NO161526B - Fremgangsmaate for testing av en elektrisk krets. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for testing av en elektrisk krets av den art som angitt i innledningen til krav 1.

Typisk tidligere kjent teknikk for å analysere komplekse signaler bygger på en form for Fourier-serieberegninger. Slike analyser kan være matematisk nøyaktige, men når signalet som skal bli analysert er sammensatt av mange indi-viduelle firkantbølgesignaler kan behandlingen av signalet, spesielt identifiseringen av de enkelte komponentene for det sammensatte signalet for å bestemme om de er tilstede eller ikke bli svært vanskelig. Det er vanligvis mulig å bestemme den løpende operasjonsstatusen ved å anvende Walsh-teknologi uten å identifisere de enkelte signalkomponentene, men slik identifisering kan være nyttig. Andre tidligere testsystemer er basert på sammenligningsanalyse av infrarøde mønstre utstrålt av apparatet som testes.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret testmetode ved en fremgangsmåte av den innlednings-vis nevnte art, hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene.

Walsh-omforminger er fullstendig beskrevet i forskjellige publikasjoner som f.eks. en bok med tittelen "Walsh Functions and Applications" av K. Beauchamp, Academic Press 1975.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et blokkdiagram av en foretrukket utførelses-form av oppfinnelsen. Fig. 2 viser en analogkurve over digitaldatabasen generert ved hjelp av elektrisk apparat som skal bli testet under normale (kjente) operasjonsbetingelser og en analogkurve over de resulterende Walsh-omformingskoeffesientene. Fig. 3 viser en analogkurve for den digitale databasen generert av det elektriske apparatet som skal bli testet når en feil blir innført og en analogkurve for den resulterende Walsh-omformingen. Fig. 4 viser en analogkurve over forskjellen mellom Walsh-omf ormingskoef f esienten vist på fig. 2 og Walsh-omf ormingskoef f esientene for det andre elektriske apparatet av samme konstruksjon og begge blir ope-rert riktig. Fig. 5 viser en analogkurve for forskjellen mellom Walsh-omf ormingskoef f esientene vist på fig. 2 og 3. Fig. 6 viser et diagram over det elektriske apparatet som er anvendt for å generere signaler vist på fig. 2 og 3 . Fig. 7 viser et riss av testsonden anvendt ved systemet.

Fig. 8 viser et delsnitt av testsonden.

Fig. 9 viser et diagram over en programmerbar logikkmat-risekrets av den typen som er vanlig i handelen. Fig. 10 og 11 viser programkart for den programmerbare

logikkretsen vist på fig. 9.

Fig. 1 viser et blokkdiagram av et system som innbefatter den foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen. Ved denne utførelsesformen er en konvensjonell mikroprosessor 20 tilkoplet for å motta operasjonsprogrammer og data fra en konvensjonell programmeringsanordning 22. En kapasitiv sonde 30 sørger for kopling av et signal, indikativ for operasjonsstatusen til det elektriske apparatet, med inngangen til en bufferforsterker 32. Aktiveringen av det manuelle startapparatet 29 starter en datasamlingssyklus. Etter startingen av datasamlingssyklusen blir en sample- og holde-forsterker 28 periodisk åpnet av et styresignal fra analog/- digitalomformeren og styrekretsen 26 for å frembringe ved utgangen til denne forsterkeren et stabilt analogsignal som representerer utgangssignalet til sonden 30 ved samplings-intervaller idet samplingsintervallene blir synkronisert ved hjelp av et utenforliggende klokkesignal. En analog/digital-omformer er tilkoplet for å motta utgangssignalet til sample-og holdeforsterkeren 28 og generere et digitalt tall som representerer amplituden for hver av de stabile analoge samplene. Disse digitale tallene blir lagret ved forutbestemte lagersteder i et digitalt direktelager 24. Etter et forutbestemt antall sampler, ved forsøksmodellen 1024, har datasamlingssyklusen blitt lagret og har blitt automatisk avsluttet.

Etter fullførelsen av den ovenfor beskrevne datasamlingssyklusen blir et manuelt mikroprosessorstartapparat 36 aktivert for å starte mikroprosessoren 20 for å behandle dataen lagret i det digitale direktelageret 24. Et digitalt referansesamledatasignal forbundet med mikroprosessoren 20 bestemmer om data lagret i lageret 24 er behandlet som referansedatabasen eller sammenligningsdatabasen.

Ved en typisk anvendelse blir den kapasitive sonden 30 anbrakt over f.eks. en integrert krets i drift for å generere et signal ved inngangen til bufferforsterkeren 32 som står i forhold til de forskjellige signalene generert av den integrerte kretsen. Ved forsøksmodellen ble kondensatorsonden 30 konstruert for å teste dual-in-line-integrerte kretser og innbefatter en kobberplate av tilnærmet samme størrelse som toppflaten for den integrerte kretsen som skal bli testet. Sonden 30 ble manuelt anbrakt med kobberplaten i berøring med den integrerte dual-in-line-kretspakken. Det er antatt at ved denne bestemte anvendelsen er de prinsipielle elektriske signalene avfølt av sonden 30 spenningssignalene som finnes ved klemmene til den integrerte kretspakken.

For å starte en test er sonden 30 manuelt anbrakt over den integrerte kretsen som er kjent for å operere normalt ved å benytte andre testteknikker. Det ytre klokkesignalet, fortrinnsvis hovedtaktsignalet for den integrerte kretsen, er forbundet med A/D og styrekretsen 26. Tilstanden for det digitale referansesamledatasignalet blir valgt for å angi at den innstilte referansedataen skal bli samlet. Den manuelle startkretsen 29 blir aktivert for å starte en datasamlingssyklus for å fylle alle lagerstedene i lageret 24 for å generere referansedatabasen. Etter at datasamplene som danner referansedatabasen har blitt lagret i lageret 24 blir den manuelle startknappen 36 trykket ned og mikroprosessoren 20 starter lesingen av data lagret fra lageret 24 og beregner de Walsh-omformingskoeffesientene for disse data. De resulterende Walsh-omformingskoeffesientene blir lagret i det indre lageret til mikroprosessoren 20 som referanse-Walsh-omformingskoeffesienter.

Sonden 3 0 blir deretter anbrakt manuelt over en krets av samme type, hvis løpende operasjonsstatus skal bli bestemt, et egnet ytre klokkesignal blir tilført A/D og styrekretsen 26 og det manuelle startapparatet 29 blir aktivert for å starte analog/digitalomformingen og styrekretsen 2 6 for å samle og lagre datasampler i lageret 24 for å generere sammenligningsdatabasen. Etter at datasamplene til sammenligningsdatabasen har blitt lagret i lageret 24 blir statusen for digital-samlereferansedatasignalet ladet og det manuelle mikroproses-sorstartapparatet 36 blir aktivert for å starte mikroprosessoren 20 for å beregne Walsh-omformingskoeffesientene for sammenligningsdatabasen nå lagret i lageret 24. De resulterende sammenlignings-Walsh-omformingskoeffesientene blir sammenlignet med referanse-Walsh-omformingskoeffesientene og dersom forskjellen mellom disse to omformingene overskrider et forutbestemt referansenivå blir et signal tilført statusindika-toren 34 for å angi at løpende operasjonsstatus for anordninger som blir testet ikke tilfredsstiller forutbestemte kriterier vanligvis angitt som en feilfunksjon. Sammenlig-ningssyklusen og databehandlingen forbundet dermed vil bli beskrevet nærmere.

Aktuell drift av systemet vist på fig. 1 vil bli vist ved å beskrive hvorledes systemet ble anvendt for å teste en programmerbar logikkmatrise. En programmert logikkmatrise (PAL16R6) fremstilt av Monolithic Memories, Inc.) når programmert og drevet under en første betingelse. Utgangssignalet for bufferforsterkeren 32 ble samplet for å generere referansedatabase som innbefatter flere digitale ord. Disse digitale ordene ble omformet til et analogsignal som er merket og opptegnet på fig. 2. Denne referansedatabasen ble også behandlet for å frembringe referanse-Walsh-omformings-koef f esienter . Referanse-Walsh-omformingskoeffesientene i en digital form ble også omformet til et analogsignal, som er merket og vist på fig. 2. Disse kurvene (fig. 2) er ikke nødvendig for funksjonen av systemet, men de utgjør en bekvem metode for å vise databehandlingen.

En andre programmert logikkmatrise (type PAL 16R6) ble for-settlig programmert for å gi en feil. En sammenlignings-database samlet, omformet til analogform og opptegnet på linje 1 på fig. 3. Sammenligningsdatabasen ble frembrakt for å produsere sammenlignings-Walsh-omformingskoeffesienter som er merket og vist analogt på fig. 3.

Referanse-Walsh-omformingen vist på fig. 2 ble subtrahert fra sammenlignings-Walsh-omformingen tilknyttet den feilaktige programmerte logikken for å generere differansesignalet som er merket og vist på fig. 5. Faktumet at der var en betyde-lig forskjell mellom disse to Walsh-omformingene som vist på fig. 5, som har ikke-nullverdier, angir at den forsettlige innførte feilen kan bli detektert ved å anvende det beskrevne testsystemet og testmetodene. En terskel ble forsøksvis anbrakt på denne forskjellen for å unngå normale variasjoner fra å bli tolket som en feilfunksjon.

Den anvendte basisteknikken ved systemet for å bestemme lø-pende operasjonsstatus for elektriske apparat er å sammenligne referanse-Walsh-omformingskoeffesientene med sammenlignings-Walsh-omf ormingskoef f esientene . For å vise at den valgte terskelen tillater differensiering mellom funksjonel-le feil og normale variasjoner mellom kretser av samme type ble referanse-Walsh-omformingskoeffesientene vist på fig. 2 subtrahert fra sammenlignings-Walsh-omformingskoeffesientene til en annen identisk programmert PAL16R6 med den resulterende referansen vist på fig. 4. Som det fremgår var de to omformingene hovedsakelig identiske, som angir at operasjonsstatusen for den andre PAL16R6 er akseptabel og at normale variasjoner kunne bli adskilt fra feil.

Ingen forsøk eller teoretisk analyser har blitt gjort for å komme frem til graden som signalet detektert av sonden 30

må endres i størrelsesorden for at den tilknyttede feilen skal kunne detekteres ved å anvende denne teknikken. Ovenfor nevnte eksempel viser imidlertid at systemet og teknikken er adekvat for detektering av feil i digitale systemer.

Fig. 6 viser et logikkdiagram for kretsen anvendt for å generere referanse og sammenligningsdatabaser beskrevet ovenfor. Denne kretsen er innbefattet for å tillate vertifisering av de tidligere beskrevne forsøksresultatene. Som tidligere beskrevet var den testede kretsen en programmerbar logikkmatrise (type PAL16R6) fremstilt av Monolithic Memories og vist på fig. 9), på figuren med henvisningstallet 60. De aktuelle stifttallene til den programmerbare logikkmatrisen er anvendt for å identifisere inngangene og utgangene. Data-inngangene til den programmerbare logikkmatrisen 60 er tilveiebrakt ved hjelp av et leselager 61. Adresser for å

lese data fra leselageret 61 blir frembrakt ved hjelp av en 4-bits binærteller 62. Et klokkesignal for å trinnføre en 4-bits binærteller 62 blir tilveiebrakt ved hjelp av et ut-gangssignal fra den programmerbare logikkmatrisen 60.

Kun seksten lagersteder i leselageret 61 blir anvendt. Seksten sekvensadressetall blir generert av 4-bits binæretelle-ren 62. Som reaksjon på disse adressene blir følgende sek-vensdataord lest fra leselageret 61.

Driften av kretsen blir styrt ved hjelp av et stopp-kjøre-flipp-flopp 64 som blir innstilt til enten stopp- eller kjøreposisjonen ved hjelp av en vippebryter 66. Når kjøre-signalet er høyt blir en port 68 åpnet for å forbinde et klokkesignal via en buffer 69 med klokkeinngangsklemmen til den programmerte logikkmatrisen 60. Telleren delt med to 70 blir inkrementert med et klokkesignal som også er forbundet over en bufferport 72 med testsystemet for å koordinere samlingen av data.

Ved den tidligere beskrevne fremstillingen av driften av testsystemet ble testsonden 30 anbrakt på den programmerte logikkmatrisen 60 for å samle et sett med referansedata som tidligere beskrevet. Denne dataen ble anvendt som referanse-datafase som tidligere beskrevet. En andre programmert logikkrekke av samme type ble så programmert, men en feil ble med hensikt ført inn ved endring av en bit i programmert.

En andre database ble samlet og anvendt som sammenlignings-database. Sammenlignings-Walsh-omformingskoeffesientene for referanse- og sammenligningsdatabasene ble sammenlignet for å detektere den forsettlige innførte programfeilen med resul-tatet av sammenligningen opptegnet på fig. 5. Programmert logikk(PAL)program for å generere referansedatabaser vist på fig. 10A og 10B og den endrede enkeltbiten som er innført med hensikt som feil er vist på fig. 11A og 11B med biten som er endret som produktuttrykket 2 og inngangen 23.

Kretsen vist på fig. 6 innbefatter programmet for den programmerte logikken er en del av et større system som er nylig blitt utviklet. Denne kretsen ble anvendt som en konvensjonell teknikk for å vise driften av oppfinnelsen uten å være en del derav. Det ovenfor viste viser at endringene i opera-sjonen av en kompleks digital krets kan bli detektert på bekvem måte. Fig. 7 viser et riss av sonden 30 og sampel- og holdeforsterkeren 28 er satt inn i et hus. Den manuelle startknappen 74 er anbrakt på overflaten til sampel- og holdeforsterker-kabinettet og er anvendt for å starte samlingen av data som tidligere beskrevet. Monteringen av sampel- og holdeforsterkeren 28 direkte tilliggende sonden som vist på fig. 7 er fordelaktig ved at inngangsimpedansen for sonden er svært høy, som gjør den følsom for støy. Det er derfor nødvendig å montere sampel- og holdeforsterkeren 28 nær sonden 30. Fig. 8 viser et snitt av sonden 30. Hovedlegemet 76 er Micarta med en utsparing maskinelt i en av dens overflater. Ved bunnen av utsparingen er en elektrisk ledende plate 78. Denne platen er hovedsakelig av samme størrelse som toppflaten for den programmerte logikkmatrisen som er tidligere beskrevet og utsparingen tillater anbringelse av elektroden 78 direkte over overflaten til den programmerte logikkmatrisen. Elektroden 78 er forbundet med sampel- og holdeforsterkeren 28 ved hjelp av en ledning 80. Andre sondetyper kan bli anvendt for å generere et sammensatt signal som angir operasjonsstatusen til anordninger som skal bli testet. Mekanisk kan elektroden 78 bli festet til Micarta-legemet 76 ved å anvende enhver egnet innretning. Likeledes kan sonden 30 bli festet til kabinettet for sample- og holdeforsterkeren

28 ved å anvende konvensjonell teknikk.

Som tidligere beskrevet blir dataen behandlet av en mikroprosessor 20. Ved forsøksmodellen var mikroprosessoren 20 en Intel 80-20 og ble programmert i maskinspråk. De andre komponentene for systemet kan bli utført med vanlige tidligere kjente komponenter og teknikker. Konstruksjonsdetaljene er for å lette fremvisningen ikke tatt med.

Programmet består av fire hoveddeler. Startrutinen blir automatisk entret ved strømtilkoplingen. Denne rutinen be-virker at mikroprosessoren 20 bringer valgte styreregistre til oppstarting og sletter forskjellige status- og lager-verdier .

Ved fullførelse av startrutinen entrer mikroprosessoren 20 den utførende programsløyfen. Dette programmet består av en gjentagende sløyfe ved hvilken forskjellige flagg blir testet, som angir hvilken funksjon som skulle bli utført som neste. Dersom et flagg er blitt angitt vil styring passere til egnet subrutine som vil tilveiebringe nødvendig service. Styringen vil returnere til den utførende sløyfen så snart servicerutinen er fullført og mikroprosessoren 20 vil fort-sette avsøkningen av flagg inntil en annen service er krevet.

De to involverte hovedservicerutinene er datasamling og Walsh-overføringsrutinen og sammenligningsrutinen. Samlings-rutinen vil kopiere utenforliggende lagers innhold i mikroprosessoren 20 (1024 verdier) og beregne den tilknyttede Fast Walsh-omformingen. Visse koeffesienter blir filtrert ut, nærmere bestemt likestrømsuttrykket og de resulterende koef-fisientene blir enten lagret som referansematrise (dersom i referansemodus) eller vil bli lagret som sammenligningsmat-

rise (dersom sammenligningsmodus).

Ved sammenligningsrutinen blir to typer operasjoner utført. Først "city-block"-avstanden mellom referansematrisevektoren og vektoren blir beregnet. Dersom avstanden er større enn en fast grense (bestemt emperisk) blir det antatt at den løpen-de dataen ikke adekvat samsvarer med referansedataen og det er følgelig feil ved den testede anordningen. Ved å gjøre denne faste grensen til en endelig liten verdi vil normale variasjoner mellom kjente gode anordninger bli akseptert av prøvesystemet. Den andre delen av sammenligningsrutinen innbefatter en algoritme for å bestemme om bestemte signaler var tilstede ved inngangssignalene. Dette blir tilveiebrakt via et tilpasset filter ved Walsh-domenen. Nærmere bestemt er fire filtre anordnet. Disse har blitt anvendt ved andre forsøk (ikke forsøket som beskrevet her) og blir kun anvendt for å tilveiebringe ytterligere diagnoseinformasjoner om anordningen som testes.

Mange modifikasjoner av den beskrevne oppfinnelsen er mulig, systemet er f.eks. ikke begrenset til testing av integrerte kretser. Enhver krets kan bli forbundet med en sonde for generering ved inngangen til analog/digitalomformeren et egnet signal kan bli testet. Sammenligningsteknikker utenom "city block"-sammenligning kan bli anvendt.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for å teste en elektrisk krets, innbefattende sampling ved bruk av en kapasitlv sonde (30) for å sample et kjent signal i en kjent krets, omforming av det samplede kjente signalet til et første sett med digitale tall, lagring av det første settet med digitale tall for å generere en referansedatabase, anvendelse av den kapasitive sonden (30) for å sample et ukjent signal ved en krets som skal bli testet, omforming av det samplede ukjente signalet til et andre sett med digitale tall, og lagring av det andre settet med digitale tall for å generere en andre database, karakterisert ved at Walsh-omformingskoeffisientene til referansedatabasen bestemmes, at Walsh-omformingskoeffisientene til den andre databasen bestemmes, og at Walsh-omformingskoeffisientene til referansedatabasen og den andre databasen sammenlignes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at sammenligningene består i å beregne forskjellen mellom Walsh-omformingskoeffisientene til referansedatabasen og den andre databasen og sammenligning av den beregnede forskjellen med en terskelverdi.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved empirisk valg av terskelverdien for å skille mellom en kretsfeil og normale variasjoner blant kretser av samme type.