Физические неисправности комбинационных логических сетей

Типичные физические неисправности комбинационных логиче­ских сетей следующие:

1) обрывы входов и выходов логических элементов;

2) замыкания входов на землю или на источник питания;

3) замыкание нескольких входов между собой.

Эти неисправности превращают исходную комбинационную схе­му в комбинационную, реализующую другую функцию.

Замыкания входов и выходов элементов комбинационных сетей могут привести к тому, что комбинационная сеть превращается во временную.

При анализе неисправных комбинационных схем большое значе­ние имеет выходное сопротивление источников входных сигналов данной схемы. Поясним это на примере логического элемента И-НЕ диодно-транзисторной логики (рис. 27).

Рис.27 Логический элемент И – НЕ ДТЛ

Пусть физической неисправностью будет замыкание накоротко диода VD ₁ очевидно, что если x₁ = x₂ = 0, то выход z при замыкании VD₁ не изменит своего значения. Если x₁= 0, а х₂ = 1, то выход зависит от внутреннего сопротивления источника x₁. Если R_i1⁽⁰⁾ велико, то делительR- R_i1⁽⁰⁾ может создать такое напряжение на базе VT₁, что транзистор откроется и при этом выход z может стать равным нулю (или попасть в запретную зону выходных сигналов логических эле­ментов). Если R_i1⁽⁰⁾ «R, то транзистор будет закрыт и z = 1.

При x₁ =l и x₂ = 0 и при высоком R_i2⁽⁰⁾ и малом R_i1⁽⁰⁾ транзистор бу­дет открыт (z = 0), но если R_i2⁽⁰⁾ мало, а R_i1⁽⁰⁾ велико, то транзистор бу­дет закрыт (z = 1).

У ТТЛ логических элементов И-НЕ при малых значениях R _i ис­точников входных сигналов выполняемая функция не нарушается при любых значениях входных сигналов. Однако если R _i - источников входов будет велико при x₁ = 0 или x₂ = 0, часть логической схемы, выполняющая функцию И, может выдать такой выходной сигнал на часть схемы, выполняющую функцию НЕ, что выходное напряжение логического элемента может попасть в запретную зону или даже привести к выходу z = 0, т.е. будет нарушена выполняемая функция.

Следует отметить, что у современных ТТЛ логических элементов выходное сопротивление мало при любом значении выхода. Следо­вательно, если эти элементы создают входные сигналы для после­дующего логического элемента, то выполняемая логическая функция его не изменится. Читателю предлагается самостоятельно рассмот­реть влияние внутреннего сопротивления источников входных сиг­налов на работу логических элементов МОП-логики.

Вернемся к вопросу диагностики комбинационных логических се­тей. Для заданных физических неисправностей составляется ТФН (при этом надо помнить, к какому эффекту приводит данная неис­правность, например, обрыв входов ТТЛ схем равносильно подаче на эти входы логических единиц). Затем удобно по ТФН составить ТОР, упростить ее и найти те комбинации входных сигналов, по которым можно найти комбинации, проверяющие работоспособность данной сети, как это было показано в п. 2.

В качестве примера проиллюстрируем ранее высказанное утвер­ждение, что для поиска неисправностей нужно использовать не функциональный, а структурный подход.

Рассмотрим следующую логическую сеть (рис.28).

Рис.28 Пример логической сети

Легко опре­делить, что выходной сигнал схемы имеет вид

После минимизации этого выражения получим

Составим ТФН, предположив, что техническими неисправностями могут быть обрывы входов логических элементов (эти входы на рис.28 обозначены арабскими цифрами). При обрыве входа 1 на вход 2 элемента «&» будет подаваться логический нуль. Следовательно на вход 6 элемента «М2» всегда подается нуль и, следовательно, zi = х₂ + x₃. Индекс у величины z указывает на номер возможных от­рывов входов различных элементов. Можно найти выходные функции при одиночных обрывах входов:

Для удобства определения ТФН нарисуем карты Карно для этих функций z₀… z₇ (табл. 4.14).

Для этой логической цепи ТФН показана в табл.4.15 (выходы z₄, z₅, z₇ эквивалентны, два из них z₄, z₅ – опущены). Табл.4.15

Из этой ТФН видно, что наборы входов и π₂, π₃ дают один и тот же эффект и π₃ может быть изъят, как и для π₆ и π₇. На основе этой ТФН составим ТОР (табл. 4.16) (нули в таблице пропущены). Таблица 4.16

На основе вышеизложенных правил (п. 4.6) строка π₁ и π₆ погло­щается строкой π₀, столбец z₆ поглощается столбцом z₃ и столбец z₃поглощает столбец z₇.

Следовательно, для обнаружения любого дефекта достаточно по­дать набор π_0, π_2, π₆. Проверим: при набореπ₀ обнаруживаются де­фекты 3, 6 и 7 (и, следовательно, 4 и 5). Наборπ₂ обнаруживает об­рыв входа 1 и набор π₆ - обрыв входа 2 (а также 6). Таким образом, все возможные обрывы набором π_0, π_2, π₆ обнаруживаются.

Теперь реализуем такую же логическую сеть, взяв за основу ту же функцию после ее минимизации z₀ =х₁х₂+х₂х₃ (см. табл. 4.14). Де­фектами могут быть также обрывы любых входов. Проведя анало­гичные построения ТФН, ТОР и исключив из таблиц лишние строки и столбцы в соответствии с указанными ранее правилами, найдем, что проверочной комбинацией является набор π_1, π_3, π₄.

Набор π₁ обнаруживает обрыв входа элемента НЕ; набор π_з - об­рыв входов 1,4, 6,7; набор π₄ - обрывы входов 2 и 5, 6,7.

Из этого примера видно, что одна и та же буква функции, регули­руемая различными сетями, требует различных наборов для опреде­ления работоспособности сети.