DE2707600A1 - Automatisches fehlerdiagnoseverfahren zum durchpruefen von elektrischen schaltungen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

D-1 BERLIN-DAHLEM 33 ■ PODBIELSKIALLEE ββ D-B MÜNCHEN 99 ■ WIDENM AYERSTRASSE 49

GenRad, Inc.

BERLIN: DIPL.-INS. R. MÜLLKR-BORNKR

MÜNCHEN: DIPL.-INQ. HANS-HEINRICH WKY DIPL.-ΙΝβ. KKKKHARO KORNKR

Berlin, Ib. Februar 1977

Automatisches Fehlerdiagnoseverfahren zum Durchprüfen von elektrischen Schaltungen

( USA, Nr. 660,624 vom 24. Februar 1976 )

33 Seiten Beschreibung
13 Patentansprüche
3 Blatt Zeichnungen

27 097 - kr

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BERLIN: TELEFON (O3O) 831 aOSS MÜNCHEN: TELEFON (080) 995888

KABEL: PROPINDUS -TELEX OI 84O67 KABEL: PROPINDUS -TELEX OB 94 944

Die Erfindung betrifft ein automatisches Fehlerdiagnoseverfahren zum Durchprüfen von elektrischen Schaltungen in Zusammenarbeit mit einem Computer, durch das ein geführtes Durchprüfen von Schaltungspunkten und dergleichen auf Fehler hin nach einem Algorithmus bewirkt wird, der von einem externen Ausgangsanschluß her ein rückwärtstastendes Aufspüren ermöglicht sowie ein System zur Durchführung des Verfahrens.

Es handelt sich bei dem erfindungsgemäßen Fehlerdiagnoseverfahren um Verbesserungen bei der automatischen Fehlerlokalisierung vorzugsweise in Platinen mit logischen Schaltungen, integrierten Schaltkreisen und dergleichen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung dabei auf ein Verfahren und ein System für das schnelle automatische Erkennen von Fehlern in analog-digitalen und gemischt-logischen Schaltungseinheiten, wobei das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das System besonders für die Verwendung eines Minicomputers geeignet ist, der benutzt wird, um in dem Gesamtsystem eine Echtzeit-Fehlersimulation zu ermöglichen.

In einem Aufsatz mit dem Titel "Automatic Fault Location Using On-Line Simulation", der erschienen ist in "IEEE Proceedings from the IEEE Intercon, 1974", und von den Miterfindern Haas und Henckels stammt, sowie in der entsprechenden deutschen Offenlegungsschrift Nr. 24 41 486 (entsprechend den US-Patentanmeldungen Nr. 443 153 und 583 539) sowie in dem veröffentlichten Handbuch "CAPS VII —

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Operating Instructions for CAPS Equipped 1792 Test System (GR 1792 A bis D Test Systeme) April 1975, geändert 1.Dezember 1975 der Anmelderin, General Radio Company, Jetzt Gen-Rad, Inc. sind Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, welche die Echtzeit-Simulation bei der automatischen Fehlerlokalisierung verwenden. Bei einer derartigen Simulation wird nur ein kleiner Teil des Inhalts eines vollständigen Fehlerverzeichnisses erzeugt, welches für die Untersuchung einer vorgegebenen Platine oder einer zu prüfenden Baugruppe benötigt wird, so daß es als Komponente eines Gesamtdiagnosesystems oder in Form einer Reihe von Auswertungsschritten im Rahmen einer Gesamtdiagnosetechnik oder -verfahren eines automatisierten Testsystems auf Minicomputerbasis benutzt werden kann, welches nur mit einer geringen Kapazität von Sekundärspeichern ausgestattet ist. Damit ist die genaue Diagnose von einfachen Fehlern möglich, welche in einem "genauen Abgleich" mit nachgebildeten Fehlern in Übereinstimmung gebracht werden können, während eine heuristische Annäherung einen "Teilabgleich" bei komplexerem fehlerhaften Verhalten ermöglicht, der zu einer mit einer großen Wahrscheinlichkeit behafteten Diagnose führt. Die in den genannten Druckschriften angeführte Technik umfaßt die folgenden Verfahrensschritte: Erstellen eines Teil-Fehlerverzeichnisses von nachgebildeten Fehlern in einer Schaltungsbaugruppe und Speicherung derselben in Form von mit elektrischen Mitteln feststellbarem Signalverhalten; Untersuchung der Schaltung in einer Anzahl von Echtzeit-Tests; Vergleich des Verhaltens der untersuchten Schaltung im Test mit dem Verhalten einer fehlerfreien Schaltung, um Abweichungen festzustellen, und falls diese vorliegen, Angabe von Fehlern aus dem Verhalten der fehlerfreien Schaltungen; Freigabe der getesteten Schaltung als in Ordnung, wenn keine Abweichungen vorliegen; auf die festgestellten Abweichungen hin Herausziehen einer Liste möglicher Fehler aus dem Teilfehlerverzeichnis; Simulation der im Test vorgekommenen Fehler in

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Echtzeit sowie Vergleich des Verhaltens der getesteten fehlerhaften Schaltung mit dem Verhalten bei simulierten Fehlern, um eine Fehlerdiagnose bei der zu prüfenden Baugruppe zu ermöglichen.

Zusätzlich zur automatischen Diagnose von logischen Fehlern durch die Simulation von möglichen Fehlermechanismen in Echtzeit verwendet ein Teil solcher Systeme einen computergesteuerten Tastkopf, um die Arbeitsweise der automatischen Fehlerlokalisierung zu ergänzen und Fehler dadurch einzugrenzen, daß ein unerwünschtes Signal zurück zu seinem Ausgangspunkt verfolgt wird, ohne daß irgendwelche Annahmen hinsichtlich der Art des Fehlers getroffen werden.

Da die Erfindung sich insbesondere auf Verbesserungen, die den Bereich des geführten Tastkopfes betreffen, bezieht und ein neues und verbessertes Verfahren und System bietet, um eine solche Führung "intelligent" zu machen, wie es weiter unten im Einzelnen beschrieben werden wird, erscheint es nicht erforderlich zu sein, die Systembeschreibungen, welche in den genannten Druckschriften enthalten sind, im Einzelnen wiederzugeben. Ein auf dem Gebiet tätiger Fachmann wird das Wesen der Erfindung und ihrer Weiterbildungen auch ohne eine solche Wiederholung leicht erkennen, welche ohnehin nicht die in der Erfindung enthaltenen neuen Gesichtspunkte betreffen und daher nur die Klarheit der Beschreibung beeinträchtigen würden.

Im Zusammenhang mit den obengenannten Ausrüstungen sind also zwei Werkzeuge erhältlich, um Herstellungsfehler auf gedruckten Digitalschaltungsplatinen zu diagnostizieren: die Fehlerverzeichnislösung und der aufspürende, computergeführte Tastkopf. Jede Lösung hat eine Reihe größerer Vorteile bewiesen und sich in ein wichtiges Werkzeug bei der automatischen Fehlersuche entwickelt. Gleichzeitig

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hat aber auch jede Lösung Schwachstellen, welche besonders in Erscheinung treten, wenn es darum geht, Fehler auf komplexen Platinen zu isolieren, welche eine große Zahl von MSI- und LSI-Chips enthalten. Insbesondere führt das Fehlerverzeichnis regelmäßig nicht bis zu einem Fehler an einem einzigen IC-Anschluß hin. Bei dem Tastkopf kann es oft 10 bis 15 Minuten dauern bis ein Fehler in einer komplexen Platinenbaugruppe entdeckt ist.

Einer der Hauptvorteile der Fehlerverzeichnis-Lösung ist die Geschwindigkeit, mit der die Diagnose nahezu unabhängig von der Schaltungsgröße oder -komplexität ausgeführt wird. Die Fehler werden innerhalb von Sekunden erkannt, ohne daß ein Operator eingreifen muß. Diese Technik hat sich insbesondere bei Platinen mit einem hohen Grad von Durchsichtigkeit bewährt, d.h. bei Platinen, die einen oder mehrere äußere Anschlüsse pro IC aufweisen. Oft ist diese Durchsichtigkeit nur durch die Benutzung eines "Nagelbrettes" als Testaufbau zu erreichen. Derartige Systeme sind beispielsweise in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben: Ernest T. Collins, "Fairtest - A System for Computer-Alded Design of Test Programs for Digital Logic Modules", 1973 Wescon Professional Program, Session und Robert M. McClure, "Fault Simulation of Digital Logic Utilizing a Small Host Computer", Proceedings - 9th Design Automation Workshop, 1972. Die Verbesserung der automatischen Echtzeitfehlersimulation, welche oben mit Präferenzen erwähnt wurde, verbessert die diagnostische Auflösung beträchtlich durch den Vergleich des Verhaltens der zu prüfenden Baugruppe mit dem simulierten Verhalten fehlerhafter Schaltungen während der Gesamtlänge des Testprogramms .

Aber auch diese Verbesserung kann nicht die dieser Art von Technik eingeprägten Beschränkungen überwinden. Da ein diagnostisches System, das von der Fehlerverzeichnis-Lösung Gebrauch macht, nicht dem Zustand interner IC-Anschlüs-

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se der zu prüfenden Baugruppe kennen kann, ist es regelmäßig nicht in der Lage, Fehler bis zu einem bestimmten IC-Anschluß zu verfolgen. Ein einfaches NAND-Gatter mit vier Eingängen (1, 2, 3, A) und einem Ausgang (5) soll als Beispiel zur Demonstration dieser eingeprägten Schwäche dienen.

Wenn es nur die logischen Werte am Ausgangsanschluß 5 betrachtet, kann das Fehlerverzeichnis nicht zwischen den folgenden fünf Fehlern unterscheiden: Anschluß 5 fest auf hohem Potential, Anschluß 1 fest auf niedrigem Potential, Anschluß 2 fest auf niedrigem Potential, Anschluß fest auf niedrigem Potential und Anschluß 4 fest auf niedrigem Potential. Deshalb müssen selbst bei einem solch einfachen IC fünf IC-Anschlüsse in der endgültigen Diagnose aufgelistet werden, wenn der Ausgang fest auf hohem Potential liegt. Wenn es einen Operator ungefähr zwei Minuten kostet, einen Pfad auf einer gedruckten Schaltung bei der Suche nach einem möglichen Kurzschluß zu verfolgen, können 10 Minuten dabei verbracht werden,den Fehler bei dem NAND-Gatter einzugrenzen, obgleich das System nur fünf Sekunden brauchte, um die fünf Anschlüsse zu identifizieren. Auf diese Weise kann die geringe Auflösung des Fehlerverzeichnisses sehr kostenintensiv sein.

Zus_ätzlich zu der geringen Auflösung kommt es vor, daß das Fehlerverzeichnis keinen Eingang für eine bestimmte Kombination von Fehlern einer vorgegebenen Platine aufweist. Auch mit der verbesserten Echtzeit-Simulationstechnik wird es immer einige statische und viele dynamische Fehler geben, die überhaupt nicht identifiziert werden können. Ein guter Anhaltspunkt für die obengenannten CAPS VII Systeme ist beispielsweise, daß bei einer Platine mit 100 IC-Schaltungen 9596 aller Herstellungsfehler bisjhin zu 3 IC-Anschlüssen genau diagnostiziert werden. Das kann eich verschlechtern für einige Logikbereiche mit

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besonders geringer Durchsichtigkeit, die von der Testfähigkeit des Schaltungsentwurf abhängt (David Schneider, "Designing Logic Boards for Automatic Test", Electronics, 25. Juli 1974).

Wegen dieser Probleme bevorzugen viele Anwender die Lösung des vorher genannten aufspürenden, computergeführten Tastkopfes. Derartige Techniken sind beispielsweise in den zuerst genannten aber auch in den nachfolgend genannten Veröffentlichungen beschrieben: F. David Patch et al., "Real-time Diagnosis of Logic Assemblies", 1970 Workshop on Fault Detection and Diagnosis, Lehigh University, PA, 1970 und Noel P. Lyons, "Faultrack, Universal Fault Isolation Procedure for Digital Logic", IEEE 1974 Intercon. Session 40. Da der Tastkopf jeden internen IC-Anschluß ausforschen kann, kann er Jederzeit einen Fehler bis herab zu einem einzelnen IC-Anschluß bestimmen, mit Ausnahme einiger seltener RUckkopplungs-Situationen. Der Hauptnachteil des Tastkopfes ist Jedoch, daß er langsam ist, da bisweilen eine große Anzahl von Punkten abgetastet werden muß, und daß die Irrtumswahrscheinlichkeit groß ist, da der Eingriff eines Operators bis zu einem gewissen Grad erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Systeme und Verfahren zu beseitigen und ein Verbessertes Verfahren zur automatischen Fehlererkennung wie auch ein System zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, das den einfachen computergeführten Tastkopf mit "Intelligenz" versieht, d.h. das System soll einerseits bei der Fehlersuche nicht unnötig lange zeitraubende Untersuchungen ausführen, deren Ergebnis für die vorliegende Fehlerkonstellation ohne Bedeutung ist, auf der anderen Seite aber eine möglichst genaue Eingrenzung der Jeweiligen Fehlerursache bewirken können.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des HauptanSpruchs genannten Lösungsmittel gelöst.

Bei der Erfindung wurde ausgegangen von der Erkenntnis, daß die wesentlichen Vor- und Nachteile des aufspürenden, computergeführten Tastkopfes denen der Fehlerverzeichnis-Lösung genau entgegengesetzt sind. Deshalb schafft eine Lösung, die die Nachteile der beiden vermeidet, ein brauchbares Instrument für die Fehlererkennung. Im Einzelnen weist der vorausschauende, computergeführte, intelligente Tastkopf gemäß der Erfindung die folgenden Eigenschaften auf:

(a) Herabsetzung der Zeit bis zur Fehlerdiagnose typischerweise um einen Faktor 3 bis 4 im Vergleich zum aufspürenden, computergeführten Tastkopf,

(b) genaue Fehlerdiagnose bis zum einzelnen IC-Anschluß,

(c) automatische Erzeugung als Nebenprodukt des Testprogramm-Herstellungsvorgangs und

(d) geringe Speicheranforderungen.

Der vorausschauende, computergeführte Tastkopf gemäß der Erfindung macht darüberhinaus Gebrauch von einem Teilfehlerverzeichnis, das in der ersten genannten Literaturstelle detailliert beschrieben ist, um eine Angabe des Fehlerortes zu liefern, die auf dem Verhalten der zu untersuchenden Baugruppe basiert. Aber anstatt das fehlerhafte Verhalten von einem Randkontakt (äußerer Ausgang) zurückzuverfolgen, weist das System den Operator automatisch an, denjenigen Punkt zu untersuchen, für den ein Fehler angegeben wird. Vorteilhaft bei der Erfindung ist also, daß es möglich ist, bei einer digitalen Schaltungsplatine nahezu beliebigen Typs einen Fehler bis zu einem einzelnen IC-Anschluß in ein bis zwei Minuten genau anzu-

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geben. Das gilt sogar auch für einige analog-digitale Schaltungsplatinen.

Gemäß der Erfindung wird der Tastkopf also in einer solchen Weise mit "Intelligenz" versehen, daß die Anfangsund Sprungpunkte für den Test und die Echtzeitverarbeitung aus der Fehlerangabe hergeleitet werden.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß das neue Verfahren und das System als Teil bzw. Komponente die Möglichkeiten der Minicomputertechnik ausnützen können und auf diese Weise eine schnelle, akkurate und selbsttätige Ermittlung eines fehlerhaften Verhaltens in komplexen Schaltkreisen ermöglichen, ohne daß geschultes Personal erforderlich wäre.

Weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Vorteile ergeben sich insbesondere aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels, die im Anschluß erfolgt. Insgesamt schließt das Verfahren nach der Erfindung gemäß einem ihrer Aspekte ein: Testen der zu prüfenden Baugruppe; Herleiten einer Fehlervorhersage; Steuerung des Tastkopfes zu dem ermittelten Punkt und,falls er fehlerhaft ist, Weiterverfolgung des Fehlers von dort aus, oder Aufstellung einer genaueren Fehlerangabe; und die Nutzung einer Kombination der Vorhersage fehlerhafter Punkte und des Aufspürens fehlerhafter Punkte, um zu bewirken, daß der Tastkopf schließlich den Fehler bei einem einzelnen IC-Anschluß, Schaltungspunkt oder dergleichen eingrenzt. Bevorzugte Einzelheiten dazu werden noch erläutert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll jetzt anhand der Zeichnung beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Elektronikschaltung, die als Beispiel entsprechend der Erfindung getestet werden soll,

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Fig. 2 ein Blockschaltbild in Form eines Flußdiagramms einer bevorzugten Ausführung der Erfindung und

Fign. 3 bis 7 Blockschaltbilder verschiedener

Schaltungskonfigurationen und Testnunkte

Die Philosophie, die der Technik gemäß der Erfindung zugrundeliegt, mag am Anfang am besten durch einen Rückblick auf die konventionelleren rückwärtstastenden Prüfverfahren am Beispiel der illustrativen Schaltung nach Fig. 1 erläutert werden, die ein Eingangs-Gatter IC 17, einen elektronischen Zähler IC 53» ein Schieberegister IC 32 und eine Anzahl von Ausgangs-Bus-Treibern IC 25, 37, 59 und 71 enthält.

Es soll angenommen werden, daß der Fehler in einer unterbrochenen Verbindung zwischen IC 17-3 (IC 17, Anschluß 3) und IC 32.8, (IC 32, Anschluß 8) bestehe. Um den Fehler mit dem herkömmlichen Verfahren des aufspürenden Tastkopfes zu finden, muß das Fehlverhalten vom externen Ausgang 52 E über die Bus-Treiber, den Zähler IC 53 und das Schieberegister IC 32 zurückverfolgt werden. Sogar in diesem einfachen Fall, bei dem der Zähler nur drei logische Stufen vom Randanschluß entfernt liegt, muß der Operator 21 Punkte untersuchen, um den Fehler einzugrenzen, wie es anhand der folgenden Testreihe gezeigt wird:

52 E, - bei Test 620/Fehler am Sensoran

schluß/Start rückwärtstasten von 52 E

Prüfung IC 25.3, - bei Test 620 Prüfung IC 25.1, +

Prüfung IC 25.2, +

Prüfung IC 37.1, +

Prüfung IC 37.2, +

Prüfung IC 59.1, +

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- 44- -

Prüfung IC 59·2, + Prüfung IC 71.1, - bei Test Prüfung IC 53-1, + Prüfung IC 53-2, + Prüfung IC 53-3, + Prüfung IC 53-4, + Prüfung IC 53-5, + Prüfung IC 53-6, - bei Test Prüfung IC 32.1, + Prüfung IC 32.2, + Prüfung IC 32.8, - bei Test Prüfung IC 17.1, + Prüfung IC 17.2, + Prüfung IC 17.3, + Prüfung IC 32.8, - bei Test 70/Angabe des endgültig

ermittelten Punktes

Mit der vorausschauenden Tastmethode gemäß der Erfindung kann die Fehlerdiagnose mit einem Nachschlagen im Fehlerverzeichnis begonnen werden. Typischerweise ergeben sich aus diesem Nachschlagen mehrere mögliche Vorhersagen für den Fehlerort. Im Beispielsfall sind das IC 53·6, IC 32.8, IC 17.1, IC 17.2 und IC 17.3, welche alle als möglicher Ort des Fehlers in Betracht kommen. Anstatt nun diese Information dem Operator anzuzeigen, weist das System ihn jetzt an,die angegebenen Punkte zu testen, bis er zu einem Schaltungspunkt kommt, an dem die elektrischen Werte von denjenigen abweichen, die bei einer intakten Platine vorliegen würden. An diesem Punkt setzt die Zurückverfolgung ein, um den fehlerhaften Anschluß herauszufinden. In dem obengenannten Beispiel würde die Tastfolge folgendermaßen ablaufen:

52 E, .- bei Test 620/Fehler am Sensoranschluß Prüfung IC 53.6, - bei Test 250/Nachachlagen im

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Fehlerverzeichnis Prüfung IC 32.1, +
Prüfung IC 32.2, +
Prüfung IC 32.8, - bei Test 70 Prüfung IC 17.1, +
Prüfung IC 17.2, +
Prüfung IC 17-3, +
Prüfung IC 32.8, - bei Test 70/Angabe des endgültig

ermittelten Punktes

Der erste untersuchte Punkt stellte sich als "minus" heraus, d.h. die logischen Werte an diesem Punkt stimmten nicht bei allen Punkten des Platinentestprogramms mit den ordnungsgemäßen Werten überein. Der Fehler mußte daher bei diesem Schaltungspunkt liegen oder auf dem Wege vor diesem. Deshalb stimmt von dieser Stelle an die Testreihe mit der des Verfahrens des aufspürenden, computergeführten Tastkopfes überein.

Dadurch, daß mit dem Fehlerverzeichnis bei dem angegebenen Punkt begonnen wird, läßt sich - sogar bei diesem einfachen Beispiel - die Anzahl der zu untersuchenden Punkte erheblich von 21 auf 8 reduzieren. Da weniger Testpunkte geprüft werden müssen, wird zusätzlich zu der ersparten Zeit auch die Wahrscheinlichkeit herabgesetzt, daß wegen einer fehlerhaften Messung ein falsches Ergebnis auftritt. Daher ist die Methode mit dem vorausschauenden Tastkopf nicht nur schneller als die aufspürende Methode sondern auch genauer, da weniger vom Operator verursachte Fehler auftreten können. Da darüberhinaus der benutzte Algorithmus bei der vorausschauenden Methode bei der endgültigen Diagnose derselbe ist wie bei der aufspürenden Methode, wird durch das Diagnosesystem in jedem Falle ein Fehler bis zu einem einzelnen IC-Anschluß oder Schaltungepunkt eingegrenzt, ausgenommen eine kleine Anzahl von Fehlern bei asynchronen Rückkopplungsschleifen.

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Wie das Verfahren mit dem aufspürenden Tastkopf ist auch der vorausschauende computergeführte Tastkopf unabhängig von dem Fehlermodell, das benutzt wurde, um das Testprogramm zu erstellen. Jedesmal, wenn die zu prüfende Baugruppe im Testprogramm irgendeinen Fehler zeigt, wird ein Nachschlagen im Fehlerverzeichnis eingeleitet. Für den ungewöhnlichen Fall, daß keine Übereinstimmung oder Fast-Ubereinstimmung mit dem Verhalten der fehlerhaften Platine gefunden werden kann, wird die Arbeitsweise des Systems automatisch auf ein Standard-Fehlersuchverfahren zurückgeführt.

Für den bei der Herstellung typischen Fall des Auftretens mehrerer Fehler hat sich die vorausschauende Technik aus mehreren Gründen als sehr erfolgreich herausgestellt. Die Erfahrung hat gezeigt, daß sich in der weitaus überwiegenden Anzahl der Fälle Mehrfachfehler einzeln im Verlaufe des Testprogramms bemerkbar machen. Nachdem die Prüfung einen Fehler eingegrenzt hat und die Reparatur ausgeführt wurde, wird die Platine wiederum getestet und der nächste Fehler diagnostiziert.

Dieses Verfahren wird fortgesetzt bis alle Fehler eliminiert sind und die Schaltung den Test passiert. Falls schließlich verschiedene Fehler zu einem gemeinsamen Fehlverhalten zusammenwirken, das nicht für einen einzelnen individuellen Fehler charakteristisch ist, kann es schlimmstenfalls eintreten, daß keiner der zu testenden Schaltpunkte, der durch das Nachschlagen im Fehlerverzeichnis vorgeschlagen wurde, in Wirklichkeit auf einem fehlerhaften Pfad liegt. In diesem Fall sucht sich der vorausschauende Tastkopf automatisch seinen Weg zu dem mit einem Fehler behafteten Randanschluß zurück, wobei er die Information, welcher Pfad keinen Fehler enthält, speichert, um zu vermeiden, daß diese Punkte erneut getestet werden.

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In allen Fällen ist jedoch die Fehlersuchstrategie der vorausschauenden Probe für den Operator des Systems vollkommen durchsichtig. Die einzigen Handlungen, die der Operator ausführt, sind: führen des Tastkopfes an den IC-Anschluß, der auf einem Sichtgerät angezeigt wird, und betätigen eines Fußschalters.

Jedes System, das eine automatische oder halbautomatische Diagnose komplexer logischer Schaltungen durchführt, erfordert bestimmte Einrichtungskosten. Günstigerweise werden bei dem "intelligenten Abtaster", der ein Teil des CAPS-Testerzeugungs-, Berechnungs- und Diagnose-Software-Systems is% die Auswertung von Zustandsdaten der Schaltungspunkte und die Informationen für das Fehlerverzeichnis automatisch als Nebenprodukt des Testerzeugungsund Auswertungsverfahrens aufgestellt. Auf diese Weise ist, nachdem der Testtechniker erfolgreich eine Teststrategie zusammengestellt hat, das System unmittelbar bereit, um automatisch Schaltungen zu diagnostizieren.

Der vorausschauende Tastkopf stellt dann eine wirkungsvolle Lösung dar, um digitale Schaltkreise zu untersuchen. Für den Bereich der Massenproduktion gibt es jedoch noch einige Aspekte, die betrachtet werden sollten. Wie kann beispielsweise das Diagnosesystem für die Behandlung von in Schaltungen am häufigsten vorkommenden Fehlern optimiert werden? Der "intelligente Tastkopf" gemäß der Erfindung schließt neben der Fehlerverzeichnisvorausschau eine Reihe von Möglichkeiten ein, welche seine diagnostischen Möglichkeiten weiter verbessern und es außerdem gestatten, Platinen mit gemischten analog-digitalen Schaltungen und gemischten Logik-Familien zu behandeln.

Die durch den Anwender programmierte Vorausschau-Eigenschaft gemäß der Erfindung gestattet es dem Testtechniker, Schaltungspunkte anzugeben, die auf der Basis bestimmter

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Fehlerbedingungen überprüft werden sollen. Für den Fall der Schaltung nach Flg. 1 soll beispielsweise angenommen werden, daß die Verbindung zwischen IC 17.3 und IC 32.8 durch eine Querverbindung erzeugt wird, die häufig schlechten Kontakt hat und deshalb eine regelmäßige Fehlerursache darstellt. Durch eine einfache einzeilige Feststellung kann der Techniker leicht und schnell dieses Wissen in das Diagnosesystem einbringen. Als Folge davon wird immer, wenn der Meßfühler im angegebenen Test einen Fehler anzeigt, das System den Operator anweisen, die Querverbindung zuerst zu überprüfen. Die Testfolge würde bei diesem Beispiel also folgendermaßen lauten:

52 E, - bei Test 620/Fehler am Sensoran

schluß

Prüfung IC 32.8, - bei Test 70/von Anwender programmierter Anfangspunkt

Prüfung IC 17.1, +

Prüfung IC 17.2, +

Prüfung IC 17.3, +

Prüfung IC 32.8, - bei Test 70/Angabe des endgültig

ermittelten Punktes

Für einen vorgegebenen Schaltungstyp können den Untersuchungsdaten jeweils viele solche vom Anwender programmierte Prüfungsanfangspunkte hinzugefügt werden, so daß in Abhängigkeit von den Fehlerbedingungen, die häufigsten Gründe für diese Bedingungen sofort überprüft werden können. Da das Testsystem die Erfahrung eines eingearbeiteten Operators aufnehmen kann, ist eine wirkungsvolle Diagnose komplexer Schaltungen nicht länger von Bedienungspersonen abhängig, die eine intime Kenntnis der zu untersuchenden Schaltungen erworben haben. Die Möglichkeiten der Produktionsprüfung bleiben daher trotz Personalwechsels auf einem gleichbleibend hohem Niveau.

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Eine weitere wichtige Anwendung der durch den Anwender programmierten Vorausschau-Eigenschaft erlaubt dem computer ge führ ten Tastkopf, automatisch digitale Fehler zu untersuchen, welche sich nur durch ein Fehlverhalten bei analogen Tests bemerkbar machen. Es soll z.B. eine digitale Schaltung betrachtet werden, welche einen Digital-Analog-Konverter (D/A) treibt, dessen Ausgänge allein für den Tester zugänglich sind. Unter der Voraussetzung, daß die digitale Logik, welche den Eingang des Konverters steuert, ziemlich komplex ist, wird ein Fehler, der am Konverterausgang erscheint, höchstwahrscheinlich durch einen Fehler im digitalen Teil der Schaltung hervorgerufen werden. Wenn der Testtechniker eine Anzahl von Prüfungsanfangspunkten bei den digitalen Eingängen programmiert, wird das System automatisch diese Eingänge überprüfen, wennjimmer der Analog-Test des D/A einen Fehler anzeigt. Daraufhin wird das System die Fehlerursache in der Digitalschaltung suchen. Nur wenn alle Eingänge des D/A ohne Fehler sind, wird das System den D/A-Konverter als Fehlerursache bezeichnen. Auf diese Weise kann das Diagnosesystem leicht so programmiert werden, daß es automatisch eine große Anzahl von Fehlern auf gemischt Analog-Digital-Platinen lokalisiert.

Trotz der vorgesehenen automatisierten Mittel zur Eingrenzung von Fehlern, ist es oftmals für den Operator wünschenswert, den Tastkopf dadurch selbst zu führen, daß er diejenigen Punkte, welche er zu untersuchen wünscht, angibt und das System die Daten an diesen Punkten analysieren läßt. Diese Art der Zusammenarbeit, welche für den "intelligenten Tastkopf" entwickelt wurde, gestattet dem Operator einen Fehlerort in Echtzeit vorzuschlagen, d.h. in der Zeit, während der die Platine getestet wird. Er führt das aus durch Eingabe der Bezeichnung des ICs und der Anschlußnummer des Punktes, den er überprüfen möchte. Daraufhin - nachdem es den Punkt überprüft hat - infor-

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miert das System den Operator, ob der Punkt in Ordnung war oder einen Fehler aufwies. Mit dieser Information kann der Operator einen weiteren Punkt vorschlagen oder aber die vollständige Führung durch Knopfdruck an den computergeführten Tastkopf zurückgeben. Alle Punkte, die in dieser Zusammenarbeit getestet worden sind, werden bei der Aufstellung der abschließenden Diagnose verwertet. Wenn ein Schaltungspunkt mit fehlerhaftem Verhalten untersucht wurde, überprüft das System die Eingangsdaten für diesen Schaltungspunkt. Wenn diese in Ordnung sind, diagnostiziert das System den Fehler bei dem vom Operator angegebenen Schaltungspunkt. Im anderen Fall prüft es nach der üblichen Prüftechnik rückwärts bis zur Fehlerquelle.

Die zusammenarbeitende Echtzeit-Vorausschau ist am nützlichsten, wenn der Operator eine gute Idee hat, wo der Fehler liegen könnte, und möchte, daß das System diesen Hinweis in die Tat umsetzt. Falls das Problem von der Art ist, daß es erneut auftauchen könnte, kann er den Vorausschaupunkt fest in das System eingeben, so daß die Vorausschau in Zukunft vom System an dieser Stelle automatisch ausgeführt wird.

Schließlich kann der "intelligente Tastkopf" gemäß der Erfindung die Fähigkeit aufweisen, die Grenzwerte für den Meßfühler automatisch in Abhängigkeit der Logik-Familie am zu untersuchenden Punkt zu variieren. Auf diese Weise kann er logische 0- und 1-Pegel für verschiedene Familien auf Schaltungsplatinen mit gemischter Logik erkennen, wie sie beispielsweise bei der Kombination von TTL-, MOS- und CMOS-Technologien vorkommen. Die Bestimmung der Logik-Familie an jedem Schaltungspunkt wird automatisch als Teil des Test-Erzeugungs- und -Auswertungs-Verfahrens vorgenommen, so daß der Techniker von der mühsamen Aufgabe befreit ist, die Grenzwerte für jeden Schaltungspunkt zu programmieren.

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Während der Testzeit erspart dieses automatische Umschalten der Grenzwerte für den Tastkopf - unabhängig von der Betriebsart - die Notwendigkeit des Umschaltens am Tastkopf selbst, welche zu Irrtümern des Operators Anlaß geben kann. Ohne daß die gemischte Natur der Logik auf der Platine sichtbar wäre, kann der Operator so auf Fehlersuche gehen, als ob es sich um eine digitale Schaltung mit einer einzigen Logik-Familie handelte.

Das allgemeine Testverfahren der Automatischen-Fehler-Lokalisation (AFL) soll jetzt anhand von Fig. 2 (Blockschaltbild und Flußdiagramm) beschrieben werden, wie es auch in dem obengenannten CAPS Vll-System und den Veröffentlichungen vorkommt. Die Benutzung der Start- oder AFL-Tasten 10 bzw. 11 in Fig. 2 erzeugt einen Übergang zum Anfang des Flußdiagramms A. Wenn AFL angesteuert ist, kann ein Platinentest mit einer Baueinheit durchgeführt werden, welche extern oder peripher bei B mit dem System verbunden ist, wie es im Folgenden beschrieben ist. Wenn AFL nicht angesteuert ist, wird geprüft, ob die Betriebsweise "geführter Tastkopf" eingeschaltet ist.

Der Test wird bei B durch ein Modul ausgeführt, das das Testpult einschließt, wie es von Haas und Henckels in den obengenannten Literaturstellen beschrieben ist. Wenn die Starttaste C ursprünglich betätigt war, um zu A zu gelangen, wird das Testprogramm automatisch vom Modul AFL 1 damit begonnen, daß in dem Fehlerverzeichnis bei C nachgeschlagen wird, welche vorbekannten Fehler für das Fehlverhalten verantwortlich sein könnten. Für die Zwecke der Beschreibung wird die Zahl dieser Fehler durch eine Variable FI gekennzeichnet. Die Anfangsübertragungsgrenzen der AFL werden dann in D und H benutzt, um Sprünge des Tastkopfes mit oder ohne Anfangspunkten zu erzeugen oder die AFL-Simulation fortzusetzen. Wenn die Anzahl der Fehlerklassen FI eine vorgegebene unter Grenze unterschrei-

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tet (IL) (d.h. FKIL), so wird eine übertragung an den geführten Tastpunkt mit den Anfangspunkten angezeigt (D). Zunächst wird jedoch der Zustand für den Druck der Zwischendiagnose bei I geprüft. In Stellung Ein werden die betreffenden Fehler durch das AFLPRB-Modul F dargestellt. Ob die Zwischenfehler gedruckt werden oder nicht, die vom geführten Tastkopf benutzten Anfangspunkte werden in G durch das AFLPRB-Modul vorbereitet bevor sie an den geführten Tastkopf übertragen werden. Falls andererseits die Zahl der anfänglichen Fehlerklassen FI größer ist als die anfängliche obere Grenze IN, so wird eine direkte übertragung zum gesteuerten Tastkopf ausgeführt, ohne daß Anfangspunkte H vorbereitet werden.

Falls jedoch keine dieser Grenzen eine Übertragung an den gesteuerten Tastkopf bewirkt, so wird eine AFL-Simulation J durch das Modul AFLSIM ausgeführt. Der Modul AFL 2 klassifiziert dann die Zahl der Fehler in Abhängigkeit der Simulationsergebnisse (FF ist die Zahl der Fehler, die von AFL 2 akzeptiert werden). Falls die Zahl der Fehler kleiner ist als die untere Grenze FL und die Fehler genau der Fehleroperation J entsprechen, so wird eine endgültige Diagnose bei K ausgedruckt und der Gesamttestvorgang wird erneut gestartet. Für den Fall, daß die Anzahl der Fehlerklassen größer ist als die endgültige obere Grenze FU bei·L, so wird eine direkte übertragung an den gesteuerten Tastkopf ohne Anfangspunkte ausgeführt. Wenn beide Grenzwertprüfungen versagen, wird eine Übertragungsfolge an die gesteuerte Probe mit den Anfangspunkten E, F und G vorgenommen.

Das erste Nachschlagen der AFL (Kasten C in Fig.2) wird durch einen Modul ausgeführt, der AFLI benannt ist. Das Nachschlagen benutzt zwei Datenteile vom Testvorgang der zu prüfenden Baugruppe: die Nummer des fehlerhaften Tests und den Fehlervektor. Das sind derjenige Programm-

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schritt, bei dem zuerst ein Fehler auftritt, und eine Liste der TesttreiberZ-sensoren, bei denen in diesem Test ein Fehler auftrat.

Dann wird das vorbereitete Fehlerverzeichnis benutzt. Das Fehlerverzeichnis enthält Daten darüber, wie jeder nachgebildete Fehler aufgefunden werden sollte und ist zuerst durch die Schrittnummer und dann durch den Fehlervektor organisiert. Auf diese Weise werden die Eintragungen in das Fehlerverzeichnis für die Fehler während des Testes der zu prüfenden Baugruppe herausgezogen. Nur diejenigen Eintragungen,deren Fehlervektor dem Fehlervektor der zu prüfenden Baugruppe entspricht, werden als mögliche Ursache für das Fehlverhalten der Baugruppe betrachtet, wie es in den CAPS VII Veröffentlichungen beschrieben ist.

Mit anderen Worten werden durch das Nachschlagen im Fehlerverzeichnis diejenigen modellierten Fehler herausgezogen, die bei der Simulation bei dem selben Schritt und auf die gleiche Weise auftreten wie bei der zu prüfenden Baugruppe. Dieses Verfahren dient dazu, die Zahl der möglichen Fehler, welche für das Fehlverhalten einer bestimmten Baugruppe verantwortlich sind, aus einer Zahl von 100 oder 1000 auf 10 oder weniger zu reduzieren. In einigen Fällen kann die Auflösung bei dieser Stufe schon recht gut sein, d.h. die Zahl der möglichen Fehler ist klein durch die Tatsache, daß verschiedene Fehler sich auf verschiedene Weise auswirken. In anderen Fällen, wenn die zu untersuchende Baugruppe bereits auf einer frühen Stufe des Testprogramms ein Fehlverhalten zeigt oder nur wenige Anschlüsse der Platine zugänglich sind, kann die Auflösung geringer sein und eine größere AFL-Slmulation erfordern, um die Zahl der möglichen Fehler einzuschränken.

Der AFL-Simulationsvorgang ist im großen und ganzen der

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Fehlersimulation ähnlich. Die möglichen Fehler werden in das Simulationsmodell der zu prüfenden Baugruppe eingegeben und die Arbeitsweise der fehlerhaften Baugruppe simuliert. Bei der Vorbereitung wird die Simulation des Fehlerverzeichnis-Modells mit der Simulation der ordnungsgemäßen Schaltung verglichen, um eine Fehlerbestimmung festlegen zu können. Bei der AFL-Simulation wird die Simulation des fehlerhaften Modells verglichen mit der tatsächlichen fehlerhaften Arbeitsweise der zu untersuchenden Baugruppe. Wenn eine Nachbildung eines fehlerhaften Modells der Arbeitsweise der zu prüfenden Baugruppe entspricht, so wird der nachgebildete Fehler als verantwortlich für das Fehlverhalten der echten Baugruppe bezeichnet. Jeder Fehler, dessen Modellsimulation nicht exakt mit dem der fehlerhaften Baugruppe übereinstimmt, kann nicht allein für das Versagen der Baugruppe verantwortlich sein. Das AFL-Verfahren führt jedoch pro Modell nur einen Fehler ein, wohingegen in Wirklichkeit zwei, drei oder mehr Fehler bei einer Baugruppe vorkommen können.

Es ist daher möglich, daß ein Fehler, der als in einer defekten Baugruppe vorhanden nachgebildet ist, in bestimmter Weise von dem Verhalten der Baugruppe abweicht. Das liegt dann höchstwahrscheinlich an einem oder mehr weiteren Fehlern, welche zusätzliche Fehleranzeigen beim Testen hervorrufen oder das durch den ersten Fehler hervorgerufene Verhalten verändern. Außerdem kann es zu einem Fehlabgleich wegen eines Fehlers kommen, der nichtlogischer Natur ist, d.h. ein Fehler, der ein zufälliges Verhalten der zu untersuchenden Baugruppe erzeugt, das nicht vorhersagbar ist. Beispiele für diese Kategorie sind: ein Kurzschluß über einen Inverter, wodurch eine schnelle Schwingung hervorgerufen wird, oder ein Kurzschluß, der eine Überlastung bewirkt, welche ihrerseits ein Schwellenspannungsverhalten hervorruft.

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Die AFL-Simulation benutzt eine anspruchsvolle Technik, welche den Grad der Wahrscheinlichkeit dafür mißt, daß ein nachgebildeter Fehler in irgendeiner Weise für das Versagen der Baugruppe verantwortlich ist. Diese Technik ergibt eine der drei Arten der Diagnose: "verifiziert", "verifiziert durch andere" und "wahrscheinlich". "Verifiziert" zeigt an, daß ein nachgebildeter Fehler exakt mit der fehlerhaften Arbeitsweise der zu untersuchenden Baugruppe übereinstimmt. "Verifiziert durch andere" gibt an, daß der nachgebildete Fehler in Bezug auf das Verhalten einer ordnungsgemäßen Baugruppe eine Untergruppe des Fehlverhaltens einer fehlerhaften Baugruppe ist. Das heißt, daß der oder die in der Diagnose angegebenen Fehler zwar bei der Baugruppe vorliegen, daß aber ein oder mehr zusätzliche Fehler vorhanden sind. Diese zusätzlichen Fehler können nur diagnostiziert werden, wenn der oder die Fehler bei der vorliegenden Diagnose beseitigt sind. "Wahrscheinlich" gibt an, daß das modellierte Fehlverhalten zwar keine Untergruppe von Fehlern der untersuchten Baugruppe darstellt, die Übereinstimmung aber groß genug ist, um anzuzeigen, daß der betreffende Fehler "wahrscheinlich" vorliegt.

Entsprechend der Erfindung mag es wünschenswert sein, nach einem ersten Nachschlagen oder nach der AFL-Simulation zum geführten Abtastkopf überzugehen. Falls die Zahl der Fehlerklassen nach dem ersten Nachschlagen klein ist, kann es günstiger sein, den geführten Tastkopf diese Fehlerklassen überprüfen zu lassen als mit der AFL-Simulation fortzufahren. Das heißt, schneller als die AFL-Simulation die Zahl der Fehler einschränkt kann der geführte Tastkopf die angezeigten Fehlerklassen durchprüfen und dadurch bestimmen, wo der tatsächliche Fehler vorliegt. Nach der Erfindung wird dafür gesorgt, daß der geführte Tastkopf angewiesen ist, wo zunächst geprüft werden soll, was da rauf basiert, daß aus jeder untersuchten Fehlerklasse

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ein Schaltungspunkt aufgesucht wird. Eine Fehlerklasse ist eine Gruppe von einem oder mehreren individuellen Fehlern (fest auf Null-Potential, fest auf Eins-Potential, Kurzschluß zu einem anderen Anschluß), welche nicht unterscheidbar sind, wenn sie vom externen Verhalten der untersuchten Baugruppe aus betrachtet werden. Obgleich der geführte Tastkopf alle Anschlüsse, die in einer Fehlerklasse enthalten sind, betrachten kann, muß ihm jeweils ein bestimmter zu untersuchender Punkt angegeben werden - ein Punkt, der fehlerhaftes Verhalten zeigt, sobald irgendeiner der einzelnen Fehler der betreffenden Fehlerklasse vorliegt. Falls er auf diese Weise instruiert ist, betrachtet der Tastkopf zunächst diejenigen Punkte, die ihm angegeben sind. Falls einer dieser Punkte einen Fehler zeigt, verfolgt der geführte Abtastkopf in üblicher Weise die Eingrenzung des Fehlers, wobei er mit dem Punkt beginnt, der einen Fehler zeigt. Dies ist ein großer Vorteil gegenüber der normalen geführten Abtaster-Anfangsprozedur, welche beinhaltet, daß - wie vorher beschrieben - ein Zurückverfolgen von einem fehlerhaften äußeren Anschluß vorgenommen wird. Der geführte Abtastkopf wird deshalb auf intelligente Weise angewiesen, direkt in den Fehlerbereich zu springen, wodurch oftmals viele Minuten Meßarbeit gespart werden.

Nachdem jetzt die Hintergrundarbeiten eines derartigen automatischen Fehlersuchsystems beschrieben sind, wie sie ausführlich auch in den oben zitierten Literaturstellen enthalten sind, sollen jetzt besondere Beispiele dafür gegeben werden, welche Flexibilität mit der Methode gemäß der Erfindung erreichbar ist, wobei bezüglich weiterer Einzelheiten Bezug genommen wird auf die Unterlagen, die von den Miterfindern Haas und Henckels unter dem Titel "The Smart Probe - A New Diagnostic Tool" der National Electronic Packaging and Production Conference sowie der WESCON im Juni 1975 vorgelegt worden sind.

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Zunächst soll der Gebrauch einer grundlegenden algorithmischen Geradeausnäherung ausgewählt werden. Ausgehend von einem externen fehlerhaften Ausgang wird der Tastkopf zunächst von einem fehlerhaften Schaltungspunkt zum nächsten rückwärts vorgehen bis er an einen Punkt gelangt, bei dem der Ausgang eines logischen Gatters zwar fehlerhaft ist, aber alle Eingangssignale in Ordnung sind. Hier liegt dann der Fehler der Platine vor. In Fig. 3 ist dargestellt, daß, ^dw?nS^astkv8i fehlerhaften Ausgang A rückwärts tastet, der Algorithmus zunächst den Anschluß 2^f überprüfen, und wenn dieser in Ordnung ist, den Anschluß 3' zu kontrollieren wünschen wird. Da er herausfinden wird, daß der Anschluß 3' einen Fehler zeigt, die Anschlüsse 4· und 5' dagegen in Ordnung sind, kann er angeben, daß der Fehler am Anschluß 3' liegt.

Um sicherzustellen, daß der Algorithmus in allen Fällen arbeitet, sind Mittel vorgesehen, um auch Rückkopplungsschleifen zu behandeln. Es ist wichtig, daß, wenn einmal in eine Rückkopplungsschleife eingetreten worden ist, keine Diagnose abgegeben wird, bevor nicht alle möglichen "Ausgangspfade" aus der Schleife untersucht worden sind. Als Beispiel wird eine einfache Verriegelungsschaltung in Fig. 4 dargestellt, die das allgemeine Problem veranschaulichen soll. Wenn man den Anschluß 1^f, der dem fehlerhaften externen Ausgang A entspricht, die Anschlüsse 2¹ und 3' betrachtet, würde der Algorithmus, wenn kein Rückkopplungs-Entdeckungs-Mechanismus vorgesehen wäre, zunächst versuchen, Punkt 4' zu untersuchen, woraufhin er in eine unendliche Schleife von Aufforderungen geraten würde, dieselben beiden Schaltungspunkte wiederholt zu untersuchen. Wenn andererseits der Rückkopplungs-Entdekkungs-Mechanismus versuchen würde, den Fehler zu diagnostizieren, nachdem Punkt 3¹ überprüft wurde, würde der aufspürende Tastkopf eine Fehldiagnose erzeugt haben, da noch nicht alle "Ausgangspfade" untersucht worden sind.

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Die korrekte Durchführung erfordert, daß die Anschlüsse 4·, 5' und 6' so untersucht werden, daß eine richtige Diagnose bei Punkt 5¹ erstellt werden kann. Dehnt man diese Technik auf das allgemeine Problem von Rückkopplungen aus, so ist sichergestellt, daß der grundsätzliche computergeführte, aufspürende Tastkopf-Algorithmus den richtigen Fehler herausfinden kann.

Es ist offensichtlich, daß der grundsätzliche Tastkopf-Algorithmus ein festes Fundament bildet, auf das ein extensives Prüfsystem aufgebaut werden kann. Nach dem verwendeten Prinzip des "Schwarzen Kastens" ist es nicht erforderlich, sich mit Einzelheiten sowohl des Tastkopfes als auch der besonderen zu untersuchenden Baugruppe auseinanderzusetzen. Der Anwender braucht nur den Anforderungen des Tastkopfes nach zu untersuchenden Schaltpunkten nachzukommen, um eine genaue Diagnose sicherzustellen. Auf der anderen Seite können zusätzliche Ausbaustufen für den anspruchsvollen Anwender leicht hinzugefügt werden. Das liegt daran, daß der Anwender leicht den grundsätzlichen Algorithmus verstehen kann und damit auch, wie dieser durch seine Handlungsweise beeinflußt wird. Außerdem gibt der grundsätzliche Algorithmus stets einen Punkt an, zu dem zurückgekehrt werden kann, wenn ein Versuch des Anwenders als nicht erfolgreich herausgestellt hat. Der Hauptnachteil der alleinigen Anwendung des grundsätzlichen Algorithmus wird bei solchen Baugruppen offensichtlich, welche eine gewisse "Tiefe" aufweisen, das heißt, daß viele Logikebenen zwischen den externen Eingängen und Ausgängen liegen. Im Falle einer aus komplexen ICs zusammengesetzten Baugruppe, wie beispielsweise Zählern oder Schieberegistern, wäre es nicht ungewöhnlich, vier oder fünf Anschlüsse pro Logikebene zu untersuchen. Wenn sechs oder mehr Logikebenen zwischen dem externen Ausgang und dem Fehler liegen, kann die Zahl der individuellen zu prü fenden Punkte bei einer vorgegebenen Baugruppe auf über

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dreißig ansteigen. Die wichtigste durch das Hinzufügen weiterer Fähigkeiten erzeugten Eigenschaft ist die Herabsetzung der individuellen zu überprüfenden Schaltungspunkte

Wie zuvor erläutert, können Anfangspunkte auf intelligente Weise für den Tastpunkt erzeugt werden. Eine erste zusätzliche Fähigkeit, die zum Basissystem hinzugefügt werden kann, ist der Gebrauch eines Fehlerverzeichnisses, das, wie zuvor erläutert, Anfangspunkte für den suchenden Abtastkopf intern zum Bedienungspult bereitstellt. In seiner einfachsten Ausführung verbindet das Fehlerverzeichnis den Ort des Fehlers mit dem ersten fehlerhaften Test im Testprogramm und der Kennzeichnung des fehlerhaften externen Ausgangs bei dem Test. Auf diese Weise können, wenn eine Baugruppe versagt, alle Fehler im Verzeichnis, welche das erste Auftreten eines Fehlers in dem selben Test verursachen wie die zu untersuchende Baugruppe mit dem identischen Fehlerverhalten, dem Tastkopf als Anfangspunkte angegeben werden. Der Tastkopf sucht dann den ersten Anfangspunkt aus und verlangt, daß er geprüft wird. Wenn dieser Punkt in Ordnung ist, wird der Tastkopf zum nächsten vorgeschlagenen Anfangspunkt weitergehen. Sobald ein fehlerhafter Punkt aufgespürt ist, nimmt das System das grundsätzliche Prüfverfahren auf und fährt mit der normalen Arbeitsweise durch Zurückverfolgen vom mit dem Fehler behafteten Ausgangspunkt fort, bis es den Fehlerort feststellt. Wenn keiner der Ausgangspunkte einen Fehler zeigt, wird mit der grundsätzlichen Arbeitsweise begonnen und das normale RUckwärts_yerfolgen vom fehlerhaften externen Ausgang aus aufgenommen.

Die Fähigkeit dieser Eigenschaft soll anhand von Fig. 5 dargestellt werden. Ein Testprogramm kann so geschrieben werden, daß ein Fehler am externen Ausgang A lediglich dann auftreten kann, wenn der Anschluß 1' oder 2' einen Fehler zeigt. Falls deshalb die untersuchte Baugruppe bei

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einem solchen Testschritt mit fehlerhaftem A versagt, kann der Abtastkopf zunächst den Anschlußi· überprüfen. Falls dieser fehlerhaft ist, geht die Suche von diesem Punkt aus weiter, im anderen Fall von A aus. Falls 1' fehlerhaft ist, wurden durch das Nachschlagen mindestens zwei der möglichen fünf zu untersuchenden Punkte eingespart.

Das Fehlerverzeichnis selbst kann - wie vorher erwähnt entweder dadurch erzeugt werden, daß eine fehlerfreie Schaltung mit den entsprechend angebrachten Fehlern im Modell simuliert wird, oder aber durch das tatsächliche Erfolgen von Fehlern in einer bekannten, fehlerfreien Baugruppe, (siehe auch: Henckels und Haas, "Hardware Simulation or Software Simulation - A Comparison Between Two Techniques for Digital Testing", IEEE Proceedings der 1975 ISCAS). Die Haupteinschränkung der Lösung mit dem Fehlerverzeichnis-Anfangspunkt besteht darin, wie bereits ausgeführt wurde, daß in einigen Fällen die Anzahl der modellierten (oder eingeführten) Fehler nicht genau alle Möglichkeiten des Fehlverhaltens einer Baugruppe umfaßt. In diesem Fall kann es vorkommen, daß einem Fehler bei einer Baugruppe kein entsprechender Eingang in das Fehlerverzeichnis entspricht oder, schlimmer noch, der Eingang zu einem anderen Fehler führt.

Der Anwender braucht deshalb lediglich die Konzeption des Fehlerverzeichnisses und die vorgeschlagenen Anfangspunkte zu verstehen, um die zuvor beschriebene Fähigkeit zu nutzen. Der Entwicklungsingenieur kann diese Fähigkeit entsprechend in einfacher Weise ausnutzen: er braucht nur zu bestimmen, ob irgendwelche Anfangspunkte existieren, und wenn Ja, ob irgendwelche von ihnen fehlerhaftes Verhalten zeigen. Nachdem einmal bestimmt worden ist, von wo aus das Rückwärtstasten beginnensoll, geht das System für den Rest der Testsequenz in seine grundsätzliche Be-

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triebsweise zurück.

Gemäß der Erfindung ist es auch vorgesehen, vom Anwender erzeugte intelligente Anfangspunkte einzuführen. Grundsätzlich funktionieren diese Anfangspunkte in einer Weise, die ähnlich denjenigen des Fehlerverzeichnisses ist, Sie weisen diesen gegenüber aber eine Reihe von Vorteilen auf.

Zunächst kann sich der Anwender entschließen, daß nur eine ausgewählte Zahl von Fehlern Anfangspunkte erfordern und er will kein vollständiges Fehlerverzeichnis schaffen, bei dem ein großer Anteil der darin enthaltenen Information nutzlos wäre.

Zum andern liegt der Fehlerverzeichnis-Lösung die Annahme zugrunde, daß alle Fehler mit gleicher Wahrscheinlichkeit auftreten. Das ist, wie dargestellt, bei realen Bausteinen mit Sicherheit nicht richtig, wie beispielsweise bei einer Schaltung gemäß Fig. 6, die ein IC 2 und eine Anzahl von nachfolgenden Verstärkern enthält. Während die Fehlerverzeichnis-Lösung den Anschluß 1' zur Untersuchung auswählen wird, wenn bestimmte Fehlerbedingungen vorliegen, mag der Anwender es vorziehen, zunächst Punkt 2' anzusehen. Der Grund mag darin bestehen, daß ein Fehler im Ausgang von IC 2 (beispielsweise ein empfindliches Bauteil, das beim Einsetzen in die Platine leicht beschädigt werden kann) genauso ein Versagen der Baugruppe zur Folge haben kann wie ein Fehler an Punkt 1', wobei dieser mit einer zehnmal größeren Wahrscheinlichkeit auftreten kann als ein Fehler in IC 1.

Zum Dritten hat der Anwender größere Möglichkeiten, Muster zu erkennen und komplexere Abgleichkriterien für die Fehlerbedingungen zu erzeugen. Es ist leicht, Fehlertechniken zu erzeugen, die es dem Anwender erlauben, Prüfun-

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gen für alle algebraischen Beziehungen ( = ,<,>, 4, ^ , $ ) zwischen dem ersten fehlerhaften Test der Baugruppe und einer vom Anwender angegebenen Testzahl aufzustellen, genausogut wie Gruppenoperationen zwischen dem fehlerhaften Ausgangsvektor und einem vom Anwender genannten Vektor ausgeführt werden können, wie beispielsweise als Untergruppe, Ubergruppe, Gruppengleichheit, Schnitt oder Nicht-Schnitt. Um diese Fähigkeit auszunutzen, mu3 der Anwender lediglich lernen, eine Textliste zu erzeugen, welche die Befehle enthält, die den Ort des Anfangspunktes bezeichnen wie auch die Teststufennurr.mer und die Information zum Abgleich des fehlerhaften Ausgangsvektors. Die Entwurfserzeugung enthält bereits den Mechanismus, um Anfangspunkte abzuhandeln, so daß anfangs beim Entwurf nur die Fähigkeit erforderlich ist, die gesteigerte Abgleichfähigkeit zu handhaben. Als abschließende Bemerkung soll erwähnt werden, daß die meisten Anwendungen gestatten, die Anfangspunkte des Anwenders vor denen des Fehlerverzeichnisses zu benutzen, da anzunehmen ist, daß der Anwender einen vernünftigen Grund für seine Handlungsweise hat.

Das Verfahren nach der Erfindung sieht auch die Möglichkeit einer Flexibilität der Wahlmöglichkeiten vor. Dieses gestattet dem Benutzer, zu bestimmten Punkten während der Testfolge vom Abtastkopf zu verlangen, daß er zunächst einen von ihm bestimmten Punkt untersucht.

In Fig. 7 ist ein Direkt-Verstärker und ein Parallelpfad-Verstärker gezeigt, die mit einem Gatter verbunden sind. Findet bei diesem Beispiel der Tastkopf am Schaltungspunkt 1' einen Fehler vor und folgt er dem Wissen des Computers, so wird er stets versuchen,den Punkt 2· zu untersuchen. Der Anwender mag jedoch erkannt haben, daß es effektiver ist, zunächst Punkt 3¹ zu untersuchen, insbesondere wenn der Fehler am Punkt W vorliegt.

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Derartige "Sprungpunkte" werden in ähnlicher Weise wie die Anfangspunkte dahingehend interpretiert, daß, falls der vorgeschlagene Punkt in Ordnung ist, das System zunächst weitere Sprungpunkte prüft und sie untersucht bis ein fehlerhafter Punkt aufgefunden oder keine weiteren Sprungpunkte mehr zu prüfen sind. In jedem Fall wird der grundsätzliche Algorithmus wieder eingegeben bis ein weiterer Sprungpunkt aufgefunden ist oder eine endgültige Diagnose vorgenommen wird. Um diese Fähigkeit zu nutzen, muß der Anwender ein Textverzeichnis mit Befehlen herstellen, die bezeichnen: den Punkt, von dem aus gesprungen werden soll, denjenigen zu dem gesprungen verden soll und die Bedingungen, unter denen ein Sprung ausgeführt wird (normalerweise ein Vergleich des Punktes, von dem aus gesprungen werden soll mit dem fehlerbehafteten Testschritt). Um Sprungpunkte einzuführen, muß der Designer lediglich bestimmen, ob irgendein Sprungpunkt von dem Schaltungspunkt aus, den der Tastkopf gerade untersucht, existiert, bevor der Algorithmus den nächsten Anschluß zum Messen herausgreifen kann.

Eine weitere Möglichkeit gemäß der Erfindung ermöglicht das Eingreifen in Echtzeit von Benutzern, die auf Vorahnungen oder inspiriertes Raten vertrauen, was den als nächsten zu untersuchenden Punkt angeht. Kurz gesagt, es ist eine Sprungpunkt-Möglichkeit vorgesehen, die nicht automatisch nach Programm, sondern auf Anforderung ausgeführt wird.

Wegen des Prinzips der Erweiterungsfähigkeit sollte ein Mechanismus ermöglicht werden, welcher es dem Benutzer erlaubt, die Steuerung zu übernehmen, eine Anzahl von zufälligen Punkten zu untersuchen und anschließend die Steuerung wieder an den grundsätzlichen Führungsmechanismus zurückzugeben, in einer Weise, der es dem grundsätzlichen Algorithmus erlaubt, jede entdeckte Information

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zu verwenden. Um dies zu erreichen, muß das System sich daran erinnern, wo es war, als der Benutzer die Steuerung übernahm. Es muß darüberhinaus ein auf dem neuesten Stand befindliches Verzeichnis führen, das jeden fehlerhaften Punkt enthält, den der Benutzer geprüft hat. Wenn dieser die Steuerung wieder übergibt, muß es von dem letzten fehlerhaften Punkt, den der Benutzer gefunden hat oder von dem Punkt aus, an dem es sich vor der Unterbrechung befand, starten, falls keine Information ermittelt wurde. Um diese Möglichkeit effektvoll zu nutzen, muß der Benutzer darin geübt werden, zu testende Punkte in einer solchen Weise anzufordern, daß der grundsätzliche Testmechanismus eine logische Suche aufnehmen kann, wenn die Steuerung zurückgegeben wird.

Zusammengefaßt sind deshalb das Verfahren, das System, die Technik und das Konzept gemäß der Erfindung für den Fachmann leicht ausführbar, wozu die obengenannten Veröffentlichungen zusätzliche Hinweise geben. Grundsätzlich schließt die Erfindung ein, die Entdeckung und die Anwendung der Idee, Prüftechnik mit Intelligenz zu erfüllen, so daß zunehmend komplexe und anspruchsvolle logische Schaltungsentwürfe wirkungsvoll auf fehlerhafte Schaltungen hin untersucht werden können, wobei ein schnellee automatische Diagnose von Analog-Digital- und Gemischtlogik-Schaltungsplatinen Verwendung finden. Im Einzelnen ermöglicht die Erfindung ein leistungsfähiges computergeführtes Tastkopf-System mit höchstvorteilhaften zeit- und kostensparenden Eigenschaften in der folgenden Weise:

1. auf einem Fehlerverzeichnis basierende Vorhersagen von Fehlerorten, welche es dem Operator gestatten, den PrüfVorgang automatisch bei einem oder in der Nähe des Fehlers eher zu beginnen als rückwärts von einem Randanschluß. Diese Technik verbindet die Fehlereingrenzungsfähigkeit

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mit hoher Auflösung (ein Anschluß) von Prüftechniken mit der hohen Geschwindigkeit von Fehlerverzeichnis-Nachschlagmethoden. Gleichzeitig trifft es keine Annahmen über die Natur der Fehler in der untersuchten Schaltung.

2. Es sind benutzer-programmierte Startpunkte zum Prüfen besonderen Fehlverhaltens vorgesehen. Diese gestatten es, das System für die wahrscheinlichsten Fehlerzustände bestimmter Schaltkreise zu optimieren. Zusätzlich gestattet es die computergeführte Prüfung von internen Schaltkreisen, basierend auf dem Versagen von Analog-Tests.

3· Ein Zustand vollständiger Zusammenarbeit, bei dem ein erfahrener Benutzer Punkte in der Schaltung angeben kann, die getestet werden sollen, während das System die Daten von den geprüften Punkten untersucht, um eine endgültige Diagnose zu erstellen, sowie ein automatisches Schalten des Tastkopfes auf hohe und niedrige Schwellenspannungen, in Abhängigkeit von der Art der Logik, die geprüft wird, so daß ein fehlerfreies Testen von Schaltplatinen mit gemischter Logik durch unerfahrene Operatoren möglich ist.

Die "Intelligenz", die dem Tastkopf in Übereinstimmung mit der Philosophie der Erfindung hinzugefügt wird - Anfangspunkte, Sprungpunkte und Echtzeit-Zusammenarbeit -, ermöglicht eine Flexibilität, die es dem Anwender gestattet, das für allgemeine Zwecke gedachte diagnostische Testsystem (wie es in dem obengenannten CAPS VII Handbuch und den Veröffentlichungen beschrieben ist) an spezifische Testsituationen anzupassen, so daß eine ausgeprägte Mensch-Maschine-Zusammenarbeit entsteht. Die Ermittlung eines Analog-Fehlers mit digitaler Ursache ist ein besonders

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wichtiges Merkmal, weil dadurch Platinen mit sowohl analogen wie auch digitalen Komponenten analysiert werden können. Für den Fall, daß einer der vom benutzer angegebenen Anfangspunkte einen Fehler aufweist, kann der zuvor beschriebene Tastkopf-Algorithmus beginnen, die digitale Ursache zu suchen. Wenn keine Ursachen irr. digitalen Bereich gefunden werden kennen, kann das System automatisch auf eine manuelle Betriebsweise übergehen, die eine verständlichere Analogtestfolge in Form eines zweiten Durchgangs ermöglicht (wie in dem genannten Handbuch beschrieben), da dann die Möglichkeiten der Fehlersuche im digitalen Bereich erschöpft sind.

Weitere Modifikationen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem System zur Durchführung des Verfahrens, die peripher oder in gegenseitiger Zusammenarbeit mit einem Minicomputer oder ähnlichen Systemen arbeiten, sind dem Fachmann ohne weiteres geläufig und werden als in den Schutzumfang der Erfindung fallend angesehen, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert 1st.

Patentansprüche:

27 o97 - ehr

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ι 3* . Leerseite

Claims (1)

1. 2707500

   Patentansprüche

   .j Automatisches Fehlerdiagnoseverfahren zum Durchprüfen von elektrischen Schaltungen in Zusammenarbeit mit einem Computer, durch das ein geführtes Durchprüfen von Schaltungspunkten und dergleichen auf Fehler hin nach einem Algorithmus bewirkt wird, der von einem externen Ausgangsanschluß her ein rückwärtstastendes Aufspüren ermöglicht, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

   peripherer Anschluß der zu testenden Schaltung an ein System, welches die Schaltung für den Vorgang des Durchprüf ens einer normalen Betriebsweise unterwirft;

   Ausführung des Durchprüfens durch Kontaktieren von Punkten der Schaltung;

   Angabe mindestens eines wahrscheinlichen internen Fehlerpunktes derartiger Schaltungen;

   nach Ermittlung eines einen Fehler zeigenden externen Ausgangsanschlusses die aufeinanderfolgende Auswahl und Untersuchung Jeweils eines angegebenen wahrscheinlichen internen Fehlerpunktes anstelle des rückwärtstastenden, geführten Aufspürens zwecks Beschleunigung der Fehlerdiagnose und

   für den Fall, daß der mindestens eine angegebene wahrscheinliche interne Fehlerpunkt sich als nicht tatsächlich mit einem Fehler behaftet herausstellt, Wiederaufnahme des normalen rückwärtstastenden, geführten Aufspürens.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

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   zeichnet, daß die die angegebenen Punkte betreffende Information in einem Fehlerverzeichnis gespeichert und aus diesem wiedergewonnen wird.

   3· Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Information über die internen Punkte durch Echtzeitverarbeitung erfolgt,

   4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorgegebene interne Anfangspunkte für die Fehlersuche bei wahrscheinlichen Fehlern innerhalb der Schaltung ausgewählt werden und daran anschließend untersucht werden, um die Fehlerdiagnose zu beschleunigen.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Daten der Untersuchung des vorgegebenen Punktes bei einer abschließenden Fehlerdiagnose untersucht werden.

   6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorgegebene interne Sprungpunkte innerhalb der Schaltung ausgewählt werden, zwischen denen sich Punkte geringerer Fehlerwahrscheinlichkeit befinden, die zugunsten der Untersuchung von Punkten größerer Fehlerwahrscheinlichkeit übersprungen werden können, und daß die Untersuchung bei diesen Punkten zwecks Beschleunigung der Fehlerdiagnose ausgeführt wird.

   7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen hohen und niedrigen Schwellenspannungen umgeschaltet wird, entsprechend der Art der in der untersuchten Schaltung verwendeten Logik.

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   β. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wahrscheinlichen internen Fehlerpunkte vom Anwender des Verfahrens angegeben sind.

   9. System zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche mit Mitteln zum geführten Durchprüfen von Schaltungspunkten einer angeschlossenen elektrischen Schaltung nach einem Algorithmus, der ein von einem externen Ausgang her rückwärtstastendes Aufspüren ermöglicht, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Heraufsetzung der Geschwindigkeit der Fehlerdiagnose, die zusätzlich aufweist:

   Mittel, die nach Ermittlung eines einen Fehler zeigenden externen Ausgangsanschlusses die normale Betriebsweise unterbrechen und daraufhin aufeinanderfolgend angenommene interne Fehlerpunkte der Schaltung auswählen und untersuchen sowie

   Mittel, die, wenn derartige Punkte nicht mit einem Fehler behaftet sind, die normale Betriebsweise des rückwärtstastenden, geführten Aufspürens wieder aufnehmen.

   10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß. Mittel vorgesehen sind, um die die angegebenen Punkte betreffenden Informationen zu speichern und Mittel, um diese zwecks Steuerung eines Tastkopfes zum Kontaktieren der Schaltungspunkte wiederzugewinnen.

   11. System nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um das geführte Durchprüfen zu unterbrechen, zwecks Lenkung des Tastkopfes zu vorgegebenen Anfangspunkten, welche wahrscheinliche Fehlerpunkte darstellen.

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   12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß Mittel vorgesehen sind, um die Anfangspunkte durch eine Echtzeit-Fehler-Simulation zu gewinnen.

   13. System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß Mittel vorgesehen sind, um das normale, geführte Durchprüfen zu unterbrechen, zwecks Lenkung des Tastkopfes zu vorgegebenen Sprungpunkten, zwischen denen sich Punkte geringerer Fehlerwahrscheinlichkeit befinden.

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