|
|
|
Manifestarea defectelor dinamice in circuitele logice
1. Notiuni generale
Defectul este o imperfectiune fizica/logica care apare in cadrul unei componente hardware/software. Se manifesta in universul fizic.Defectele pot fi despartie in doua categorii mari:
-defecte fizice : de exemplu scurtcircuitele, intreruperea traseelor electrice, intreruperi sau inperfectiuni in structurile semiconductoare
-defecte software : de exemplu o bucla din program din care nu se mai poate iesi
Eroarea este manifestarea defectului si reprezinta o deviatie de la corectitudinea si acuratetea de executie a functiilor. Se manifesta in universul informational.
Defectarea sau functionarea defectuoasa, reprezinta executarea unei functii sau a unui set de functii sub standardele prevazute din punct de vedere calitativ sau cantitativ. Se manifesta in universul extern.
Latenta defectului reprezinta intervalul de timp intre aparitia defectului si momentul aparitiei erorii datorate acelui defect.
Latenta erorii este timpul scurs de la aparitia erori pana la manifestarea caderii sistemului.
Tolerarea defectelor se obtine prin:
-detectia defectului
-localizarea defectului
-izolarea defectului (prevenirea propagarii in sistem a efectelor defectului)
restabilirea dupa defect
2. Manifestarea defectelor in sistemele logice
Defectele hard pot fi :
-defecte parametrice
-defecte logice :
-statice
-dinamice
In acest proiect ne v-om ocupa in special de defectele logice dinamice.
Defecte logice fac parte din clasa de defecte care modifica valorile variabilelor logice atasate semnalelor prezente in diferite noduri ale circuitului testat.
Cauza acestor defecte este de natura fizica: intreruperi, scurtcircuite prezente atat la nivelul plachetelor electronice cat si in interiorul chipurilor.
Aceste tipuri de defecte, notate prescurtat PP0, respectiv PP1, determina fixarea valorii logice dintr-un anumit nod al circuitului la valoarea logica '0' sau '1', aceasta indiferent de evolutia celorlalte semnale logice din circuit.
In engleza denumirea defectului este stuck at 0/1 (s-a-0/1)
Aceste defecte sunt generate de punti de legatura ce apar intre trasee diferite. Ele se pot gasi fie pe placheta cu trasee de cablaj imprimat, fie in interiorul chipului. Daca defectele sunt prezente la nivelul cablajului imprimat ele sunt cauzate fie in procesul tehnologic de realizare a cablajului, fie in procesul tehnologic de realizare a lipiturilor. Scurtcircuitele pot apare intre mai multe categorii de trasee:
-intre trasee de alimentare
-intre traseu de semnal si traseu de alimentare
-intre doua trasee de semnal
In situatia intreruperii traseelor de semnal de pe plachete, consecinta functionala este ca unele intrari nu mai primesc comanda.
-Intrarile familiilor bipolare vor reactiona ca si cum ar avea o comanda de tip '1'.
-Circuitele din familiile CMOS vor reactiona in functie de modul in care se incarca capacitatile echivalente de la intrari, deci nivelul prezent la intrari va fi unul incert.
Disparitia unor impulsuri functionale de scurta durata.
Aparitia unor impulsuri parazite de scurta durata. Aceste impulsuri logice eronate mai sunt cunoscute si sub denumirile: glitches, spikes
Modificare parametrilor temporali ai impulsului (intarzierea impulsului, modificarea duratei lui).
In circuitele electrice apar foarte des perturbetii din exterior cauzate de natura (fulger,fire de inalta tensiune etc.) Daca amplitudinea zgomotelor este destul de mare atunci ele influenteaza semnalele de iesire a circuitelor. Aceste perturbatii pot cauza schimbari sau defectiuni in functionare.Reactia circuitelor la aceste perturbatii se numeste protectia la erori.
Putem distinge doua tipuri de defecte in circuitele logice : statice si dinamice. Defectele statice sunt cele care functioneaza cu semale de curent continuu (DC) si pe parcursul testului nu exista schimbari la intrare,se modeleaza cu generator de tensiune DC. Defectele dinamice: timpul de functionare respectiv parametrii lor de timp se incadreaza in marimea parametrilor de sincronizare ai circuitelor.Se modeleaza cu impulsuri scurte (ex. Impulsul Dirac). Defecele dinamice apar in momentul in care o schimbare la intrare cauzeaza schimbari multiple la iesire. Putem distinge doua tipuri: 0 la iesire 1 0 1 sau 1 la iesire 0 1 0.
Este foarte important sa amintim caracteristica de transfer, care reprezinta tensiunea de iesire in functie de tensiunea de intrare.In graficul de mai jos am reprezentat o caracteristica de transfer tipica. Punctul K reprezinta paragul de comparare, Uk tensiunea de comparare.
Se poate observa ca : Uz0=Uk-U0 iar Uz1=U1-Uk , unde Uz reprezinta tenziunea de zgomot care deocamdata nu cauzeaza modificari la iesire. Observam ca cu cat avem valori mai mari cu atat circuitul este mai sensibil la zgomote.
Defectele dinamice apar cel mai des in circuitele logice mari unde exista mai multe cai de la intrare catre iesire. Daca aceste cai au diferite intarzieri (delay) atunci ne dam seama repede ca exista o posibilitate pentru schimbarea valorii de iesire care difera de la valoarea dorita.
Ex. Un circuit logic este proiectat sa schimbe starea iesirii de la valoarea 1 0, dar in schimb el transforma valoarea 1 0 iar in 1 si in final se opreste la valoarea corecta 0.
Dupa cum observam, defectele dinamice au o metoda mai complexa de rezolvare.
In continuare este prezentat o metoda de rezolvare a unui defect dinamic:
Avem circuitul urmator :
Introducem intarzierile D1, D2 si D3.D1<D2<D3
Schimbam valoarea din punctul B de la 0 la 1 si verificam ce se intampla la iesire.
D1 fiind cel mai scurt delay o sa se activeze calea de la intrare catre iesire prin componenta cu D1.La iesire se schimba valoarea de la 1 la 0.
In urmatorul pas se activeaza calea spre D2 fiindca D3>D2. La iesire o sa avem 1.
Se activeaza calea spre D3. La iesire o sa avem 0.
Chiar daca iesirea s-a schimbat de 2 ori am ajuns la valoarea corecta.
Daca circuitul era ideal numa odata se schimba valoarea iesirii.
Daca intr-un circuit sunt excluse defectele statice atunci cele dinamice nu apar.Defectele statice sunt eliminate cel mai usor cu ajutorul unei diagrame Karnaugh.
Ex. Avem functia :
f=X1X2+X1'X3
Teorema lui Huffman spune ca adaugand o bucla redundanta X2X3 aceasta v-a elimina defectul.
Functia originala arata acuma astfel :
f=X1X2+X1'X3+X2X3
