автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка и исследование методов синтеза импульсных тестов для автоматизации проверки КМОП СБИС на этапах изготовления и эксплуатации телекоммуникационного оборудования

РГВ од

•• л ,.. ■ ■

I " , Л.

На правах рукописи

Фрейман Владимир Исаакович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ИМПУЛЬСНЫХ ТЕСТОВ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОВЕРКИ КМОП СБИС НА ЭТАПАХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пермь - 2000

Работа выполнена в Пермском государственном техническом университете.

Научный руководитель -

кандидат технических наук, доцент Кон Е.Л.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Харитонов В.А.

кандидат технических наук, доцент Киселев В.В.

Ведущая организация - ОАО «МОРИОН» (г. Пермь)

Защита состоится «__» «_» 2000 г. в __часов

на заседании диссертационного совета Д 063.66.02 в Пермском государственном техническом университете (614600, г. Пермь, ГСП, Комсомольский пр., 29-А, ауд. 423).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « » « ) аО^гпы^..' » 2000 г.

Ученый секретарь

ЪвбЯ 6 - п '1. Я-А - /М~ ГЛ Л- 2 ММ /Гв Г-П^Г п

д.т.н., профессор

диссертационного совета

/ Низамутдинов О.Б. 1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В современной промышленности одной из наиболее сложных и трудоемких отраслей является производство телекоммуникационной аппаратуры. При этом потребность в системах связи и сетях-., передачи данных испытывают подавляющее большинство отраслей народного хозяйства. Поэтому на первый план выходят вопросы повышения качественных, технологических, экономических характеристик процесса изготовления телекоммуникационного оборудования. Основным фактором увеличения эффективности технологических процессов изготовления и эксплуатации аппаратуры является повышение уровня автоматизации.

Одной из наиболее сложных по технологическим, временным и экономическим показателям технологических операций является диагностирование технического состояния узлов аппаратуры связи на этапах производства и эксплуатации. Указанная операция обязательно присутствует на каждом этапе производства, а ее положительный результат является необходимым условием для перехода к следующей технологической стадии. Качество и эффективность диагностирования на этапах изготовления, сборки и настройки элементов аппаратуры в конечном счете определяют эффективность всего технологического этапа производства. Поэтому уровень автоматизации технического диагностирования элементов и всего изделия в целом является определяющим для решения задачи автоматизации технологических процессов изготовления и эксплуатации телекоммуникационного оборудования. Следовательно, качество решения вопросов технической, диагностики на этапах производства и эксплуатации оборудования предопределяют эффективность, качество изготовления и функционирования, а также другие важные технические и эксплуатационные параметры аппаратуры связи. ' 5 ' " 1

Основными элементами современной аппаратуры связи являются цифровые модули, представляющие собой сложные с точки зрения технической реализации и функциональной насыщенности электронные схемы. В большинстве своем это интегральные схемы различной степени интеграции, позволяющие реализовывать устройства широкого спектра выполняемых функций. При этом трудоемкость процесса диагностирования аппаратуры подобного уровня растет с усложнением и миниатюризацией элементов. Увеличение объема и сложности электронной аппаратуры при переходе на сверхбольшие интегральпые схемы (СБИС) привело к тому, что стоимость производственного и эксплуатационного контроля этого оборудования стала сравнима со стоимостью проверяемого оборудования и даже превосходить его. С усложнением структуры и расширением функциональных возможностей аппаратуры процесс обнаружения и поиска дефек-

тов становится более трудоемким и длительным, что требует повышения уровня автоматизации процесса диагностирования.

Диагностика технического состояния функциональных узлов и связей между ними является одной из основных составляющих технологического процесса производства и наладки современной аппаратуры. Указанные функции выполняют автоматизированные системы технического диагностирования (АСТД). На этапе эксплуатации или при регламентных работах для проверки каждого функционального узла (элемента, платы, блока, изделия) применяется АСТД, интегрированная с системой управления и мониторинга (СУиМ). Такая система наряду с функциональным контролем рабочих характеристик и параметров позволяет производить тестовое диагностирование выбранных устройств.

Для обеспечения качественной процедуры диагностирования необходимо применять адекватную диагностическую модель, которая определяется технологией изготовления основных элементов аппаратуры. Для подавляющего большинства современных СБИС (микропроцессоров, программируемых схем, специализированных СБИС, сигнальных процессоров и т.д.) базовой технологией изготовления стала КМОП (Комплиментарные Металл-Окисел-Полупроводник-структуры). Для ее описания первоначально была предпринята попытка применить ранее разработанные (для предшествующих технологий - ТТЛ, ТТЛШ и т.д.) диагностические модели. Однако анализ, проведенный в работах отечественных и зарубежных исследователей, показал их неадекватность КМОП-гехнологаги и, как следствие, недостаточную покрывающую способность существующих диагностических тестов, чгго привело к необходимости разработки новых адекватных моделей дефектов расширенного класса (РКД) КМОП дискретных устройств (ДУ), исследовании новых видов формального описания проверяемого ДУ, разработке методик и алгоритмов синтеза диагностических тестов для обнаружения сочетания возросшего числа дефектов. Рост числа и типов дефектов обусловлен увеличением степени интеграции и плотности упаковки элементов в КМОП СБИС, применением многослойного печатного монтажа, а также особенностями конструктивного построения КМОП-элементов. Это привело к значительному усложнению процедуры контроля и диагностики аппаратуры, реализованной на КМОП СБИС.

Постановка задачи. Разработать и исследовать новые адекватные логические модели дефектов для КМОП-технологии, методы и алгоритмы построения диагностических тестов для обнаружения кратных дефектов в КМОП ДУ, а также методы и алгоритмы реализации процедуры тестового диагностирования для автоматизации проверки сложных электронных устройств на этапах технологических процессов изготовления и эксплуатации телекоммуникационного оборудования.

Объектом исследования является структурно-логическая модель дефектов расширенного класса КМОП СБИС, диагностические возможности проверяющих импульсных тестов, применяемых для обнаружения сочетания дефектов из РКД в КМОП СБИС, алгоритмы синтеза проверяющих импульсных тестов, а также процедуры тестового диагностирования кон-тролепригодных КМОП СБИС, позволяющие автоматизировать контроль технического состояния аппаратуры связи на технологических этапах ее изготовления и эксплуатации.

Цель диссертационной работы. Целью работы является повышение достоверности диагностики расширенного класса дефектов КМОП СБИС, являющихся одними из базисных элементов современной телекоммуникационной аппаратуры, на технологических этапах ее изготовления и эксплуатации.

Целью теоретической части работы является исследование структурно-логической модели дефектов из РКД, характерной для устройств, изготовленных по КМОП-технологии, исследование применимости метода «проверки исправности ветви в неисправном устройстве» для диагностики дефектов из РКД с использованием импульсных тестов, построенных с помощью математического аппарата сдвоенных ориентированных булевых дифференциалов (СОБД), а также разработка методов синтеза импульсных тестов для обнаружения дефектов из РКД в КМОП СБИС. Поставленная цель достигается при допустимом количестве ограничений и допущений, не наносящих ущерба полноте и достоверности обнаруживающих свойств теста и упрощающих процедуру синтеза тестов.

Цель прикладной часта работы заключается в разработке эффективных машшюориентированных алгоритмов синтеза проверяющие импульсных тестов, в разработке процедуры тестового диагностирования КМОП СБИС с использованием средств повышения котпролепригодаоста, интегрированных в современные элекгротпше устройства (в частности, стандарт конгроленригодного проектирования ХГАО), а также в разработке информационного, программного, аппаратного и прикладного обеспечения АСТД. Указанная цель достигается за счёт использования предлагаемых методов и алгоритмов для проверки цифровых функциональных модулей в составе телекоммуникационной аппаратуры на стадиях ее изготовления и эксплуатации. '

Основные задачи диссертационной работы', определяемые поставленной целью, состоят в следующем:

1. Исследовать структурно-логическую модель дефектов РКД КМОП

ДУ.

2. Исследовать возможность применения импульсных тестов для ди-ашостики КМОП ДУ и определить их преимущества по сравнению с ва-риациошшми тестами.

3. Разработать математический аппарат для синтеза импульсных тестов проверки КМОП ДУ с РКД на базе математического аппарата ориентированных булевых дифференциалов.

4. Разработать методы обнаружения кратных дефектов из РКД в КМОП комбинационных устройствах, а также алгоритмы синтеза импульсных проверяющих тестов.

5. Разработать машиноориентированные алгоритмы синтеза импульсных проверяющих тестов обнаружения кратных дефектов из РКД в КМОПДУ.

6. Исследовать методы и средства повышения контролепригодности современных электронных устройств, использующих в качестве элементного базиса КМОП СБИС, и разработать алгоритмы диагностирования подобных устройств в составе телекоммуникационной аппаратуры.

7. Разработать информационное, программное, аппаратное и прикладное обеспечение для отладочного стенда (технологического тестера) проверки линейных и коммутационных модулей телекоммуникационной аппаратуры.

8. Спроектировать систему управления и мониторинга (СУиМ) телекоммуникационным оборудованием с интегрированной АСТД на этапе эксплуатации, использующей предлагаемые в работе методы построения контролепригодных модулей и систем, алгоритмы синтеза проверяющих импульсных тестов, процедуры сетевой диагностики.

Методы исследований базируются на использовании элементов математического аппарата булевого дифференциального исчисления, методов аналитического и логического моделирования, математического программирования, теории автоматов, элементов теории вычислительных систем и сетей, теории технической диагностики. Экспериментальное исследование разработанных методов и алгоритмов выполнено с помощью моделирования и макетирования.

Научная новизна работы заключается в разработке, обосновании, теоретическом и экспериментальном исследовании новых методов обнаружения одиночных и кратных дефектов из РКД в комбинационных устройствах; в использовании математического аппарата СОБД для синтеза проверяющих импульсных тестов для КМОП ДУ, описываемых моделью кратных дефектов из РКД; разработке иерархической архитектуры АСТД на этапе изготовления и системы управления и мониторинга с интегрированной АСТД на этапе эксплуатации телекоммуникационного оборудования.

На защиту автором выносятся следующие научные результаты:

- исследованная обобщенная струюурно-логическая модель, описывающая РКД в КМОП ДУ: перемычки, обрывы электродов транзисторов и соединительных линий, приводящие к возникновению константного де-

фекта, «триггерпого эффекта», «состязания сигналов»;

- разработанные методы и алгоритмы синтеза ориентированных импульсных тестов проверки исправности ветвей комбинационных устройств, правильная реакция на которые гарантирует исправность проверяемой ветви при сочетании дефектов из РКД в других ветвях схемы;

- разработанные методы и машиноориептированные алгоритмы синтеза проверяющих импульсных тестов для комбинационных устройств (КУ), описываемых структурно-аналитической диагностической моделью РКД;

- предложенные алгоритмы тестового диагностирования контроле-пригодных (поддерживающих стандарт ЛЖ}) КМОП СБИС в совокупности с разработанными методиками синтеза проверяющих импульсных тестов;

- предлагаемая структура автоматизированной системы тестового диагностирования, реализованная для этапов технологических стадий процесса изготовления и эксплуатации телекоммуникационного оборудования.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена корректным обоснованием и анализом математических моделей РКД и методов синтеза проверяющих тестов в ДУ, наглядной интерпретацией математических моделей, теоретических результатов и выводов, а также данными математического моделирования и экспериментальных исследований результатов синтеза тестов дефектов из РКД для электронных устройств, используем!,IX в качестве базисных элементов для телекоммуникационной аппаратуры.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- разработаны методы и алгоритмы синтеза проверяющих импульсных тестов для диагностирования КМОП СБИС, описываемых моделью РКД;

- разработаны методики использования средств повышения контролепригодности, интегрированных в современные СБИС, которые позволяют применить для диагностики предлагаемые алгоритмы, повысив при этом эффективность и достоверность диагностирования; . , ¡,

- предложены алгоритмы и процедуры проведения тестового диагностирования функциональных узлов телекоммуникационной аппаратуры на различных стадиях производства и эксплуатации;

- предложена структура АСТД и системы управления и мониторинга телекоммуникационного оборудования.

Реализация результатов работы. Теоретические результаты были использованы при разработке информационного, программного, аппаратного и прикладного обеспечения:

1. Отладочного комплекса проверки телекоммуникационного оборудования производства ОАО «Мориоп» и НПО АО «Такт» на этапах изго-

, товления и отладки.

2. АСТД, интегрированной в СУиМ технического состояния телекоммуникационного оборудования производства ОАО «Морион» и НПО АО «Такт», применяемого в качестве платформы системы диспетчерской служебной связи (ДСС), внедренной на Октябрьской (Санкт-Петербург) и Восточно-Сибирской (Иркутск), Дальневосточной (Хабаровск) железных дорог, а также системы связи нефтяников (Новосибирск).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано восемь печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 114 страницах машинописного текста, иллюстрируется 45 рисунками, 15 таблицами и состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 34 наименований и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены стадии технологического процесса изготовления телекоммуникационной аппаратуры, в котором диагностика является одной из обязательных составляющих каждой стадии. Показано, что уровень автоматизации процедур проверки аппаратуры на этапах ее изготовления и эксплуатации в значительной степени определяет показатели качества производства, а также технические и эксплуатационные характеристики изделия.

Для цифровых модулей аппаратуры связи характерен резкий рост неконстантных дефектов (т.е. дефектов, проявления которых нельзя свести к установлению постоянного значения сигнала), особенно для КМОП СБИС, что приводит к появлению новых требований, выдвигаемых к методам построения и обнаруживающим свойствам проверяющих тестов. Исходя из выработанной постановки задачи формулируются цель, методы и объект исследования, отражена научная новизна и практическая ценность полученных в диссертационной работе результатов.

В первой главе рассматриваются цели и задачи технической диагностики, методы и средства решения прямой и обратной задачи диагноза, приведен сравнительный анализ диагностических моделей ДУ, а также методы тестовой диагностики.

Далее выбираются начальные условия и ограничения для исследований. В данной работе выбрана структурно-аналитическая диагностическая модель ДУ, позволяющая в достаточно удобной для построения тестов форме описывать цифровые устройства. Методом тестирования выбрал метод «проверки исправности ветви на основе активизации существенного пути через диагностируемую ветвь», использующий в качестве аналитиче-

ского способа вычисления тестовых наборов математический аппарат булевых дифференциалов (БД).

В второй главе приведен сравнительный анализ наиболее часто применяемых моделей дефектов ДУ, для дальнейшего исследования выбрана логическая модель дефектов. Подробно рассмотрена диагностическая модель электронных устройств современных технологий изготовления (КМОП). На примере типовых базисных элементов КМОП-устройств доказано, что не все дефекты вентилей и межсоединений сводятся по своему проявлению к традиционным константным. Показано, что при обрыве электродов транзисторов или межсоединений возникает «триггерный эффект», который проявляется в сохранении вентилем своего предыдущего состояния, а при коротком замыкании (перемычке) электродов транзисторов - «состязание сигналов», при котором значение выхода определяется соотношением сопротивлений р-п переходов транзисторов, образующих пути от выхода к шипе питания и от выхода к общей шине. Утверждается, что наличие подобных дефектов КМОП-вентилей приводят к необходимости описания таких устройств моделью расширенного класса дефектов

(РКД).

Необходимо отметить, что для диагностики нашли применение ориентированные вариационные проверяющие тесты (оу-тесты), в которых исправность ветви гарантируется при совпадении характера изменения (то есть ориентации перепада) на выходе схемы. При этом рассчитывается ориентация тестового входного воздействия (ориентация перепада сигнала) на управляемом входе и значения наблюдаемого выхода.

Утверждение I. Произвольная ориентация оу-теста гге позволяет обнаружить неконстантные проявления дефектов из РКД.

В главе показывается, что для проверки каждого дефекта из РКД КМОП ДУ нужно -подавать наборы оу-теста обоих ориентации, что существенно увеличивает вычислительную сложность синтеза и длину проверяющего теста. Исходя из указанного, в работе делается вывод, что для обнаружения дефектов из РКД недостаточно использовать в виде тестирующего воздействия"перепад сигнала (как для ДУ, описываемых традиционной константной моделью дефектов). Поэтому было предложено использовать в качестве тестирующего воздействия импульс, что позволяет сократить объем вычислений и количество тестовых наборов из-за компактности теста (один набор импульсного теста заменяет два набора вариационного теста противоположной ориентации).

Утверлсд а те Обнаружение произвольного сочетания дефектов из РКД в КМОП-вентилях производится подачей на вход тестирующего воздействия в виде импульса произвольной ориентации (в виде положительной или отрицательной полуволны).

На основании доказательств приводимых утверждений формулируется вывод об адекватном описании КМОП-устройств моделью РКД, а также высоких обнаруживающих свойствах импульсного тестового воздействия. „ В третьей главе рассмотрены основные положения и определения математического аппарата булевых дифференциалов, при помощи которого синтезируются тесты ДУ. Используя импульсные изменения аргументов и функций, на основе аппарата ориентированных булевых дифференциалов (ОБД) разработан математический аппарат сдвоенных ориентированных булевых дифференциалов (СОБД), который будет использоваться для построения проверяющих ориентированных импульсных тестов (о^тестов) ДУ, описываемых моделью дефектов РКД.

Математический аппарат СОБД применим для методов синтеза проверяющих оьтестов, использующих принцип «активизации существенного пути».

Определение 1. Сдвоенный ориентированный булев дифференциал (СОБД), ориентированный на положительную или отрицательную полуволну, представляет собой логическое произведение ОБД, получающих приращение аргумента в моменты времени I и 1+Д1 (Л1 -длительность импульса): п

сЩ&МО - сЩх.Д) & (Щх.д+ДО, (1)

и <г-

сЩх.ДЛО = адх.д) & (Щх^нЛО, (2)

где сЩх;Д)/ (Щх;,1+Л0 - ОБД, в которых перемеш!ая х1 получает приращение в моменты времени I и (фронты импульса), —>/<— - ориентация ОБД на увеличение/уменьшение, п/и - ориентация СОБД на положительную/отрицательную полуволну.

Определение 2. Сдвоенная ориентированная булева производная (СОБП), ориентированная на положительную или отрицательную полуволну, представляет из себя следующую логико-временную функцию: п _

8Щх1Л,А1Уддх^[(х^) & ® <к;,0 & Г(хь1+А0 & % Ф ск^Ш), (3)

и _

^'(х1Д,А1)/аахК(хь0 & ^ Ф ах.Д) & ^х.Д+А!) & ^ © ска+ЛГ), (4)

Физически СОБД представляет собой импульс (длительность импульса в рамках выбранной логической модели дефектов считается неизменным и выносится за рамки анализа). Импульсное изменение значения ветви ДУ позволяет обнаружить дефекты из РКД логических вентилей и межсоединений.

При помощи указанных выражений строятся тестовые функции (называемые также функциями различимости), позволяющие вычислить набор входных переменных, на котором гарантировано отличаются значения функционалов (булевых функций либо БД) исправной и неисправной (с дефектами из РКД) схем.

Определение 3. Тестовая функция статического теста представляет из себя следующее выражение:

Т(Х) = ЦХ)Ф^(Х), (5)

где Т(Х) - тестовая функция статического теста,

X - вектор входных переменных (тестовый набор),

- выходная функция исправной/с дефектом из РКД схемы. ... Определение 4. Тестовая функция вариационного теста представляет из себя следующее выражение: ' .

сЩх.ск,) = сЩхЛх,) © с^х.ск,), (6)

где <1Т(х;с1хО - тестовая функция ориентированного вариационного теста (оу-геста),

х; - входная переменная, которая получает приращение на тестовом наборе для передачи перепада сигнала по проверяемой ветви,

сЬ^ - приращение переменной X; (для булевой логики - изменение текущего значения на инверсное), сЩхскОМ^х

¡с1х)) - ОБД функции исправной/неисправной схемы на " тестовом наборе по переменной х^

~ - произвольная ориентация ОБД (на увеличение или на уменьшение).

Определение 5. Тестовая функция импульсного теста представляет из себя следующее выражение:

сМТ(х;с1а(х;лЛ0) = <Щх,с]ф,ЛА0) © 1}с1Гц(х1с1с](х1Д,А1», (7) "

где ddT(xidd(xi,t,Дt)) - тестовая функция ориентированного импульсного теста (оьтеста),

- импульсное изменение входного сигнала X; соответствующей ориентации в моменты времени I и И-Л1,

XI - входная перемешая, которая получает приращение на тестовом наборе для передачи импульсного изменения сигнала по проверяемой ветви,

I - момент времени первого приращения (передний фронт импульса), М - длительность импульса (до момента формирования заднего фронта импульса),

' СОБД функции исправной/неисправной схемы на тестовом наборе по переменной хь

~ - произвольная ориентация СОБД (на положительную полуволну или на отрицательную полуволну).

При помощи тестовых функций в соответствии с применяемым в данной диссертационной работе методом построения проверяющих тестов путем активизации «существенного пути» через исследуемую ветвь строятся наборы тестов обнаружения одиночных неисправностей из РКД (р-наборы):

|Ш(хь1,Л1) = (хц © ср„) & Эй(х„))/3дхь (В)

где - проверяемая на данном тестовом наборе ветвь, Фу - функция проверяемой ветви с дефектом из РКД. Для обнаружения сочетания однократных дефектов из РКД необходимо учитывать их взаимное влияние друг на друга и на вид функции ветви с подобным дефектом. С учетом указанных соображений строятся тестовые наборы проверки исправности ветви при наличии сочетания одиночных дефектов из РКД.

Утверждение 3. Если тестовый набор Р<1с1х] существует, то на нем обнаруживается однократный константный дефект ветви 1 КМОП КУ. При этом функция ветви с указанным однократным дефектом из РКД выглядит следующим образом:

ф,КД = с, (9)

где с - постоянное значение («логический ноль» или «логическая единица»).

Тестовый набор ориентированного импульсного теста вычисляется при помощи выражения (10):

рсЫхз = ааг^Хпуаа* & & (1 о)

где Xj - управляемый внешний вход КУ, на который подается импульсное тестовое воздействие для передачи его через проверяемую ветвь, - внешний выход КУ, на котором наблюдается результат подачи тестового набора,

Хп - значения входных переменных КУ, активизирующих путь от внешнего входа Х; до проверяемой ветви >,

Хт - значения входных переменных КУ, активизирующих путь от проверяемой ветви I до внешнего выхода т*.

Утверждение 4. Если тестовый набор рёск] существует, то на нем обнаруживается однократный дефект типа КЗ между ветвями п и \г КМОП КУ. При этом функция ветви с указанным однократным дефектом из РКД выглядит следующим образом:

ФИ1*3 = фаКЗ = 11 & 12 (11)

Тестовый набор ориентированного импульсного теста вычисляется при помощи выражения (12):

=72 & д8Гц(щ,Хп)/ддХу & дЖфиХ-тУдЗц & сМх, (12)

Утверждение 5. Если тестовый набор (3ddxj существует, то на нем обнаруживается однократный дефект типа ОС между ветвями ¿1 и ¡2 КМОП КУ. При этом функция ветви с указанным однократным дефектом из РКД выглядит следующим образом:

т1 00 — ОС р. ; (-1 п

ф Л -фа -11 &12 , (13)

где ¡г'"1 - значение ветви 12 в предшествующий подаче данного входного набора момент времени.

Тестовый набор ориентированного импульсного теста вычисляется при помощи выражения (14):

РсШ3 = а351(х],Хпуддц & & О^(12,ХТ)/5Й2 & ёс!^, (14)

где Ху - значения входных переменных КУ, активизирующих передачу тестирующего воздействия от проверяемой ветви до ветви \2.

Правильная реакция на построенные тестовые наборы гарантирует исправность проверяемой ветви в схеме с рассматриваемым типом дефектов.

В четвертой главе рассматриваются вопросы диагностики КУ с кратными дефектами из РКД. Наличие в РКД таких неисправностей, как перемычки, приводящие к возникновению короткого замыкания (КЗ) либо обратной связи (ОС), приводит к изменению топологии схемы, а в случае ОС-трансформации схемы из комбинационной в автомат с памятью, что значительно затрудняет диагностику устройств подобного типа.

В схеме с кратными дефектами возможно возникновение явления компенсации, которое заключается в совпадении реакции исправпой схемы и схемы с кратным дефектом. Данное явление возможно при наличии в схеме шунтирующих проверяемый путей, совпадающих с ним по четности инверсий. В случай наличия; дефектов типа перемычки шунтирующие пути могут быть образованы й' активизированы либо на данном наборе проверочного те ста, либо кратным дефектом (например, КД).

Утверждение б. Дефект из РКД проверяемой ветви может быть скомпенсирован на р-наборе проверки исправности ветви в случае, если выполнятся следующие условия компенсации:

1. Имеющиеся шунтирующие пути будут активизированы соответствующими КД и будут иметь сходную с проверяемым путем четность инверсий.

2. В результате возникновения дефектов типа КЗ или ОС могут образоваться дополнительные шунтирующие пути, совпадающие по четности инверсий с проверяемым путем.

Для исключения явления компенсации необходимо построить дополнительные тестовые наборы (а-наборы), по реакции на которые можно судить о наличии кратного дефекта, а-наборы вычисляются аналитически либо по структурно-логическому представлению проверяемого устройства (выражения приведены в работе).

Для дефектов типа перемычки приходится использовать частичное перечисление дефектов. При этом необходимо учитывать условия активизации шунтирующих путей, возникающих при дефектах указанного типа. Эти условия определяются аналитически или по структуре схемы:

П I* П I<1. (15)

к _ ] дд\у к = | ддк

где 1к - ветвь шунтирующего пути,

5 - число точек разветвления КУ,

8п - размер списка явно перечисляемых дефектов (КЗ, ОС).

Утверждение 7. Тест, построенный для КУ произвольной структуры и состоящий из совокупности {р, а}-наборов проверки исправности ветвей, позволяет обнаружить сочетание дефектов из РКД.

В работе предложены алгоритмы синтеза импульсных тестов проверки исправности ветви с учетом кратных дефектов из РКД.

Правильная реакция схемы на совокупность р,а-наборов гарантирует исправность проверяемой ветви и отсутствие компенсации кратными дефектами из РКД.

Верхняя оценка длины теста (числа тестовых наборов) определяется по следующей формуле:

Б Б+Бп

№=Ывх+ + £Ц-(8 + 8п), (16)

¡=1 1=1

№ - число тестовых наборов,

№х - число входов КУ,

1л - число разветвлений ¡-ой точки КУ,

Дефекты типа КД, не изменяющие структуру КУ, не требуют явного перечисления, дефекты типа перемычки задаются списком.

В работе представлены машин оориентированные алгоритмы синтеза проверяющих ориентированных импульсных тестов, приведены выражения, оценивающие длину теста и вычислительную сложность процедуры синтеза.

В пятой главе рассматривается наиболее популярная по своим функциональным и техническим характеристикам в настоящее время реализация СБИС, - КМОГТ ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы), являющиеся элементным базисом для широкой номенклатуры электронных устройств.

Современные ПЛИС обладают встроенными средствами повышения контролепригодности, реализующими, в большинстве случаев, принцип «сканируемого пути». Указанный принцип заключается в реконфигурации устройства в режиме диагностирования, что позволяет выстроить элементы памяти в единый сдвиговый регистр, при этом имеется возможность доступа в любую макроячейку ПЛИС. Тестовая последовательность загружается в соответствующие элементы сдвигового регистра, затем под управлением команд подается на соответствующий фрагмент комбинационной части, результат записывается в определенную ячейку памяти и сдвигается к тестовому выходу.

Принцип сканируемого пути был положен в основу стандарта кон-тролепригодного проектирования электронных устройств JTAG, разработанного специалистам ведущих фирм-производителей электронной техники (Intel, IBM, DEC и др.). Данные стандарт поддерживают ПЛИС фирм Altera, Intel, Xillinx, которые занимают большую часть рынка подобной номенклатуры изделий.

В работе подробно рассмотрены возможности, алгоритмы и средства диагностирования КМОП ПЛИС в стандарте JTAG. Разработаны алгоритмы диагностирования КМОП ПЛИС при помощи предлагаемых в работе импульсных тестов. Предложены принципы декомпозиции и раздельное тестирование комбинационной части и элементов памяти, используя при этом возможности доступа к внутренним элементам КМОП ПЛИС, предоставляемые стандартом JTAG. Указанные методики позволили в значительной мере повысить эффективность процесса диагностирования современных КМОП ПЛИС.

В шестой главе рассматриваются вопросы практического применения предлагаемых в работе алгоритмов и методов тестового диагностирования для автоматизации контроля технического состояния функциональных элементов аппаратуры связи на технологических этапах изготовления и эксплуатации телекоммуникационного оборудования. Рассмотрены стадии технологического процесса изготовления телекоммуникационной аппаратуры, в котором диагностика является одной из обязательных составляющих каждой стадии, концепция и структура автоматизированной системы тестовой диагностики для проверки исправности цифровых модулей на этапах производства и эксплуатации.

Предлагается применять принцип сканируемого пути для диагностики составных элементов телекоммуникационной аппаратуры: индивиду-

альное тестирование СБИС, СБИС на печатной плате, печатные платы в составе блока, блок в составе стойки, системы в целом. При проектировании соответствующего узла рекомендуется применение контролепригод-ной конфигурации, что означает наличие дополнительных аппаратно-программных средств, задействуемых в процессе диагностирования. Элементы должны иметь связи, позволяющие реализовать сдвиговый регистр. При этом предусматриваются система внутренней адресации и алгоритм доступа к конкретаому узлу.

Для проверки аппаратуры на этапе изготовления был спроектирован и реализован отладочный комплекс для проверки элементов аппаратуры (СБИС в составе печатной платы, печатных плат в составе блока, блоков в составе изделия). Применялось функциональное и тестовое диагностирование, в процессе тестового диагностирования использовались синтезируемые по предлагаемым в работе методам проверяющие импульсные тесты, а также алгоритмы построения контролепригодных структур (JTAG-струмур) для повышения эффективности диагностирования. .

Для проверки аппаратуры на этапе эксплуатации спроектировано и реализовано аппаратно-программное обеспечение АСТД, интегрированной в систему управления и мониторинга состояния телекоммуникационной аппаратуры. СУиМ представляет собой специализированную многоуровневую сеть, обеспечивающую дистанционную загрузку/выгрузку диагностической информации в рамках стека транспортных протоколов.

Информационное обеспечение (ИО) включает в себя диагностические базы данных, хранящие модели представления проверяемых устройств, реализованы алгоритмы синтеза, моделирования, подачи тестов, съема, анализа и храпения реакций на тест. Программное обеспечение (ПО) АСТД выполняет функции задания и управления контролепригодной конфигурацией проверяемого устройства, синтеза тестов, моделирования и непосредственной реализации процедуры тестового диагностирования. ПО представляет собой приложение, функционирующее в операционных системах Microsoft Windows 95/98/NT.

АСТД спроектирована и реализована для проверки элементов телекоммуникационной аппаратуры производства ОАО «МОРИОН» на этапах изготовления и эксплуатации, а именно для изделий: TJIC-31, JITC-11, ВТК-12. Указанные блоки применяются при построении системы диспетчерской служебной связи (ДСС), внедренной на Октябрьский (Санкт-Петербург), Восточно-Сибирской (Иркутск), Дальневосточной (Хабаровск) железных дорогах, а также для системы связи нефтяников (Новосибирск).

Заключение содержит следующие основные результаты и общие выводы:

1. Исследована структурно-логическая модель, описывающая расширенный класс дефектов, включающий константные дефекты, обрывы элек-

тродов и межсоединении, перемычки электродов и межсоединении, приводящие к возникновению коротких замыканий и обратных связей. Доказана адекватность модели РКД для описания СБИС, изготовленных по КМОП-технологии;

2. Для диагностики КМОП КУ предложено применять ориентированные импульсные тесты, что, по сравнению с вариационными тестами, позволит повысить достоверность и сократить объем вычислений тестовых последовательностей и длину теста;

3. Исследована возможность применения математического аппарата ориентированных булевых дифференциалов для синтеза проверяющих тестов КМОП ДУ. Для синтеза проверяющих ориентированных импульсных тестов проверки исправности ветвей КМОП КУ с дефектами из РКД предложено использовать разработанный математический аппарат сдвоенных ориентированных булевых дифференциалов (СОБД);

4. Разработан аналитический метод построения ориентированных импульсных тестов проверки исправности ветвей комбинационного ДУ, описываемого моделью кратных дефектов из РКД, обладающих высокой покрывающей способностью.

5. Разработаны мапшноориентированные алгоритмы синтеза проверяющих ориентировашюых импульсных тестов проверки КУ с кратными дефектами из РКД, используемые для реализации информационного обеспечения АСТД элементов аппаратуры связи.

6. Предложены методики и алгоритмы тестового диагностирования СБИС (ПЛИС) современных технологий изготовления (КМОП), реализованных в стандарте контролепригодного проектирования JTAG. При этом на определенных этапах применяются проверяющие тесты, синтезированные по предлагаемым в данной работе алгоритмам.

7. Предлагаемые в работе диагностические модели РКД, алгоритмы синтеза oi-тестов, методы диагностирования ДУ, реализованные в стандарте JTAG, нашли применение в составе ПО и ИО разработанного отладочного стенда (технологического тестера) проверки линейных и коммутационных модулей системы диспетчерской служебной связи.

8. Спроектирована и внедрена система управления и мониторинга телекоммуникационным оборудованием в соответствии с требованиями Международных организаций по стандартизации ISO и ITU-T, а также Министерства связи РФ. В систему управления и мониторинга интегрирована автоматизированная система тестового диагностирования телекоммуникационной аппаратуры на этапе эксплуатации, использующая предлагаемые в работе методы построения контролепригодных модулей и систем, алгоритмы синтеза проверяющих oi-тестов, процедуры сетевой диагностики.

В приложении приведены копии документов, подтверждающих практическое использование и внедрение результатов диссертации.

Основные научные результаты, включешгые в диссертацию, опубликованы в следующих работах:

1. Кон E.JL, Фрейман В.И. Синтез проверяющих тестов для КМОП ИС // Информационные управляющие системы: Межвуз. сб. науч. тр./Перм. гос. тех. ун-т. Пермь, 1997

2. Суханов C.B., Фрейман В.И. Подсистема функционального диагностирования коммутационных модулей интегрированной сета // Тезисы докладов ежегодной научно-технической конференции студентов и аспирантов / Перм. гос. тех. ун-т. Пермь, 1997 - c.9-c.l 1.

3. Суханов C.B., Торопицын C.B., Фрейман В.И. Обеспечение тесто-пригодности систем // Тезисы докладов ежегодной научно-технической конференции студентов и аспирантов / Перм. гос. тех. ун-т. Пермь, 1997 -с.11-е.12.

4. Белоусов В.В, Кон Е.Л., Фрейман В.И. Синтез проверяющих тестов для КМОП ИС //Информационные управляющие системы: Межвуз. сб. науч. тр./Перм. гос. тех. ун-т. Пермь, 1998 - с.17-с.21.

5. Кон Е.Л., Фрейман В.И. Применение импульсных проверяющих тестов на этапах изготовления и эксплуатации аппаратуры // Методы и средства технической диагностики: сб. науч. тр./Ивано-Фрашсовский гос. тех. ун-т, 1999

6. Гончаровский О.В., КонЕЛ., Порываев H.A., Суханов C.B., Торопицын C.B., Тюрин С.А., Фрейман В.И. Проектирование управляющих платформ обслуживания активного оборудования магистральных PDH и SDH каналов // Информационные управляющие системы: Межвуз. сб. науч. тр./Перм. гос. тех. ун-т. Пермь, 1999 - с.221-с.236.

7. Белоусов В.В., Гончаровский О.В., Кон E.JL, Порываев НА., Суханов C.B., Тюрин С.А., Фрейман В.И. Автоматизированная система мониторинга и управления активным оборудованием магистральных каналов связи // Труды конференции Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе и охране природных ресурсов: XXVI Международная конференция и дискуссионный научный клуб. Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 1999 - с. 198-C.203.

8. Фрейман В.И. Тестовое диагностирование контролепригодных ШШС с использованием импульсных тестов // Информационные управляющие системы: Межвуз. сб. науч. тр./Перм. гос. тех,, ун-т. Пермь, 1999 -С.17-С.22.

Сдано в печать 16.03.2000. Формат 60x84/16. Объем 1,25 н.л. Тираж 100. Заказ 1042. Ротапринт ПГТУ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Цели и задачи тестового диагностирования ДУ.

1.2. Диагностические модели ДУ.

1.3. Обзор существующих методов тестирования ДУ.

1.4. Выводы по главе.

2. ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДУ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.

2.1. Обзор применяемых моделей дефектов ДУ.

2.2. Диагностическая модель ИС современных технологий.

2.2.1. Традиционная (константная) модель дефектов.

2.2.2. Модель дефектов КМОП-устройств.

2.3. Необходимость применения импульсных тестов.

2.4. Выводы по главе.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОДНОКРАТНЫХ И СОЧЕТАНИЯ ОДНОКРАТНЫХ ДЕФЕКТОВ ИЗ РКД В ДУ.

3.1. Основные понятия и определения математического аппарата БД.

3.2. Применение тестовой функции для диагностики ДУ.

3.2.1. Тестовая функция для статического теста.

3.2.2. Тестовая функция для вариационного теста.

3.2.3. Тестовая функция для импульсного теста.

3.3. Построение импульсных тестов обнаружения однократных дефектов из РКД.

3.3.1. Обнаружение однократных константных дефектов.

3.3.2. Обнаружение однократных перемычек, приводящих к коротким замыканиям.

3.3.3. Обнаружение однократных перемычек, приводящих к образованию обратных связей.

3.4. Построение импульсных тестовых наборов обнаружения сочетания однократных дефектов из РКД.

3.4.1. Обнаружение сочетаний однократных КД и КЗ.

3.4.2. Обнаружение сочетания однократных КД и ОС.

3.5. Выводы по главе.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ КРАТНЫХ ДЕФЕКТОВ ИЗ РКД В ДУ.

4.1. Построение импульсных тестов обнаружения сочетания кратных дефектов типа КД.

4.2. Построение импульсных тестов обнаружения сочетания кратных дефектов типа КД и КЗ.

4.2.1. Обнаружение сочетания кратных КД и однократного КЗ

4.2.2. Условия возникновения компенсации кратными дефектами из РКД.

4.3. Построение импульсных тестов обнаружения сочетания кратных дефектов типа КД и ОС.

4.4. Выводы по главе.

5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ КОНТРОЛЕПРИГОДНЫХ КМОП СБИС.

5.1. Анализ объекта диагностирования.

5.2. Методы и средства повышения контролепригодности современных КМОП ПЛИС.

5.3. Разработка методов и алгоритмов диагностики контролепригодных СБИС современных технологий.

5.4. Выводы по главе.

6. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ИМПУЛЬСНЫХ ТЕСТОВ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ МОДУЛЕЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ.

6.1. Место диагностирования в процессе производства телекоммуникационной аппаратуры. Структура АСТД.

6.2. Диагностика современных СБИС на этапе изготовления изделия.

6.3. Диагностика цифровых функциональных модулей, использующих КМОП СБИС, на этапе эксплуатации телекоммуникационных систем.

6.4. Выводы по главе.

Одной из наиболее сложных и трудоемких промышленных отраслей является производство телекоммуникационной аппаратуры. При этом потребность в системах связи и сетях передачи данных испытывают подавляющее большинство отраслей народного хозяйства. Поэтому на первый план выходят вопросы повышения качественных, технологических, экономических характеристик процесса изготовления телекоммуникационного оборудования. Основным фактором увеличения эффективности технологических процессов изготовления аппаратуры является повышение уровня автоматизации производства.

Неотъемлемым этапом процесса изготовления современной телекоммуникационной аппаратуры является процесс проверки и настройки соответствующих элементов (Рис. 1). Этот процесс неразрывно связан с процессами изготовления и наладки и является необходимым компонентом для перехода к следующей стадии сборки устройства или системы. Качество и эффективность диагностирования на этапах изготовления, сборки и настройки элементов аппаратуры в конечном счете определяет эффективность всего технологического этапа производства. Поэтому автоматизация этапа проверки элементов и всего изделия в целом является определяющим для уровня автоматизации технологических процессов изготовления и эксплуатации телекоммуникационного оборудования. Следовательно, качество решения вопросов технической диагностики на этапах производства и эксплуатации оборудования предопределяют эффективность, качество изготовления и функционирования, а также другие важные технические и эксплуатационные параметры аппаратуры связи.

Эффективность функционирования телекоммуникационной аппаратуры в значительной степени определяется достоверностью информации, которая обрабатывается в цифровых устройствах и системах. Высокая производительность и стоимость оборудования обусловливают значительные потери при простое из-за неисправностей или плохо организованной эксплуатации.

Достоверность информации зависит от целого ряда факторов как технических, так и эксплуатационных. Совершенствуя и улучшая качество указанных факторов, можно добиться существенного повышения эффективности использования контролируемой аппаратуры.

Рис. 1. Этапы изготовления и эксплуатации телекоммуникационной аппаратуры

При решении проблем увеличения надежности и повышения качества контроля и эксплуатации электронных устройств важную роль играют методы и средства технической диагностики, применяемые на всех стадиях жизненного цикла устройств: проектирования, производства и эксплуатации.

Увеличение объема и сложности электронной аппаратуры при переходе на сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) привело к тому, что стоимость производственного и эксплуатационного контроля этого оборудования стала сравнима со стоимостью проверяемого оборудования и даже превосходить его. С усложнением структуры и расширением функциональных возможностей аппаратуры процесс обнаружения и поиска дефектов становится более трудоемким и длительным, что требует повышения уровня автоматизации процесса диагностирования.

Диагностика технического состояния функциональных узлов и связей между ними является одним из составляющих технологического процесса производства и наладки современной аппаратуры. Указанные функции выполняют автоматизированные системы технического диагностирования (АСТД). На этапе эксплуатации или при регламентных работах для проверки каждого функционального узла (печатной платы, блока, изделия) применяется АСТД, интегрированная с системой управления и мониторинга (СУиМ). Такая система наряду с функциональным контролем рабочих характеристик и параметров позволяет производить тестовое диагностирование выбранных устройств.

Для обеспечения качественной процедуры диагностирования необходимо применять адекватную диагностическую модель, которая определяется технологией изготовления основных элементов аппаратуры. Для подавляющего большинства современных СБИС (микропроцессоров, программируемых схем, специализированных СБИС, сигнальных процессоров и т.д.) базовой технологией изготовления стала КМОП. Для ее описания первоначально была предпринята попытка применить ранее разработанные (для предшествующих технологий - ТТЛ, ТТЛШ и т.д.) диагностические модели. Однако анализ, проведенный в работах отечественных и зарубежных исследователей, показал их неадекватность КМОП-технологии и, как следствие, недостаточную покрывающую способность существующих диагностических тестов, что привело к необходимости разработки новых адекватных моделей дефектов расширенного класса (РКД) КМОП дискретных устройств (ДУ), исследовании новых видов формального описания проверяемого ДУ, разработке методик и алгоритмов синтеза диагностических тестов для обнаружения сочетания возросшего числа дефектов. Рост числа и типов дефектов стал обусловлен увеличением степени интеграции и плотности упаковки элементов в КМОП СБИС, применением многослойного печатного монтажа, а также особенностями конструктивного построения КМОП-элементов. Это привело к значительному усложнению процедуры контроля и диагностики аппаратуры, реализованной на КМОП СБИС.

Постановка задачи. Разработать и исследовать новые адекватные логические модели дефектов для КМОП-технологии, методы и алгоритмы построения диагностических тестов для обнаружения кратных дефектов в КМОП ДУ, а также методы и алгоритмы реализации процедуры тестового диагностирования для автоматизации проверки сложных электронных устройств на этапах изготовления и эксплуатации телекоммуникационного оборудования.

Таким образом, актуальность диссертации определяется необходимостью:

- отработки новых моделей дефектов (РКД) для современных технологий (КМОП и т.п.), более адекватных, чем традиционные модели дефектов (КД);

- создания методов и средств построения диагностических тестов проверки ДУ в рамках кратных дефектов из РКД, разработки машиноори-ентированных алгоритмов вычисления тестовых наборов;

- организации тестового диагностирования контролепригодных СБИС современных технологий изготовления с использованием внутренних средств и алгоритмов, а также методов построения тестов, предлагаемых в настоящей работе;

- проектирования и реализации аппаратно-программного обеспечения АСТД телекоммуникационной аппаратуры на технологических этапах ее изготовления и эксплуатации.

Целью диссертационной работы является повышение достоверности диагностики расширенного класса дефектов КМОП СБИС, являющихся одним из базисных элементов современной телекоммуникационной аппаратуры, на этапах ее изготовления и эксплуатации.

Целью теоретической части работы является исследование структурно-логической модели дефектов из РКД, характерной для устройств, изготовленных по КМОП-технологии, исследование применимости метода «проверки исправности ветви в неисправном устройстве» для диагностики дефектов из РКД с использованием импульсных тестов, построенных с помощью математического аппарата сдвоенных ориентированных булевых дифференциалов (СОБД), а также разработка методов синтеза импульсных тестов для обнаружения дефектов из РКД в КМОП СБИС. Поставленная цель достигается при допустимом количестве ограничений и допущений, не наносящих ущерба полноте и достоверности обнаруживающих свойств теста и упрощающих процедуру синтеза теста.

Цель прикладной части работы заключается в разработке эффективных машиноориентированных алгоритмов синтеза тестов, в разработке порцедуры тестового диагностирования КМОП СБИС с использованием средств повышения контролепригодности, интегрированных в современные электронные устройства (в частности, стандарт контролепригодного проектирования ЛАО), а также в разработке информационного, программного, аппаратного и прикладного обеспечения АСТД. Указанная цель достигается за счет использования предлагаемых методов и алгоритмов для проверки цифровых функциональных модулей в составе телекоммуникационной аппаратуры на стадиях ее изготовления и эксплуатации.

Основные задачи диссертационной работы, определяемые поставленной целью, состоят в следующем:

1. Исследовать структурно-логическую модель дефектов РКД КМОП

ДУ.

2. Исследовать возможность применения импульсных тестов для диагностики КМОП ДУ и определить их преимущества цо сравнению с вариационными тестами.

3. Разработать математический аппарат для синтеза импульсных тестов проверки КМОП ДУ с РКД на базе математического аппарата ориентированных булевых дифференциалов.

4. Разработать методы обнаружения кратных дефектов из РКД в КМОП комбинационных устройствах, а также алгоритмы синтеза импульсных проверяющих тестов.

5. Разработать машиноориентированные алгоритмы синтеза импульсных проверяющих тестов обнаружения кратных дефектов из РКД в КМОПДУ.

6. Исследовать методы и средства повышения контролепригодности современных электронных устройств, использующих в качестве элементного базиса КМОП СБИС, и разработать алгоритмы диагностирования подобных устройств в составе телекоммуникационной аппаратуры.

7. Разработать информационное, программное, аппаратное и прикладное обеспечение для отладочного стенда (технологического тестера) проверки линейных и коммутационных модулей телекоммуникационной аппаратуры.

8. Спроектировать систему управления и мониторинга (СУиМ) телекоммуникационным оборудованием с интегрированной АСТД на этапе эксплуатации, использующей предлагаемые в работе методы построения контролепригодных модулей и систем, алгоритмы синтеза проверяющих импульсных тестов, процедуры сетевой диагностики.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- разработаны методы и алгоритмы синтеза проверяющих импульсных тестов для диагностирования КМОП СБИС, описываемых моделью РКД;

- разработаны методики использования средств повышения контролепригодности, интегрированных в современные СБИС, которые позволяют применить для диагностики предлагаемые алгоритмы, повысив при этом эффективность и достоверность диагностирования;

- предложены алгоритмы и процедуры проведения тестового диагностирования функциональных узлов телекоммуникационной аппаратуры на различных стадиях производства и эксплуатации;

- предложена структура АСТД и системы управления и мониторинга телекоммуникационного оборудования.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена корректным обоснованием и анализом математических моделей РКД и методов синтеза проверяющих тестов в ДУ, наглядной интерпретацией математических моделей, теоретических результатов и выводов, а также данными математического моделирования и экспериментальных исследований результатов синтеза тестов дефектов из РКД для 9 электронных устройств, используемых в качестве базисных элементов для телекоммуникационной аппаратуры.

Научная новизна работы заключается в разработке, обосновании, теоретическом и экспериментальном исследовании новых методов обнаружения одиночных и кратных дефектов из РКД в комбинационных устройствах; в использовании математического аппарата СОБД для синтеза проверяющих импульсных тестов для КМОП ДУ, описываемых моделью кратных дефектов из РКД; разработке иерархической архитектуры АСТД на этапе изготовления и системы управления и мониторинга с интегрированной АСТД на этапе эксплуатации телекоммуникационного оборудования.

Реализация результатов работы. Теоретические результаты были использованы при разработке информационного, программного, аппаратного и прикладного обеспечения:

1. Отладочного комплекса проверки телекоммуникационного оборудования производства ОАО «Морион» и НПО АО «Такт» на этапах изготовления и отладки.

2. АСТД, интегрированной в СУиМ технического состояния телекоммуникационного оборудования производства ОАО «Морион» и НПО АО «Такт», применяемого в качестве платформы системы диспетчерской служебной связи (ДСС), внедренной на Октябрьской (Санкт-Петербург) и Восточно-Сибирской (Иркутск) железных дорог.

Диссертационная работа изложена на 114 страницах машинописного текста, иллюстрируется 45 рисунками, 15 таблицами и состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 34 наименований и приложений.

6.4. Выводы по главе

1. Предложена структура АСТД телекоммуникационного оборудования на этапах его изготовления и эксплуатации, состав основных подсистем, разработаны схемы диагностического эксперимента проверки составных элементов аппаратуры (СБИС-плата-блок-изделие-система).

2. Приведено описание АСТД на этапах изготовления и эксплуатации, реализованной для проверки телекоммуникационной аппаратуры производства ОАО «Морион» и НПО АО «Такт».

3. На основании разработанных методов и алгоритмов диагностирования элементов телекоммуникационной аппаратуры реализованы ИО, ПО, АО и ПрО отладочного стенда (технологического тестера) и АСТД, интегрированной в систему управления и мониторинга телекоммуникационного оборудования ОАО «МОРИОН» и НПО АО «ТАКТ». Проведенные эксперименты показали адекватность применяемой диагностической модели, высокую покрывающую способность построенных импульсных тестов, высокие характеристики предлагаемых методов и алгоритмов тестового диагностирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения диссертационной работы:

1. Исследована структурно-логическая модель, описывающая расширенный класс дефектов, включающий константные дефекты, обрывы электродов и межсоединений, перемычки электродов и межсоединений, приводящие к возникновению коротких замыканий и обратных связей. Доказана адекватность модели РКД для описания СБИС, изготовленных по КМОП-технологии;

2. Для диагностики КМОП КУ предложено применять ориентированные импульсные тесты, что, по сравнению с вариационными тестами, позволит повысить достоверность и сократить объем вычислений тестовых последовательностей и длину теста;

3. Исследована возможность применения математического аппарата ориентированных булевых дифференциалов для синтеза проверяющих тестов КМОП ДУ. Для синтеза проверяющих ориентированных импульсных тестов проверки исправности ветвей КМОП КУ с дефектами из РКД предложено использовать разработанный математический аппарат сдвоенных ориентированных булевых дифференциалов (СОБД);

4. Разработан аналитический метод построения ориентированного импульсного теста проверки исправности ветви комбинационного ДУ, описываемого моделью кратных дефектов из РКД.

5. Разработаны машиноориентированные алгоритмы синтеза проверяющих ориентированных импульсных тестов, использующих метод проверки исправности ветви, для КУ с кратными дефектами из РКД.

6. Предложены методики и алгоритмы тестового диагностирования СБИС (ПЛИС) современных технологий изготовления (КМОП), реализованных в стандарте контролепригодного проектирования JTAG. При этом на определенных этапах применяются проверяющие тесты, синтезированные по предлагаемым в данной работе алгоритмам.

7. Предлагаемые в работе диагностические модели РКД, алгоритмы синтеза oi-тестов, методы диагностирования ДУ, реализованных в стандарте JTAG, нашли применение в составе ПО и ИО разработанного отладочного стенда (технологического тестера) проверки линейных и коммутационных модулей системы диспетчерской служебной связи.

8. Спроектирована и внедрена система управления и мониторинга телекоммуникационным оборудованием в соответствии с требованиями Международных организаций по стандартизации ISO и ITU-T, а также Министерства связи РФ. В систему управления и мониторинга интегрирована автоматизированная система тестового диагностирования телекомму

1. ГОСТ 20911-75. Техническая диагностика. Основные термины и определения.

2. Гессель М., Согомонян Е.С. Функционально-тестовое диагностирование на основе сохраняющего четность сигнатурного анализатора / Автоматика и телемеханика, №5, 1999. с. 162

3. Лобанов A.B. Обнаружение и идентификация "враждебных" неисправностей путем одновременного сочетания функционального и тестового диагностирования в многомашинных вычислительных системах / Автоматика и телемеханика, №1, 1999. с. 159

4. Гессель М., Дмитриев A.B., Сапожников В.В., Сапожников Вл.В. Самотестируемая структура для функционального обнаружения отказов в комбинационных схемах / Автоматика и телемеханика, №1, 1999. с. 162

5. Столов Е.Л. Проверка цифровых устройств парой последовательно соединенных сигнатурных анализаторов / Автоматика и телемеханика, №1, 1999. -с.164

6. Техническая диагностика / Пархоменко П.П. Москва.: Наука, 1972. - 368 е.: ил.

7. Методы и средства диагностирования КМОП БИС: Учеб. пособие для вузов / Артамонов С.Е., Кривошапко В.М., Левицкий Д.О. и др.; Под ред. Кривошапко В.М. М.: Радио и связь, 1993. - 240 е.: ил.

8. Hassan К. Reghbati, Fault Detection in PLAs. IEEE Transaction on computers. 1985. pp. 43-503.

9. Ярмолик В.H., Янушкевич А.И., М.Г.Карповский IDDQ тестирование итерационных структур, реализованных на КМОП-логике, РАН, Микроэлектроника т.26, №2 -1997.

10. Иванюк A.A., Янушкевич А.И., Ярмолик В.Н. Технология IDDQ тестирования одномерных итерационных логических структур / Автоматика и телемеханика, №1, 1999. с. 148

11. Быков Ю.В., Иванюк A.A., Янушкевич А.И., Ярмолик В.Н. Диагностика неисправностей КМОП-схем на основе Iddq-тестирования / Автоматика и телемеханика, №7, 1999. с. 142

12. Yacoub M. El-zig, Richard J. Cloutier, Functional-Level Test Generation for Stuck-Open Faults in CMOS VLSI. IEEE Test Conference. 1981. pp. 536-546

13. Автоматизация поиска дефектов в цифровых устройствах / Киселев В.В., Кон Е.Л., Шеховцов О.И. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1986. - 96 е.: ил.

14. Janusz Raj ski, Jerzy Tyszer, Combinatorial Approach to Multiple Contact Faults Coverage in PLAs. IEEE Transaction on computers. 1985. pp. 549-553

15. Соломенников В.Ю. Алгебраический метод диагностики схемных реализаций симметрических функций. / Автоматика и телемеханика, №2, 1998. с. 138

16. J.P.Roth, W.G. Bouricius, P.R.Schneider, Programming Algorithms to compute tests to detect and distinguish between failures in logic Circuits. IEEE Transaction on computers. 1967. pp. 567-580

17. Разработка и исследование диагностических моделей и методов построения тестов (проверяющих) для ПЛИС / Кон Е.Л., Жужгов В.Н., Киселев В.В., Пащенко. А.В. Пермь, ППИ, 1988. - 173 е.: ил.

18. Al-Arian, Sami A., Dharma P. Agarmal, Modeling and testing of CMOS-circuits. IEEE Transaction on computers. 1984. pp. 460-474

19. Niraj К. Л1а, Multiple Stuck-Open Fault Detection in CMOS Logic Circuits. IEEE Transaction on computers. 1987. pp. 563-571

20. Кон Е.Л., Фрейман В.И. Синтез проверяющих тестов для КМОП ИС // Информационные управляющие системы: Межвуз. сб. науч. тр./Перм. гос. тех. ун-т. Пермь, 1997.

21. Peter N. Marinos, Derivation of Minimal Complete Sets of Test-Input Sequences Using Boolean Differences. IEEE Transaction on computers. 1985. -pp. 27-32

22. Белоусов В.В, Кон Е.Л., Фрейман В.И. Синтез проверяющих тестов для КМОП ИС // Информационные управляющие системы: Межвуз. сб. науч. тр./Перм. гос. тех. ун-т. Пермь, 1998. с.17-с.21.

23. Фрейман В.И. Тестовое диагностирование контролепригодных ПЛИС с использованием импульсных тестов // Информационные управляющие системы: Межвуз. сб. науч. тр./Перм. гос. тех. ун-т. Пермь, 1999. -с.17-с.22.

24. Кон Е.Л., Фрейман В.И. Применение импульсных проверяющих тестов на этапах изготовления и эксплуатации аппаратуры // Методы и средства технической диагностики: Сб. науч. тр./Ивано-Франковский гос. тех. ун-т, 1999.

25. Программируемые пользователем логические интегральные схемы / Попова Г.М., Криворучко В.Ф., Зарубежная электронная техника, 8, 1990. 39 е.: ил.

26. Основные тенденции развития ПЛИС / Шипулин С., Храпов В. Электронные компоненты, №3-4, 1996.

27. Проектирование тестопригодных логических схем: Пер. с англ. Беннетс Р.Дж,- М.: Радио и связь, 1990. 176 е.: ил.104

28. Матросова А.Ю., Останин С.А., Паршина H.A. К синтезу контро-лепригодных комбинационных устройств / Автоматика и телемеханика, №2, 1998. с. 129

29. Аксенова Г.П., Халчев В.Ф. Декомпозиция для контролепригод-ного преобразования дискретных устройств / Автоматика и телемеханика, №9, 1999. с. 131

30. Суханов C.B., Торопицын C.B., Фрейман В.И. Обеспечение тес-топригодности систем // Тезисы докладов ежегодной научно-технической конференции студентов и аспирантов/Перм. гос. тех. ун-т. Пермь, 1997. -с.П-с.12.

31. Test Access Port and Boundary Scan Architecture, IEEE Std. 1149.190 (1149.1a-93)

32. Суханов C.B., Фрейман В.И. Подсистема функционального диагностирования коммутационных модулей интегрированной сети // Тезисы докладов ежегодной научно-технической конференции студентов и аспирантов/Перм. гос. тех. ун-т. Пермь, 1997. с.9-с.11.

33. Мы, нижеподписавшиеся, представитель ппу Галкин в. и. с одной стороны, и представитель ОАО "Морион" Струк в. К. с другой стороны, составили настоящий акт о нижеследующем:

34. В соответствии с дополнителным соглашением N1 к договору N 97/33/50 "Разработка ПО и АО устройств контроля блоков систем плезиохронной цифровой иерархии" проведены следующие

35. Разработано и отлажено ПО и АО супервизорной платыи устройств контроля плат ОЯТ, MX-DMX в системе PDH.

36. Разработано и отлажено АО и ПО для плат КС и пультов опрераторов: КС-001, КС-002, пульт для платы АМЗЗ, пульт для отображения аварийной информации в сети управления электросвязью ("индийский проект", DCC, HDSL).

37. Модифицировано ПО для КС-001 с целью взаимодействия с системой обслуживания "Центр".

38. Разработана и отлажена ПЛИС для платы MS.

39. Разработаны и отлажены сетевые протоколы передачи аварийной информации плат MS "индийского проекта".

40. Конструкторская документация на перечисленные выше изделия находится в НПОАО "Такт".1. От исполнителяработы:

41. Утверждаю" проректор по НИР ПГТУ В. R Галкинмтехнической готовности по договору 98/43-261 на создание научно-технической продукции

42. Мы, нижеподписавшиеся, представитель ПГТУ Галкин В.И., с одной стороны, и представитель ОАО "Морион" директор НТЦ СПИ Карелин H.A., с другой стороны, составили настоящий акт о нижеследующем:

43. В соответствии с договором № 98/43-261 "Разработка концепции автоматизированной системы технической эксплуатации коммутационного оборудования и интерфейса локального взаимодействия оператора и коммутационного оборудования" проведены следующие работы:

44. Разработана концепция проектирования автоматизированной системы управления и мониторинга коммутационного оборудования различного назначения.

45. Разработаны и протестированы интерфейсы локального взаимодействия пульта оператора и коммутационного оборудования.

46. В результате выполненных работ заказчику передана следующая документация:

47. Отчет с концепцией проектирования автоматизированной системы технической эксплуатации коммутационного оборудования. »

48. Исходные тексты программ интерфейсных модулей на магнитном носителе по протоколам TCP/IP, SPX/IPX, NetBIOS, ведущий/ведомый для взаимодействия пульта оператора под Windows 95/NT и промышленный контроллер под MS-DOS.

49. Тестовые программы для интерфейсных модулей по п.2 в виде запускаемых файлов на магнитном носителе.

50. Инструкция пользователя по эксплуатации сетевых протоколов по п.2.от заказчика Н.АКарелин1. АКТтехнической готовности по договору на создание научно-технической продукции № 97/33/50

51. Мы, нижеподписавшиеся, представитель ПГТУ Галкин В.И. с одной стороны, и представитель ОАО "Морион" Струк В.К. с другой стороны, составили настоящий акт о нижеследующем:

52. Заказчику предъявлены два промежуточных и заключительный отчет. От заказчик От исполнителя1. Расчетная часть

53. Проведем сравнительный анализ длины тестовой последовательности проверяющего теста для произвольного комбинационного устройства. Примем следующие ограничения:

54. Количество внешних выводов п

55. Рис. 1. Сравнительная характеристика оьтестов, оу-тестов, тривиальных и построенных по ТФН тестов1.. Зависимость длины импульсного теста № от сложности устройства (количества узлов разветвления Б)1. О I-О Ф I0