Устройство для измерения параметровпомехоустойчивости дискретных блоков

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТВЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл.зС 08 С 25/00 С 06 Р 15/36 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий;. 1 Ленинградский ордена Ленина политехническийинститут им. М. И. КалиниЮв-.,(71) Заявитель(54) уСТРОЯСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОМЕХОУСТОттЧИВОСТИ ДИСКРЕТНЫХ БЛОКОВИзобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано при проектировании и наладке дискретных блоков средств вычислительной техники,Суммарную помеху на каждом входе дискретного блока можно рассматривать как случайный процесс и задачи по измерению помехоустойчивости дискретных блоков решать посредством статистических методов.Известно устройство для определения показателя помехоустойчивости дискретных блоков, содержащее пороговые элементы, соединенные с индикаторами. В поле действия электромагнитной помехи устанавливается рамочная антенна, учитывающая основные конструктивные параметры линии связи между блоками дискретного действия. Регистрирующая часть прибора состоит из 20 самостоятельных разрядов, каждый иэ которых имеет свой делитель с определенным, фиксированным коэфФициентом деления, и запоминающего элемента - триггера. Входы триггера через делители подключены к общему входу прибора - ра мочной антенне,а выходы - к общемуиндикатору 1 Недостатки устройства - низкаяточность определения показателяпомехоустойчивости и большое времяизмерения. Низкая точность связанас тем, что рассматривается действие только внешних электромагнитных помех без учета помех по цепямпитания и внутренних перекрестныхпомех в процессе работы. Большоевремя измерения связано с тем, чтообычно помехи сравнительно редкопревышают порог срабатывания элементов, а делители делают эти события еще более редкими. Поэтому 15 требуется большое время для сбора статистического материала, достаточного для определения показателя помехоустойчивости.Наиболее близким техническим 20 решением к предлагаемому изобретению является устройство для определения покаЗателя помехоустойчивосги дискретных блоков методомускоренных натурных испытаний, со держащее блок задания выдержки времени, счетчик, ключ, преобразователь поля помехи в напряжение иусилитель, вход которого соединенс преобразователем поля помехи внапряжение, а выход - с пороговымэлементом, выход которого черезключ, подключенный к блоку заданиявыдержки времени, соединен с входомсчетчика, к выходам которого подсоединен индикатор (2).Недостаток этого устройстваотсутствие возможности производить измерения помехоустойчивостидискретных блоков в процессе их работы при одновременном действии внешних и внутренних помех, Кроме того,для определения показателей помехоустойчивости дискретных блоков необходимо производить многократныедополнительные измерения при различных коэффициентах усиления,Цель изобретения - повышение точности определения показателей помехоустойчивости дискретных блоков в процессе их работы , а также повышениябыстродействия устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для измерения параметров помехоустойчивости дискретных блоков, содержащее подключенныйк первому входу устройства согласующий блок, регистраторы сбоев и вкаждом измерительном канале усилитель и элемент памяти, введены регистраторы полезных сигналов, инвертор, генератор синхроимпульсов,переключатель, триггер режима работы, формирователь управляющих сигналов, генератор меток времени ив каждый четный измерительный каналвведен инвертор, вход которого соединен с выходом усилителя, выходс первым входом элемента памяти,в каждом нечетном измерительном канале выход усилителя соединен спервым входом элемента памяти, входы усилителей всех измерительныхканалов объединены и соединены с вы-,ходом согласующего блока, первыми входами триггера режима работы, первогорегистратора полезных сигналов и через инвертор - с первым входом второго регистратора полезных сигналов,выходы элементов памяти каждого нечетного и следующего четного измерительных каналов соединены соответственно с первым и вторым входамисоответствующего регистратора сбоеввыход генератора синхроимпульсовсоединен с объединенными вторымивходами триггера режима работы, регистраторов полезных сигналов и элементов памяти всех измерительныхканалов, выходы переключателя соединены с третьим и четвертым входами триггера режима работы, выходыкоторого соединены с первым и вторым входами формирователя угравляющих сигналов, выходы регистраторовполезных сигналов соединены соответственно с третьим и четвертымвходами формирователя управляющихсигналов, выходы элементов памятипоследнего нечетного и последнего четного измерительных каналов соединены соответственно с пятым и шестым входами формирователя управляющих сигналов, первый и второй выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами регистраторов сбоев, пятые входы которых объединены и соединены с выходом генератора меток времени шестые входы объединены и соединены со вторым входом устройства, кроме того регистратор сбоев содержит последовательно соединенные коммутатор, счетчик числа сбоев, элемент переполнения, ключ и счетчик времени, выход элемента переполнения соединен с сигнальным входом коммутатора, информационные входы которого соединены с первым и вторым входами регистратора сбоев, управляющие входы - с треть.им и четзертым входами регистратора сбоев, входы сброса счетчика числа сбоев и счетчика времени соединены с шестым входом регистратора сбоев, управляющий вход ключа соединен с пятым входом регистратора сбоев.На фиг. 1 представлена структурнаясхема устройства для измерения параметров помехоустойчивости дискретных блоков; на фиг. 2 - структурная схемарегистратора сбоев.Гтруктурная схема устройства для измерения параметров помехоустойчивости дискретных блоков содержит 2 л измерительных нечетных 1 и четных 2 каналов, причем каждый из нечетных каналов 1 содержит последовательно соединенные усилитель 3 и элемент 4 памяти, а каждый четный измерительный канал 2 - усилитель 3, элемент 4памяти и инвертор 5. Устройство также содержит согласующий блок б, и, регистраторов 7 сбоев, триггер 8 режимов работы, формирователь 9 управляющих сигналов, переключатель 10, генератор 11 синхроимпульсов, генератор 12 меток времени, регистратор 13 полезных сигналов (единицы), регистратор 14 полезных сигналов (нуля),Каждый из нечетных п каналов 1 предназначен для выявления сбоев при передаче "нуля", а четные и каналов 2 - для выявления сбоев при передаче "единицы", Подсоединение к точкеизмерения параметров дискретного блока осуществляется через вход 15 посредством согласующего блока б, содержащего эмиттерный повторитель с согласованным коаксиальным кабелем, либо просто коаксиальный кабель,и предназначенного для уменьшения влияния входных параметров дискретного блока на точность измерения.Формирователь 9 управляющих сигналов предназначен для коммутации выходных сигналов нечетного 1 и четного 2 каналов в зависимости от режимов работы устройства при передаче "нуля" или "единицы", для разрешениярегистрации сбоев, выявленных любым из каналов (соответствующих текущему режиму работы), запрещению регистрации сигналов на выходах любого из каналов в случае выявления полезных сигналов. Для выполнения указанной цели формирователь 9 реализует логические функции - входные сигналы х на первом - шестом 16-21 входах формирователя, выходные сигналы у на первом 22 и втором 23 выходах,В таблице представлены логические функции, реализуемые формирова. телем. 0 0 0 1 0 н и е: х - входные сигналы; У - ВЫХОДНЫЕч сигналь 1,Выходные сигналы у, , у, появляются с задержкой Т, Отйосительно сигналов "единицы" на его пятом и шестом входах. Задержка необходима для того, чтобы успели сработать регистраторы 13 и 14 при появлении полезных сигналов на Входе 15.Триггер режима работы устройства 8 гредназначен для вь:явления одного из двух режимов работы устройства соответствующих передачи "ну. ля" либо "единицы". Он представляет собой О-триггер синхронизируемый перепадом потенциала О/1 с асинхронными 85 входами.Первый вход 24 триггера 8 соответствует информационному О Входу и соединен с выходом согласующего блока б, Второй вход 25 является Входом синхронизирующих импульсов и соединен с выходом генератора синхроимпульсов 11. Третий и четвертый .2 б и .27 входы Являются асинхронными Входами К 8 и подсоединены к Выходам переключателя режимов 10,Переключатель режимов 10 может устанавливать три возможных значения входных сигналов х 27, х 2 б на асинхронных входах 2 б и 27 триггера 8: а) х = О, х= 0 - автоматическая установка режимов работы устройства по сигналам на входе 15; б)К=О,Х=1регист 27рации сбоев при пер единицы". режиедаче при этом выходные сигналы у триггера 8 на выходе 2у = О; В) Х 26 1( х 2(О режимрегистрации сбоя при передаче "нуля,",ПОИ ЭТОМ У 7 В О, %ъ 9 = 1Структурная схема регистратора 7фиг. 2) содержит коммутатор 30, вы- .ход которого подключен к счетномувходу счетчика 31 сбоев, выход счетчикаподключен ко входу схемы 32переполнения, Выход которой подключенко входу ключа 33, а также сигнальному входу коммутатора 30, выход ключа подключен ко Входу счетчика 34времени, Вход 19,предназначенный дляначальной установки, подключен ковходам сброса счетчиков 31 и 34.Коммутатор 30 предназначен для коммутации выходных сигналов нечетного 1 и четного 2 каналов, подключенных к первому и второму входурегистратора 7 в зависимости от сиг"налов на управляющих входах, а такжев зависимости от сигнала переполнения счетчика 31 сбоев на сигнальномвходе.Работа устройства заключается вследующем,Дискретный блок, параметры которого измеря стся, представляет собойсеть соединенных логических элементов, заканчивающихся приемным элементом, представляющим собой элементарный дискретный блок с памятью, например триг:ер. Помехи действуютна сеть соединений лОгических элементов и их результирующеедействиеприводится ко входам элементарныхдискретных блоков с памятью апример) триггеров. Таким образом, точками подсоединения предлагаемогостронства являются входы триггеров(счетчиковрегистров. Результирующеедействие помех, приведенных ко входу исследуемого дискретного блока,усиливается широкополосными усилителями 3 пО каждому из 2( каналов нпередается на вход элемента 4 пдмлт,В каждом из 2 Я каналов усилители 3установлены с различными строго фиксированными значениями коэффициентов,усиления. Усиленная помеха в каж"дом из каналов может гривести к срабатыванию элемента гамяти, что ификсируется им как сбой.В начале каждого такта элементы 4г(амяти приводятся В исходное состояние синхроимпульсом с Выыхода генера"тОра 1, Нечетные каналы 1 используютсЯ ДлЯ ВыЯВлениЯ сбоев при перОДачи "нуля". С этой целью усилители 3нечетных каналов 1 построены такимобразом, что при"нулевом" сигнаЛе наВХОДЕ 15( на ВыхОДе усилителЯ 3 также имеется нулевой сигнал, Усилители3 четных каналов настроены так, чтопри "единице" на входе 15, на выходеусилителя также "единица". СиналыО сбоях, выявленных с помощью эле 841012:. де45 Ъ Р 7 ментов 4 памяти, через коммутатор 30 поступают на вход счетчика 31 сбоя,Для регистрации сбоев необходимо выделить различные ситуации. Во время данного такта идет передача "нуля", либо передача "единицы", искажение передаваемого сигнала обусловлено помехой, либо обусловлено сменой передаваемого сигнала (полезный сиг - нал). Для автоматического выявления перечисленных ситуаций и выработки необходимых управляющих сигналов на третьем и четвертом входах регистраторов 7 сбоев используется триггер 8 режима работы и формирователь 9 управляющих сигналов.Возможны три режима работы устройства, задаваемые гереключателем 10. При режиме "Автоматическая работа" х 2 = х 7 = О, При этом в начале каждого такта триггер 8 переходит в состояние, соответствующее передачи сигнала "0" или "1" в зави симости от сигнала на входе 15 в этот момент времени, При режиме "Передача нуля" х 6 -- 1, х 7 -- 0 триггер все время находится в состоянии "0", При режиме "Передача единицы" х = О, х = 1 триггер все время находится в состоянии "1". Если при передаче "0" сработает регистратор 13, то это означает, что на входе 15 появляется полезный сигнал "1". Возникновение помехи, равной по величине или большей полезного сигнала, маловероятно и пренебрежение этим мало скажется на результате измерений. Аналогично, срабатывание регистратора 14 при передаче "1" воспринимается как появление на входе 15 полезного сигнала "0", Регистрация сбоев, выявленных нечетным каналом 1 (при передаче нуля) разрешается только тогда (у, = 1), когда зафиксирован режим передачи нуля (х = 0) и не возникло полезного сигнала "1" (х,В = 0). Соответственно регистрация сбоев, выявленных четным каналом 2 (при передаче ециницы) разрешается только тогда (у : 1), когда зафиксирован режим передачи единицы (х = 1) и не возникло полезного сигнала "0" (х 9 -- 0).Перед началом измерений осуществляется установка в "нуль" счетчиков 31 и 34 сигналов на входе втором устройства, После этого в каждом регистраторе 7 сбоев счетчика 31 ведется счет сбоев, выявленных в соответствующем канале. Счетчики 34 времени ведут счет текущего времени от начала измерений.Переполнение счетчика сбоев фиксируется схемой 32 переполнения, сигнал с выхода которой подается на сигнальный вход коммутатора 30, и на вход ключа 33, в результате чего осуществляется запрет на счет сбоев в счетчике 31 и счет временных интервалов счетчиком 34 времени, поступающих с генератора 12 меток времени. Таким образом автоматически заканчиваются измерения по каждомуиз каналов. По содержимому счетчиков 31 и 34 можно определитьсреднее число сбоев в единицу времени, вызванных помехой, усиленнойв известное (с ) число раз, 1 - номер канала.Вследствие большого количестванезависимых воздействий, определяющих суммарное напряжение помехи навходе исследуемого дискретного блока, зависимость этого напряжения отвремени можно рассматривать как нор мальный случайный процесс, Поскольку большую часть времени эксплуатации дискретных блоков составляютустановившиеся режимы работы, томожно предполагать, что это суммар ное напряжение помехи представляетстационарный нормальный процесс.При этом исследование процесса сбоев дискретных блоков можно свестик задаче о выбросах.При оценке помехоустойчивостидискретных блоков от изучения случайного распределения суммарного напряжения помехи ча входе исследуемого дискретного блока можно перейти к рассмотрению более простогостохастического процесса - потокасбоев дискретного блока. При этомсущественно отметить, что как призксплуатации, так и при ускоренныхиспытаниях с усилителем сбои-события редкие и подчиняются законуПуассона.Вероятность того, что за промежуток времени Т нет ни одного сбоя,можно выразить зависимостью 4 О Ь Т - Х,-Хрс):рр-ст):мр- ехр-Ц,)273 р . 2 Ъ среднее число выбросов стационарной нормальной функцииза уровень х в единицу времени;уровень порога срабатывания дискретного блока уменьшенный в х раз, здесьзначение коэффициента усиле.ния усилителя;среднеквадратические отклонения суммарной помехи Р(1)и ее производной;среднее значение В процессе измерения помехоустойчивости дискретных блоков за интервал времени измеренияопределяемый счетчиком 34 временй,измеряется число сбоев л счетчиком 31 сбоев по каждому из и каналов, т.е, при заданных значениях коэффициентов усиления 65 усилителей рассчитываются оценки Р841012 для интересующего интервала времени Т, где Р, = дахр(-о Т), (2)Ъ(3) где 1 - число независимых опытов.Поскольку помеха Р(с) усилена, то сбои элементарного дискретного устройства с памятью происходят интенсивно, испытания можно провести ускоренно. Полагая, что помеха стационарна, можно считать, что Ъу и 3 в (1) постоянны. для этого математическую модель 10 процесса сбоя ДУ (1) удобно представить параболой второго порядкаг = а + а х + а х (4)О =Ь152 ВЬр Ър20 25 35 Формула изобретения 40 Устройство для измерения параметров помехоустойчивости дискретныхблоков, содержащее подключенный кпервому входу устройства согласующий 45 блок, регистраторы сбоев и в каждомизмерительном канале усилитель и элемент памяти, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностии быстродействия устройства, в неговведены регистраторы полезных сигналов, инвертор, генератор синхроимпульсов, переключатель, триггер режима работы, формирователь управляющих сигналов, генератор меток времени и в каждый четный измерительныйканал введен инвертор, вход которогосоединен с выходом усилителя, выходс первым входом элемента памяти,в каждом нечетном измерительном канале выход усилителя соединен с первым входом элемента памяти, входыусилителей всех измерительных каналов объединены и соединены с выходомсогласующего блока, первыми входамитриггера режима работы, первого ред гистратора полезных сигналов и через ХО= - уО" -- уЬгХЪФ Ф- Ь (-ЯпР ) .4Значения ар, а, а определяютсярешением системы йормальных уравнений, в которых коэффициентами являются статистические моменты системыдвух величин х, г . Вероятность отсутствия сбоя Ррпри истинномуровне порога срабатывания (х =х =1)3,определяется путем экстраполяцииэкспериментальных значений, используя выражение (4),Таким образом, результатами прямых измерений являются средняя плотность числа сбоев по каждому из каналов элементарного дискретного устройства с памятью при заданных значениях коэффициентов усиления усилителя. По результатам таких измерений рассчитываются вероятностиотсутствия сбоев .", из (2). По значениям Р;, определяются параметрыпараболы (4), которые позволяютпутем экстраполяции рассчитать значение вероятности отсутствия сбояРр при истинном пороге срабатывания(х=х =1), т.е. там, где эксперимент не проводится ввиду редкостисбоев.По результатам проведенных измерений на отдельных входах исследуемого дискретного блока можно определить его помехоустойчивость впроцессе работы при одновременномдействии внешних и внутренних помех,что позволяет за короткое время локализовать наиболее вероятные места возникновения сбоев, оценить эффективность принимаемых мер дляповышения помехоустойчивости. Этоприводит к существенному уменьшению времени наладки опытных образцов средств вычислительной техники,их опытной эксплуатации и проведениянеобходимых доработок.Экономйческая эффективность предлагаемого устройства по отношению кранее известным состоит в уменьшенйи времени исследования и повышении точности измерения.Измерения параметров помехоустойчивости дискретных блоков посредством предлагаемого устройства производятся в течение нескольких минутлибо десятков минут. Использованиемногоканального принципа измерениясокращает время измерений по отношению к известному в число раз,равное числу каналов. В предлагаемом устройстве целесообразно применять 5-6 каналов, Таким образом,время измерения по сравнению с известным сокращается не менее чем в5-6 раз.Предлагаемое устройство позволяет производить измерения помехоустойчивости дискретного блока приодновременном воздействии как внешних, так и внутренних помех в процессе его работы, поскольку выявляется действие полезного сигнала длярегистраторов 13 и 14 полезных сигналови исключается их учет регистратором 7при помощи формирователя управляющихсигналов . Измерения производятся приотсутствии полезного сигнала либотогда, когда полезный сигнал не соответствует по параметрам своемуистинному значению вследствие действия помех, причем измерения осуществляются одновременно как в положении "нуля" измеряемого дискретногоблока, так и в положении "единицы",осуществляемом автоматически триггером 8 режима работы. По сравнениюс известным это составляет повышениеточности измерений в 2-3 раза,) г гггг г ггЬ Я.;.". - ",.ггг г первым ВХОДОМ Втоо 1 ГО регистратора полезных сигналов, Б- ХОДЫ ЗЛЕМРНтОВ ПаМЯтИ КЭЛДОГО НЕсгЕТНОГО И СЛСЦУК 1 ЩЕГО ЧЕТНОГО 11 ЗМЕРИ- тельных каналов соединены соответственно с первым и Вторым Входами соответствУ 1 оцего РегистРатоРа сбоевг ВыхОд Генератора синхроимпульсов со единен с объединенными вторь 1 ми Вхо.- дами триггера режима работы, регист- РЭТОРОБ ПОЛРЗНЫХ СИГнг 1 ЛОБ И ЗЛг;МЕНТОВ ПЭМЯТИ БСРХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫ: КЭ.Нсг- ЛОВ, БЫ 1 ХОДЫ ПЕРЕКЛК 1 с 1 гат ЕтЯ Г ОЕ 1 гИНЕ с 1 Ы С ТРЕТЬИМ И ЧЕТВЕОТЫМ ВХОпаМИ тг;,ИгтЕ - Ра Реж 11 гма Работы, выхОДы котоРОГО СОЕ ЦИНЕНс ПдгВЫ 1 г И ВТОР 11 М Б г 0 аги фогРМИРОБатЕЛЯ УПРаБЛЯЮЩг 1 Х СИГНаг 1 О 1 выходы регистраторов полезных сигналов соединены соответственно с третьим и четвертым входами формирователя управляйщих сигналОБ, выходь зле" МЕНТОВ ПЭМЯТИ ПОСЛРДНЕГО НЕг 1 ЕТНОГО И ПОСЛЕДНЕГО 1 ЕТНОГО ИЗМЕРИТЕ.с 1 ЬНЫХ каналов сОединены соответственнО с ПСГТЫМ И 111 Е ТЫГ 1 БХОГ 1 гЗГ.ГИ Юор 1 Г 1 црОБГП, ЕЛВ упоавляюших сигналов, пеовый и эторои выхоцы которОГО 1:оединены соот" ВЕтСТВЕННО С ТРЕТЬИМ И ЧЕ.1 ВЕР 1 Б 11 г входами регисраторов сбоев пятые ВХОДЫ КОтсрЫХ ОбЪЕЦИ 1;ЕНЫ И;О.-г;:гнгрны с ВыхОдОм 1 енератора меток вреггзггг ,ггво -г.га 1 Хг,ЛЫ рб ЕДНЕ 111 г И СО -; - ггиНЕГгЫ СО ВТОРЫМ ВХОДОМ УСРОЙСТВЭ,ггсОгОЙС 1 БО По П 1,О -Л И -Е С и Ем г 1 то РЕГИ" Р "г ТОРобо Б сог 111 ржит послеДОЬ атель н О сО 11 НсНН 1 Е 101 гг 1 У 1 ВТОРг 1;.гЧИК гнсдабОРВ, "-г 1 сз 1 г,1 рггг 1 Р 1 згрнс 1 Лнрння Кл 1 с 1 г.С Ч Рг Н К, " Е М Е Н И Б Ы Х О П Э Л М Е Н г аП;ОЕП 011 НЕНИг 11 СОЕДИНЕН С С;ГГНаЛЬНЫМБхоцо, 1 оммутатора, И 1-.формационныеВХОДЫ КО 1 СРОГО СОЕпн:1 Е 1-1 Ы С г-ЕРБЫМ ИБторы 11 Б.сгдак 1 с регистргс 3,торэ. сбоеВ,У - : Бг 1 Я"Сг 1 гЕ Б 0-,1, - Г тРЕ -Ь ИгМ 1,сгЕТВЕГ,1 Ы 1 г БХОДЭМИ ОЕ 1 ИСтоатОРЭ СООЕБ841012 Тираж 691 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5