RU85673U1

RU85673U1 - SIGNATURE ANALYZER WITH DETECTING SOURCES OF FAILURE

Info

Publication number: RU85673U1
Application number: RU2009116551/22U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Николаевич Дианов; Андрей Игоревич Медведев; Рафаэль Рафикович Аляутдинов; Иван Александрович Дюжев; Михаил Юрьевич Луговской; Алексей Валентинович Соколов
Original assignee: Вячеслав Николаевич Дианов; Андрей Игоревич Медведев; Рафаэль Рафикович Аляутдинов; Иван Александрович Дюжев; Михаил Юрьевич Луговской; Алексей Валентинович Соколов
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2009-08-10

Abstract

1. Сигнатурный анализатор с обнаружением источников сбоев, содержащий генератор стимулирующих наборов, подключенный к испытуемому устройству и через схему формирования окна измерений ко входу сдвигового регистра, другой вход которого через последовательно соединенные пробник данных, буфер данных и сумматор по модулю «2» соединен с выходом испытуемого устройства через линии связи с соединителями, выход сдвигового регистра связан с другим входом сумматора по модулю «2», а также подключен к блоку индикации через последовательно включенные буферный регистр и регистр индикации, входом и выходом связанный со входами схемы сравнения, отличающийся тем, что сигнатурный анализатор с обнаружением источников сбоев дополнительно содержит контактные и бесконтактные датчики сбоев, установленные на линиях связи с соединителями и в непосредственной близости (до 1-2 см) от элемента (линии связи, интерфейсной шины) или узла (соединителя) электрической цепи. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве источников сбоев обнаруживают следующие элементы и узлы электрической цепи сигнатурного анализатора: соединители (разъемы), линии связи, интерфейсные шины, а также электромагнитное воздействие (помеха). ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактные датчики сбоев реализованы на КМОП-инверторах. ! 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что бесконтактные датчики сбоев реализованы на пассивных (L,C - элементы) микрорезонансных контурах. ! 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при срабатывании двух и более контактных датчиков сбоя в качестве источника сбоя определяется элемент или узел с более ранним по времени ср1. Signature analyzer with fault sources detection, containing a stimulus set generator connected to the device under test and through the measurement window formation circuit to the shift register input, the other input of which is connected to the output through a series-connected data probe, data buffer and adder modulo 2 the device under test through communication lines with connectors, the output of the shift register is connected to another input of the adder modulo "2", and is also connected to the display unit through a series-connected buffer register and an indication register, the input and output is connected to the inputs of the comparison circuit, characterized in that The signature analyzer with fault sources detection additionally contains contact and non-contact fault sensors installed on the communication lines with connectors and in the immediate vicinity (up to 1-2 cm) from the element (communication line, interface bus) or node (connector) of the electrical circuit. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the following elements and nodes of the electrical circuit of the signature analyzer are detected as sources of failures: connectors (connectors), communication lines, interface buses, as well as electromagnetic effects (interference). ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the contact failure sensors are implemented on CMOS inverters. ! 4. The device according to claim 1, characterized in that the contactless fault sensors are implemented on passive (L, C - elements) microresonant circuits. ! 5. The device according to claim 1, characterized in that when two or more contact failure sensors are triggered, an element or node with an earlier time is determined as a source of failure.

Description

Полезная модель относится к системам диагностики цифровых устройств повышенной надежности, в частности к устройствам сигнатурного анализа с обнаружением источников сбоев. С помощью контактных и бесконтактных датчиков сбоев, установленных в сигнатурных анализаторах, в частности на линиях обратной связи или в непосредственной близости (до 1-2 см) от них обнаруживают в качестве источников сбоев: соединители (разъемы), линии связи, интерфейсные шины, а так же внутреннее и внешнее электромагнитное воздействие.The utility model relates to diagnostic systems for digital devices of increased reliability, in particular to signature analysis devices with the detection of sources of failure. Using contact and non-contact fault sensors installed in signature analyzers, in particular, on feedback lines or in the immediate vicinity (up to 1-2 cm) from them, the following are detected as sources of failure: connectors (sockets), communication lines, interface buses, and also internal and external electromagnetic effects.

В качестве информативных параметров наличия сбоев в указанных элементах используют повышенное электромагнитное излучение и появление эффекта дифференцирования электрических сигналов.As informative parameters of the presence of failures in these elements using increased electromagnetic radiation and the appearance of the effect of differentiation of electrical signals.

Известен сигнатурный анализатор для тестирования цифровых схем, содержащий схемы пуска, останова и синхронизации соответсвенно для определения моментов начала, окончания снятия сигнатур и выборки данных (Л.М.Фолкенберри. Справочное пособие по ремонту электрических и электронных систем. М. "Энергоатомиздат," 1989, с.315-319). Устройство позволяет определять различия между сигнатурами, которые обычно имеют потенциал "земли" ("логический ноль") или "логической единицы". Недостатком устройства является его невысокая надежность из-за невозможности обнаруживать неисправности в виде сбоев (самоустранимых отказов).A well-known signature analyzer for testing digital circuits, containing start, stop and synchronization circuits, respectively, to determine the start, end, take-off, and sample data (L. M. Falkenberry. Reference manual for the repair of electrical and electronic systems. M. "Energoatomizdat," 1989 , p. 315-319). The device allows you to determine the differences between signatures, which usually have the potential of "ground" ("logical zero") or "logical unit". The disadvantage of this device is its low reliability due to the inability to detect malfunctions in the form of failures (self-eliminating failures).

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является сигнатурный анализатор для диагностики неисправности цифровых схем, содержащий генератор стимулирующих наборов, подключенный к испытуемому устройству и через схему формирования окна измерений ко входу сдвигового регистра, другой вход которого через последовательно соединенные пробник данных, буфер данных и сумматор по модулю "2" соединен с выходом испытуемого устройства через линии связи с соединителями, выход сдвигового регистра связан с другим входом сумматора по модулю "2", а также подключен к блоку индикации через последовательно включенные буферный регистр и регистр индикации, входом и выходом связанный со входами схемы сравнения (Технические средства диагностирования. Справочник под общей редакцией В.В.Клюева М. "Машиностроение," 1989, с.178-187). Для обнаружения случайных сбоев в двоичной последовательности, которые не фиксируются индикацией, в устройстве предусмотрено сравнение соседних окон на стабильность сигнатур. При рассогласовании сигнатур соседних окон схемой сравнения вырабатывается сигнал о наличии сбоев, по которому принимается решение о дальнейшем ходе проверки испытуемой схемы.The closest technical solution (prototype) is a signature analyzer for diagnosing a malfunction of digital circuits, containing a stimulating set generator connected to the device under test and through the circuit for creating a measurement window to the input of the shift register, the other input of which is connected through a data probe, a data buffer and an adder via module "2" is connected to the output of the tested device through communication lines with the connectors, the output of the shift register is connected to another input of the adder modulo "2 ", and also connected to the display unit through a series-connected buffer register and display register, the input and output connected to the inputs of the comparison circuit (Diagnostic tools. Reference, edited by V.V. Klyuyev M." Engineering, "1989, p.178 -187). To detect random failures in a binary sequence that are not recorded by the display, the device provides a comparison of neighboring windows for signature stability. When the signatures of neighboring windows are mismatched, the comparison circuit generates a signal about the presence of failures, according to which a decision is made on the further course of testing the tested circuit.

К недостаткам устройства следует отнести: невозможность обнаружение сбоев с продолжительностью более времени срабатывания регистра индикации, т.е. неслучайных сбоев; невозможность обнаружения сбоев с промежуточным (между логическим "0" и "1") состоянием сигналов. Кроме того, известное устройство не позволяет фиксировать источники сбоев, что при диагностировании аппаратуры важно. Не позволяет устройство и идентифицировать и внезапную электромагнитную помеху.The disadvantages of the device include: the inability to detect failures with a duration of more than the response time of the display register, i.e. non-random failures; the impossibility of detecting failures with an intermediate (between logical "0" and "1") state of the signals. In addition, the known device does not allow fixing the sources of failures, which is important when diagnosing equipment. The device also does not allow the identification of sudden electromagnetic interference.

Задача, решаемая полезной моделью, заключается в расширении функциональных возможностей за счет обнаружения сбоев элементов и узлов сигнатурного анализатора вследствие введения контактных и бесконтактных датчиков сбоев и использования новых информативных признаков сбоев с соответствующей обработкой информации (сигналов), а так же электромагнитной помехи.The problem solved by the utility model is to expand the functionality by detecting failures of elements and nodes of the signature analyzer due to the introduction of contact and contactless fault sensors and the use of new informative signs of failures with the corresponding processing of information (signals), as well as electromagnetic interference.

Поставленная задача решается тем, что сигнатурный анализатор с обнаружением источников сбоев дополнительно содержит контактные и бесконтактные датчики сбоев, установленные на линиях связи (интерфейсной шине) с соединителями в непосредственной близости (до 1-2 см) от элемента (линии связи, интерфейсной шины) или узла (соединителя) электрической цепи.The problem is solved in that the signature analyzer with the detection of fault sources additionally contains contact and non-contact fault sensors installed on communication lines (interface bus) with connectors in the immediate vicinity (up to 1-2 cm) from the element (communication line, interface bus) or node (connector) of the electric circuit.

Поставленная задача решается также тем, что в качестве источников сбоев обнаруживают следующие элементы и узлы электрической цепи сигнатурного анализатора: соединители (разъемы), лини связи, интерфейсные шины, а так же электромагнитное воздействие (помеха).The problem is also solved by the fact that as sources of failure the following elements and nodes of the electric circuit of the signature analyzer are detected: connectors (sockets), communication lines, interface buses, as well as electromagnetic interference (interference).

Поставленная задача решается так же тем, что контактные датчики сбоев реализованы на КМОП-инверторах.The problem is solved in the same way that contact fault sensors are implemented on CMOS inverters.

Поставленная задача решается также тем, что бесконтактные датчики сбоев реализованы на пассивных (L,C - элементы) микрорезонансных контурах.The problem is also solved by the fact that contactless fault sensors are implemented on passive (L, C - elements) microresonant circuits.

Поставленная задача решается также тем, что при срабатывании двух и более контактных датчиков сбоя в качестве источника сбоя определяется элемент или узел с более ранним по времени срабатыванием датчика.The problem is also solved by the fact that when two or more contact fault sensors are triggered, an element or assembly with an earlier-in-time sensor response is determined as a fault source.

Поставленная задача решается также тем, что при одновременном срабатывании двух и более бесконтактных датчиков сбоев в качестве источника сбоев определяется внешнее электромагнитное воздействие (помеха).The problem is also solved by the fact that with the simultaneous operation of two or more contactless fault sensors, an external electromagnetic effect (interference) is determined as a source of faults.

Поставленная задача решается также тем, что при одновременном срабатывании контактных и бесконтактных датчиков сбоев в качестве источника сбоев определяется внутреннее электромагнитное воздействие.The problem is also solved by the fact that with the simultaneous operation of contact and non-contact fault sensors, the internal electromagnetic effect is determined as a source of faults.

Решение поставленной задачи определением сбойных состояний и источников сбоев в виде линий связи, соединителей (разъемов) и интерфейсных шин по информативным признакам повышенного электромагнитного излучения и появления эффекта дифференцирования электрических сигналов основано на представлении скрытых дефектов упомянутых фрагментов аппаратуры в форме микрозазоров, микронеровностей, микротрещин, частичных микроразрывов и образований вследствие этого микрорезонансных контуров.The solution of this problem by determining failed states and sources of failures in the form of communication lines, connectors (interface) and interface buses according to informative signs of increased electromagnetic radiation and the appearance of the effect of differentiation of electrical signals is based on the presentation of latent defects of the mentioned fragments of equipment in the form of micro-gaps, microroughnesses, microcracks, partial micro-fractures and formations as a result of this microresonant circuits.

На фигуре 1(а-г) схематично показаны три состояния электрических проводников и контактных подключений: исправное (фиг.1а), отказное в виде обрыва (фиг.1б), сбойное (фиг.1в), а также эквивалентная электрическая схема сбойного состояния (фиг.1г). В общем случае схема сбойного состояния представляет собой «N» параллельно включенных микрорезонансных контуров с переменными параметрами R_i, L_i, С_i (i=1,2,…N), где R_i,L_i - соответственно распределенная омическая и индуктивная составляющие, а С_i - образованная при скрытых дефектах (за счет микрозазоров, микронеровностей, и т.п.) емкостная составляющая.In figure 1 (a-d) three states of electrical conductors and contact connections are schematically shown: working (figa), failed in the form of a break (fig.1b), faulty (fig.1c), and also an equivalent electrical circuit of a failed state ( Fig.1d). In the general case, the failure state circuit is an “N” of parallel-connected microresonance circuits with variable parameters R _i , L _i , C _i (i = 1,2, ... N), where R _i , L _i are the respectively distributed ohmic and inductive components and C _i is the capacitive component formed due to latent defects (due to microgaps, microroughnesses, etc.).

На фиг.2 приведена структурная схема сигнатурного анализатора с обнаружением источников сбоев. Устройство содержит испытуемое устройство (ИУ) 1, генератор стимулирующих наборов (ГСН) 2, схема формирования окна измерения (ОИ) 3, сдвиговый регистр (СР) 4, буферный регистр (БР) 5, регистр индикации (РИ) 6, блок индикации (БИ) 7, пробник данных (ПД) 8, буфер данных (БД) 9, сумматор по модулю «2» 10, сдвиговый регистр (СР) 10, схему сравнения (СС) 11, блок управления и синхронизации (БУ) 12 (связь с другими блоками устройства показана в виде стрелок). Контактные датчики сбоев (КДС) устанавливаются на линиях связи (интерфейсной шине) на выходе блока 4 и на входе блока 10 - соответственно 13.1, 13.2, …, 13.n и 13.1', 13.2' ,…, 13.n', т.е. на выходах передатчика (блок 4) и входах приемника (блок 10) сигналов. Бесконтактные датчики сбоев (БДС) 14 устанавливаются в непосредственной близости (1-2 см) от линии связи (интерфейсной шины) блоков 4 и 10 между собой (на фиг.2 показан один бесконтактный датчик сбоев, хотя в общей сложности их может быть "n+1", т.е. по одному на каждый провод заземления в информационной шине). Назначение бесконтактных датчиков сбоев -выявлять скрытые дефекты (см. выше) в шинах (проводах) заземления.Figure 2 shows the structural diagram of the signature analyzer with the detection of sources of failure. The device contains a test device (DUT) 1, a generator of stimulating sets (GOS) 2, a circuit for forming a measurement window (SI) 3, a shift register (SR) 4, a buffer register (BR) 5, a display register (RI) 6, an indication unit ( BI) 7, data probe (PD) 8, data buffer (DB) 9, adder modulo “2” 10, shift register (SR) 10, comparison circuit (CC) 11, control and synchronization unit (BU) 12 (communication with other units of the device shown in the form of arrows). Contact failure sensors (KDS) are installed on communication lines (interface bus) at the output of block 4 and at the input of block 10 - 13.1, 13.2, ..., 13.n and 13.1 ', 13.2', ..., 13.n ', respectively. e. at the outputs of the transmitter (block 4) and the inputs of the receiver (block 10) of the signals. Contactless fault sensors (BDS) 14 are installed in the immediate vicinity (1-2 cm) from the communication line (interface bus) of blocks 4 and 10 with each other (Fig. 2 shows one contactless fault sensor, although in total there may be "n +1 ", i.e. one for each ground wire in the information bus). The purpose of the contactless fault sensors is to detect hidden defects (see above) in the grounding buses (wires).

Алгоритм функционирования КДС 13 следующий. Одновременное срабатывание датчиков 13i и 13i' свидетельствует о сбое выходной пары "вилка-розетка" блока 4, через которую передается информация в виде обратной связи на вход сумматора по модулю «2» 10. Срабатывание только одного датчика 13i' говорит об источнике сбоев в линии связи между узлами 4 и 10. Аналогично функционируют и другие пары контактных датчиков 13.1 и 13.1', 13.2. и 13.2.'и т.д.The functioning algorithm of the CDS 13 is as follows. The simultaneous operation of the sensors 13i and 13i 'indicates a failure of the output pair of the plug-socket unit 4, through which information is transmitted in the form of feedback to the input of the adder modulo "2" 10. The operation of only one sensor 13i' indicates the source of failures in the line communication between nodes 4 and 10. Other pairs of contact sensors 13.1 and 13.1 ', 13.2 function in a similar manner. and 13.2.'etc.

Реализация контактных датчиков сбоя достаточна проста и заключается, например, в подключении к соответствующим точкам цифровых интегральных КМОП-микросхем (например, логической структуры И-НЕ), имеющих высокое (до 10⁷ Ом и выше) входное сопротивление, а при наличии скрытых дефектов в контактной паре и связанной с ней линии связи (проводника) в виде микрозазоров, микротрещин, шероховатостей, неровностей и т.п., проявляемых через емкостную составляющую и, следовательно, создающих условия дифференцируемости проходящих сигналов. Данный факт может быть зафиксирован как автономными средствами индикации, так и вводом данных сигналов в блок управления 12.The implementation of contact fault sensors is quite simple and consists, for example, of connecting digital CMOS integrated circuits (for example, AND-NOT logic structure) to the corresponding points that have a high input impedance (up to 10 ⁷ Ohms and higher), and if there are hidden defects, contact pair and the associated communication line (conductor) in the form of micro-gaps, microcracks, roughnesses, irregularities, etc., manifested through the capacitive component and, therefore, creating conditions for the differentiability of the transmitted signals. This fact can be recorded as a standalone means of indication, and the input of these signals to the control unit 12.

Принцип действия бесконтактных датчиков сбоя 14 основан на регистрации дополнительного (сверх допустимого) электромагнитного излучения источника сбоев за счет образования микрорезонансных контуров. Реализация данных датчиков также достаточно проста и, в частности, может быть построена на пассивных L,C - элементах, установленных на расстоянии 1-2 см от предполагаемого источника сбоев. Одновременное срабатывание датчиков данного типа будет свидетельствовать о наличии внешней электромагнитной помехи.The principle of operation of non-contact fault sensors 14 is based on the registration of additional (in excess of permissible) electromagnetic radiation of the source of faults due to the formation of microresonant circuits. The implementation of these sensors is also quite simple and, in particular, can be built on passive L, C elements installed at a distance of 1-2 cm from the intended source of failure. Simultaneous operation of sensors of this type will indicate the presence of external electromagnetic interference.

Идеология включения БДС 14 аналогична идеологии включения КДС 13, а именно: если на линии связи установлено несколько БДС 14, то последовательность (очередность) их срабатывания будет определять источник сбоев с тем отличием от КДС, что в данном случае диагностируется не только вся шина заземления, но и ближайшее к датчику место "плохой" изоляции. Сигналы с БДС 14 могут быть также использованы для дальнейшей обработки либо в БУ 12, (в качестве сигналов обратной связи) либо (при необходимости) иметь автономную систему индикации и регистрации.The ideology of turning on the BDS 14 is similar to the ideology of turning on the BDS 13, namely: if several BDS 14 are installed on the communication line, the sequence (sequence) of their operation will determine the source of the failure with the difference from the BDS that in this case not only the entire ground bus is diagnosed, but also the place of "bad" insulation closest to the sensor. The signals from the BDS 14 can also be used for further processing either in the control unit 12 (as feedback signals) or (if necessary) have an autonomous display and registration system.

Claims

1. A signature analyzer with the detection of failure sources, containing a stimulus set generator connected to the device under test and through the circuit for creating a measurement window to the input of the shift register, the other input of which is connected through the serial data probe, data buffer and adder modulo “2” to the output of the tested device through communication lines with the connectors, the shift register output is connected to another adder input modulo “2”, and is also connected to the display unit via series e buffer register and display register, input and output connected with the inputs of the comparison circuit, characterized in that the signature analyzer with the detection of fault sources additionally contains contact and non-contact fault sensors installed on communication lines with connectors and in close proximity (up to 1-2 cm ) from an element (communication line, interface bus) or node (connector) of an electric circuit.

2. The device according to claim 1, characterized in that the following elements and nodes of the electric circuit of the signature analyzer are detected as sources of failure: connectors (sockets), communication lines, interface buses, as well as electromagnetic interference (interference).

3. The device according to claim 1, characterized in that the contact fault sensors are implemented on CMOS inverters.

4. The device according to claim 1, characterized in that the contactless fault sensors are implemented on passive (L, C - elements) microresonant circuits.

5. The device according to claim 1, characterized in that when two or more contact fault sensors are triggered, an element or assembly with an earlier-in-time sensor response is determined as a fault source.

6. The device according to claim 1, characterized in that with the simultaneous operation of two or more non-contact fault sensors, an external electromagnetic effect (interference) is determined as a source of faults.

7. The device according to claim 1, characterized in that with the simultaneous operation of contact and non-contact fault sensors, the internal electromagnetic effect is determined as a source of faults.