- PDF Free Download

Transkript

1 HLEDÁNÍ A ODSTRAÒOVÁNÍ PORUCH

2 Wolfgang Matthes HLEDÁNÍ A ODSTRAÒOVÁNÍ PORUCH Mìøení a testování v poèítaèové a èíslicové technice èeské vydání 2001

3 Pøíspìvky uveøejnìné v této knize, zejména všechny èlánky a návrhy, plány, výkresy a ilustrace jsou autorsky chránìny Jejich rozmnožování a rozšiøování, by èásteèné, je zásadnì povoleno jen s písemným souhlasem vydavatele Informace v pøedkládané knize jsou uveøejnìny bez ohledu na pøípadnou patentovou ochranu Oznaèení softwarových a hardwarových produktù mohou být zapsanými obchodními znaèkami, i když na to není výslovnì poukázáno Náležejí pøíslušným držitelùm ochranných znaèek a podléhají zákonným ustanovením Sestavování textù a obrázkù byla vìnována maximální péèe Pøesto nemohou být zcela vylouèeny chyby Nakladatelství, vydavatel ani autor nemohou pøevzít žádnou právní zodpovìdnost ani jakékoliv záruky za chybné údaje a jejich následky Nakladatelství i autor budou vdìèni za oznámení pøípadných chyb Firmì Scale-Multimedia, Aachen dìkujeme za poskytnutí karty rozhraní a firmì Conrad-Electronic, Hirschau za poskytnutí zvukové karty k poøízení titulní fotografie Copyright Wolfgang Matthes HLEDÁNÍ A ODSTRAÒOVÁNÍ PORUCH Mìøení a testování v poèítaèové a èíslicové technice Pøíspìvky uveøejnìné v této knize, zejména všechny statì a èlánky, stejnì jako návrhy, plánky, výkresy a obrázky, jsou autorsky chránìny Jejich rozmnožování a šíøení, i èásteèné, je zásadnì možné jen s písemným svolením vydavatele Informace v této knize jsou zveøejòovány bez ohledu na pøípadnou patentovou ochranu Oznaèení softwarových a hardwarových produktù uvedených v této knize mohou tedy být registrovanými výrobními znaèkami, i když to není výslovnì zmínìno Patøí držiteli výrobní znaèky a podléhají zákonným ustanovením Vytváøení textù a obrázkù byla vìnována nejvyšší péèe Pøesto nelze zcela vylouèit chyby Autor, nakladatelství, vydavatel ani pøekladatel nemùže za chybné údaje a jejich následky pøebírat právní odpovìdnost ani jakoukoliv záruku Za upozornìní na pøípadné chyby budou všichni, kdo se podíleli na vydání knihy, vdìèni Veškerá práva vyhrazena Segment B V, Beek (Limburg), the Netherlands, 2001 Kniha je pøekladem nìmeckého originálu Fehlersuchen in der Computer und Digitaltechnik (ISBN ) 1 èeské vydání 2001 ISBN (HEL Ostrava) Orig : ISBN (Elektor-Verlag, Aachen)

4 OBSAH 1 ÚVOD 11 2 ZÁKLADY HLEDÁNÍ PORUCH ZÁKLADNÍ ODBORNÉ POJMY PØÍÈINY CHYB, MECHANISMY CHYB A MODELY CHYB Pøíèiny chyb ve vývoji a v servisu 17 Pøíèiny chyb ve vývoji 17 Pøíèiny poruch v servisu Chybové mechanismy a chybové hypotézy 24 Chybové mechanismy v polovodièích 25 Chybové mechanismy v zaøízeních nebo funkèních jednotkách 31 Chybové mechanismy podmínìné prostøedím Modely chyb TESTOVACÍ A DIAGNOSTICKÉ PRINCIPY Testovací a zkušební postupy Kritéria kvality zkušebního postupu Úrovnì testování, rozsah testování, tvrdost testù 37 Stav techniky 42 Neúplnost pøi testování 50 Pøíèiny nedostateèné tvrdosti testu, popøípadì nedostateèného pokrytí Návrh systému z hlediska testování a servisu ROZPOZNÁVÁNÍ PORUCH (VERIFIKACE) Pozorování a sledování normálních prùbìhù Sledování diagnostických prùbìhù Rozpoznávání pøechodných poruch (krátkodobých výpadkù) Zahoøovací testy (burn-in-tests) LOKALIZACE PORUCH Strategie hledání poruch Logické uvažování pøi hledání poruch Sledování prùbìhu nebo sledu signálù 69 Èasové pomìry pøi testování 70 Metody sledování signálù 70 Jmenovité chování 76 Jednoduché pøíklady 76 Latentní poruchy a sledování signálù 80 Zpìtná vazba v prùbìzích signálu Sledování signálu pøi neúplné dokumentaci Principy brokovnice (shotgun principles) VYMÌÒOVAT NEBO MÌØIT? 84 HEL W MATTHES: HLEDÁNÍ A ODSTRAÒOVÁNÍ PORUCH 5

5 2 7 OBRÁCENÁ VÝMÌNNÁ METODA: TESTERY A REFERENÈNÍ ZAØÍZENÍ (MASTER MACHINE) Testery, simulátory a testovací pomùcky Referenèní zaøízení (master machines) DIFERENÈNÍ DIAGNOSTIKA 90 3 VESTAVÌNÉ PROSTØEDKY PRO TESTOVÁNÍ A HLEDÁNÍ PORUCH Pøehled Rozpoznávání poruch on line Zdvojování (dvojnásobná redundance) 94 Princip Master Checker (hlavní zapojení kontrolní zapojení) 95 Hledání poruch u dvojnásobné redundance Kontrola paritou 99 Obvody pro kontrolu parity na paralelních informaèních vedeních 100 Úèinnost kontroly paritou Kontrolní kódy CRC 106 Úèinnost kontroly CRC 108 Cyklické kódy jako základ komprese testových dat Èasové kontroly a mìøení èasu 110 Metody kontroly èasù 110 Mìøení èasu 114 Obvody pro kontrolu a mìøení èasu 115 Testování prvkù pro kontrolu a mìøení èasu Další testy plauzibility Hlídání podmínek prostøedí a provozních podmínek 130 Minimální technické požadavky 131 Základní zapojení 133 Kontrola napìtí 135 Kontrola teploty 139 Ochrana pøed krádeží a sabotáží 140 Pøíklad hlídacího integrovaného obvodu Ochranná opatøení POZOROVATELNOST A DOSAŽITELNOST Nejjednodušší formy pøístupnosti Testovací rozhraní Dotazovací èili serializaèní princip Adresovací èili deserializaèní princip Posuvná èili skenovací metoda 156 Princip 156 Level Sensitive Scan Design (LSSD) 157 Skenování s náhodným pøístupem (Random Access Scan) 160 Scan/Set Princip 161 Boundary Scan W MATTHES: HLEDÁNÍ A ODSTRAÒOVÁNÍ PORUCH HEL

6 3 3 6 Pozorovatelnost a dosažitelnost ve vlastních konstrukcích VESTAVÌNÉ AUTOTESTOVACÍ A JINÉ TESTOVACÍ PROSTØEDKY Autotestovací prostøedky Pseudonáhodné testy Sbìrnice s vysokou impedancí Strom z logických èlenù NAND Testovací prostøedky v programovatelné logice Hlídací a testovací prostøedky ve výkonových zapojeních 176 4TECHNIKA MÌØENÍ A TESTOVÁNÍ ZÁKLADY K volbì mìøicích a testovacích pøístrojù Základní technická data Chyby mìøení, citlivost, rozlišovací schopnost 182 Chyby (neurèitosti) mìøení 182 Citlivost 185 Rozlišovací schopnost 185 Volba pøístroje 186 Chyby podmínìné mìøicím uspoøádáním 187 Cejchování/kalibrace MÌØENÍ ZÁKLADNÍCH ELEKTRICKÝCH VELIÈIN Mìøicí pøístroje pro napìtí a proud 188 Analogové mìøicí pøístroje 188 Èíslicové mìøicí pøístroje Mìøení napìtí 195 Praktická zapojení 200 Napájení èíslicových pøístrojù 201 Problémy s rušením u stejnosmìrných mìøení 203 Pøesnìjší mìøení napìtí: mìøení proti zvýšenému napìtí (zvednutí) 204 Mìøení vysokého napìtí Mìøení proudu 207 Mìøení proudu bez rozpojení 210 Otázky z praxe 212 Mìøení napìtí na nízkoohmových odporech: ètyødrátové pøipojení (Kelvin sensing) Souèasné mìøení proudu a napìtí Mìøení odporu 216 Urèování odporu z proudu a napìtí 217 Pøímo ukazující mìøièe odporu (ohmmetry) 217 Pøesné mìøení odporù 219 Urèení vnitøního odporu mìøicího pøístroje Mìøení výkonu Kompenzaènímetody mìøení 221 HEL W MATTHES: HLEDÁNÍ A ODSTRAÒOVÁNÍ PORUCH 7

7 4 2 8 Mìøení støídavých velièin 224 Mìøení napìtí a proudu 224 Mìøení výkonu Mìøicí mùstky Mìøení frekvence Analogové stimuly 231 Zdroje stejnosmìrného napìtí 231 Sí ové napájecí zdroje a (laboratorní) sí ové napájecí pøístroje 231 Zátìže OSCILOSKOPY Bìžný (analogový) osciloskop 240 Konstrukce 240 Pøehled funkèních jednotek 242 Pamì ové osciloskopy Digitální pamì ový osciloskop (DSO) 248 Konstrukce 248 Základy vzorkování signálu 250 Elementární souvislosti v èasové oblasti 254 Rozpoznávání špièkových hodnot 260 Metody vzorkování Charakteristické hodnoty 266 Všeobecné charakteristiky 266 Charakteristické hodnoty digitálních pamì ových osciloskopù Volba a testování osciloskopù 275 Analogový nebo digitální? 275 Co nám osciloskop ukáže 278 Testování osciloskopù 281 Testovací zapojení 282 Pøíklady mìøení Mìøicí praxe 293 Základní nastavení 293 Pracovní režimy (1) Režim Y-t (zobrazení èasového prùbìhu signálu) 295 Pracovní režimy (2): režim X-Y 299 Rùzné praktické rady 302 Spouštìní 306 Režimy spouštìní 306 Volba zdroje spouštìcího signálu 307 Pøipojení signálu 310 Zvláštnosti 315 Adaptace TESTOVÁNÍ V ÈÍSLICOVÉ (DIGITÁLNÍ) TECHNICE Základy 321 Analogové a digitální testování 321 Adaptace 323 Pøíprava stimulu Logický analyzátor 346 Pøehled funkèních jednotek W MATTHES: HLEDÁNÍ A ODSTRAÒOVÁNÍ PORUCH HEL

8 Metody záznamu 349 Základy zachycování binárních signálù 350 Spouštìní 356 K praktickému používání Pøíznaková analýza 364 Pøíznakový analyzátor 364 Pøíznaková analýza jako vestavìný autotestovací prostøedek 368 Komprese testových dat pomocí pøíznakù Prokazování událostí a spouštìní 373 Další pøíklady zapojení pro sekvenèní analýzu Èítání a èítaèe ÚVOD DO PRAXE TESTOVÁNÍ A HLEDÁNÍ CHYB TESTOVÁNÍ SOUÈÁSTEK Testovací metody a prostøedky Testování v zapojení 404 Oèividné pøíznaky chyb 404 Sledování signálu 405 Dva triky pro hledání chyb 407 Testy in-circuit 409 Ruèní testování v zapojení 414 Porovnávací testování Testovací normály Pøizpùsobení pro mìøení (adaptace) 427 Propojovací prvky a kabely 427 Adaptace souèástek v zapojení (vytvoøení kontaktu pro mìøení) 432 Adaptace jednotlivých souèástek Pasivní souèástky Tranzistory Integrované obvody TESTOVÁNÍ NAPÁJENÍ Mìøení na rozvodné síti 230 V 460 Sí ová instalace 460 Napìtí a proudy u sí ového pøipojení 461 Pøipojení sítì 468 Mìøení napìtí a proudu 481 Mìøení osciloskopem 485 Sí ový mìøicí adaptér 487 Prokazování sí ového rušení 493 Testování bezpeènostních opatøení Testování sí ových napájecích zdrojù 498 Testovací úlohy Baterie, akumulátory a jimi napájená zaøízení 507 Testování nabíjeèek 510 HEL W MATTHES: HLEDÁNÍ A ODSTRAÒOVÁNÍ PORUCH 9

9 5 3 TESTOVÁNÍ KABELÙ Testování prùchodnosti (propojení) a zkratù 512 Ruèní testování 512 Automatické testování kabelù 515 Testování kabelù støídavým napìtím 517 Dvojice vodièù zapojené do køíže (split pairs) Identifikace kabelù Oèní diagram (eye pattern) Reflexní testování (time domain reflectometry, TDR) HLEDÁNÍ CHYB NA DESKÁCH PLOŠNÝCH SPOJÙ Obvyklé chyby na deskách plošných spojù Hledání poruch ve stavu bez napájení Hledání chyb za provozu 537 Hledání chyb sledováním signálu 537 Hledání chyb pomocí in-circuit testu HLEDÁNÍ CHYB V DIGITÁLNÍCH ZAPOJENÍCH Testy plauzibility Sledování signálù 547 Praktické problémy se sledováním signálù 551 Poruchy nulování (reset) 556 Hodinové generátory Hledání poruch na sbìrnicových systémech 557 DODATKY 561 DODATEK 1 OPATØENÍ PROTI VÝBOJÙM ELEKTROSTATICKÉHO NÁBOJE (ESD) 561 DODATEK 2 BEZPEÈNOST PRÁCE 563 DODATEK 3 PLOVOUCÍ ZEM 564 DODATEK 4 ÚROVNÌ SIGNÁLÙ A HRANY SIGNÁLÙ 566 DODATEK 5 CHARAKTERISTIKY STØÍDAVÉHO PROUDU 569 DODATEK 6 POSUVNÉ REGISTRY SE ZPÌTNOU VAZBOU 573 DODATEK 7 ZÍSKÁVÁNÍ INFORMACÍ POMOCÍ ON-LINE SYSTÉMÙ 584 DODATEK 8 ODKAZY NA LITERATURU 587 REJSTØÍK W MATTHES: HLEDÁNÍ A ODSTRAÒOVÁNÍ PORUCH HEL