Неисправности связей элементов комбинационных устройств

Среди наиболее часто встречающихся физических неисправностей связей (соединений) элементов устройства можно выделить следующие неисправности:

1) обрыв соединения;

2) замыкание соединения с некоторой шиной питания;

3) перепутывание связей;

4) появление лишних непредусмотренных связей;

5) замыкание нескольких связей между собой;

6) комбинации перечисленных неисправностей.

Для большинства логических элементов обрыв входа с функциональной точки зрения эквивалентен подаче на оборванный вход некоторого постоянного сигнала, соответствующего одному из логических значений 0 или 1, т.е. константе 0 или константе 1.

Пример 5.5. Так, для элемента И-НЕ, рассмотренного в самом начале раздела (рис. 34), обрыв соединения, идущего на один из его входов, например x₁, соответствует подаче на этот вход постоянного сигнала логической 1, при этом функция, реализуемая элементом с оборванным входом x₁, соответствует столбцу z^s5в табл. 6.

Как правило, замыкание какого-либо соединения с шиной питания также соответствует подаче на рассматриваемое соединение постоянного сигнала 0 или 1, т.е. соответствует изменению функции, реализуемой логическим элементом, на входе или выходе которого произошло замыкание.

Пример 5.6. На рис. 37 изображен более сложный случай изменения функциональных свойств элемента ИЛИ-НЕ при замыкании его входа d на шину питания +½U_пит. При этом функция, реализуемая на выходе y, становится инверсией мажоритарной функции:

;

.

Рис. 37. Пример сложного проявления замыкания соединения на шину питания

Перепутывание связей, появление лишних связей или лишних логических элементов в основном случается в процессе производства. Перепутывание входов логических элементов, симметричного относительно перестановки его входов (например, элемента ИЛИ), не расценивается как неисправность.

Перепутывание входов элемента, несимметричного относительно некоторой перестановки его входов, эквивалентно изменению функции, реализуемой элементом.

Пример 5.7. На рис. 38, а изображен случай перепутывания входов второго элемента, а на рис. 38, б – логическая схема, представляющая устройство с рассматриваемой неисправностью. Обе части рис. 38 отличаются реализуемыми функциями.

а)

б)

Рис. 38.

Пример 5.8. В схеме, изображенной на рис. 39, перепутывание входов элементов 3 и 4 приводит к образованию элемента памяти – триггера, т.е. к выводу рассматриваемого устройства из класса комбинационных.

Рис. 39.

Лишние связи, лишние элементы и замыкания соединений между собой также могут вывести устройство из класса, описываемых правильными логическими сетями, и даже из класса комбинационных устройств.

До сих пор рассматривались физические явления, в результате которых неисправное устройство по-прежнему оставалось дискретным устройством для переработки двоичной информации. Количественные изменения параметров логических элементов, например, прямого и обратного сопротивления диодов, коэффициентов усиления транзисторов и другие явления могут привести к тому, что устройство перестанет удовлетворять принятому представлению информации и способам описания ее переработки. Как правило, для исследования подобных явлений применяются приемы, основанные на изменении условий работы устройства, например, изменение питающих напряжений, частоты входных сигналов, температурных условий работы дискретных компонентов, нагрузочных характеристик и т.п. Однако такие приемы в рамках данного раздела не рассматриваются.

Заметим, что приведенное выше определение неисправности устройства, заданного своей структурой (логической сетью), не связано с сопоставлением выходных функций, реализуемых устройствами A и Aⁱ (в отличие от обсужденного в начале параграфа функционального подхода к определению технического состояния устройства). Явление, в результате которого логические сети устройств A и Aⁱ становятся различными, как это уже указывалось, расценивается как неисправность, хотя с функциональной точки зрения эти сети могут быть эквивалентными (реализовать одинаковые выходные функции). Когда это имеет место, неисправности будем называть несущественными, в отличие от существенных неисправностей, в результате появления которых системы передаточных функций устройств A и Aⁱ становятся различными на заданном множестве {X}_з входных наборов. Исследование несущественных неисправностей оказывается необходимым потому, что они, не меняя функциональных свойств устройства, могут менять некоторые другие важные его показатели, например надежностные свойства, нагрузочные характеристики, могут вызвать появление в устройстве логических состязании или изменить функциональное поведение устройства при появлении в нем новых неисправностей и т.п.

Пример 5.9. На рис. 40 изображена логическая сеть комбинационного устройства, свободного от логических состязании при изменении значения любой одной входной переменной (это достигнуто введением избыточного элемента 3).

Рис. 40. Пример неисправности, приводящей к появлению логических состязаний в устройстве

При наличии константы 0 на выходе элемента 3 устройство, продолжая реализовать ту же функцию, что и исправное устройство, несвободно от состязаний при переходе от входного набора 100 (x₁ = 1, x₂ = x₃ = 0} к набору 101 или обратно, т.е. из-за наличия разных временных задержек в элементах 1 и 2 во время указанного перехода на выходе у может появиться импульсный сигнал 0 (1 ® 0 ® 1).