РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА ЕНЕРГОСТАТИЧНОГО МЕТОДА КОНТРОЛЮ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ЦИФРОВИХ ТИПОВИХ
ЕЛЕМЕНТІВ ЗАМІНИ
Сучасні цифрові ТЕЗ радіоелектронних засобів озброєння містять у середньому
60-70 корпусів інтегральних мікросхем. Цифровим ТЕЗ, як об'єктам контролю,
властиві наступні особливості: висока інтеграція логічних елементів на
кристалі, підвищена прихованість процесів деградації, багатофункціональність,
обмежена кількість контрольних точок, ускладнений (а в багатьох випадках
неможливий) доступ до внутрішніх контрольних точок схеми і т. і. [39]. При
рішенні задач контролю працездатності ТЕЗ ці особливості знижують ефективність
існуючих методів технічного діагностування, а в деяких випадках роблять їх
зовсім непридатними з точки зору одержання відповідних параметрів
діагностування (імовірність ухвалення рішення, час діагностування тощо)
[35, 40, 41].
На етапі проектування ТЕЗ задача введення контрольних точок і визначення їх
кількості з метою діагностики вирішується порівняно легко. З іншого боку, на
етапі експлуатації ТЕЗ занадто велика кількість контрольних точок призводить до
значних часових витрат і засобів на діагностування та обробку великої кількості
діагностичної інформації. Раціональним є випадок, коли об'єкт контролю (ОК)
містить тільки одну контрольну точку, у якій вимірюється один діагностичний
параметр, проаналізувавши який, можна зробити висновок про працездатність
об'єкта. Таким чином, задача мінімізації кількості контрольних точок і
діагностичних параметрів, які забезпечать діагностування ТЕЗ з необхідною
якістю, є важливою науково - технічною задачею.
У даному розділі вирішуються задачі по розробці нового енергостатичного методу
діагностування цифрових ТЕЗ, вибір ДП шляхом моделювання процесів у базових
логічних елементах і розробки, на основі результатів моделювання, діагностичної
моделі цифрового ТЕЗ. Для рішення цих задач:
аналізується узагальнена структура ВІС з метою виділення найбільше
енергонасичених елементів;
здійснюється моделювання процесів у базових елементах трансляторів ВІС: ТТЛ,
n-МОН і КМОН структур;
будуються діагностичні моделі базових логічних елементів ТТЛ, n-МОН і КМОН
структур у сталому режимі;
будується діагностична модель цифровий ВІС;
вибирається ДП і формулюється сутність енергостатичного методу діагностування
цифрових ТЕЗ;
розробляється методика для побудови діагностичної моделі цифрового ТЕЗ.
2.1. Енергостатичний метод контролю технічного стану цифрових типових елементів
заміни
2.1.1. Узагальнена структурна схема великої інтегральної схеми. Однією з
характеристик ВІС є енергетичні характеристики. Оцінюючи ці характеристики для
типових напівпровідникових ВІС можна зробити висновок, якщо припустима
потужність, яка розсіюється кристалом ІС, ВІС чи НВІС складає , а площа
кристала дорівнює , то обмеження на споживану потужність Рел і площа окремих
елементів виражаються рівняннями [42]:
де – число елементів в крислаті;
– доля зайнятої ними площі кристалу.
Сучасний етап розвитку мікросхемотехніки характеризується вимогами, що
зростають до зменшення споживаної потужності і площі елементів.
Електричні перешкоди, що діють на елементи всередині ВІС, НВІС, МП ВІС (далі
просто ВІС), мають відносно невелику величину внаслідок малої довжини з'єднань,
на яких вони індукуються. Більшість елементів у ВІС має невелике число
навантажень , де N – коефіцієнт розгалуження елемента, і малу ємність
навантаження пФ і менше. Таким чином, всередині ВІС можна використовувати
елементи з пониженими значеннями логічного перепаду якщо при цьому
забезпечуються малі споживана потужність , площа і середня затримка при
відносно невеликій ємності навантаження [42, 43, 44, 45].
Одним з перспективних способів підвищення швидкодії і зниження потужності
елементів ВІС є зменшення перепаду логічного сигналу і напруги живлення [42].
Однак це знижує завадостійкість мікросхем. Тому доцільно використовувати
сигнали з підвищеним перепадом в елементах на вході і виході ВІС, а в середині
ВІС – з малим перепадом, де перешкоди відносно малі. Для реалізації двох
значень логічного перепаду у ВІС використовуються елементи трьох видів:
елементи з малим логічним перепадом у внутрішній структурі ВІС, вхідні буферні
елементи (вхідні транслятори) з відносно високим порогом переключення, які
забезпечують необхідну завадостійкість стосовно перешкод у зовнішніх
електричних колах і потужні вихідні буферні елементи (вихідні транслятори), які
формують у зовнішніх електричних колах досить великий перепад . При
використанні двох значень логічного перепаду і узагальнена структура ВІС має
вид, показаний на рис. 2.1.[42].
Всередині ВІС використовуються різні варіанти схем елементів ТТЛ, І2Л, ЕЗЛ з
малим логічним перепадом , що задовольняють заданим обмеженнями на значення і .
Мінімальне значення логічного перепаду складає мВ [42]. Для зменшення величини
споживаної потужності ці елементи мають знижену напругу живлення: В.
Рис. 2.1. Узагальнена структурна схема напівпровідникової ВІС.
Величина перепаду в зовнішніх електричних колах визначається необхідними
значеннями завадостійкості , [42, 46, 45]:
.
де – логічний перепад;
– зона безпосередності елемента;
, – рівні переключення елементів;
, – припустимі значення завади при напругах високого і низького рівнях на
вході.
Вхідні сигнали з перепадом надходять на вхідні буферні елементи, поріг
переключення яких має величину, достатню для забезпечення необхідних значень ,
. На їх виходах формуються сигнали, які мають рівні U1, U0 і перепад такі самі,
як у елементів внутрішньої структури. Таким чи
- Київ+380960830922