Принцип контроля и диагностики цифровых устройств

 В связи с широким внедрением ЦС на базе БИС и микропроцессорных комплектов (МПК) задача диагностики, т.е. процесс определения технического состояния объекта с определенной точностью до неисправного элемента, во многих случаях является трудноразрешаемой. Зарубежный опыт эксплуатации аппаратуры связи на базе БИС и МПК показал, что обеспечить надежное функционирование последней невозможно без соответствующей организации контроля и технической диагностики. Это связанно со значительным ростом количества находящихся в эксплуатации сложных цифровых плат, а также различным подходом к вопросам обеспечения контролепригодности различными предприятиями - изготовителями цифровых систем. Большинство специалистов, занимающихся обслуживанием сложной аппаратуры, достаточно ясно осознало, что к проблеме контроля и диагностики нельзя относится как к вопросу второстепенной важности. Поэтому повышение технических и эксплуатационных характеристик сложной аппаратуры на базе БИС и МПК неразрывно связано с разработкой новых методов и средств диагностики, с необходимостью всестороннего учета и анализа цифровых плат и их составных частей, как объекта контроля и диагностики.

Эффективная система технической диагностики должна обеспечивать двухступенчатую стратегию поиска неисправностей в ЦТО с глубиной поиска, соответственно, до ТЭЗа (платы) и микросхемы. С учётом расширения номенклатуры ЦТО возникает необходимость в снижении требований к квалификации обслуживающего персонала систем технического диагностирования, особенно для центров сервисного обслуживания и ремонта. Диагностическая аппаратура, предназначенная для этих центров, должна иметь по возможности минимальные массогабаритные показатели и обеспечивать учёт специфики каждого объекта диагностирования.

Двухступенчатая стратегия технической диагностики состоит из следующих этапов:

- локализация неисправностей ЦТО до типового элемента замены (ТЭЗа) или группы ТЭЗов (осуществляется встроенной системой автоматической диагностики.) При этом диагностические тесты запускаются по требованию системы техобслуживания. Неисправный ТЭЗ должен заменяться исправным ТЭЗом из состава ЗИП;

- ТЭЗ, который заменили, маркируется как неисправный и отправляется в центр ремонта. В последнем с помощью диагностических средств осуществляется поиск, локализация неисправного компонента и его замена. Количество и состав ЗИП в центрах должны обеспечить её непрерывную работу с учётом возврата ТЭЗов из ремонта.

Особенности контроля и диагностики цифровых плат с БИС заключаются в следующем:

- широкий диапазон характеристик БИС;

- количество контрольных тестов может достигать несколько тысяч;

- цифровые платы с БИС имеют магистральный принцип организации, что требует обеспечения обмена данными по 4, 8, 16 -разрядными шинами за один период тактовой частоты, а также одновременный многоканальный контроль;

- магистральные шины в большинстве БИС имеют двунаправленный режим работы, поэтому контрольное оборудование должно обеспечивать переключение с передачи на приём в течение одного пери­ода тактовой частоты;

- цифровые  платы с БИС могут иметь в интерфейсных схемах несколько двунаправленных каналов ввода/вывода;

- так как временные характеристики играют важную роль, то операции контроля должны производится на частоте, близкой к рабочей частоте, до 10-20 МГц.

На основании вышеизложенного можно отметить, что в усло­виях эксплуатации аппаратуры связи требуется решение следующих задач контроля и диагностики:

- снижение себестоимости контрольно-диагностических ра­бот с целью минимизации себестоимости ремонтно - восстановительных работ (РВР);

- сбор и обработка информации об эксплуатационной надеж­ности цифровых плат и их составных частей, а также о временных и экономических затратах на поиск и устранение неисправностей.

С точки зрения диагностики, процессу обнаружения и устранения неисправностей в условиях эксплуатации присущи нижеследующие специфические особенности:

- в большинстве случаев достаточна локализация неисправнос­тей на уровне сменной цифровой платы;

- высокая вероятность появления к моменту ремонта не более одной неисправности;

- в большинстве систем предусмотрены некоторые возмож­ности контроля и диагностики, возможность контроля состояния работоспособности;

- при правильно организованных профилактических осмотрах возможно раннее обнаружение потенциального отказа;

-  контроль и диагностика небольшого количества аппаратуры связи при большом числе разнообразных типов цифровых плат.

Процесс автоматического диагностирования (в системах функционального и тестового диагностирования) может быть реализован следующими способами:

-         аппаратным;

-         программным;

-         программно - аппаратурным.

Аппаратный способ диагностирования может быть использован применительно к различным техническим объектам. В отличии от него программный способ диагностирования применим только для объектов, работающих по сменной программе. Примерами таких объектов являются специализированные и универсальные, управляющие и вычислительные машины.

Программный способ диагностирования реализуется с помощью программ, под управлением которых работает объект диагностирования.

Наиболее эффективным является программно - аппаратный способ диагностирования сочетающий в себе преимущества первых двух способов.

С целью разработки автоматизированного устройства диагностики цифровых плат (АУДЦП) на базе ПЭВМ и создания базы диагностических данных должны быть рассмотрены:

- методика анализа номенклатуры и технических данных заданных типов цифровых плат электронного оборудования, как объекта контроля и диагностики для средств компактного тести­рования;

- методика анализа статистических данных подконтрольной эксплуатации заданной аппаратуры для определения надёжностных характеристик цифровых плат.

По первому направлению проводится анализ номенклатуры и технических данных отдельных цифровых плат и их составных частей, необходимых при разработке устройства сопряжения АУДЦП на базе ПЭВМ и объекта диагностики цифровой платы:

- распределение числа различных по функциональному назна­чению цифровых плат в оконечной и каналообразующей аппаратурах;

- число типонаименований цифровых плат и их размеры, типы, серии и число ИМС, БИС и МПК;

- типы и число разъёмов, число контактов разъёмов в различ­ных типах цифровых плат;

- рабочие частоты функционирования узлов в рассматриваемых цифровых платах;

- градации напряжения источников питания для различных цифровых плат с ИМС, БИС и МПК.

По второму направлению проводится анализ существующей подсистемы ремонтно - восстановительных работ, связанных с цифровыми платами:

- общая организация, способы и средства контроля и диагнос­тики, используемые при РВР;

- временные и стоимостные затраты на проведение контроль­но-диагностических операций для заданных цифровых плат и ремонтно-восстановительных работ в целом;

- анализ надёжностных характеристик  цифровых плат и их составных частей по результатам обобщенного опыта эксплуатации.  

С целью определения основных количественных показателей эксплуатационной надёжности цифровых плат, учёт которых позво­лит снизить реальные трудозатраты на проведение контрольно-диагностических операций, проводится анализ:

- интенсивности отказов цифровых плат;

- доля отказов отдельных цифровых плат в общем количестве отказов аппаратуры;

- среднее время поиска неисправности;

- наработка на отказ и среднее время восстановления циф­ровых плат;

- ранжирование цифровых плат по критерию эксплуатационной надежности.

Таким образом, в создаваемой базе диагностических данных АУДЦП предусматривается хранение:

- сведений о типах ИМС, БИС и МПК и их эталонных сигнатурах, необходимых при их замене и для организации входного контроля;

- сведений о проверяемых цифровых платах и их эталонных сигнатурах, непосредственно на контактах разъёмов;

-  сведений о топологической модели схемы цифровых плат;

- алгоритмов для поиска и локализаций места неисправности в цифровых платах карты поиска неисправности;

- сведений о внешних стыковочных параметрах, необходимых при настройке и проверке работоспособности  восстановительных цифровых плат и доведения этих параметров до норм, указанных в технических условиях.

При этом, как показывает зарубежный и отечественный опыт создания автоматизированных средств контроля и диагностики, пользователю АУДЦП необходимо представить на выбор один из ниже следующих режимов:

- режим словаря "журнал" эталонных сигнатур, для заданных типов цифровых плат. Подобный словарь сигнатур цифровых плат даёт возможность контролировать по ним состояние цифровой схемы в произвольном порядке, отыскивая неправильные или нестабильные сигнатуры;

- режим обратного прослеживания ошибок по заданному алгоритму карты поиска неисправности в цифровой плате. В этом режиме оператор получает указания по последовательному контролю набора точек, что позволяет оператору, начиная с неправильной сигнатуры, определить всю цепочку сигнатур, ведущую к неисправному элементу или узлу схемы с точностью, которую обеспечивают методы компактного тестирования.

В обоих режимах отображение диагностической информации осуществляется на дисплее, а носитель диагностической программы  заложен в память ПЭВМ.

При этом в АУДЦП по окончании контрольно-диагностических процедур должно обеспечиваться автоматическое документирование и хранение результатов:

- даты и времени проявления неисправности;

- режима работы аппаратуры в момент появления неисправности;

- места и средств, применяемых для поиска и локализации места неисправности;

-         места и причины неисправности.