RU2120656C1 - Способ определения состояния цифровых устройств - Google Patents

Способ определения состояния цифровых устройств Download PDF

Info

Publication number
RU2120656C1
RU2120656C1 RU97109062A RU97109062A RU2120656C1 RU 2120656 C1 RU2120656 C1 RU 2120656C1 RU 97109062 A RU97109062 A RU 97109062A RU 97109062 A RU97109062 A RU 97109062A RU 2120656 C1 RU2120656 C1 RU 2120656C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
digital
total signal
divided
signal
Prior art date
Application number
RU97109062A
Other languages
English (en)
Other versions
RU97109062A (ru
Inventor
С.В. Гребнев
В.Е. Кузнецов
А.М. Лихачев
А.Н. Рохмистров
С.В. Сорокоумов
Original Assignee
Военная академия связи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военная академия связи filed Critical Военная академия связи
Priority to RU97109062A priority Critical patent/RU2120656C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2120656C1 publication Critical patent/RU2120656C1/ru
Publication of RU97109062A publication Critical patent/RU97109062A/ru

Links

Images

Landscapes

  • Test And Diagnosis Of Digital Computers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к электронным схемам общего назначения и в частности может использоваться при определении вида технического состояния цифровых устройств с обнаружением и локализацией различных дефектов. Техническим результатом изобретения является разработка способа определения состояния цифровых устройств, позволяющего обнаружить сбои и перемежающиеся одиночные и краткие отказы. Способ включает формирование случайной цифровой последовательности, ее преобразование по установленному закону в цифровом устройстве и осуществление преобразований сигналов, по результатам которых принимается решение о состоянии устройства. Предложены преобразования сигналов, позволяющие обнаруживать сбои и перемежающиеся одиночные и кратные отказы. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к электронным схемам общего назначения, и в частности может использоваться при определении вида технического состояния цифровых устройств с обнаружением и локализацией различных дефектов.
Толкование терминов, используемых в заявке:
Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта (ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины определения).
Сбой - самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора (ГОСТ 27.002-89).
Перемежающийся отказ - многократно возникающий самоустраняющийся отказ одного и того же характера (ГОСТ 27.002-89.).
Кратный отказ - отказ системы, заключающийся в нарушении работоспособности более одного элемента.
Решетчатое распределение - величина ξ имеет решетчатое распределение, если она дискретна и все ее возможные значения имеют вид a+k•h, k=0,±1,.... Величина h называется шагом распределения (Справочник по теории вероятностей и математической статистике/ Королюк В.С., Портенко Н.И., Скороход А.В., Турбин А. Ф. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985, с. 20-21).
Известны способы определения состояния цифровых устройств (см., например, кн.: Автоматизация диагностирования электронных устройств/ Малышенко Ю. В. , Чипулис В.П., Шаршунов С.Г./ Под ред. Чипулиса В.П. - М.: Энергоатомиздат, 1986 - 216 с.), включающие формирование тестовой последовательности, ее преобразовании по установленному закону, запоминании преобразованной последовательности и сравнении ее с рассчитанной ранее. Отличие в преобразованной и рассчитанной последовательностях свидетельствует об отказе или сбое. Однако известные способы-аналоги не позволяют обнаруживать перемежающиеся одиночные и кратные отказы (сбои).
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому способу определения состояния цифровых устройств является способ, описанный в книге: Технические средства диагностирования: Справочник/ Клюев В.В., Пархоменко П. П., Абрамчук В.Е. и др.; Под общ. ред. В.В.Клюева В.В. - М.: Машиностроение, 1989, с. 166-167. Способ-прототип включает при N испытаниях цифровых устройств формирование цифровой случайной последовательности единичных сигналов путем их последовательного N-кратного (где N=1,2,...) вычисления в Z-разрядах (где Z=1,2,...) указанной цифровой случайной последовательности, их суммировании, делении суммарного сигнала на N и определении состояния цифрового устройства путем сравнения полученного сигнала с эталонными значениями. Способ-прототип позволяет при небольших аппаратурных затратах обеспечить динамический режим работы схемы при проверке при сравнительно простом способе генерации случайной последовательности.
Однако способ-прототип имеет недостатки, заключающиеся в отсутствии возможности обнаруживать сбои и перемежающиеся одиночные и кратные отказы.
Целью изобретения является разработка способа определения состояния цифровых устройств, позволяющего обнаруживать сбои и перемежающиеся одиночные и кратные отказы.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения состояния цифровых устройств, заключающемся в формировании цифровой случайной последовательности единичных сигналов при N испытаниях цифровых устройств путем их последовательного N-кратного (где N=1,2,...) вычисления в Z-разрядах (где Z=1,2,...) указанной цифровой случайной последовательности, их суммировании, делении суммарного сигнала на N, дополнительно делении суммарного сигнала на произведение N•Z и одновременно с суммированием единичных сигналов заносят в память позиции единичных сигналов для N испытаний. Затем последовательно из занесенных в память позиций единичных сигналов вычитают суммарный сигнал, деленный на N. Полученные разностные сигналы суммируют, предварительно умножив каждый сам на себя, а затем этот суммарный сигнал делят на N и по полученным результатам вычисляют параметры возможных состояний цифрового устройства Y и K по формулам
Y=m1-d1/(1-p1);
K=(m1+d1/p1)/Z (1)
где Y - минимальное допустимое количество единичных сигналов на выходе цифрового устройства;
0<k≤1 - коэффициент, характеризующий кратность единичных сигналов на выходе цифрового устройства;
m1 - суммарный сигнал, деленный на N;
p1 - суммарный сигнал, деленный на произведение N•Z;
d1 - сигнал, деленный на N,
а кратность отказов L при этом определяется по формуле
L=Y+(1-K)•Z (2)
Указанная новая совокупность существенных признаков позволяет обеспечить обнаружение сбоев и перемежающихся одиночных и кратных отказов за счет того, что для решения задачи определения состояния цифровых устройств (ЦУ), для которых применяются последовательные, параллельные и комбинационные соединения элементов, для различных видов диагностирования могут быть применены схемы независимых испытаний на основе усеченных биноминальных распределений, функция распределения которых имеет следующий вид:
Figure 00000002

где p(ω) - вероятность появления единичных сигналов в любом разряде на выходе ЦУ, ω ⊂ Ω;
Ω - пространство элементарных событий мощностью Z, представляющей разрядность выходной цифровой последовательности единичных и нулевых сигналов (ω12,...,ωz);
0<K≤1 - коэффициент, характеризующий допустимую кратность единичных сигналов на выходе ЦУ в Z-последовательностях при N-испытаниях;
Figure 00000003
минимально допустимое количество единичных сигналов на выходе ЦУ в Z-последовательностях при N-испытаниях;
]*[ - "антье", наибольшее целое.
Исходя из приведенных математических соотношений, под усеченным биноминальным распределением понимается закон распределения вероятности появления случайной величины (например, единичных сигналов) при ограничении на число появлений случайной величины (например, запрет определенных комбинаций единичных и нулевых сигналов) в некотором количестве независимых испытаний. Частным случаем усеченного биноминального распределения при начальных параметрах усечения Y=0 и K=1 является биноминальное распределение, описанное, например, в кн. : Справочник по математике (для научных работников и инженеров). Корн Г., Корн Т. - М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1978, с. 572-573.
Тогда при N-испытаниях ЦУ на его выходе возникают последовательности (ω12,...,ωz), содержащие различное количество единичных сигналов Y ≤ ξ(ω) ≤ ]KZ[ в каждом испытании, а вероятность возникновения ξ(ω) полностью будет определяться выражением (3). В данных условиях для решения задачи определения технического состояния ЦУ необходимо умение определять числовые характеристики усеченного биноминального распределения, описывающего статистические характеристики сигналов на его выходе. Поскольку случайная величина ξ(ω) является дискретной, имеет решетчатое распределение, то ее математическое ожидание и дисперсия, обозначаемые соответственно Mξ и Dξ, находятся с помощью формул
Figure 00000004

Доказательство соотношений (4) основано на том, что математическое ожидание любой дискретной величины определяется как сумма Mξ = Σ ]KZ[ i=Y ξi(ω)pi(ω). Тогда его значение для выражений (4) примет вид
Figure 00000005

Предположим, что q(ω) = 1 - p(ω), n=]KZ[-Y, j=i-Y. Тогда правая часть (5) примет вид
Figure 00000006

Произведем в (6) обратную замену переменных. Тогда
Figure 00000007
по определению из (3), а выражение (5) примет вид Mξ = (]KZ[-Y)p(ω) + Y.
В соответствии со свойствами дисперсия Dξ = Mξ2 - (Mξ)2. Тогда ее нахождение связано с определением второго начального момента ξ(ω). Произведем замену переменных и получим
Figure 00000008

Учитывая, что
Figure 00000009
по определению (3) после подстановки переменных равна 0, выражение (7) примет вид
Figure 00000010

Таким образом, справедливость выражений (4) доказана.
Тогда на основе решения системы уравнений, построенной на основе выражений (4), относительно неизвестных параметров усечения K и Y методом подстановки получим следующие выражения:
Figure 00000011

где Mξ = m1 _ суммарный сигнал, деленный на N;
p(ω) = p1 _ суммарный сигнал, деленный на произведение N и Z;
Dξ = d1 _ сигнал, деленный на N.
Заявляемый способ поясняется чертежами:
- на фиг. 1 показан вариант структурной схемы, реализующей последовательность операций преобразований сигналов заявляемого способа;
- на фиг. 2 приведены 32 пятиразрядные последовательности сигналов на выходе пятиразрядного счетчика в его исправном состоянии;
- на фиг. 3 приведены 32 пятиразрядные последовательности сигналов на выходе пятиразрядного счетчика при его одиночном отказе, проявившемся в появлении единичного сигнала в 3-м разряде;
- на фиг. 4 приведены 32 пятиразрядные последовательности сигналов на выходе пятиразрядного счетчика при его одиночном отказе, проявившемся в появлении нулевого сигнала в 3-м разряде;
- на фиг. 5 приведены 32 пятиразрядные последовательности сигналов на выходе пятиразрядного счетчика при его кратном отказе, проявившемся в появлении единичного сигнала в 1-м разряде и нулевого сигнала в 3-м разряде.
Возможность реализации заявляемого способа определения состояния цифровых устройств объясняется следующим. Изменение суммарного сигнала, деленного на произведение N и Z, - p1, параметров усечения K и Y говорит об изменении состояния ЦУ и характере его проявления, а именно:
- увеличение величины p1 говорит о преобладании отказов, проявляющихся в наличии единичных сигналов, а уменьшение - о преобладании отказов, проявляющихся в наличии нулевых сигналов;
- увеличение значения Y свидетельствует об уменьшении числа комбинаций снизу, то есть о появлении отказов или сбоев, проявляющихся в появлении фиксированного единичного сигнала;
- уменьшение значения K показывает о наличии в комбинациях фиксированных нулевых сигналов;
- одновременное изменение Y и K свидетельствует о кратном отказе или сбое.
Из этого следует, что для цифровых устройств, реализующих полную группу векторов (ω1, ω2,...,ωz), величина, определяемая по формуле (2) характеризует кратность отказа (то есть число отказавших элементов).
Суть заявляемого способа можно пояснить на примере пятиразрядного двоичного счетчика (например, описанного в кн.: Справочник по интегральным микросхемам/ Тарабрин Б.В., Якубовский С.В., Барканов Н.А. и др.; Под ред. Тарабрина Б. В. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1980, с. 200, 205). В качестве случайной цифровой последовательности могут использоваться как специально сгенерированные сигналы (описанные, например, в кн.: Бобнев М.П. Генерирование случайных сигналов. Изд. 2-е перераб. и доп. М.: "Энергия", 1971, с. 240), так и рабочие. Преобразование входной случайной последовательности пятиразрядным двоичным счетчиком можно описать биноминальным распределением. Полная группа сигналов на его выходе в исправном состоянии представлена на фиг. 2 и соответствует начальным условиям усечения. В приведенном примере Z=5, а N=32. Тогда, совокупность действий согласно заявляемому способу и представленной фиг. 1 осуществляется следующим образом.
1. В i-й регистр (
Figure 00000012
) заносят пятиразрядные преобразованные последовательности, см. фиг. 2.
2. Суммируют занесенные в 32 регистра единичные сигналы и получают значение, равное 80-ти.
3. Делят суммарный сигнал на произведение N и Z, т.е. 32•5=160, и получают величину, равную 0.5, что соответствует величине p1.
4. Делят суммарный сигнал на N=5 и получают величину, равную 2.5, что соответствует величине m1.
5. Инвертируют сигнал, соответствующий величине m1, и получают сигнал, равный (-2.5).
6. Суммируют инвертированный сигнал с сигналом, занесенным в i-й пятиразрядный регистр, где
Figure 00000013
и затем умножают его сам на себя. Например, для сигнала из 3-его регистра: 1-2.5=-1.5, (-1.5)•(-1.5)=2.25, а для 15-го регистра: 3-2.5=0.5, 0.5•0.5=0.25 и т.д.
7. Суммируют 32 сигнала, которые были получены в результате умножения. Получив сигнал величиной 40, делят его на N=32 и значение, равное 1,25, будет соответствовать d1.
8. Выполнив вычисления по формулам (1), получают значения параметров возможных состояний цифровых устройств, т.е. Y=0 и K=1.
Таким образом, получают значения m1=2.5, d1=1.25, p1=p1o=0.5, Y=Yo=0, K= Ko= 1, которые соответствуют исправному состоянию пятиразрядного двоичного счетчика. В дальнейшем при расчете значений параметров возможных состояний цифровых устройств Y и K используется значение p1o, т.к. этой величиной определяется исходное значение вероятности появления единичного сигнала.
Если произошло изменение технического состояния данного ЦУ, то в результате измерений получены сигналы, изображенные на фиг. 3, что соответствует m1= 3, d1= 1.00, p1=0.6 (p1o=0.5). На основе выражений (1), используя начальное значение вероятности появления единичного сигнала p1o=0.5, найдем параметры усечения: Y=1, K=1, что свидетельствует о кратности отказа, рассчитанной по (2), L=1 и его характере - появлении либо фиксированного единичного сигнала на одном из выходов счетчика, либо перемежающегося отказа в виде скользящего единичного сигнала на одном из выходов счетчика, либо о появлении периодического сбоя. Если же в результате измерений получены сигналы, изображенные на фиг. 4, что соответствует m1=2, d1=1, p1=0.4 (p1o= 0.5), Y=0, K=0.8, L=1, то проявление аналогичных отказов заключается в наличии нулевого сигнала. В ситуации, когда получены сигналы, изображенные на фиг. 5, то m1=2.5, d1=0.75, p1=0.5 (p1o=0.5), Y=1, K=0.8, L=2, что свидетельствует о кратном отказе двоичного пятиразрядного счетчика, которые характеризуются одновременным присутствием одного единичного сигнала и одного нулевого сигнала. Таким образом, выражения (1) и (2) позволяют определять технические состояния ЦУ, реализующих полную группу векторов разрядностью Z за N испытаний.
Однако имеется ряд образцов устройств (см. Волгин Л.И. Компараторный селектор амплитудно-временных координат пересечений двух процессов.// Радиотехника, 1995, N 6, - с. 109-110; Ананьев А.С., Попов С.И. Синтезатор контрольно-измерительных частот. // Радиотехника, 1995, N 6, с. 17-18; Макаревич О. Б., Спиридонов Б.Т. Цифровые процессоры обработки сигналов на основе БИС. // Зарубежная электронная техника, 1983, N 1. - с. 59-92; А.С. 1660231 (СССР) Дублированная система с задержкой/ Рохмистров А.Н., Лихачев А.М., Юшников С.И., Велигоша А.В., Малофиевский Ю.В.// Опубл. в Б.И., 1991, N 24; А.С. 1580575 (СССР) Приемо-передающее устройство передачи сообщений с импульсно-кодовой модуляцией/ Лихачев А.М., Постюшков В.П., Титов М.А., Кошелев С. А.// Опубл. в Б.И., 1990, N 27; А.С. 1584005 (СССР) Широкодиапазонная передающая антенная решетка/ Лихачев А.М., Постюшков В.П., Кошелев С.А.// Опубл. в Б. И. , 1990, N 29), в которых ЦУ в рабочем режиме имеют номинальные параметры усечения Yo и Ko, заключающегося в запрете определенных комбинаций (w1, w2, . .., wz) (например, длинных серий единичных и нулевых сигналов), тогда на первом этапе находят числовые характеристики m1o, d1o, вероятность появления единичного сигнала p1o в рабочем состоянии и рассчитывают на основе выражений (1) начальные параметры усечения Yo и Ko. В этом случае характер неисправностей определяется на основе измерения разностей Y-Yo, K-Ko и p1-p1o, а кратность отказов находится из выражений:
Figure 00000014

Таким образом, отмеченное дает основание ожидать снижения временных и материальных затрат, связанных с определением технического состояния ЦУ при появлении одиночных и кратных отказов.

Claims (2)

1. Способ определения состояния цифровых устройств, заключающийся в том, что при N испытаниях цифровых устройств формируют цифровую случайную последовательность единичных сигналов путем из последовательного N-кратного (где N = 1, 2, ...,) вычисления в Z-разрядах (где Z = 1, 2, ...,) указанной цифровой случайной последовательности, их суммировании, делении суммарного сигнала на N и определении состояния цифрового устройства, отличающийся тем, что суммарный сигнал делят на произведение N • Z и одновременно с суммированием единичных сигналов заносят в память позиции единичных сигналов для N испытаний, а затем последовательно из занесенных в память позиций единичных сигналов вычитают суммарный сигнал, деленный на N, полученные разностные сигналы суммируют, предварительно умножив каждый сам на себя, а затем этот суммарный сигнал делят на N и по полученным результатам вычисляют параметры возможных состояний цифрового устройства.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что параметры возможных состояний цифровых устройств Y и K вычисляют по формулам
Y = m1 - d1/(1-p1),
K - (m1 + d1/p1)/Z,
где
Y - минимальное допустимое количество единичных сигналов на выходе цифрового устройства;
0 < K ≤ 1 - коэффициент, характеризующий кратность единичных сигналов на выходе цифрового устройства;
m1 - суммарный сигнал, деленный на N;
p1 - суммарный сигнал, деленный на произведение N и Z;
d1 - сигнал, деленный на N,
а кратность отказов L при этом определяется по формуле
L = Y + (1-K) • Z.
RU97109062A 1997-06-02 1997-06-02 Способ определения состояния цифровых устройств RU2120656C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97109062A RU2120656C1 (ru) 1997-06-02 1997-06-02 Способ определения состояния цифровых устройств

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97109062A RU2120656C1 (ru) 1997-06-02 1997-06-02 Способ определения состояния цифровых устройств

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2120656C1 true RU2120656C1 (ru) 1998-10-20
RU97109062A RU97109062A (ru) 1999-01-27

Family

ID=20193591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97109062A RU2120656C1 (ru) 1997-06-02 1997-06-02 Способ определения состояния цифровых устройств

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2120656C1 (ru)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Клюев В.В., Пархоменко П.П. и др. Технические средства диагностирования; Справочник. - М.: Машиностроенние, 1989, с. 166 - 167. Малышенко Ю.И., Чипулис В.П. и др. Автоматизация диагностирования электронных устройств. - М.: Энергоиздат, 1986, с. 216. Королюк В.С. и др. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. - М.: Наука, 1985, с. 20 - 21. Волгин Л.И. Компараторный селектор амплитудно-временных координат пересечений двух процессов. - М.: Радиотехника, 1996, N 6, с. 109 - 110. Ананьев А.С. и др. Синтезатор контрольно-измерительных частот. - М.: Радиотехника, 1995, N 6, с. 17 - 15. Макаревич О.Б. и др. Цифровые процессоры обработки сигналов на основе БИС. - М.: Зарубежная электронная техника, 1983, N 1, с. 56 - 92. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Parker et al. Analysis of logic circuits with faults using input signal probabilities
KR100192020B1 (ko) 아날로그/디지털 혼재 집적회로
Goldsman et al. Ranking and selection for steady-state simulation: Procedures and perspectives
Hartmann et al. How to do weighted random testing for BIST?
Manetti et al. A singular-value decomposition approach for ambiguity group determination in analog circuits
US6615379B1 (en) Method and apparatus for testing a logic device
Henry et al. A standard interface for self-validating sensors
van Pul Asymptotic properties of a class of statistical models in software reliability
US6144923A (en) Machine diagnosis system
RU2120656C1 (ru) Способ определения состояния цифровых устройств
RU2676365C1 (ru) Способ поиска неисправного блока в непрерывной динамической системе на основе введения пробных отклонений
RU2132594C1 (ru) Способ и устройство диагностики состояния аппаратуры цифровых систем передачи
JPH09505420A (ja) 発振器の凍結又は故障の検出方法およびその装置
RU2199776C2 (ru) Способ поиска неисправного блока в динамической системе
US5434869A (en) Test pattern generating apparatus
US5689429A (en) Finger wear detection for production line battery tester
Bemporad et al. Model predictive control—Ideas for the next generation
RU2143720C1 (ru) Способ поиска неисправностей в динамических системах
Ligęza et al. Systematic conflict generation in model-based diagnosis
US3886333A (en) Method of evaluating the precision of cross-spectral density measurements of random noise
JPH06103101A (ja) 集積回路の組み込み自己試験回路及びその評価方法及び設計方法
US20240288484A1 (en) Hvdc cable partial discharge diagnosis system and method
Tong et al. Diagnostic tree design with model-based reasoning
Maluf et al. Application of machine learning for machine monitoring and diagnosis
SU930268A1 (ru) Устройство дл определени амплитудно-фазовых характеристик системы регулировани