Принципи роботи, будови цифрових логічних схем. Пошук несправностей в цифрових схемах

2. Тести цифрових пристроїв. Класифікація тестів

     Однієї з  важливих завдань,  що розв'язується на  всіх етапах життєвого циклу цифрового пристрою (проектування, виготовлення, експлуатація) - є визначення  виду технічного стану  цифрового пристрою. Як правило, для одержання інформації про  технічний стан об'єкта використовують тести. Під тестом об'єкта розуміють сукупність вхідних впливів, що подаються на об'єкт у певному порядку  й відповідних впливах реакції справного об'єкта, що називаються  еталонами. Стосовно до цифрових пристроїв тестом називають послідовність  векторів (наборів) вхідних сигналів.

Тестовий експеримент полягає в подачі на пристрій, що перевіряється, вхідних впливів, отримання реакції і порівнянні його з еталоном. Під тестером розуміється пристрій від найпростішого вольтметра  до спеціалізованої робочої станції, оснащеної вбудованої  ЕОМ.

Несправність, що перевіряється, вважається наявною, якщо реакція на тест відрізняється від еталонної. Важливою характеристикою є повнота тесту, обумовлена як відношення числа  несправностей, що перевіряються тестом, до загального числа розглянутих несправностей. Звичайно повноту тесту вказують у відсотках.

Класифікація тестів, що застосовують  на практиці, наведена  в таблиці 2. Під функціональним тестуванням, на практиці, розуміють  використання тестера, що розрізняє тільки логічні значення сигналів на виходах пристрою, що перевіряється. Аналіз тільки логічних значень у ряді випадків  недостатній.  Щоб  за допомогою  функціонального тестера більш адекватно імітувати зовнішнє  середовище, його  ускладнюють, додаючи можливість зміни напруги  живлення при  тестуванні, а  також можливість зміни меж діапазонів  рівнів напруги для 0  і 1. Функціональне тестування необхідно при виготовленні й ремонті цифрового пристрою.

Таблиця 2. - Класифікація тестів

При параметричному тестуванні використовують тестер, що робить аналогові виміри значень сигналів на виходах пристрою, що перевіряється. Проведення аналогових вимірів є  більше дорогим у порівнянні із проведенням цифрових вимірів і тому параметричне тестування економічно виправдане тільки при виготовленні (підготовці виробництва) компонентів.

Статичне тестування має на увазі, що тест подається на цифровий пристрій із частотою в кілька разів (на кілька  порядків)  меншої в порівнянні із частотою, на  яку розраховане пристрій, що перевіряється. Тестування на низьких частотах  обумовлено, по-перше, тим, що воно дозволяє на тесті з високою повнотою стійко виявляти більшість несправностей, по-друге, невисокою вартістю тестерів.

При динамічному тестуванні перевіряється пристрій, що,  стимулюється тестером на робочій частоті. Часто під динамічним тестом також розуміють спеціально організований тест, еталонна  реакція якого являє собою послідовний перебір  1 і 0 на тому самому виході. За  допомогою такого тесту  можна перевіряти параметричні значення сигналів, такі  як затримки сигналу при проходженні його через пристрій.  Динамічне тестування  дорожче, ніж  статичне, і тому, як правило, його виконують тільки при виготовленні (підготовці виробництва) БІС.

Тест пошуку дефекту, на відміну від перевіряючого, надає інформацію про місце несправності.

Тест верифікації використовують для виявлення помилок  проектування. Верифікаційне  тестування виконують  на математичній моделі  до виготовлення  цифрового  пристрою.

Тестер логічних мікросхем наведений на рисунку 1.  Логічна функція микросхеми, що перевіряється, дублюється аналогічною справною мікросхемою й потім порівнюються вихідні сигнали двох мікросхем.

Для порівняння використовується логічний елемент, що реалізує функцію виключне АБО. Якщо входи елементів однакові, на виході з'являється напруга низького рівня, а якщо входи розрізняються — на виході діє напруга високого рівня.

Сигнали від мікросхеми, що перевіряється, беруться за допомогою кліпси, що приєднується до тестера коротким кабелем через гнізда SK2 15-контактні роз’єми типу D. Лінії, на яких діють логічні сигнали (вони відповідають контактам 1-6 і 8-13), підведені до однополюсних тумблерів S1 -S13, за виключенням S7. Тумблери пронумеровані відповідно до номерів контактів мікросхеми. Тумблери S1-S13 (за винятком S7) спрощують з'єднання контактів мікросхеми, що перевіряється, з відповідними контактами еталонної мікросхеми, що вставляється в гніздо SK2. При звичайній роботі за допомогою тумблерів з'єднуються тільки вхідні контакти.

Вихідні сигнали, використовуються для порівняння, вибираються за допомогою перемикачів S14 (зовнішні) і S15 (внутрішні).  Результат порівняння відображає світлодіод D1, що світиться при напруги низького рівня на виході мікросхеми IC1. Така напруга виходить при ідентичних вхідних сигналах і показує, що обидві мікросхеми працюють однаково.

Рисунок 1 – Схема тестера логических микросхем