Автореферат

План работы.

• Введение.

• Введение.

• Актуальность темы.

• Цели и задачи работы.

• Предполагаемая научная новизна и планируемая практическая ценность.

• Обзор проблематики темы

• Локальный обзор работ магистров прошлых лет, работ кафедры, научной школы.

• Обзор существующих систем диагностики.

• Заключение.

• Полученные и планируемые результаты.

• Выводы.

• Список использованной литературы.

Введение.

Современный мир просто немыслим без техники. Она настолько прочно вошла в нашу жизнь, что мы порой даже не замечаем, как часто имеем дело с ней. С развитием цифровых технологий связан новый этап эволюции техники: она становится всё компактнее, быстрее, умнее. Цифровые схемы прочно вошли в нашу жизнь и заняли позицию надежного и верного помощника. Однако, наряду с цифровыми, существовали и будут существовать аналоговые и аналогово-цифровые схемы. Они представляют собой механизмы сопряжения цифровых схем с окружающей средой. В чистом виде аналоговые схемы могут встречаться в источниках питания, различных генераторах и т.д. Как и любые схемы имеют тенденцию выходить из строя, так и исследуемый класс аналоговых и аналогово-цифровых схем, разработанных уже с десяток лет назад, тоже часто содержит неисправности.

Актуальность темы.

Борьбу за устранение дефектов и поломок в исследуемых схемах ведут автоматизированные системы диагностики. Количество таких систем постоянно растёт. Наиболее известными производителями таких систем являются Teradyne, Agilent, World Test Systems, DMT и другие.Важно заметить, что систем диагностики цифровых схем на рынке оборудования существует огромное количество. Системы же тестирования аналоговых схем представлены не так широко.Современная система диагностики должна решать следующие задачи:

• проверка исправности аналогового блока;

• измерение параметров исследуемой схемы (входных, выходных, передаточных характеристик);

• поиск и локализация неисправности в схеме.

По аналогии с цифровыми схемами здесь должна применяется технология «зондовой диагностики». Однако, в отличие от цифровых схем, необходимость генерации тестовых реакций и прослеживания их в контрольных точках не является всеобъемлющим подходом. Для диагностики аналоговой части схемы необходимо наличие универсального генератора аналоговых сигналов с различной амплитудой, частотой, формой импульса и т.д. Кроме того, диагностический комплекс должен обладать мощными средствами для измерения и визуализации полученных на выходах схемы реакций. Всеми этими качествами обладает современная ЭВМ.  

Цели и задачи работы.

Целью данной работы является разработка структуры универсальной системы диагностики аналоговых и аналогово-цифровых схем.В состав универсальной системы диагностики входят:

• устройство зондирования;

• устройство выдачи и сбора зондовой информации;

• программное обеспечение ЭВМ;

• устройства преобразования АЦП и ЦАП.

Устройство зондирования должно обеспечивать возможность подачи аналогового сигнала на входы устройства и снятия реакция с его выходов, а также контрольных точек.Устройство выдачи и сбора зондовой информации должно выполнять следующие функции:

• выдача тестовых сигналов на объект диагностирования;

• сбор тестовых реакций на выходах объекта или в его контрольных точках;

• построение входных, выходных и передаточных характеристик объекта диагностики;

• обмен информацией с ЭВМ.

Устройства преобразования ЦАП и АЦП должны обеспечивать преобразование выдаваемых ЭВМ сигналов в аналоговые и оцифровку данных, собранных с объекта.Программное обеспечение ЭВМ должно выполнять функции:

• генерация и выдача на объект тестовых сигналов;

• управление перестановками зонда;

• анализ реакций, полученных в точках тестирования;

• определение неисправности.

Предполагаемая научная новизна и планируемая практическая ценность.

Научная новизна данной работы заключается в попытке применения технологии синтеза тестов и анализа тестовых реакций для тестирования аналоговых и аналогово-цифровых схем. Такой подход создаст возможность рассмотрения схем, созданных по смешанной технологии, как единого целого. Тестовый комплекс с разрабатываемой структурой должен обладать такими качествами как компактность, универсальность, точность и скорость определения неисправности.Планируемая практическая ценность работы заключается в возможности применения данной технологии для диагностирования и ремонта электронных самого различного назначения.  

Локальный обзор по теме.

Тема диагностики цифровых схем довольно широко раскрыта в статье «Проблемы зондового поиска неисправностей и пути их разрешения» (Зинченко Ю.Е., Козинец А.М., Жилин К. Н.). Данная работа посвящена анализу классических проблем задачи зондовой диагностики электронных схем: минимизации перестановок зонда , локализации неисправности с точностью до съемной компоненты и проблему минимизации внешней памяти системы ЗД . Несмотря на то что эти задачи стали уже классическими ученые-диагносты по прежнему ведут исследования в этом направлении. Статья «Синтез оптимальных структур сигнатурных анализаторов» (Зинченко Ю.Е.) посвящена проблемам разработки структур сигнатурных анализаторов тестовых реакций. Рассматриваются проблемы максимально возможного сжатия тестовых реакций, компенсации ошибок.Статья « FPGA- и HDL-технологии и проектирование диагностического обеспечения на их основе» (Зинченко Ю., Тарасенко А., Маркитантов В., Прокопченко В., Мирошников А., Рытов А.) посвящена проблеме разработки диагностического оборудования на базе FPGA- и HDL-технологий, основанных на использовании БИС с перестраиваемой архитектурой типа FPGA и CPLD и языков программирования аппаратуры, таких как VHDL и VERILOG.Кроме того, данная тема освящена работой магистра ДонНТУ Бобровкиого К.В на тему «Разработка структуры поста контроля зондовой диагностики ТЭЗ на базе HDL- и FPGA-технологий». В данной работе рассматриваются существующие системы зондовой диагностики цифровых схем, а также разработана структура поста контроля для диагностики цифровых ТЭЗ.  

Обзор существующих систем диагностики.

Система Javelin 1004 с роботизированными зондами фирмы Teradyne.

Система автоматизированной диагностики для плат с поверхностным монтажом (рисунок 1). Использует четыре управляемых зонда одной длины. Независимое движение зондов происходит в одной плоскости, что повышает точность их позиционирования и воспроизводимость результатов. Автоматический конвейер оптимизирует передвижение печатного узла (ПУ) через тестер. Время измерения – меньше 50 мс на один этап теста.

Javelin 1004 удовлетворяет условиям мелкосерийного производства и производства крупных ПУ. Быстрая адаптация к новым условиям контроля и новой конфигурации ПП составляет одно из наиболее важных свойств системы. Малое время программирования, гибкость и простота установки делают ее подходящим прибором для контроля опытных образцов. Модули так называемого безвекторного контроля (рис. 2) расширяют покрытие неисправностей для любой ИС, в том числе с BGA и теплоотводами, а также соединителей. Система технического зрения с видеокамерой автоматически проверяет присутствие и ориентацию ИС.

Система внутрисхемного контроля TestStation 12X фирмы GenRad

Усовершенствованная система семейства TestStation (рис. 3) Выполняет все функции контроля ПУ семейства:

• определение разрывов и коротких замыканий;

• безвекторный контроль;

• контроль дискретных аналоговых компонентов;

• цифровой векторный контроль;

• периферийное сканирование при сокращенном доступе;

• контроль компонентов со смешанными сигналами;

• функциональный контроль в современных производственных условиях.

Аналоговая и цифровая подсистемы синхронизированы. Аналоговая подсистема обеспечивает измерение напряжения от 0 до +200 В, тока от 0 до +160 мА, содержит модуль с программируемой частотой от 15 Гц до 100 кГц, высоковольтный источник питания. Цифровая подсистема характеризуется 26 программируемыми запускающими уровнями от +5,5 до -2,5 В, автоматической верификацией управления на каждом контакте.

Таблица 1 – Технические характеристики системы TestStation 12X

Зондовая система Pilot LX фирмы GenRad

Система производственного контроля (рис. 4) предназначена для гибкого, полного и экономически эффективного тестирования крупных ПУ с ограниченным доступом малых серий, а также опытных образцов. Содержит четыре управляемых зонда для верхней стороны ПУ и шесть фиксированных зондов для нижней стороны. Подсистема технического зрения имеет две камеры, одна из которых проводит оптический контроль и оцифровку ПП, а вторая используется во время разработки теста, наладки и производства.

Система способна:

• проводить периферийное сканирование

• цифровой и безвекторный контроль ИС.

Таблица 2 – Технические характеристики системы Pilot LX

Зондовая система AutoPoint II фирмы DiagnoSYS Systems

Система AutoPoint II (Рис. 5) может сопрягаться с широким спектром контрольно-измерительных приборов. Варианты системы используют один или два управляемых зонда и максимальное число (16) опорных зондов. Система представляет идеальное решение для отбраковки и контроля ПУ малых серий.

Программные средства сигнатурного анализа Interv3 позволяют проводить анализ на незапитанном ПУ, что обеспечивает неразрушающий контроль любого компонента на ПП.

Таблица 3 – технические характеристики AutoPoint II

 Автоматизированная система диагностики «ТЕСТ-Д» производства ООО «Трейлер»

Система предназначена для диагностики и ремонта промышленных электронных устройств (рис. 6). Комплекс приборов, входящих в состав системы, реализует методы:

• функционального тестирования;

• сигнатурного тестирования;

• внутрисхемного тестирования.

Таблица 4 – технические характеристики системы «ТЕСТ-Д»

Комплекс измерительный параметров микросхем и устройств ДМТ–119/1

Комплекс ДМТ–119/1 представляет собой сложный программно–аппаратный комплекс, объединяющий в своем составе четыре аналоговых и шестнадцать цифровых каналов измерения параметров сигналов, канал измерения сигнала в диапазоне частот от 100 Гц до 3 ГГц, четыре канала источников питания постоянного тока и канал генерирования синусоидальных сигналов в диапазоне частот от 250 кГц до 3 ГГц.Комплекс ДМТ–119/1 предназначен для расширения возможностей Комплекса ДМТ–119 и работы с ним под управлением одной управляющей ПЭВМ. Конструктивно комплекс выполнен в виде шкафа с установленными в него отдельными приборами, объединенных с помощью шины GPIB в единый измерительный комплекс под управлением внешней управляющей ПЭВМ.

Комплекс ДМТ–119/1 предназначен для:

• Воспроизведения и измерения аналоговых сигналов;

• Измерения до 16 каналов цифровых сигналов;

• Подачи аналоговых сигналов на измеряемую ИМС или измеряемое устройство;

• Измерения отклика измеряемой ИМС или измеряемого устройства на поданный сигнал;

• Измерения параметров АЦП и ИМС смешанных сигналов (до 16 цифровых и 2 аналоговых).

• Измерения спектральных и шумовых параметров измеряемых ИМС и устройств;

• Автоматизированного построения АЧХ измеряемых ИМС и устройств;

• Воспроизведение и измерение постоянного напряжения/тока для питания измеряемых ИМС и устройств;

• Совместной работы с Комплексом ДМТ–119 для измерения аналоговых ИМС и устройств со сложными формами воспроизведения и измерения сигналов;

• Совместной работы с Комплексом ДМТ–119 для увеличения каналов воспроизведения и измерения сигналов;

• Совместной работы с цифровыми тестерами при измерениях параметров ЦАП, АЦП и ИМС смешанных сигналов.

Основные цели и задачи при проведении входного контроля с помощью Комплекса ДМТ–119:

• проведение НИР и НИОКР. Возможность проведения входного контроля поступающих на предприятие аналоговых ИМС;

• анализ поведения аналоговых ИМС при имитационных испытаниях;

• создание базы по методологии выявления неисправностей, для предотвращения отказов;

• приведение методологии измерений и испытаний в соответствие с современными требованиями;

Экономический эффект проведения входного контроля

• уменьшение вероятности отказов

• покупка аналоговых ИМС для обыкновенных применений и продажа уже как комплектации для специального применения или покупка кристаллов и корпусирование их на своем производстве

• импортозамещение в области услуг такого рода. Расходы на эти цели очень значительны.

  Таблица 5 – Технические характеристики комплекса ДМТ–119:

Полученные и планируемые результаты.

На данный момент разрабатываются PSPICE-модели радиоэлементов в САПР OrCAD, изучаются принципы тестирования отдельных компонентов.

• построение принципиальной схемы ТЭЗ и моделей элементов в САПР OrCAD;

• разработка тестов для исследуемого класса схем;

• разработка структуры тестового комплекса;

• разработка VHDL-модели проектируемой системы.

Выводы.

Рассмотренная информация по теме позволяет сделать следующий вывод: системы диагностики и тестирования аналоговых и аналогово-цифровых схем так же необходимы, как и системы диагностики цифровых узлов. Актуальной эта тема является ещё и потому, что в нашей стране существует огромный парк устаревшей техники, требующей ремонта, и возможно переноса на новую платформу аналоговых микросхем с программируемой структурой. Дальнейшие разработки этой темы могут быть направлены на совершенствование характеристик и возможностей системы диагностики. Результаты работы могут быть использованы в учебном процессе в курсе микроэлектроники.

Список литературы.

• О.М. Петраков. Создание аналоговых PSPICE-моделей радио элементов. - М.: ИП РадиоСофт, 2004. - 208 с.

• Miron Abramovich. Digital system testing and testable design. / New Jersey, US 1990 р , 649c.

• Статья «Внутрисхемный контроль жив и будет жить», журнал „ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес”, выпуск 5/2001.

• Основы технической диагностики. Кн. 1. Модели объектов, методы и алгоритмы диагноза / Под ред. П.П. Пархоменко. - М.: Энергия,1986. - 464 с.

• Суворова Е.А., Шейнин Ю.Е., Проектирование цифровых систем на VHDL. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 576 с.

• Грушвицкий Р.И., Мурсаеев А.Х., Угрюмов Е.П. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики. – СПб.: БХВ-Петербург , 2002. - 608с.

• Зинченко Ю.Е. Синтез оптимальных структур асинхронных сигнатурных анализаторов. Сборник трудов Донецкого государственного технического университета. Серия: Информатика, кибернетика и вычислительная техника, выпуск 6. - Донецк: ДонГТУ, 1999.- С. 186-191.

• Зинченко Ю.Е., Козинец А.М., Жилин К.Н. Проблемы зондового поиска неисправностей и пути их решения. Сборник трудов Донецкого государственного технического университета. Серия: Информатика, кибернетика и вычислительная техника, выпуск 6. - Донецк: ДонГТУ, 1999.- С. 212--217.