Идея сигнатурного анализа

Сигнатурные анализаторы

Поиск неисправностей в МПС с помощью ЛА требует высокой квалификации операторов, использование дорогостоящей аппаратуры и значительных затрат времени - как на разработку тестовых процедур, так и на анализ реакции МПС. Но и при таких затратах локализовать место неисправности с точностью до элемента не всегда удается.

Поэтому ЛА, незаменимые при настройке МПС на этапе проектирования и макетирования, мало пригодны для использования на этапе производства и эксплуатационного обслуживания МПС.

Альтернативой ЛА может служить т.н. "сигнатурный анализатор" (СА). Метод сигнатурного анализа не требует высокой квалификации персонала и сложного оборудования. В то же время он позволяет быстро и точно отыскать отказавший элемент цифровой схемы.

ЛА позволяет контролировать схему на работоспособность в режиме сравнения реакции с эталоном. Чаще всего объем эталонной информации весьма велик (10³..10⁵ байт).

Для уменьшения размера эталона предпринимаются попытки применения различных методов сжатия информации. Можно, например, подсчитывать число переключений сигнала в контрольной точке (контроль по модулю 2), однако достоверность такого контроля очень низка, ибо любая ошибка четной кратности не обнаруживается, хотя объем эталона при этом - минимальный - 1бит на контрольную точку.

Другим путем сжатия контрольной информации является получение сверток по различным модулям m > 2. Чем больше m, тем выше достоверность контроля, но, с другой стороны, усложняется контрольная аппаратура, причем суммирование сопряжено с организацией цепи переноса, что ведет к снижению быстродействия контрольного оборудования.

Наибольшее распространение при сжатии длинных двоичных последовательностей получил т.н. "сигнатурный метод", сочетающий в себе высокое быстродействие, простоту контрольного оборудования и высокую достоверность контроля.

Процедура сжатия последовательности (получение сигнатуры) описывается следующим выражением:

x^k ´ G(x) = Q(x)´P(x) Å R(x),

где:

G(x) - двоичная последовательность, поступающая с проверяемого входа;

(x) - порождающий полином, определяющий схему обратных связей;

Q(x) - частное;

R(x) - остаток;

k - разрядность остатка.

Технически сигнатурный анализатор реализуется на базе сдвигового регистра и многовходового сумматора по модулю 2 (Рис. 12.7).

Рис. 12.7. Сигнатурный анализатор

В общем случае вероятность P обнаружения ошибки в последовательности длиной n при использовании k-разрядного сдвигового регистра выражается формулой:

P = 1 - (2 ^n-k - 1)/(2ⁿ - 1)

для всех n > k. При n <= k вероятность обнаружения ошибки P = 1.

Процедура сигнатурного анализа состоит в следующем:

(1) На заведомо исправную схему подают тестовое воздействие, реакция на которое сворачивается в виде сигнатуры в каждой контрольной точке и фиксируется в технической документации на изделие (например, на принципиальной схеме каждому выходу каждого элемента соответствует шестнадцатеричная константа).

(2) Для отыскания неисправности в процессе эксплуатации системы (наиболее вероятны одиночные отказы) на вход системы подается тестовое воздействие (то же, что и при получении эталонных сигнатур) и определяются сигнатуры во всех контрольных точках - последовательно от выходов схемы ко входам. Полученные сигнатуры сравниваются с эталонными и если на выходе элемента неправильная сигнатура, а на всех его входах - правильные, то этот элемент можно считать неисправным (или его выходную цепь).