Устройство для моделирования электронныхсхем

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик.СССР ио хеавм изобретений и открытийДата опубликования описания 170281 72) Авторы изобретен кий, А. И. Волошаненко, В Болотов и В. В. Домбровск Г. А. Велигу А. ВИнститут проблем надежности АН Белорусской СС1) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННСХЕМ блоки задания вероятности увеличения параметра, блоки памятидополнительные реверсивные счетчики и блоки ограничений 1 .Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для моделирования электронных схем, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, выход которого через дешифратор соединен с первыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первым входом элемента И, выход генератора подключен ко второму входу элемента И, выход которого соединен с первыми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которого подключен ко вторым входам блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи вхсды которых соединены с выходом коммутатора и вторыми входами реверсивных счетчиков, третьи входы которых соединены с выходом блока управления, вторыми входами счетчиков памяти,а 30 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь.зовано при исследовании надежностинизкочастотных электронных схем настадии их проектирования, опытной обработки и крупносерийного производства,Известно устройство для моделирования электронных. схем, содержащеедатчик равномерно распределенных случайных чисел, дешифратор, вход которого соединен с выходом датчика равномерно распределенных случайных чисел, элемент ИЛИ, элемент И, первыйвход которого соединен с выходом эле-Мента ИЛИ, а второй вход - с выходомгенератора импульсов, коммутатор, блокуправления, генератор тактовых импульсов, элемент обратной связи, Пблоков сравнения, первые входы которых подключены к выходам счеТчиковпамяти соответственно, П счетчиковвоспроизведения, выходы которых подключены к вторым входам блоков сравнения соответственно, а входы " к выходу генератора тактовых импульсов,й реверсивных счетчиков, и наборныхполей, П блоков текущих значений ираметра, блок анализа, блоки измерния номинальных значений параметра 3четвертыми входами блоков заданияначальных значений парметров и блоков задания текущих значений параметров, входом коммутатора и входоматчика равномерно распределенныхлучайных чисел, выходы реверсивныхсчетчиков подключены ко входам соответствующих наборных полей, выходыкоторых соединены со входами блокаанализа, выход которого подключен ковходу блока измерений, выходы генераторов тактовых импульсов переменГной частоты соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых подключены к четвертымвходам соответствующих реверсивныхсчетчиков, выходы счетчиков памяти - 15соединены со вторыми входами соответствующих. сумматоров, регистры памяти,блок вычитания, блок сравнения, дополнительный блок управления, дополнительный коммутатор, группы блоков 20памяти Г 23,Известные устройства позволяютмоделировать процессы изменения параметров комплектующих элементов исследуемой схемы в соответствии сослучайными Функциями определенноговида инаблюдать изменение выходныхпараметров исследуемой схемы, вызванное изменением параметров комплектующих элементов, При достижении любымвыходным параметром схемы границыполя допуска исследуемая электроннаясхема теряет свою работоспособность,т.е. возникает отказ, связанный с изменением параметров комплектующихэлементов постепенный отказ).35Недостатком известных устройствявляется то, что в электронных схемахкроме того возникают отказы, проявляющиеся в виде резкого, практическимгновенного изменения выходного параметра, таК называемые внезапные отказы. Такие отказы электронных схемявляются следствием необратимых внезапных изменений параметров элементови проявляются в виде механических повреждений элементов (поломки, трещиныпробои изоляции и т,д.) . Видимые признаки приближения внезапных отказовобычно отсутствуют, т.е. перед отказом обычно не удается обнаружить количественные изменения характеристикобъекта. Следовательно, моделироватьвнезапные отказы путем изменения параметров элемеитов нельзя. В связис этим возникла необходимость создания устройства для моделирования 55электронных схем с более широкимиФункциональными возможностями, позволяющего исследовать электронныесхемы как с учетом постепенных отказов комплектующих элементов, так и сучетом их внезапных отказов. Цель изобретения в . расширениефункциональных возможностей за счетучета внезапных отказов. И Указанная цель достигается тем, что устройство для моделирования электронных схем, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, выход которого через дешифратор соединен с первыми входами блоков задания начальных значений параметрови блоков задания текущих значений параметров, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первым входом элемента И, выход генератора подключен ко второму входу элемента И, вы ход которого соединен с первыми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которого подключен ко вторым входам блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи входы которых соединены с выходом коммутатора и вторыми входами реверсивных счетчиков, третьи входы которых соединены с выходом блока управления, вторыми входами счетчиков памяти, четвертыми входами блоков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, входом коммутатора и входом датчика равномерно распределенных случайных чисел, выходы реверсивных счетчиков подключены ко входам соответствующих наборных полей, выходы которых соединены со входами блока анализа, выход которого подключен ко входу блока измерений, выходы генераторов тактовых импульСов переменной частоты соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых подключены к четвертым входам соответствующих реверсивных счетчиков, выходы счетчиков памяти соединены со вторыми входами соответствующих сумматоров, содержат дополнительные сумматоры, блоки памяти и счетчики адреса, первые входы которых соединены с выходами соответствующихгенераторов тактовых импульсов переменной частоты, выходы счетчиков адреса подключены к первым входам соответствующих блоков памяти, выходы которых соединены с первыми входами дополнительных сумматоров, выходы которых подключены ко входу блока управления, выход которого подключен ко вторым входам счетчиков адреса, выход коммутатора соединен со вторыми входами блоков памяти, вторые входы дополнительных сумматоров подключены к выходу датчика равномерно распределенных случайных чисел.На чертеже представлена блок-схема устройства для моделирования электронных схем.Устройство состоит из датчика 1равномерно распределенных случайныхчисел, дешифратора 2, и блоков 3 за.дания начальных значений параметров,Й блоков 4 задания текущих эначеимйлараметров элементов, элемента 5 ИЛИ, элемента 6 обратной связи, коммутатора 7, блока 8 управления, генератора 9, элемента 10 И, О счетчиков 11 , памяти, П сумматоров 12, П генераторов 13 тактовых импульсов переменной частоты, П реверсивных счетчиков 14, П наборных полей.5, блока анализа 16 измерительного блока 17, й счетчиков 18 адреса, и блоков 19 памятй, П дополнительных сумматоров 20.Датчик 1 равномерно распределенных случайных чисел предназначен для формирования по командам из блока 8 управления Ф-разрядных независимых двоичных равномерно распределенных случайных чисел, Числа с датчика 1 поступают на вход дешифратора 2, который устроен так, что обеспечивает возможность получения на его выходах сигналов с различными заранее известными вероятностями появления. Блоки 20 3 -Зп задания начальных значений параметров элементов и блоки 4-4задания текущих значений параметров элементов предназначены для формирования требуемых законов распределения. При этом в блоках 3 -ЗП с помощью коммутационных панелей формируются требуемые законы распределений начальных значений параметров элементов, а в блоках 4 -4 П аналогичным образом формируются требуемые законы распределения скоростей изменения параметров элементов. ВыходЫ блоков 3-ЗП и 4 -4 п подключены через элемент 54ИЛИ к первому входу элемента 10 И, ко второму входу которого подключен выход генератора 9 регулярных импульсов, Такое соединение позволяет выработать 2 О последовательностей импульсов случайной длины, используя только один датчик случайных чисел 40 с дешифратором и только один элемент обратной связи. Элемент 6 обратной связи предназначен для преобразования значения вероятности в количество импульсов, равное числу, со ответствующему этой вероятности в сформированном законе распределения Выработанные случайные последовательности импульсов с выхода элемента 10 И поступают в счетчики 1 1 ( . 1 1 д па р мяти, в реверсивные счетики И. Сумматоры 12-12 д в совокупности с генераторами 13-13 й образуют преобразователи число-частотаКаждый кэ них преобразует число, занесенное в счетчик 11 памяти, в последователь ность импульсов с частотой, пропорциональной числу в счетчике 11. С по" мощью генераторов 13-130 переменной частоты все моделируемые процессй изменения параметров элементов приво- у) дят к одному масштабу времени.Реверсивные счетчики 14 -14 н совместно с наборными полями 154-15 п. выполняют функции исполнительного органа. Счетчики 14-14 п выполнены ре-. 65 е рсивными для того, чтобы иметьозможность воспроизводить реализацийслучайных процессов, как с положительной; так и с отрицательной скоростями.Выходы реверсивных счетчиков 14-14 йсоединены со входами соответствующих наборных полей 15-15 п на которых иабраны упорядоченные по моделируемому параметру ряды однотипныхэлементов. В данном случае ряды элементов представляют собой макеты реальных элементов, изменение параметров которых моделируется в исследуемой электронной схеме, При этом изменение,параметра моделируется путемподключения к выходам наборного поля 15, а значит и в блок анализа 16элементов с различными значениямимоделируемого параметра. В блоке анализа 16 производится соединение выходов наборных полей 15 -15 п в соответствии с заданной структурой электронной схемыБлоки 19 -19 п памятипредназначены для записи, храненияи считывания чисел, соответствующихвероятностям появления внезапных отказов. Счетчики 18"18 п адреса предназначены для выбора адреса блоков19-19 п памяти в зависимости от числаимпульсов, поступивших от генераторов 13-13 тактовых импульсов. Сумматоры 20 -20 п предназначены,для преобразования чисел, считываемых изблоков 19-19 памяти и соответствующих вероятности появления внезапныхотказов, в сигнал, появляющийся наего выходе с этой вероятностью.Блок 17 измерений предназначен дляизмерения выходных параметров бЛока 16. Блок 8 управления предназначен для реализации цикла моделирования по заранее заданной программе.Коммутатор 7 предназначен для включения в работу определенных блоковв соответствии с командами блока 8управления;Устройство работает следующим образом,Перед началом моделирования в блоки 3 -3, 4 -4 , и 19 -19 п заносятсязаконы распределения начальныхзначений параметров элементов, текущихзначений параметров элементов и внезапных отказов элементов соответственно, Устанавливается рабочая частота каждого иэ генераторов 13-13 д.На наборных полях 15-15 п устанавли"ваются упорядоченные ряды элементов,командой из блока 8 управления при-водятся в исходное состояние. Коммутатор 7 переводится в нулевое положение, счетчики 11 -11 й, 144 -14 яи 18 -18 сбрасываются в ноль.4рПо .команде из блока 8 управлениякоммутатор 7 устанавливается в первоеположение,. а в датчике 1 формируетсяслучайное число, которое через дешифратор 2 поступает на вход блока 31,Для получения заданного значения случайной величины преобразованное случайнЬе число поступает через элементИЛИ 5 на элемент И 10 и дает разрешение на прохождение регулярных импульсов с генератора 9 на элемент бобратной связи и на счетчик 14 . Присовпадении в блоке 3 сигнала, соответствующего сформированной вероятности, и сигнала, поступающего с элемента 6, снимается разрешение на прохождение импульсов через элемент 10 И ои прекращается поступление импульсовна счетчик 1). Таким образом, в счетчик 14 заносится число, соответст"вующее вероятности сформированнойблоком 3, В соответствии с этим чис- )5лом в исследуемую электронную схемувключается элемент из упорядоченнойсовокупности элементов, которые установлены на наборном поле 15 . Параметр этого элемента соответствует 2 Осформированному в блоке 3 начальному значению параметра первого.элемента. Х (0). Затем с блока 8 подается комайда на перевод коммутатора 7во второе положение и на Формирование в датчике 1 нового случайногочисла Описанным выше образом в исследуемую схему включается один изэлементов, установленных на наборном,поле 15 с параметром Х 1(0) в соответствии с вероятностью, сформиро- ЗОванной в блоке 3 . Затем коммутатор 7переключается в следующее положениеи в исследуемую электронную схемуаналогичным образом подключаются ос- .тавшиеся (и -2) элемента с параметрами соответственно Х 3(д) Хи(0Таким образом, после П -го шага коммутатора 7 значения параметров комплектующих элементов исследуемой схемы и.ее выходных параметров будут 4 Осоответствовать начальному моментувремени (1 = О)Затем производится Формированиеслучайных чисел, соответствующих скоростям изменения параметров комплектующих элементов, и запоминание их45в счетчиках 11 -11. Для этого по команде из блока 8 снимается разрешениена прохождение сигналов на блоки 3 -3,реверсивные счетчики 14-14, одновременно подается разрешение на прохождение сигналов на блоки 4-4 и исчетчики 11 -11 Командой из блока 8 коммутатор 7 переводится в первое положение,В датчике 1 Формируется случайное55 число, которое с помощью блока 44, элемента ИЛИ 5, элемента И 10, генератора 9 и. элемента б преобразуется в число, соответствующее вероятности, сформированной блоком 4 . Это число О соответствует скорости измерения первого элемента и заносится в счетчик 11 . Преобразование выполняется так же, как для случал формирования числа, заносимого в счетчик 14. Затем по у команде из блока 8 коммутатор 7 переводится во второе положение, а в датчике 1 формируется новое случайное число, которое аналогичным образом преобразуется в число, пропорциональное скорости изменения параметра второго элемента, и заносится в счетчик 11, Точно также .заносятся случайные числа в остальные (й -2) Счетчики 11-11. На этом заканчиваются подготовительные операции, в результате которых будут сформированы случайные начальные значения и скорости изменения параметров всех комплектующих элементов одного экземпляра исследуемой схемы.Моделирование процессов изменения параметров комплектующих элементов и моделирование их внезапных отказов производится одновременно и независимо, поэтому рассмотрим сначала процесс моделирования постепенных отказов, а затем процесс моделирования внезапных отказов.Для моделирования процессов изменения параметров элементов подается команда из блока 8, по которой на, сумматоры 12-12начинают поступать импульсы от соответствующих генераторов 13 -13 п, На выходе каждого сум;матора 12 при его переполнении появляется. импульс. Частота следования импульсов с выхода каждого из сумматоров 12 -12 пропорциональна числу,занесенному в соответствующие счетчики памяти 11-11 п, С выходов сумматоров 12-12 п импульсы поступают на входы соответствующих реверсивных счетчиков 14-14 п, пересчитывающих эти импульсы. В соответствии с числом в счетчиках 14 - 1"4 П в блок 16подключаются элементы, установленныена наборных полях 15 -15 П, Частотыподключения элементов, а следовательно, и скорости изменения параметровпрямо пропорциональны числам в соответствующих счетчиках памяти 11-11 и.Для измерения выходного параметра исследуемой электронной схемы в за-, данные моменты времени блок 8 управления в эти моменты времени подает запрет, на прохождение импульсов от генераторов 13-13 п на сумматоры 12-12, При этом прекращается выдача всех команд из блока 8 управления. Переключение элементов, установленных на наборных полях, также прекращается.На исследуемую элект-.ронную схему в. блок 16 подается питание и измеряется ее выходной параметр.Для моделирования внезапных отказов после окончания подготовительных ,операций по команде из блока 8 начиается прохождение импульсов от генераторов,13 -13 п на счетчики 18 -181 Частоты генераторов 13 -13 определяют масштаб времени моделирования, Поэтому числа в счетчиках 18-18соФормула изобретенияУстройство для моделирования электронных"схем, содержащее датчик равномерно распределенных случайных чисел, выход которого через дешифратор соединен с первыми входами бло 60 ответствуют текущему времени моделирования с учетом масштаба. При поступлении каждого очередного импульса с генератора 9 на соответствующий счетчик происходит выбор адреса соответствующего блока 19 памяти и считывание содержимого этого адреса. Номер 5 адреса каждого из блоков памяти 19 определяется числом в соответствующем счетчике 18-18. Считываемые из. блоков 194 -19 памяти коды численно равны вероятностям появления внезап ного отказа соответствующего элемен" та в момент времени, определяемый числом в соответствующем счетчике 18 или номером адреса соответствующего блока 19 памяти). Эти коды поступают 15 . на первые входы сумматоров 20, на вторые входы которых поступают равно- вероятные двоичные случайные числа. Вероятность переполнения такого сумматора численно равна коду, поступа ющему на его первый вход. Переполнение одного из сумматоров 20 соответствует внезапному отказу соответствующего элемента, При переполнении какого-либо сумматора 20 с его выхода подается сигнал о внезапном отказе на блок 8 управления. Блок 8 формирует команду на прекращение моделирования и выдает информацию о том элементе схемы, из-за которого в схеме произошел внезапный .отказ. 30Процесс моделирования продолжается до тех пор, пока в какой-то момент времени 1 = 1не будет зафиксировано достижение выходным параметром исследуемой схемы одной из границ по ля допусков, что является постепенным отказом, или пока не поступит сигнал от одного из блоков 20-20 П о внезапном отказе соответствующего элемента схемы, В этом случае отказ 40 одного из элементов схемы характеризует отказ схемы в целом.Многократное повторение циклов моделирования дает возможность получить статистические данные разброса выход ных параметров электронных схем, случайных скоростей их изменения и внезапных отказов.Устройство обладает более широкими функциональными возможностями, так как оно позволяет получить данные для 50 расчета показателей надежности как с учетом постепенных отказов элементов, так и с учетом их внезапных отказов. ков задания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первымвходом элемента И, выход генератораподключен ко второму входу элемента И, выход которого соединен с пер-выми входами счетчиков памяти, реверсивных счетчиков и входом элемента обратной связи, выход которогоподключен ко вторым входам блоковзадания начальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, третьи входы которых соединены с выходом коммутатора и вторыми входами реверсивныхсчетчиков, третьи входы которых соединены с выходом блока управления,вторыми входами счетчиков памяти,четвертыми входами блоков заданияначальных значений параметров и блоков задания текущих значений параметров, входом коммутатора и входомдатчика равномерно распределенныхслучайных чисел, выходы реверсивныхсчетчиков подключены ко входам соответствующих наборных полей, выходыкоторых соединены со входами блокаанализа, выход которого подключенко входу. блока измерений, выходы генераторов тактовых импульсов переменной частоты соединены с первымивходами соответствующих сумматоров,выходы которых подключены к четвертым входамсоответствующих реверсивных счетчиков, выходы счетчиков памяти соединены со вторыми входами соответствующих сумматоров, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей за "чет учета внезапных отказов элементов, оно содержит дополнительные сумматоры, блоки памятии счетчики адреса, первые входы которых соединены с выходами соответствующих генераторов тактовых имзульсов,переменной частоты, выходысчетчиков адреса подключены к первымвходам соответствующих блоков памяти, выходы которых соединены с первыми входами дополнительных сумматоров, выходы которых подключены ковходу блока управления, выход которого подключен ко вторым входам счетчиков адреса, выход коммутатора соединен со вторыми. входами блоков памяти, вторые входы дополнительныхсумматоров подключены:к выходу датчика равномерно распределенных случайных чисел.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ б 40303, кл. Я Об Р 15/20, 1976.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2510128, кл. Й Об Р 15/201977 прототип ) .904/72 Тираж 75 бИИПИ Государственного копо делам изобретений и5, Москва, ЖРаушскаП Патент , г, Ужгород,ул одписноеСР митетаоткрытия наб,4 1130 илиал ПП ектная,Составитель И. ДубининаРедакто Л. Повхан Тех е Ж.Кастелевич Ко кто Н.Баб Заказ 10 П