
DD5. Резистор R имеет
вход, пощ,люченный I, ис­
точнику пи1ания, и выход,
соединенный с выводом· 01
микросхемы DD 1.
А,
ф
с,
А2Cz
В, 1-~~_,,,в,,,____
~
~1-+--~---=---
CJ дП16
@
д4
BJ1--+--+--.~--@~~-
C4
В41--+--+--+-~<--
---,,..__
_.
!JB
®
---~вн пт
В1
/IП16
Bz
BJ
84.
JJ2
Рис. 2.6 . Схема соединения шинных формиа
роваtелей.
Информаuия между эле­
ментами моделируемых ПУ
передается с помощью эле1,­
трических сигналов. В уст­
ройствах с шинной стру1,­
'Гурой, имеющих нес1юлько
выходов, объединенных од­
ним проводником, а также
в неисправных схемах, име­
ющих ложные перемычки
между двумя выходными
контактами, возможно воз­
никновение конфликтных
ситуаций, когда си.rналы
элементов, выходы которых соединены между собой, не совпадают.
В дальнейшем будем придержмваться следующих правил раз­
решения конфликтных сигналов, справедливых для микросхем ТТЛ.
1. Логический «нуль» имеет самый высокий приоритет. Достаточ­
но появления логичес1юго нуля на любом из соединенных выходов.
элементов, чтобы на всех полюсах проводника установился потен­
uиал ЛОГliЧеСIЮГО нуля.
2. Логическая единица имеет следующий приоритет. Потенциал
логической единицы установится на всех полюсах проводника,
объединяющих несколько выходов элементов, если на любом из вы­
ходов отсутствует сигнал логического нуля и хотя бы на одном из
них присутствует сигнал логичес1юй единиuы.
3. Третье, «высокоимпедансное)) состояние имеет самый низ1шй
приоритет и может устанавливаться на полюсах проводника, если
27

;все выходы элементов, подключенные к входным полюсам провод­
:Ника, находятся в третьем состоянии.
Фрагмент схемы, представленный · на рис. 2.5, не содержит эле­
'Ментов, выходы которых соединены между собой. В таких схемах
;.невозможно возникновение конфликтных ситуаций,
~
Рассмотрим схему соединения двух шинных формирователей
К589АП16, представленную па рис . 2.6. Выводы Bi указанных
шинных формирователей являются двунаправленными и в зависи­
:мости от значения сигна~ов УВ могут либо принимать, либо пере­
.давать информацию. Пареллельное соединение выводов Bi для двух
,шинных формирователей может привести к конфликтам. Разреше­
ние указанных конфликтных ситуаций происходит по вышеуказан­
.ным правилам.
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ СП ГИБРИДНЫХ УЗЛОВ РЭА
Основными понятиями при данном подходе 1, моделям гибридных
ПУ СП являются понятия компонентов и соединений, определенные
·выше. В СП компоненты представляются переходами, а соединения
'Внешних выходов компонентов с полюсами проводников - пози ­
щиями.
Поскольку проводник является одним из элементов схемы, в
'СП он также представляется в виде перехода. На рис. 2.7 приведена
'СП, моделирующая фрагмент схемы, изображенный на рис. 2.5 .
Условимся переходы, моделирующие проводники, назыввть про­
,стыми переходами и обозна9ать их одной чертой. Переходы, модели­
рующие ЭРЭ, назовем сложными и обозначим их двумя. чертами.
Номера простых переходов соответствуют номерам проводников
(на рис. 2.5 они обведены кружками) . Обозначения сложных пере­
ходов на рнс. 2.7 соответствуют обозначениям ЭРЭ. Переход VD,
С моделирует цепочку задержки, состоящую из диода VD и конден­
•сатора С. Из рис. 2.7 видно, что каждый из простых переходов имеет
лишь по одному входу и, следоватеJ1ьно, 1юнфликтные ситуации
в этих проводниках невозможны.
Соединению схемы с внешними устройствами соответствует мно­
жество входных и выходных позиций Р0 = {Р01 , Р02 , ••• , Pok}- Усло­
sвимся считать такие позиции внешними. Остальные позиции назо­
'В~М внутренними по отношению к СП.
С учетом сформированных ранее свойств можно ут~ерждать, что
,каждая позиция Рi в СП имеет только один вход и только один вы­
ход. Данная особенность приводит к представлению моделируемой
-схемы в виде определенного подкласса СП маркированных графов
·(МГ). Отметим, что МГ является наряду с автоматными СП наиt5о­
.лее изученным подклассом СП, для которого сущР.етвуют хорошо
разработанные методы анализа.

При функционировании СП между ее позициями перемещаются
условные метки, называемые фишками . Если во всех входных
позициях какого-либо перехода содержатся фишки, то такой пере,
ход может быть запущен. При этом фишки перемещаются в выход­
ные позиции данного перехода, а в его входных позициях фишки ис­
чезают. Совокупность всех фишек, расположенных в позициях СП,
называется ее разметкой. Перед запуском всей СП должна быть ус­
тановлея:а ее начальная разметка. При начальной размеп,е во все
2R
;,
Ре2
51-
0------i--
Р14
О!;
14
Р/8
V.D,C
Р20
, Рис. 2.7 . Сеть Петри, моделирующая фраг ме н т сх ем ы , изображенной на рис. 2 .5 .
внешние входные позиции СП должны помещаться фишки. Эти фиш­
ки сооrветствуют подаче сигналов на входы моделируемого ПУ.
Важным структурным элементом МГ является цикл - замкну­
тый путь из какого-либо элемента СП в этот же элемент. На рис. 2.7,
например, цикл - это путь, проходящий через позиции Р6 и Р 16.
Цикл в МГ соответствуег контуру обратной связи в моделируемой
схеме. Например, рассмотренному выше циклу соответствует 1,он­
тур обратной связи на рис. 2.5 с инвертирующего выхода триггера
• DDJ на его вход D. Для нормального функционирования МГ при
начальной разметке в одну из позиций каждого цикла должна qоме­
щаться фишка. В противном случае переходы, принадлежащие цик­
лу, никогда не смогут быть запущены. Перемещение фише1, в МГ
• отражает распространение сигналов в моделируемом ПУ и опреде­
ляет последовательность срабатывания переходов и порядок функ­
ционирования отдельных компонентов.
Описанный подход приводит к простому и наглядному представ­
Jiению моделируемой схемы СП. Одна~ю следует указать на ограни-
29

ченность такой интерпретации. Моделируя работу управляющей
части системы, СП не позволяет получить сведения о содержатель­
ном аспекте функционирования ПУ. Между тем, многие неисправ­
ности, возникающие в процессе работы устройства, связаны с нару­
шением выполнения компонентами своих функций и могут выража­
ться в появлении сигналов, не соответствующих логике функцио­
нирования 1юмпонентов.
Для моделирования таких неисправностей и анализа содержа­
,rельной части вводится расширение предлагаемой модели. Оно за­
I{J1ЮЧается в том, что фишкам присваиваются определенные цвета.
С помощью рашрашенных СП, например, более удобно описывать
передачу данных в цифровых системах. Будем использовать рас­
крашенные СП для моделирования передачи различных значений
цифровых сигналов . Как и раньше, появление сигнала на внеш­
них выводах 1юмпонента представляется фишкой в соответствующей
позиции. Однако теперь, в зависимости от значения появившегося
сигнала, фишки будут иметь ту или иную окраску .
Правила преобразования цветов фише1< при запуске какого-ли ­
бо сложного перехода зависят от закона функционирования соответ­
ствующего компонента. Этот зююн определяется моделью компо ­
нента. В результате срабатывания сложного перехода в его выход­
ных поз ициях могут появиться фишки различных цветов. Алгоритм
запуска сложного перехода задается таблично, например, для про­
стейших логических элементов или в виде микропрограммы (для мик­
ропроцессоров и неr<оторых других БИС).
Сложный переход при необходимости может быть представлен
в терминах «события - условия» некоторой подсетью СП. В этом
. случае
правила его запуска будут определяться структурой подсе­
!fИ СП. При моделировании ПУ на ЭВМ правила запуска сложного
перехода определяются специальной подпрограммой, характерной
для компонентов данного типа. - Правила запус1<а простых перехо­
дов, моделирующих проводники, сформулируем в соответствии с
введенной ранее иерархией сигналов. Самый высокий приоритет
имеют фишки, отображающие сигналы логического нуля. Если xo-
trя бы одна такая фишка есть во входных позициях, то при запус1<е
простого перехода во все его выходные позиции помеща1отся фиш1ш
первого приоритета. Второй приоритет присваивается фишкам;
соответствующим сигналам логической единицы. Если во входных
позициях имеется хотя бы одна такая фишка, а фишки первого при ­
оритета отсутству~от, то при запус1<е перехода во всех его выходных
позициях появятся фишки второго приоритета.
Третий, самый низкий приоритет имеют фишки, соответствующие
сигналам третьего «высокоимпедансного» состояния. Для того, что·
бы во всех выходных позициях ка~юго-либо простого перехода поя ·
вились фишки третьего приоритета, необходимо, чтобы та1ше фиш·
ки нахо.~~;ились во всех входных позициях.

В I<ачестве примера рассмотрим СП. моделирующую показанную
ранее на рис. 2.6 схему соединения двух шинных формирователей
(рис. 2.8). Сложные переходы D1 и D2 соответствуют микросхемам,
а простые переходы - провод-
,
пикам. Номера простых пере- P,t
Pt
Ртt
ходов и соответствующих им P,l
P1Z
проводников совпадают. Обра- JЪJ О---1-,С!:,.. ~_!!:.c.---Н--YPl:r
тим внимание на то, что выводы lli'
Pf4
шин В являJQтся двунаправлен­
ными, т. е. могут передавать или
принимать информаuию. При JЬ7 ,...__~,;,-л,_.с.
интерпретации двунаправленных Р,6
выводов СП произведено их рас- Р,~ , .. ,_ _" 7' . l iY
щепление . Входные и соответст­
вующие им выходные дуги,. мо­
делирующие однои м енf!ь1е выво ­
ды шины В, также помечены
одинаково. Некоторые простые P,/2()-------1 -- -1 -1 -- ' 1 ~- +- -+-l-n
переходы имеют несколько вход­
ных позиций. Например, пере- P,IJr>------4--4-j...-,"--4--1---+-Г\
ход, соответствующий проводни­
ку 7, соединен с тремя входны- P,!4n-------н-1-..:J~-+-+-+--(')
ми позициями (P0 I I, PIS, Р36) .
~....._,'-Ром
Прн функционировании СП в
указанных позициях могут ока­
заться фишки различных при­
оритетов . Однако при запуске
перехода 7 во всех его выход­
ных позициях появятся одинако­
вые фишки, имеющие приоритет,
наибольший из приоритетов
входных фишек. Это хорошо от­
ражает реальные процессы, про- PpZJ
исходящие в моделируемом ПУ. Р,24
Если, например, выход В1 мик- Рис. 2.~ .
Сеть Петри, .wоделирующая
,росхемы D1 находится в состоя -- схему соединения двух ш и нных фор ми-
нии вывода и передает сигнал
рователей.
~диничного уровня, а вывод В1 микросхемы D2 находится в вы­
сокоимпедансном состоянии, то на проводнике установится сигнал
логической единицы . Если же при этом со стороны внешних за­
_жимов печатной платы на проводник 7 поступит нулевой логический
сигнал, результир~ющий потенциал проводника окажется нулевым.
Итак, принятая система приоритетов фишек обеспечивает адек­
ватное моделирование конфликтных ситуаций, возникающих при
появлении сигн·алов различных логических уровней на выходах
.микросхем, соединенных между собой.

Глава 3
ПРОВЕРКА ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГОВЫХ ЭРЭ
И СОЕДИНЕНИЙ В РЕЖИМЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА
t. РЕЖИМЫ И СПОСОБЫ ИЗМЕ Р ЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭРЭ
Диагностируемый ПУ посредством программируемого много­
канального коммутатора подключается к измерительным устройст­
вам. Количество одновременно коммутируемых точек выбирается
минимальным из усло_вия обеспечения независимого измерения па­
раметров отдельных элементов . При каждом измерении формиру­
ет ~я некоторый многополюсник (обычно двухполюсник или трех­
iюлюсник). Взаимные сопротивления и~и проводимости сформиро­
ванного многополюсника однозначно характеризуют значения
параметров контролируемых элементов.
Взаимные параметры мноrоэлементной многополюсной цепи мо­
гут быть определены одним из следующих способов [30): путем изме·
рения входных сопротивлений или проводимостей между двумя по­
люсами при различных режимах остальных полюсов с последую­
щим решением уравнений и путем измерения токов и напряжений на
зажимах мпогоrюлюсника. В первом случае измерения проводятся
с помощью мостовых устройств, а узлы объекта контроля коммути­
руются между собой . Такие способы рассмотрены в работе [20). Не­
обходимость выполнения вычислений и неоднозначность получае­
мых результатов существенно ограничивает их применение .
Способы, основанные на измерении значений напряжений и то­
ков, нашли применение практически во всех автоматизированных
системах контроля и диагностирования РЭА. Они предусматрива­
ют либо непосредственное измерение напряжений и токов на зажимах
контролируемых элементов, либо измерение некоторых разностных
сигналов, получающихся в резу 11ьтате сравнения значений па­
раметров измеряемого многополюсника с соответствующими зна­
чениями параметров образцового элемента. Значения параметров
контролируемых элементов обычно определяются по резуль­
татам измерения токов или напряжений, возникаю:цих под воздей ­
ствием тестовых электрических сигналов в режиме заданного
напряжения или в режиме заданного тока (источники ЭДС или источ­
ники тока). В табл. 3.1 приведены типичные режимы преобразова­
ния параметров различных элементов, применяемые в измеритель­
ных цепях постоянного тока автоматизированных систем поэлемент­
ного .контроля и диагностирования. Режим выбирается исходя из
соотношений значений контролируемых параметров, сопротивле­
ний измерителей напряжения или тока и внутренних сопротивле·
ний источников тестовых сигналов.
Рассмотрим это на примере измерения сопротивления или про­
водимости резистора или какого-либо другого элемента. Аналоrич·
32/

3. 1. Режимы измерения значении параметров ЭРЭ
-
Тесто-
Реж.им
ВЫЙ СИГ• иsмере-
Элемент
I<онтролнруем51й параметр
нал
ния
Е1J u1I
Резистор
Сопротивление
++
Проводимость
+
+
Конденсатор
Емкостное сопротивление
++
Емкость
+
+.
Сопротивление утечки
++
Диод
Прямое падение напряжения
++
Обратный ток
+
+
Стабилитрон
Напряжение стабилизации
++
Реле
Сопротивление обмотки катушки
++
Проводимость обмотки катушки
+
+
Сопротивление контактов
+,+
Транзистор
Прямое падение напряжения на пере-
~оде эмиттера
++
Прямое падение напряжения
+
на переходе коллектора
+
Обратный ток эмиттера
+
+
Обратный ток коллектора
+
+
Коэффициент усиления по току
++
Трансформатор и ка- Индуктивное сопротивление
++
~~шка самоиндукции - Сопротивления обмоток
+
+
Коэффициент трансформации
+
+
Взаимная проводимость
+
+
'Усилитель
Входная проводимость
+
-t
Выходное сопротивление
++
Коэффициент усиления по току
+
+
Коэффициент усиления по напряжению +
+
Цифровая интег-
Входные и взаимные проводимости
+
+
ральная микросхема Логические уровни
+
+
ные результаты получаются при измерении значений коэффициен;;;
U'a самоиндукции L катушки индуктивности или емкости С конден­
саторов. На рио. 3.1, а показана схема измерения проводимости gr
в режиме заданного напряжения. Напряжение И поддерживается
nоотоянным, а ток Iл, протекающий через измеритель IГOl@./lJ за-'
Висит от значений gx:
:·.;
g&=;(1+gx+gx)•
{3.l)
gA
gB

Если источник ЭДС и измеритель тока выбрать дост~точно низко­
омными по сравнению с gx, то влиянием их сопротивлений можно
пренебречь, а проводимость g: окажется пропорциональной изме­
ренному току g; = /А/Е.
Неидеальность источника ЭДС и измерителя тока nриводит к
tJОЗникновению погрешности, относительное значение которой
(3.2)
I
11
о
Рис. 3.1. Режимы измерения -значений параметров ЭРЭ :
Q - изме~,еиие проводимости gx; б - измерение сопротивления Рх·
Погрешность уменьшается с уменьшением проводимости gx. Сле­
дователыю, по схеме рис. 3:1, а целесообразно измерять высо_коом­
ные элементы;
На рис. 3.1, 6 представлена схема измерения сопротивления в
режиме заданного тока. Ток J протекает через измеряемое сопротив·
.пение и поддерживается практически постоянным, а напряжение Uv
1;1а вольтметре V зависит от значений Rx:
-
Rx=и;(1+~:+~:).
(3.3)
Если источник тока и вольтметр достаточно высокоомны по сравне­
нию с Rx, то влиянием их сопротивлений можно пренебречь. Со­
чротивление R; пропорционально измеряемому напряжению: R~ =
'!F. Uv!J .
__
Оrклонение параметров источника тока и вольтметра ar идеаль­
ных приводит к возникновению погрешности, относиrельное
sначение которой
б.R= Rx-R: =_&__+ Rx .
R:
Rv
RJ
(3.4)
ТТогрешность уменьшается с уменьшением сопротивления Rx· Сле­
,!J.овательно, по схеме рис. 3.1, б целесqобразно измерять низкоом·
ljlЫe элементы. Обе рассмотренные схемы имеют одинаковые по·

грешности при значениях измеряемого сопротивления
R -V RE+RA
хо-
----.
·
gl +gv
(3.5)
'
Если, например, для схем рис. 3.1 значения сопротивлений ис­
'fОЧНИКа ЭДС Rв и измерителя тока RA выбрать равными I Ом, а
сопротивления источника тока и
• вольтметра - равными 10 кОм, то~%
Rxo = 100 Ом.
.
На рис. 3.2 представлены гра- fO
·фики изменения относительных по­
грешностей 8 в зависимости от 0,5t------311E----+ -----1
изменения сопротивления R,.,. Из
графика ясно, что сопротивления
менее 100 Ом следует измерять в о
200
режиме заданного тока, а превы- Рис . 3 .2 . Графики изменения по•
шающие 100 Ом - в режиме задан-
грешностей.
нога напряжения. При этом для
указанных выше значений параметров измерительных цепей макси~
мальная погрешность не превысит 0,5 % от измеряемого значения Rx,
Схема измерения проводимостей g" в режиме заданного напря~
жения м.ало чувствительна к влиянию шунтирующих проводимо"
§х
R1
Я2
а
d
Рис. 3.3. Схемы измерения взаимных параметров:
а - измерение nsаимной пров одимости gx; б .... измерение взаимного
сопроти вл ени я R,,.
стей gl и g2 (рис. 3.3, а):
1
Е (1+
gx+ gx)-:-I •
А= gx 1)E1)J
1)в- nz-g
•
gE
А
(3.6)
(3.7)'
Если проводимости источника ЭДС и измерителя ток~ имеют зна­
'Iения, намного превышающие значения проводимостеи gi и g2, то
~оэффициенты передачи nE и 'f)J незначительно отличаются от еди-
ицы. В пределе для идеального источника ЭДС и щ1,еального

измерителя тока проводимости gв и gA стремятся к бесконечности ц
результат измерения не зависит от проводимостей g1 и g2 •
'
Аналогичные результаты и дуальные соотношения получаются
.q.ля схемы рис. 3.3, 6:
u;·= RxJfJJf)u( 1 + f)J ;: + f)u :; Г
1
; (3.8)
Rv
f)u = -=c---= - -
R2+Rv
(3.9)
:Если источник тока и вольтметр достаточно высокоомны по сравне­
~ию с R I и R2, то в пределе результат измерения не зависит от этих
сопротивлений.
Рассмотрим, например, схему рис. 3.3, а со следующими значе­
щ~ямипараметров:Rв=RA=IОм;Rx=R1=R2=1кОм.
Здесьпринято,чтоRв=1/gв; RA=IlgA;Rx = llgxит.д. •
1
В соответствии с формулами (3.6) и (3 .7) f)z = f)в =
3-
1+10-
= 0,999; IА = gxE0,996; б11 = -0,004. Погрешность преобразо­
вщшя не превышает - 0,4 %. Основная погрешность, подсчитан­
ная по формуле (3-. 2), без учета влияния проводим9стей gl и g2
равна - 0,2 %. Следовательно, дополнительная погрешность, выз­
ванная шунтирующим действием g1 и g 2 , не превышает основную
цогрешность.
Аналогичные результаты получаются для схемы рис. 3.3, 6
при следующих значениях параметров: RJ = Rv = 10 кОм; Rx =
:;;=R1=R2=1ООм.
Рассмотренные примеры подтверждают, что для достижения вы­
сокой точности преобразования (погрешность не более 0,4 %) к
характеристикам источников сигналов и измерителей должны предъ­
ямяться весьма жестr<:ие требования .
Значения внутренних проводимостей источника ЭДС и измери­
теля токов (для схемы ~а рис. 3.3, а), а также значения внутренних
сопротивлений источника тока и измерителя напряжения (для схе­
мы на рис. 3.3, 6) должны на три порядка превышать соответствую­
щие значения измеряемой проводимости gx и сопротивления Rx •
Эти требования обычно обеспечиваются соответствующиwr вклю­
чением операционных усилителей с отрицательными обратными свя ­
sями [5], которые будут рассмотрены ниже.
2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ
И ПРОВОДИМОСТЕЙ РЕЗИСТОРОВ
Параметры резисторов в АСКД обычно преобразуются в постоян­
ное напряжение Их• Значения Их для различных систем находят•
ся в пределах от 100 мВ до 1 В. Перед преобразованием в цифровую

фОрМУ напряжение Иж усиливается с помощью нормирующего уси­
лителя.
Контрол~руемый резистор невозможно рассматривать изолиро­
ванно от других элементов. Поэтому резистор анализируется как
элемент некоторого многополюсника, чаще всего четырехполюсника.
Проводимость резистора представляет взаимную проводимость меж­
ду двумя узлами, а сопротивление резистора - взаимное сопротив­
ление двух контуров этого многополюсника (рис. 3.3).
Значения параметров резисторов преобразуются в напряжение
обычно в одном из двух режимов; в режиме заданного напряжения
при измерении значений проводимости Gx; в режиме заданного
iroкa при измерении значений сопротивления Rx•
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЗНАЧЕНИЙ ПРОВОДИМОСТИ Gx В НАПРЯЖЕНИЕ
На рис. 3.4 представлена упрощенная принuипиальная схема
преобразования проводимости Gx резистора, включенного между
точками А и В объекта контроля .
•
Каждая электрическая точка ПУ с помощью контактного ус­
тройства подключается к коммутатору точек. Контактное устрой-
Лf
-
JI fтх 8 Рис , 3.4. Трехпроводная схема изме-
рения проводимостей Gx•
[Jf
\
/
\/
ллс;("
1(2 /(J
с.в
-
l
f(IJ.
1(5
R5
ll4
<:тво выполняется в виде ряда игольчатых контактов, непосредст­
венно соединенных со всеми электрическими точками ПУ. Комму­
татор в соответствии G принятым алгоритмом замыкает ряд точек
ПУ и формирует четырехполюсник АВС _(рис. 3.4). Зажимы четы­
рехполюсника А, В и С подключаются к измерительному преобра­
зователю контактами Kl, К2 и /(3 коммутатора точек. Принципы
построения коммутаторов и особенности их работы в АСКД будут,
рассмотрены в последующих разделах.
Преобразование осуществляется по схеме 3.3, а. В качестве низ­
коомного источника тестирующего напряжения И1 используется
37

операционный усилитель D 1, ко входу которого подключен стаби.
лизированный источник ЭДСЕ. ЗначениеЭДСЕ задается программ:.
ным способом в соот,ветствии с пределами изменения проводимости
Gx. Усилитель D 1 должен обеспечивать достаточный выходной ток.
Он имеет мощный выходной каскад, выполненный на · полупроводни­
ковых транзисторах. Выходное сопротивление усилителя состав­
ляет несколько десятых долей Ома, что достигается введением глу­
бокой обратной связи через сопротивление R 1 . Контакты К2 и
д r;,,
Рис. ·з.5. Схема ·измерения· проводимо-
стей Gx.
1(5
1>
Л4
1---.. ..--c::::1--J
К4 коммутатора точек подключают точку С к общему проводу изме­
рительного устройства, а контакт /(3 подключает точку В ко входу
измерителя тока.
Измеритель тока выполнен «а. операционном усилителе D2 и
имеет малое входное сопротивление за счет введения глубокой отри­
цательной обратной связи. Глубина вводимой обратной связи уста ­
навливается посредством включения соответствующих сопротивле­
ний R 2 и зависит от выбранного предела измерения значений кон­
тролируемой проводимости Gx. Прогр ·аммно управляемым коммута ­
тором· KS переключаются пределы преобразования.
Значение сопротивления обратной связи R2i для i-го предела
преобразования выбирается· таким, чтобы GxiRi = const (Gxi -
максимальное значение проводимости Gx на i-м пределе преобразо·
вания).
•
Напряжение на выходе операuионного усилителя D2, пропор ­
uиональное измеряемой проводимости Gx, нормируется с помощью
нормирующего усилителя D3. Расчетное значение выходного на·
пряжения Их определяется соотношением
и- R2R"EG
(3.10)
х-
R4
J
х·

Существует и ряд других схем преобразования проводимости
О,, , основанных на потенпиальном разделении элементов объекта
«онтроля . Одна из таких схем [32] представлена на рис. 3.5 .
За счет глубокой отринательной обратной связи усилителя D 1
13 точках В и С объекта контроля устанавливаются равные потенuи­
алы . Значения потепuиалов определяются источником ЭДС Е. Ра­
венство потенниалов в точках В и С обеспечивает отсутствие тока
через проводимость gвс, и, следовательно, весь ток обратной связи
усилителя D2 протекает только через проводимость G,,, обесrJечи­
еая падение напряжения , равное Е.
Схема преобразования (рис. 3.5) особенно удобна, если измеряе­
мая проводимость непосредственно соединена с общей шиной конт­
ролируемого ПУ . При этом отсутствует необходимость -в исполь-
зовании контакта KI.
.
Расчетное значение выходного напряжения U,,, так же 1<ar< и для
схемы рис. 3.4, определяется соотношением (3.10) . Однако на прак­
тике схема рис. 3.4 нашла более широкое применение, посколы<у
она обеспечивает нулевой потенuиал сразу в двух точках об ъекта
контроля (В и С) .
В реал.ьных устройствах значения Их отличаются от расчетных
по следующим причина!\!: коэффициенты усиления усилителей име­
ют ограниченные значения (порядка, Ю1- 105); контакты коммута­
торов и игп.rrьчатые контакты имеют значительные переходные со- _
противления (0,5-1 Ом); между контактами коммутаторов возни­
кают паразитные термоЭДС (порядка нескольких сотен микровольт).
Перечисленные факторы влияют на погрешности щ~_еобразования.
Оценим раздельно влияние переходных сопротивлений 1<онта1<­
тов в uепи А источника тестирующих сигналов (сопротивление
ГА); в uепи В измерителя тока (r 8 ); в цепи С заземления (rc). Переход­
ные сопротивления контактов отнесем к объекту контроля. При
оценке влияния каждого из переходных сопротивлений, например
rА, остальные сопротивления учитывать не будем .
На рис . 3.6, а показана принuипиальная схема объекта кон­
троля с учетом переходного сопротивления r А• Аналогично представ­
ляются схемы, учиТЫ!3ающие сопротивления r R и ro.
Преобразуем звезду с узлом в точке А в эквивалентный треу­
·rольник (рис . 3.6, б) . Значение эквивалентной проводимосl'И GxA
-отличается от значения измеряемой Сх,
1
GxA=Gx 1+гA(Gx+gAc) •
(3.11}
Относительная погрешность преобразования бА имеет значение,
определяемое соотношением
39

Аналогичное соотношение получим для· относительной поrрешно.
сти бв, учитывающей влияние переходного сопротивления rв:
l,
Gxв-Gx 100%=-
'в(Gх+gвс> 100~ (3.13)
в=
Gx
l+'в(Gx+gвс)
о.
Преобразование звезды с узлом в точке С при учете сопротивления
ro контактов заземления приводит к формуле
gлс+gвс
GАВ= rc
1
(
)
(3.14)
+rc gAc+gвc
с"8
z
Рис . 3.6 . Схемы компенсации погрешностей заземления:
а - пр и нципиальн а я схема объекта контроля с учетом переходного сопротивле ник
,·А; б - пр еобра зованная схема; в
.., схема
преобразования проводимо<:,тн GX в на при-
• . же ни е U' ; г - схема подключения корректирующего усилителя .
Проводимость GАв шунтирует измеряемую проводимость, так что
Gxc=Gx+GAB•
_ Значение
относительной погрешности бс, учитывающей влия­
ние сопротивления rc, определится соотношением
бс = Gxc;Gx l00 % = rcg~~вa
1
l•100%
.
(З.IS)
х
+ 'с (gлс+gвс>
Значения погрешности б0 в отличие от бА и бв о уменьшением изме­
ряемой проводимости Gx существенно возрастают. Рассмотрим это
на примере следующих значений параметров:
Rx=1/Gx= 10кОм; Гла=l/gлa=100Ом;
rва=1/gвс=100Ом; rл=rв=ra=1Ом.
Значения погрешностей, подсчитанные по формулам (3.12) - (3.15);
- следу ющие:
бА::::::: 1 %; бв~ 1 %; бс:=::::: 100 %.
Рассмотренныi] пример убеждает в следующем :

t. Переходные контактные сопротир,ления цепей А и В сущест­
'венно не влияют на результат преобразования. Погрешности пре­
образования 6А и 6в уменьшаются при уменьшении значений про- :
водимости Ох контролируемого резистора.
2. Погрешность 6с, вызванная переходными контактными со- ·.
противлениями в цепи заземления объекта контроля, весьма су- 1
щественна (порядка 100 %) и возрастает с уменьшением значений
проводимости Сх контролируемого резистора.
Погрешности, вызванные контактными сопротивлениями, умень­
шаются путем подключения к каждой точке объекта контроля двух .
игольчатых контактов, один из которых называют токовым, а вто-
. рой
-
потенциальным. Подобный способ подключения называют
многопроводным.
На рис. 3.6, в показана схема преобразования проводимости Ох
в напряжение U', использующая двухпроводное подключение точ-
•ки С объекта контроля к измерительному устройству. Переходные
сопротивления контактов в цепи каждого провода обозначены через
ro (заштрихованы). Токовый переход осуществляет заземление точ­
ки С, а потенциальный подключен к неинвертирующему входу опе­
рационного усилителя У. Влиянием контактных сопротивлений
rA и rв для простоты пренебрегаем, а источник ЭДС Е и усилитель
считаем идеальным.
.
Эrо означает, что напряжение между точками В и С отсутствует
и ток тю сопротивлению rва не протекает, входное сопротивление
неинвер;ирующего усилителя достаточно велико и ток по сопротив-
лению rc не протекает.
.
Потенциал точки С, а следовательно, и потенциал точки В от­
личен от нулевого за счет падения напряжения ЛU на сопротив•
пении r0
ЛИ= Е
гс
гс+ 1/(Gx+gAc)
·
Значение тока /, протекающего через измеряемую проводимость
t" определится соотношением
•
1
l=Gx(E-ЛU)=GxE 1+ (G + )
ГоХgAC
Напряжение U' пропорционально сопротивлению обратной
<:вязи r:
U' = OxEr l+гс(jx+gлс>•
Реальное значение напряжения U' отличается от идеального (полу~
'1аемого при ro = О):
41

Онюсительная погрешность преобразования б~ определится соот­
ношением
(3.16)
Соотношение (3.16) аналогично полученным ранее соотношениям
(3 . 12) и (3. 13) для погрешностей б А и бв . Следовательно, погреш-
ность б~ существенно уменьшилась и имеет значения одного поряд­
касбАибв-(б~:=:::, 1%).
дСхВ
Гд'i,\\/ rj~
,~
•'с1 1
!(! / 1(2 /(J 1(4 !(.
l(l
. .....: ..z
·
~ n1~
.....'t л с IJ
,.)
R2
Рис. 3.7. Шестипроводная _схема' измерения проводимости Gx.
,,,
Практически полное исключение погрешности бс достигается
ва счет применения дополнительных ·корректирующих усилителей .
Схема подключения такого усилителя D изображена на рис. 3.6, г.
Вход усилителя соединен с потенциальным контактом, а выход -
с токовым контактом заземляемой точки С. Вследств ие глубокой
отрицательной обратной связи потенциал точки С практически ра­
вен trулю, и погрешность бс исключается.
Если к точкам А и В также подсоединить по два контактных
элемента, то получим так называемую шестипроводную схему под ­
ключения объекта контроля (рис. 3.6, г).
Способ измерения проводимости Ох по шестипроводной схеме
подключения с использованием корректирующего усилителя D4
показан на рис. 3.7:
Глубокая отрицательная связь усилителя DJ поддерживает по­
тенциал точки А равным ЭДС Е независимо от значений переход­
ных сонротивлений контактов, подключенных к точке А. Глубокая
отрицательная связь ус;шителя D2 поддерживает нулевой потен­
циал в точке В независимо от контактных сопротивлений элемен·

то\, подключенных к точке В. Аналогично усилитель D4 поддержи­
вает нулевой потенциал в точке С.
Заметную погрешность может вызваJъ контактное сопротивле­
·ние rв токовой цепи. Однако участок цепи с сопротивлением rв
·-включается последовательно с резистором· R2 цепи обратной связи,
аначение сопротивления которого может быть выбра-но достаточно
6ольшим. Относительная погрешность б~, вызванная конечным зна­
· чением сопротивления rв в токовой цепи, определяется соотноше•
нием
Для значений R2,)ревышающих 100 Ом, погрешность б~ не пре­
восходит 1 %.
'·
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЗНАЧЕНИЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ Rx В НАПРЯЖЕНИЕ
На рис . 3.8 , а представлена упрощенная принципиальная схема
преобразования сопротивления Rx между точками А и В объекта
контроля. Объект контроля преобразован в четырехполюсник с об ­
щим зажимом С и подключен по трехпроводной схеме к измеритель­
ной цепи. Переходные сопротивления контактов реле и игольчатых
контактов в цепи А обозначены через r А· Аналогично qбозначень~.со­
противления rв и r 0 в цепях В и С соответственно. Преобразование
осуществляется в режиме заданного тока /, значение которого
устанавливается с помощью программируемого источника опорной
ЭДС, выполненного на усилителе D 1, и набора резисторов R2 пре­
делов преобразования.
Значение тока / для идеальных усилителей определяется соот­
ношением
(3.17)
так как на входе усилителя D2 (в точке А) за счет действия отрица­
чельной обратной связи поддерживается нулевой потенциал. Зна­
чение задающего сопротивления R2i для i-ro предела преобразова­
ния выбирается из условия
Rx,IR2i == const,
где Rx, -
максимальное значение сопротивления Rx на i-м преде­
ле преобразования; R2, -
значение задающего сопротивления Ra
для i-ro предела преобразования.
Если входное сопротивление и коэффициент усиления усилите•
ля D2 достаточно велики, то за счет действия обратной связи на
входе усилителя устанавливается нулевой потенциал и весь ток /
'IIротекает по сопротивлению Rx- Значение тока /, протекающе­
го по Rю не зависит от значения этого сопротивления (внутри
43

га·
/(/
ir7
\
/
\·/ г.
'л Где '{/вс 6
rcl
J(j/ К5.
J.c 8
li
-
а
r.
,\
/ 'вгj
"
Гr, / Гr,
с
J(/
Н4 1(5 К6 l(J
д/
/t2
DJ
,,
d
Рис. 3.8. Схемы преобразования сопротивления Rx в напряжение:
а - упрощенная принципиальная схема; б
-
шестипр оводнзя с 1<ем а .
одного предела преобразования). Спедовательно, контролируемое
сопротивление находится в режиме заданного тока. Ура в нение upe•
образования значения сопротивления Rx в напряжение V х при
идеальных характеристиках усилителей и отсутствии переходных
контактных сопротивлений определяется расчетным соотношением
Их= R:R, ERx,
{3.18)

О.р.нако по изложенным выше причинам реальные значения на·пря"
ж~ния Их отличаются от расчетных.
\Оценку по.:решностей проведем, как и в случае nреобр~зованшt
vрd~одимостеи, отдельно для каждого из сопротивлении r А, 'rв
и rе.-
Воспользовавшись . преобразованием (рис. 3.6, 6) и соотношением
(3.11), получим
RxA = Rx[1 +ГА(Gх+gлc)J,
где RxA - значение эквивалентного сопротивления между точками
А и В (рис. 3.6, 6), обратное значению проводимости Gхл- Относи­
!fельная погрешность преобразования бл имеет значение, определя0
емое соотношением (3.19):
Rxл-Rx
бА=
•Rx
100 %= ГА(Gх+gлс)100 %.
(3.19)
Аналогично определяется значение погрешности бв, учитыва­
ющей влияние переходного сопротивления rв:
•~хв-Rх
бв=
Rx
100 %= rв(Gx+gвс)100%.
(3.20)
При учете сопротивления rв между узлами А и В возникает допол­
нительная проводимость GАв (3.14); шунтирующая измеряемое
сопротивление Rx· Сопротивление Rxc с учетом проводимости GАв
определится соотношением
1
Rxc = Rx 1+GлвRх
Значение относительной погрешности бс, учитывающей влияние
сопротивления rc, определится аналогично
выражению (3. 15)":
·,
.i: = Rxc-Rx 100 о,,. = -
GAвRx
(3 21
.uc
Rx
10
1 + GАВR,с" •
•
)
Для малых сопротивлений rc значения погрешностей 60, подсчитан;.
ные по формулам (3.21) и (3 . 15), практически совпадают по абсо­
лютной величине и противопольжны по знаку:
rcRx
бс=::---.
'лс'вс
ОднаI<о точное значение 60 для преобразования сопротив.пе1шй ока­
зывается несколько меньшим. Для рассмотренных выше значений
параметров объекта контроля значение проводимости, подсчитан­
ное по формуле (3.14):
Gлв = rc gACgВG ;:а;; О,98 . 10-
4
Сим.
1f 'с(gAC+gвс)
45

•
/
б.= Gл8I00%. = 0,98. 10-
4
• 100%=О98.l00%=98%,'-/
с
Gx
\,О• 10-4
'
f.
Погрешность при измерении проводимости G,c
Приближенное значение бс, определенное ранее, составляло 100 %.
Погрешность при измерении сопротивления R,c
Точное значение []Оrрешности от влияния переходных контак­
тов заземления для сопротивления Rx (при заданнь1х значениях
параметров) оказалось почти вдвое меньше
f~c по модулю, чем для проводимости Ох.
Компенсация []ОГрешностей, вызванных
наличием переходных сопротивлений контак­
тов, при преобразовании сопротивлений Rx
производится (как и для []роводимостей Ох) за
счет мноrопроводных схем подключения объ­
екта контроля и измерительной цепи. На
рис . 3.8, 6 показана шестипроводная схема
· подключения резистора []РИ контроле его
сопротивления Rx· Компенсация []ереходных
сопротивлений в цепи заземления (точка С)
производится с помощью дополнительного
Рис. 3.9. Погрешности корректирующего усилителя D4, действие
;~т заземления.
которого рассматривалось ранее . Характерной
особенностью схемы является измерение []а­
денин напряжения на сопротивлении Rx непосредственно с по­
мощью дифференциального усилителя D3.
Провода, подключающие входы дифференпиалыюго усилителя
D3, являются потенциальными (значения сопротивлений R3 и R4
~ыбираются достаточно бол~шмми). Поэтому влияние переходных
сопротивлений контактов rА и r8 оказывается незначительным.
Линии, содержащие переходные сопротивления контактов rА
u rв, являются токовыми. Поскщrьку преобразование Rx произво­
дится в режиме заданного тока, сопротивления r А и rв не вызыва­
ют существенных погрешностей. Значительное уменьшение погреш­
ности ба достигается непосредственным подключением неинверти­
рующего входа усилителя D2 к узлу С (рис. 3.9).
Проведем анализ, аналогичный анализу схемы 3.6, в. Как и
прежде, характеристики усилителя примем идеальными. Это озна­
чает, что за счет действия обратной связи потенuиа,п в точке С
установится равным потенциалу точки А (входное сопротивление,уси-
JIИтеля велико и ток по потенциальной линии r~ не протекает).
Равенство потенциалов в точках А и С приводит к отсутствию тока
46

че ез сопротивление rда, и весь ток l проходит по сопротивл~
}!И Rx•
ок l создает на сопротивлении Rx падение напряжения
• Ихс=IRx·
(3.22)
Раве ство потенциалов в точках А и С свидетельствует о том, чтс
напр~жение Ихе также равно падению напряжения на сопротивле~
J!ИИ kвс. Ток, протекающий по сопротивлению rвс, одновременнс
Jiротекает и по сопротивлению rc, создавая на нем падение . напря­
жениr~ ЛИ. Следовательно,
rc
ЛИ =Ихс--.
'ьс
(3.23}
Ток, протекающий по сопротивлению Rx и задаваемый сопротпвле"
нием R2, определится уравнением
I=Е+ли
(3.24)
R2
Решив совместно уравнения (3.22) - (3.24), получим характерис­
rrику преобразования с учетом влияния переходных сопротивлений
контактов ro
и• ЕRx
I
U
(5)
хе= R2 (rcRx)f(rвcR2) = х 1 - (rcRx) f (rвcR2) • 3
•
2
Характеристика (3.25) отличается от идеальной (при ro = О).
Относительная погрешность преобразования б~ имеет значения ,
определяемые соотношением:
{j~ = Ихс· -их I00 % _ (rcfr8 c) (Rx!R2) IO0 %. (3.26)
Их
I - (rcR.x) f (r8cR2)
При анализе cS~ необходимо учитывать, что для каждого i-ro
предела преобразования отношение Rx;I Rz; выбирается постоянным
и обычно не превышает единицы . Приняв R2 = Rx = 10 ·кОм для
ранее установленных значений параметров объекта контроля;
получим
cS; = (1/100) (104 /10
4
) 100% ,.._, 1%.
1 - (1/100) (104 /104)
,,...,,
Погрешность б~ равна по модулю погрешности из выражения (3. 16)
для проводимости Ох, од1шко в отличие от нее имеет положительный
внак.
Включение Ьд в цепь обратной связи усилителя по схемам, изо­
браженным на рис. 3.8, оказывается не всегда возможным. При не­
которых соотношениях реактивных параметров ОД в цепи усилите­
ля Q2 возникает режим генерации. Схема преобразования значения
47

/
сопротивления Rx, представленная на рис. 3.10, свободна от указрн-
ного недостатка. Измеряемое сопротивление Rx подключаетсяjис­
rочнику напряжения EF с ·внутренним сопротивлением R.,. На ря .
};Кение на выходе усилителя DJ пропорционально значению . ка,
протекающего по сопротивлению Rx: V 1 = / xR1 . Падение н пря ­
жения Uх на сопротивлении Rx измеряется с помощью дифферен­
циального усилителя D2, аналогично измерению по ехеме рис. 3.8, 6 1
И2 = КИх= KlxRx;
rде К - коэффициент преобразования каскада усилителя D2 .
аначение сопротив.ления вычисляется по формуле:
\
/
\/
И2 Rt
Rx=И1К.
Вычисления проводятся с
помощью средств, имею­
щихся в АСКД .
Изменение значения со­
противления RF в широ­
ких пределах практически
не влияет на результат из ­
мерения сепротивления Rx•
3.ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
ПАРАМЕТРОВ
ПОЛУПРОВОДНИИОВЫХ
ДВУХПОЛЮС НЫХ ЭР Э
Рис. 3.10, Схема о_пределения зн а чений Rx
no результатам измерений напр.яжения и
<rока.
Преобразование пара­
метров полупроводниковых
ЭРЭ в АСКД обычно про­
водится на постоянном токе. Значения выходного напряжения из­
мерительного преобразователя так же, как и для резисторов, вы­
бираются в пределах от 10 мВ до 1 В.
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДИОДОВ
Падение напряжения на открытом переходе диода измеряется
в режиме заданного тока . Режим заданного тока обеспечивается
включением диода в цепь обратной связи операционного усилителя
D2; изображенного на рис.- 3.11, а. Значение задающего тока /
устанавливается сопротивлением R2 :
l=E/R2(U1=Е).
Для маломощных диодов обычно выбирают значение задающего
тока в пределах (1 + 10) мА, что при ЭДС Е = l В соответствуе11
значениям сопротивления R2 = (1 кОм - 100 Ом) .
48

Типичные sначения падения напряжения на открытом перехо•
де германиевых и кремниевых диодов проведены в табл . 3.2 . Здесь
е приведены соответствующие значения статического сопрот,•шле­
ия r0.
VJJ
Рис . 3.11 . Схемы включения диодов:
а -- включение в цепь обр атно й связи: " б . .. .. . подкл ючен ие к выходу ИС'I.'очника на•
пряжения.
Из табл. 3. 2 следует, что с увеличением рабочего тока / сущест­
венно уменьшается сопротивление r0 открытого диода. Если значе ­
ния шунтирующего действия сопротивления намного превышак-т
вначения fa; то их влиянием можно пренебречь и ·точку <.;
(рис. 3.11, а) вообще не заземлять.
3.2. Значения падения напряжения открытоrо диода
.
Германиевый
Кремниевый
Е.В
/, мА·
R.2
,
Ом
Uд. мВ
1
Uд' мВ
1
'•· Ом
r0i Ом
1,0
l00
150
1,0
150 .,,
350
350
10
100
150
20
450
50
Так, например, для значений rАс = rво = 200 Ом погрешность
преобразования параметров германиевого диода не превышает
5%притоке/=10мА,втовремякакпритоке/= 1мАэтапо­
грешность достигает 30 %.
Обратный ток диода измеряется в режиме заданного напряже­
ния. Режим заданного напряжения обеспечивается подключением
диола к выходу низкоомного источника напряжения И1, изображен­
ного на рис. 3. 11, 6. Обратный ток диода / д преобразуется в на­
пряжение U2 операционным усилителем D2:
И2 = lдR2,
т. е. фактически преобразуется значение проводимости gз закрыто:
го диода в напряжение по схеме преобразования проводимостеи
49

Ох (см. рис. 3.5, а) . Расчетное значение выходного напряжения- /
определяется соотношением, аналогичным (3.10) . Значение витающего/
напряжения U1 выбирается в пределах (1-3) В с целью обеспече/
ния неповреждающего контроля. Типичные значения обратного тоL
ка / д и статического сопротивления rз закрытого диода для гермi­
ниевых и кремниевых диодов приведены в табл. 3.3 . Следует отм~­
тить, что даже для диодов одного типа значения сопротивления 'rз,
м :1 гут отличаться более чем на порядок. Поэтому при программиро­
ва нии в АСКд обычно указываются предельно допустимые макси­
мальные значения тока утечки / д или сопротивления Га. При уста -
3.3 Значения обратноrо тока закрытого диода
Германиевый
l(р емние вый
Е;В
/д, мкА
,.
1
1д' MI{A
R2 , 1.1Ом
r,, мОм
R.2
,
мОм
r3, мОм
1,0
1,1
0,9
0,1
2-10-2
50
1,0
3,0
1,3
0,70
О,!
4-10- ~
25
1,0
новлении предельно допустимых значений тока утечки необходимо
учитывать следующие факторы :
_
1. Значения тока / д для кремниевых диодов соизмеримы со­
значениями теплового тока Л/0 на входе усилителя D2, что приво­
дит к ~озникновению существенных погрешностей преобразов-ания .
2. Шунтирующее действие сопротивлений ГАс и rвс также
может . привести к дополнительным погрешностям (см. формулу 3. _ 15) .
В отличие от прямого включения при обратном включении дио­
дов:- шунтирующие цепи (точку С) необходимо обязательно
подключить к общей шине.
Перечисленные погрешности, а также широки й диапазон ·изме­
нения значений температурного тока lдu привели к тш,1у, что реаль­
ные допустимые значения обратного тока диода / д выбираются дл я
германиевых диодов в пределах 10 мкА, для кремниевых диодов -
1 мкА [2]. Для получения выходного напряжения U2 порядка 1 В
необходимо установить значения сопротивлений R2 , указанны е в
табл. 3.3.
Контроль обратных параметров диодов с закороченным р - п
переходом может привести к возникновению значительных напря­
жений на выходе усилителя D2, что противоречит требования м
неповреждцющеrо контроля . Для исключения указанных перегр у­
зок усилителя применяются специальные меры , основанные на
включении нелинейной обратной связи. Однако для устранения­
опасностей перегрузок усилителя необходимо, чтобы контролю
параметров диодов предшествовал контроль на отсутствие корот-
ких замыканий.
•

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
КРЕМНИЕВЫХ СТАБИЛИТРОНОВ
Преобразьвание параметров кремниевых стабилитронов в АСКД
п оисходит в трех различных режимах: в режиме прямого смещения
д ода; в режиме обратного смещения; в режиме пробоя.
.
Первые два режима ничем не отличаются от режимов проверки
обычных диодов. Параметры преобрАзовываются в унифицирован­
ные напряжения по схемам, представленным на рис . 3.12, их ха­
рактеристики соответствуют характеристикам кремниевых диодов
(табл. 3.2, 3.3) . В режиме пробоя обычно измеряется значение на­
пряжения стабилизации Ист при заданном токе l = 10 мА.
Рис. 3.12 . Схемы измерения пара метров закрытых диодов :
а - измерение параметров пробоя стабил итрона; 6 - вI<лючеIIие дополнительного •уси­
лителл У/ по cxei-re повторителя напряжения.
Н апряжение стабилизации Ист для большинства типов стаби­
литронов существенно превышает допустимые значения напряжений
(J -3 В) , удовл етворяющие требованиям неповреждающего кон­
троля . Поэтому проверку стабилитронов в режиме пробоя следует
пр о водить после завершения проверок всех остальных элементов.
Параметры пробоя стабилитронов преобразовываются по схеме,
показанной па рис. 3 . 12, а, непосредственно перед функциональной
проверкой ПУ, осуществляемой при номинальных значениях на­
пряжений питания , Сопротивление Ro задает ток !, протекающий
по цепи, содержащей проверяемый стабилитрон VD. Усилитель D2
используется в режиме делителя напряжения. Значения сопротив­
лений R 1 и R 2 выбираются достаточно большими по сравнению с
R0 . Напряжение U2 на выходе усилителя пропорционально напря­
жению стабилизации Ист:
В реаль ных ПУ стабилитрон соединяется с другими элемента­
ми, имеющими эквивалентные сопротивления ГАс и rвс- Указанные
.элементы шунтируют стабилитрон. Общее шунтирующее сопро тив-
.51

пение Rш определится соотношением
R = ЮtrАС+'всJ
ш RI +rАс+'вс
(3.27)
Влияние сопротивления Rш необходимо учитывать при выборе
ЭДС Е и сопротивления Ro, задающих режим работы стабилитрона.
Значение тока/ст, протекающего через стабилитрон, определится
соотношением
/_[[Rсн(Е
) Rсн]
ат- сн -- ---1
---
,
Ro
Ист
Кш
(3.28)
где Rсн = Истllсн - статическое сопротивление стабилитрона при.
номинальном значении тока / сн-
Допустим, что при некотором максимальном значении сопро­
чивления Rш1 значение тока lст, протекающего через стабилитрон ,
вдвое превысит номинальное значение / сн• Допустим также, что
nри некотором минимальном значении шунтирующего сопротив л е­
ния Rш2 значение тока / ст уменьшится вдвое по сравнению с номи ­
нальным значением fсн• Указанным допущениям соответствуют
уравн~ния
(3 .29)
Сравнивая уравнения (3.29), получаем
, Gш2 - Gш1 = 1,5Gсн,
(3. 30}
где Gш1 = l/Rш1; Gш2 = l/Rш2; Gсн = 1/Rсн-
Из соотношения (3.30) следует, что допустимый диапазон из­
менения значений шунтирующих проводимостей постоянен для всех
пределов преобразования. Используя выражение (3.29), для каж­
дого предела преобразования вЬiчислим значение задающего со­
противления R0 •
В табл. 3.4 приведены предельные значения сопротивлений шун­
тирующих резисторов Rш 1 ; Rш2 и соответствующие им значения со­
противлений Ro, подсчитанные по формулам (3.29) и (3.30) для ста­
билитронов, имеющих следующие характеристики: fсн = 10 мА;
Ист = 5 В. Из табл. 3.4, в частности, следует, что при питании пре­
образователя от источника ЭДС Е = 30 В и ?адающем сопротивле­
нии Ro = 1250 Ом нормальная проверка стабилитрона возможн а
лишь при з-начениях шунтирующего сопротивления, превышаю ­
щих 333 Ом.
При уменьшении значений сопротивлений Rш уменьшается до­
пустимый диапазон их изменения для каждого предел.а преобразова-
52

~ия. Так, например, для четвертого предела преобразованиw,
(табл. 3.4) допустимый диапазон изменения Rш составляет всег0s.
2.9 Ом. Практически приходится ограничиваться работой в предеJ1ах,
п~рвого диапазона, т. е. принимать минимально допустимое значе­
нJ;Iе шунтирующего сопротивления Rш2 из условия
1
Rш2 = Q,66Rcн•
(3 .31},
При этом во всем диапазоне изменения значений шунтирующих.
сопротивлений от бесконечности до Rш2 рабочий ток / ст, протека­
ющий по стабилитрону, изменяется от 0,5/сн до 2,Оlсн•
Если шунтирующее сопротивление R111 меньше, чем О,66Rсн,
и образовано соединением двух сопротивлений rлс и rвс, то следует·
применять дополнительный компенсирующий усилитель, включен-
3.4 . Предельные значения сопротивлений н проводимостей
Gш, Ом
Gщi
о
0,003
0,006
0,009
1
01112
0,003
0,006
0,009
0,012
R111, Оы
Rш!
00
333
166
llI
1
Rш2
333
166
lll
81,9
Е=20В
750
428
300
230
R0• Ом
1Е=ЗСВ1
1250
715
500
384
Е=40 В
1750
1000
700
537
ный по схеме повторителя напряжен ия, как · это показано Н&,
рис. 3. 12, 6, или проводить проверку _в режиме преобразования со­
противления по схеме рис. 3.11, а при обратном направлении вклю­
чения стабилитрона.
Компенсирующий усилитель (рис. 3.12, 6) поддерживает потен­
циал точки С равным потенциалу точки А. Следовательно, по•,
участку цепи с сопротивле1щем r АС ток не протекает и шунтирую­
щая цепь отсутствует. Значение ограничивающего сопротивления
R0 выбирается из соотношения
R0 = Rсн(и~., - 1)·
(3.32)
Так, в частности, для рассметренного ранее стабилитрона при Е =
= 30 В R0 = 500 (30/ 5 - 1) = 2500 Ом. Значение рабочего тока че­
рез стабилитрон равно номинальному :
/
Е-Uст-(ЗО-5)8 =О01А=10мА.
сн=
R0
~ 2500Oм
'
Компенсирующий усилитель"DJ должен обладать нагрузочной спо­
собностью, достаточной для подключения к его выходу сопротив-­
.tiения rвс,
53-

Преобразование параметров стабилитронов в режиме отсутствия
'Пробоя производится так же · как и для обычных диодов по схе­
ме, изображенной на рис. 3.11, б.
Для термокомпенсированных стабилитронов необходимо учи­
-тывать равенство значений прямого и обратного сопротивлений.
Поэтому токи утечки контролируются как при положительных,
так и при отрицательных значе·ниях ЭДС Е.
4. ПРЕОЕРАЗОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Основными характеристиками транзисторов в открытом СОСТОЯ·
нии являются падения напряжения нар - п, переходах. Эти харак­
теристики определяются обычно в режиме заданного тока. Режим
в 1данного тока обеспечивается включением транзистора в цепь об-
ит
{[
6
1/Т
2
о
с
Рис . 3 . 13. Схемы проверки открытого транзистора: :
а,в-Ик=о. S = a,v/(1-aN>•
/к=·о,s=a,,v/(1- a1a,v):б, г-
U
3=О,
s=щЮ-щ),/3
= о,s=а1Ю-a,va1):д,е-u6=о,s=\.
ратной связи операционного усилителя тю{ же, как при измерении
-сопротивлений резисторов (рис. 3.8) или диодов. (рис. 3.11, а). Ти­
rювые вначения основных параметров транзистора приведены в
табл. 3.5 .
·
Возможны шесть различных способов включения транзистора
в цепь обратной связи (рис. 3.13). Во всех случаях транзистор на­
ходится в открытом состоянии. Ток через контролируемый р - п
w-54

\ переход устанавливается изменением сопротивления R 2:
\
/т = EIR2.
(3.33►
Для каждой из первых четырех схем (рис . 3 . 13, а-:--г) возможны
два режима включения транзистора . В первом режиме (и· = (},
и Из = О) третий полюс транзистора подключается к общей i'liинe,
во втором (/" = О или / э = О) третий полюс не подключается. Для·
остальных двух схем (рис. 3.13, д, е) возможен только первый ре­
жим (Uб = О), поскольку во втором режиме (/6 = О) транзистор ,
закрыт.
Напряжение U 2 на выходе
усилителя D2 для всех спосо ­
бов преобразования, опреде­
ляется общ им соотношением:
3.5. Параметры транзисторов
Пар аметр
U2 =cpтlnl~s+ 1),
,ша/
(3.34)
где lт - рабочий ток через /1ш, мА
р - п переход (3.33); Zкн -
тепловой ток через транзи- , Iэн, мА
стор; ер, - температурный по­
тенциал .
1
Германие­
вые
1 Креыю1 евые
0,80-0,95 0,80 - 0,95
0 ,15-0,50 0,15-0,50
\0-4-10-З 10-8
-J 0-6
0 , 05-1,О
0,5-10
1,0-10
l0-100
Закрытый _ транзистор ха ­
рактеризуется током эмитте- rб, Ом
ра , током коллектора и базо- --------"-- ------ -
б
rкб• , ..,,, , мОы (\,0-2,0) (2,0- 5,0)
вым током при о ратном сме- __=
___ ___ ___ ____
щении р - п переходов. Про-
о
-
Tюil• М М
(2,0-5,0) (5,0-10,U)
верка проводится в режиме
задшшоrо напряжения по схеме рис . · 3.4.
.
Значение тестирующих ЭДС в различных АСКд устанавливается
в пределах l-1О В [ J; 30] . Это значение должно удовлетворять про­
тиворечивым требованиям . С одной стороны, электродвижущая си­
ла Е ограничена сверху требованиями неповреждающего контроля.
С другой стороны , тестирующее напряжение должно быть достаточ­
но большим, чтобы обеспечить протекание через транзистор токов ,
превышающих значения тепловых токов на входе измерительного
усилителя. Поэтому обычно выбирается компромиссное значение,
равное 3 В.
Возможны шесть видов контроля закрытого транзистора, по1,а -
занные на рис. 3.14 .
В режиме заданного потенциала базы (U6 = Е) и зм еряютс я
обратные токи эмиттерного (рис. 3.14, а) и коллекторного
(рис. 3.14, б) переходов. Поскольку обратные токи закрытых тран­
зисторов имеют малые значения, сопротивления R2 в цепи обрат­
ной связи усилителя должны выбираться достаточно большш.ш
55

lll
/?2
а
.D
lll
8
с
Рис. 3.14 . Схемы проверки закрытого транзистора:
'
a,v
CIIJ
. а, в.,,.. И,= 1911 /3,v R, + ЕgэбR,; б, г -- И,= lкн /3J R, + ЕgкбR,; д"'" И,=
= aNlэнR, + Egк9R,; е - И,= a,vlкнR• + ЕgкэR,.
Рис. 3.15. Схемы проверки rюэффициента усиления транзистора!
а ...., фушщиональная
проверка; б - проверка двух параметров.
·(R2 = 100 кОм:_ для германиевых транзисторов и R2 • 1,0 мОм -
-для кремниевых транзисторов).
•
Преобразование базового тока транзистора в режимах заданно­
то потенциала эмиттера (Иэ = Е) и заданного потенциала коллек­
тора (Ик = Е) проводится соответственно по схемам, показанным ·
на рис. 3.14, в и рис. 3.14, г.
_
Режимы заданного потенциала эмиттера (рис. 3.14, д) и задан­
·ного потенциала коллектора (рис. 3.14, е) обеспечиваются подклю­
чением эмиттера (коллектора) к источнику ЭДС Е. В обоих случаях
исключается влияние проводимостей объекта диагностирования-,
,.·66

шунтирующих переходы эмиттер - база и коллектор
-
база кон­
тролируемого транзистора.
Коэффициент усиления транзистора проверяется обычно по
схеме с общим эмиттером, показанной на рис. 3.15, а.
К транзистору подключается два источника ЭДС. Источник
Е1 = 1...3 В совместно с сопротивлением R 1 устанавливают требу­
емое значение базового тока / 6 (положение 1):
Е-Vэб
/б=
Ri
(3.35)
Источник ЭДС Е2 обеспечивает режим обратного смещения ко.71-
лекторного перехода. Значение ЭДС Е2 должно превышать значе­
ние Е1, оно обычно устанавливается в пределах Е2 = 5 ... 10 В.
Используя модель идеализированного транзистора в режиме
с общим эмиттером [16; 61], при отрицательном смещении коллек­
торного перехода (Икэ < О) получаем
По отношению к коллекторной цепи транзистор ведет себя как
источник тока.
Напряжение U2 на выходе преобразователя опредеJштся соотно.~
ш~нием
И2 =(~,v/б + fкн
1
;-~ ~:N) R2_•
С учетом ВI?Iражения (3.35} получим
И2= ~,v✓ ~:
(Е1 - Иэб) + fкнR2 1-a,v
Учитывая малые значения составляющей тока / кн,
R-
И2 = ~N R; (Е1 -Иэб).
(3.37)
Напряжение Иэб открытого транзистора находится в следующих
пределах: 0,25-0,45 В - для германиевых транзисторов; 0,5-
0, 7 В - для кремниевых. Это напряжение необходимо учитывать
при градуировке преобразователя с тем, чтобы базовый ток уста~
навливался порядка 1 мА.
Например, для источника ЭДС Е = 2 В при проверке германие­
вых транзисторов выбираются следующие значения сопротивления :
R1 = 1,5...2 кОм.
ЕслиR2 • 1ООм, топризначенияхтока16 = 1мА U2= R2lб~N.=
= 10~,v [мВ], т . е. для транзисто!')ОВ с коэффициентом f3JY = 20
напряжение U2 на выходе преобразователя равно 200 мВ.
57

Проводимость утечки g" э между коллектором и эмиттером кон­
тролируется в режиме Иэб = О. Указанный режим обеспечивается
-1:юдключением базы транзистора по схеме рис. 3.15, а (переключа­
'Гель К - в положении 2).
Коллекторный ток закрытого транзистора
fк = - fкн- Е2gкэ0
Напряжение U2 на выходе преобразователя при закрытом транзис­
торе
. И2 = (/"н -1-- Е2gкэ) R2-
Учитывая малые значения остаточного коллекторного тока
/"н и проводимости утечки gкэ, получаем выходное напряжение
преобразователя порядка единиц микровольт.
В реальных схемах ОД коллекторный переход чаще всего оказы­
вается зашунтированным резистором с сопротивлением R"э (на
рис. 3.15, а показано штрихом) . В этом случае напряжение И2
на выходе преобразователя при закрытом транзисторе определяется
.в основном значением этого сопротивления Rкэ• Например, для
Rкэ=10кОм,R2=10ОмиЕ2=5В
И2 = Е2R2!Rкэ = 5 мВ.
Преобра зователь, показанный на рис. 3. 15, 6, обеспечивает од­
tnвременную проверку двух параметров открытого транзистора.
Такие преобразователи относятся I{ классу многомерных измери­
тельных преобразователей [26; 27; 301 . Дополнительный усилитель
D2 поддерживает потенuиал коллектора транзистора, - вкJiюченно­
го в цепь отрицательной обратной связи усилителя D2. По отно­
шению к напряжению И2 схема включения аналогична схеме,
изображенной на рис. 3 . 13, а. Значение U2 соответствует падени~
напряжения на открытом переходе эмиттер - база. Однако нали­
чие усилителя D2 позволяет получить дополнительную информаuию
<> коэффициенте усиления ~лr транзистора.
Действительно, ток короткого замыкания коллектора l к ранее
был определен соотношением (3.36):
•
Е
/к=- /~N=- R.i
~,v.
Следовательно, напряжение ИЗ на выходе преобразователя .про­
порционально коэффициенту усиления ~N •
R.
Ua=E / ~N•
.
1
ДлязначенийЭДСЕ=1В;RI=1,0кОм;R2=10Омпо­
лучим
58

Рассмотренный пример подтверждает дополнительные возмож­
ности многомерных преобразователей в повышении быстродействия
измерительных преобразователей параметров ЭРЭ в АС.КД, по­
скольку проверяются два параметра одновременно.
5. ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ
Проверка правильности соединений заключается в проверке на ­
личия связей между всеми точками одного проводника и отсутствия
связей между точками различных проводников.
•
Неисправности связей отнесены к структурно-топологическим
дефектам в электронных схемах, поскольку при наличии данных
неисправностей фактически изменяется сама схема. Поэтому про­
верка правильности соединений должна всегда предшествовать па0
раметрической проверке объекта диагностирования.
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ПРОВЕРКИ
Качество · программ диагностирования существенно влияет на.­
эффективность АСКД. Одна из возможностей со1<р а щения затрат­
на диагностирование состоит в минимцзации трудоемкости про­
грамм проверки, т. е. в определении минимального числа элемен -­
тарных проверок, необходимых для диагностирования любого чис­
ла непращтьных соединений. Под элементарной проверкой пони­
мается • контрольная операция, устанавливающая наличие или
отсутствие электрической связи между двумя узлами схемы соедине-
ний (прозвонка).
•
При этом контролируется взаимная проводимость между про - •
веряемыми узлами, причем принимается во внимание не количест- ­
венное значение, а оценка того, что значение проводимости больше ­
некоторого минимального.
Каждая элементарная проверка устанавливает наличие единич­
ного или нулевого элемента на пересече,щи соответствующих стро­
ки и столбца матрицы смежностей (см. рис. 2.2, а). Матрица смеж-­
ностей симметрична и имеет единичные диагональные элементы .
Поэ:гому для дi1агностирования п-нолюсной схемы соединений доста­
точно М элементарных проверок
М=п(п- J)/2.
• (3 .38)
Однако указанное число элементарных проверок является избы- ·
точным . Существование избыточных проверок можно проиллюстри­
ровать примером . Пусть в схеме соединены 3 полюса. Из формулы
(3.38) следует, что для .данного объекта достаточно провести М =
= 3 . 2/2 = 3 проверки. В то же время из факта связи полюсов
1 и 2, 2 и 3 следует, что полюса l и 3 также связаны между собою.
Третья проверка является следствием первых двух и новой инфор­
мации не несет.
59

Рассмотрим множество различных п-полюсных печатных плат.
Платы могут отличаться как числом отдельных проводников, так
я номерами полюсов, принадлежащих каждому проводнику.
Так, например, три полюса можно соединить пятью различными
>{:Пособами, показанными на рис. 3.16. В первом случае все три по•
люса объединены в один проводник . Следующие три вида плат име­
ют по два проводника, а последняя плата имеет три изолированных
лроводника, каждый из которых содержит по одному полюсу (вы•
рожденные проводники). Для четырехполюсных печатных плат
имеется 15 различных видов соедиt-1ений. В общем случае, для n-no•
люсных печатных плат возможно N (п) различных вариантов со•
единений. Проверить соединения печатной платf>I означает оnред~
IGiiJI 1°@ 11°@ 11°@ J 1° 001
Рис. 3.16. С пос обы разде.тrения трехпошосных схем соедине ний.
лить, к какому из N (п) видов следует отнести данную печатную
,плату .
Числа N (п) называют числами Белла. Для их расчета сущест•
вует ряд формул. Одна из наиболее удобных формул содержит оnе­
;рацию двой ного суммирования
•
i,('~ (- \)s ) kn-1
N(п}=k~
~s1
(k-I)1•
Все различные п-nолюсные платы составляют ансамбль. Появле.
ние в ансамбле какой-либо платы i-го типа возможно ,с вероятно­
стью Pg, В еличину
N
Н= - ~ Р;log2Р;
i=I
·называют энтропией. Энтропия имеет смысл среднего количества
информации, получаемой в результате эксперимента.
Если о схеме соединений отсутствует какая-либо априорная ин•
,формация, то неопределенность выбора будет наибольшей при рав•
новероятности появления плат каждого типа
1
Р;=р= N(п) !
В этом случае
(3.39)
Соотношение (3.39) опреде.1яет среднее число элементарных про•
Берок, необходимое и. достаточное для полной идентификации
п-полюсной печатной платы в условиях отс:утствия какой-либо до•
nолнительной информации о схеме ее соединения.
,60

Задача построения диагностической программы с минимальной
трудоемкостью предполагает устранение избыточных элементарных
проверок, не несущих новой информации.
АЛГОРИТМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ
Среди известных ме11одов поис1<а неисправностей электрических
соединений наибольшее распространение получил метод дихотоми­
чесrюго разбиения множества контролируемых точек на отдельные
подмножества [29].
JJ12.J4
J"6
7В 9!О 1112 1JИ.
11
Рис. 3.17 . Алгоритм дихотомического разделения полюсов при:диагности- '
1<е соединений.
Сущность одного из алгоритмов, реализующих указанный ме­
~од, рассмотрим на конкретном примере. Условное изображение
древовидного графа алгоритма проверки показано на рис. 3.17.
Допустим, что диагностируемая схема соединений содержит п по­
люсов (от 1 до 16). Введем в рассмотрение дополнительный полюо
(нулевой), не соединенный ни с одним из проверяемых полюсов. Из
числа проверяемых полюсов произвольно выбираем один (напри­
мер, полюс 16) и относим его к некоторому множеству Gн которое
прежде было пустым. Оставшиеся полюсы распределим. на две при­
близительно равные группы первого уровня. Одна из групп (на­
пример, левая) содержит нулевой полюс (полюсы 0-7), а вторая
(правая - полюсы 8-15) не содержит его. Из рис. 3.17 следует,
что всего имеется log2 п различных уровней. .
,
Проверка осуществляется следующим образом. Все полюсы
DРавой группы замыкаются между собой и _проверяется наличие·
61

електрического соединения между ними и выделенным полюсом. При
положительном исходе проверки первого уровня переходят по пра­
вой ветви к проверке правой •подгруппы второго уровня (полюсы
12-15). При отрицатеJJьном исходе проверки первого уровня п~ре­
ходят по левой ветви к проверке другой правой подгруппы второго
уровня (полюсы 4-7).
Аналогично осуществляется переход на следующие, более низ­
кие уровни. Характерно, что на любом уровне замыкаются и прове­
ряются всегда щrшь правые половины полюсов каждой подгруппы.
Например, положительные результаты второй и четвертой про­
верок свидетельствуют о замыкании полюса 10. Замыкаемый полюс
заносится в множество G1 и становится проверяемым. Ранее прове­
ряемый полюс 16 из дальнейших проверок исключается и завер­
шается первый цикл.
Отрицательные результаты всех элементарных проверок указы­
вают на изолированность проверяемого полюса относительно
остальных (связан с нулевым полюсом). В этом случае очередной
проверяемый полюс выбирается из числа оставшихся, произволь­
но заносится в новое множество А 2 и осуществляется переход к но­
вому циклу.
Выбранный алгоритм обеспечивает поочередную идентификацию
всех проводников {G1 ,
.. . , Gт) с последовательным определением всех
узлов V5 , относящихся к каждому проводнику G5 • Если, напри•
мер, полюс 16 соединен не только с полюсом 10, но и о полюсом 2,
то на_ втором цикле это соединение обнаружится и полюс 2 совмест­
но с полюсами 16 и 10 будет отнесен к множеству _ проводников G1 •
Проверка группы цолюсов V5
,
принадлежащих одному проводни­
ку Gs, все_гда завершается циклом, в которо~ все элементарные про­
верки имеют отрицательные исходы (связь с нулевым полюсом).
Полюс Vs, проверяемый на этом цикле, принадлежит проводнику
Gs и считается узловым. Все остальные полюсы, не вошедшие в
число узловых, считаются концевыми и относятся к множеству Vk .
Оценим трудоемкость алгоритма по числу элементарных прове­
рок, необходимых для его реализации.
·
Для идентиd:шкации п-полюсной схемы соединений необходимо _
выполнить п -: - '1 цикл проверок. Из них т - 1 циклов для провер ­
ки узловых полюсов и п - т циклов для проверки концевых полю­
сов. Число элементарных проверок на цикле проверки полюса
оценивается как
Mvi = log2 щ,
где щ - число полюсов, участвующих в· проверке полюса щ.
Общее число элементарных проверок, оhределяющих трудоем­
костf- рассматриваемого алгоритма
т-1
п-т
Мв=Llog2n8+Llog2n11.,
s=l
k=l

Учитывая принятую индексацию, получаем
п-1
п-1
Mg=~log2n;=rlog2(п- j)=log2nl
(3.40)
i=I
i=I
Для приближенных расчетов при больших значениях п можно
пользоваться верхней оценкой (3.40) в соответствии с формулой
Стрилинга
(3.41)
Трудоемкость Mg рассмотренного алгоритма несколько превышает
среднее число элементарных проверок, рассчитанное по выражению
{3.39). Так,"например, для четырехполюсЩJЙ схемы Мн = log2 15 =
: = 3,92, а Mg = log2 4 1 = 4,6. Результаты расчета свидетельствуют
о близости трудоемкости алгоритма к оптимальной.
Трудоемкость рассмотренного выше алгоритма не зависит от
числа проводников и последовательности выбора проверяемых по­
люсов.
Ч исло элементарных проверок узловых полюсов можно значи­
тельно уменьшить, если модифицировать ранее рассмотренный ал­
горитм . Граф модифицированного алгоритма проведен на рис. 3 . 18.
Он дополнен еще одной вершиной, отражающей элементарную про­
верку наличия замыкания между проверяемыми и всеми осталь­
ными rю.'Iюсами. Ее.пи результат проверки отрицателен, то полюс
считается узловым, и его цикл содержит лишь одну элементарную
проверку. Всего имеется т - l элементарных проверок узловых
полюсов. Уменьшение трудоемкости проверки _узловых полюсов
сопровождается некоторым увеличением числа элементарных про­
верок крнцевых полюсов . При каждом положительном исходе коли­
чество элементарных проверок концевого полюса увеличивается
на единицу, так что их общее число возрастает на п - т.
Трудоемкость модифицированного алгоритr,1а диагностирования
~пределится соотношением
п-т
Мм=(m-1) + ~ log 2nk+{n-m).
k=l
Окончательно получим
п-т
Мм= (п-1) + L log2 nk.
k=I
Эффективность применения модифицированного алгоритма оценим
разностью
т-1
ЛМ=Mg- Мм=~log2п.-(п
-
1).
s=I
В пределе, когда все . полюсы изолированы (т = п)
ЛМ=log2п1- (п - 1),
63

имеем существенное повышение эффективности. Для некоторого эк­
вивалентного числа проводников m9 величина ЛМ = О и оба ал­
горитма равноценны. При дальнейшем уменьшении числа провод­
ников модифицированный алгоритм становится менее эффективным.
'J4
56
78
Рис. 3,18. Модифицированный
а,'Irоритм дихотомического раз•
деления полюсов.
.910 1112 TJ14
15
jБольшинство применяемых на практике схем соединений содер•
}кит вначительное число проводников, имеющих по небольшому ко•
шичеству концевых полюсов. Поэтому использование модифициро•
ванного алгоритма обеспечивает существенное снижение трудоем•
кости диагностирования соединений при отсутствии априорно й
информации о количестве и структуре отдельных проводников.
АЛГОРИТМ КОНТРОЛЯ ПРАВИЛЬНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ
В отличие от диагностирования операции контроля не обеспе­
чивают полной идентификации схемы соединений. Контроль лишь
устанавливает факт соответствия (несоответствия) контролируе­
~ой схемы заданной схеме соединений, принимаемой аа эталон.
Дополнительная априорная информация о структуре соединений
обеспечивает существенное уменьшение трудоемкости алгоритмов
контроля. Пере». началом проверки вoerJJ,a известно полное аписа•
(\~

ние эталонной схемы соединений. Описание задано в виде матрицы
-смежностей либо . в виде рассмотренных выше таблиц описаний про­
водников .
Задача контроля правильности соединений разделяется на две:
• контроль отсутствия обрывов в проводниках; контроль отсутствия
взаимных соединений между проводниками.
Для узлового полюса каждого проводника осуществляется по­
следовательная проверка наличия (отсутствия) соединений с со­
ответствующими этому проводнику концевыми полюсами . Выпол­
. нение алгоритма завершается либо после обнаружения первой
неисправности (условный выход), либо после окончания проверки
всех проводников (безусловный выход). В первом случае устанав­
ливается лишь сам факт неиспршшости, во втором - получается
информа ция о всех обрывах концевых полюсов ..
Определим трудоемкость алгоритма. Допустим, что схема :со­
единений содержит множество V8 (s = 1,2,
.. . , m) проводников.
Кllждый проводник G, имеет п. концевых вершин. Количество эле­
ментарных проверок, необходимых для контроля отсутствия обры­
вов !З проводнике Gs, равно числу его концевых полюсов.
Количество элементарных проверок, необходимых для кон-траля
• отсутствия обрывов во всех проводниках, равно суммарному числу
всех концевых вершин :
т
М0=:Е ns = п-с-т.
S=I
Для узлового полюса каждого проводника проверяется отсут·
ствие · замыкания между ним и остальными соединенными вместе
узловыми полюсами. При отсутствии замыкания проверяемый уз­
ловой полюс из рассмотрения исключается. При наличии замыкания
дальн1;йшая проверка либо прекращается (условный останов),
либо проверяемый полюс заносится в множество «подозреваемых»
.
проводников (множество Gп) . Затем произвольно выбирается узло­
вой полюс очередного проводника и проверяется на отсутствие
замыкания со всеми оставшимися, соединенными вместе проводни­
ками. Проверка прекращается, когда все узловые полюса исчерпы­
ваются (безусловный останов). При условном останове устанавли­
вается лишь факт f!еисправности. При безусловном останове про­
верки формируется множество Gп «подозреваемых» полюсов. -
Подозреваемые полюса могут иметь произвольное взаимное соедине­
ние, но каждый из них должен быть соединен хотя бы еще с одним
из подозреваемых. Следовательно, алгоритм с безусловным оста­
новом дает дополнительную информацию, которая может исполь­
зоваться при диагностировании. Например, при наличии однократ­
ного замыкания между двумя проводниками в множестве Gn ока­
жутся толыю два этих проводника и схема соединений будет пол­
ностью идентифицирована.
-
3 9-382
65

Трудоемкость алгоритма контроля отсутствия соединений меж­
ду проводниками при безусловном останове определяется числом
т контролируемых проводников М3 = т - 1. Суммарная трудо­
емкость обоих алгоритмов при безусловном останове Mk = М0 +
+ Мэ = п - 1. Трудоемкость Mk не зависит от числа проводни­
ков, от порядка проверки полюсов, а определяется лишь суммарным
числом полюсов проверяемой схемы соединений.
АЛГОРИТМ КОНТРОЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ПРАВИЛЬНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ
В результате выполнения алгоритмов контроля помимо установ­
ления факта неисправности схемы соединений получается следую­
щая дополнительная информация: идентифицируются все обрывы
в проводниках; идентифицируются однократные замыкания про­
водников; формируется множество Gп при многократных замыка­
ниях проводников .
При наличии в множестве Gп более двух подозреваемых провод­
ншюв для полной · идент'ификации схемы их соединений может быть
применен ранее рассмотренный алгоритм дихотомического разде-
- · ления,
представленный на рис. 3.17. Вероятность одновременного
замыкания неси:олышх проводников достаточно мала, поэтому мно­
жество Gn имеет небольшое число элементов nп (пп обычно не пре­
вышает 3-5) и трудоемкость алгоритма незначительна:
Мп = log2nп 1.
Суммарная трудоемкость алгоритмов контроля и диагностирования
Mkn _ Mk +Мп=(n- l)+log2nпl.-
Taк, например, если в результате контроля схемы соединений , име­
ющей п = 256 полюсов, образовалось множество из nn = 16 подо­
зреваемых полюсов, суммарная трудоемкость алгоритма контрол я
и диагностирования Мkп = (256 - 1) + l0g2 161. Восполыював­
шись оценкой (3.41), получим М,ш < (256 - 1) + 16 log2 16 = 319
элементар1iь(Х проверок, т. е. при заданной конфигурации схемы
соединений, содержащей 256 полюсов, для полной идентификации
.
ее неисправностей требуется 319 элементарных проверок.
Для сравнения оценим трудоемкость алгоритма дихотомическо­
го разделения при идентификации схемы неизвестной конфигура­
. ции,
содержащей такое же число полюсов: Mg < 256 log2 256 =
= 256 • 8 = 2048 элементарных проверок. Разница, как убежда­
емся, существенная .
Рассмотрим объединение алгоритмов контроля и диагностирова­
ния неисправностей соединений. На рис. 3.19 показан объединен­
ный граф-алгоритм контроля отсутствия обрывов и коротких за­
мыканий проводников. Перед- началом в:ьrполнения алгоритмов

ЕСТЬ
Множество
обрывов {Os\
.
ЕСТЬ
Отнесение ~s
к{V}
Задать {G
{v}==0; {os}=O; s = 1
Выбор ПР,ОВОДНИКii
{Gs}из{G}
S=1
Вь~бор проводника {Gs}
Соединение п~водников,
кpoмetOsf
Проверка згмыкг ний
Конец
S=S+1
ЕСТЬ
Рис. 3. 19. Алгоритм контроля правильности соедине•
ний.

заносится информаuия о контролируемой схеме (множество {G}) .
Множества {V} - короткозамкнутых проводников и {Qs } - обр ы­
вов узлов проводников считаются пустыми . Выбирается произволь­
ный проводник {G.} и проверяются Есе обрывы его узлов . При на­
личии обрывов формируется множестЕо {Qs} и осуществляется
переход к следующему проводнику {Gs+•}. Если обрывы G, отсут­
ствуют, то множество {Q. } остается пустым. Выполнение .алгорит­
ма контроля отсутствия обрывов завершается, когда все проводни­
ки окажутся проверенными .
•Далее осуществляется контроль отсутствия коротких з амыка­
ний между проводниками, начиная с {G1}. Проверяется отсутствие
замыкания проводника {Ga} со всеми остальными проводниками.
При наличии короткого замыкания проводник {Gs} относится к
множеству {V} подозреваемых проводников. Циклы проверок по­
вторяются для всех остальных проводников, причем проверенные
проводники возвращаются в множество {G}.
"
После окончания контроля для каждого из проводников {G,}
формируется множество {Q.} обрывов ' узлов . Кроме того, формиру­
ется множество {V} подозреваемых проводников .
Подозреваемы~ проводники множества {V} могут иметь взаим­
ные соединения . Для точной идентификации схемы взаимных со­
единений подозреваемых проводников применяется диагностический
алгоритм дихотомического разделения, показанный на рис . 3 .20 .
Исходными данными для его реализаuии служит множество ( V},
сформированное ранее. Если число подозреваемых проводников не
превышает 2 ({ V} ~ 2), то проuесс диагностирования завершается.
В противном случае, определяются множества {Q,} короткозам­
кнутых проводников. Для этого выполняются следующие операuии.
Из множе<.тва подозреваемых проводников {V} выбирается про­
извольный проводник Vv и относится к множеству {Q1}. Если в
множестве {V} помимо v0 содержатся еще проводники, то это мно­
жество разделяют на два подмножества {V'} и ( V"} (рис. 3.17).
Проводится проверка замыкания проводника с элементами множест­
ва {V'}, и в случае положительного результата проверки множество
{V'} принимается за исходное ({V'} = {V1}). В !]ротивном случае,
исходным множеством {V1} считается {V"}. Циклы повторяются
до тех пор, пока в исходном множестве окажется один элемент vk.
Определяется номер проводника vk, и если он равен нулю, про­
верка проводника завершается. Его место занимает проводник vk, -
который также относится к множеству {Q1}. Если номер проводни­
ка нулевой, то проверка проводника Vv также завершается, однако
его место занимает любой, произвольно выбранный из оставшихся
в множестве {V} проводников. Циклы повторяются, однако они
формируют уже следующее множество {Qr+i} короткозамкнутых
проводников-. Проверка завершается, когда множество проводников
окажется пустым ({ V1} = Ф). В · результате выполнения алгоритма

ДА
Вывес,:и результа:r
Конец
1-!ЕТ
{v,}={v"}
ДА
Изменить
номер r= r+ 1
Выбрать
{Оv}из{v}
Задать{v}; s =1
Выбрать -{}v
из{v}
0тнести -{}v
1< проводнику{оr}
Определить номер ~
~
ДА
НЕТ
Рис. 3,20, Алгоритм диагностики неисправностей соединений.

сформируются множества {Qr} (r = I, 2,
. . .) короткозамкнутых
проводников, которые вместе с множествами обрывов {Qs} выводят­
.ся
оператору.
Таким образом, обрывы каждого проводника и все короткие за­
мыкания проводников полностью идентифицируются.
Переключение полюсов печатной платы при контроле и диагно -
стировании схемьi ее соединений осуществляется коммутаторами
Ooы:Jfm
коt1троля
157
1\/250
f.f§
2-
160./ 25!
,_/
255
tl!I
256;'
,f/,i
i
~
!
~z
~ ..,.
Кf
~
255
~ 256
~
-
1
2
...
1(2
255
Z5б
~
!57
[58
259
•б[j
2б!
1(4
511
i:!:_
1----Од
системы в соответствии с
рассмотреннымиjвыше ал­
горитмами . На рис. 3.21
изображен фрагмент nод-
ключения трех каналов.
коммутатора к ~ различным
точкам объекта контроля.
Узло вые полосы ·проводни­
ков с номерами 1, 2, ... ,
255, 256 подключены па-
---о раллельно к коммутаторам
В шинАиBl(KlиК2). Все
концевые полюсы подклю­
чены к коммутатору 1(4 ши­
ны Д. Подобное распреде­
ление полюсов по комму­
таторам выполнено, напри-
-- q мер, в системе контрол11 и
д диагностирования, рассмо-
тренной в работе [9].
При контроле на отсут­
Рис. 3.21 ._
Пример схе~1Ь! коммутации при
пррверке отсутствия обрывов и коротких
замыканий печатных проводников.
ствие обрывов проводни.ков
используются коммутаторы
Kl и К4. Узловой полюс
подключается к шине А,
а концевые полюсы этог9 же проводника поочередно подклiочаются
к шине Д. Контролируется наличие коротких замыканий шин А
ид.
При контроле на отсутствие соединений между проводникзми ис­
пользуются коммутаторы Kl и К2. Проверяемый узел (например,
узел 1, подключается к шине А, а все остальные узлы (2, ... , 255 ,
256) объединяются на шине В . Проверяется отсутствие замыканий
шин А и В для каждого проводника . Если наличие коропшх замы­
каний между какими-либо проводниками установлено, то их отно­
сят к группе подозреваемых и в дальнейшем с помощью коммутато­
ров А и В подключаются лишь эти проводники. Подключение про­
водится в соответствии с алгоритмом дихотомического раздел~ния,
представленным на рис. 3.17. Например, при проверке проводника
с номером 1 к шине В подключается лишь половина из оставшихся
70

nодозреваемых проводников. При наличии короткого замыкания
между шинами А и В половина проводников, подключенных к ши­
не В, отключается и т. д.
Если различные концевые полюсы одного и того же проводника
подключить I{ различным коммутаторам, то возможна параллель­
ная проверка отсутствия обрывов одновременно нескольких полю­
сов. Устройства с параллельной проверкой относятся к классу
многомерных и обеспечивают существенное повышение производи~
!fельности контрольно-измерительных операций [30].
Гnава 4
ПРОВЕРКА ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГОВЫХ ЭРЭ
В РЕЖИМЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1. СТРУКТУРЫ ПРЕО&РдЗОВдТЕЛЕЯ Пl!РЕМЕННОГО ТОl<д
Преобразователи параметров ЭРЭ в цепях постоянного тока име­
ют высокие метрологические характеристики. Поэтому везде, где
это возможно, при использовании в АСКД им следует отдавать пред­
почтение. Тем не менее,
в некоторых случаях для
контроля
параметров
ЭРЭ используются сиг­
налы переменного тока.
Это прежде всего отно­
сится к преобразовщ:е­
лям значений парамет­
ров реактивных элемен­
чов: катушек _ индуктив­
ности и конденсаторов.
Однако сопротивле­
ние резистора, зашунти­
рованного индуктивн-ым
элементом, также невоз­
можно измерить на по­
стоянном токе. -сопро­
тивление катушки ин-
6.
о
Рис. 4.1. Структурные схемы преобразоватеJ1ей
параметров ЭРЭ на переменном токе:
а - непосредственное преобра з ование; 6 - компен•
сацнонное преобразование.
дуктивности на постоянном токе может оказаться намного ниже
·сопротивления контролируемого резистора, и точное преобразова­
ние становится невозможным.
За счет использования тестирующего напряжения соответству­
ющей высокой частоты индуктивное сопротивление может быть до­
ведено до значения, при котором преобразование сопротивления
резистора может быть выполнено с достаточной степенью точности.
Преобразование параметров ЭРЭ в цепях переменного тока вы­
полняется по методу непосредственной оценки (рис. 4.1, а) и по
методу Gравнения _ (рис. 4.1, 6). На контролируемый э,1емеит КЭ

подается тестирующий сигнал от генератор а Г переменного тока"
В преобразователях непосредственной оценки напряжение или ток,
значен ия которы х пропорцио н альны значению контролируемо го
параметр а, усиливаются усилителем У, детектируются детектором
Д и фильтр уются фильтром Ф . Отфильтрованное постоянное напря ­
же~ие преобразуется с помощью АЦП в цифровой код (J) JI•
В преобразователя х ср авнени я сигнал на выходе КЭ ср авнива­
ется с опорным сигналом на выходе ЦАП . Значение Ио уста нав­
лива_ется равным номинальному значению Их · Дальнейшему пре­
образов анию подвергается не сам сигнал Их , а разность
• ЛИх =Их -Ио.
При этом существенно снижаются требования , предъявляемые к
характеристикам усилителя, детектора и фильтра .
Есть два способ а фо рмирования кода q:>0 :
1. Код q:>0 опр еделяется но м инальны м значени ем преобр азуе­
мого параметра и не зависит от кода Лq:> на выходе АЦП.
2. Организуется итераuионный процесс формирован ия кода
rp 0 , при котором каждое последующее его значени е зависит от пре­
дыдущего , а также от зн ачения кода Л q:> на выходе АЦП . Происхо­
дит процесс автоматического уравновеш ивания . Особ~нности авто­
матического уравновешивания преобразователей параметров ЭРЭ
будут рассмотрены ниже .
1. ПРЕО&РдЗОВдННЕ ЕМКОСТЕЯ КО НДЕНСАТОРОВ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЕМКОСТИ
В РЕЖИМЕ ЗАДАННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Емкость конденсаторов в режиме заданного напряжения пре­
образуется ан алогично преобразованию проводимост и рез исторов .
Один из контактов проверяемого конденсатора подключается к ис­
'!'очпику переменного (обычно синусоидального) напряжения . Вто­
рой контакт подключается к входу операционного усилител я .
На рис. 4.2 , а показано подключение контролируемого конденсато­
ра Сх по трехпроводной схеме, .а на рис . 4. 2, 6 - подключение no
пятипроводной схеме. Низкоомный источник питания уменьшает
влияние эквивалентной проводимости УАс, включенной между точ­
ками А и С объекта контроля . Малое значен ие водного сопротив­
ления каскада на опер ационном усилителе D2, охваченно м глубо­
кой отрицательной обратной связью , устраняет влияние эквива­
лентной проводимости Увс, включенной между точками В и С.
Если значения проводимостей УАс и Увс достаточно велики , то ,
ка к в случае преобразования - проводимост и резисторов , возника­
ют существенные погрешности , обусловленные влиянием переход­
ных контактов в точках подключения конденсатора . Уменьшить эти
• пог р ешности м ожно , применив пятипроводную ил и шестипровод-
ную схемы включения .
•
72

Диапазоны контролиру­
емых емкостей, применяе­
мых в РЭА, изменяются
в весьма широких преде­
лах (от тысяч микрофарад до
десятков пикофарад). Для
обеспечения преобразова­
ния в столь широком диа­
пазоне он разбивается на
ряд поддиапазонов. В пре­
делах каждого поддиапазо­
:на параметры измеритель­
ного преобразователя оста­
ются постоянными. Значе­
ния выходного напряжения
Их в начале и в конце каж­
дого поддиапазона изменя­
ются, как правило, не бо­
ле~ чем в 10 раз (10-
100 мВ).
.
Преобразователь может
.настраиваться
на соответ­
ствующий поддиапазон че­
о
Рис. 4.2. Преобразование емкости в режиме
эадащюго напряжения:
а - трехпроводная схема; 6 - пятипрl!>Вf>дная
схема.
~ырьмя способами: изменением сопротивления R2 обратной свя­
зи усилителя; изменением коэффициента Км масштабирующего уси­
лителя; изменением значения амплитуды напряжения генератора
Иг; изменением частоты fг напряжения генератора.
Идеащшированное уравнение преобразования емкости в режиме
проводимости
(4.1)
где Км - коэффициент, учитывающий преобразование в масшта­
бирующем усилителе, детекторе и фильтре.
Очевидно, что увеличение значений сопротивления R2 , частоты
n и напряжения Иг приводит к соответствующему возрастанию
выходного напряжения Их·
Практически значения напряжения Иг ограничены требования­
ми неповреждающего контроля и выбираются в пределах 0,1-
1,О В.
• Наиболее широкие возможности для выбора поддиапазона пре­
образования емкостей представляет изменение частоты fг генера­
тора переменного напряжения. В случае использования генерато­
ров напряжения синусоидальной формы для удобства масштабиро­
вания значение частоты fг, Гц, на каждом поддиапазоне обычно
выбирается из условия
fr= ~~ ·10n=1,59•1on~
(4.2)
73

4. 1. Параметры преобразователя емкости
(Uх = 10 -100 мВj
No
диа-
Емкость СХ' ф
nазо~
на
l
(10-100) 10-12
2 (100-1000) 10-12
3
(1-10) 10-g
4 (10-100) 10-9
5 _ (100-1000) 10-9
6
(1-10) 10-б
7 (10-100) 10-6
8 0·00-1000) 1о-6
fг, Гu
15,900
1,590
1,590
1,590
1,590
159
159
15,9
R,, Ом
10 ООО
10 ООО
1,000
100
100
100
'!О
1{)
Км
10
!О
10
10
1,0
1,0 ,
1,0
1,0
где п --целое число из
натурального ряда.
При ~том значение
угловой частоты rог =
= 2лfг выражается чис­
лом, содержащим едини ­
цу и ряд нулей.
В табл. 4.1 приведе­
ны типичные значения
параметров преобразова­
теля (рис. 4.2) для вось­
ми поддиапазонов. Ам­
плитуда
напряжения
Uг=0,1 В. За счет
варьирования [эначений
R2 и Км диапазон изме-
нения частоты fг находитGЯ в пределах 15,9 кГц - 15,9 Гц.
Дальнейшее •уменьшение частоты нежелательно, поскольку это
приведет к потере быстродействия преобразователя за счет увели­
чения постоянной времени фильтра Ф.
Выбор сетки частот fг генератора из условия (4.2) ,не всегда удо-
- бен,
поскольку затрудняется отсутствием соответствующих квар­
цевых стабилизирующих элементов. В некоторых системах значе-
ния частот выбираются из условия fr = 1,0 • 10n, а коррекция
шкалы достигается выбором значения Км- Так, например, в систе­
ме МВ -3333 [68) используется три значения частоты fг генератора:
10 кГц; l кГц и 100 Гц. Погрешность преобразования на всех диа­
пазонах не превышает 2 %.
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЕМКОСТИ В РЕЖИМЕ ЗАДАННОГО ТОКА
Схемы преобразователей емкости конденсаторов в режиме за­
данного тока аналогичны соответствующим схемам преобразова­
телей сопротивления резисторов. Контроли·руемый конденсатор
включается в цепь обратной связи усилителя D2 (рис. 4.3), в резуль­
тате чего обеспечивается режим заданного переменного тока. По­
скольку рассматриваемые схемы применяются в основном для боль­
ших значений емкостей, особое значение приобретает влияние
переходных сопротивлений контактов. Пятипроводная схема сущест­
венно уменьшает погрешности, вызванные контактными соедине­
ниями.
Уравнение преобразования таких устройств имеет вид:
{4.3)
74

очевидно, что шкала на­
лряжений Их имеет :еб­
ратную зависимость по
,отношению к емкости Сх,
лри программировании
это следует учитывать.
Отсутствие пропорцио-
11альности значений на­
пряжения Их и преобра­
зуемой емкости явл яется
серьезным недостатком,
Qграни ч ивающи м
ис­
псл :,зо в ание таких nре­
Qбразователей в АСКД .
. Кроме ~o ro, ВI<Лючение
объе1<та ~; онтроля в цепь
обратной связи умен ь­
шает запас устойчиво-
' сти преобразователя и в
некоторых случаях мо­
жет привести к режиму
RI
А
Rf
генерации .
Рис. 4.3. Преобразователи емкости в режиме
Несмотря на пере-
заданного тока:
•·численные
недостатки, а - тр е хпроводная схема; 6 - пятипроводная • ехема.
преобразователи емко-
.
сти в режиме заданного тока нашли применение в некоторых систе­
мах . Так, в установке LPA-101 фирмы «ROBOTPON» использу­
ется импульсный метод преобразования больших значений емкостей
Б режиме заданного тока. Одна из возможных схем такого преобра­
вователя показана н-а рис. 4.4.
В исходном состоянии ключ Кл устанавливается триггером Т
в положение 1, при котором вход усилителя имеет нулевой потен­
циал. Конденсатор Сх разряжен и напряжение Ио = О .
В момент прихода импульса на вход S триггера Т последний
устанавливается в единичное состояние и начинается процесс пре­
образования. Ключ Кл переводится в положение 2 и конденсатор
заряжается постоянным током lc = V i/R 2 • Начиная с момента
времени /0 = О, напряжение на конденсаторе изменяется по зако­
ну, близкому к линейному
Uc(t) = R~i:x t.
В момент равенства напряжений Ис (tx) и И2 срабатывает компара-
•чар К и переводит триггер в исходное нулевое состояние . Длитель­
ность интервала времени ix пребывания триггера Т в единичном
75

А с..в
. ,, , fU,Jt)
\.
/
..:::::__i__
R2
\. /,
!/дс )('fвс f
:1.. Ic
lf/
Рис . 4.4 . Импульсный преобразователь ем­
кости .
состоянии пропорциональ­
на аначению преобразуе­
'\1ой емкости Сх •
tx = ~; R2Cx.
(4.4)
Интервал lx заполняется
импульсами .стандартной
частоты и легко преобра­
зуется в цифровой экви-
валент.
•
Достоинством рассматриваемого способа преобразования явля ­
ется отсутствие демодулятора и фильтра и, следовательно, повышен­
ное быстродействие. При этом сохраняются основные преимущест­
ва измерительных цепей с операционными усилителями, в частности.
независимость результатов преобразования от значений шунтиру­
ющих проводимостей УАс и Увс -
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕI-IИЕ ЭЛЕМЕНТОВ
В реальных условиях производства часто встречаются Ьбъект.ы
контроля, содержащие параллельные соединения конденсаторов
и резисторов. Такое соединение конденсатора и резистора показа-
но, например, на рис. 4 .2 (резистор Rx изображен штрихом).
-
Значение сопротивления резистора Rx можно проконтролировать
на постоянном токе независимо от конденсатора . Сх. Однако при
контроле емкости конденсатора на переменном токе наличие шун­
тирующего сопротивления может привести к · _возникновению до­
полнительных погрешностей . Значения погрешностей существенно
зависят от способа детектирования переменного напряжения на
выходе масштабирующего усилителя МУ .
Оценим погрешность преобразования при амплитудном детекти ­
ровании.
Значение постоянного напряжения Их на выходе преобразовате­
ля пропорционально амплитудному значению переменного напря­
жения Им на выходе усилителя D2:
-Их= К"Ит.
С учетом шунтирующего сопротивления Rx уравнение преобразова­
ния (4.1) примет вид
И~= 2:nfrCxR2KмИr 1/ 1 + <2~~гRхСх)~
(4.5)
Относительная погрешность преобразования
(4.6)
76

Например, при контроле в пятом поддиапазон~ (табл . 4.1) при час­
тоте fг = 1,59 кГц для емкости · Сх = 1 мкФ, зашунтированной со­
противлением Rx = 1 кОм, получим погрешносп, преобразования
бс = 0,498 %.
.
Контроль этих элементов в шестом поддиапазоне при частоте
159 Гц приведет к погрешности, равной почти 50 %. Для_ снижения
погрешности от влияния шунтирующего сопротивления следуе11 ,
при амплитудном способе детектирования всеми возможными сред­
ствами повысить частоту fг тестирующего синусоидального напря­
жения. Это ограничивает возможности преобразователей ем кости
• с амплитудными детекторами. Од-
l4 (t}
щих преобразователи полного зна-
нако имеется ряд систем, содержа-
-~
1
чения сопротивления переменному
М!/1 Clll ФI f
току. Примером такого преобразо- f~т иН2m
ff,,,
вателя является анализатор пол-
-
-
наго сопротивления ТК-7151 (Maг­
coni Inst.) .
Синхронное детектирование осу­
ществляется с помощью ключей, Рис . 4 .5 . Двухканальный синхрон-
коммутируемых синфазно с опор-
иый детектор.
ны.м периодич еским напряжением.
Сопротивления открытого и закрытого ключа не зависят от значе­
ний коммутируемСJго напряжения, поэтому синхронные детекторы~
это линейные электрические цепи с периодически изменяющимися
параметрами.
На рис. 4 .5 изображена схема двухканального синхронного де­
тектора с масштаби р ующим и усилителями, на ·входы которых по­
ступает напряжение
Uт(t) = Umsin(rot + (1)),
сдвинутое по фазе на угол (j) по отношению к напряжению генера­
-~:ора
И~(х)=Игsinrot.
Напряжение Ит (t) может быть представлено , в виде суммы двух
составляющих
Uт(t)=Umcos(j)sinrot+Uтsin(j)cosrot,
где UmcoS(j) = ; 2 Uг и ИmsinqJ=2:nfгCxR2Vгcosrot представля~
х
с
ют составляющие, обусловленные соответственно активнои и емкост-
ной проводи мостями. На управляющие входы си_нхронных детекторов
_подаются
два напряжения, образующие два вектора коммутации
Ик1(f)=Uгsinrot и Ик2(f)=Vгcosrot.
(4.7)
Первое напряжение синфазно с напряжением генерато~;а Uг (t),
а второе сдвинуто по отношению к нему по фазе на угол 90 • Комму-
77.

q-ирующие напряжения Ик1 и Ик2 (t) изменяют коэффициенты пре­
образования соответствующих синхронных детекторов. С учетом
масштабирующих усилителей коэффициенты преобразования в ка­
налах
К1 (t) = Км1 sign Ик1 (t); К,. (t) = Км2 sign Uк2 (t).
Фильтры Фl и Ф2 являются фильтрами нижних частот, выделяю­
щими постоянные составляющие U;,;\ и Uxz напряжений на выхо­
дах синхронных детекторов
2П
Их2= ~ S Uт(t)K2 (t)drot. (4. 8)
о
После подстановки и интегрирования получим
и2R2КU•U
2
2fСRКU
х\=n Rx ml Г•
xz=nЛГхiМ2Г•
(4.9)
Напряжение Uxl на выходе первого канала пропорционально
проводимости шунтирующего резистора, а напряжение Uх2 пропорцио­
нально значению емкости Сх и не зависит от сопротивления Rx•
Следовательно, синхронное детектирование обеспечивает раздель­
ное, независимое преобразование параметров параллельно включен­
ных резистора и конденсатора.
Сравнивая Ux2 и Их из выражений (4.9) и (4 .1) убеждаемся, что
при одинаковых значениях коэффициентов (К,,.= Км2) чувстви-
1 тельность канала преобразования емкости Сх при синхронном де­
' тектировании получается несколько меньше, чем при амплитудном
{есть коэффициент 2/п ~ 0,636). Уменьшение происходит потому 1
что при амплитудном детектировании Uх пропорционально ампли­
тудному значению, а при синхронном детектировании - среднему
•вначению, которое для сигналов синусоидальной
формы всегда
меньше амплитудного.
Взаимная независимость каналов преобразования Rx и Сх при
синхронном детектировании справедлива лишь при точном соответ­
ствии фаз векторов коммутации Uк1 {t) и Ик2 (t) соотношению
(4.7), т. е. вектор Ик1 (t) должен быть синфазен с активной, а век­
тор Ик2 (!) - с реактивной составляющими напряжения Ит (t).
На практике векторы коммутации имеют некоторые фазовые
сдвиги по отношению к идеальнБiм. Это приводит к возникновению
дополнительных погрешностей преобразования. Оценим эти по­
грешности.
Допустим, что вектор коммутации Ик 1 (t) в канале преобразова­
ния сопротивления сдвинут по фазе по отношению к идеальному

(4. 7) на угол сч~
Ик1 (t) = Ur sin (rot + ая_).
(4. 10)
Соответственно сдвинется во времени и функция коммутации К1 (t).
На рис. 4.6 пока3ан сдвиг функции К1 (t) по отношению к активной
и реактивной составляющим напряжения Uт (t).
Произведя интегрирование, в соответствии а формулой (4.8)
получим для канала сопротивления Rx
и:1 = ~ ~: Км1Иr СОS. ая + : 2:rtfгCxRf,/Kм1Ur sinaя . (4 . 1_1)
В отличие от Uxi напря­
жение и:1 в канале пре­
образования сопротивле­
ния теперь зависит и от
емкости Сх.
Аналогичное соотно­
шение получим для на-
пряжения U~2 канала
преобразования емкости
Сх, если примем , что век­
тор коммутации UJ<2 (t)
сдвинут пс фазе по
отношению к идеально­
му (4.7) на угол аа
и:2 = ~..&_ х
nRx
Х Км2Uг sincx.c +
2
xn fгСхR2Км2Игсоsас.
(4. 12)
ь
Рис. 4.6 . Временные диаграммы коммутации~
а - ф'азовые погрешности Jileктopa коммутации; 6
-
погрешности формирования вектора коммутации.;
Для малых значений углов ая_ и аа относительные погрешности
преобразования по каналу сопротивления · и емкостному каналу
соответственно определяются соотношением
б~ = 2:rtfгCxRxsincx.яl00 %;
!ii. '
1
uc= 2nfгCxRx sincx.cl00 %.
(4.13)
Следует заметить, что значения углов ая_ и сх.с на практике су•
щественно различаются. Напряжение Ик1 (t) вектора коммута­
ции (4.7) является, по существу, напряжением генератора Г те­
стирующего сигнала, и следовательно, совпадает с ним по фазе
(угол ех,я_ = О). Напряжение Ик2 (t), напротив, должно быть сдви •
нута на 90° по отноше н ию к напряжению генератора Г. Сдвиг на ­
пряжения Ик2 (t) осуществляется от специального фазовращатель ·
79

наго устройства, которое должно формировать сдвинутьiе на 90"
напряжения в широком диапазоне частот. Следовательно, угол а0
представляет угловую погрешность фазовращателя, которая в ши­
роком диапазоне частот может достигать нескольких градусов .
Обычно на каждом из частотных nоддиапазонов преобразования
емкостей фазовращающее устройство настраивается отдельно.
Оценим, например, погрешность преобразования емкости Сх =
= 1 мкФ в частотном диапазоне fг = 159 Гц. Емкость зашунтиро­
вана резистором, имеющим сопротивление Rx = I кОм. Погреш­
ность настройки фазовращателя - угол ас = 1,0° . Погрешность
{j~ = 1,74 %. Погрешность, составляющая 1, 74 %, находится в до­
пустимых для АСКД пределах . Напомним, что в аналогичных
условиях погрешность при амплитудном детектировании (4.6) при-.
близительно равнялась 50 %.
Функuии коммутации К1 (t) и К2 (t) обычно формируются из
напряжений Ик1 (t) и Ик2 (t) синусоидальной формы (4 .7) . Каждое
из этих напряжений после усиления и ограничения по амплитуде
подается н а входы соответствующего компаратора , которые форми ­
руют функции К1 (t) и К2 (t) . В идеальном случае моменты перехо­
да чер~з нулевые значения для функций К1 (t) и Ик1 (t), • а также
/(2 (t) и Ик2 (t) соответственно совпадают . Однако наличие порогов
срабатывания в компараторах, несимметричности ограничения при­
водит к смещению моментов перехода через нулевые значения дJiя
реальных функций к; (t) и к; (f) по отношению к идеальным . Та­
кое смещение на угол '\'R показано для к; (t) на рис. 4.6, б. Оно за­
ключается в том, что оба полупериода функции к; (t) имеют раз-
; личн:ую длительность (положительный полупериод имеет длитель­
.
ность л + 2'\'R угловых единиц, а отрицательный :n: - 2уя единиц;
общий период остается неизменным). .
•
Произведя интегрирование, в соответствии с выражением (4.8)
получим
"
2R
U"1 = --R
2
Км1ИгсОS'\'R·
(4.14)
n
х
Аналогично для канала преобразования емкости Сх, имеющего
погр~шность формирования '\'о, получим
"
2
Их2 =--; - 2лfrCxR2KмVгCOS'\'c.
{4.15)
Погрешности '\'R и '\'с не нарушают взаимной независимости кана­
, лов преобр·азования (напряжение
и:1 не зависит от Сх, а напря­
жение и:2 от Rх)-
Относительные ттоrрешности преобразования определяются со·
отношениями
6~ % ={1-COS '\'R)100 %;
• 6~ % =(1-cos'\'c)I00 %. .
• (4.16)

Углы '\'R и '\'с имеют обычно одинаковый порядок и не превосходя'~'
десятых долей градуса. Так, например, для значений '\'с = 0,1
8
rюrрешность, вычисленная по формуле (4.16}, не превышает
О,0152 %, т . е. является пренебрежимо малой.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРАВИЛЬНОСТИ ОРИЕНТАЦИИ
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО КОНДЕНС АТОРА
Правильность установки полярности электролитических кон­
денсаторов проверяется по схеме рис. 3.4 в режиме заданного по~
сrоянноrо напряжения. Проверяемый конденсатор подключается
к зажимам А и В измерительного преобразователя (вместо проводи­
мости Gx).
Значение тестирующего постоянного напряжения выбирается,
например, порядка 1 В, что намного превышает ЭДС Е0 поляриза­
ции · конденсатора. Проводится два измерения: первое - при пода­
че на ззжимы конденсатора постоянного напряжения U1 с поляр­
ностью , соответствующей полярности конденсатора; второе ~ при
обратной полярности подключения конденсатора
В случае правильной ориентации электролитического конден­
сатора напряжение Их на выходе преобразователя после заверше­
ния переходного процесса определяется значением проводимости g 1
и, R2R, Е
x=-R -· -
gl. '
.
4
При подключении конденсато_ра с обратной полярf!остью напряже•
ние на выходе преобразователя определится уже суммарным зна­
чением проводимости
и" R2Rs Е
х=~ (g1+g2).
Поскольку значение g2 намного превышает g1 , при обратной по­
лярности включения конденсатора напряжение u; будет превышап,
1 напряжение и:.
Необходимо отметить, что после завершения процесса преобра­
зования конденсатор окажется заряженным до напряжения Е.
Для устранения влияния заряда конденсатора на последующие из ­
мерения .необходимо разрядить конденсатор, подав на вход усили­
теля Dl нулевой потенциал.

3. ПРЕОБРАЗОВАН И Е ПАРАМЕТРОВ К АТУШ Е-К ИНД УКТИВНО СТЕЙ
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ
В РЕЖИМЕ ЗАДАННОГО ТОКА
В режиме заданного тока пр'еобразуются параметры катушки
самоиндукции по последовательной эквивалентной схеме.
Напомним, что в последовательной схеме замещения индуитив­
ность Lx катушки предполагается постоянной и независимой от
частоты (!). Индуктивное сопротивление (!)Lx при этом пропорцио­
нально частоте. Активное сопротивление Rx ((!)) зависит от частоты
/f. 1
U,(t)
г__l
__~
1
СДФ I t~t
1
~
L--г -- ...1 t~z
~(t} -
-
....
Рис. 4.7 . Преобразование индуктивности с последовательной схе­
мой замещения в режиме заданного тока.
и включает в себя две составляющие; ry - постоянное сопротивле­
ние обмотки катушки и сопротивление потерь (!)Ьт Wy, которое
пропорционально частоте (!). Результаты измерения Rx ((!)) зависят
от той частоты, при которой проводится измерение. Поэтому при
программировании значений параметров катушки индуктивности
для АСКд необходимо учитывать значение частоты не только для
реактивного, но и для активного сопротивления. Значение сопро­
тивления r (у) обмотки всегда может быть измерено на постоянном
токе.
На рис. 4. 7 показана схема преобразователя, в котором синусо­
идальный ток через катушку задается с помощью балластного со­
противления R. 2
•
Значение сопротивления выбирается достаточно
большим по сравнению с полным сопротивлением катушки индук­
тивности, благодаря чему достигается режим заданного тока .
Усилитель D4 работает в режиме повторителя напряжения. Си­
нусоидальное напряжение U х (t) на выходе усилителя D4 содер •
жит активную и реактивную составляющие:
Rxf г
.
2nfгLх
Uх(t) = ~Uгsш(!)f+ R
2
Ur cos (!)t ,
(4.17)

На схеме элементом СДФ условно обозначены рассмотренные
ранее (рис .. 4 .5) синхронные детекторы с мастшабирующими уси­
лителями и фильтрами.
.
После синхронного детектирования и фильтрации получим по-
•1стоянные напряжения Их1 и Их2
Их1=2_ Rx(fг) К U
R
мl г;
:n:
2
(4.18)
2 2лfгLх U
Их2=n R2 Км2 Г•
Значение напряжения Uxl пропорционально активному сопротивле•
нию R.x (fr), включающему в себя сопротивление потерь в сердеч­
нике катушки индуктивно­
сти и сопротивление обмот­
ки. Напряжение Их2 про­
порционально индуктивно­
сти Lx и также зависит
от частоты fг.
Если катушка индук­
тивности соединена с дру­
гими элементами, смонти­
р·ованными на печатной
плате, то соответствующей
коммутацией схему можно
привести к виду треуголь­
ника. Шунтирующее дей­
Аl,,;Rx В
Рис. 4.8. Преобразование индуктивности с
параллельной схемой замещения в режиме
заданного напр~жения.
ствие проводимостей уло и Ува устраняется подключением к точ­
ке С выхода' jцополнительного повторителя напряжения (усилитель
DЗ, изображенный штрихом). Потенциалы точек А и С совпадакт,
ток через проводимость УАС отсутствует, и она не оказывает влия-
ния на результат преобразования.
.
Режим заданного тока может быть создан включением катушки
индуктивности в цепь обратной связи операционного усилителя
(рис. 4.8). Уравнение преобразования для такой схемы в1<лючения
полностью совпадает с выражением (4.18), однако дополнительный
• усилитель DЗ при этом уже не требуется. Включение реактивного
элемента в цепь обратной связи усилителя D2, в особенности в со­
четании с возможными реактивностями в· шунтирующих проводи­
мостях Уле и увс, уменьшает запас устойчивости и может привести
к режиму генерации. Опасность потери устойчивости ограничивает
применение указанной схемы в АСКД.

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИНДУ-КТИВНОСТИ
В РЕЖИМЕ ЗАДАННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
В большинстве существующих АСКД преобразование пара­
метров катушек индуктивностей проводится в режиме заданного
напряжения [3; 12; 17; 24]. При этом используются параллельные
схемы замещения. Значения эквивалентных параметров Lхэ (ro) и
Rхэ (ro) параллельной схемы замещения определяются через ·соот­
ветствующие параметры L_x и Rx (ro) соотношениями_
•
Rxз(ro) = Rx(ro)(l+ ~
2
L; );
Rx (оо)
_
Lxэ{ro)= Lx(l +
R; (оо) )
w2L 2
•
х
U,(t}
При параллельной cxe-
J
ме замещения функциями
г --i-- -o частоты является не толь-
1 ед Ф 11t;1 f ко эквивалентное сопротив-
1
j_:;;- ление Rхэ (ro), но и эквива-
"~:;Г-1ll. f лентная . инду1пивность
2!..!! ..J
" t_ Lxэ(ro).
Рис. 4 .9 . Пример ка тушки индуктивности,
Для катушек индуктив-
·зашунтJiрова нной резистором Rш•
ностей с потерями в диа-
пазоне высоких частот вли­
янием сопротивления обмотки ry можно пренебречь. Значения со­
противления Rx (ro) и коэффициента самоиндукции Lx при _этом
определяются соотношениями
Rx(m) ~ bмroW~; Lx = gмWZ,
(4.19)
'
где Ьм. - реактивная, gм
-
активная составляющие магнитной
проводимости сердечника; Wy - число витков катушки индуктив ­
ности.
-
С учетом соотношений (4. 19) коэффициент самоиндукции Lхэ (ro)
для параллельной схемы замещения в диапазоне повышенных час­
тот окажется практически независимым от частоты
(4 .20)
Значения эквивалентных параметров Lxa (ro) и Rхэ (ro) рассчиты­
ваются по заданным значениям параметров Lx и Rx (ro) и учиты­
в-аются при программировании. Схема преобразователя параметров
катуш1ш индуктивности в режиме заданного напряжения приведена
на рис. 4.9. Она аналогична схеме преобразования емкостей
(см. рис. 4.2). ·
84

Значения напряжений Иxi и Их2 обратно пропорuиональны­
соответствующим значениям Rx (ro) и Lx (ro):
и2
R~ КИ
xl=nRx,(fг> мl6
Их2=~
R~
Км2Иг.
л 2лf rLx!'I Uг)
(4.21),
Рассмотренный способ преобразования легко учитывает резисто­
ры, шунтирующие катушки индуктивностей. Такие резисторы не-·
возможно проверить на постоянном токе, поскольку проверяемый
. рези стор
окажется включенным параллельно малому сопротивле­
нию r У обмотки катушки
индуктивности.
Включение резисторов
_
параллельно катушкам ин­
дуктивностей особенно рас­
-
L ""1.ОмГн
х,,
-
Rх,=!ОкОм
llш'; !ОО!м
пространено в высокоча- Рис. 4.10. Преобразование коэффициента
статных радиотехнических
трансформации.
контурах, для которых в
диапазоне частот проверок
потерями в сердечниках
можно пренебречь .
Рис. 4.11 . Преобразование взаимной прово ­
димости.
На рис. 4.10 показана схема такого контура, в котором катушка
индуктивности Lx = I,O мГн с сопротивлением обмотки ry =
-=
1,0 Ом зашунтирована резистором с сопротивлением Rш =
= 100 Ом. Проверка прощщится в диапазоне частот fr = 15,9 кГц.
4.2 . Поддиапа:юны преобразования Значения -параметров параллельной
индуктивностей
эквивалентной схемы замещения
(Uх = IO...100 мВ)
показаны на рис. 4.11.
(
(2лfгLх) 2 )
111
Rхэ= ry l+
2
= 10 кОм.
Индук11ш- fr, Гц кR.02,м (2/ n) км
r
но сть Lx, Гн
!/
. 100--10
159
10
Lхэ= Lx(1+ (2п;;Lх)2 ) = 1,0 мГн.
10-1,0
159 0,1
10
1,0-0,1
1590 0,1
10
(10-1Г2
1590 0.l
1,0
(10-1,ОГ3
1590 0,010 1,0
(О , 1-1,ОГ3 15 900 1
10
(10-1ООГ6 15 900 0,1
10
Очевидно, что сопротивление ­
Rш = 100 Ом леr:ко проверя­
ется на фоне болвшого сопротивле­
нияRхэ=10кОм. Втожевре­
мя при проверке на постояш-10:.1 то­
ке сопротивление Rш оказалось
бы зашунтировано весьма малым сопротивJ1ением ry = l,O О:-.1
и проверка Rш была бы невозможной.
С целыо обеспечения постоянства выходного напряжения Их2
• в широком
диапазоне изменения индуктивностей пр еобразование
проводится в нескольких частотных поддиапазонах. В табл. 4.2 ·

показано 7 таких поддиапазонов, обеспечивающих преобразование
iJПI 1ук:гивностей от 100 Гн до 1О мкГ . Индуктивности в пределах
10 мкГн - 1,0 мГн преобразуются по схеме (рис. 4.7) индуктивно­
сти, имеющие остальные значения - по схеме (рис. 4.9). Выходное
'Напряжение Ux2 преобразователя измениется в пределах 0,1-0,01 В
-при значении напряжения Ur . 0,1 В.
4. ПРl&ОБРАЭОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭРЭ В ЦЕПЯХ
с ПЕРИОДИЧЕСКИМИ ИМПУЛЬСНЫМИ сиrндЛАМИ
Преобразователи параметров р·еактиsных элементов большин­
ества АСКД используют гармонические тестирующие сигналы. Од­
.нако создание высокостабильных генераторов сигналов синусои­
дальной формы сопряжено с рядом технических трудностей. Это
,касается генераторов, сдвинутых на 90° гармонических .сигналов .
·необходимых для формирования ве~торов коммутации U t и U2 (t)
.при синхронном детектировании . Нарушение 90° сдвига этих Н?­
пряжений в рабочем диапазоне частот приводи_т к возникновению
уже рассмотренных нами погрешностей.
Поэтому интерес разработчиков постоянно привлекают способы
. . прео бра зова ния
параметров ЭРЭ G использованием импульсных
сигналов.
Преобразователи параметро_в реактивных ЭРЭ могут при им­
,пульсном воздействии работать в переходном или в установившем­
•СЯ режимах. В первом случае выходными параметрами являются
мгновенные или некоторые интегральные значения напряжений
и тс ков переходного процесса. Работа в установившемся режиме
-обычно происходит в цепях с периодическими импульсными сигна­
лами, а выходными параметрами служат интегральные значения
,сигналов, получаемые в результате синхронного детектирования в
течение некоторой части периода.
Способы преобразования параметров ЭРЭ, основанные на ана­
лизе мгновенных значений сигналов переходных процессов, ввиду
малой помехозащищенности оказываются не всегда пригодными для
АСКД. Преобразователи, анализирующие интегральные значения
периодических сигналов установившегося процесса, напротив, об­
ладают высокой помехозащищенностью. Интегрирование в них про­
водится в течение нескольких периодов тестирующего импульсного
- с 1гнала, а интервал интегрирования может согласоваться с перио­
_дом напряжения сети питания. Это существенно уменьшает влияние
<Сетевых помех на результат преобразования.

ПЕРИОДИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ ПРЯ/v\ОУГОЛЬНОй
И ТРЕУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ
Периодические сигналы прямоугольной формы легко генериру­
ются с помощью средств цифровой техники. Простейшим из них
является симметричный -прямоугольный сигнал с периодом Т =
~ 1/f:
х (!) = Хт sign [sin (2лft + rp0)], fPo = 2лft0,
,. где io - сдвиг сигнала во времени по отношению к началу отсчета,
·
-
На рис. 4. 12, а показан сигнал х1 (t) = Хт sign (sin 2nft), для
которого ЧJо = О. Если фазовый угол 'Ро принять равным л/2 ,.
то получим симметричный
-
прямоугольный сигнал i------' - -
T/v
. х2 (/) = Хт sign (cos 2лf/).
t-ть--.~,---:-----,1--
Функции сигналов х1 (/)
и х2 (t) ортогональны, по­
скольку интеграл за пери­
.од
от их произведения ра-
t
: вен нулю.
а
6
~ .Интегрируя функцию Рис. 4. 12 . Периодические импульсные сиг--
• х (!) по времени, получим
налы .
! сигнал треугольной формы
t
у(t) = Sх(t)dt.
-оо
::, -
[ Амплитудное значение у111 треугольного сигнала выражается
: аvшлитудное значение Хт прямоугольного сигнала
Ут = ХтТ/4 = Xml/4f.
(4.22).
через
,,
.
На рис. 4.12, 6 показан треугольный сигнал у1 (t), • получаемый
; интегрированием сигнала х1 (t). Нетрудно убедиться, что функции
': этих сигналов также ортогональны .
Из:выражения (4.22) с.11едует • справедливость обратного преобра-
',. зования
(t)
_
dy (t)
х-
dt
'
- , - т. е. сигнал х (t) прямоугольной формы получается в результате диф­
;. ференцированного треугольного сигнала у (t) по времени.
,_
Рассматриваемые импульсные сигналы могут применяться в ка­
. честве
тестирующих воздействий при проверке ПУ, содержащих
..
катушки индуктивности и конденсаторы. Периодичность сигналов
и свойства ортогональности их функций позволяют использовать .
принцип синхронного детектирования, причем векторы коммута-
7 ции легко формируются цифровыми методами.
87

На рис. 4.13 представлен ряд двухэлементных nепей, содержа.
щих катушки индуктивности и конденсаторы. Здесь же показань1
. формы
входных и выходных импульсных сигналов и приведены со­
-тношения, определяющие амплитудные и средневыпрямленные
значения выходных сигналов ~ Для сравнения приведены аналогич­
ные соотношения, определяющие амплитудные и средневыпрямлен­
ные значения при гармоническом воздействии. Соотношения разли­
чаются лишь коэффициентами, значения rюторых легко учитываются
в масштабирующих усилителях преобразователей.
Заметим, чт0 функции сигналов, получающиеся в результате
(2n + !)-кратного интегрирования сигнала прямоугольной . фор­
мы (п = О, 1, 2, ...), ортогональны функциям, получающимся в ре­
зультате 2п-кратного интегрирования. Так, например, параболи­
ческая функция, получающаяся при интегрировании сигнала тре­
угольной формы , ортоrональна треугольной функции и синфазна
с прямоугольной функцией исходного сигнала . Сказанное легко
объя_с няется тем, что разложение в ряд Фурье функции исходно­
го прямоугольного сигнала содержит лишь синусоидал ьные со ­
- ставляющие, фазы которых после интегрирования сдвигаются на
90°, образуя ортогональную систему коси:нусоидальных составля ­
ющих. После повторного интегрирования вновь получается си­
стема синусоидальных функций. Каждое последующее интегриро­
вание приводит к уменьшению амплитудных значений высших
гармонических составляющих по сравнению с первой гармоникой .
В этом смысле гармоническая форма сигнала может рассматрива ­
ться как предельная.
КОМПЕНСАЦИОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
С ПЕРИОДИЧЕСКИМИ ИМПУЛЬСНЫМИ СИГНАЛАМИ
Структура преобразователей с периодическими сигналами тре•
угольной и прямоугольной формы похожа на структуру рассмотрен­
ных ранее преобразователей . Основное различие заключается в
наличии цифроуправляемого генератора, формирующего квадра­
турные периодические сигналы треугольной и прямоугольной фор­
мы. Эти сигналы обеспечивают возможность использования спосо­
ба компенсационного преобразования. На рис. 4.14 показана струк­
турная . схема компенсационного преобразователя проводимостей
с использованием периодических импульсных сигналов. Цифро·
управляемый генератор (ЦУГ) генерирует стабилизированные квад·
ратурные напряжения Ит (t) и Ип (t), которые через uифроаналого­
вые преобразователи (ЦАП1 и ЦАП2), . инв€ртирующие усилители
(D3 и D4) и образцовые резисторы Rкt и Rк2, преобразуются в ком­
пенсирующие токи Iкт (t) - треугольной формы и / кп (!) - пря­
моугольной формы. Треугольное напряжени~ Ит (t) через .повтори­
тель D1 поступает на вход элементов Rx и Сх, Ток / х (t) на выходе

-
-
ВхоДtiые сигналы
Q.
Выходнь 1е сиrкаnы
..
:Е
Схема
"'
;;
Амплитудное :,начение
Среднее значение
s Ампли-
ок
..
:1:
Форма
Q.
Форма
-8:.
туда
"'
11мr1ульсный
гармонический
импульсный
гармоничес1<11й
t::
Rx
-1\;А-· -'m == Um
Um
Un,
2Um
11:
Сх
lm= --
lcp= --
lcp= --
s
-А;д
Ах
Ах
2Ах
11Ах
х
"':1:
11:
-,п
Q.
с
Сх
lm= 4fCxUm
1m=2mC,cUm lcp=4fCxUm
lcp = 4fCxUm
"'
Ах
[.J L
х
еUm
о
х
-,п
Um
Um
U·
2Um
i
Rx
- u-L"
lm=--
lm== --
lcp== _! !! .
lcp = ---
.,
*
Ах
Ах
Ах
irAx
м
Ах
Lx
мUm
Um
Um
um
Lx
J=--
lm= --
lcp= --
lcp=- - -
m. 4flx
2irf Lx
8flx
112flx
Ах
~
Um= Rxlm
Rx
2
Lx
Um== Rx lm
Ucp=-1
Ucp=-Rxlm
м
2m
11
.,
~
о
Rx
*
..
о
Lx
Um = '1flx lm
Um=211flxlm
Ucp =4flxlm
Ucp=4flxlm
....
о
:i:
lm
:,::
.,
1JЛ
q.,
2
м
А•
Um= Rxlm
Um= Axlm
Ucp = Axlm
х
Ucp== -
Rx lm
mQ
Cx
11
Ах
~-
1m
1гn
1m
lm-
Сх
Um = 4f'C
Um=- -
Ucp= --
Ucp= -·--
х
211fCx
8fCx
112fCx
Ptic . 4 , 13. Тестируюш:t~е и щ,rх:сдщ,1е импульсиые с11rн~,11ы дilR дву х =Л ~м~ нтщ,r!f щ:п~й,

,операuиошюго усилителя D2 включает две составляющие, одна ·
из которых / хт (t) имеет треугольную, а другая / хп (t) - прямо­
угольную форму:
Iх(!) = lт(/)+ /п(!).
В отсутствие компенсирующих токов / кт (/) и lкп (t) напряже­
ния Иxi и Их2 на вь1ходах синхронных детекторов определяется
,соотношения.ми, аналогичными соотношениям (4.9):
г---
1
1
~ ЦУГ
1
п
1R~/(И.
uxl=2R"мlт,
(4.23)
Hl
r----, U. г---, у., ,
1
~~
1>
CIJФ 1 1 11/J,П Г"'
+
Dl/
Jki Ь$Z
Lr_r _/ L__ _.
и,т lf4rt)
U,{t} -Щ­
llz{t) fН-
Рис. 4.14 . Схема компенсационного п реобразователя проводимостей в цифро­
вой код.
где Ит - амплитудное значение сигнала Ит (!).
Как следует из рис. 4.13, чувствительность по каналу преобра•
зования сопротивления Rx для треугольного тестирующего сигна­
ла оказалась несколько меньше, чем при гармоническом сигнале
(4.9). Чувствительности по каналу емкости Сх одинаковы для сиг­
налов обеих форм.
Если в цепи преобразования действуют компенсирующие то1tи
/ кт и / кп (t), то их мгновею-iые значения пропорциональны коэффи­
циентам деления {{Jк1 и fРк2 цифроаналоговых преобразователей
ЦАП1 и ЦАП2 :
Uт(t) .
Un (t)
/кт(/) = 'Рк1 - 0
-
,
f,ш(/)= 'Рк2 - 0
-
•
''к1
''к2
При наличии компенсирующих токов на входе усилителя D2 дей­
ствует разностный ток
Л/х(i} = _/х(t)~lкт(t) - fкп(!).
90

Лостоянные напряжения ЛИх1 и ЛИх2 на выходах СДФ пропорцио­
в:альн ы соответственно средневыпрямленным значениям треуголь­
ной и прямоугольной составляющих разностного тока Л/х (t):
ЛИх1 = +Км1R2Ит( ~х - ;:
1
1);
i_4.24)·
Естественно, что при нулевых значениях коэффициентов пре­
образования ЦАП1 и ЦАП2 (срк1 = {j)к2 = О) соотношение (4.24}
полностью совпадает с соотношением (4.23).
В состоянии равновесия (ЛИxi = О; ЛИх2 = О) :
Rп
{j)кl = -
;
(4.25)
Rx
fUтRк2 С
ср,<2=4 Ип
х•
'Код'=>! {j)кt и {j)к2 коэффициентов деления цифроаналоговых пре-.
обр азователей зависят, соответственно, от значений преобразуе­
мых параметров Rx и Сх контролируемых ЭРЭ.
П риведение системы к рав новесному состоянию осуществляется
изм ен ением кодов {j)кt и {j)к2, управляющих цифроаналоговыми пре­
образователями. Значения кодов {jJxt и срх2 гiоказывают степень -
отклонения от равновесия.
•
Возможно также использование устройства и в неравновесном
режиме. Значения кодов {j)кt и {j)к2 соответствуют номи н ал ьным зна-
. чен иям
контролируемых параметров N.x и Сх. Коды (j)x 1 и срх2 про- '
порциональны отклонениям значений Rx и Сх от номинальных.
При этом существенно снижаются требования к СДФ и другим ус­
тройствам канала прямого преобразования.
Из соотношения (4.25) следует важный для практики вывод .
Если амплитудное значение Ит напряжения треугольной формы
изменяется обратно пропорционально частоте fг, то результаты пре­
образования не зависят от частоты. Напряжение Ит (t), амплитуд­
ное значение которого уменьшается пропорционально росту часто­
ты, легко формируется из прямоугольного напряжения Ип (t)
с помощью интегратора.

Глава 5
д,;.1АJ'IНОС'П'МРОВАНМЕ ЦИФРОВЫХ УЗЛОВ РЭА
1. ПРОБЛЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
Цифровые элементы с каждым годом приобретают все больший
·удельный вес в радиоэлектронной аппаратуре. Поэтому измерению
лараметров цифровых интегральных микросхем (ЦИС), а также их .
контролю и диагностированию в составе печатных узлов РЭА уде­
ляется большое внимание [14; 17; ·37; 38; 60; 71]. Вслед за развитием
· :~-ехнологии производства ЦИС совершенствуются средства контро­
ля и диагностирования цифровой аппаратуры. АСКД, применяв -
шиеся при испытаниях цифровой аппаратуры малой интеграции i
-осуществляли в основном функциональную проверку. Для автома­
тической генерации диагностических тестов в них использовались
методы логического моделировани1! . Однако уже с появлением
ЦИС средней степени интеграции трудоемкость разработки диаг­
ностических программ возросла настолько , что стала сдерживат ь
дальнейшее развитие средств контроля и диагностирования.
Диспропорция между уровнем технологии производства цифро­
~ой аппаратуры и уровнем средств ее проверки возросла еще зна­
'Чительнее с появлением БИС.
Современный цифровой ПУ в1<лючает теперь микропроцессоры,
.запоминающие устройства, средства интерфейса с высокоимпеданс­
\НЫМИ состояними и т . д. Количество логических элементов в совре­
менном микропроцессоре превышает десятки тысяч. Повышается
не только уровень интеграции ЦИС, но и относительное число БИС
на данной ·плате. Значительное распространение получают запоми­
нающие устройства (ЗУ). Стоимость хранения единицы информации
,с каждым годом экспоненциально уменьшается, а объем данных,
.размещаемых · на . одной печатной плате, возрастает, увеличивая
7рудности провер1ш. Эффективность процесса диагностирования
ПУ с цифровыми БИС может быть значительно повышена, если
яаряду с функциональной проверкой осуществлять их внутрисхем­
:ную проверку.
Различают три вида дефектов ПУ, содержащих ЦИС: возника­
ющие в результате неправильной сборки; обусловленные внутрен­
ними неисправностями ЦИС; возникающие в результате взаимно­
.го влияния других устройств.
Обнаружение дефектов сборки не представляет особых труднос­
тей. Дефекты неправильной установки и неправильной ориентации
_цис могут быть обнаружены обычными методами неповреждающе-
• ro контроля при отсутствии напряжения питания ЦИС. Корот­
кие замыкания и обрывы монтажа обнаруживаются методами «про-
звонки».
.
Для обнаружения неправ11льного функционирования . какого~
'92

Jlй:бо вывода ЦИС необходимо его испытать (перевести в состояние
логичесI{оЙ единицы и логического нуля) путем подачи серии тести­
р~щих сигналов к доступным точкам печатной платы.
Для подачи и съема тестирующих сигналов используются внеш­
в~iе разъемы печатного узла; специальные контактирующие при­
способления (контактроны, «клипсы»); направленные зонды напря­
)!{ения и тока.
Через внешние разъемы проводится, в основном, функциональ­
яая проверка печатных узлов. Поиск дефектов с использованием
ввешнего разъема возможен лишь для плат, содержащих простей­
J.IIИе логические элементы. Диагностика сложных узлов на печатных
. vлатах, содержащих- БИС, проводится с применением специальных
контактирующих устройств, обеспечивающих достаточную электри­
ческую «прозрачность» проверяемого ПУ. Однако даже при доста­
точном количестве контактирующих точек, проверка ПУ с БИС
сопряжена с рядом специфических трудностей, обусловленных
wинной организацией соединений.
Обычно к общим шинам ПУ подключается 4-5 компонентов.
Дефект, обнаруженный на одной из линий шины, может быть след­
ствием неисправности любого из этих компонентов, а также неис­
правности самой шипы. Для двунаправленных шин неизвестно,
является ли неправильный логический уровень причиной или след­
ствием данного вида неиспрll.вности. Для ПУ, содержащих БИС,
нужны средс1·ва, с помощью которых можно наиболее точно опре­
делить истинную причину дефекта. К таким средствам следует,
прежде всего, отнести направленные токовые зонды. Принципы ра­
боты и методы поиска дефектов с использованием таких зондов бу­
дут рассмотрены в последующих разделах.
Обнаружение внутренних дефектов ЦИС возможно лишь при
их всестороннем функциональном испытании.
Комбинационные устройства, содержащие простейшие логиче­
ские компоненты, испытываются в соответствии с таблицей истин­
ности этих компонентов. Для этого на входы печатного узла необ­
ходимо подать такую последовательность тестирующ!):х сигналов,
которая обеспечила бы полный набор комбинаций двоичных перемен­
ных на входах каждого из компонентов. EcJIИ схема подключения
не обеспечивает автономную проверку · каждой ЦИС, то требуемая
последовательность импульсов может оказаться весьма значитель­
ной. Длина тестовых импульсных последовательностей непомерно
возрастает при проверке узлов, содержащих •БИС.
Единственным приемлемым способом обнаружения внутренни~ .
дефектов БИС является их автономная проверка в составе печатном
платы. Например, минимальным приемочным испытанием ,ЗУ с
произвольной выборкой является проведение двух операций запи­
си-считывания для каждой из проверяемых ячеек (запись .единицы
и нуля). Минимальной процедурой испытаний микропроцессора
93

может бьrть выполнение каждой из команд с различными информа­
ционными словами. Подобные тестовые операции, являющиеся сами
по себе простыми, требуют подачи последовательностей, содержа­
щих сотни тысяч импульсов. Следовательно, обнаружение внутрен­
них дефектов БИС зависит от эффективности средств программиро­
вания и отыскания требуемых тестовых последовательностей . Най­
денные тестовые последовательности необходимо хранить с мини­
мальными затратами памяти и задавать АСКД.
Для обнаружения указанных дефектов требуется всестороннее
функциональное испытание платы в условиях, близких к условиям
ее нормальной работы. Помимо требований генерации длинных тес­
товых последовательностей возникают ограничения временного
характера . Время испытания не должно выходить за определенные
пределы, однако подача тестирующих импульсов должна теперь
производиться при высоких частотах. Высокоскоростная проверка
обеспечивает максимальное приближение к реальным условиям,
при и:оторых возникает взаимное влияние окружающих компоненто в
и узлов системы . Высокочастотная последовательность тестирующих
импульсов должна быть сгенерирована без существенных искаже­
ний и подана на выводы проверяемой БИС. Особые требования по
быстродействию предъявляются к устройствам анализа откликов
испытуемой БИС на тестирующие импульсные воздействия.
2. ПРИНЦИПЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ци~~РОВЬIХ уз.пqв
НА ПЕЧАТНЫХ 11ЛАТАХ
Весь процесс диагностирования цифровых ПУ целесообра з но
раздеJiить на три этапа. Первый этап рассчитан на обнаружение
дефектов монтажа и на выявление~некоторых катастрофических отка­
зов ЦИС. На втором этапе производится бол~е - детальное испытание
с целью выявления внутренних дефектов БИС. Третий этап вклюца­
ет функциональные испытания, проводимые в реальном масштабе
времени для выявления высокочастотных дефектов и взаимных
влияний цис.
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ОШИБОК МОНТАЖА
И КАТ АСТРОФИЧЕСКИХ ОТКАЗОВ ЦИС
Диагностирование на первом этапе начинается с проверки пра­
вильности топологии печатного монтажа. Определяется отсутствие
обрывов и коротких замыканий между проводниками на печатной
JIЛате, отсутствие обрывов и коротких замыканий контаrстов ЦИС.
Затем при отключенном напряжении питания проверяется соответ­
ствие установленных компонентов и правильность их ориентации .
Проверка проводится при малых значениях тестирующих сигналов,
обеспечивающих неповрежденный контроль. На этой стадии испы·
94

IJ'аний принципы диагностирования и способы подключения анало­
rовых и цифровых интегральных микросхем практически совпадают.
,
При отсутствии перечисленных выше дефектов переходят Ео вто­
рой стадии первого этапа диагностирования. Проверяется отсутствие
катастрофических отказов ЦИС. На ПУ подаются номинальные зна­
чения питающих напряжений и проверяются следующие виды
дефектов: отсутствие подачи питания к ЦИС; искажение логических
уровней на входах; искажение логических уровней на входах;
фиксированное - состояние «логическая единица»; фиксированное
состояние «логический нуль»; отсутствие перехода в третье высо­
коимпедансное логичес­
кое состояние на шинll.х.
Исключение дефек­
тов, обнаруженных на
первой стадии диагнос­
тирования, значительно
упрощает
подготовку
дальнейших программ и
уменьшает возможность
возникновения дополни ­
тельных отказов при под­
ключении ЦИС к источ-
никам питания.
Рис . 5.1 . Пример активизации пути.
П~реключение проверяемой ЦИС в различные логические со­
стояния возможно двумя способами: тестирующими сигналами с вы­
ходов соседних ЦИС, подключ€-нных ко входам про_веряемой ин­
тегральной схемы и тестирующими сигналами от специальных
генераторов, подаваемыми непосредственно на входы проверяе­
мой цис.
О состоянии проверяемой ЦИС можно судить как по ее воздей­
ствию на соседние ЦИС, так и по результатам проверки сигналов
непосредственно на ее выходных контактах. В первых случаях
упрощается подключение печатной платы к АСКД, иногда можно
ограничиться лишь подключением внешнего разъема. Однако при
этом существенно усложняется подготовка диагностических про­
грамм.
Рассмотрим пример диагностирования дефекта на выходе эле­
мента В2 ПУ, схема которого изображена на рис. 5.1. Тестирующие
сигналы rюдаются и снимаются через внешний разъем. Предполо­
жим, что микросхема В2 имеет катастрофический отказ, заключаю ­
щийся в том, что сигнал на ее выходе не зависит от состояния входа
Х3 и остается тождественно равным логической единице (В2 = 1) .
Для простоты описания мы отождес:_гвляем наименование элемента
с наименованием сигнала на его выходе . Диагностирование основа ­
но на методе активизации путей [51]. Вначале выбирается тест ,
выявляющий указанную неисправность . Этим тестом является ~з =
95

== 1, тоrд:.~ В2 = О при отсутствии неисправности и В2 = 1 при на­
личии неисправности . Затем (произвольно) выбирается путь В3,
Вб от выхода В2 до выхода схемы Вб. Необходимые условия акти­
визации этого пути имеют следующий вид: Bl . О для микросхе­
мы В3; В5 = О для микросхемы Вб.
Теперь необходимо найти первичный набор входных сигналов,
обеспечивающий выполнение перечисленных выше условий: Векто­
ром данного набора входных сигналов я:вл,1ется Х = (О, 1, 1, О, О),.
N
z
1
D
---
--------,
2
1
-581J
1
t1 Ом l...._4_. _...J..._,_ _1....,
1
1
1
1
- i: ,__~
1
'-----.
____J
1(2
В1
с
JJZ
d
Рис. 5.2. Проверка элемеита В3 заземлением
входа.
показанный на рис. 5.1 .
При подаче на входы ПУ
активизирующих сиrна•
лов,
соответствующих
вектору Х, обеспечива­
ется равенство Вб = В2'
и, следовательно, состо­
яние В2 легко проверя ­
ется по состоянию выхо­
да Вб.
Методы активизации
путей основаны ш1. ис­
пользо:вании
понятия
ранжирования проверя ­
емых ЦИС. К ЦИС пер•
воrо ранга относятся та­
кие, все входы которых
соединены с контактами
разъема и не имеют связей с выходами других микросхем, к ЦИС
второго ранга - такие, входы которых связаны лишь с входными
контактами разъема и выходами микросхем первого ранга и т. д .
Для схемы; изображенной на рис . 5.1, элементы BJ и В2 имеют
первый ранг, а элементы Вб и В7 - четвертый ранг. Если выходы
элементов старшего ранга соединить со входами элементов млад­
шего ранга, то могут возникнуть цепи обратной связи, оrраничив.а­
ющие применение методов активизации путей.
Алгоритмы диагностирования значительно упрощаются при не­
посредственном доступе к контактам проверяемой ЦИС. Так, на­
пример, если с помощью подключающего устройства возможна
проверка логического уровня непосредственно на выходе В2, то
дефект В2 = 1 определяется простой подачей сигнала Х3 = 1
и не зависит от . значений остальных входных сигналов.
Элемент В2 относится к первому рангу. Поэтому требуемое зна­
чение входного сигнала Х3 на его входе устанавливается непо­
средственно через контакты внешнего разъема. Для проверяемых
элементов более высокого ранга, например, сигналы на входах
. элемента
В3 определяются состоянием элементов Bl и В2. Даже
при дос-~:упности точек т и п (рис . 5.1), произвольная установка
1:16

сигналов Х111 и Хп без соответствующего изменения состояния эле•
ментов Bl и В2 не всегда оказывается возможной. Это, в частности,
справедливо для элементов ТТЛ, схема соединений которых пока­
зана на рис. 5.2. Для полной функциональной проверки двухвходо­
воrо элемента В3 необходимо реализовать на его входах набор тес-­
тов, показанный на рис. 5.2.
Допустим, что на входы микросхем Bl и В2 поданы нулевые
логические уровни. Тогда на входах Х1 и Х2 элемента В3 устано~
вятся сигналы, соответствующие высокому логическому уровн~
(транзистор VTJ - открыт, транзистор VT2 - закрыт). При этом
реализуется первый тестовый набор. Второй набор можно получить
заземлением входа Х I через ключ Kl. В соответствии с принципом
работы ТТЛ-элемента на выходе BJ установится потенциал логи"
ческоrо нуля.
Аналогично можно реализовать третий и четвертый тестовые
наборы.
Таким образом, заземляя в требуемой последовательности вхо•
ды проверяемого элемента, которые связаны с выходами соседни х
элементов, можно реализовать любой тестовый набор. Однако это
возможно лишь в том случае, если на выходах предыдущих элемен•
•тов, связанных с проверяемым элементом,
присутствует ~ысокий
логический уровень. Для элементов, реализованных в базисе
«И-НЕ», указанное услови.е может быть достигнуто при заземле.ь
нии выходов всех предыдущих элементов.
Могут встретиться случаи, когда из-за неисправности предыду'"
щеrо элемента на его выходе невозможно установить уровень логи­
ческой единицы. ~того можно избежать, если вначале проверять
исправность элементов первого ранга. После их проверки и устра-
• нения неисправностей осуществляется переход к проверке второго
1
ранга. Процесс повторяется, пока не будут проверены все эле~
менты.
Переключение проверяемых ЦИС заземлением их входных кон­
rгактов может привести к перегрузке предыдущих элементов, выхо~
·ды которых связаны с заземляемыми входами. Из рис. 5.2 видно,
что при замкнутом ключе К1 и открытом транзисторе VT1 по выход;.,
ной цепи элемента В2 протекает ток короткого замыкания
Е
Zк.з~R ~38мА.
1
Он является - допустимым, однако длительное протекание его
нежелательно. Необходимо ограничивать предельную длитель­
ность нахождения ЦИС в режиме короткого замыкания.
~
В некоторых системах для гарантии отсутствия повреждении
ЦИС в процессе контроля они переключаются импульсными сигна­
лами ограниченной энергии (70]. Генератор таких импульсqв обес­
печивает получение на входе проверяемой микросхемы сигнала

· «лоr-ичесюrй О» при высоком уровне на выходе предыдущей схемы, и
. сигнала «логическая l» при низком уровне на выходе предьщу­
· щей ЦИС.
На рис. 5.3 показана принципиальная схема генератора тестиру­
ющих импульсов длительностью в сотые доли микросекунды.
Такой длительности достаточно для переключения проверяемых
микросхем. - Однако энергия импульсов мала и не приводит к нару­
шению работоспособности предшествующих микросхем, логические
уровни которых принудитеаьно изменяются на обратные.
311щита
~- '>- --- ---
,,.Общviiп
Rf
выхоiJ
Рис. 5.3 . Схема генератора наносекундных импульсов .
Следует заметить, что в момент поступления импульса, переводя­
щего, например , выход В1 (рис. 5.2) из состояния логического нуля
в состояние логической единицы (UП>) = 2,5 В), от генератора через
откры:rый транзистор VT2 потребляется значительный ток:
и(\)
/г= ~
=500 мА ,
rде U(I) - напряжение, соответствующее урJвню «логическая l»;
.R 0 - сопротивление открытого транзистора VT2 .
Для обеспечения требуемого значения управляющего тока гене­
ратор доJfжен имегь низкоомный выход. Однако тестирующие им­
пульсы генератора не могут переклю~шть в противоположное состо­
шше точку, непосредственно связанную с источником питания
•или «землей». Такие короткие замыкания легко обнаруживаются
при совместном использовании генератора и пробника напряжения .
Возможность независимого тестирования интегральных микрр ­
схем исключает необходимость сложного анализа состояний
сстальной части схемы, окружающей тестируемый компонент. Эго
значительно упрощает процесс программирования и генерации про­
грамм по сравнению с функциональными испытаниями и мето щми
активизации путей. Действительно, функцпональные испытания
ориентированы на одновременную проверку всей схемы ПУ, а paL•
98.

сматриваемая методика ориентирована на поочередную проверt<:у
отдельных элементов .
Проверка переI<Лючения цис; установленных на печатнь1х пла­
та.х, включает три последовательные процедуры.
1. Начальная устан,овка . Автоматическое диагностирование П У
с ЦИС основано на сравнении ответных импульсных последователь­
ностей с эталонными, полученными в результате моделирования или
по заведомо исправном ПУ . Поскольку в начальный момент времени
сигналы на линиях обратных связей ОД могут принимать произ- •
вольные значения, перед началом диагностирования нужно уста­
новить все элементы в исходное •состояние . Эта процедура назы~ .
вается начальной установкой .
.
2. Предварительная проверка . Некоторые дефекты , такие ка к
обрывы печатных проводников , короткие замыкания , фиксирован ­
ные уровни на выходах логических микросхем, могут быть выявле­
ны с помощью достаточно простых проверок . Предварительно мо- ·
гут проверяться также тактовые генераторы . Такие предв а ритель-­
ные пров·ерки обеспечивают более точное диагностирование при
меньших з атратах на подготовку диагностически х программ .
3. Основная диагмстическая програм,иа . Целью главной диаг­
ностической процедуры является выполнение функциональных ис­
пытаний всех выводов компонентов при их переключении в высокие:
и низкие логические с0стояния . Не предпринимается никаких по­
пыток проведения всесторонних функциональных испытаний ЦИС
·высокого уровня интеграции и ЗУ . Процедура заключается только
в переключении всех выводов этих компонентов в состояние логи"
ческого нуля и логической единицы. Это часто оказывается возмож­
ным выполнить с помощью очень ограниченного числа кома нд. По­
скольку процедура не предусматривает всесторонне й проверки на
функционирование , реализующие ее программы оказываются сравн и­
тельно · простыми . Программа хранит лишь последовательности
входных тестирующих импульсов. Ответные сигналы сравниваются
с запрограммированными для годного ПУ эталонными уровнями .
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ПУ, СОДЕРЖАЩИХ БИ С -
Функциональная проверка проводится при номинальных зна"
~ чениях напряжения питания . В процессе функциональной провер ­
.
ки обнаруживаются внутренние дефекты компонентов БИС и
,. дефекты,
вызванные взаимным влиянием компонентов .
После окончания внутр исхемной проверки известно, что все
внутренние соединения ПУ находятся в исправном состоянии, что
·
все микросхемы с малым уровнем интеграции функционируют нор­
мально и что компоненты БИС, по крайней мере, спо собны изменять
• состояние своих выходов с высокого на низкое и обратно .
99

Теперь можно перейти к более детальной проверке микропрg­
цессорных устройств и ЗУ. Для статических ЗУ эта проверка может
1;1ыполняться на низкой частоте, для ЗУ с произвольной выборкой
~инималыюй процедурой проверки являетсн запись и считывание
«l» и <(0:> с каждой ячейки. Более сложные проверки, рассчитанные
на выявление дублирования, взаи_мные влияния ячеек и другие
следует проводить лишь в случае, если существуют разумные осно ­
вания для дополнительных затрат време н и на проведение таких про­
~ ~рок . Последовательности импульсов для таких проверок могут
.дегко программироваться на языках высокого уровня, а эффектив­
ные средства сжатия тестов позволят уменьшить объемы памяти
д ~ я их хранения. Возможность эффективного сжат~я тестов сле­
д;ет из чрезвычайной упорядоченно сти процедур проверки БИС.
Лучшим методом, произволяющим выявить дефекты от взаимно­
го влияния элементов, расположенных на печатной плате, является
проверка в режимах , дналоrичных тем , которые будут ~ реальной
си.стеме. Проверка в режиме, близ ком к номинальному , требует
наличия специальной высокоскоростной ап·паратуры . Эта аппарату­
ра получила название системы высокоскоростного тестирования
(FAST-TEST) [68] .
Узлы на печатных платах с БИС часто содержат комплектные
микропроцессорные системы, включая процессоры, ПЗУ и ОЗУ·,
rецераторы тактовых сигналов, порты ввода-вывода. Такие узлы
м:оrут проверяться с полным прогоном микропрограмм при весьма
малой помощи со стороны АСКД. Если какие-то элементы на пла­
те отсутствуют, АСКД должна взять на себя функции их моделиро­
вания. Так, например, если на плате отсутствует микропроцессор,
диагностическая программа должна генерировать все необходимые
последователыюсти импульсов, а также управляющие импульсы,
обеспечивающие нормальное функционирование проверяемого узла
на печатной плате. Если на плате есть микропроцессор, то воз­
можно его использование при функциональной проверке остальных
узлов . При этом условия' проверки . окажутся весьма близкими к
реальным. Здесь особенно проявляются требо в ания к высокому быс­
тродействию системы диагностировання. Сисгема должна в реаль­
ном масштабе времени воспринимать, генерировать и обрабатывать
1;1есьма высокочастотные сигналы. Если на плате имеются средства,
~пособные установить микропроцессор в режим ожидания, то, по­
п учив определенную «порцию» информации, система может присту­
пить к ее обработке в замедленном режиме. В таком же замедленном
режиме может быть подготовлена и записана в память следующая
.тестовая последовательность. Однако ее передача на печатный узел
все же должна осуществляться в реальном высокочастотном темпе.
Лс С· е завершения передачи тестовой последовательности система
проверяет лишь окончательное состояние компонентов испытуе­
мого узла на печатный узелr

Такой режим значительно затрудняет диагностирование дефек­
тов БИС, проявившихся в процессе подгч и очередной «порции»
тестирующих импульсов. Для их отыскания следует в оперативной
uамяти на проверяемой п л ате хранить все промежуточные слова
состояния микропроцессора с целью нх последующего анализа при
обнаружении неправильного функционирования объекта контроля .
Сказанное еще раз подтверждает целесообразность применения
систем высокоскоростного тестирования, в которых подача тести­
рующих сигналов и получение результа'fов на каждом щаге промс-.
ходит в режиме работы ПУ, близком к номинальному.
3. АППАРАТУРА l!ЫСОl<ОСКОРОСТНОГО TECTJ.1POBAHJ.1Я EJ.1C
Стандартная диагностическая аппаратура обеспечивает внутри­
схемную проверку и функциональное тестирование, выявляющие
90-95 % всех дефектов. Остальные 5 % дефектов можно определить
лишь с использованием аппаратуры высокос1юростного тестирова­
ния (АВТ), которая обеспечивает все основные виды тестир9вания
ПУ, содержащих БИС. Кроме того, она позволяет на большой ско­
рости (с частотой тестирующих сигналов 2 МГц) проверять такие
параметры, как зедержки, фронты сигналов, выявлять дефекты,
вызванные взаимным влиянием микросхем.
/( 11,1,.
IJ.11ama
интср­
rиt1са
•цп
/(окu.11ь­
ныti
np_oц,c&-rv..<="4
сор _
Рис, 5.4, Структурная схема АВТ.
f( кo111tf§mumop11
01f-ьскmо
K'7Нmf10.l1R
101

1
'1
1-
1 --==- -
1
1 uпра 'Ленин
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1L ______ ___________J
Рис. 5.5. Плата интерфейса ЦП.
Одна из первых модификаций АВТ использована в . автоматизи­
рованной системе МВ -3333 фирмы «MEMBRAIN» [68]. Рассмотрим
основные принципы организации и структуру АВТ на примере этой
системы. Она включает 4 основных узла (рис. 5.4): плату интерфей ­
са системного процессора; плату программного управления; плату
канального процессора ; плату высокоскоростной оперативной па­
мяти, состоящей из 5 секций по 1024 бит.
Аппаратура выполнена в модульном исполнении, обеспечиваю­
щем .возможность ее автономного использования в других системах .
Интерфейс процессора высокоскоростного тестирования обес­
печивает прямую связь между центральным процессором и АВТ .
Эта плата не только выполняет обычные функции передачи данных,
H:J и обеспечивает управление прямым доступом в памяти АВТ .
Возможность управлять прямым доступом к памяти позволяет
передавать данные непосредственно как в центральный и канальный
процессоры, так и в оперативную память АВТ. Быстродействую­
щая оперативная память обеспечивает характеристики, необходи­
мые при записи и извлечении тестовых ·воздействий, записи и из­
влечения результатов тестирования в реальном масштабе времени .
Плата интерфейса содержит следующие _основные элементы
(рис. 5.5): счетчик адреса; счетчик слов даннь1х; буфер шины да н-
102

г~-~--~----------- -
1
t
1
1
1шино
\ ЛPHUR
Кnлотс 1
11нmcptpcticn /
/lfl 1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
~
.\
.
~
-
,,
-~~~: j/;_O!At:HUR
\~
~-•',:.,.:.,:,., _.J/~
t~
1
~
1 "":
~
1
L-----------------~
Рис. 5.6 . Плата высокоскор остн ого программного управлен ия.
ных; устройство управления прямым доступом к памяти; устрой­
ство контроля и управления состояnием системы.
Плата высокоскоростного программного управления (рнс. 5.6)
выполняет различные функции. Главные из них: установка режимов
тестирования; передача данных на канальный процессор и каналь­
ную память; 1юммутирование данных канального процессора и
памяти; обеспечение самоконтроля каналов быстрого тестирования;
обеспечение приема и передачи с элемеff!ОВ, имеющих различные
уровни логических сигналов .
_
Плата высокоскоростного программного управления обеспечи­
вает эффективный обмен -между центральным и канальным процес­
-сорами за счет прямого доступа к памяти и 16-разрядной структу­
ры щин данных. Эта комбинация обеспечивает быструю смену и
считывание данных из оперативной памяти.
Возможность комплексной са мопр.о.верки всегда важна для АСКД
ка~< перед началом расоты, так и в процессе ее_эксплуатации. Обычно
103

г-------------------~
1
fWL2~Wд;~~~~
1
1
Шино oiJpeca
ШUHfl /
<,;;;~
'llHHЬIX -1
1
1
1
/ /(Hll.MM.!/mO/Тlll/JJ/
1
1
1
!
1
1
1
1
1
1
1
}
(UНJ'flllHUJIIJlll- 1
J
Kd'opцcd'шi
!/1/fHNC CUBHfl/1111
с,110_ шшзотор
L-----------------~
Рис. 5.7 . Плата канального процессора.
/{ ЦCH/ТlpOJ/6Нllfl
ЛDHf/!U
luOfНllC/ТIUf(IL
t:з-за недостатка времени в системах проводится лишь частич ­
ная проверка. Вследствие высокой с1юрости работы АВТ обеспе­
чивает полную проверку оборудования за время, которое раньше
тратилось на частичную проверку. Основные функции комплексной
самопроверки включены в плату высокоскоростного программного
управления и обеспечивают возможность быстрой и надежной
проверки технического состояния аппаратурных сi)едств.
Плата программного управления включает следующие элементы:
регистры состояния и управления; генератор логических уровней;
буфер шин даннь1х; триггер адреса; буфер адреса; счетчик адреса;
селектор функций управления; буфер шины управления; триггер
функционального управления; устройства самопроверки.
Плата канального процессора (рис. 5.7) обеспечивает возмож-
1юсть использования микропроцессора для управления высоко­
скоростной памятью. В устройстве используется схема включения
процессора, обеспечивающая широкие возможности приема и пере­
дачи данных при управлении памятью. Канал ь ный процессор ор­
ганизует также сжатие данных при их записи в память, . что при
i04

ограниченном объеме памяти позволяет получить информацию для
достаточно детального тестирования БИС. Сжатие данных осуще-
- ствляется
благодаря использованию оперативной памяти с возмож­
ностью побитового изменения данных (CBRO - Chang Bit RAM
Operation).
Канальный процессор обеспечивает возможности условного и
~езусловного диагностирования благодаря использованию под­
-программ и системы прерываний с глубиной, равной - 5; использо­
ванию циклов; использованию условного и безусловного обращения_
к подпрограммам или группам различных данных. Процессор пре­
дусматривает индикацию данных.
В дополнение к широким возможностям управления комму­
тацией канальный процессор обеспечивает также программируемые
высокоскоростные сигналы временной синхронизации, необходи ­
мые для управления тестированием и измерением ответных сигна­
лов в реальном масштабе времени. Одновременно здесь же гене­
рируются дополнительные сигналы, необходимые при отладке
программы. Эти сигналы могут быть запрограммированы с пульта
управления.
"
Программируемые стробы тестирования и измерения формиру­
ются процессором от генератора 20 мГц с кварпевой стабилизацией
частоты. Частота поступления тестирующих стробов программиру­
ется в четырех диапазонах от 1 кГц до 2 МГц, с разрешением 50 нс.
Строб замера программируется с разрешением 50 нс в диапазоне, со­
ответствующем поступлению тестирующих стробов. Этот строб
может возникнуть не ранее, чем за 200 нс после появления тести­
рующего строба и оканчивается не позже, чем за 50 нс до появления
следующего тестирующего строба.
Плата канального процессора включает следующие элементьп
триггер состояния; триггер управления; канальная память; генера­
тор адреса; триггер адреса; коммутат_.ор шины адреса; приемный
регистр шины адреса; буфер шины управления; программируемый
генератор временных интервалов; кварцевый стабилизатор и де­
шифратор; коммутатор управления выходом сигналов времею!;
реле времени защиты; буфер шины данных.
,
Защитное реле времени служит для предохранения испытуемой
платы от перегрузок при коммутации аппаратуры. Оно разрешае11
доступ сигналов на контролируемую плату лишь спустя 200 ма_
после завершения коммутации.
Высокоскоростные каналы, управляемые памятью, обеспечи­
вают непосредственный интерфейс между диагностируемым ПУ и
АВТ. Через них одновременно подаются тестирующие сигналы
и проводятся измерения сигналов в частотном диапазоне до 2 мГц.
Устройство управления высокоскоростными каналами (рис. 5.8)
содержит следующие элементы: у1 - 1>оммутатор с тремя :остоя­
ниями; у2 - компаратор; Tl
-
триггер управления драивером
105

Jr' llpO!CJ!Rt:AIOi
пеvатнои плоте
L----------------~
Рис. 5.8 . Схема управления тестированием.
кf/Clf1/JIIUCIJl!{1Af
Cll7dll/U'ltCKD/l
nJlol!cpкu
,,Dши!ко"
/( l(t1Hd.К6HDA1ff
Л/JfJЦCCCO/J!/
(коммутатором); Т2 - триггер тестирующих сигналов; Т3
-
триг­
гер выходных сигналов; Т4 - триггер маскирования; П1 - nамять
уnравления коммутацией; Р1 - Р3
-
реле управления уровш~ми
логических сигналов; П2 - nамять формирования тестирующих
воздействий; П5 - оперативная память с побитовым изменением;
П3 - память хранения данных об ошибках; П4
-
память маски­
рования данных.
Все элементы тактируются сигналами, поступающими по шине
синхронизации. Все выходные каналы устройства объединены в
матричный коммутатор, имеющий 128 выходов, по два вывода на каж­
дый выход. На рис. 5.8 показана схема управления лишь одной парой
та!{ИХ выводов. Ключи К.i и к,; подключают пару контактов прове­
ряемой печатной платы либо к выходу канала высокоскоростного

· тестирования, либо к устройствам статической цифровой проверки.
Каждый канал может работать как в режиме передачи, так и в ре­
жиме приема тестирующей информации. Уровень тестирующих
сигналов устанавливается программно с помощью переключателей
(реле Pl - РЗ), управляющих резисторами Rl - RЗ. В режиме
пеr,едачи канал получает. информацию с выхода усилителя У1 •
Импульсный тестирующий сигнал, поступающий на вход про­
веряемой ЦИС, одновременно подается на вход компаратора (уси- •
литель У2). Компаратор сравнивает уровни напряжений на выходе
и входе усилителя У1. Если входное сопротивление цепи проверя7
емого контакта ЦИС достаточно велико (отсутствует короткое
замыкание), то напряжение на выходе У/ превышает напряжение
· на его входе . В противном случае уровень выходного напряжения
У1 уменьшится (за счет падения напряжения на внутреннем вы­
ходном сопротивлении У/) . Компаратор У2 отметит ошибку и
передаст на вход триггера ТЗ соответствующий сигнал. Таким спо­
собом обеспечивается не только подача тестирующих импульсов ,
управляющих работой проверяемой ЦИС, но и контролируется
Qтсутствие коротких замыканий на ее входах.
Усилитель У/ может быть переведен в отключенное («третье»)
состояние по сигналу управления от триггера Т1. При этом канал
работает уже как приемник информации. Сигналы с выхода прове­
ряемой ЦИС поступают на вход компаратора и сравниваются с
эталонными сигналами, поступающими с выхода триггера Tl.
_ При их несоответствии компаратор вновь выдает сигнал на триггер
фиксации ошибки. Каждый канал быстрого тестирования управля­
ется отдельной памятью, состоящей из пяти одноразрядных сек­
ций емкостью по 1024 бит. Каждая секция предназначена для вы­
полнения вполне определенных функций.
Первая секция П1 предназначена для управления режимом
коммутации. Она представляет собой память ем1щстью 1024 бит
с тремя состояниями и предназначена для управления переключе­
нием контактов в состояние приемника, источника и в отключен­
ное состояние.
Вторая секция П2 предназначена для выполнения стандартных
операций тестирования БИС и других устройств, имеющих шинную
структуру. Она осуществляет побитовый прием и передачу диагно­
стической информации к объекту диагностирования. Память на­
капливает данные, которые должны быть переданы в виде тестовь~х
сигналов на испытуемое устройство, а также принимает ответные
сигналы.
Остальные секции используются лишь в процессе быстрого тес­
тирования.
Память фиксации ошибок ПЗ накапливает лишь несоответствия
между ожидаемыми и реальными сигналами, поступающими от
()бъекта диагностирования. Ожидаемые данные хранятся в секции
107

«стимуп - оТFет». Данные об ошибках накапливаются в третьей
r.:е,щии памяти и в дальнейшем поступают для анализа.
Маскирующая память П4 накапливает спеuифические данные .
которые путем маскирования перекрывают поток данных.- посту­
пающих от компаратора в схему анали за неисправностей . Эти
данные необходI1МЫ при организации циклов, а также при отJшдке,
программ .
Память с побитовым изменением П5 подключается к каждому
каналу и позволяет более полно использовать возможности каналь­
ного проuессора для эффективной орrанизаuии сжатия данных, а
также ускоряет проuесс загрузки данных в канальную память .
Сжатие данных является, пощалуй, одним из наиболее существен ­
ных факторов, учитываемых при комплексном тестировании БИС.
С увеличением степени интеграцюi увеличивается объем тест и•
рующих д ан.ных, обеспечивающих требуемую глубину диагности­
рования БИС. Объем тестирующих данных является одним из фак ­
торов, ограничивающих эффе!{тивность АСI<Д . Во - первых, возрас­
тает время, необходимое для загрузки тестов с внешних носителей
~ оперативную память, во-вторых, емкость оперативной памяти
становится чрезмерно большой . Аппаратурi'!, примененная в
устройстве высокоскоростного тестирования системы МВ-3333, за
счет использования канального процессора и секционированной
памяти решает задачу сжатия тестирующI-1х данных.
В процессе диагностt1рования БИС на каждом такте диагности ­
ческой программы изменяется состояние небольшого числа ее
входных и выходных контактов. Поэтому в рассматриваемой систе ­
ме используется так называемая дифференциальная (разностная)
форма хранения данных. В память записываются не значения ло­
гических уровней (1 или О) всех каналов, а значения уровней тех
каналов, которые на данном такте изменяют свое состояние. По­
битовое переключение оперативной памяти дает возможность за­
грузить данные в дифференциа.цыюй форме и тем самым сократить
емкость оперативной памяти и общее время, необходимое для ее
загрузки.
Данные, загруженные в каждую секцию памяти, относящуюся
к определенному каналу, могут непосредственно подаваться на
этот канал либо отключаться от него, оставляя выход коммутатора
в третьем состоянии.
На рис. 5.9 показано, как можно загрузить кодовую последо­
вательность для проверки простого триггера, используя дифферен­
циальное представление данных. Триггер выбран в качестве при­
мера.
Все результаты могут быть распространены на БИС, при этом
считается, что информационные входы БИС соответствуют входу
D, а входы управления или синхронизации соответствуют входу
С рассматриваемого триггера.
•

\
Анализируя дан!1ые рис. 5.9, а, убеждаемся. что для no.rrнoI'o
представления всеи последовательности тестирующих сигналов
(R, D и С) необходимо запомнить по 8 бит на каждый канал (24 бита).
Однако сигнал по каналу R изменяет свое логическое состояни'е
два раза, а сигнал по каналу D - один раз. Наиболее часто из­
меняется сигнал С (4 раза). Рис. 5.9, б показывает программную
запись ,остояний, представленную в дифференциальной форме
(указываются лишь те входы, которые на данном такте изменяют
свое состояние).
llо
/
1
о1
/
1
11
/
1
/
о
1о
,о
л
Пz n!i
''
о1
!1
хо
хо
хо
хо
хо
с
о
о
о
/
о
о
1
о
1!
Пг П5
1!
хо
хо
хо
хо
о/
хо
хо
/]
(}+
о
о
о
1
о
о
о
о
П2
о
х
х
f
о
х
!
о
п+
1
1
/
о
,
1
1
о
с
71
П5
72
!
TJ
о
о
1
Т4
75
!
76
о
1
1
Т/ .P=f. /l=~
с-о
12 Л=il
lJ - l!lpuггcp
TJ Л=!
71/. С=!
tJ=
Т5 С=О
Т6 JJ=O
Т7 C=f
тв С=О
JJ=f,
Л=О
/l=!,
R=t, с=о
J$5
JJ=O
C=f
С=О,
Л7N
г
Рис. 5.9 . Проrр:щм11рова'1йiе
.
D-тpиrrepa:
а - тацлиц а истинности D-триг­
гера; б - микропрограмма из­
менення состояний входов D"
триггера; е - ди фференци а.ттьно~
кодирование входных сигналов:
г - микропрогр ам ма с подпро•
граммой.
На первом такте происходит установка всех трех входов. На
каждом последующем такте изменяется состояние только одного
из входов. На рис. 5.9, в показаны три таблицы -состояний для вхо­
дов R, D и С соответственно. В колонках П2 единицами и нулямн
отмечены логические состояния соответствующих входов, ИSМ'еня
ющих свое значение на данном такте.
Знаком Х отмечены состояния, не меняющиеся на данном тактt:
Так, например, во время третьего такта сигнал на входе 'R прини ­
мает единичное значение, а во время всех последующих тактов не
изменяется (рис. 5.9, а).
В колонках П5 единицами отмечены те такты, на которых со­
ответствующие входы триггера изменяют свое состояние. Такие
состояния называют существенными.
Информация о существенных состояниях (колонки П2) • хранит­
ся в памяти формирования тестирующих воздействий (П2), Переход
109

R следующей ячейке указанной памяти происходит в случае изме-
• нения состояния данного входного контакта . Информация о нали ­
чии изменения состояния (колонки П5) хранится в памяти поби­
тового изменения (П5). Загрузка в память информации о суще­
ственных состояниях позволяет сократить ее объем. Для данного
• nримера
вместо 24 ячеек (рис. 5.9, а) необходимо загрузить
10 ячеек.
Рис. 5.9, г показывает возможность дальнейшего сжатия дан­
ных путем организации подпрограмм и циклов с помощью канального
upoueccopa. После выполнения команды ТЗ, устанавливающей
R в состояние логической единиuы, происходит безусловный пере­
ход к команде Т5 (J S5), выполняются команды Т5 и Тб, представ­
ляющие некоторую подпрограмму, а затем происходит возврат
к команде Т4 (RTN) . Таким образом, команды Т5 и Тб при выпол­
нении программы повторяются дважды, а в канальную память
секции П2 канала С можно занести 3 бита информации, вместо 5.
Процессор управляет выдачей сигналов в канал С, в то время как
данные в каналах R и D не изменяются, поскольку этому препят­
ствуют сигналы, поступающие из секции канальной памяти П5 •
Рассмотренный способ организации обеспечивает в нашем при­
мере 66 %-ное сжатие данных, и, следовательно, времени, необ­
ходимого для загрузки этих данных в канальную память.
На рис. 5.10 показано, 1<ак перенос слов данных из памяти про­
цессора в канальную память влияет на время, необходимое для ее .
загрузки. l(ак видно из рис. 5.10, а, общее количество данных,
содержащихся в таблице проверок (рис. 5.9, а) накапливается в
памяти процессора. Поскольку в каждый из трех каналов контакт­
ной памяти необходимо загрузить по 8 бит, для загрузки потребова­
лось бы 24 полных 16-разрядных слова (по одному слову на каждый
бит) . Умножив на 24 время, необходимое для переноса слова дан­
ных процессора в _ канальную память, получим полное время за­
грузки канальной памяти.
На рис. 5.10, б показаны данные, которые формируются в па­
м яти пронессора при дифференциальном способе представления.
Они переносятся в секцию побитового изменения канальной памяти
ПБ. Вместо 24 переносов теперь уже требуется 10 и время, необ­
ходимое для загрузки, уменьшается на 59 % . Заметим, что, не­
смотря на преобразование в дифференциальную форму, данные
записываются в память и извлекаются из памяти процессора в
строгой последовательносrи.
На рис. 5.10, в показан вариант дифференциальной записи
данных в памяти процессора с учетом организации подпрограммных
циклов. Эти данные соответствуют рис. 5.9, г. Необходимо загрузить
8 ячеек памяти (по сравнению с исходными 24 ячейками). Первая,
четвертая и пятая ячейки загрузятся в канальную память канала
R, вторая и шестая - в память D, а остальные три ячейки загрузят-
110

t.яд!:; ilонных
,1пп-1
2 Т1 11=1
JТ1с=о
#12п=о
J; -12 IJ-1
6rzс=о
7TJR=1
f. ,TJО=Т
~•пс=о
Jli TI; /l=f
11 Т4 IJ=f
12 14 с-т
JJ .15 Л=1
14 Т5 IJ=f
/5 Т5 С=О
/б Тб fi=1
11 lб о~о
/8 lб С=О
i9 17 Л=l
20 Т7 О=О
21 77 С=1
22 18 //=1
2J ТО О=О
2/; 7l! С=О
Сло!о i!оннык
-
-
-
--
--
1Т1д=1
-
-
--
lТ10=1
-
-
---
JТ1С=О
_
_
___
412Л=О
__
5 П! ll=f
___
,,,674c~t
-- ---
1
-- --
2
----J
----4
----5
-
--
6
;::::-. -: : . .:,,-7
-::::::::-...::::-.>8
--
------
-- --
7Т5С=О
//8 т,-~ ll0
////!/ 17 с:,
/ ////10 ТО С=О
/
/
///
'---,1- ~
////
и
///
//;
I;
I;
I;
Сло!п 8011н!Jlir
тт Л=f
Тf 0~1
п с=о
72 Л=О
ТJ /l=f
14 11=0
15 C=f
Jf, С=О
d
/
la
Рис. 5. 10. Запись данных в память:
а - неnосредственная ; 6
-
дифференциаль-
ная ; в - с подпрограммой .
ся в память канаJiа С. Так как время переноса данных из памяти
процессора в канальную память поегоянно, для полной загрузки
канальной памяти потребуется 8 тактов вместо 24. Это сокращает
время загрузки на 65 % и повышает прuизводительность аппаратуры.
_4. ТОКОВОЕ ЗОНДИРСВдНИЕ
ВИДЫ ДЕФЕКТОВ
Все рассмотренные выше методы диагностирования ЦИС ос­
нованы на измерении напряжений на контактах испытуемого ПУ .
Если напряжение не соответствует ожидаемому логическому уров­
ню, то можно утверждать о наличии неисправности в пределах
данной контактной дорожки ПУ, о причинах этой неисправности
в данном случае известно мало. Определить конкретную БИС,
являющуюся причиной неисправности, особенно трудно при шин­
ной организации соединений, когда выходы нескольких БИС с
тремя состояниями объединяются в одну общую точку и под1<люча­
ются к входам других компонентов (рис. 5 . 11) . Если открыт тран­
зистор VT2 и закрыт VT1, то выход микросхемы подключаетс я
к точке с нулевым потенциалом, т . е. имеет уроuень логического
нуля. Выходное сопротивление определяется {:Опротивлением от­
крытого транзистора VT2. При открытом транзисторе VTJ и за­
крытом VT2 на выходе появится потенциал _ высокого логического
уровня. Выходное сопротивление микросхемы в этом случае зависит
от сопротивления резистора R. В обоих случаях выходные сопроти в­
ления микросхемы достаточно малы.
Третье, высокоимпедансное состояние заключается в отсутствии
двух предыдущих состояний. Физически выходная шина находится
11!

f
в «плавающем» или «сво.
r----т бодном» режим~. т. е.
1
1 микросхема , никакого
1
1 влияния на нее не ока-
1
1 зьшает. Такое состояние
Вхои 1
1 ДО(,'ТИгается за счет одно-
_---.---...--+-'
.
L временного закрытия
L-- -:- -
транзж,оров VTJ и VT2.
l(fыxoiloм
1
fpgгux ЦИС ___J
Чтобы управлять этими
транзисторами, введена
1( окопом дополнительная управ•
L__vpy1ux flй!J ляющая входная пиния.
Рис. 5. 11. Соединени е ЦИС с тремя состояния­
ми.
которая называется ли­
нией разрешения. Эта
линия подсоединена че­
рез диод VD 1 !{ базе транзистора VT1, а также 1< эмиттеру входно ­
го транзистора. Когда на лиюJ ю разрешения подается низкий по­
тенциал (логический «О»), оба выходных транзистора закрыты и
с хема переходит в высокоимпедансное состояние.
При подаче на линию разрешения потенциала · логической еди­
ницы диод VD 1 окажется закрытым и микросхема будет работать
как обычная ТТЛ, реализующая функцию И - НЕ. Высокоим•
педансное состояние обеспечивает параллельное объединение вы­
ходов нескольких микросхем. Для нормальной работы необходимо,
чтобы разрешающий сигнал подавался на одну из параю1ельно
Р ключенных микросхем, которая считается активной.
т~--r0
1
Рис. 5.12. Виды дефектов печатных плат с ЦИС.

\
Если ~ результате неисправности один из выходов или входов
ЦИС, подключенных к шине, окажется заземленным, то простым
измерением напряжения на шине невозможно установить причину
дефекта и отыскать неисправную ЦИС. Еще сложнее найти nричи­
ну дефекта в случае двунаправленных шин, для которых каждый
подключаемый компонент может служить как источником, так и
приемником информации.
Некоторые наиболее распространенные дефе1пы печатных уз-
. лов,
содержащих ЦИС, показаны на рис. 5.12. К ним относятся
следующие: замыкание проводника на «землю»; замыкание провод­
ника на шину источника питания; внутреннее замыкание выхода
ЦИС на «землю»; внутреннее замыкание выхода ЦИС на шину
питания; внутреннее замыкание входа ЦИС «на землю»; внутрен­
не«; .замыкание входа ЦИС на шину питания; «зависание» уровня
логической единицы; «зависание» уровня логического нуля; корот­
кое замыкание между выходами двух логических компонентов;
конфликтные ситуации на шинах (два устройства находятся в про­
тивоположных активных состояниях).
Для уяснения причин возникновения дефектов недостаточно
измерить уровень напряжений, необходимо знать еще и распреде­
ление токов, протекающих по шинам.
БЕСКОНТАКТНОЕ ИЗ/IЛЕРЕНИЕ И/IЛПУЛЬСНЫХ ТОКОВ
Значения протекающих токов можно определить,_ измерив па­
дения напряжений на шинах проверяемого печатного узла. Уровни
падений напряжений весьма малы (доли милливольт), поэтому та­
кие методы не нашли широкого применения. В последние годы в
АСКД получили развитие бесконтактные методы измерения им­
пульсных токов с помощью индуктивных преобразователей магнит­
ного потока. Например, в работах [58; 62] описана система, предназ­
наченная для диагностирования дефектных ЦИС с помощью бескон­
тактного токового зонда. Чувствительный элемент зонда представ­
ляет собой трансформаторный преабразователь. Упрощенная схема
одного из возможных вариантов преобразователя показана на
рис. 5.13. Импульсный магнитный поток, пропорциональный току
ix (t), протекающему по проводнику, замыкается по магнитопрово­
ду, выполненному из ферромагнитного материала. Магнитный поток
пронизывает выходную обмотку и наводит в ней ЭДС. Если об­
мотка находится в режиме короткого замыкания,. то индуктивный
преобразователь представляет собой трансформатор ток.а с коэф­
фициентом трансформаци!1 Кт~
fг~К/х,
где / 2 и / х - амплитудные значения выходного и измеряемого та.
tюв соответственно.

Работа преобразователя в режиме трансформатора тока обеспе­
-чивает качественное воспроизведение формы импульсных токовых
сигналов и уменьшает влияние паразитной емкости Сп вторичной
обмотки.
tи11хрониз11цин
Рис. 5.13. Упрощенная схема входной uепи преобразователя импульсных
токов.
В зависимости от знака импульсов срабатывает один из компа ­
раторов Kl или К2. Импульсы с выходов компараторов управляют
триггерами TJ и Т2, а также светодиодами VDJ и VD2 индикацни
направления тока. Работа триггеров синхронизируется от генера-
. тора
тестирующих сигналов.
ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ С ПОМОЩЬЮ ТОКОВОГО ЗОНДА
Для уяснения этого процесса рассмотрим некоторые из возмож­
ных дефектов в устройстве, схема которого изображена на рис. 5.14 .
Схема содержит три источника информации (ЦИС 1, 2 и S)
и два приемника информации (ЦИС 4 и 5). Источники информации
могут находиться в высокоимпедансном состоянии. Выходы истсч­
ников и входы приемников подключены к общей шине. В случае­
исправного ПУ в определенный момент выполнения диагностичес­
кой программы на вход управления третьим состоянием ЦИС 1
подан разрешающий сигнал. В то же время ЦИС 2 и 3 находятся
_в
высокоимпедансном состоянии. На информационный вход ЦИС 1
должен подаваться единичный логический сигнал, переключаю ­
щий шину в состояние логической единицы. Предположим, предва ­
рительными испытаниями с помощью измерителей напряжения
было установлено, что сигнал на шине имеет не единичный, а ну­
левой логический уровень. Эта ситуация может быть вызвана раз ­
личными типами дефектов. Рассмотрим эти дефекты поочередно .
1. Источником нулевого логического уровня на шине является
ЦИС 1. Это может произойти по причине дефектного заземления
-входной
или выходной цепей ЦИС 1. Наличие заземления во вход~

ной цеп\ уеганавливается измерителем напряжения . Дефектное
заземлени·~ выходной цепи локализуется установкой токового зон­
да в точке А и подключением контакта генератора импульсов тока
ГИ к выходу ЦИС 3. Аналогичные результаты дает токовое зонди­
рование шины в точке D. Зонд, установленный в точках В и С,
при исправных ЦИС 2 и 4
nокажет отсутствие тока.
2. Источником нулевого
логическQго уровня на шине
служит дефектное зазамление
1
Исто11нини
!lgmь тонd
на выходе UИС 2. Из рис. ~
5.Л следует, что заземление ~ о---- ~~~:ti
любого из выходов ЦИС при- ~
водит к установлению нулево- ~ -
го логического уровня на ши­
не даже при включенном тран­
зисторе VTJ. Замыкание вы­
ходной цепи ЦИС 2 приведет
к тому, что большая часть
тока от генератора импуль­
o--t-, --- <
!JпроDлснис
третьим с~стоннием
сов ГИ ответвляется в сторо-
ну заземленной ЦИС и за­
регистрируетсл токовым зон­
Рис. 5.14 . Обнаружение дефектов
нах.
наши-
дом, установленным в точке В. Выход исправной ЦИС 2 находит­
- ся в высокоимпедансном состоянии и ток в точке В не протекает.
3. Источником нулевого логического уровня на шине является
• дефектное заземление на входе ЦИС 4. Ток от ГИ устремляется
к заземленному входу и обнаруживается зондом, установленным
в точке С. Часть тока по-
-~
-
еги 1/
,
~ 1 ----- прежнему ответвляется В ОТ-
/ •:::: !:а \ ~~!;~~~~~~:~~р:~·
0 z _<Z:===z.! ~=====ztj _1; 1---~-- - -
4. Источником нулевого
логического уровня на шине
Рис. 5.15. Обнаружение короткого замы- является короткое замыкание
кания между шинами.
шины на «землю». Наличие
тока зафиксируется зондом,
уегановленным в точке D. Во всех остальных точках (А, В, С)
' испульсные токи от генератора ГИ отсутствуют.
5. Причиной нулевого логического уровня на шине может
. явиться
замыкание между дtзумя выходами логических элементов,
' как это показано на рис. 5.15. Зонд, установленный в точке А,
·:·отметит наличие тока на выходе ЦИС 2. Перемещая зонд в направ­
!.лении движения тока, можно легко локализовать короткозамкну­
тый участок.
ll5

Таким ооразом, токовый зонд помогает проследить путь тока O't
генератора тестирующих импульсов до дефектного элемента, явля­
ющегося источником нулевого сигнала на шине. Сопротивление­
Уежду короткозамкнутой шиной и землей доеrаточно мало, поэтому
изменение потенциала шины под воздействием импуJiьсных токов·
весьма незначитеJiьно . Так, например, при открытом транзисторе­
VТ2 (рис. 5.11) сопротивление между шиной и землей оказывается
порядка 5 Ом, что при импуJiьсе то1<а 10 мА вызывает изменение­
напряжения на шине на 50 мВ. След( в tтельно, импульсы тока от
Bxoilнь1t:
UMDfl- '!6C6!
fmpod'
U.7Aftl/7tlNUU
luzнu-'l
oшutfкq
,llirmvuн
/Jl(IJi}J!Лft/
ш,rлульси
t,77po!
u;Jl!!e,OOHUU
а
C"!!CNU.Л -+-+- -- -11- . -
юд{f,'(u
.1/дтvик
-
d
Рис. 5.16. Временные диаграммы при то­
ковом зондировании:
а - дннамнческнй режнм: б
-
статнчес,шй
режнм .
ГИ не могут привести к
изменению срабаты~ания ло­
гических элементов. Это обес­
печивает возможность токо­
вой проверки при одновре­
менном прогоне диагностиче ­
ской программы, с тем чтобы
удовлетворить требованиям
синхронизации и обновления
информации динамических
компоненте.в.
Такой режим использова­
ния токовых зшщов называ­
ется динамическим. При об­
наружении неисправности в
испытуемом узле обычная
программа испытаний повто-
• ряется вновь и на указанном
месте испытаний в момент
появления сигнала неисправ­
ности в схему от ГИ подает­
ся импульс тока специальной
формы. Импульс имеет кру­
той передний фронт, синхро­
низированный с сигналом об­
нар ужения дефе1<та (р ис .
5.16, а). Задний фронт импуль·
са имеет низкую скорость изменения и не обнаруживается индуктив­
ным датчиком зонда. Датчик тока также синхронизируется и отпира•
ется лишь при возникновении переднего фронта тестирующего им­
пульса. Тестирующий импульс воспринимается датчиком тока, в
rro время как другие изменения тока, вызванные нормальным функ·
ционированием yзJia, игнорируются. Процесс зондирования проис·
ходит_ при реаJiьной скорости без какого-либо нарушения выпоJiне­
ния основной программы испытаний.
.
Если пJia7:a не содержит динамических компонентов и возможна
остановка осtювной тестирующей программы, то испоJiьзуется ста-
118

тический ре.жим токового зондирования. В этом ре.жиме после-­
довательнрсть операций испытания вьшодняется вплоть до момента
появления симптома дефе1{та, после чего прогон программы останав­
ливается. Плата как бы «замораживается» в ситуации, соответству-­
ющей данной неисправности, и в схему вводится последовательность
импульсов тока (рис ; 5.16, 6). Токовый датчик синхронизируется.
с подооаемыми импульсами. В совокупности с аналоговой и дис­
кретной фильтрацией синхронизация повыша ет помехоустойчи­
вость сиеrемы.
5. СИГНА ТУРНЫЙ АНАЛИЗ
Широкое распространение микропроцессорных уеrройств, ЦИС­
памяти и других БИС с шинной структурой поставило в АСКД
проблему сжатия активных данных. В _отличие от цифровых.
устройств, имеющих нерегулярную структуру и реализующих ло­
гические функции аппаратными средствами, большинство логичес­
ких функций: БИС с шинной еrруктурой реализуются программными,
способами. Характер работы уегройегва определяется теперь не
структурными связями, а массивами данных, хrанимыми в элемен­
тах памяти. Например, микропроцессорное устройство, соединен­
ное с элементами памяти, может выполнять совершенно различ­
ные функюш в зависимости от заложенной в память программы .
При функциональной проверке таких устройств приходится­
генерировать и обрабатывать большие объемы данных, представля­
ющих длинные последовательности логических нулей и единиц.
Проверка ос.ложняется еще тем, что многие шин·ы таких устройств
двунаправленные, т. е. служат как источником, так и приемником
информации.
•
Функциональную проверку цифровых печатных плат с шинно й
егруктурой можно осуществить обычным способом, сравнивая на
каждом такте логические сигналы, возникающие в проверяемом
канале, с соотвествующим:и эталонными данными, хранимыми в
памяти. Однако объем памяти при этом оказывается иногда слиш­
ком большим. Его можно уменьшить, используя программные
методы сжатия, анал огичные применявшимся в аппаратуре высоко,­
скоростного тестирования. Более эффективными являются спо­
собы, основанные на предварительном преобразовании контрол и­
руемой последовательности логических сигналов в некоторые хг.­
рактерные коды, хранимые в памяти. Один из таких способов ~
подсчет переходов. Ко.личество изменений догических состояний
на каком-либо выводе подсчитывается и сравнивается с числом.
• зафиксированным на этом же выводе для исправного печатыого уз­
ла. Для получения статистически достоверной информации необ­
ходимо большое число логических переходов. Однако количества
изменений логических состояний на некоторых узлах может
'117

оказаться недостаточным, что ограничивает применение указанного
способа проверки.
Например, при функциональной проверке многоразрядного счет­
ч ика старшие разряды изменяют свои логические состояния
гораздо реже, чем младшие разряды. Следовательно, с точки зре­
ния статистики, младшие и старшие разряды находятся в неравных
условиях.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИГНАТУРНОГО АНАЛИЗАТОРА
Наиболее перспективным методом «сжатия» активных данных
в АСКД является метод сигнатурного анализа (23; 57]. В сигна­
турном анализаторе состояние контролируемого вывода цифрового
печатного узла проверяется на каждом такте синхронизирующих
импульсов в течение всего цикла испытаний. Анализ базируется на
методике контроля данных с помощью избыточных циклических
кодов, широко применяемой в технике связи и в устройствах цифро­
вой магнитной записи. Сигнатурный анализатор (СА) включает в се­
бя обычно 16 -разрядный сдвиговый регистр, на вход которого по­
ступают данные о логическом состоянии проверяемого вывода
цv.фрового п_ечатного узла. Регистр содержит обратные связи ,
• п·оказанные на рис. 5. J7, а. Сигналы с 7, 9, 12 и 16-го разрядов
регистра суммируются по модулю два с последовательностью вход- •
ных с"Игналов. При поступлении каждого синхронизирующего им­
пульса двоичные коды, записанные в регистре, сдвигаются на один
разряд влево. Такой способ преобразования кодов носит название
способа полиномиальной кодовой генерации [28]. Схема, изобра­
женная на рис . 5.17, а, называется 16-разрядным сигнатурnы м
генератором полинома
h(х)=х
16
+х12+х9+х7+1.
Двоичный код, образущщийся в регистре после подачи на его
вход некоторой кодовой последовательности, представляется в виде
четырех16-ричныхцифр(О,1,2,3,4,5,6,7,8,9,А,С,F,N,
Р, V) и называется сигнатурой этой кодовой последовательности .
Латинские буквы, применяемые для изображения цифр. превышаю­
щих 9, 1шбраны исходя из удобства представления ·их семисегмент­
ным цифровым индикатором.
На рис. 5.17, 6 показан процесс формирования сигнатуры 17-
.раз ряд ной
кодовой последовательности 1О 1111111 О 11 ООО 11. Когд а
все 17 бит входной последовательности преобразуются в 16-раряд­
ный код, записанный в регистре 0111110100110000 (такт 17), про­
исходит его преобразование в 16-ричную форму 7Н30. Весьма
-существенно, что разрядность сигнатурного кода не зависит от
длины входной последовательности. -
В целом, сдвиговый регистр может насчитывать 216 (65536)
различных состояний.
;118

/ Вероятность· получения одинаковых сигнатур для двух различ­
ных двоичных последовательностей, отличающихся более, чем в
16 разрядах, весьма мала (2-
1
6). При этом одиночные ошибки и
групповые ошибки, длина пакета которых не превышает 16 бит.
обнаруживаются с вероятностью 100 %. Вероятность обнаружения­
любого количе(,'ТВа ошибок в пакете более 16 бит составляет-
1-2 -
16
= 0,9999848, т. е. весьма велика. Столь исключительно,
-
·
~~
::. >;
~~
о
'z
J
-ж
.,
б
7
{j
9
то
11
12
!J
14
15
!б
17
fб l.f
оо
оо
оп
/jо
{)п
п{)
8о
оо
8о
оо
/}о
оо
пп
оо
оо
/}1
'
о
о1
.Рееистр ciJ5uгo d'лeto
ll
СоiJ,:ржимов pt!3pнiJo;f
14IJlllfl(Jgв75.r//
оооо/jоооооо
оооосоооооо
7i7iп7iпопооо7)
7i·п/}(}-ппопооt7
-п71/17f7iп71оло/
л!}ппо(}оо{)/tJ
/}о/}ооо/}о/о1
оQоооО8IQI1
ооliооо/о111
ооопо1111
''
/
ооооfIJ
''''
1
оliо/о/!
''
/Q
/}о1О1111
'
О1
о
'''''
11о;о
1о
'
111fо1(}о
оI1f!'1/}/Qо1
1
'
11
'
о1оо1
'
'
11
'
о''О-о11о
J2.1
Jl/
ооо
оо1
о!о
1о
'
Qf1
'
/!
/r1
1
'
1
'
//}
'
{)"
о'Q
'
оQ
оо'
оI1
'
1О
'
/}о
оо!)
ооо
~~-------v-----
7
11
ОJ
О
~
~~
~ ;;1
~
1
о
1
J
l
1
I
fJ
'п
IJ
J
/
()
о
о
о
Рис. 5.17. Сигнатурный ~нализ:
·~ 1§
~""
<>~
~<,
'о
'!
'
'
'
'
'li
/
/
/}
о
о
'1
Bxot111otl
~URHO.I
а ..,. сигнатурный генератор; б
-
пример формирования сигнатур.
высокая достоверность контроля обеспечила широкую популяр­
ноегь сигнатурных методов в автоматизированных средствах кон­
троля · цифровых печатных плат. При проверке методами сигнатур­
ного анализа необходимо выполнить ряд общих требований.
Период времени контроля ограничивается сигналами «Старт -
Стоп». Для всех исnытуем..ых выводов контактов ПУ он должен
оставаться неизменным и синхронным. Это означает, что при про ­
верке каждого вывода объект испытаний и сигнатурный анализато_J
119,

.. дол жны
устанавливаться - в исходное состояние, а моменты начала
.и окончания поступления данных в анализатор для всех выводов
..до лж ны
быть идентичными по отношению к началу отсчета. Хо­
тя для порождения истинной . сигнатуры достаточно одноразовой
тестовой последовательности, поиск . неисправностей удобнее
- осуществл.ять при циклическом режиме работы.
Все данные должны быть строго синхронизированы тактирую­
щими импульсами и в течение фронта синхронизации должны ос­
· таваться неизменными.
1 Донные
t отнрь,ты
Сторт J" ____,
1 Донные
t.Jанрыты
Стол J-------------.. . .
Синхро- 1. Jl..Гl..Л..fLЛ_
JЩ?,alfllЯ
1
/J,0Hlf6/fJ
~-~
ХХХ!!1О1DОDОIОХХХХХ
8хоilнан лослеiJ0Dоmсл6ноот1,
Рис. 5.18, Временная диаграмма и входная последовательность
сигнатурного анализатора.
• Старт-стопные сигналы также должны синхронизироваться, а
-.запуск и останов могут осуществляться как по положительному,
так и по отрицательному перепадам. Точки снятия сигнала синхро­
низации и старТ-(,'Топных сигналов в процессе испытаний должны
·.оставаться неизменными. Тогда процесс получения сигнатур для
различных выводов микросхем сводится к поочередному подклю­
чению этих выводов ко входу анализаторов.
На рис. 5.18 представлена временная диаграмма формирования
.двоичной последовате.льности на входе сигнатурного анализатора.
Здесь подключение и отключение потока данных происходит по
положительному перепаду старт-стопных сигналов, а снятие дан­
ных - по отрицательному перепаду синхронизирующих импуль­
•·сов. В результате на вход сигнатурного анализатора поступит по­
-.следовательность двоичных данных 11101000010. Наиболее удобными
моментами синхронизации съема информации в у(,-тройствах с шин­
ной структурой являются моменты, в которых ·сигналы на шинах
..данных
и адресных шинах устойчивы. Следует обратить внимание,
'ЧТО в рассмотренном примере все изменения логических СОL'Тояний
контролируемой схемы происходят в моменты положительных
перепадов, а снятие данных - в момент отрицательных п~епадов
-,с , нхронизирующих импульсов.

Сигнатурные анализаторы должны устойчиво работать при про­
верке ПУ, содержащих ЦИС в третьем (высокоимпедансном) со­
стоянии. С этой целью на входе анализатора устанавливаются два·
компаратора; настроенные на уровни логического нуля и логичес­
кой единицы. Если в результате переключения в высокоимпеданс­
ное состояние на выходе ЦИС окажется промужеточное напряжение
(меньше уровня логической единицы, но больше уровня логичес­
кого нуля), то на входе в анализатор повторяются данные, соответ-
L.r ~J _ Трсшм
"
гтсостонни~ , •• о /
Нмn§.11~сн11н
лоне.ко "1"
Треmм
cocmt!Rнuc , / .,,о• ·'Z:j
1~fc~r~1__П_
Донн11СО111ООООООО1
Рис. 5.1~ .
Временные диаграммы и поток цифровых данных в схемах с
тремя состояниями.
ствующие предыдущему лorичecKQJ'yly состоянию (ед.иничному илп
нулевому), как это показано на рис. 5.19.
Промежуточный уровень напряжения VR ~ 1,4 В соответствует
напряжению на выходе ЦИС, находящемся в высокоимпедансном
состоянии при нагрузке на сопротивление R ~ 50 кОм. Переходные
процессы вызваны наличием паразитных емкостей . На рис. 5.19
показано также, что узкие импульсы помех, не перекрывающие
фронты синхронизации, не влияют на результат преобразования.
ПРИМЕР ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АСИНХРОННОГО СЧЕТЧИКА
В работе [21] рассмотрен пример использования сигнатурного­
анализа для диагностирования асинхронного двоично-десятичного
счетчика типа К 155 ИЕ2. Принципиальная схема изображена на
рис. 5.20, а. ЦИС имеет следующие режимы работы: установка в
«О» и в «9» и счет от О до 9. Установка в «О» происходит при подаче
единичных сигналов на входы 2 и 3 и нулевого сигнала, хотя бы
на один из входов 6 или 7. Установка «9» происходит при подаче
единичных сигналов на входы 6 и 7 при безразличных значениях
на входах 2 и 3. Счет осуществляется по отрицательному перепаду
синхронизирующих импульсов.
121

IJ8J6
•rz
/1;
1
4ZдР
~g
FГ.,Д5
8
!FDP
!f
·~ , _ __[j>----~
6
7
141
· f!;zt1;,
f
CVfJ/17'(UI(
а
!
'" r~@ul __ _лz
1 lfL'1JUlЛJ1.ПJ1J1.Jl_f~ _
Рис. 5.20. Сигнатурный анализ для диагностирования счетчика ТИ•
па К 155 ИЕ2:
а - принципи альная схема счетчика; 6
-
временные диа гр а ммы.
На рис. 5.20, а изображен также вспомогательный счетчик,
·.с разрядов которого снимаются управляющие тестирующие сигналы
J/2 ... f/128. Сигнал стробирования подается на синхронизирующий
вход сигнатурного анализатора в фазе с сигналом частоты f/128,
-что соответствует периоду функционального контроля, равному
128 тактов. Период 128 тактов разделяется на 4 группы по 32 такта.
'122

В начале каждой из первых трех групп происходит счет импульсов,
однако в конце каждой группы в моменты совпадения единичных зна­
чений сигналов на входах 6 и 7 происходит установка счетчика в,
состояние «9,>. В последней группе по 32 такта при совпадении
единичных сиrна,гюв на входах 2 и 3 происходит установка счет­
чика в нулевое состояние. Однако в конце, когда на входах 6 и 7
также устанавливаются логические единицы, счетчик из состояния
«О» переходит в состояние «9».
В работе [21] рассматривается удобный способ представлениЯ:
выходного двоичного вектора, состоящего из следующих друг за
другом серий нулей и единиц в виде су.ммы:
No+K1 +Lo+M1 + ···,
rде N, К, L, М - десятичные числа, -индексация которых указы­
вает на вид двоичной информации (О или 1). Значения чисел соот0
ветствуют количеству нулей или единиц в серии. Если вектор имеет
периодически повторяющиеся составляющие, то возможно его пред­
ставление в виде выражений
А(В(N0Ч--К1+ ···)+L0+М1•••),
где константы без индексов указывают числа циклов повторения,
заключенных в скобках периодических составляющих двоичного
вектора. Например, двоичный вектор ·на выходе 12 рассматрива-
. емоrо
счетчика
Q1=3(6(10+21+10
)
+81
)
+240+8
1
•
. Ему
соответствует сигнатура 8836. Значения сигнатур, получа­
ющиеся на остальных 1:1ыходах счетчика, показаны на рис. 5.20, а.
Представление двоичного вектора в виде выражения со скобками,
чрезвычайно удобно при программировании тестирующих импульс­
ных последовательностей. Числовые константы указывают на ко­
личество повторений в каждом цикле программы.
Поскольку длина выходного двоичного вектора безразлична для
формирования сигнатуры, сигналы с выходов счетчика можно по­
очередно подавать на вход сигнатурного анализатора. Двоичные
последовательнt)сти со всех выходов «выстраиваются» в один об­
щий вектор, длина которого равна сумме длин всех исходных ве1t•
торов. В результате получается общая сигнатура, упрощающая
процедуру контроля. Такая общая сигнатура при контроле счет­
чика показана на рис. 5.20, а. После мультиш1ексирования сиг~ ·
налов с четырех выходов для периода 512 тактов она равна СИ65.
• ПРИМЕР ПРОВЕРКИ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ
На рис. 5.21 показана структурная схема микропроцессорной
системы с учетом возможности ее сигнатурного анализа -[58]. Сис­
тема состоит из микропроцессора с устройством прерывания, трех
123

ЛЗУ, двух ЗУ с произвольной выборкой данных и двух устройств
'Ввода-вывода . Система включает в себя некоторую БИС и связан­
ную с ней логическую схему. Сюда входят также источники пи110-
1шя и генератор синхроимпульсов.
Стратегия проверки системы средствами сигнатурного анализа
основана на потенциальном разделени и ее отдельных элементов,
,вьщелении некоторого ядра. После проверки правильности функ­
дионирования ядра проводится его постепенное расширение вклю­
,чением в состав ядра новых проверяемых элементов.
Рис. 5.21 . Структурная схема микропоцессорной системы.
Предположим, что в проверяемой системе возможен разрыв
-шины данных ~ежду микропроцессором и другими компонентами
--системы . Это может быть специальный ра~ъем, клеммная панель
и т. д. Введем в микропроцессор команду, которая вызовет по­
стоянное увеличение содержимого адр~ных шин. Эта команда вы­
. зовет сканирование адресных шин по всему полю адресов.
Если время одного цикла изменения адреса составляет 2 мкс;
то общий период сканирования при 16-разрядных адресных шинах
составит приблизите.т:ьно 130 мс. Микропроцессор работает неза­
висимо от всех остальных устройств и прt:дставляет ядро системы .
Система прерываний может быть предварительно заблокированной .
0Сигналы старт-стоп сигнатурного анализатор-а можно получить
со старших разрядов шины адреса. Интервал времени работы ана ­
лизатора определяется временем сканирования всего адресного
поля. Синхронизирующие сигналы сигнатурного анализатора мож•
но получить непосредственно с генератора тактирующих импульсов
· микропроцессора. При этом фронт синхронизации необходимо
-выбирать так, чтобы адресные сигналы были истинными. Подклю·
.42 4

,,щя зонд сигнатурного анализатора поочередно к проводам адрес-
11ых шин, получим сигнатуры, соотrетствующ1:1е полному перебору
всех адресов. Если каждое изменение адреса на шинах происходит
{!осле поступления нескольких синхронизирующих импульса~. то
.логич~ские сигналы, соответствующие однсму и тому же адресу,
• поступят на вход сигнатурного анализатора несколько раз подряд.
Вводя зонд в контакт с каким-либо проводом, имеющим посто­
янный уровень логической единицы (нап _}Имер, шиной питания),
можно получить характерную для этого случая сигнатуру. Эта
сигнатура соответствует постоянному появлению логической еди­
ницы при каждом синчюиизирующем импульсе в течение всего
-
uикла проверки. Даннан сигнатура подтверждает правильность
подключения анализатора и характерна для дефектов вида «зали­
.пания» на уровне логической единицы. Она может впоследствии
использоваться в диагностических целях.
Другой хара1перной сигнатурой является сигнатура постоян­
ного логического нуля - «0000». Ее можно проверить, установив
зонд анадизатора на общую точку «цифровой нуль».
Предположим, что микропроцессор успешно прошел автоном-
11ую проверку и все сигнатуры соответствуют эталонным . Расширим
ядро пrоверяемой системы, подключив ПЗУ-1 1< шине данных.
ж:елательно. чтобы информационная шина между ПЗУ-1 и микро­
процессором оставалась разомкнутой.
При сканировании адресов во время проверки микропроцес­
сора на информаriиоvной шине возникают сигналы, соответствую­
щ11е данным, записанным в ПЗУ-1. Эти данные и определяют зна­
чения сигнатур на информационных выходах ПЗУ-1. Аналогично
подключаются ПЗУ-2 и ПЗУ-3 и проверяются сигнатуры на ин­
·формационных шинах. Подключение ЗУ с произвольной выбор­
кой, т. е. оперативного ЗУ, не дает никакой дополнительной ин­
·формации, поскольку в них содержатся непредсказуемые данные,
произвольно устанавл и вающиеся в момент включения шины пи­
тания.
Следующий этап провер:ш - работа микропроцессора в режиме
нормального приема данных по информационной шине. Микро­
процессор подключается к информационной шине. Подаваемая ранее
команда автономного сканирования адресов отключается. Запуск си­
стемы обеспечивает выполнение команд, поступающих от ПЗУ.
Если ПЗУ содержит дополнительную тестирующую программу,
то с помощью установки некоторых перемычек или переключате·
лей микропроцессор выводится на начало" этой программы, которая
цик,чически повторяется. Определить правильность выполнени~
программы можно путем проверки сигнатур на информационнои
шине.
·
Только теперь можно подключить для проверки ОЗУ, а ПЗ~
вывести _на выполнение тестирующей программы, осуществляющеи
125

запись, считывание данных в ОЗУ. Выполнение этой программы
вновь породит характерные сигнатуры на информационных шинах .
Устройст"ва ввода-вывода проверяются аналогично, путем по­
очередного включен:uя в систему. Тестирующая программа обес­
печивает этим устройствам ввод-вывод данных на информацион­
ные шины. Аналогично проверяются остальные БИС и система пре•
рываний.
Характерной особенностью всех указанных проверок является
использование _ самой микропроцессорной системы в качестве ис­
точника тестирующих, а также старт-стопных и синхронизирующих
сигналов. Проверки не предусматривают подключения каких-ли ­
бо дополнительных генераторов.
Рассмотренные примеры убеждают в эффективности использова •
ния методов сигнатурного анализа при диагностировании циф-
ровых ПУ.
•
Глава 6
дППдРдТНЫЕ СРЕДСТВА дСКД
1. П Р ИМЕРЫ дВТОМд ТИЗИРОВдННЫХ СИСТЕМ
ВНУТРИСХЕМНОrо дидrНОСТИРОВдНИЯ
В настоящее время существует множество различных автомати •
sированных систем внутрисхемного контроля и диагностирования
гибридных ПУ РЭА [64; 35; 36; 39] . Рассмотрим лишь некоторые ,
наиболее характерные примеры таких систем отечественного и за ­
рубежного производства.
УСТАНОВКА АВТОМАТИЧЕОЮГО КОНТРОЛЯ У~{Н-2
•Установка предназначена для параметрическогоко нтроля мон ­
rгажа несобранных ПУ по сопротивлению цепей, сопротивлению
изоляции; контроля топологии собранных ПУ; контроля стати­
ческих параметров собранных ПУ по карте напряжений и сопро ­
!fивлений с подачей логических воздействий на уровнях ТТЛ­
схем. Упрощенная структурная схема установки показана на
рис. 6.1 .
Центральным ядром системы является микро-ЭВМ «Электрони­
ка НЦ-04Т .01», управляющая всеми режимами работы. ЭВМ име ­
ет стандартный интерфейс «общая шина», который умощняется
схемой ввода-вывода (СВВ). Выход СВВ образует магистраль си ­
стемы. Периферийные устройства управляются от системной маги ст-
. рали
через контроллеры интерфейса. В число периферийных
устройств входит блок программно управляемых источников пи­
тан:ия и генераторов тестирующих сигналов (БППУ). Программи•

Mulfpo-3BM
nY
06ъент нонmрdЛн
Рис. 6. 1 . Упрощенная структурная схема системы УКН-2.
руемые источники имеют следующие характеристики: выходные
напряжения - 0,05- 30 В с дискретностью 10 мВ; номинальный
ток - 1,0 А; нестабильность напряжений - О, 1 %.
Тестирующие сигналы заданных уровней через коммутатор
-генераторов стимулирующих воздействий (КГСВ) и контактиру­
ющий адаптер (контактрон) поступают на выводы ПУ, выбранные
• с помощью коммутатора. Измерительные входы вольтметра комму­
тируются блоком реле (БР). Этот же блок предназначен для комму­
тации тестирующих сигналов уровней 100 В и 100, 200, 400 мВ_
Коммутатор (КТТ Л) предназначен для подключения к объекту
127

контроля тестирующих воздействий на уровне .ТТЛ-схем и имее-~,
32 входа-выхода . Блок коммутации (БК) подключает контроли ­
руемые точки объекта диагностирования к измерительным шинам,
он рассчитан на 256 точек.
Управление системой может осуществляться либо с пишущей
машинки (ПМ), либо с пульта управления (ПУ-1). Результаты кон­
троля выводятся на печатающее устройство (ПУ). Система содержит
ленточные перфоратор (ПЛ) и считыватель (FS).
, Технические характеристики УКН-2 следующие:
Габаритные размеры печатной платы, мм
Уровни контролируемых напряжений, В
Погрешность контроля напряжений, % .
Уровни контролируемых сопротивлений, кОм
Погрешность контроля сопротивлений, % •
Количество входов для подключения ГСВ
Количество выходов коммутатора логических
зоохзоо
±0,05-100
±0,5
0,01--10 ООО
±2
20
tуровней........ ,
.
.
.
.
.
.
.
.
.
32
Уровни тестирующих сигналов п ри контрол е
чопологии,мВ ............
Лроизводительность контроля и золяции,
цепь/с ..........
,,
Число коммутируемых . точек , . , , , , ,
100, 200, 400
3
256, 1024 , 2048
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ВНУТРИСХЕМНОГО КОНТРОЛЯ 1013 [44]
Система предназначена для автоматизированного внутрисхем­
ного контроля и диагностирования аналоговых, цифровых и гиб­
ридных ПУ. Она обеспечивает контроль топологии ПУ (коротких
замыканий и обрывов печатных· проводников); контроль параметров
ЭРЭ; контроль ПУ на соответствие таблице напряжений; контро,Г/ь
токов, потребляемых ПУ по шинам питания. Структурная схема
•с . Iстемы приведена на рис. 6.2.
•
Диагностируемый ПУ с помощью пневматического привода
подсоединяется к «игольчатому полю» адаптера, который с помощью
устройств связи подключается . к входам коммутатора] точек кон­
!!'роля. Программно управляемый коммутатор точек контроля под­
ключает контролируемые каналы к необходимым входам (А 1 , В1 ,
С1, А 2 , 8 2 , С2) шестиканальноrо матричного коммутатора, что поз ­
воляет реализовать многопроводные схемы подключения к контро ­
лируемым ПУ. С помощью коммутирующей матрицы ПУ подклю­
чается к необходимым , источникам тестирующих сигналов и
средствам измерения, образуя требуемую конфигурацию измеритель ­
ной цепи.
I<оммутатор точек контроля имеет еще 480 дополнительных ка ­
налов для подключения 240 входов и 240 выходов контролируемых
цифровых интегральных схем к Jюrическим анализаторам. Для
128

. / lo8UVfJCJ(UfJ
(llfl1Лt/.70PJO/Ш
ADanmep
HНt:!мamu­
vecнuii
лриl!о~
Ptzcщupum11,1•
памяти
____ __j
Fлох
ynpndЛt!J(f/R
Ррuем npulfqoaм!,/
инrрормш/i/V по ноп
от!/!/
Лередаю nputfopuнu
UH{DOPMUЦllU ЛО НО,7
на У!/
'
Рис. 6.2 . Стру1пурная схема системы 1013.
питания стимуляторов логических анализатороо · ~используются: спе­
циальные источники питания. Для питания ПУ также исrюльзуются
программируемые источники, предназначенные для внутрисхем­
ного неповреждающего диагноGтирования ЭРЭ при отключенном
питании .
.
Управление источниками стимулирующих сигналов и источни­
ками питания ПУ осуществляется через соответствующий блок.
Для обеспечения контроля параметров ЭРЭ на постоянном токе
в матричном коммутаторе имеются измерительный блок и устрой­
ств о контроля топологии. Контроль на переменном токе осущест­
вляется посредством специального R, L, С-анализатора. Большин­
ство видов измерений проводится с использованием цифрового
вольтметра.
Для контроля потребляемых токов в матричном коммутаторе
предусмотрено соответствующее устройство.
129

Программное управление всеми режимами диагностирования
проводится от устройства управления, включающего ЭВМ, ус­
тройства сопряжения с каналом общего пользования (КОП) 11
средствами расширения памяти. Канал общего пользования вклю­
чает три основных шины: восьмиразрядную шину данных, трех­
разрядную шину синхронизаnии и пятиразрядную шину управ ­
ления.
Программные средства управления обеспечивают последова ­
тельность контроля и диагностирования ПУ, приведенную ниже .
Без подачи питания на ПУ : топология (короткие замыкания и
обрывы проводников); сопротивление утечки между проводшша­
ми; параметры R, L, С ради окомпонентов (резисторы, ко нденсаторы ,
дроссели, трансформаторы, реле, проводники, герконы и т . д . );
диоды, стабилизаторы; транзисторы .
С подачей пптания на ПУ: uифровые интеграль ные схе мы;
токи потребления ПУ; а н алоговые ИС; табл и nы напр я жений; токи
потребления аналоговой части ПУ.
Аппаратные средства позволяют контролировать параметры ЭРЭ
как в стандартных, так и в нестандартных режи мах . Переход к
нестандартным режимам контроля осуществляетсн с помощью
вспомогательных программных операторов.
Основные технические характеристики системы даны ниже.
Максимальное количество каналов конт-
рQЛЯ •
.
.
•
,
•
•
,
,
•
,
,
,
,
аналоговых
.
.
,,,,,,
цифровых.....,,,,,
Максимальное количество
стимулирующих входов · для ЦИС
контроl! ируемых выходов ЦИС .
Диапазоны контролируемых параметров на
переменном токе :
Сопротивление R, МОм
•,,
Емкость С, мкФ
,,
Индуктивность L, Гн
,
На постоянном токе:
Сопротивление R, МОм
.
Сопротивление утечки, ГОм
Напряжение, В .
·Ток потребления, А _ _
760
760
480
240
240
0,03· 10-6
.. .10
1· 10-6
...1000
5. 10-6
... 100
0,003-10- 6
... 10
0,01 .. .10
0,01 ... 100
0,001 ...3
Основные погрешности измерения контролируемых параметров
на переменном токе R, L, С (на основных ча стотах измерения 1 и
10 кГn): 1-2 %(10 Ом- 100 кОм); 2--6 %(10- 1Ом, 100-
1000 кОм); 6-12 % (1-10 мОм). Реактивные сопротивления
Zc=
1
/2nfC; ZL = 2лfL измеряются по модулю.
На постоянном токе: сопротивление - 0,6-3 %; напряжение -
0,1-0,5 %; ток потребления - 5-10 %.
Есть возможность контроля ЦИС с установкой: ТТЛ, Юv1OП
lJO

•. 0 -1,6 В (логический «О»); ТТЛ 1,6--5,5 R (лпr нческая «J»); КМОП
1,6- 15 В (логическая «1»).
Анализ архитектурных особенностей системы 1013 показывает,
что она удовлетворяет многим признакам АСКД третьего поколения.
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ВНУТРИСХЕМНОГО КОНТРОЛЯ
НА БАЗЕ МИКРО-ЭВМ УВС-01 [12]
Система относится к третьему поколению отечественных АСКД .
По своим возможностям она близка к системе 1013.
Структурная схема системы представлена на рпс. 6.3 . В ее со ­
став входит микро-ЭВМ УВС-01 на базе микропроцессора К58ОИК80
г--- --- - - ---------------,
lfoмм.!Jmomop
11111111111
11111111111
11I111111 1
J(онт11нтрон
0O1,скт ношлрмl!
П!J.l!l•m
fjЛptl8.l!CHUR
Рис, 6,3, Структурная схема АСКД на базе м нкрv ЭВМ УВС-01.
131

с оперативной памятью 64 Кбайт. Система связана с периферийнь1м и
измерительным оборудованием с помощью интерфейсных плат,
подключенных 1< внутренним шинам, состоящим из шины данных,
адресной шины и шины управления. Для обращения к внешним
устройствам используются 8 бит адресной шины . _Это позволяет
применить два уровня адресации: старшие 4 разряда - для на­
бора интерфейсной платы, а младшие 4 разряда - для набора од­
ной из 16 информационных шин подключенного к ней устройства.
Система обеспечивает: управление всеми устройствами; обработ­
ку, представление и документирование результатов; составление и
отладr<у рабочих программ.
Система имеет развитое математическое обеспечение для состав­
ления и обработrш программ контроля в диалоговом режиме. Про­
граммное обеспечение базируется на языке ПЛ-М. Большой объем
оперативной памяти позволяет не ·юлько иметь развитое системное
математическое обеспечение, но и хранить значительные програм­
мы пользователей. Ориентировочный объем системного програм м­
ного обеспечения составляет 20-28 Кбайт. Оставшийся объем до ­
ступен для хранения рабочих программ пользователя . Физически
такой объем памяти реализуется с помощью двух плат.ОЗУ на мш< ­
росхемах 565РУЗ. В системе предусмотрена возможность исполь­
зования накопителей на гибких диск.ах (НГД). Управлен ие системы
возможно как с пульта управления (в режиме контроля и диаг­
ностирования), так и с помощью дисплея (в режиме отладки).
В состав системы входят следующие программно управляемые
приборы и устройства: коммутатор, обеспечивающнй подключение
контролируемых точек печатной платы и формирование соответ­
ствующих измерительных схем; измеритель сопротивлений, ем­
костей и индуктивностей; цифровой прибор для измерения токов
и частоты; программируемые источники постоянrщ:х напряжений и
токов; логический тестер.
Высокие метрологические характеристики измерителя сопро­
тивлений, индуктивностей и емкостей обеспечиваются применен­
ными в этом устройстве методами, основанными на использовании
рассмотренных ранее тестирующих периодических сигналов тре­
угольной формы.
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ВНУТРИСХЕМНОГО КОНТРОЛЯ
.
И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОЕ 1761 [З]
Эта система, разработанная фирмой «Marcoпi Instruments» -
одна из наиболее ранних систем третьего поколения, управляемая
от эвм.
Упрощенная структурная схема системы представлена на рис. 6.4 .
Схема имеет двухшинную архитектуру и управляется посред­
ством мини-ЭВМ PDP-11/05. В.ысокоскорQСП!Щ! шина «UNIВU~»
!32

Шин11 Bt1HH6tX
ff0MM!lmt1mop 2(J(J-J8O J71tJVt:I/
1
1
1
_
_j
Оо~шrт контрмя
Кснсм
'---_j..,~Rн111ep91el1tJ
Рис. 6.4 . Упрощенная структурная схема системы ОЕ 1761:
ПИ - nроrраммир. источншш; ЗJI
-
запоминающее устройство; ИС - ;измернте.1:ъ
сопротивления; ЦАП - цифроуправляемое сопротивление; А ПС
-
аналиэат!J~, пол­
ного сопрот11влещ1я; ЛТ - логический тестер; БЗJI
-
буферное. ЗJI; ЦВ - цифровс,11
вольтметр ; ПР - программируемые резисторы.
обеспечивает сопряжение ЭВМ с панелью управления и буферным
запоминающим устройством (БЗУ). В БЗУ данные, выходящие из
ЭВМ в последовательной форме, преобразуются в управляющие
слова, удобные для передачи и восприятия измерительными устрой­
ствами. Панель управления позволяет оператору управлять си­
стемой с помощью всего четырех кнопок: «Загрузка», «Пуск», «Стоп»,
«Продолжение». Кроме того, в распоряжении программиста есть
возможность управления всей системой через клавиатуру теле­
тайпа.
Интерфейс обесщ~чивает двухстороннюю связь между вычисли­
тельным устройством и панелью управления. Она также восприни­
мает все сигналы, поступающие в вычислительное устройство от
измерительных приборов. По 1<0манде от вычислительного устрой­
ства интерфейс вырабатывает сигнал «Отсчет», который направля­
ется в соответствующий измерительный прибор. По окончании цик­
ла измерений измерительные приборы посылают в интерфейс сиг­
нал «Измерение завершено», подтверждая достоверность данных,
поступающих от этого прибора. Затем вычислительное устройство
может считывать эту_ цифровую информацию через интерфейс.
рз

Пrпгра~1:.шое управленпе через интерфейс по шине данных распро­
страняется на все устройства измерения и коммутации, а также на
устройство печати. Устройства измерения включают в себя цифровой
вольтметр (ЦВ), анализатор полного сопротивления на переменном
токе (АПС), программируемые источники напряжений (ПИ), про­
грш,~>vнrруемые резисторы (ПР), измерители сопротивлений (ИС).
Сист;:ма имеет логический тестер, предназначенный для внутри­
схемной провер1ш ПУ, содержащих цифровые компоненты малой
степени интеграuии.
Система коммутаuии содержит два коммутатора. Один из них
образует коммутационную матрицу, осущестВЛf!ющую взаимное
соединение всех приборов, за исключением логического тестера,
в соответствующую измерительную схему. Максимальное число
зажимов, подключаемых одновременно коммутационной мат­
рицей, пе превышает четырех, что обеспечивает возможность
четырехпроводного измерения сопротивлений резисторов .
Второй коммутатор - коммутатор точек контроля работает
независимо от первого и осуществляет подключение измерительных
полюсов к любым двум точкам проверки на стенде в соответствии
с командами от устройства хранения данных. Кроме того, к лкбой
или ко всем точкам проверки могут быть подключены так называ­
е:.1ые защtпные полюсы, необходимые для обеспечения режима не­
зависимого измерения проводимостей объекта контроля.
Переключение из аналогового режима работы в цифровой также
осуществляется в модуле коммутатора точек контроля. При контроле
ЦИС необходимо одновременно подключать большое количество
точек, поэтому все переключения, требуемые в процессе логиче­
ской проверки, осуществляются либо коммутатором точек, либо
самим логическим тестером.
Контролируемая печатная плата по~ключается к системе с помо­
щью контактрона «игольчатое поле», управляемого пневматически.
Использование универсальной ЭВМ PDP-11/05 придает системе
высокую гибкость программного управления. Система имеет разви­
тое программное обеспечение, основанное на стандартном языке
Бейсик.
Система ОЕ-1761 имеет следующие технические характеристики
(измерение по двух-, трех- и четырехпроводной системе):
Измерения
Осно1шая погрешность, %
Сопротивление (по постоянному току)
10 Ом-10 МОм
10 Ом-100 кОм
±0,5
±1,5
lОм- 10Ом;100кОм- 1МОм
±3
1МОм-10МОм ,,,,,,,,±5

Напряже1tие постояююго тока (Ашксималыюе число,
011Wбражае1,юе цифр овы,1 1 1Jол ыш1етро,11 ± 19 999)
lO мВ-1000 В
0-10 мВ
0-100 мВ и выше
1-10 нА
10-100 нА
100-1000 нА
Ток утецкrr
± 0,01 % показания
±0,005 % полной шкалы
±0,005 % показания
±0,005 % полной шкалы
±5 %±1 нА
±3 %±1 нА
±2 %±1 нА
Тестирующие сигна .1JЬ1 - пр о грю:м ируемые напряжения по­
стоянного тока и ток:
Число источннкоо питания
Диапазон напряжен и й
Диапазон токов
2
0-30 В ступеня­
мипо100мВ
10-900 мА сту­
пенящ; по 10 ~1А
Погрешность по напряжен ню
±1%
Погрешность по току . . .
±2%+2ыА
Анализатор полного сопротивления пмеет следующие харак­
теристикю
Измерения
Емкость
10-100 пФ
100-0,1 м кФ
0,1-1мкФ
1-10 мкФ .
1,0- 100 мкФ .
И1-1дуктuв1tость
10- 100 мкГн
0,1- 1 ,1Гн
1-1Гн
...
1-10 Гн
Поrрешиость, %
±2%(-2...-f-5)пФ
±2%
±4%
±8%
±10%
±10 %±10 мкГн
±7%
±5 %±0,3 % полной
шкалы
±10%
Скорость измерения для апаJiоговых компонентов составляет
12 измерений в секунду, для логических компонентов - 1000 те­
стов в секунду.
Дальнейшим развитием рассматриваемой системы ,явилась АСl(д
«Система 80» той же фирмы. По сравнению с ОЕ-1761 в новой си­
стеме расширены возможности 1<0нтроля ЦИС, повышена гибкость
коммутации, увеличено быстродействие.
АВТОМА ТИЗИРОВАННЬIЕ СИСТЕМЫ СЕРИИ МВ7700 (33]
Фирма «Membrain» (Англия) является одной из ведущих зару"
бежных фирм, специализирующихся на прои з водстве автоУатиэп­
рованных средств контроля и диагностирования печатных уз­
лов РЭА.
JЗ5

Новая серия автоматизированных систем MB7700S этой фирмы
обладает повышенной производительностью и развитым программ­
ным обеспечением. Модели серии MB7700S ориентированы на
функциональные испытания ПУ, но допускают и внутрисхемное
диагностирование. В отличие от них, модели серии МВЗЗООS ори­
ентированы на внутрисхемные контроль и диагностирование ана­
логовых и цифровых микросхем, однако предусматривают и функ­
циональную проверку. Возможности автоматизированных еистем,
выпускаемых фирмой «Membrain», представлены в табл. 6.1 [66].
Особенности структуры и некоторые характеристики серии
MB7700S покажем на примере системы MB7706S, структурная
схема которой изображена на рис. 6.5 [66].
•
Центральным ядром системы является специализированная ЭВМ,
процессор которой выполнен на базе микросхем серии INTEL-3000.
Архитектура процессора имеет период цикла, не превышающий
200 нс. ИдентичNый процессор применяется во многих устрой­
ствах серии МВ7700 . Это обеспечивает совместимость различных
систем и узлов в процессе их эксплуатации. Запоминающее
устройство использует микросхемы динамической памяти с произ­
вольным доступом по 64 Кбит, которые могут обеспечить объем па­
мяти до 256 Кбайт на одну плату. Предусмотрена возможность
установки двух таких плат. Расширитель шины ЗУ обеспечивает
адресацию коммутат.оров через соответствующие схемы интер­
фейса.
Периферийное оборудование включает пульт управления с
клавиатурой, дисплей, накопители на стационарных и гибких маг­
нитных дисках, а также устройство печати, перфоратор и считыва­
тель. Все периферийные устройства снабжены соответствующим
интерфейсным оборудованием. Емкость ЗУ на стационарных маг­
нитных дисках составляет 8,2 Мбайт. Емкость ЗУ на гибких дис­
ках - 1,0 Мбайт. Объект контроля подключается с помощью кон­
тактрона с пневматичес1шм управлением. Кроссировочное поле на
выходе контактрона обеспечивает системе гибкость коммутации
контролируемых точек. Система имеет два коммутатора, подклю­
чающих контролируемые точки к измерительным приборам.
Система МВ7760 является универсальной и предусматривает.
как функциональную, так и внутрисхемную проверку аналоговых
и цифровых узлов РЭА. Функциональная проверка обеспечивается
приборами с интерфейсом IEEE-488. Для проведения внутрисхем-
.
ной проверки имеюгся специальный модуль, набор п .: ограмми­
руемых источников тестирующих сигналов и измерительных пре­
образователей параметров аналоговых компонентов. Технические
характеристики преобразователей приведены ниже.
Тестирование цифровых интегральных микросхем · осуществля­
ется дискретным испытательным блоком. Этот блок имеет возмож­
ность одновременного подключения до 256 проверяемых контактов

·r
1
1
.1
1
1
1
Контроллер 7700S·
Печать,
перфоратор
счить1ватепь
___ __,....___ ..,
Интерфейс
nер.1ферии
--;
L-
Блок питания
.контроллера
Модуль
внутрисхемноl,i
проверки
г----,
Блоки,
1 совместимые 1
clEEE- 488,
АЦП, 1
L 11нализаторы J
--
-
Разъем
IEE-488
Блоки
литания
Комму- --.iL ---
тarop Интерфейс
r-- --1
1 Матрv.ца J
1 переключателя·
t. ____ J
З2
896
двойных
канала
Источн1-.к
тестирующик
сигналов
Комму- ,,___ .____
таrор Интерфейс
896
,очек
г-----.
1 Mlltf)ицa l
nере1<nючатеп11 I
L--
_
_,
1024
точки
Канаnьi
тестиру.,
ЮЩИК
сигна­
лов
Кроссировочное поле
Контактрон
Объект контрол11
Рис, 6.5 . Функциональная схема снстемы MB7760S.
:.. цифровых компонентов. Контакты разбиты в группы по iб. Уровнrl
, напряжений логических сигналов программируются от -12 да
+24 В. Контакты могут подключаться как последовательно, так н
параллельно. Предельные частоты тестируlОщих сигналов соответ-­
ствуют данньrм табл. 6, 1. Бл~:щ _цифр.2!3~1Х испытаний содержит модулн
б 9-g&2
13(

6. J . Характеристики аnтоматизИJ)ООаннмх систем серии -~~7700S .и -МВЗЗООS
..~~
-
"'"'
.,
=
.... ,,
.,
:а
"'
u"'
:а
"'
gj ~!8
о"
Предель-
Тип снстем·ЬJ
"" "'
Яэьж внутри -
Назначение
.,
о
J.;a
Языr< 11рогр~ммн-
Программы
Моделнро•
о
....
:r~:s:"'
на.я часто-
о."
о :s;
:,:"'tl.1 о А.
рования
схемного
функЦИQНВЛЬ-
ванне
,е.:,
<;,:
,;-8-щ :>i~U
,_ та
тести рования
ного контроля
цис
"''"
.,,,.
"' "' ti.i
~ <J:S::
::f~ "'о
..: ...
:с~- ~ ~'-°
~7720S
Функцио- 256 х
+ + 500 кГц MEDIATOR.
х
НIPOINT
ASSET
нальный
MENTOR.
тестер
MB7730S
Цифровой 512 512 + + 5 мГц
MEDIATOR
х
»
»
функцио-
нал ьный
тестер
MB7760S ,
Гибрид-
256 1920 + + 5мГц
MEDIATOR.
INTACT
»
7>
ный тестер
MB7770S
Универ-
512224++5мГц
MEDIATOR.
INTACT
))
((
сальный
тестер
мвззозs
Гибридный 1199 927 + + 500 кГц, BASIC
FAULTS
х
х
тестер
мвзззоs
Гибрид ный 640 640 + + 500 кГц BASI(;
FAULTS
х
х
тестер
мвззззs
Много-
2207 959 + + 2 мГц~ BASIC
HFAULTS
х
х
функuио-
нальный
,rестер

синхронизации и адресации для обеспечения точной синхронизаций
проверяемого ПУ и системы испытаний. Блок содержит модули
генерации тестирующих сигналов, которые обеспечивают получе­
ние вполне определенных программируемых серий импульсов для
испытания микросхем с высоким уровнем интеграции. Наконец,
блок цифровых испытаний содержит полный набор различных зоr-1•
дов, включая бесконтактный токовый зонд для локализации дее
фектов на печатных платах, содержащих БИС с шинной структурой.
Модули проверки ЦИС широко используют встроенную микро"
процессорную технику, микросхемы «канальной электроники»,
элементы памяти и другие компоненты с шинной структурой, по­
этому системы серии МВ7700 следует отнести к АСКД четверто го
поколения .
2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КОММУТАТОРОВ АСКД
Коммутаторы АСКД предназначены для организации измер иь
тельных цепей и цепей тестирующих сигналов . В проuессе комм у~
тации сигнальные входы в определенном порядке подключаются
к аппаратуре, выполняющей раздельное во времени преобразов а•
ние контролируемых параметров в унифицированные сигналы .
Основными техническими характеристиками коммутаторов ~
определяющими возможность контроля и диагностирования, явля •
ются быстродействие; количество контролируемых точек; коли•
· чество
выходных каналов; гибкость, определяющая способы управ•
ления каналами в любой последовательности и в любых комбина•
циях; возможность наращивания.
СТРУКТУРА КОММУТАТОРОВ
Из рассмотреннь1х примеров АСКД следует, что структур а
коммутирующих устройств существенным образом определя ет
структуру всей системы в целом.
Большинство рассмотренных систем имеет стру1'5туру коммута •
торов, состоящую из двух частей, каждая из_ которых, имееr.
самостоятельное назначение: организация схемы управления, ВЫ"
бор характера и способа формирования сигналов, управляющих
переключающими элементами; организация исполнительной час.~
ти коммутатора и ее взаимодействия с системой соединения аппа~
ратуры.
Организация схемы управления с применением ЭВМ сводится ос
формированию ряда адресуемых регистров, каждый разряд которых
управляет работой ~переключающих элементов. В настоящее время
существуют электромеханические переключатели с малым потреб•
лением энергии. Управляющие катушки таких переключающи х
элементов могут непосредственно по.[J.ключаться к выходу цифро·

KottM!Jmamop
ШШ/
i( U3MCPUl!li!.lfh -
H6/M л,оиtfори.м
!{ онt1Аово6ым
11peolfpt1зtJdt1mt:ЛRM
Mumpu11нt,1i!,
ани.лоеоdьщ
J(Ol414f/ml1 тор
Контпнтрон
К циrррс!ым
fJHt1ЛJIЗUmOp11# _,,
г------------- ---т-- -г,
1
L Pl!:JM"!!!__J 1
\
Оtfъснт 1tонтролн
_
1
1,-. ____ _____
________________ _j
Рис. 6.6 . Структура исполннтельной части коммутатора АСКД.
8ЫХ пнтегральных схем (например, по схеме с «открытым» коллек­
тором).
Наибо"льшее влияние методы контроля и диагностирования ока­
зывают на вторую, исполнительную часть коммутатора.
Рассмотрим обобщенную структурную схему исполнительной
части коммутатора универсальной АСКД (рис. 6.6).
Объект контроля (узел на печатной плате) может подключаться
к системе двумя различными способами: посредством внешних
разъемов; посредством дополнительных контактирующих адап­
теров ( контактрон).
но._

Контактроны обычно выполняются в виде пол я «игольчатых
контакторов», соединяем ы х с контактными площадка ми и провод­
НИI{ам и печатной платы {16) .
Другим способом гр уппового 1юнтактирования является спосо б
подключения к конта ктным выводам интегоальных схем. Конта~{­
тир ующее устройство подобного типа но~ит назва н ие «клипса».
Оно надевается непосредственно н а интегр аль ную схем у и с по мощью
пружинных зажимов обеспечивает надежное .подключ ение контак­
тов интегральной схемы к коммутатору АСКД .
Внешние измерительные приборы и источни ки тестирующих сиг­
налов так же, как и контактирующие устройства объекта контроля;
<:оединяются с коммутатором через кроссировочную панель. Па­
нель имеет две группы р азъемов : внешние и внут ренн ие.
Внешние разъемы · обеспечивают подключение измерительных
п риборов, источников тестирующих сигналов и объекта контроля. _
Внутренние разъемы соединяют I{россировочную панель с ком­
мутатором. С помощью кроссировочноrо поля любая клемма внеш­
них разъемов соединя ется с любо й клеммой в нутренн их р аз ъемов.
Коммути руемые точки могут при надлежать аналого вым л ибо
цифровым элементам ПУ. Имеется такще группа «универсальных»
точе1{ , пр инадлежащих как ан алоговым , так и цифровым элемента м.
Аналоговые и универсальные точки объекта контроля через матрич­
ный ана.rюговый коммутатор подключаются 1{ ш и н ам анал оговых
измерительных преобр азователей . Эти же точки через коммутатор
.а налоговых шин могут быть соединены с внешними измерител ьными
прибо рами тестирующих си гналов.
Коммутато р универсальных точе1{ осуществляет их переключе­
н_ие от матр ичного ан ало гового 1юммутатора к цифровым ан ализа - .
торам.
Рассмотренная стр уктур а коммута ции (р ис. 6.6) отражает все ос­
новные напр ав·ления вз аимодействи я объекта ко нтроля с разл ичн ы­
ми устройствами АСКД. В отдельных конкретных системах те или
иные цепи коммутации мо гут отсутствовать .
РЕАЛИ ЗА ЦИЯ КО М МУТАТОРОВ В АСКД
Ан алоговый коммутатор системы «80 » на 2048 точек (рис . 6.7)
r~меет четыре измер итель ных шины, из которых А и В-основ­
ные , а С1 и С2 - вспомогательные. Ос1-ювные шины подключаются
к любой из 1юнтролируемых точек двумя однополюсными трех­
ступенчатыми коммутаторами . А и В. Первая ступень содержит
64 гр уппы по 32 переключающи х элемента, вторая - 8 групп по
8 переключающих элементов. Третья ступень содержит одну груп-
.пу
~ 8 1юммутирующими элементами.
Вс помогательная ши на С1 посредством простейшего 1юммутато­
ра на 1024 точки может подключаться к одной или несl{ольким
141

Контрмир!Jемы,: то11ки
Рис . 6.7 . Аналоговый коммутатор сиD
стемы 80 фирмы «Marconi I nst »
12J/J5_
.. 12
.
.
_
.
.
2/JM
\t_t_t_ (,tf .. - -~
l
J
ш-255
'015-201/!J I
I . /-JZ'/1/11 1
1
1
J_j_l (... 1 1
J
1-255~ 1
11702-zoмl
1 Ком;gтптор
(((~ (
/
AL__________
-
-
--~
~в
f
·=-2 048
-v
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Koмм!Jmnmop
1
L____L
_
r ___..J
• контролируемым точкам с четными номерами. Вспомогательна .я
шина С2 соединяется с нечетными контролируемыми точками.
С помощью дополнительного реле (на схеме не показано) шины С1
и С2 мoryr объединятьс~, обеспечивая защитное заземление любого
числа контролируемых точек. Наличие двух шин С1 и С2 облегча­
ет операции проверки на отсутствие обрьров и коротких замыканий
проводников контролируемого печатного узла. В качестве коммути­
рующих элементов используются ртутные реле, установленные на
специальных платах. Каждый из проводников, относящихся : к
контролируемым точкам, по всей длине окружается предохрани•
тельным каналом, соединенным с землей. Это существенно умень­
шает влияние паразитных емкостей коммутатора.
Коммутатор МВ7773 фирмы «Membrain» (45) (рис. 6.8) имеет
структуру, соответствующую изобr~аженной на рис. 6.6. Всего
коммутируется 448 точек объекта контроля. Из них 192 канал а
аналоговых и 256 универсаЛ!:\НЫХ. Универсальные каналы подклю -
• чаются к трехканальному матричному коммутатору через групп у
переключателей (переключатели находятся в исходном состоянии) .
При возбуждении какого-либо из переключателей соответствую·
щая универсальная точка подсоединяется к выходам цифровых
1<аналов. Аналоговые 192 1<анала выведены непосредственно к те­
стовой панели и таl{же соединяются с шинами А, В 1-i С матричного
коммутатора. Характерной особен.ностью коммутатора МВ7773

является наличие модуля подсоединения дополнительных приборов.
·котооый rюдключает внешние поибооы и источники питания 1< ше­
сти 'информационньrм шинам 'матричного коммутатора (матрица
32х6).
Вся моНТ?ЖНая проводка выполнена симметричной двухполюс­
ной для обеспечения высокой помехозащищенности сигналов.
Модуль подсоединения приборов защищен с помощью разъеди­
нительных реле, так что матричный коммутатор может быть полно­
стью отключ~н от приборов. Все каналы модуля подключения допол-
1
1
1
11
11
1 Лpud'ophl
/UIJHЫ
]
д
в
с
д
Е
F
- 1 ./--Jl
...
'-------у----'
J'2
лршfорнNх
• нанала
1
ИсnЫfТТ.!JСМОЯ '!Ость
!(онтонтрон
ТсстоDия панель
I
J
...
).-•)
1
'--' ---v --- ---'
'-----у-----'
192
256
онолоеоDых _;н11Dсрсольт1х
канала
наноло6
Рис. 6.8 . Коммутатор сигналов МВ7773.
1
1
1
4··4
256
1/U{llpoJь;x
/{att{l//CJ
нительных приборов выведены на тестовую панель, поэтому неза­
действованные каналы могут использоваться для подключения
контролируемьrх точек. Контролируемые точки при этом заводят­
-ся на шестишинный матричi-rый коммутатор (имеются дополнитель­
ные шины Д, Е и F). Это существенно расширяет возможности из­
мерительных преобразователей, допуская использование шести­
проводных измерительных шин .
Коммутатор сигналов МВ7776 той же фирмы представлен на
рис. 6.9 и предназначен в основном для систем, ориентированных
на функциональные испытания. Он имеет модуль подключения
дополнительных приборов, аналогичный_ рассмотренному ранее.
Первая секция контролируемых точек, как и для блока МВ7773,
предусматривает 192 канала, подсоединенных непосредственно к
143

1
1
1
1
Испытgеман n.11omt1.
1
Континтрон
11
Тесто!ан ЛUНС.116
4•
'21),
'
Пplid'opы 1
-1-102 1 -i
1
IOJ-224
\л
1/
-
в
сi
1
· Шины
д
'
fZ.4
Е
F
1
цшррооых
1
1
1
канало8
J2
приdорных
fftlHU/IU
..__________, __
224
ljtш8tшсальш1х
•
HClifШШ
Рис, 6.9. Коммутатор сигналов МР7776,
Jlмh" U)/f/Jfi/Юf.l,f mo,u -12
!IUctfJЩ!l !Jf!U!o/}Ctl/16#1!1,К
JfUНIUud- 2/iб
Jкouн-JO
llpt1o!Jp1tЫC
1·
Митрицо онолоао!ых
Jr'/l/!DдЫ-
64
KOHO/!ol- 1§2
ЛODIOlltJ'ICHl!C
1\
/l!ины'\. llcd.!J.Л6 \
IHCI/JHUX h,fJUlfopuU-61;.
12 пиинти-J2
-
Синхронv:11щил-4/
Рис. 6.10. Поле кроссировочной памЯ1:и МВ7773.
~1
~
~
~~
~
1
~~<:i
~
1
1
1
J2
честовой •панели, и содержит в данн011д случае матрицу с шестью
информационными шинами, вместо трех. Остальные 224 канала
выполнены в виде универсальных посредством использования пе­
р~ключающих элементов. Однако в даююм случае имеется 192 ка­
нала аналоговой матрицы, которые могут одновременно исполь­
зоваться вместе с 224 цифровыми каналами, т. е. можно исполь­
зовать один и тот же канал как аналоговый и как цифровой.
Предусмотрена также секция из 32 независимых цифровых каналов.
144

Из рис. 6.8 и 6.9 следует, что каждая точка объекта контроля со­
единяется с одним из входных канале в коммутатора через тестовую
панель. Кроссировочное поле тестовой панели обеспечивает соеди­
нение любой точ1<и объекта контроля с любым каналом 1юммутато­
ра. Обозначим множество из п точек объекта контроля - через Т =
= {t1}; i=1,2, ..., п, а множество изqканаловчерезК=kj;
j = 1, 2, ... ; q. Посредством кроссировочной панели точка с номером
it может соединяться с каналом k1 коммутатора.
_
На рис. 6.10 показана компоновка кроссировочной панели для
коммутатора МВ7773. Секции подключения внешних измеритель­
ных приборов так же, как и секции каналов, коммутирующих
внешние приборы (рис. 6.8), включают по 64 контакта. Матрица
универсальных каналов имеет 256 точек подключения, а матрица
аналоговых каналов - 192 точки. На панели предусмотрен вывод
12 точек, соединенных с измерительными - шинами, предусмотрено
подключение модуля памяти (32 точ1ш) и четырех каналов синхро­
низации. Источники тестирующих сигналов могут под1<лючаться
к 40 точкам. Имеется также 30 точек для подключения экрани­
рующих проводов и 32 точ1ш для подключения «цифрового нуля».
Панель является в высшей степени гибким устройством и не нала­
гает каких-либо ограничений на способ подключения приборов,
источников п.итания, измерительных устройств и т. д. Фа1пиче­
ски все устройства могут подключаться в любую точку коммутатора.
Глава 7
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСП ЕЧЕНИЕ АСИД
Стоимость программного обеспечения АСКД составляет все
большую, часть от общих затрат на проектирование и изготовление
и превышает 70-80 % их общей стоимости. Большая тудоемкость
- подготовки
программ диагностирования может сделать примене­
ние АСКД неэффективным. Поэтому главной задачей является соз­
дание условий, обеспечивающих минимум трудозатрат пользова­
теля по разработке программ при подготовке испытаний каждого
нового типа узла~ на печатных платах [53; 69].
1. С! РУl<П'РА ПРОrРАММНоrо ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Проблемная ориентация АСКД определяет структуру программ­
ного обеспечения. Одна1ю существуют характеристики программ­
ного обеспечения АСКД, независимые от класса объектов диаг­
ностирования [47). Независимость структуры программного обес­
печения обусловлена тем, что при всем разнообразии конкретных
проверок и объектов диагностирования решаемые задачи анало­
гичны.

Весь комплекс программ образует систему программного обес­
печения АСКд. Программное обеспечение включает операционную
систему и рабочие программы.
ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА
В операционную систему входят управляющие программы и
система программирования.
Основным назначением операционной системы (ОС) АСКд яв­
ляется обеспеченпе простого способа оформления задания на про--
Упр авлени_е
базой данных
Организация
базы данных
Обновление
базы данных
Статистическая
обработка
Управляющие программы
Управление файлами
Пересыпка
файлов
Организация
файлов
Изменение
файлов
Ввод-вывод
Р ис. 7.1 . У п равляющие программы операционной системы.
Обработка
прерываний
цесс диагностирования; обеспечение равномерной загрузки обору­
дования; оптимальное использование всех ресурсов АСКд .
Основу ОС · составляют управляющие программы (рис. 7. 1).
осуществляющие управление базой данных; файлами; периферий­
ными устройствами; рабочими пограммами. -
Программы управления базой данных осуществляют организ а­
цию базы данн~1х; обновление базы данных; статистическую обра-
ботку.
•
Программы управления фа йлами осуществляют организацию
файлов и их перемещение. Под файлом понимается некоторый на­
бор данных, хранящихся под одним именем. Файлы могут содержать
тестовые программы, перечн~ данных, сведения о дефектах и т. д.
Обращение к каждому файлу организуется по имени файла, затем
файл целиком переходит в оперативную память ЭВМ. Файл может
быть создан, стерт, переслан, скопирован по усмотрению пользо -
вателя.
_
В ОС предусмотрены специальные средства, освобождающие
центральный процессор от непосредственной связи с медленно
действующими устройствами ввсда-вывода. Сообщения между эти­
ми устройствами и центральным процессором передаются через
диски , управляемые независимо от выполняемой текущей програм­
мы . Такие действия, как распечатка данных, вывод на перфолен-

ту ил11 магнитную ленту могут выполняться одновременно с реше­
нием основных задач.
~Все блоки связи и управления периферийными устройствами
выполняются в виде отдельных сегментов ОС. СпецшЬические осо­
бенности, присущие каждому периферийному устройству, учиты­
ваются автоматически, позволяя программисту обращаться к фай­
лам и устройствам одинаковым способом.
СИСТЕМА ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Система программирования (рис. 7.2) включает средства под­
готовки программ; средства отладки и контроля.
Средства подготовки диагностических программ содержат язы·
ки программирования и трансляторы; программы моделирования;
программы «обучения» системы по исправному ПУ.
Для подготовки диагностических программ в современных
АСКД используются специализированные языки программирова­
ния высокого и низкого уровней, а также многоуровневые . Языки
высокого уровня ориентированы на функциональный контроль ,
языки низкого уровня - на внутрисхемный поэлементный кон·
троль и диагностирование. Многоуровневые языки программиро ·
вания являют_ся у н иверсальными и обеспечивают как фующиональ­
:ную , так и поэлементную проверку.
При трансляции диагностических программ производится их
синтаксический контроль, и в случае обнаружения ошибок исход­
ные тексты программ подвергаются редактированию.
Программы моделирования (рис . 7.3) осущест~ляют моделиро ­
в ание узлов РЭА, а также моделирование тестирующих воздей­
ствий.
Система программирования
Программы отладки и контроля
Отладка
Самоконтрол~
Рис . 7 .2. Сис тема программи­
рования АСКД.
Средства подготовки программ
Проrраммы
Языки
Программы
!',lоделиро11ания nрограммирования обученwя
высокоrо
ypoBHR
Низкого
уровня
Поэлементно-·
ориентированные
147

В программах моделирования узлов РЭА используются модели
ЭРЭ и описания соединений между компонентами. Модели ЭРЭ
либо хранятся в бибшютеке стандартных ЭРЭ, либо подготавли­
ваются пользователем в виде описания на одном из специализи­
рованных языков. Как правило, библиотека моделей ЭРЭ может
пополняться в процессе эксплуатации системы. Программы модели­
рования ПУ РЭА содержат специальные подпрограммы, осуществ­
ляющие ранжирование моделей ЭРЭ, т. е. определение порядка
их запуска в моделиру~_ощей программе.
Программы моделирования
Проrргммная модеnь ОКД
Описвние
со единаний
Библиотека
стандартных ЭРЭ
Описание ЭРЭ
Моделирование тестирующих возде•1ствий
Подготовка
вручную
Подготовка
авто i'•J1 ати ~ еск ая
Рис. 7.3 . Программы моделирова­
·ния~ процесса диагностирования.
Подготовка программ генерации тестирующих воздействий мо•
:жет осуществлятьстт либо вручную, либо автоматически путем
моделирования случайных или регулярных последователь ностей
тестовых сигна лов.
Про граммы отладки и контроля (рис. 7.2) служат для окон ч а­
тельной отладки подготовленных • диагностirческих программ.
В процессе отладки определяются ошибки, которые не были обнару­
жены при трансляции. К таким ошибкам можно отнести ошибки
программирования: неправильно указан номинал измеряемого па­
раметра, не учтено время задержки измерения, а также методи­
ческие ошибки: не учтена последовательность проверки ЭРЭ,
неправильно задана последовательность входных и выходных сиг­
налов для интегральной схемы. ·отлаживается программа на эта­
лонном узле РЭА. Отлаженная программа заносится· в библ иотеку
рабочих программ, откуда она может быть загружена в оператив•
ную память АСКД для непосредственшJго выполнения.

РАБОЧИЕ ПРОГРАММ:,;
Рабочие поогоаммы контроля и диагностирования являются
наиболее спец'иф~,~чес1юй частью программного обеспечения АСКД
(рис. 7.4). Они обеспечивают функциональную и внутрисхемную
проверку ПУ РЭА. Программы функционального контроля ори"
ентированы на обнаружение дефектного ПУ, а программы фующи~
анального диагностирования - на локализацию обнаруженного
дефекта. Программы внутрисхемного контроля и диагностирования
Программы контроля и диагностирования
Функциональный контроль
и диагностирование
Локализация
дефекта
Проверка
обрывов
Рис . 7 .4. Программы контроля и диагности­
рования.
обеспечивают контроль правильности
соединений и поэлементное диагно­
стирование аналоговых и цифровых
ЭРЭ в . статическом и динамиче­
с1юм режимах.
Генерирование тестирующих воз­
действий при внутрисхемном контро­
ле и диагностировании происходит в
два этапа.
Внутрисхемный контрол ь
и диагностирование
Поэлементное
диагностирование
Статическая
Разделение
ЭРЭ
Динамичес,:ая 1
Блокиров1<а
обра тных
связ ей
ЦИС
Установка Н1!_•1альных условий J
На первом этапе устанавливаются начальные условия, обеспе-­
чивающие разделение аналоговых ЭРЭ. Установ ка начальных ус~
ловий для цифровых ЭРЭ заключается в формировании постоянных
логических уровней на некоторых управляющих входах, а также
в началыюй установке всех sлементов памяти.
При необходимости постоянные логические уровни устанав.11 и~
ваются с целью блокирования действий обратных связей.
На вторщ,1 этапе происходит активизация моделируемых ЭРЭ
программой, формирующей тестирующие воздействия. Для ана­
логовых ЭРЭ генерируются изменяющиеся во времени аналоговые
149"

сигналы соответствующей формы. Для цифровых ЭРЭ генерируют­
ся требуемые временные последовательности логических уровней.
Следу~т подчеркнуть, что в отличие от программ функциональ­
ного контроля, ориентированных на проверку всего ПУ в целом,
программы внутрисхемного поэлементного контроля и диагности­
рования ориентированы на независимую проверку каждого из
компонентов. Поэтому они оказываются, как правило, намного
проще соответствующих программ функционального контроля и
диагностирования.
1. ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
ДЛЯ ВНУТРИСХЕМНОГО КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
Для эффективной организации процесса внутрисхемного диаг­
ностирования необходимо иметь формализованное представление
элементов гибридного печатного узла. Однако существующие язы-
1ш высокого уровня не приспособлены для формализации описа-
ния ЭРЭ.
•
В настоящее время наиболее разработаны языки формального
описания цифровых схем. Большинство из них имеют сложные пра­
:вила синтаксиса, вследствие чего процесс описания схем доступен
лишь~ 'специалистам, имеющим определенную квалификацию ' в об­
ласти программирования. Некоторые языки требуют знания ло­
гических характеристик описываемых элементов или знания функ­
ционального описания схемы [61). Для разработчиков были
созданы специализиоованные языки описания дискретных уст-
ройств [11; 15].
'
Язык описания логических схем «ЯЗ - М» [ 15] не требует
какой-либо _ доработки готовой схемы и использует только сведе­
ния, содержащиеся в графическом описании ее элементов. Однако
описание межсоединений элементов является громоздким и трудно
формализуемым. Для применения языка [11] необходимо контро­
.nируемое дискретное устройство представлять в простом базисе
(на уровне элементов И, ИЛИ, И - НЕ, ИЛИ
-
НЕ). Однако
для дискретных устройств, построенных на ЦИС повышенной
степени интеграции, указанные требования приводят к громозд­
.кому
описанию схемы. Кроме того, требуется все нелогичес1ше
элементы схемы представлять их логическими эквивалентами, что
исключает возможность установления конкретных дефектов нело­
rических и аналоговых компонентов. Разработан язык сим­
вольного кодирования испытаний микросхем «СКИМсl», предназ­
наченный для составления рабочих программ контроля статиче­
ских и динамических _характеристик ЦИС [22].
В последние годы в нашей стране и за рубежом создан ряд спе­
циализированных языков, ориентированных на поэлементный кон­
троль и. диагностирование гибридных ПУ РЭА: ЯПД-1 [55],
150.

ЯПД-2 [9], СТ-13 [41), BTL [46), МЕМТЕСТ [45), ИНСАЙТ [59J,
ИНТАКТ [66], MPS [5] и др.
Все перечисленные языки поэлементного внутрисхемного диаг­
ностирования удовлетворяют следующим требованиям: близость
к существующим стандартам технической документации; возмож• .
ность описания нелогических и логических компонентов малой и по- '
вышенной степени интеграции без замены компонентов эквивалент­
ной схемой; простота описания межкомпонентных соединений~
возможность описания алгоритмов диагностирования гибридных
печатных узлов; независимость от типа диагностируемого печатного
узла; возможность расширения списка диагностируемы.х ЭРЭ и
изменения значений параметров тестовых воздействий.
В качестве примера рассмотрим структурные особенности не•
которых языков, ориентированных на внутрисхемное диагности~
рование гибридных узлов РЭА .
. ЯЗЫК
ИНСАйТ [З]
Главным критерием его создания былэ стремление иметь язык,
который был бы независимым от типа проверяемой схемы. В отличие
от языков функционального контроля ИНСАЙТ позволяет привя­
зать боJ1ьшинство команд к проверяемому элементу, вместо того
чтобы задавать точные режимы и конфигурацию измерительной
цепи.
Программа на ИНСАЙТ записывается в виде _ отдельных нуме~
руемых строчек, называемых командными предписаниями. На­
пример, командное предписание для проверки сопротивления ре•
зистора . R 25, имеет структуру, приведенную ниже:
(No строки) (Глагол) [Идентификатор] [Пределы] [Точки] (Терминатор}
120
RES
'R25'
120К, %5 (12, 15 ,G8)
:
Из этой записи виден основной формат строки. Строка означает,
что необходимо измерить значения· параметров резистора R25 о
номинальным значением сопротивления 120 кОм и допуском 5 %.
Двоеточие означает признак окончания строки. Номер строки ис•
пользуется для указания каждой строки программы. Каждое пред•
писание содержJ-!т командный глагол - определенную операuию,
которую должна выполнять система. Глаголы разделяются на две
категории: для измерения параметров элементов и для управления
системой. Глагол RES в рассмотренном примере указывает на не­
обходимость измерения резистора. Глаголы управления системой
могут управлять включением различных устроi:iств.
Особенностью глаголов первой категории является то, что они
определяют не только тип измерительной цепи, но и устанавливrнот
некоторый стандартный режим измерения элементов. Например,
по стандартным условиям для проверки диода требуется прямой
чок 10 мА, а для проверки некоторого конкретного диода D25
151

необходим тоК:_.'0,5 А. Изменение ,;тандарного режима программиру­
ется введением в данной строке после двоеточия дополнительного
командного предпv.сания с глаголом управления системой. Напри­
мер, запись 150D IODE 'D25' S, ON, (36, 37) : SET 'PSUl' 0,5 А:
означает, что проверяется кремниевый (S) диод во включенном
(ON) состоянии. Глагол SET устанавливает источник PSUl на ра­
бочий ток 0,5 А, отменяя установленный ранее стандартный ре­
?КИМ. В конце строки следует терминатор перевода каретки на но­
-~ую строку, который переводит систему в режим измерения. Для
однозначного определения элементов служит их идентификатор.
fJ25 и R25 являются идентификаторами диода и резистора, i1мсю­
щих по принципиальной схеме номер 25.
Пример фрагмента программы хорошо иллюстрирует возмож­
ности языка ИНСАЙТ [3]:
Поряд-
Глагол
Идентификатор ЗНдчения а Точки подклtо•
ковый м
допускtt
чения
110
IND
'L3'
l00UH, %3 (49, 136, G98,
97, 103)
120
САР
'С56'
50UF,
(29; 54)
l00UF
130
DIODE
'D963'
S, ON
(20, 90)
140
TRANSIST
'TR34'
G, N, OFF (36, 43, 54)
150
ZENER
'ZDl'
3,9V, %6 (22, 45)
160
TRACK
(1:150, -36)
Программа предусматривает проверку индуктивности L3 с но­
минальным значением 100 мкГн и допуском 3 %; емкости С56 в
пределах 50-100 мкФ; кремниевого диода D963 в открытом со­
цоянии; германиевого транзистора типа N в закрытом состоянии
и кремниевого диода ZD 1.
Предписание с глаголом TRACK предусматривает проверку
всех точек от 1 до 150, за исключением точки 36, на отсутствие ко­
ротких замыканий .
.Язык ИНСАЙТ содержит также возможность проверки логиче­
с1шх схем комбинационного типа посредством применения команд­
ного глагола TRUTH (истинность). Так, например, предписание
210 TRUTH Н (1-12, 23) L (17-21, 26) =#= Н (41, 31-33) L (43, 44)
означает, что логическая схема проверяется подачей на точки 1-12
fl 23 высокого (Н) логического уровня, а наточки 17-21 и26-виз­
кого (L) логического уровня. После знака # следует указание
выходных точек, на которых ожидаются, ,соответственно, высокий
И низкий логические уровни напряжений. Имеется команда
АНАЛИЗ (А), посредством которой значения логических уровней
выводятся на печатающее устройство.
Рассмотрим программу проверки простейшего транзистора кас­
када, схема l:оторого представлена на рис. 7.5, а. ·
15~

10
REF
l01 $
BOARD
ТУРЕА
1010
RES
'Ri'
ЮК,%3 (5,6,G71
l020
RES
'R2'
15к.%3 (6,7,G5)
!030
RES
'R3'
1к.%3 (5,6)
1040
RES
'R4'
5к.%11 (7,9)
2010
TRAN
'TRI'
S,N,ON (8,6,9)
2020
TRAN
OFF:
3010
END
Оператор с номером 10 означает, что необходимо контролиро-.
вать схему типа А. Схема содержит транзистор TR1, кремниевый
(S) типа (N) -, подключенный, соответственно, коллектором, базой
и эмиттером к точкам 8, 6 и 9. Оператор 2010 указывает на необхо-
ff
lI
RJ
8
VТf
!{4
Рис. 7.5 . Примеры проверяемых схем:
а ~ типового транз исторного касr<эда; б ~ простой логи1:!еС1<ой схемы.
димость проверки этого транзистора в открытом состоянии (ON).
С1едующий оператор указывает на необходимость проверки этого
же транзистора в закрытом состоянии (OFF). Такая возможность
сокращенной записи облегчает программирование.
На рис. 7.5, 6 показана простейшая логическая комбинационная
схема. Программа ее проверки содержит логические операторы
TRUTH. Оператор с номером 1 указывает, что следует произвестu
проверку No 123 схемы типа 4567 по программе 1-5/75. Оператор
с номером 3 устанавливает значение напряжения источника пита­
ния PSUV 5 В и ограничивает ток до 0,3 А. Оператор с номером 5
задает напряжение 5 В с погрешностью 2 % между точками пи­
тания 17 и 10 интегральных микросхем и устанавливает логиче­
ский вид проверки.
1 ~EF 123 $ BOARD ТУРЕ 4567 PROG lSS 1-5/75
3 SET 'PSU.V' 5V', 0,3 А
,
5 DC 5V % 2 (17,IO): SET 'МЕА. ТУРЕ' LOGIC
7 IF NO GO THEN OUTPUT 'PO,VER SUPPLY FAULT
ABOUT PROG' : END
10TRUTHН(1,2,3, 4)# Н(103)L(101,l02)
20TRUTHН(1,2,3,4)#Н(101,102)L(103)
30 TRUTH Н (1).# Н (101)
153

40TRUTHН(3)#Н(103)
50 TRUTH Н (3) L (2) #j-I (102)
60TRUTHН(4)L(3)#Н(102)
70TRUTHL(1)Н(2)#Н(101)
80TRUTHН(!,2)L(3,4)#Н(l03)
90 END
программа содержит условный оператор с номером 7, который
указывает на необходимость окончания проверки в случае отказа
источника питания. Дальнейшие операторы не требуют пояснений.
Транслятор ИНСАЙТ имеет средства синтаксического контроля,
немедленно выдающие сведения об ошибочно записанных операто ­
рах. Сообщения об ошибках выдаются в виде числовых кодов.
Например: О - Переполнение запоминающего устройства
-
слиш-
•ком длинная программа; 1 - Незнакомый командный глагол и
т. д. Всего имеется 55 сообщений о различных ошибках.
ЯЗЫКИ ВНУТРИСХЕМНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
НА БАЗЕ БЕЙСИК-333
Дальнейшее развитие идеи внутрисхемного диагностирования
получили в специализированных языках, разработанных фирмой
«Membrein» для управления системами серии МВЗЗЗО. Они базиру-
100: 'R38-10K' Х 31
\ Иде!-iт~фи t<атор
Номер
У52 Z(16,37,19) 10К 5% PRNT: F MR
строки
1
Точки
заземления
Узел
дJуск \ пlать
• при
ошибке
стимулирования
Узел
измерения
Номинальное
значение
компонеt-па
Команда
печати
i
Схема измврения
сопротивления
резистора
Рис. 7 .6, Структура оператора языка аналогового диагностиро-
_
вания на базе «БЕЙСИК-333».
ются на языке БЕЙСИК-333. Один из них предназначен для опи ­
сания аналоговых компонентов, другой - цифровых, •включая
микропроцессорЫ, и ·интегральные запоминающие устройства. Струк­
тура операторов языка описания аналоговых компонентов представ­
лена на рис. 7.6 и аналогична структуре языка ИНСАЙТ. В рас­
смотренном примере проверки резистора R38 отведена строка про­
граммы с номером 100. В отличие от ИНСАЙТ в идентификаторе
ттроверяемого компонента указывается номинальное значение его
параметра. Если обнаружена неисправностI?, то на устройстве пе­
чати будет отпечатано сообщение «R38-I0K». Контрольные точки
31 и 52 присвоены выводам резистора. Точки заземления 16, 37
и 19 исключают пар_аллельные соединения, изолируя измеряемый

:компонент от примыкающих цепей. Резистор будет отнесен к не­
исправным, если значение сопротивления выходит за пределы 5 %
допуска.
Язык диагностирования цифровых компонентов обеспечивает
большую гибкость применения аппаратуры, по сравнению с язы­
ками ИНСАЙТ и «С-13».
Программа проверки для каждого типа микросхем может под­
готавливаться отдельно, а затем многократно использоваться в
процессе испытаний интегральных схем данного типа . Соответствие
между номерами узлов печатной платы и номерами контактов конт­
ролируемой ИС устанавливается с помощью специальных таблиц.
Программирование предусматривает два основных вида измере­
ний цифровых микросхем. Первый - измерения импульсных
пос·ледовательностей высокого и низкого логического уровней
(МРН/МРL). Этот вид ориентирован на измерение результатов воздей­
ствий входных импульсов, синхронизированных во времени такти­
рующими импульсами. Наибольшее применение получил этот вид
при диагностировании комбинационных логических схем. Второй
вид измерений ориентирован на диагностирование логических
элементов с памятью и учитывает необходимость установки началь­
ных условий в виде ряда постоянных логических уровней.
Язык диагностирования цифровых компонентов содержит не­
~колько видов команд:
ТН (значение)
TL (значение)
IH (з начение)
IL (з начение)
PW (N)
TABLE (Pl, ... , PN)
1. Команды определения
Установка высокого уровня (-10 до
10 В)
Установка низкого уровня (-10 до
10 В)
Установка уровней сти мулирующи.х:
воздействий:
верхнего (-1,0 до +6,4 В)
нижнего (-2,5 до +2,0 В)
Установка длительности импульсов в
микросекундах (! до 255 мкс)
Информация транслятору о соответст­
вии выводов Pl ...PN контактам с ио-
мерами l . .. N данной интегральной
микр осхемы. Это позвол яет осуществ­
лят ь тестирование однотипных ин­
тегральных схем посредством общих
подп рограм м, перед выполнением ко­
торых указыв ается наименование таб­
лицы
TABLE (PN+I, ... , РМ)
Продолжение таблицы
1NJI(N- М,
...)
Определение точек, предназначенны:1!i
INJ2(N- М,
.. .)
для совместного тестирования
2. Команды логuttеского стилtулирования
РН (Pl, ... , PN)
PL (Pl,. ... , PN)
Установить импульс высокого (низко­
го) логического уровня на точках
PI ...PN
155

РН (Pl)
PL (PI)
RPH (PI)
RPL (Pl)
ОЕН (Pl)
OEL (Pl)
FH (Pl, ..., PN)
FL (Pl, ..., PN)
СН (PI)
CL (Pl)
DH (PI,
DL (Pl,
GC
PN)
PN)
GD (Pl, ... , PN)
GH (Pl, ... , PN)
GL (PI, ... , PN)
LH (Pl, ... , PN)
LL (Pl, ... , PN)
LC
LD (Pl,
PN)
Подат ь форсированный импу,1ьсный
сигнал высокого {низкого) уровня;
после оконча н ия сигнала уста навли­
вается низкий (высокий) логический
:уровень
Подать форсированный импульс высо­
кого (низкого) уровня. Импульс при­
нимает исходное значение лишь после
того, как форсируемый сигнал станет
активным
Форсировать сигнал на PI до тех пор,
пока происходит процесс измерения
Форсировать высокий (низкий) уро­
вень сигналов во всех точках в тече­
ние всего времени тестирования
Форсировать ни зкий (высокий) уро­
вень сигнала в точке перед тестиро•
ванием . Установить импульсный или
синхро н изирующий сигнал высокого
(низкого) логического уровня
Установить N выводов в положение·
логической единицы (нуля), а затем
сбросить после того, как будет опреде­
лен им пул ьсный сигнал
Полный сброс всех установок, объяв­
ленных GH и GL
Сброс установоJ( всех N выводов, отме­
ченных в спецификации
Устано вить все специфицированные
точки в состояние высокого (низкого)
:уровня и поддерживать его в процессе
тестир ования интегральн ой схемы
Установить все специфицированные
точ ки в высокое (н изкое) логическое
состояние
Отменить стимулирующие сигналы на
всех точках
Отменить стимулирующие сигналы на
всех специфицированных точках
3. Команды установки изменени_й
ЕН (Pl, ..., PN)
EL (Pl, ... , PN)
ЕРН (Pl, ..., PN)
EPL (PI, ... , PN)
Ожидать установ1{у высокого (низ кого):
уровня на выводах PI ... PN
Ожидать установку высокого (низкого)
импульса на выводах Pl ...PN
4. Команды выпол непия излtерений
МРН (Pl)
MPL (Pl)
м
Т (N)
р
Измерить ожидаемый высокий (низ­
ки й) уровень импульсного сигнала
Осуществить цифро вое тестирование,
сравнить результаты по команда:-.'! уста­
нов,ш измерений.
5. Сме~иалные команды
Испол ьзуется для указания номера
теста в подпрограмме
Вызывает действия запрограммиро•
ванного числа импульсов

IGNOR.E (ТI, ... , TN)
COUNT (N)
D\VAIТ (N)
C-XCLE (N)
Используется для ИПJорирования,
указанных в команде тестовых устано­
вок
Указывает количество импульсов, ожи­
даемых в следующей команде
Ожидать N секунд перед проведением­
измерений, указанных в ЕН и EL -
Повторить тест N раз
Например
: CYCLE (16) PL (100) EL(I, 2, 3, 4)
ВР: 100 М
Рассмотрим более подробно особенности прпменения некоторых -
из указанных команд.
l. УстаноRка тестирующих напряжений. Команды устанав­
ливают заданные в спецификации выводы в высокое или низкое
логическое состояния, которые остаются до тех пор, пока установ­
ки не будут отменены. Все эти команды могут быть отменены ко­
мандой отмены установки LC. Частичная отмена производится ко­
мандой LD. Все перечисленные команды выполняются немедленно,
сразу же при их появлении в программе. Например:
:LH(4,5,6)LL{7)
: LD (6).
2. Илтульсные тестирующие сигналы. Любой вывод может быть
использован для подачи импульсного сигнала в течение заданной
тестовой последовательности. Импульсы могут иметь активный вы­
сокий или низкий уровни логического сигнала и программируются
шириной 1-255 мкс с дискретностью ] мкс.
Команда измерения (Ni) активизирует все запрограммированные
импульсы PL и РН перед проведением замера. Синхронизирующие
импульсы активизируются без подачи команды измерения. Импуль­
сы синхронизации (высокие или низкие) или установки (высокие
или низкие) не могут измеряться одновре~1еtшо.
•
3. Усттювка дштых. Каждый цифровой вывод системы может
быть запрограммирован командами {DH) и (DL). Команды уста­
навливают данные перед тем, как генерируются импульсные и син­
хронизирующие сигналы. После завершения последнего импульса
и окончания переходного процесса система производит все изме­
рения. Данные устанавливаются командами Р и М минимум за
Б-'-8 мкс до появления первого тестирующего или синхронизирую­
щего импульса и сбрасываются спустя приблизительно такое , же
время после окончания последнего синхроимпульса.
ТипичнаSj 1юнструкция программы:
:DH(1,2)DLt3)СН(4)Р
4. Сброс дштых. Имеются две команды; которые обеспечивают
- сброс
ранее установленного сигнала после окончания некоторой
157

-тестирующей последовательности. Команда RH устанавливает
данный контакт в высокий логический уровень, а затем программно
переводит в низкий. Высокий уровень поддерживается в течение
всей тестовой последовательности. Аналогичными свойствами об­
ладает команда RL. Каждая команда может программировать лишь
по одной точке. Типичная конструкция использования команды:
DH(1, 2)RL(5)СН(6)Р
5. Сброс импульсных сигналов. Любой из цифровых выводов мо­
_жет быть запрограммирован для подачи импульсных сигналов
- высокого или низкого уровней, после того как активизируются
команды RL и RH. Команды RPH и RPL выдают сигналы прибли­
зительно через 4 мкс после активизации RL и RH. Импульсные
сигналы заканчиваются до того, как сигналы команд RL и RH
примут пассивное состояние. Команда обеспечивает подачу сигна~
ла только на один вьJвод, независимо от того, какие сигналы ус­
тановлены на остальных выводах .
Пример использования команды :
RH(6)RPL(3)CL(8)Р
6: Форсирование сигналов . Имеются две команды, которые фор­
сируют установку вывода ЦИС в высокое или низкое логическое
состояние . Эти команды используются для предотвращения логи­
·ческих ошибок, вызЕiанных асинхронными гонками импульсов.
После активизации информационных линий происходит форси­
рованная установка сигнала до того, как появится синхронизиру ­
ющий импульс . Команда допускает одновременное программирова­
ние нескольких точек.
7. 1(01v~анды cut-txpoнuвaцuu. Команда синхронизации COUNT(N)
определяет число синхроимпульсов, подаваемых J{a контакт, ука­
занный в команде СН или команде CL. Совместно с командой СН
она формирует серию из N импульсов выбранной частоты со скваж­
ностью 50 % , а затем переводит точку в низкий логический уро­
вень до окончания процесса измерения. Аналогично действует
команда COUNT(N) совместно с командой CL. Уровни импульсов
меняются при этом на обратные . Уровень, который установится
на выводе после окончания действия команды, может быть раз­
блокирован командами форсирования или сброса. Пример:
COUNT(5)СН(7)Р •
Пять синхронизирующих импульсов :Высокого уровня будет подано
на вывод 7.
8. Форсирование выходных сигналов. Имеются две команды
·ОЕН 1и OEL, тредназначенные для форсированной активизации вы­
ходных сигналов (микросхемы двунаправленного действия, микро­
,{:хемы с тремя состояниями). Эти команды указывают по одному
независимому выводу шrя подачи на него форсированного сигнала .

Форсированный сигнал остается активным до окончания измерения:~
Типичный пример:
:DH(l, 2, 3)CL(6)OEL(l3)EH(l2, 11, l0)M
9. • Сигналы глобальной установки. Команды глобальной установ ~
• ки GH и GL, а также глобального сброса GC и GD предназначены
для установки выводов в соответствующие логические состояния
на весь период тестовых последовательностей. Они выполняются
немедленно после появления, опережая первый же появляющийся ·
сигнал тестовых последовательностей. После того как сде­
ланы все замеры в данном тесте, сигналы глобальной установки·
сти·раются, . однако при появлении следующей тестовой последова­
тельности они возникают вновь. Это относится также и к подпро­
граммам, содержащим циклы.
Все команды глобальной установки отменяются командой GC"
а отмена -установок в некоторых точках - командой GD .
Например :
MSG{'U9 ')
TABLE(.. ..)
.
DIG (7, 9, 20, 70, 75)
GH (7, 9, 20) GL (70, 75)
GOSUB9010
T(l)
Т(2)
GD (20, 70) - очистка от установок на точках 20, 70; GC- пол ­
·ная очистка от глобальных установок .
10 . Виды чифровых измерений. Как уже отмечалось, цифровые
измерения разделяются на импульсные (для комбинаuионных ЦИС)
и измерения с предварительной установкой начальных условий
(для ЦИС с памятью).
Например, для имерения импульсного выхода применяются>
команды MPL И МРН.
: МРН (37)- измерить высокий уровень импульса
или
: MPL (36) - измерить низкий уровень импульса .
. При
измерении элементов с памятью входные импульсы уста­
навливают на выходе некоторые логические уровни. Измерения
установленных логических уровней производится командами
(ЕН) и (EL).
: ЕН (14, 23) - проверить высокий логический уровень на точЕах
14и23;

.: EL (3, 44) - проверить низкий логический уровень на точках
• 44и3.
Логические уровни, определенные операторами ЕН и EL, а
также импульсные сигналы, определяемые операторами EPL и
ЕРН, измеряются посредством указания оператора М:
:РН(1,2, 3, 4)ЕРН(5,6,7,8, 10)EPL(9, 11)М
Ветвление программы для испытаний этого класса производится
, о помощью двух условных операторов: ВР - переход, если все
ЛL(I}
Ffl(5) ..... -- -- -- -,
l]L{Z}
_DUJJ
r-
.
~
-
11--- ---E ""'L,., ,(6::c-J~f=н(n
-
•: T(J} lll(t) Fii(5) JJL(2,J) СН(4) Е.L(б) Elf(7) М
-Рис 7 .7. Вр емен ные диаграммы и команды те­
стир ования К-Триггера..
результаты проверок со­
ответствуют предполага­
емым; BF - переход;
если хотя бы одна из
проверок оказалась не
соответствующей предпо­
лагаемому результату .
В качестве примера:на
рис. 7.7 показаны вре- .
менные диаграммы си г­
налов, возникающих" при
выполнении теста Т (3)
внутрисхемной провер­
.1ш JK-тpиrrepa. Из временных диаграмм следует, что им­
пульс установки RL (1) предшествует появлению синхрон_изирую­
щеrо импульса по команде СН (4). Команды DL (2) и DL (3) ак­
ти визируются первыми , а завершаются после выпо л нения команд ·
EL (6) и ЕН (7) проверки логических уровней на выходах Q и Q
т р иггера.
•
Различные периоды активности тестирующих сигналов , ини­
циируемых командами различного вида, обеспечивают четкую про­
верку и синхрониз а цию логических элементов с учетом их реальных
,временных заде ржек.
3. подrотовид РАБОЧИХ ПРОГРАММ
ПОДГОТОВl{А И ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Источником информации для подrотовI<и исходных данных слу­
_жат: принципиальная схема, спецификация и монтажная схема
-печатного узла.
Исходный набор данных подготавливается обслуживающим
персоналом, не имеющим практики программирования. Обычно
-vн включает три различные перечня: перечень проводников с ука­
занием принадлежащих к ним контактов ; перечень аналоговых
·компонентов с указанием их номиналов, допусков и точек подклю-

чения; перечень цифровых компонентов с указанием их типа •.
идентификатора и контактов подключения.
В некоторых системах nервые два перечня объединяются в один­
общий.
Перечни содержат большое число различных цифровых данных
и при их подготовке возможны ошибки. Для облегчения генерации
исходного набора данных в некоторых системах, например, в сис­
темах 30/333 пользователю предоставляются различные способы
подготовки данных посредством специального программного обе­
спечения. Такие программы называются генераторами исходных
данных.
Для использования генераторов исходных данных необходимо , •
помимо принципиальной схемы и спеuификаuии, иметь готовый
проверенный и правильно смонтированный печатный узел. В каж­
дую генерирующую исходные данные программу вводятся номи­
нальные значения, допуски, тип и идентификатор аналоговых
·компонентов, а также тип, идентификатор и число контактных вы­
водов цифровых компонентов. Пользователь подключается к ус­
тановленному ПУ пробником: для аналоговых компонентов или
клипсой для цифровых компонентов. Система затем определяет
контактные выводы, которые соединены с зондовым устройствам­
и автоматически записывает строку исходного набора данных в
установленном формате. Цифровой набор исходных данных гене­
рируется по мере перехода от компонента к компоненту.
При работе с генераторами исходных данных пользователь за­
писывает непосредственно через упройство подготовки данных
лишь минимальную нео(5ходимую информацию. Например, для ре­
зистора R38, записывается строка: .
Резистор -Номинал Допуск
R38
IOK
5%
В результате обучения пробником и клипсой аналоговый и циф-·
ровой генераторы сформируют исходные наборы данных в скоррек­
тированной форме, с указанием проводников и номеров контактов,
соединенных с компонентами. Для рассматриваемого примера ре­
зистора R38 сформирует_ся следующая строка:
Резистор Номинал Допуск Вывод 1 Вывод 2
R38
IOK
5%
31
52
Аналогично сформируется перечень проводников с указанием
номеров подключенных к ним кана.лов (точек) контактрона.
Проводники Номера контактов
Pl
12
11
Р2
38
161

Аналоговые и uифровые генераторы увеличивают надежность,
исключая ошибки в подготовке исходного набора данных при ра­
<боте со схемой, ошибки неправильного соответствия узлов схемы
:контактами контактрона, ошибки при перфорировании. Генераторы
uозволяют идентифицировать неконтачащие, нераспаянные и
пропущенные каналы контактрона.
ГЕНЕРАЦИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРОГРАММ
Второй этап разработки диагностических программ заключает­
ся в их автоматической генерации с использованием соответствую­
щего программного обеспечения. Входная информаuия для этого
этапа находится в исходном наборе данных, подготовленном на
-первом этапе.
Исходные данные снача л а контролируются на отсутствие синтак­
сических ошибок. При отсутствии синтаксических ошибок генератор
рабочих программ готовит диагностическую программу, используя
библиотеку проверяемых аналоговых и цифровых компонентов .
Алгоритмы , аналогичные рассмотренным нами ранее, используются
для формирования программ проверки на отсутствие обрывов и
корот ких замыканий проводников, автоматически генерируются
· Номера заземленных точек при проверке аналоговых компонентов,
выбирается соответствующая схема измерений и режимы проверки,
указывается команда вывода на печать и формируется полная стро­
ка оператора в соответствии с рис. 7.6. Для цифровых схем гене­
рируются начальные условия их установки, а также коды запира­
ния устройств на шинах и в контурах обратной связи. Любые тес­
ты проверки, которые не могут быть выполнены для данных ЦИС,
автоматически игнорируются. Например, если два входа какого­
либо вентиля объединены, программа автоматически игнорирует
тесты, переводящие эти входы в различные состояния.
Выходом генератора рабочих программ является на 80-90 %
завершённая диагностическая программа, сформированная для
конкретного исходного набора данных. Окончательная готовность
диагностической программы достигается лишь после ее оптими­
зации.
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ
Завершение подготовки и оптимизации рабочих программ про•
исходит на стадии диагностирования. Типовая последовательность
процедур :диагностирования показана на рис. 7.8.
Кон.траль контактрона обычно осуществляется специальной
программой, которая опрашивает все иголки контактрона и уста•
навливает наличие контакта с выводами ПУ. В случае отсутствия
, контакта с · каким-либо узлом программа информирует об этом
,162

1
Контроль контактрона
1
Дефект
1
f
J Установка лотенциометров и -Переключателей
1
1
l
-
1
Проверка толологии
1
1
т
1 Неповреждающий аналоговый контроль
1
1
+
1
Контроль при номинальн ы х режимах
1
1
+
1
Проверка ориентац и и
1
1
+
1
Проверка шин с тремя состояниями
1
! Ш инное зондирование1
•
.
1
Проверка МИС, СИС , БИС
1
1 Jl.нализ данных l
-
1
"
r
1
Конец
Рис, 7.8, Процедуры диагностирования.
пользователя и прекращает дальнейшую проверку. Сист~ма пере­
ходит к проверке топологии и неповреждающему- внутрисхемному
контролю аналоговых компонентов при условии 100 %-ной гаран­
тии контакта между контактроном и узлами печатной платы .
В процессе проверки аналоговых компонентов, содержащих реактив ­
ные элементы, часто возникает необходимость в ожидании уста­
новления значения выходного сигнала после завершения переход­
ного процес~а. Программное обеспечение рассматриваемых систем
имеет возможность автоматической установки требуемого времен и
задержки. При включении процедуры «задержка» выходной сиг­
нал анализируется на предмет завершения переходного процесса .
Применение процедуры «задержка» исключает ручное программи ­
рование времени задержки и сокращает общее в·ремя контроля ,
повышая производительность системы .
Ориентация цифровых микросхем проверяется посредством про ­
цедуры «ориентация». На основе информации и типа проверяемой
ИС и таблицы соответствия 1:омеров ее выводов номерами контактов
контактрона генерируется последовательность простейших им­
пульсных сигналов с целью проверки правильности ориентации.
При обнаружении неправильно ориентированных ИС программа
информирует об этом, печатая сообщение о вероятном дефекте.
Это существеш~о облегчает диагностику ЦI,IC.

1. Автоматизац11я измерений / Под ред. К. П. Балашова - М. : Сов. радио,
'.J .966.- 527 с.
,·
2. Автоматический контро.'!Ь качества// Экспресс-информ. Надежность
и контроль качества (ВИНИТИ).- 1976.- No
3.- С. 7-9.
3. Автоматический контроль электрических параметров печатных плат/
fЩП.- No 99273. - М. : 1977.- 2 76 с.- (Пер. материала фирмы Marconi lnst.)
4. дi!томатическое оборудованне для проверки печатных плат// Электро-
ника.- 1979.- . No 6.- С. 102-\05.
_
5. Автоматическое устройство для испытания печатных плат LPA - \01 /
ВЦП.- 1980 _
-
12 с.- (Пер. проспекты фирмы ROЩПRON).
6. Але1кееюю А. Г. Основы микросхемотехники - М. : Сов. радио, 1977.-
408 с.
7. Аннси~1ов В. В., Белов Б. И., Норенков И. П. Машинный расчет элемен-
7ов ЭВМ. - М.: Вь1С1п. ш1,., 1976.- 336 с.
8. Байда Н. П. Диаrаостирование печатных плат ЭВМ на этапе их произ­
водства: (предварительная публикация)/ Научи. Совет АН УССР по комплекс­
ной пробл. «Кибернетика» - М. 198!. - 3 8 с.
9. Байда Н. П., Шшшевой В. Т. Организация программного обеспечения в
автоматизированной системе диагностирования гибридных печатных узлов РЭА //
Техническая диагностика электронных систем: Сб. науч. тр.- К. : Наук. дум­
. ка, 1982.- С. 33-37.
\О. Байда 1-:1. П., Лихтциндер Б. Я., Шпилевой В. Т. Принципы построения
II основные характеристики систем производственного контроля печатных узJ:юВ
·РЭА // Агрегатированпе, контро.'!Ь и ди агностика вычислительных систем: Сб.
-науч. тр.- К. : Нау1<. думка, 1978.- С.
118-123.
11. Бернш тейн А. С., Вокдер И. Э. Способ описания дискретных устройств
.для ввода в ЭВМ// Электрон. моделирование.- 1981.- No 4. - С. 62-65.
12. Бурштейн А. С., Химерик Ю. Ф. Автоматическая система на базе мик­
ро-ЭВМ. УВС-01 для внутрисхемного контроля печатных плат// Средства
··связи: Наvч.-техн. сб.- 1981.- No 1. - С.
57-бО,
13. Бэндлер Дж. У., Салама А. Э. Диагностика неисправностей в аналого­
вых цепях// ТИИЭР.- 1985.- Т. 73, No 8.-С. 35-87.
14. Вальков В. М. Автоматизированные системы тестового контроля и испы­
~аний средств микропроцессорной техники// Экспресс-информ. Сер. 8 ·/ ЦНИИ
.«Э.1ектроника».- !982. -
Вып. 3.- С. 23-31 .
. 15. Гальченко О. 1-:1. Описание логических систем прн проектировании цифро­
вых устройств// Управляющие системы и машины.- 1979.- No 3.- С. 86-92.
16. Гроссман С. Е. Автоматизация испытаний электронных · схем// Электро­
ника.- 1974.- No
19.- С.
25-47.
• 17. Губанова Т. Н., Новикоn А. Г., Алтухов Н. Л. Современные методы и
средства авто м атизированного контроля аналого-цифровой аппаратуры в усло­
виях производства// Обзор . ипформ. ЦНИИТЭИприборостроещ~я.- 1984. - С. 58.
18. Дегтярешю П. И. Синхронное детектирование в измерительной технике
и автоматике.- К.: Технiка, 1965.- 314 с.
19. Додонов А. Г., Мельни1юв А. П. Применение графов д.,1я контроля пе­
чатных плат// Электрон. моделирование.- 1975.- Вы п . 8. - С. 71-82.
20. Зелях Э. В.~ Кисель В. А. Об измерении параметров 2-п-полюсников
и 2п + 1 полюсников // Автометрия.- 1965.- No 5. - С. 17-23.
21. Измерение параметров цифровых интегральных микросхем/ Под ред.
Д. Ю. Эйдукаса, Б. В. Орлова · - М. : Радио и связь, 1982.- 368 с.
22. Кондратьев В. В., Решетов М. В. CKИJv\cl язык символъного кодирова-
-
ния испытаний микросхем// Управляющие системы и машины.- 1977.- No 4. -
С. 94-99 .
-
23. Крейг П. Внутрисхемные испытания с применением сигнатурного ана­
лиза// Электроника,,-- 1979•...:. . No 11,- С, 64-70.

24. Лестер Р. Автоматиче ст{ая контрольно-измерительная аппаратура
для звтомап1чес1< ой диагностики неисправностей: Материалы VIII конгресса
ИМЕКО.- М. 1979. -
35 с.- (Преприн т) ЦНИИТЭИ приборостроения.
25. Лихтциндер Б. Я. Автом атизация поэлементного контроля многополюс­
ных электрических цепей// Измерение, контроль, автоматизация., 1983. -
Вып. 3. -
С. 14-24.
•
26. Лихтциндер Б. Я. Многомерные компенсацион ные устройства /ГПро,
блемы гибридной вычислитель н ой техники: Сб. на уч . тр.- К.,- 1979.-
С. 139-143.
27. Лихтциидер Б. Я . Мн огомерные мостовые электрои з мерительные цепи//
Изв. вузов СССР. Сер. Приборостроение . - 1969 . -
No 5. - С. 19-23.
28 . и'Iихтциндер Б. Я., Т1: аченко А. Н . Сетевые модел и при диагностике циф­
ровых схем РЭА «ИИС-85» // Тез. докл. Всесоюз. науч.- техн. конф.- Винни•
ца, 1985.- С.
37-38 .
29. Лихтциндер Б. Я ., Грицуи Л. В . Машинный алгоритм кроссировки
коммутаторов автоматизированных систем контроля узлов радиоэлектронной
аппаратуры // При менение ЭВМ в коммутаuионной технике: Всесоюз. научн. - -
техн. симп. тез. докл.- Пенза, 1980.-
С. 16-17 .
30 . Лих тциндер Б. Я. , Ш ироков С. М. Многом е рные и змерительные устрой-
ства - М. : Энергия , 1978.- 312 с.
.
31 . 1,i.алыш енко Ю. В., Ч ипуJшс В. П. , Шаркуно в С. r. Автоматизация диаг­
ностирования электронных устрой ств . - М . : Энергоатоми здат, 1986 . -
216 с.
32. М арпшнш А. И . Принципы построения автоматических систем контро­
ля параметров эл ектрических uепей: Автореф. дне. ... д-ра техн. наук.- Куй­
бышев, 1973 - 53 с.
33. Н ов ые системы фирмы Membrain Сер. МВ - 7700: проспект и.а выстав­
ке Бритнаучпрнбор, 1982. -
4с.
34. Оп ер1щ ион ная система реального времени для микро и мини-ЭВМ./
В. И. Зурахин ский, В. А. Левченко, С. В. Суярко и др.// Прогр аммирование.-
1982.- No 6.- с. 81-84.
35. Основные направления развития средств контроля современной РЭА //
Р адиоэ,'!ектро н ика : Состояние и тенденции развития /НИИ экономики и информ.
по радиоэлектронмке.- М., 1983. -
С. 39-46.
•
36. Основные напр авления развития <rехиики контроля РЭА // Радиоэлек-
троника за рубежом .- 1981.- No 10. - С. 15-19.
~
37. Основ ы технической диагностики: Оптимизация алгоритмов диагности ­
р<'вания, аппаратур. средства / Под ред. П. П. Пархом енко - М. : Энергия.
1981.- 320 с .
38. Основы технической ди а гностики / Под ред. П. П. Пархоменко.- М. %
Энергия , 1976 . -
464 с.
39. Перспективные направления развития контроля качества РЭА // Ра­
диоэле ктроника за рубежом.- 1981.- No 14. - С. 10-23.
40 . Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделиров а ние систем - М. : Мир,
1983.- 384 с.
41 . Плющеев А. И . Система автоматизированного внутрисхемного контро.'!я
п·ечатных узлоJJ / Плющеев А. И., Туровский В. И. . .. // Радиоизмер. техника.­
«ЭКОС».- 19[4.- 213 с.
42. Программное о~еспечение автоматизиров анных систем диагностирования
узлов радиоэл ектронной аппаратуры/ Б. Я. Лихтциндер, Н. П. Байда, В. Т. Шпи­
левой // Измерен ие, ко нтроль, автоматизация.- 1986.- Вы п . 4. - С. 33-34.
_ 43 . Сигорский В. П. Методы анализа электрических схем с многополюсны­
ми элемеи·rами.- К. : Изд-во АН УССР, 1958.- 3 9 8 с.
44. Система автоматиз и р ованного внутрисхемного контроля печатныJ(i уз­
лов / Проспект . - М.: Горьки й, 1984.- 26 с.
45. Система автоматических испытаний. Серия МВ 7700 - М. : ВЦП.­
No 18520.-
I984.-
183 с.- (Пер. материала фирмы Membrain).
46. Система для провер1ш печатных плат II Электроника.- 1978.- No 16. -
С. 78-79.
165

47. Тамм Б. Г., Тыуrу Э. Х . О создании проблемно - ориентированного про­
граммного обеспечения// Кибернетика.- 1975. -
No 4.-
С. 76-85.
•
48. Тоценко В. Г. Алгоритмы технического диагностирования дискретныJ(i
устройств.- М. : Радио и связь, 1985.- 240 с.
49. Функциональные и аппаратные автоматические тест-системы: Проспект,
фирмы «Mambraiп Schlumberger Ltd» на выставке «Бритнаучприбор».- -1982.-
20 с.
50. Чахмахсазян Е. А., Бармаков Ю. И ., Гольденберr А. Э. Машинный ана­
лиз интегральных схем: Вопр . теории и программирования.- М.: Сов. радио,
1974.- 272 с.
51. Чжен Г., Мэннинr Е. , Метц r. Диагностика отказов цифровых вычисли­
'!'ельных систем.- М. : Мир, 1972 . -
232 с.
52. Чикликчи В. В. Архи'l'ектурный анализ автоматизированных систем
контро.,1я // Техника средств связи. Сер. Технология пр-ва и оборуд.- 1982.-
Вып . 3.- С. 104-115.
53 . Ч ученко В. В. Основные принципы построения проrраммноrо обеспе­
чения автоматизированных систем контроля и диагностирования РЭА // Средства
связи.- 1983.- Вы п. 1.- С. 45-47.
-
54 . Ш веднер Ф . А., Гроссман С. Е. Прове р ка печатных плат после сборки//
Электроника.- 1975.- No 18.- С.
37-43.
55 . Шпилевой В. Т. Программирование процесса поэлементного диагности ­
рования гибридных узлов РЭА // Идентификация и диагностика электронных
устройств и систем.- К. : Наук. думка , 1981.- С. 124-128.
56. Экономическая эффективность применения автоматизированного кон­
'l'рольно-испытательноrо оборудования: (опыт РЭП СШ) // Радиоэлектроника за
рубежом.- 1981.- No 6.-
С. 28-42 .
57. А Deslgner's Gui,de to Sigпa ture Analysis. Application Note // Hewlett-
Packard, 1977 . April. - N 2 22.- р.
50.
58. А Universal Approach to the pr'oЬ!ems of testing electronic priпted circu -
it board assamЬ!ies. Membraiп Limited, 23. Cobhaw Road, Ferndown Industrial
Estate, Wimborne, 1980.- Р. 70.
~
59. Вl yth G., Knlght D. А ТЕ for automatic Fault diagnosis. - Electronic Engi -
neering.- 1979.- N 8. - р.
61-63, 68.
60. Board testers rise to VLSI challenge.// Electronic Eпgineering.-
1983. -
No 12.- р. 12.
61 . Crook D. Т. Analog in circuit component measurements: proЫems and
solutions // Hewlett-Packard Journal, 1977 . March.- р. 19-21 .
62. Diagnosing beyond the node with _Membrain's FLO- TRACER. Application
Report - l.// Membrain-Schlumberger. 1981.- р. 6.
63. Durgavich 1. 1 ., Granili М. N., Woodfine. АТЕ system Architecture alteг­
natives .// Transactions оп Instrumeпtation and Measuremerit. - 1978. - N 7.-
р. 199-209.
64. Hammond Р. Н . А prospect for industrial Control // Electronics Produc -
tion.- 1980.- N 1.- р . 9-21 .
65. Jacksom Р. С. Dig ital АТЕ - а Iook at the Future // Electroпic Packag i пg
апd Production. - 1980.- N 7 . - р. 12-17.
66. Membraiп automatic Tcst Equipment. Membrain Limited, Ferndown Indu-
strial Estate, Wimborne, D01·set, 1982, р. 30.
67. Petri С. А. Coпcepts of Net Theory.- In: Proc. of the Symp. оп Math .
Found. of Сотр. Sci., High Jatras (CSSR), 1973.- р .. 137-146.
68. Series 30 . Model 333. Techn ical Product Description // Membraiп-Schlum­
berger, 1982.- р. 116.
69. Structured Test Programming АТЕ Using Membrain's Mediator Langu -
age // Application Report-4. Membrain - Schlumberger, Ferndown _ Industri al
Estate, Wimborne, 1981.- р. 8.
70. Scilling J. К. The effects of backdr iving Stress оп digital Ic's // Auto-
-m atic Testini conferense proceedings, 1978,- р. 71,

orлдБl"IEHMf
Предисловие .................... •
.
.
•••••
Глава 1. Автоматизация контроля и диагностирования узлов РЭА
1. Производственный контроль узлов РЭА
.
Виды дефектов и качество продукпии
Виды контроля . . . •
.
.
.
.
.
.
2. Архитектура АСКД
.
.
.
•.....
Глава 2. Модели объектов диаrиостирования
1. Объекты диагностирования
.
.
Описание диагностируемых ПУ . .
Математические модели ЭРЭ . ,
.
· Мате мат ичес кие
модели соединений
Математические модели аналоговых устройств
Математические модели цифровых устройств .
2. Сетевые модели гибридных ПУ
.
.
.
.
.
.
.
.
.-
Физические основы моделирования • . . . . . .
Интерпретация СП гибридных узлов РЭА . . . .
Глава 3. Проверка параметров аналоrовых ЭРЭ и соединений в режиме по­
стоянноrотока .............••
-
-
••••
. 1. Режи мы и способы измерения параметров ЭРЭ
.....
.
2. Преобразование сопр отивлений и проводнмостей резисторов
. Преобразование
значений проводимости Ох в напряжение .
Преобразование значений сопротивления Rx в напряжение
3. Преобразование параметров полупр онодниковых двухполюсных ЭРЭ
Преобразование параметров диодов . . . . . . . . . . .
Преобразование параметров кремн иевых стабилитронов
4. Преобразование параметров полупроводниковых транзисторов
5. Проверю! ттр<'вильности соединений
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Элементарные проверки . . :
.
.
.
.
.
.
.
Алгоритмы диагностирования соединений . . .
Алгоритмы контроля правильности соединений . . . .
Алгоритм контроля диагностирования правильности соедине н ий
Глава 4. Проверка параметров ана·логовых ЭРЭ в режиме переменного тока
1. Стр уктуры преобразов ателей перемен ного тока
.
.
2. Преобразов а ние емкостей конденсаторов
.
.
.
.
•
1 Преобразование емкости в р~жиме заданного напряжения
Преобразование емкости в режиме заданного тока . . . .
Параллельное соединение элементов
.
.
.
.
.
.
.
.
Определение правильности ориентации электролити ч еского кон-
денсатора ....................... .
3. Преобразование параметров катушек индуктивностей
.
.
.
.
.
Преобразование индуктивности в режиме заданного токя . .
Преобразш1ание индуктивности в режиме заданного напряжеаия
4. Преобразование параметров ЭРЭ в цепях с периодическими импульсными
сигналами
...........
.
. ... ...
..........
.
Периодические сигнаJ1Ы прямоугольной и треуго.,1ьной . формы . . .
Компенсационные преобразователи с периодичесю,1 ми импульсными
сигналами ..••.•......••. • • • • • • • • •
·
Глава 5. Диагностирование цифровых узлов РЭА
.
.
•.........
1. Проблемы диагностирования
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
2. Принципы диагностирования цифровых узлов на печатных платах
.
.
.
0
-
Диагностирование ошибок монтажа и катастрофических отк азов
•
цис ................... .
_
.
,
Функциональная проверка ПУ, содержащих БИС
3, __Аппаратура высокоскоростного тестирова ния БИС
Стр.
3
4
-t-
4
6
11
16
16
17
17
18
21
24
25
25
28
32
32
36
37
43
48
48
51
54
59
59
61
64
66
.; 71
•71
72
72
74
76
81
82
82
84
86
87
88
92
92
94
94
99
101
167

4 , Токовое зондирование
.
,...,
.
.
.
.
•,,
Видыдефектов .............. •
Бесконтактное измерение импульсных токов
Обнаружение дефектов с помощью токо в ого зонда
б.Сигнатурныйанализ ..............
Принцип действия сигнатурного анали зато р а .
Пример диагностирования асинхронного счетч ш{а
Пример проверки микропроцессорной системы
Глава 6. А ппаратные средстщ.У'АСКД
... .....
.
.
.
.
..
..
.
1. Примеры автоматизированных си стем внутри схемного диагностирования
Установка автоматического контроля УКН-2 , .. . .. ...•
Система автомати з ированного внутрисхемного контроля 1013 , , •
Автоматизированная система внутрисхемного контр оля на базе
микро-ЭВМ УВС-01 ... ...• ... ..
.
...
Автомати зированная система внутрисхемного контроля и диагнос-
тирования ОЕ 1761 . . . ,
......
.
Автомати зированные · системы серии МВ7700
2. Принципы построен ия коммутаторов АСКД
Структура коммутаторов
Реализ ация коммутаторов в АСКД
Глава 7. Проrраммиое обеспечение АСКД
1. Стр уктур а программного обеспечения
...
Операционная система
.
•
Система программирования
•,•
• Рабочие программы
.
.
,.,
2. Язьщи программирования для внутрисхемного контроля и ди агностиро -
вания
..
.. ..
•
я;ы·кИНСлйТ•::::::::::::
Языки внутрисхемного диагностирования
8. Подготовка рабочих программ
.
.
.
.
,
Подготовка и ввод исходных данных
Генерация диагностических проrрамм
Диагностирование
f;:писок литературы
:Оглавление ••....
на базе
Производственное издание
ЛИХТЦИНДЕР Борис Яковлевич
ВНУТРИСХЕМНОЕ ДИАГНОСТИРОВАНИЕ УЗЛОВ
РАДИОЭЛЕI(ТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
Редактор Е. К. Доброхотова
Оформление художника А. В. Посохова
Художественный р~дактор Ю. Я. Чертова
Технический редактор Н. А. Бондарчук
Корректоры Е. В. Зинченко, С. А. Снегур
ИБ N, 3999
вЁйсик-з3з
111
111
113
114
117
118
121
123
126
126
126
128
131
. 132
135
139
139
141
145
145
146
147
149
150
151
154
160
160
162
162
164
168
Сдано II набор 24.01 .89. Подписано в печаffь 16.05.89. . БФ 01587. Формат 60}(841/10,
!!умаrа типографская No 2. Гарнитура литературная . Печать высокая. Усл . печ . л. 9,76,
Усл . кр.-отт. 10,11 . Уч.-изд . л. 11,02. Тираж 8000 экз. Зак. No 8-382. Uена 70 к.
Издательство «Тэхнw,<а». 252601 Киев 1, ул. Крещаmк, 5.
Отпеч ат ано с м а триц Головного предприятия республиканского nроизводствеииого объ•
е.!!,инения «Пол игр а фкн ига». 252057, Киев , Довженко, 3 в Харьковской _ горо.!!,ской з:нпq1 .
rрафии N2 16, Харькоа -3, Yll, У._пдаерсщ:_!::r~а_я, 16, Зак, 1188.
-
J