Краткие теоретические сведения

Метод сигнатурного анализа, предложенный и реализованный на уровне специальных приборов фирмой Hewlett Packard в 1977 г., является одним из формальных методов технической диагностики цифровых и микропроцессорных систем. Формальность метода связана с тем, что конечным пользователем в случае неправильного функционирования того или иного электронного устройства, агрегата, прибора и т.п., анализируются не логика работы цифрового устройства, а лишь соответствие специальных цифровых кодов (сигнатур) в контрольных точках их эталонным значениям, присущим исправному состоянию. При этом предполагается, что на входах объекта синтезируется функционально полный тест, позволяющий выявить любую из множества возможных неисправностей. Длина теста (количество тактов его формирования) L, особенно, если тест является псевдослучайным, может быть сколь угодно большой и ограничивается с одной стороны периодом псевдослучайной последовательности, с другой стороны - лимитом времени на проведение диагностического эксперимента. Первичная диагностическая информация снимается в любых доступных контрольных точках объекта при помощи логических зондов, клипс, пробников и передается на вход сигнатурного анализатора. Последний в своем классическом варианте представляет собой шестнадцатиразрядный регистр сдвига с логическими обратными связями. Функциональная схема такого регистра приведена на рис. 2.1. Информационным входом в этом устройстве является один из входов сумматора по модулю два. Обратные связи подключены к 16, 12, 9 и 7 разрядам регистра сдвига. Входная бинарная последовательность, длина которой обычно существенно больше числа разрядов регистра, сжимается схемой в остаток (сигнатуру), которая и выводится для анализа на четырехразрядный индикатор в специальном шестнадцатеричном формате: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,C,F,H,P,U. Каждая контрольная точка диагностируемого устройства однозначно характеризуется эталонной сигнатурой, которая остается неизменной при отсутствии искажений бинарной последовательности. Потеря либо изменение даже одного бита в анализируемой двоичной последовательности выявляется схемой шестнадцатиразрядного сигнатурного анализатора с очень высокой вероятностью, равной 0,99998. При этом возможны только два варианта сигнатуры контрольной точки: верный и неверный. Контрольные сигнатуры, полученные на заведомо исправном и работоспособном объекте, либо документируются автономно на различного рода носителях, либо наносятся непосредственно на печатных платах в контрольных точках.

Рис. 2.1 – Сигнатурный анализатор

Базовая методика контроля работоспособности и диагностирования цифровых устройств методом сигнатурного анализа заключается в опросе контрольных точек схемы в последовательности, обратной направлению распространения сигналов, начиная с выходных контактов. Неисправным компонентом схемы считается тот, у которого сигнатуры выходов не совпадают с эталонными, а сигнатуры входов - стабильны и неизменны, т.е. совпадают с эталоном.

В цифровых устройствах с локальными обратными связями и автономными схемами синхронизации в процессе диагностирования обратные связи размыкаются, а источники синхроимпульсов отключаются. Технические средства, обеспечивающие указанные процедуры, обычно предусматриваются на стадии разработки цифровых и микропроцессорных систем, при диагностировании которых в условиях эксплуатации предполагается использовать метод сигнатурного анализа.

Основными критериями, непосредственно связанными с понятием «управляемости» объекта при его псевдослучайном тестировании и использовании метода сигнатурного анализа, являются «стабильность» и «неконстантность» сигнатур в контрольных точках тестируемой схемы. Из числа таких точек исключаются выводы питания интегральных компонентов и контакты с фиксированными логическими уровнями сигналов.

Критерий «стабильности» сигнатур характеризуется постоянством последних при многократном прогоне псевдослучайного теста заданной длительности.

Для обеспечения критерия «неконстантности» значения сигнатур в контрольных точках, кроме выше перечисленных, должны отличаться от значений, характеризующих контрольные точки с уровнями единичного и нулевого логических потенциалов.