Методи і засоби підвищення ефективності покомпонентного діагностування цифрових пристроїв

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

МЕТОДИ І ЗАСОБИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ

ПОКОМПОНЕНТНОГО ДІАГНОСТУВАННЯ ЦИФРОВИХ ПРИСТРОЇВ

Спеціальність 05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування

ПЕРЕВОЗНІКОВ СЕРГІЙ ІВАНОВИЧ

Вінниця - 2006

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у Вінницькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор Локазюк Віктор Миколайович, Хмельницький національний університет, завідувач кафедри системного програмування

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Грабко Володимир Віталійович, Вінницький національний технічний університет, завідувач кафедри електромеханічних систем автоматизації

доктор технічних наук, професор, заслужений винахідник України Харченко В'ячеслав Сергійович, Національний аерокосмічний університет “Харківський авіаційний інститут” ім. М. Є. Жуковського, завідувач кафедри комп'ютерних систем та мереж

доктор технічних наук, професор Дрозд Олександр Валентинович, Одеський національний політехнічний університет, професор кафедри комп'ютерних інтелектуальних систем та мереж

Провідна установа: Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут“, кафедра спеціалізованих комп'ютерних систем, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

Захист відбудеться “07” 10 2006 р. о 9.^{30 _} годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.01 Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

Автореферат розіслано “__18_”_07__2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Захарченко С. М.

АНОТАЦІЇ

Перевозніков С.І. Методи і засоби підвищення ефективності покомпонентного діагностування цифрових пристроїв. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. - Вінницький національний технічний університет, Вінниця, 2006.

Дисертацію присвячено розробці методів і алгоритмів формування компонентних структур цифрових об'єктів на основі композиційно-декомпозиційного підходу стосовно систем покомпонентного тестового пошуку несправностей. Для формалізації процесу формування підмножин компонентів, що ефективно покривають вихідну множину елементів об'єктів досліджень, використовується апарат теорії графів, а також мережні моделі. Отримано основні чисельні характеристики і розроблено методику моделювання компонентних структур. Розроблено методи і алгоритми швидкого тестування цифрових пристроїв на основі формування штучних фрагментів схем: паралельні, послідовні структури, а також фрагменти, які генерують сигнали. Це досягається за рахунок введення з боку засобів діагностування у схеми цифрових об'єктів додаткових тимчасових каналів передачі тестових сигналів тільки на період проведення тестових експериментів. Розроблено методику коригування програм тестування компонентів з врахуванням структурних особливостей їх комутації, а також теплофізичних характеристик реалізації векторів тестових сигналів у внутрішні вузли об'єктів досліджень.

Ключові слова: метод, композиція, декомпозиція, тестування, штучні фрагменти, упорядкування, стратегії, коригування.

Perevoznikov S. I. Methods and means intended for efficiency improvement components diagnostic of digital units.

Dissertation for the degree of Doctor of Science (Engineering): on specialist 05.13.05 Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, 2006.

The dissertation deals with the problem of elaboration of methods and algorithms, intended for formation of component structures of digital objects on the basis of composition - decomposition approach applied for the systems of in - circuit faults location.

Hyper graphs apparatus and network models are applied for formalization of component subsets formation process. They cover in a rational manner the initial set of elements of the objects being investigated. Main characteristics have been obtained, the technique of modeling by means of component structures has been developed. Methods and algorithms of rapid testing of digital devices, based on formation of artificial circuits fragments have been developed: parallel and generating structures.

The required results are obtained due to introduction of additional time channels intended for transmission of testing signals only for the period of carrying of test experiments.

Correction techniques of components testing programmers have been developed. These techniques take into consideration thermal-physical characteristics of testing signals, as well as structural peculiarities of circuit fragments, that were formed.

Key words: method, composition, decomposition, testing, artificial fragments, ordering, strategy, correction.

Перевозников С. И. Методы и средства повышения эффективности покомпонентного диагностирования цифровых устройств. - Рукопис.

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальности 05.13.05 - элементы и устройства вычислительной техники и систем управления. - Винницкий национальный технический университет, Винница, 2006.

Диссертация посвящена разработке методов и алгоритмов диагностирования цифровых устройств на основе композиционно-декомпозиционного подхода. В работе предлагается электрический способ формирования взаимосвязанных подмножеств элементов для последующего их тестирования. В основу подхода положена организация в ЦУ аппаратными средствами временных искусственных связей между внутренними КТ. Для поиска оптимальных структур разбиений предложены характеристики фрагментации объектов и введены их ограничения. Формализованы и описаны свойства компонентных отношений применительно для аппарата теории графов. Найдены условия формирования различных типов оптимальных структур на основе правил выбора и назначения элементов во фрагменты. Разработаны методы и алгоритмы формирования искусственных компонентних структур: параллельные, последовательные и самогенерирующие подструктуры. Определены условия реализации тестовых сигналов во внутренние узлы связанных между собой фрагментов схем: для каждого сформированного фрагмента обеспечиваются специальные электрические условия проведения тестовых экспериментов. В процедурах учитываются теплофизические особенности процессов тестирования и их влияния на структурные ограничения формирующихся компонентов. Разработана методика коррекции порядка реализации векторов тестовых матриц, позволяющая свести к минимуму число вынужденных остановов, связанных с охлаждением микросхем в процедурах диагностирования ЦУ. Разработаны стратегии упорядоченного применения ДЭ для компонентных структур, позволяющие сократить общее время проверки объектов в условиях серийного производства цифровой аппаратуры. Разработан метод формирования исходных минимальных структур с учётом условий электрической защиты элементов: в узловых точках, которые связаны с выводами каждого проверяемого фрагмента, устанавливаются уровни напряжений, соответствующие лог. `1' или высокоимпедансному состоянию. Разработана структурная схема средств диагностирования, определены функции и состав её основных блоков. Разработана структура взаимосвязи основных модулей программного обеспечения СПД, позволяющая эффективно использовать возможности процедур покомпонентного тестирования ЦУ с учётом организованной базы знаний.

Ключевые слова: метод, композиция, декомпозиция, тестирование, искусственные фрагменты, упорядочение, стратегии, коррекция.

цифровий пристрій компонентний діагностування

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розв'язання сьогоденних задач, пов'язаних з серійним випуском різних за своєю складністю і призначенням цифрових об'єктів, передбачає наявність потужного діагностичного забезпечення на всіх технологічних етапах виробництва. При цьому брак не виключається навіть при ретельно розроблених конструкторських і технологічних рішеннях, що не можуть враховувати, наприклад, впливу людського фактору, проблему появи в об'єктах вторинних несправностей і таке інше. З урахуванням темпів і тенденцій розвитку сучасного виробництва особливого значення у цьому плані набувають питання автоматизації процесів виявлення і пошуку несправностей, що виникають на виробництві при серійному або масовому виготовленні таких складних об'єктів досліджень, як дисплеї, одноплатні мікроЕОМ та інша спеціалізована радіоелектронна апаратура (РЕА), яка важко діагностується. При цьому інтегральними критеріями оцінки ефективності сучасних засобів діагностування є достовірність і швидкість знаходження місця несправностей у пристроях.

У напрямку розвитку нових методів та засобів технічного діагностування цифрових об'єктів досягнуто значних успіхів. Про це свідчить велика кількість різноманітної літератури, яка опублікована відомими науковими школами таких провідних учених як: П. П. Пархоменко, Е. С. Согомонян, В. А. Гуляєв, А. В. Мозгалевський, В. Г. Тоценко, О. М. Романкевич, Ю. Г. Савченко, І. А. Біргер, Н. Н. Пономарьов, Ю. М. Туз, Е. Т. Володарський, М. П. Цапенко, Н. В. Кіншт, С. П. Ксенз, М. П. Байда, Ю. В. Малишенко, В. П. Чіпуліс, С. Г. Шаршунов, П. С. Давидов, Б. Я. Ліхтциндер, В. С. Харченко, А. В. Дрозд, В. М. Локазюк, Хорвуд В., Бостром C., Кінгз I., Майєрс Г., Олби A. та інші.

Враховуючи досвід як вітчизняних, так і закордонних вчених і виробничників, пошук раціональне рішення випуску якісної електронної продукції було знайдено у такій організації процесу діагностування, при якій несправність повинна бути виявлена й усунена простими засобами задовго до її прояву у складі зібраного пристрою. Такий підхід дозволяє суттєво знизити економічні витрати на виробництво різноманітної електронної продукції.

Складність сучасних пристроїв та особливості технологій їх виготовлення обмежують застосування існуючих методів діагностування, вимагаючи пошуку певних компромісів. Досвіт багатьох провідних фірм світу: CheckSum, GenRed, Agilent 3070, DyagnoSYS (США), Polar (Британія), Гранит (Росія), MicroCraft (Японія), Seico (Італія), які проектують сучасне діагностичне обладнання, показав, що перспективним напрямком випуску якісних цифрових пристроїв є сумісне застосування і подальше удосконалення таких методів тестування як функційне, внутрішньосхемне та метод периферійного сканування об'єктів.

Як показує світова практика, особливе місце при цьому займають системи внутрішньосхемного діагностування, які найбільш успішно зарекомендували себе при середніх та великих обсягах виробництва РЕА. Такі системи характеризуються відносною технологічністю, простотою виконання, а також мобільністю налаштування на постійні зміни типів об'єктів тестування. При цьому не має необхідності вносити до складу пристроїв додаткову апаратуру контролю. Вони не вимагають розроблення спеціальних правил проектування і управління тестуванням елементів схем. Орієнтованість засобів такого класу на виробництво дозволяє виявляти переважну кількість несправностей з максимальною глибиною пошуку, що досягається можливістю конструктивного доступу до внутрішніх вузлів та контрольних точок (КТ) друкованих плат.

Актуальністю дисертаційної роботи є вирішення проблеми забезпечення потрібної достовірності, глибини внутрішньосхемного пошуку несправностей та скорочення часу тестування цифрових пристроїв за умов зростання інтеграції та розмірності діагностичних моделей об'єктів досліджень.

Аналіз напрямків щодо удосконалення методу внутрішньосхемного діагностування показав, що підвищення продуктивності відповідних машинних процедур, які можуть мати порівняно менший час, ніж поелементне тестування об'єктів у цілому, ґрунтується на ідеї розбиття структур пристроїв на множини компонентів або фрагментів схем (покомпонентне діагностування). При цьому цілеспрямована комутація елементів і вибір порядку проведення тестових експериментів з компонентами сприяє підвищенню ефективності і заощаджує апаратні ресурси комплексів діагностування за умов масового або серійного випуску електронних виробів, що підтверджує доцільність такого підходу.

Безпосередній зв'язок з внутрішніми вузлами об'єктів дозволяє подібним технічним засобам реалізовувати різні як декомпозиційні, так і композиційні стратегії діагностування. При цьому особливістю подавання тестових сигналів у внутрішні вузли зв'язаних між собою компонентів тестерами такого класу є спеціально організовані умови проведення діагностичних експериментів, які створюються для всіх фрагментів розбиття. Під час подавання сигналів виключається електричний взаємовплив ізольованих підсхем, що дає можливість реалізовувати різні діагностичні процедури одночасно. Такий підхід виправданий лише у тому випадку, якщо забезпечена сталість і відповідна тривалість рівнів напруг векторів початкових умов тестування при формуванні різноманітних структур розбиття об'єктів за рахунок їх штучної тимчасової реструктуризації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основний зміст робіт складають результати, що були отримані в науково-дослідній лабораторії діагностування електронної апаратури (НДЛ ДЕА) при кафедрі автоматизованих систем керування Вінницького політехнічного інституту (ВПІ). Робота виконувалася у відповідності з такими госпрозрахунковими темами: “Дослідження і розробка системи діагностування друкованих плат з наповненими компонентами” (номер держ. реєстрації 01850067479), “Розробка автоматизованої системи контролю, діагностування і прогнозування відмовостійких біполярних мікроприладів” (номер держ. реєстрації 01870033155), “Оптимізація системи діагностування друкованих вузлів” (номер держ. реєстрації 01850067199), “Розробка автоматизованого діагностування устаткування для забезпечення серійного випуску кольорового відеомонітора” (номер держ. реєстрації 01860097371), “Дослідження і розробка макетів пристроїв системи передфункціонального контролю друкованих вузлів реле часу при їх серійному випуску” (номер держ. реєстрації 01870065630), а також згідно договорів про творчу співдружність з підприємствами, які випускають сучасну апаратуру.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності методу покомпонентного діагностування цифрових пристроїв (ЦП) за рахунок застосування композиційно-декомпозиційних способів представлення їх вихідних структур. Такий підхід сприяє скороченню загального часу підготовки і реалізації програм тестування ЦП, підвищенню їх достовірності, що досягається створенням апаратними засобами спеціальних електричних умов здійснення діагностичних експериментів на рівні структур розбиття.

Для досягнення поставленої мети необхідно розвязати такі задачі:

- розробити методологічні основи опису і формування взаємовідносин елементів компонентних структур, що полягає у введені числових характеристик та властивостей-обмежень фрагментування вихідних схем ЦП, аналізу покрокового процесу визначення складу і характеру міжкомпонентних зв'язків з метою вибору структур розбиття, які сприяють скороченню загального часу діагностування об'єктів досліджень;

- узагальнити та формалізувати процес формування компонентних структур з урахуванням вимог щодо глибини діагностування, степеня декомпозиції, складності, а також типів компонентних підмножин: повних (неповних), ізольованих, термінальних, складних (простих), ланцюгових структур, що дозволяє генерувати і вибирати варіанти декомпозицій об'єктів за умов фізичних та конструктивних обмежень з боку апаратних засобів, які сприяють скороченню часу процесів діагностування;

- розробити декомпозиційні методи пошуку кінцевих компонентних множин, що полягають у визначенні властивостей-обмежень фрагментів схем, що формуються, аналізу і вибору моделей типів декомпозиційних структур об'єктів, а також введених правил призначення елементів у відповідні фрагменти розбиття ЦП;

- розробити композиційні методи формування штучних компонентних структур пристроїв за рахунок вибору і введення до їх складу з боку апаратних засобів додаткових каналів передавання інформації за умови тимчасових зв'язків між внутрішніми вузлами пристроїв, які здійснюватимуться тільки на період проведення діагностичних експериментів;

- на основі отриманих результатів визначити необхідні функції і запропонувати відповідні рекомендації щодо розробки структурних схем основних блоків і систем покомпонентного діагностування (СПД) у цілому з метою удосконалення і підвищення ефективності існуючих апаратно-програмних засобів покомпонентного діагностування ЦП при серійному або масовому виробництві сучасної цифрової апаратури.

Об'єкт дослідження - процес діагностування цифрової апаратури на основі застосування композиційно-декомпозиційного підходу.

Предмет дослідження - методи і засоби покомпонентного діагностування цифрових пристроїв за умов виробництва.

Методи досліджень засновані на використанні теорії графів (аналіз структур ЦП), теорії множин (аналіз взаємовідносин компонентів), методів комбінаторики (оптимізація пошуку декомпозиційних структур), теорії надійності (аналіз температурних режимів тестування), методів технічної діагностики (оптимізація пошукових процедур), теорії інформації (оцінки стратегій діагностування ЦП), комп'ютерного моделювання (аналіз компонентних структур).

Наукова новизна отриманих результатів. У дисертації запропоновано теоретичні засади, формальні методи і моделі штучного розбиття вихідних структур ЦП, що дозволяє підвищити ефективність процесу діагностування за рахунок зниження трудомісткості, спрощення та прискорення процесу підготовки і реалізації процедур покомпонентного тестування пристроїв за умов сучасного виробництва.

На захист виносяться такі основні наукові результати:

- вперше запропоновано методологічні основи моделювання компонентних структур та відповідні формальні процедури, які відрізняються від відомих спрямованим формуванням підсхем і вибором прийнятних варіантів розбиття пристроїв із обмеженої множини існуючих структур, що дає можливість досліджувати їх властивості, визначати склад і співвідношення компонентів, які б здійснювали покриття множини вихідних елементів пристроїв і сприяли підвищенню ефективності процесу діагностування;

- узагальнено моделі і формалізовано процедури декомпозиційного представлення вихідних структур об'єктів, які, на відміну від відомих, зорієнтовано на електричне розбиття множини взаємозв'язаних елементів ЦП на фрагменти, які тестуються, що дає можливість реалізовувати незалежні процедури безперервного пошуку несправностей у сформованих підсхемах;

- вперше запропоновано моделі композиційного формування штучних фрагментів схем, паралельних і генеруючих структур, новизна яких полягає в тому, що до їх складу вводиться опис додаткових штучних каналів передачі тестової інформації за рахунок тимчасової реструктуризації об'єктів. Такий підхід дозволяє прискорити і зменшити трудомісткість підготовки і реалізації програм покомпонентного пошуку несправностей;

- вперше запропоновано методи діагностування фрагментних структур ЦП з урахуванням складності компонентів, часу реалізації програм їх тестування, а також особливостей взаємоперетинань сформованих підсхем. Перевагою такого підходу є гнучка зміна поточних правил упорядкованого опитування компонентів під час пошуку несправностей, що дає можливість скоротити загальний час пошукових процедур за умов серійного виробництва;

- удосконалено та узагальнено метод тестування компонентів, що, на відміну від відомих, забезпечує створення умов електричної ізоляції сформованих фрагментів від впливу оточуючих взаємозв'язаних елементів схем та реалізується шляхом подавання установчих векторів тестових сигналів у внутрішні вузли і КТ цифрових пристроїв, які тестуються;

- вперше запропоновано методи коригування програм тестового діагностування компонентних структур, які враховують як температурні режими подавання тестових сигналів у внутрішні вузли ЦП, так і топологічні особливості штучної комутації елементів у підсхеми. Розроблені відповідні формальні процедури дозволяють усувати протиріччя тестових векторів, а також зменшувати вплив теплофізичних процесів діагностування на глибину пошуку несправностей у сформованих структурах розбиттів.

Практичне значення отриманих результатів. Дослідження проводилися з урахуванням їх практичної реалізації, а саме: запропоновані у роботі стратегії, методи та алгоритми композиційно-декомпозиційного розбиття вихідних структур ЦП використано для розроблення відповідних машинних процедур діагностування за умов сучасного виробництва, що дозволило підвищити ефективність апаратно-програмних засобів за рахунок удосконалення процесів покомпонентного пошуку несправностей у ЦП.

Практична цінність отриманих результатів є такою:

- розроблено алгоритми цілеспрямованого тестування компонентів, що дозволяє скоротити загальний час діагностування пристроїв за рахунок реалізації меншого числа діагностичних експериментів за умови гнучкої зміни правил реалізації тестових векторів фрагментованих структур, які забезпечують необхідну глибину діагностування;

- розроблено композиційно-декомпозиційні програми формування тимчасових компонентних структур, що дозволяє спростити підготовку і зменшити обсяг програм тестування, а також скоротити загальний час виконання процедур пошуку місця прояву несправностей у штучно сформованих структурах розбиття;

- розроблено комплекс машинних програм встановлення початкових умов діагностування компонентів у створених структурах розбиття, що дозволяє підвищити вірогідність і забезпечити незалежний характер проведення тестових перевірок з сформованими фрагментами схем.

Основні результати дисертаційної роботи знайшли застосування при розробці та експлуатації системи покомпонентного діагностування на підприємствах НВК “Приладобудівний завод”, ВАТ “Науково-дослідний інститут відео-термінальної техніки” (м. Вінниця), ВАТ “Укртелеком” (м. Хмельницький), а також у навчальному процесі Вінницького національного технічного університету при викладанні дисциплін “Проектування мікропроцесорних систем”, ”Надійність, контроль, діагностика та експлуатація ЕОМ”.

Особистий внесок здобувача. Всі наукові результати здобувачем отримано самостійно. У наукових працях, що опубліковані у співавторстві, йому належать: [141, 146, 246, 247] - ідея формування компонентів схем за рахунок внесення в об'єкт штучних каналів зв'язку; [244] - методи декомпозиції цифрових пристроїв; [171, 173] - ідея спрощення алгоритмів синтезу тестів; [169, 172, 250] - ідея оцінювання складностей фрагментів схем; [44, 164, 165] - метод декомпозиції цифрових схем; [126] - метод оцінки теплофізичних параметрів при реалізації тестових сигналів; [157] - розділ 3 і 4, а також підрозділи 2.2, 2.3, [123, 159, 168, 248] - методи і алгоритми декомпозицій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації і результати досліджень доповідалися і обговорювалися на таких міжнародних та всеукраїнських науково-технічних конференціях і семінарах:

Всесоюзній науково-технічній конференції “Автоматизация контроля вычислительных устройств” (м. Київ, 1988); Всесоюзному семінарі “Методы и программы решения оптимизационных задач на графах и сетях” (м. Новосибірськ, 1989); Всесоюзній науково-технічній конференції “Функционально ориентированные вычислительные системы” (м. Харків, 1990); Всесоюзній науково-технічній конференції “Проблемы автоматизации контроля и диагностирования сложных технических систем” (м. Київ, 1991); Міжнародній науково-технічній конференції “Методы и средства технической диагностики” (м. Ивано-Франківськ, 1992); Міжнародному школі-семінарі “Контроль и управление в технических системах” (м. Винниця, 1995); Міжнародній науково-технічній конференції “Контроль і управління в складних системах” (м. Вінниця, 2001); Міжнародній науково-технічній конференції “Мікропроцесорні пристрої та системи в автоматизації виробничих процесів” (м. Хмельницький, 2002 2005); Міжнародній науково-технічної конференції “Наука и предпринимательство” (м. Ялта, 2005); щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу ВНТУ (м. Вінниця, 1990 2006).

Публікації. Результати дисертації опубліковано в 65 працях. У тому числі в 1 монографії, 34 статтях, 3 авторських свідоцтвах, 2 патентах на винаходи, 23 матеріалах і тезах конференцій, 2 навчальних посібниках.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних літературних джерел у кількості 268 найменувань і додатків. Повний обсяг роботи 369 сторінок, 89 рисунків, 46 таблиць і 42 сторінки додатку, серед яких є акти впровадження результатів роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі до дисертації обґрунтовано актуальність проблеми, сформульовано мету і задачі, описано основні наукові результати і показано їх практичне значення.

У першому розділі проводиться аналіз сучасних вітчизняних і зарубіжних засобів тестового діагностування ЦП, аналізуються особливості реалізацій і можливості існуючих методів тестового виявлення і пошуку несправностей у цифрових об'єктах на основі декомпозиційного підходу. Проводиться аналіз існуючих апаратно-програмних методів розбиттів цифрових об'єктів тестування за рахунок внесення у структури пристроїв надлишкових схем контролю і застосування існуючих алгоритмів декомпозицій. На основі проведеного аналізу розкриваються недоліки і обмеження існуючих методів фрагментування структур ЦП, визначаються напрямки підвищення ефективності застосування систем покомпонентного діагностування шляхом штучної адаптації структур досліджуваних пристроїв на основі композиційно-декомпозиційного підходу.

З метою підвищення достовірності тестових перевірок досліджуються теплофізичні процеси реалізації сигналів у внутрішніх вузлах, зв'язаних між собою елементів пристроїв. На основі проведеного аналізу знайдено і модифіковано теплову модель, основні взаємозалежності параметрів, реалізованих тестових сигналів, які характеризуються потужністю, часом наведення імпульсів і температурою розігріву внутрішніх структур мікросхем. При цьому приймається, що тривалість подавання тестових сигналів обмежена

При цьому встановлено, що знайдені параметри теплових процесів певною мірою визначають час реалізацій програм тестового контролю компонентів пристроїв, а також глибину їх діагностування.

Другий розділ присвячено розробці методів та алгоритмів декомпозиційного представлення структур цифрових пристроїв за умовою конструктивного доступу засобів, яких описано мовами гіперграфів, а також теорією множин.

Аналіз показав, що структури будь-яких пристроїв зручно розглядати у вигляді орієнтованого графа, де - множина вершин, що відповідають елементам пристрою на принциповій схемі об'єкту дослідження, а - множина дуг, що відображають зв'язки між елементами. Синтез будь-якої компонентної структури пристрою виконується, як правило, за умов певних обмежень і закінчується перетворенням (декомпозицією) вихідного графа, де - кінцевий гіперграф, для якого кожному його ребру можна поставити у відповідність один з елементів множині сформованих компонентів, , а також. При цьому характеристики кінцевого графа G опишемо формально трійкою параметрів, де - множина перетинань компонентів, - характеристика повноти множини V фрагментів схем.

Під ступенем декомпозиції цифрового об'єкта будемо розуміти число р компонентів розбиття його структури, що покривають вихідну множину V^* вершин графа G^*.

Під показником компонентної глибини діагностування об'єкта будемо розуміти число , що дорівнює потужності множини , утвореної декомпозицією ступеня р вершин вихідної множини V^* графа G^*,

Назвемо такий процес декомпозиції -розбиттям вершин графа G^* (і -розбиттям, якщо = 0). При цьому результуючий гіперграф G фрагментування повинний відповідати ряду властивостей.

Для будь-якого фрагмента при -розбитті вершин графа G^* з параметрами, виконується наступна умова, а також істинне висловлювання Виходячи з розглянутих властивостей, елементи множини G умовно можна розбити на наступні типи підмножин, представивши, відповідно, діагностичну властивість будь-якого k-елементного фрагмента схеми у вигляді показника його структурної складності.

При цьому множина G визначиться, як, де - ізольовані, повні і неповні компоненти, а для підмножини G_т термінальних компонентів виконується умова.

Якщо всю множину компонентів -розбиттів представити у вигляді ряду, де а_i - число компонентів множини G_i, для яких виконується умова, то справедливі такі твердження.

Ґрунтуючись на отриманих формальних залежностях характеристик розбиття об'єктів, вводиться спеціальна функція розкладання числа х на y доданків, де, для якої приймається справедливість співвідношення, що. Базуючись на цьому, запропоновано метод дослідження процесами формування компонентними структурами, який проводить аналіз можливих варіантів фрагментацій структур пристроїв при заданих параметрах -розбиттів (p, , ) і носить комбінаторний характер. Фактично моделюються обчислення значень коефіцієнтів ряду, при якому генерується р-розрядна двійкова послідовність елементів вектора, у відповідність яким формується основна множина значень компонентів чергового варіанта представлення ряду N₁ -розбиття, де. Додатково кожному елементу, сформованого ряду розкладання, співвідноситься елемент, який генерується. Підраховуються всі коефіцієнти, для яких повинні виконуватись формальні умови: Для даного варіанту значень коефіцієнтів на поточному кроці реалізації методу визначається число всіх міжкомпонентних зв'язків, а також задаються значення додаткових параметрів: склад компонентів ВПЛ (), термінальних підмножин (t), а також вироджених перетинань (s¹) фрагментів, які формуються. На підставі отриманих параметрів генерується кінцевий варіант представлення -структури вершин вихідного графу G^* об'єкту при розрахованих значеннях характеристик, а також підраховується і основний склад підмножин кінцевого графа G.

Ґрунтуючись на властивостях 4 6 і характеристиках -розбиттів, змодельовано основні типи структур декомпозиційого представлення пристроїв і проведено їх аналіз.

Для кожної моделі визначено правила і знайдено кінцеві характеристики їх формування, що лягли в основу розробки відповідних алгоритмів декомпозицій вершин графа G^*. Існування ефективних структур було знайдено при максимумі загального числа ВПЛ: s-структура (Рис.4); радіально-ланцюжкова (РЛ) структура (Рис.5); s-структура (Рис.6); ^р-структура (Рис.7); s^*-структура (Рис.8).

Аналіз різних структур фрагментів показав, що все різноманіття методів їх покомпонентного представлення можна умовно розбити на три групи (посередні характеристики показано на рис. 9). До першої групи відносяться моделі декомпозицій, що орієнтовані на вихідні топології пристроїв: наприклад, Р-, Л-, s-структури. Такі структури можуть формуватися за умовою обмеженого доступу засобів діагностування до внутрішніх вузлів об'єктів (декомпозиційний підхід). Другу групу складають структури компонентів, перевага яких визначається тимчасовим введенням до об'єкту обмеженого числа додаткових внутрішніх зв'язків. До них відносяться, наприклад, s^*-, s-структури (комбінований підхід). Компоненти третьої групи найбільш ефективно покривають вихідні множини елементів об'єктів і являють собою, як правило, штучні фрагменти схем, наприклад, ^р- або РЛ-структури (композиційний підхід).

У третьому розділі пропонуються методи та алгоритми формування компонентних структур. Враховуючи складність і переборний характер пошуку прийнятного варіанта декомпозиційного представлення цифрових пристроїв, визначено умови раціонального розбиття структур при заданих обмеженнях. При цьому вибирається такий варіант -розбиття, для якого виконуються властивості 4 6, а також нерівності

Розроблено узагальнені алгоритми формування Л-, К- і Р-структур. При цьому особливістю алгоритму створення, наприклад, Л-структур є те, що деякі ланцюжкові підструктури доцільно перетворювати у радіальні, якщо для деяких елементів об'єкта виконується умова

Можливість доступу засобів діагностування у внутрішні вузли схем дає підстави для розробки нестандартних процедур тестування ЦП, ефект яких може досягатися як за рахунок розширення діагностичних параметрів, так і шляхом “поліпшення” вже існуючих алгоритмів пошуку несправностей. Розроблено метод діагностування, який використовує процеси самогенерації схемами тестових сигналів, що можуть протікати у напівпровідникових структурах, штучно сформованих компонентах. Формування генеруючих структур базується на заданій вихідній інформації про об'єкт, де для сформованої множини фрагмента схеми виконується умова: для кожного елемента існує вектор установчих сигналів, причому для будь-якої пари елементів виконується наступна нерівність, де. Додатково для кожного елемента визначається множина таких вхідних векторів, для яких подавання кожного з них на входи i-го елемента реалізує умову активізації відповідного, наприклад, k-го шляху з числа всіх можливих шляхів елемента v_i. Послідовно замикається умовно k-ий вихід елементанаприклад, з q-им входом будь-якого іншого елемента множини , де приймається, що. Причому для зв'язаних елементів фрагмента схеми, який штучно створюється в об'єкті, може виконуватись умова. Після програмованого замикання засобами тестування відповідних внутрішніх вузлів елементів, які складають генеруючу структуру, знімається блокуючий сигнал і фіксується періодичний процес зміни рівнів напруг в будь-якій контрольній точці (КТ) сформованого контуру. Для узгодження динамічних процесів в ланцюг зворотного зв'язку вводиться лінія затримки з боку засобів діагностування, яка теж програмується. Якщо процес генерації не фіксується, то доцільно переходити на поелементне тестування контуру або шляхом поступового скорочення складу фрагменту, що тестується: наприклад, половинним діленням елементів множини .

Фізичне об'єднання елементів схем ЦП у тимчасові штучні компоненти дає можливість для СПД формувати однорідні, регулярні структури, а також фрагменти, що реалізують відомі або стандартні функції, програми тестування яких є у бібліотеці тестів засобів діагностування. Формування подібних структур засновано на властивостях тестових матриць. З цією метою доцільно представити любу тестову матрицю Т_i компонента V_i у вигляді множини векторів-стовпців, де, а також - множини вхідних і вихідних векторів. Тоді, на підставі “узгодженості” тестових матриць, зв'язаних між собою елементів ЦП можна формувати паралельні (послідовні) структури, що дозволяють зменшити час діагностування, зводячи до мінімуму число ситуацій примусового наведення тестових сигналів у внутрішні вузли об'єктів апаратними засобами СПД.

Тестові матриці T_i і T_j компонентів назвемо композиційно узгодженими за входами (або виходами), якщо для множини векторів-стовпців виконується умова - операція перетинання векторів-стовпців тестових матриць.

Базуючись на умовах (2), запропоновано метод формування паралельних структур компонентів, який засновано на створюванні відповідних електричних умов у вузлах, які програмно комутуються, щодо подачі тестових сигналів. Метод передбачає формування множини елементів об'єкту з відповідною множиною тестових матриць, де для будь-якої її пари виконується умова Послідовність елементів множини V упорядковується згідно наступного правила: для будь-якої пари додатково виконується умова. Серед елементів множини V виділяються такі підмножини елементів, для яких найбільш доцільним є об'єднання у тимчасові фрагменти схем за однією із умов (2), при виконанні відповідного обмеження для кожної сформованої групи, де a - параметр, який призначається заздалегідь. Результатом реалізації запропонованого методу є розробка алгоритму, який здійснює формування штучних структур компонентів паралельних по входах (виходах), а також послідовне з'єднання елементів. Такий підхід найбільш ефективний за умов виробництва ЦП, коли у банку знань СПД вже маються програми тестування відповідних фрагментів схем або є подібні тести, які потребують незначного коригування даних.

Ефективність програм діагностування, сформованих компонентних структур часто залежить від встановленого порядку тестового опитування фрагментів схем, який заснований на такій умовній властивості діагностичних характеристик -розбиттів.

Якщо для будь-якої пари компонентів об'єкта виконується умова, то справедливі наступні нерівності, а також, де - час реалізації тестової матриці.

Виконання співвідношень властивості 4, фактично, задає порядок опитування компонентів. У іншому випадку послідовність ДЕ коригується.

Якщо існує хоча б одна пара компонентів V_i, V_j V структури об'єкта G, для якої не виконуються умови властивості 4, то початковий порядок тестового опитування компонентів коригується згідно правила: якщо є така підмножина компонентів -розбиття, для характеристик якої справедливі нерівності

Якщо існує хоча б одна пара компонентів структури об'єкта G, для якої не виконуються умови властивості 4, то початковий порядок опитування компонентів коригується за правилом: якщо є така підмножина компонентів -розбиття.

На підставі запропонованих стратегій розроблено алгоритми упорядкування тестових перевірок компонентних структур. При цьому з метою підвищення гнучкості застосування розглянутих стратегій, запропоновано посередній критерій їх вибору, де - середній час реалізації тестової програми середнього за складністю фрагмента схеми. Тоді, ввівши нормувальний коефіцієнт , для якого , правило застосування стратегій тестування компонента таке: - якщо , то реалізуємо стратегію 1;

З метою зменшення загального часу діагностування компонентів множини V, які перетинаються, розбивається на дві підмножини, які не мають спільних елементів. Приклад варіанта такого розбивання для і показано на. Введено дводольність графа G, яка дозволяє шляхом моделювання вибрати таку послідовність проведення діагностичного експерименту (ДЕ), для якої критерій приймає максимальне значення серед усіх варіантів розбиттів, де, u - число повторної участі елементів вихідної множини V^* у процедурі діагностування, а r - число проведених тестових експериментів. Для скоригованої послідовності ДЕ застосовуються стратегії 1 або 2.

Тимчасова комутація внутрішніх вузлів пристроїв визначає композиційні можливості засобів покомпонентного діагностування. При цьому формування фрагментних структур, ґрунтуючись на виконанні нерівностей (2) визначення 11 при уведенні штучних зв'язків, має свої особливості.

Під ступенем композиції будемо розуміти число с штучно сформованих фрагментів ЦП схем з k композиційно-узгодженими елементами, що покривають підмножину вихідних елементів об'єкту.

На основі композиційного підходу розроблено алгоритми швидкого діагностування компонентних структур, що представляють собою контури зворотних зв'язків, які генерують сигнали, а також різноманітні паралельні з'єднання елементів у фрагменти схем. При цьому перевірка генераторним способом дає належний результат, коли створюється менше число контурів при найбільшій кількості елементів у кожному з них. Наприклад, при наявності n елементів у тимчасовому контурі, кількість ДЕ складає не менше, ніж k реалізацій, де k - максимальне число шляхів проходження генеруючих сигналів найбільш складного елемента. Якщо штучна структура (компонент) містить n однотипних елементів, то час їх тестування скорочується в n разів.

У четвертому розділі пропонується метод забезпечення початкових умов проведення діагностичних експериментів зі структурами розбиттів. Особливість такого підходу полягає в тому, що на виходах усіх елементів, безпосередньо зв'язаних із виводами будь-якого компонента, який перевіряється, встановлюються напруги, що відповідають рівню логічної одиниці або високоімпедансному стану. Початкові умови діагностування (ПУ) забезпечують достовірність і тривалість тестових перевірок. При цьому реалізацію тестових сигналів компонентів упорядковано в часі і (з урахуванням потенційних (А), динамічних входів (В) і виходів (С) компонента) вона має такий вигляд, який показано на рис. 11: t₁ - установка вектору ПУ; t₂ - подавання сигналів потенційного типу; t₃ - t₄ - подавання сигналів імпульсного типу; t₅ - вимір стану виходів компонента; t₆ - зняття сигналів вектора установчих наборів (УН).

Синтез мінімальної компонентної структури фактично визначає точність знаходження несправностей у будь-якому об'єкті дослідження. Уточнення місця конкретної несправності здійснюється всередині кожного несправного компонента, наприклад, з переходом на процедури поелементного тестування.

Мінімальним компонентом будемо вважати фрагмент -структури ЦП з вектором сигналів і, при цьому, не існує іншого компонента, для якого виконується умова .

Пошук векторів установчих сигналів компонентів здійснюється на основі запропонованого методу, в основі якого лежить модифікований -алгоритм, адаптований до топологічних та часових особливостей реалізації векторів тестових сигналів (з уведенням додаткових порозрядних операцій (, і ) їх перетворень). Нехай кожному елементу об'єкта тестування ставиться у відповідність вхідних тестових векторів де, які представлено у кубічній формі, причому, реалізація кожного з них встановлює на виходах елемента рівні напруги лог.1, де для будь-якого елемента підмножини виконується належність. Будемо також вважати, що задано відображення, де g-му виводу елемента пристрою відповідає р-та КТ, яка визначається координатою вектора, а кожній координаті поставимо у відповідність дугу графа G. Тоді процес знаходження вектора електричних умов тестування елемента , для якого повинна виконуватися умова, зводиться до визначення множини найближчих внутрішніх КТ об'єкту для реалізації вектора установчих сигналів. Значення розрядів такої множини визначаються тестовими векторами усіх елементів), найближчих до елементу, який тестується. Причому для кожного елемента об'єкту, сукупність яких складає підмножину, виконується умова нерівності:, де, а - ранг i (k)-го елемента ЦП. Фізично механізм встановлення вектора базується на можливості подавати сигнали лог.0 засобами діагностування в усі внутрішні КТ об'єкту, а формально його можна представити процесом алгоритмічного перетворення вихідного вектора, який закінчується отриманням свого кінцевого значення сигналів у векторі. Для розрядів такого вектору на -му кроці алгоритму виконується умова, де.Сам процес перетворення представляє собою упорядковану ітераційну заміну значень всіх координат вектора які дорівнюють, на значення для усіх з відповідним довизначенням розрядів вектору. Але безпосередня реалізація такого підходу без врахування топологічних особливостей схем може привести до небажаних наслідків. Розкриття внутрішніх механізмів можливих протиріч формування векторів установчих сигналів, які можуть привести до спотворення діагностичної інформації або внесення до об'єкту вторинних дефектів, досягається шляхом удосконалення алгоритмічних можливостей -алгоритму. Так було доведено, що на кожному кроці необхідно перевіряти умову включення всіх елементів у схемі, які беруть участь у забезпеченні вектора елемента . Алгоритмічно це досліджується введенням модифікованої операції перетинання векторів тестових сигналів, для якої, якщо відповідає належності, і в інших випадках, де - додатковий вектор внутрішніх КТ підключення елемента у схемі ОД. Для класу комбінаційних схем пошук несуперечливих векторів початкових умов тестування здійснюється введенням алгебри векторних -перетворень:, де. Для схем, які містять контури зворотних зв'язків, приймається кінцевий результат, якщо виконується умова, і, в інших випадках (таблиця 1). Встановлено, що вектор вважається кандидатом для подальшого аналізу, якщо на -му кроці виконується умова. Але процедурне перетворення значень тестових сигналів вимагає враховувати механізм маскування сигналів, який потребує аналізу додаткової інформації про вектори, координати яких розкриваються на кожному кроці модифікованого -алгоритму, наприклад, для схем зі складними структурами, які мають вкладені вузли розгалуження.

Підмножину дуг графа G, де для кожного елемента на -му кроці розкриття відбувається заміна значення координати вектора на значення, назвемо множиною маскованих КТ.

Для врахування інформації про маскування КТ процедурно вводиться вектор, елементи якого визначаються таким чином:, якщо дуга;, якщо - активна КТ, і в інших випадках, де - активна КТ тоді, коли на -му кроці векторних перетворень виконується наступна умова для усіх. Тоді умови прояву можливих протиріч при маскуванні розрядів векторів визначаються уведенням шестизначної алгебри порозрядних - перетворень значень координат: (таблиця 2), де р(q) - відповідає ситуації (або), причому, а - допоміжний вектор зберігання тестової інформації. Для виявлення фактичних протиріч у координатах вектора необхідно розкрити їх значення з врахуванням інформації множини під час -го кроку процедури. Для цього вводиться зворотне векторне відображення (таблиця 3):, де .

При цьому кожне значення (при або) визначається для як або. Тоді, з врахуванням введених операторів перетворення початкового вектора вибір несуперечливого варіанта умов тестування елемента на -му кроці методу має вигляд

Якщо умови закінчення -алгоритму не виконуються на -му кроці, то на (+1)-му кроці елементи вектора коригуються наступним оператором перетворення : (таблиця 4), де. Якщо умови (3) не виконуються для жодного варіанту тестового вектора, то в об'єкті буде формуватися черговий складний фрагмент -розбиття ЦП, де - елемент тестування.

Множина фрагментів схем, яку сформовано таким чином, складає компонентну структуру будь-якого пристрою і, фактично, визначає глибину його покомпонентного діагностування.

Встановлено, що в залежності від властивостей тестових матриць можна збільшити глибину діагностування компонентів схем, а також зменшити змушені зупинки подавання тестових сигналів через перегрівання внутрішніх структур корпусів мікросхем.

Тестова матриця i-го компонента є матрицею простого (блокового) типу, якщо порядок реалізації її векторів-рядків будь-який (строго визначений).

Нехай задано тестову матрицю у вигляді, де n(m) відповідають кількості рядків (стовпців), де характеризує значення тестових сигналів. Нехай також кожному тестовому сигналу відповідає деякий інтервал часу його реалізації в процесі ДЕ з i-им компонентом пристрою:, де - час подачі сигналу лог.'1' (або лог.'0'). Тоді будь-якому стовпцю тестової матриці компонента можна поставити у відповідність послідовність часових інтервалів, що відповідають об'єднаним групам сигналів лог. '1' або лог. '0'. При цьому, якщо існує хоча б один вектор-стовпець () тестової матриці , для якого виконується умова, то такий вектор-стовпець (а, отже, і всю матрицю T_i) необхідно коригувати, де t_роз - час припустимого розігрівання мікросхеми.

Матрицю T_i i-го компонента назвемо тестопридатною, якщо для будь-якого j-го стовпця (де

При цьому, якщо тестова матриця простого типу має наступну властивість, то вона повинна бути скоригована.

Якщо існує _i ситуацій, для яких не виконуються умови тестопридатності матриці , то, відповідно до властивості 5.

Тоді вибір раціональної послідовності подавання тестових векторів матриці зводиться до такого їх впорядкування в часі, при якому _i min. На підставі запропонованого підходу розроблено методику коригування тестових матриць простого типу. Якщо серед всіх n рядків матриці блокового типу для k з них виявляться нездійсненними умови тестопридатності, то можна говорити про глибину (_i) тестового діагностування i-го компонента, де

Особливості топологій комбінаційних фрагментів нерідко призводять до ситуації, коли не всі тестові набори може бути подано на входи того чи іншого елемента схеми. Аналіз подібних ситуацій усуває можливість прийняття невірного рішення, наприклад, у процесі пошуку векторів установчих наборів (УН) або при формуванні фрагментів схем, а також синтезу тестів компонентів.

Представимо тестову матрицю будь-якого простого елемента v_i як, і визначимо її основні властивості, де - множина вхідних векторів-стовпців, r_i - число входів елемента, який аналізується, а - вектор-стовпець вихідних реакцій.

Для будь-якого вектора-стовпця tⁱ_k матриці виконується умова, а також, де, - додавання за модулем 2.