В технической диагностике, наряду с функциональным методом, который эффективен для быстрого выявления дефектов в простых системах, широко используется тестовое диагностирование. Этот подход служит важным дополнением, позволяя обнаружить те скрытые отказы и неисправности, которые не проявляются в штатном режиме работы системы. Ключевое преимущество тестовой диагностики — возможность глубокого, детального поиска дефекта. Однако её применение связано с необходимостью вывода объекта из нормального рабочего режима, разработки специальных тестовых воздействий и создания устройств для их формирования. Одной из центральных задач здесь является решение проблемы параллельных связей, известной как «проблема ИЛИ».
Типы тестирования цифровых схем
При проверке отдельных элементов и узлов цифровых устройств выделяют три основных типа тестирования:
- Статическое тестирование: тестовые наборы подаются, а выходные реакции снимаются на частотах, значительно более низких, чем рабочие частоты устройства. Это позволяет проводить тщательный пошаговый анализ.
- Динамическое тестирование: воздействия и анализ реакций выполняются на максимальных для устройства рабочих частотах, что помогает выявить проблемы, связанные со временем задержки и переходными процессами.
- Параметрическое тестирование: проверяются не только логические состояния, но и электрические параметры — уровни напряжений и токов, временные задержки и другие характеристики, критичные для корректной работы.
Процесс и организация тестового диагностирования
Процедура тестового диагностирования включает несколько обязательных этапов: подготовку тестовых воздействий и эталонных реакций, их запись на носитель, подачу тестов на объект диагностики, регистрацию выходных сигналов и их последующее сравнение с эталоном. Подача и съём сигналов могут осуществляться в различных точках: через разъёмы плат, микропроцессора или непосредственно в контрольных точках схемы.
Методы тестирования
Диагностические операции могут быть организованы по разным принципам. Основные методы включают:
1. Тестирование с хранимой программой
В основе этого метода лежит заранее подготовленный набор статических тестов (хранимый в генераторе тестов — ГТ) и эталонных реакций. Объект диагностирования (ОД) подвергается воздействию этих тестов, а анализатор (А) сравнивает его выходные сигналы с эталоном. Этот подход гарантирует обнаружение неисправностей заданного класса, но требует значительной предварительной работы по созданию тестовых последовательностей.
При программной реализации применяются словарные и зондовые методы поиска дефектов, соответствующие условным и безусловным алгоритмам диагностирования.
- Словарный метод предполагает полностью автоматический режим. Реакции устройства на фиксированный набор тестов заносятся в «словарь». Для экономии памяти используются методы сжатия информации, например, преобразование двоичного кода в шестнадцатеричный.
- Зондовый метод реализуется в полуавтоматическом диалоговом режиме с участием оператора. Оператор по указанию системы подключает щуп к выводам микросхем в определённой последовательности. В статическом режиме анализируется соответствие сигналов эталонным значениям. Неисправная микросхема выявляется, после чего проверяются связанные с ней элементы. Аналогом этого метода является последовательный метод Шеннона-Фано. Главный недостаток — необходимость обеспечения надёжного физического контакта, что делает перспективным развитие бесконтактных зондовых технологий.
2. Компактное тестирование
Суть этого метода заключается в сравнении реакций диагностируемого объекта с реакциями заведомо исправного устройства-эталона в реальном времени. Способ стимуляции при этом может быть любым (например, с использованием генератора псевдослучайных воздействий — ГПВ). Ключевое условие — наличие исправного дублирующего устройства.
3. Поэлементное тестирование
Этот метод предполагает проверку каждой интегральной схемы (ИС) на плате по отдельности. Проверяемая ИС временно «изолируется» от остальной схемы, и контакт осуществляется непосредственно с её выводами. Это позволяет точно локализовать неисправный элемент, но процесс может быть трудоёмким.
4. Вероятностное (экспериментальное) тестирование
В этом подходе на вход объекта диагностирования подаются псевдослучайные последовательности, сгенерированные, например, сдвиговым регистром с обратными связями. Выходные реакции анализируются и сравниваются с заранее рассчитанными или полученными на исправном эталоне значениями. Этот метод эффективен для проверки сложных логических схем.
