Научная статья на тему 'Метрологическая надежность автоматизированных систем контроля и диагностики изделий электронной техники увч диапазона'

Метрологическая надежность автоматизированных систем контроля и диагностики изделий электронной техники увч диапазона Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
101
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УВЧ ДИАПАЗОН / ИЗДЕЛИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ / ТЕСТОВЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ / ПОГРЕШНОСТЬ УСТАНОВКИ АМПЛИТУДЫ / ПОГРЕШНОСТЬ СИНХРОНИЗАЦИИ / UHF RANGE / ELECTRONIC PRODUCTS / TEST PULSE SIGNAL / AMPLITUDE SETTING ERROR / SYNCHRONIZATION ERROR

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Никонова Галина Владимировна

В материале статьи отражены результаты анализа и даны рекомендации по обеспечению достоверности результатов испытаний БИС и СБИС УВч диапазона в автоматизированных системах контроля и диагностики. В статье показано решение задач метрологической аттестации каналов испытательной системы при формировании тестовых воздействий заданной амплитуды, синхронизированных с сигналом опорного канала. Даны рекомендации по обеспечению метрологической надежности при измерении амплитудных и временных параметров сигналов-откликов от объекта испытаний. Приведена методика оценки требований к поверочной аппаратуре по амплитудным и временным параметрам. Приведены типы конкретных средств измерений, позволяющих обеспечить достоверность испытаний изделий электронной техники УВч диапазона.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Никонова Галина Владимировна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Metrological reliability of automated control systems and diagnostics of electronic equipment products of UHF band

The material of the article reflects the results of the analysis and gives recommendations for ensuring the reliability of the results of tests of BIS and VLSI UHF bands in automated control systems and diagnostics. The article shows the solution of the tasks of metrological certification of the channels of the test system in the formation of test actions of a given amplitude synchronized with the reference channel signal. Recommendations are given to ensure metrological reliability in measuring the amplitude and time parameters of the signals-responses from the test object. The technique for estimating the requirements for verification equipment by amplitude and time parameters is given. The types of specific measuring instruments that allow to ensure the reliability of testing of electronic equipment of the UHF range are given.

Текст научной работы на тему «Метрологическая надежность автоматизированных систем контроля и диагностики изделий электронной техники увч диапазона»

УДК 621.317.799:621.3.049.771.14

DOI: 10.25206/1813-8225-2018-162-196-201

г. в. никонова

Омский государственный технический университет, г. Омск

метрологическая надежность автоматизированных систем контроля и диагностики

изделий электронной техники

увч диапазона

В материале статьи отражены результаты анализа и даны рекомендации по обеспечению достоверности результатов испытаний БИС и СБИС УВЧ диапазона в автоматизированных системах контроля и диагностики. В статье показано решение задач метрологической аттестации каналов испытательной системы при формировании тестовых воздействий заданной амплитуды, синхронизированных с сигналом опорного канала. Даны рекомендации по обеспечению метрологической надежности при измерении амплитудных и временных параметров сигналов-откликов от объекта испытаний. Приведена методика оценки требований к поверочной аппаратуре по амплитудным и временным параметрам. Приведены типы конкретных средств измерений, позволяющих обеспечить достоверность испытаний изделий электронной техники УВч диапазона.

Ключевые слова: УВЧ диапазон, изделия электронной техники, тестовый импульсный сигнал, погрешность установки амплитуды, погрешность синхронизации.

Введение. При испытаниях изделий электронной техники (ИЭТ) важной проблемой является обеспечение неискажённой передачи тестовых сигналов на большую или сверхбольшую интегральную схему (БИС, СБИС). Необходим точный учёт амплитудных и динамических погрешностей, вносимых трактом передачи в УВЧ диапазоне (0,3 — 3,0 ГГц).

Генераторный канал систем для испытаний БИС и СБИС относится к сложному устройству, являющемуся источником (генератором) как периодических, так и нерегулярных импульсных сигналов. Параметры импульсов на выходе канала должны быть установлены с заданной точностью.

Метрологическая поверка тест-сигналов в генераторных каналах касается как амплитудных и временных параметров испытательных воздействий, так и временного положения тест-импульсов относительно сигнала синхроканала и сигналов остальных каналов автоматизированной многоканальной системы.

Поверка генераторного канала испытательной системы должна установить погрешность установки параметров тест-сигнала на входе объекта испытаний. Сюда входят несоответствия в установке амплитудных и временных параметров тест-импульса, его временного положения, а также искажение формы импульса (выброс и спад плоской вершины).

Последние исследования и публикации. Погрешности временной привязки сигналов классифицируют следующим образом [1]: это погрешности функциональных узлов в каналах системы и погрешности, возникающие в ходе испытаний при изменении амплитудных и временных пара-

метров тест-сигналов в ДД. Первая группа включает смещение уровней генератора испытательной последовательности, компаратора и драйвера, задержку форматирующего устройства, дрожание и нелинейность генератора тест-последовательности. Во вторую группу попадают погрешности из-за несоответствия выходных напряжений формирователей импульсов и их компараторов, из-за нестабильности моментов стробирования сигналов, а также из-за неточности и нестабильности опорных напряжений компараторов для контроля уровней логических «0» и «1».

При поверке генераторного канала по временным параметрам с помощью фазометра необходимо учитывать все составляющие полной систематической погрешности фазометрических устройств. Составляющая погрешности, инвариантная к значению угла фазового сдвига, возникает из-за неидентичности характеристик измерительного и опорного каналов фазометра и может быть определена путем измерения нулевого фазового сдвига. Для этого достаточно подать на входы обеих каналов один и тот же сигнал. Составляющая погрешности, зависящая от значения угла фазового сдвига, возникает из-за нелинейности амплитудных и фазовых характеристик преобразователей частоты в каналах фазометра, а также из-за межканальных связей.

Структура и алгоритм работы подсистемы метрологической аттестации могут базироваться на двух возможных подходах, позволяющих проводить измерения в области ультравысоких тактовых частот и субнаносекундном диапазоне [2]. При проектировании в ряде испытательных систем

конструкторскими методами производят минимизацию задержек и их нестабильностей в каналах от точки выравнивания перекоса и до розетки контактного устройства. Также при калибровке могут вводиться и теоретические поправки.

В других системах метрологические операции производятся заменой испытуемого объекта узлом автокалибровки. Но в этом случае изменяется величина импеданса нагрузки тракта передачи сигналов. Объект испытаний может иметь импеданс значительно отличающийся от ожидаемого. Значение абсолютной погрешности калибровки этим методом не менее 1,5 нс [3].

При поверке автоматизированных систем контроля и диагностики (АСКД) также определяются метрологические характеристики измерительных каналов. Чем чаще проводится поверка, тем больше вероятность, что метрологические характеристики каналов будут находиться в заданных пределах. Но безграничное увеличение числа поверок снижает эффективность систем. Поэтому необходимо назначать такой межповерочный интервал для конкретных ИЭТ, который обеспечит заданную метрологическую надежность при минимуме экономических потерь.

Постановка задачи. С ростом тактовых частот испытаний необходимо учитывать влияние степени несогласованности тракта передачи сигналов. С этой целью проведена оценка характеристик тракта передачи импульсного сигнала с частотой следования до 5 ГГц. Оценка выполнена для коаксиального кабеля с волновым сопротивлением ZС. При этом определена форма импульса на входе объекта испытаний при значениях реактивностей импеданса нагрузки Zн, типичных для ИЭТ. Импульсный сигнал был представлен рядом Фурье. При оценке использованы уравнения для выходного напряжения и тока длинной линии для гармонических сигналов, и получен коэффициент передачи:

б « [ос(т/) + (гн и гс >с(т/)]-' ;

(1)

где у — тамплексный коэффициент распространения; 1 — длина линии.

Определив з+ачение Ки ды каждой гармоники, был восстановлеи ссгнал на входе объекта испытаний. При оценпы коэффициент фазы принимался: Р п е/(с • ЫОд8)-(е)ык (е — диэлектрическая проницаемость). При применении принципа суперпозиции, в качестве критерия на число суммируемых гармоник взята погрешность восстановления импульса. Прн учете 50 гармоник неучтенная энергия восстанавливаемого сигнала не превышает 0,001 % (сигнала типа «ееанддее и длительность фронтов импульсов 4у пс). Принятые значения: ZС = 50 Ом и 1 = 0,5 м. При изменении сопротивления нагрузки ЯН в интерсапе [40; 60] Ом и емкости СН в интервале [0; 2] пФ, погрешность передачи (амплитуды импульса составляет 2,5 % при ЛН=60 Ом и СН=0 и 40 % при С =1,5 пф. При этрм длительность фронта увеличилась на 1« пс (примерно на 40 %), а длительность срез а — на 30 пс Ина 75 %).

При индуктивной нагрузке (учитывалось изменение индуктивничтш от нуля до 20 нГн) погреш-ностьпересачи амплитуды импрльса составсла 60 % при ЛН=60 Ом р тН= 1,1 нГн. /ритееиьностч перепадов уменьшились на 20 — 40 % вследствие высокочастотной коррекции. Возникли резонансные явления (при ы + =50 Ом и ЬН= нГн). В сигнале на нагрузке подчеркивались составляющие спектра

с номерами 1—4 и 11. Неидеальность тракта передачи тест-сигнала при отклонении его нагрузки от активной наглядно иллюстрируется графиками.

Из указанного следует, что для контроля достоверной воспроизводимости испытательных сигналов на входе испытуемых изделий электронной техники (ИЭТ) необходима аппаратура для метрологической поверки.

Промышленные экземпляры образцовых средств измерений позволяют производить метрологическую аттестацию генераторного канала по установке амплитуды при требуемых погрешностях установки уровней напряжения. Для этого подходят компенсационные вольтметры, но для уровней напряжения ниже 20 мВ необходимо применять косвенные методы. В то же время измерение эффективного напряжения неактуально для испытательных систем цифровых БИС и СБИС.

Измерение амплитудных параметров импульсов с помощью современных осциллографов, использующих микроЭВМ для обеспечения измерений и обработки их результатов, применение автокалибровки и кодоуправляемого сравнения с набором опорных уровней не позволяет снизить погрешность оценки амплитудных параметров импульса ниже 3-10 %.

Импульсные вольтметры, осуществляющие интегрирующее преобразование сигнала в эффективное значение напряжения с помощью предвклю-ченных преобразователей, работают в амплитудном динамическом диапазоне (ДД) 60-80 дБ от значения (3-10) В. При этом погрешность измерения достигает 10 %, что связано с длительностью входных импульсов и периодом их повторения. Большая длительность (не менее 1 мкс) и ограниченное значение скважности (до 2 103-3 103) не позволяют применять их в испытательных системах быстродействующих ИЭТ.

Точность измерения амплитуды импульсов ограничивается погрешностью пикового детектора, работающего в динамическом диапазоне. Использование импульсных вольтметров, реализующих двухканальный автокомпенсационный метод, позволяет устранить погрешность из-за вентильной схемы в детекторе. Для таких вольтметров ДД лежит в пределах 0,1-25 В при длительности импульсов 20 мс-50 мкс при частоте следования до 10 МГц. Погрешность на верхней границе ДД в пределах 0,4-5 %. Такие параметры также не удовлетворят требованиям испытаний БИС и СБИС УВЧ диапазона.

Современные стробоскопические импульсные вольтметры, подобные В4-24, реализуют метод фиксации мгновенного значения сигнала и имеют встроенную микроЭВМ. Они близки к решению задачи поверки генераторного канала по амплитудным параметрам. Но стробоскопическое устройство выборки-хранения ограничивает полосу пропускания и точность измерения. Запомненное напряжение сигнала преобразуется в код десятиразрядным АЦП и через оптрон поступает на аналоговую измерительную схему, что обеспечивает невосприм-чивость помех импульсного характера. Отечественные стробоскопические импульсные вольтметры характерны верхней границей частотного диапазона 0,4-1 ГГц. Попрошностс озмересия амплитуды импульсов в ДД 60 дБ (от 1 В) определяется выражением:

Л « К + 0,К(Кч/Кш д ы)% ,

(2)

где ип — верхний предел поддиапазона; их — измеряемое напряжение. В этом случае измерение амплитуды 0,1 В будет иметь погрешность 3,8 %.

Для оценки времени задержки в генераторном канале целесообразно применить методы дискретного счета. Для получения высокой точности разность временной задержки двух каналов в области ВЧ и части диапазона ОВЧ нужно измерять, заполняя импульс, эквивалентный разности задержек в каналах, импульсами опорного генератора, частота которых может достигать 0,1 — 1 ГГц. Для диапазонов ОВЧ и УВЧ нужно заполнять опорный измерительный интервал импульсами, период повторения которых эквивалентен разности задержек в каналах.

Для измерения электрической длины канала можно применить измерительные схемы как на основе частотно-импульсного метода, так и методов для измерения длительности временного интервала, равной разности электрической длины двух каналов (время-импульсного метода).

В первом методе измерительная схема состоит из активного четырёхполюсника, к выходу которо-го подключается канал определённой длины с собственной задержкой Дтз. С выхода капам сигнал снова поступает на вход усилителя, а к его выходу подключается частотомер, показания которо до ф ик-сируются [4]. Частота сигнала на выходе усилителя определяется формулой: fтыx п дк Дт3.

Во втором методе задействованы синхроканал и л-й канал. Измерение длительности импульса, заданного выходными сигналами каналов при воздействии на их вход одного и того же воздействия, позволяет выявить неидентичность электрической длины двух каналов.

Работу измерительной схемы, построенной по частотно-импульсному методу, можно оценить на примере схемы генераторана элементе задержки [5].

Стартовый импульс проходит через логический ключ и цифровой элемент временной задержки (ЦЛЗ). Его выходной сигнал по цепи обратной связи подается на логический ключ,замыкая кольцо циркуляции сигнала, время задержки в кхто -ром определяет частоту генерации. В такой схеме период повторения импульсов определяется: Т=2(ТцЛЗ + 2tЗ), где ТцЛЗ — время задержки импульса в элементе цифровой задержки; ^ — вртмя та-держки в логическом ключе.

Схема проста, но имеет ряд недостатднв. Нестабильность параметров ЛЗ и вентилей входит в нестабильность периода повторения: ДТ п ДТцЛЗ а 2А1з. Минимальное значение периода Т определяется минимальной задержкой ТшыЦЛЗ в ЦЛЗ: Т„г„ = 2^ + + Т

1 1 Л.Л

Для проведения поверки импульсных генераторов государственный стандарт рекомендует образцовые средства измерений. Это электронно-лучевой осциллограф (например, С1-108), универсальный вольтметр (например, В7-21А) и генератор сигналов высоких частот (например, Г4-128). Но все эти средства обладают конечными значениями своих параметров.

Для осциллографа это полоса пропускания (0 — 350 МГц), погрешность измерения амплитуды при размерах изображения на экране л сантиметров (1+5/л), %. Погрешность измерения временных интервалов при размерах изображения на экране л сантиметров (0,5+4/л). Поэтому осциллограф должен соответствовать своим импульсным параметрам, в частности по времени нарастания переходной характеристики.

Образцовые вольтметры, большинство, имеют малый частотный диапазон измеряемых переменных напряжений, ориентировочно 20 Гц—100 кГц. Импульсные генераторы должны иметь частотный диапазон, лежащий в области УВЧ (до 3000 МГц) и обладать точной установкой амплитудных и временных параметров импульсов.

Поэтому в качестве образцовых приборов должны выступать средства измерений, поверенные согласно ГОСТ 8.002 — 86. Согласно данному стандарту, требование к допускаемой погрешности образцового средства — быть не менее чем в три раза меньше значения амплитудного или временного параметра тест-сигнала на входе ИЭТ.

Проведем оценку средств для измерения временных параметров испытательных сигналов. Автоматизированные системы электронной промышленности проводят испытания в диапазонах ВЧ — ОВЧ — УВЧ и в нижней области СВЧ. Много-канальность испытательных систем характерна неидентичностью генераторных каналов. Различные значения эквивалентных реактивных параметров функциональных узлов каналов ведут к различию временных задержек сигналов в них. Комплексный коэффициент передачи узла и, в частности, его фаза, изменяются в частотном диапазоне.

Подсистема синхронизации, выставляя сигналы синхроимпульсов, получает от ЭВМ данные по значениям Дтз, временной задержки фронта (тз Фр), временной задержки среза (тз ) и временной задержки тактового сигнала (тз Т), и разрешает работу генераторного канала командой «Старт». Код, предварительно загруженный в генератор тест-последовательности, определяет генерируемый сигнал, который о такаохой хастотой поступает на форматирующее устройство. Сигнал генератора тестовой последовахеланости (ГТП) можно предста-

З. Это ограничивает максимальную частоту вить: иГТП = п(г)е , где ф — угол фазового сдвига;

генерации (/МДх=1/ГМ7М).

Исходя из изложенного необходимо определить методическую и аппаратную базу для обеспечения достоверности амплитудных и временных параметров в генераторных каналах автоматизированных систем контроля и диагностики изделий электронной техники УВЧ диапазона.

материал исследования. Рассмотрим обеспечение поверки амплитудных параметров испытательных сигналов. Для амплитудных параметров несоответствие установленных значений заданным должно измеряться в трех (или более) точках: к ним относятся значения логических «0» и «1»,значение уровня «0,5», а также точки в зонах выброса и спада импульса.

— в при сткишем с луча е меандр.

Тактовый сигнал задерживается относительно синхроканала на кремя тз Т. Временной сдвиг выходного сигохла ГТП и является суммой задержки тактового сигнала и собственной задержки. За-держкаГТПсостолт из задержки распространения тЗр ГТП, обусловленной элементной базой, и задержки за счетпаразмтных ёмкостей тз . Следовательно:

Д[Тм п ы^) • еоТзтаТзвгтмаТ.ЗРМЕ].

(3)

Данные с выхода ГТП поступают на форматирующее усарнйстоо (ФУ), вносящее сохю добавку в суммарный фоховьш сдвиг. Суммархая задержка складывается из задержки синхроимпульсов

Рис. 1. Эквивалентная схема коммутатора

для ФУ, собственной «адержки ФУ, а также задержки за спет элемынтноы базы и паразитных емкостей.

Данные с вых од« До С л^ы^од^]эую11ыето устройства поступают на выходной формирователь (драйвер), вносящий добав ку в суммарный фазовый сдвиг.

Далее коммутатор по прогр аммш выбирает сигнал нужного зенераторного канала и подает его на исследуемый эеоитронкый модуль. Представляя комыугзт«р ]в ви=е электрического ключа (рис. 1), определим его выоодпоо напр+жоние.

Введем следующи« соСсзналееоя. сыхсдной импеданс ррайвера:

Ны «

РВ0« Д0ШСВ01ИДГ

ВЫИ дг

■выи дг

К

С ВЫК дг

ЫыРВЫ1И ДГИСВЫ1ИДГ + 1

(4)

Входное импесан« «ывоиолт реоиой подсистемыи

г?Х пъ ^ су мъ

ВО их ИЗ + КПЕ Н + №&ВР ИеВуСИПИе + СПЕ)

Входней импподеыстемы атипстациа:

7 У =

ВрV пе х пс ^ су пл

^С В

г„ «

в + jo^R

ВХ ПАХ" ВХ ПА

+ РГ

ы + ЫДгРоСо

(5)

(6)

(С)

Обозначения в формулах:: ПВЫХ ДР — выхода те со-противлен ие драйзы ар с; рШХн — вых о дна: емкость драйеера; Я«х ИЗ — вхчдное сопротивтиеззие измерительной подсисиемы; Свхиз — еыоднат емкысгр измеритель лой подсистенты; Л д« — вхырноы топыо-тивление подснстсмы аттестации; Ывх ПА — входаая емкость подкис темы атге«тации.

Вытзднойсоидт+]«влраравыесрмытеочтв (рзвс. 1): А = к + I3 + е^ О

Ь «

а,

(8)

Зная напряжение холостого хода драйвера и значения Z1, Z2, Z3 и ZН, можно определить значение иВЫХ и оценить фазовый сдвиг за счет коммутатора. Или, зная емкостные составляющие, можно определить эквивалентную выходную емкость СЭКВ и эквивалентную постоянную времени выходной цепи тВ ЭКВ. Приняв время установления сигнала на выходе равным 5-6 тВ ЭКВ, можно определить время заряда емкости СЭКВ. Добавив задержку тЗ ТР в тракте передачи сигнала от драйвера до коммутатора, получим суммарную задержку сигнала до вывода объекта, равную тЗ ТР +6 тВ ЭКВ.

Таким образем, пыоученные составляющие задержки в канале позволяют оценить суммарное значение зале«жки кры воздедствии тест-сигнала на электронный модуль. На этой основе строился измеритель ооителыности импульса, использующий частотно-импульсный метод. Сам импульс сформирован по выоодныу сигнаоам двух генер аторных каналов. Измеритель построен по ссемн ис .

Рассматривая такой генератор как функциональный эле мечт [6] , можно прт нять задержку элемента ^М1^=250-420 пс. Величина ТмшЛЗ для линии задержки из к«бкл р)^]«^^ . - к нс/% Мткыимальная частота этого генератора примерно 1 ГГц.

Нестабильнос«ы ча^стп^1^ы кстактерная для генераторов без тарамоиргчехоой стабилиза^и, оценивается као 0/,« 10В шее же в+емы оивл^г^но ДГ] + что изменение емкости в цепи обратной связи, как и изменение задесжки канала, в =дет ы изменению значения ча стозы генеуч руем ого сигнала.

При частоте тест-сигчтла (1-3) еац и значении минимальн«й ¿уштееьно саг зезт-имз+тзез ти =(300-100) пс нс ебходамо иметь неыдентичность электрическс й сыины п аы алы + не болы е 0, ОСт^ то есть не бсл«е )р—1Г пс. Ы то же времвв иадерЖ) ка генераторного кинглв ое1 о хгз^+сы же выхода ывхоиит в диапазоне [100; 50°] нс [8]. Но в нижней части диапазона ВЧ (пы УДыШ) дакая порогоыая чувытви-тельность ^условлива«т погрешность в несколько десятитысячньви ноли!! пр-ыцИНТа, илс единсцы и десятые д о ли ге рц.

Применяя для иимтпчния тапого изменениы чч-стоты серисные часто«оме«ы (нап«имер, Ч3-С4), можно измерить данное иычАнeииeчтcтoиPI ч по-гре шностью с

Ло « Ы + Игаз+С еч ^ \^ЗАР\

(10)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где 50 — олн«ситыоыиая поы]ое1пность по частоте внутреннего ыанррцевого сенесатсрс, равная 1,5-10-7; А^ — разрешающая способность, равная 10-9 с; тсЧ — время счета прибора, равное 1 с; 5ЗАП — погрешность запуска:

5-

109 /

40-8.

(11)

При таких параметрах согрешность измерения ухода частоты равно:

Л, « ы,5 • ыо 7 + ыо 8 ы,б • ыо 7«

иыи Ло « ыб • ыо 6 %.

(12)

12 = ^Ы^ с + Ь = иВЫХ^**

После подстановок пдлучим выыиженве:

К,

« Ыс

ы ы ы

— в — в —

с- се с

г О "Ч •¿-'и

(9)

То есть измен/ние ччит/ты ва единицы и доли герца фиксируется с высокой точностью, а нестабильность частоты сигнала, относительно которой определяется это изменение, оценивается как 10-3 и составляет десятые доли процента (единицы

Нс + с К с С сд

сы в с к с с зсд

килогерц) в нижней части ВЧ диапазона, что является неприемлемым для испытаний.

Также задание временных параметров, осуществляемое тем или иным методом, может быть оценено как задание соответствующего фазового сдвига Дф. Связь временного сдвига Дt и фазового Дф определяется выражением:

Дг = Дф /ш.

(13)

Для фазового метода альтернативным ему способом по измерению временного сдвига является применение электронных решений для измерения интервалов времени. Измерение временных интервалов осциллографическими методами связано с наличием высокостабильного опорного генератора, служащего источником сигнала для получения точек калибровки методом прямого когерентного синтеза в нескольких каналах в наносекундном диапазоне. Запуск развертки осциллографа может сдвигаться относительно фронта входного импульса за счет фазовращателя. Различные методы измерения временных интервалов реализованы в ряде приборов (частотомер Ч3-64).

Приборы, специально предназначенные для измерения временных интервалов, используют время-импульсный метод. В них «временные ворота» формируются импульсами наносекундного диапазона, и они имеют малую погрешность. Но эти средства не удовлетворяют требованию широкополосности, а именно: при длительности фронта выходного сигнала не менее 0,3 нс; длительности импульса не менее 0,5 нс; частоте следования импульсов в диапазоне 1—3 ГГц. Типичным представителем этой группы является измеритель И2-7.

Заключение. Таким образом, для измерения амплитудных параметров нужно использовать ос-циллографические методы на основе стробоскопических осциллографов, таких как С9-11, С1-93/3, С1-24, С1-122/4 или ТБ88000Б и 86100С БСЛ-Л, имеющих встроенные микроконтроллеры. Параметры их технических характеристик должны соответствовать: полоса пропускания не менее 18 ГГц при работе с трактом передачи сигналов с волновым сопротивлением 25 Ом или 50 Ом. При этом предел допускаемой основной погрешности измерения не более 1 % (временных интервалов 0,3 — 0,5 %; амплитудных параметров 0,5—1,0 %). Если осциллограф соответствует своим техническим характеристикам, он может быть использован для оценки достоверности амплитудных параметров тест-сигнала, воздействующего на исследуемый объект. В этом случае предел допускаемой основной погрешности не более 3 — 5 %.

Для определения погрешности установки временного сдвига выходных импульсов генераторного канала относительно импульсов синхронизации ос-циллографическим методом нужен двухканальный осциллограф. Производится одновременное наблюдение двух последовательностей импульсов. Измерение производится по фронтам тест-импульсов с использованием калиброванной масштабной сетки осциллографа согласно ГОСТ на параметры импульсного сигнала.

Осциллограф должен удовлетворять следующим требованиям. Время нарастания переходной характеристики tПХ не более 0,3 длительности фронта тф исследуемых сигналов. Погрешность калиброванного коэффициента развёртки 8рАЗВ не более 1/3 допускаемой погрешности 5 установки длительности

импульсов хи. Поэтому, в соответствии с параметрами сигнала генераторного канала (длительность фронта оф> (3,3 не; %И> 0,5 нс; 5т < 5%), для поверки временных характеристик осциллографом необходимо иметь: ínx3 0,3/3 = 0,1 не; 8рАЗВ < 5/3 « 1,7 %.

Время нарастания переходной характеристики и полоса пропускания осциллографа kfOCLJ связаны простым выражением: для данного примера полоса равна: Мосц » 0,35/fnx ~ 3,5 ГГц. В качестве примера, по параметрам tnx или Д/ОСц, и 8РАЗВ можно указать на следующие осциллографы. TeK.OSA: Д1ОСЦ=[0; 20] ГГц; 8РАЗВ = 0,01 %. Это цифровой стробоскопический осциллограф, многоканальный, со сменными блоками и многими функциональными возможностями. HP 54124T: Д/ОСЦ=[0; 20] ГГц; 5рАЗВ = 0,1 %. Это четырёхканальный стробоскопический осциллограф.

Погрешность установки временного сдвига определяют не менее чем в трёх числовых отметках шкалы каждого поддиапазона широкополосного генераторного канала и не менее чем в пяти отметках шкалы канала с одним частотным диапазоном (включая две конечные отметки).

При фиксированных значениях временного сдвига погрешность определяют для каждого значения.

Оценка временного положения тест-сигнала значима для логических переходов «0—1» и «1—0» в ЛА амплитуд. Особо тщательно оценивается временное положение фронта и среза импульса при его минимальной длительности.

В связи с недостаточной точностью отечественных приборов можно отметить метод сравнения измеряемой длительности интервала с периодом гармонического сигнала УВЧ образцового генератора на экране двухканального стробосциллогра-фа. Метрологическая достоверность этого метода достигается при погрешности фиксации частоты УВЧ-генератора в пределах 0,5—1 %. Генераторы, построенные с использованием фазовой синхронизации, позволяют обеспечить указанную точность частоты, а использование в них делителей частоты с переменным коэффициентом деления обеспечивает частотный диапазон от единиц килогерц до 3 ГГц (9 ГГц) (генераторы E8663B, NAV-2000R, Г4-151). Также можно указать генераторы с применением метода прямого цифрового синтеза (RIGOL DG5352).

Библиографический список

1. Barber M. R. Subnanosecond Timing Measurements on MOS Devices Using Modem VLSI Test System // Proc. IEEE Int'l Test Conf., Philadelphia, Pa., Oct. 1983. P. 170-180.

2. Nikonov A. V. Analysis of Architectures of Control Equipment Designed For Testing Ultra-High-Speed Integrated Circuits // Dynamics of Systems, Mehanisms and Machines (Dynamics). 2014. P. 1-4. DOI: 10.1109/Dynamics.2014.7005687.

3. Жилин Н. С., Никонов А. В. Метрологическая аттестация АИС ИЭТ // Актуальные проблемы электронного приборостроения APEIE-92: тр. Междун. науч.-техн. конф. Новосибирск, 1992. С. 7-11.

4. Шелепаев А. Г. Оптимизация межповерочного интервала обслуживаемых компонентов измерительных систем // Метрология. 1984. № 6. С. 35-37.

5. Мелешко Е. А. Наносекундная электроника в экспериментальной технике. М.: Энергоатомиздат, 1987. 216 с.

6. Niconov. A. V. PLL system at influence of a short pulse on oscillatory system of the controlled generator // Актуальные проблемы электронного приборостроения APEIE-98: тр. Меж-

дун. науч.-техн. конф / IEEE Catalog Number 98EX179. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. Т. 1. С. 223-229.

7. Зверев Е. Г., Дрянков А. И. Широкодиапазонный мно-гостоповый преобразователь время-код // ПТЭ. 1991. № 2. С. 94-97.

8. Kern J. Certain problems that arise when testing LSI and VLSI // Prace PIE. 1988. № 105. Р. 23-57. = Отдельные проблемы, возникающие при тестировании БИС и СБИС: пер. c англ. / МПСАиСУ. УТОиО НИИ «Контрольприбор». № 1115. Пенза. 30 с.

НИКОНОВА Галина Владимировна, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики».

SPIN-код: 3654-0682

AuthorID (SCOPUS) 7801434337

ResearcherID: N-1910-2014

Адрес для переписки: ngvlad@mail.ru

Для цитирования

Никонова Г. В. Метрологическая надежность автоматизированных систем контроля и диагностики изделий электронной техники УВЧ диапазона // Омский научный вестник. 2018. № 6 (162). С. 196-201. DOI: 10.25206/1813-8225-2018-162196-201.

Статья поступила в редакцию 04.10.2018 г. © Г. В. Никонова

УДК 620.179.1

DOI: 10.25206/1813-8225-2018-162-201-205

А. Е. САмотУГА1

р. а. ахмеджанов2

а. а. федотов2 А. А. пятКов3

Юмский государственный технический университет, г. Омск

2Омский государственный университет путей сообщения, г. Омск

3Закрытое акционерное общество «СиСофт Омск», г. Омск

полная модель колебаний трубопровода при ударном воздействии_

Актуальной задачей является получение экспериментальных данных о колебаниях трубопровода для оценки эффективности виброакустических способов контроля его состояния, при этом доступ к объекту зачастую затруднен. В работе представлена усовершенствованная модель, на основе которой предложено рассчитывать упругие колебания, фиксируемые на поверхности трубопровода в результате ударного воздействия. Проведена оценка адекватности полученного аналитического выражения путем сравнения расчетного сигнала с эмпирическим. § Ключевые слова: упругие колебания, поперечные колебания трубопровода, ударное воздействие, полная модель колебаний трубопровода.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 17-08-01560].

Обширная сеть трубопроводов Российской Феде- ных нефтепроводов (СОЫСЛШБ) и Бюро трубопро-

рации обеспечивает работу топливно-энергетическо- водной безопасности Управления по безопасности

го комплекса. Остро стоит вопрос предупреждения трубопроводов и опасным материалам (РИМБЛ),

и обнаружения утечек нефтепродуктов. Несмотря основным фактором возникновения аварийных си-

на снижение показателя аварийности на российских туаций является внешнее воздействие [1]. трубопроводах до уровня европейских, согласно Для изучения факторов, влияющих на возникно-

статистике, в год происходит несколько тысяч роз- вение аварий на трубопроводах и построения кон-

ливов, которые приводят к существенному ущербу струкций трубопроводов, устойчивых к внешним И

экологии и финансовым затратам. воздействиям, научным сообществом предложены ЕЕ

Согласно данным Европейской группы по сбору различные математические модели трубопровода. данных об авариях на газопроводах (БС1С), Ассоци- Известными моделями при расчете предельных

ации операторов западно-европейских магистраль- состояний трубопровода для строительства систем

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.