Praca dotyczy testowania i diagnostyki analogowych układów elektronicznych metodami zorientowanymi na uszkodzenia. Omówiono źródła i klasyfikację uszkodzeń, strategie testowania wykorzystujące nadmiarowość analityczną i sprzętową, wewnątrzobwodowe testowanie pakietów elektronicznych oraz zastosowanie algorytmów klasyfikacji obrazów do lokalizacji uszkodzeń.

Wynikiem prac w zakresie metod analitycznych jest opracowanie przyspieszonej procedury dla układów odcinkowo – liniowych z zastosowaniem opisu układu dwugrafową metodą tableau.

Dwa rozdziały pracy poświęcono strategiom wykorzystującym nadmiarowość sprzętową. W rozdziale dotyczącym oscylacyjnej metody testowania dokonano systematyki metod wzbudzania drgań w liniowych układach elektronicznych. Sformułowano wnioski użyteczne dla zastosowań praktycznych. Przedstawiono dwa częstotliwościowe modele uszkodzeń – analityczny, opracowany z wykorzystaniem tablicy Routha, i numeryczny, bazujący na metodzie miejsc geometrycznych pierwiastków równania charakterystycznego. Zaproponowano dynamiczne modele uszkodzeń oparte na specyfikacjach odpowiedzi impulsowej i skokowej oscylatora. Wprowadzono nowy współczynnik pokrycia uszkodzeń parametrycznych, bazujący na analizie tolerancji. Współczynnik ten posłużył do porównania strategii testowania układów wielostopniowych i do wykazania, że największym pokryciem uszkodzeń parametrycznych cechuje się strategia testowania z podziałem na sekcje 2. rzędu. Zaproponowano nową architekturę testera oscylacyjnego z pętlą automatycznej regulacji amplitudy, pozwalającą na zwiększenie ilości informacji diagnostycznej poprzez obserwację parametrów odpowiedzi impulsowej i skokowej oscylatora.

W kolejnym rozdziale przedstawiono opracowane analityczne modele architektury testujących dla układów w pełni różnicowych. Zaproponowano dwa warianty metody testowania układów w pełni różnicowych napięciem wspólnym i wykazano, że gwarantują one wyższą jakość testu od metody pobudzania napięciem różnicowym. Wykazano także, że pobudzanie sekcji układu w pełni różnicowego poprzez wejście referencyjne dla sygnału wspólnego jest równoważne, z punktu widzenia testowania, pobudzaniu wejścia sekcji napięciem wspólnym. W rezultacie przedstawiono nową architekturę testera wbudowanego BIST dla układów w pełni różnicowych oraz słownikową metodę lokalizacji uszkodzeń w tych układach, bazującą na analizie nachylenia zboczy charakterystyk amplitudowych. Zrealizowano tester dla pełni różnicowego filtru pasmowoprzepustowego.

Dla wewnątrz obwodowej strategii testowania zaproponowano kompozytową architekturę wtórnika wyizolowującego mierzone elementy z obwodu, złożoną z dwóch wzmacniaczy operacyjnych, które redukują symbiotyczne skutki niedoskonałości własnych parametrów. Zaproponowano sposób kompensacji szkodliwych napięć termoelektrycznych, występujących na stykach metali w obwodach pomiarowych rezystancji z użyciem wtórnika, poprzez rozszerzenie liczby przewodów pomiarowych do siedmiu oraz zrównoważenie typów i liczby spojeń metali w obwodach wejściowych wtórnika.

Przedmiotem monografii są także podstawowe problemy testowania układów elektronicznych: kategoryzacja uszkodzeń, modelowanie uszkodzeń, miary jakości testu, optymalizacja testu.

Spis treści

1. Wstęp

   1. Geneza tematu

   2. Przedmiot, cel i zakres pracy

2. Charakterystyka problematyki testowania układów elektronicznych

   1. Źródła i klasyfikacja uszkodzeń

      1. Defekty w układach scalonych CMOS

      2. Defekty na pakietach elektronicznych

      3. Klasyfikacja uszkodzeń analogowych układów elektronicznych

   2. Modelowanie uszkodzeń układów elektronicznych na różnych poziomach abstrakcji

      1. Poziom elementów

      2. Poziom mikromodeli

      3. Poziom behawioralny (funkcjonalny)

   3. Ograniczenia testowalności i diagnozowalności układów analogowych

      1. Niestabilność testowania układu indukowana przez uszkodzenia

         1. Modelowanie układu z zastosowaniem liniowej transformacji frakcyjnej

         2. Wyznaczenie marginesu stabilności metodą strukturalnej wartości szczególnej

         3. Przykład kategoryzacji uszkodzeń w filtrach z wielopętlowym sprzężeniem zwrotnym

   4. Miary jakości testu układu analogowego

   5. Podsumowanie

3. Metody i techniki testowanie analogowych/mieszanych sygnałowo układów elektronicznych

   1. Ogólna charakterystyka

   2. Metody testowanie z nadmiarowością sprzętową

      1. Metody sterowalności i obserwowalności

         1. Układy BIST bazujące na wektorze pobudzającym

         2. Bezwektorowe układy BIST

      2. Testowanie współbieżne z pracą układu

   3. Metody testowania z nadmiarowością analityczną

      1. Rozmieszczenie weryfikacyjnej techniki lokalizacji uszkodzeń na układy odcinkowo – liniowe

         1. Przykłady

      2. Metoda weryfikacji iteracyjnej

      3. Zastosowanie twierdzenia Tellegena do identyfikacji uszkodzeń z użyciem magistrali IEEE 1149.4

   4. Podsumowanie

4. Testowanie metodą oscylacyjną

   1. Kryteria i metody wzbudzania drgań w układach testowanych

      1. Układy pierwszego rzędy

      2. Układy drugiego rzędu

         1. Układy drugiego rzędu z biegunami rzeczywistymi

         2. Układy drugiego rzędu z biegunami zespolonymi

      3. Układy trzeciego rzędu

      4. Strategie wzbudzania drgań w układach wyższych rzędów

   2. Behawioralne modele uszkodzeń dla metody oscylacyjnej

      1. Analityczna metoda syntezy modelu uszkodzeń

      2. Numeryczna metoda modelowania uszkodzeń

      3. Weryfikacja modeli uszkodzeń

   3. Sygnatury uszkodzeń na bazie wolnozmiennej składowej odpowiedzi oscylatora

      1. Analiza pętli ARW w stanie ustalonym

   4. Ocena pokrycia uszkodzeń w testowaniu układów analogowych metodą oscylacyjną

   5. Realizacja Bitu oscylacyjnego z zastosowaniem mnożącego przetwornika C/A

   6. Podsumowanie

5. Strategie testowania z zastosowaniem w pełni różnicowej implementacji układu

   1. Charakterystyka układów w pełni różnicowych

   2. Testowanie układów w pełni różnicowych

      1. Testowanie współbieżne

      2. Testowanie niewspółbieżne

   3. Analiza metod testowanie układów w pełni różnicowych

      1. Testowanie z pobudzaniem napięciem wspólnym

      2. Testowanie z pobudzaniem napięciem różnicowym

   4. Przykłady zastosowanie metody z pobudzaniem napięciem wspólnym

   5. Nowa architektura testera wbudowanego BIST

   6. Detekcja uszkodzeń – wyniki eksperymentów

   7. Lokalizacja uszkodzeń

   8. Podsumowanie

6. Analiza i optymalizacja testu

   1. Analiza wrażliwości

   2. Modele probabilistyczne układu testowanego

      1. Synteza modelu dla układu zdatnego

      2. Synteza modelu dla układu uszkodzonego

      3. Estymacja parametrów modeli

      4. Weryfikacja modeli metodą Monte Carlo

   3. Optymalizacja wektora testującego i przestrzeni obserwacji

   4. Projektowanie progu detekcji

      1. Zastosowanie miar jakości testu

      2. Weryfikacja obliczeń

   5. Porównanie metod testowania

   6. Podsumowanie

7. Testowanie wewnątrzobwodowe

   1. Wtórnikowa metoda wyizolowywania elementów mierzonych z obwodów

   2. Analiza dokładności metody wtórnikowej w zastosowaniach stałoprądowych

   3. Analiza błędów wewnątrzobwodowego pomiaru rezystancji

   4. Zastosowanie wtórnika do wewnątrzobwodowych pomiarów zmiennoprądowych

   5. Praktyczna realizacja wtórnika

   6. Podsumowanie

8. Lokalizacja uszkodzeń z zastosowaniem algorytmów klasyfikacji obrazów

   1. Charakterystyka metod słownikowych

      1. Definiowanie zbioru uszkodzeń

      2. Wybór pobudzenia i optymalizacja punktów testowych

      3. Modelowanie oraz symulacja układu diagnozowanego w stanie zdatności i z uszkodzeniami

      4. Wstępna obróbka danych i generacja cech uszkodzeń

      5. Selekcja cech diagnostycznych

      6. Wybór i konstrukcja klasyfikatora

   2. System pomiarowo – diagnostyczny

      1. Przykłady konstrukcji słownika uszkodzeń

   3. Sprzętowy emulator uszkodzeń do eksperymentalnej weryfikacji metod diagnostycznych

   4. Podsumowanie