Analizzatore logico decodificatore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Come capire il funzionamento di un dispositivo in cui vengono utilizzati FPGA o VLSI personalizzati, senza averne una descrizione dettagliata? Solo analizzando i segnali agli ingressi e alle uscite dei microcircuiti e dei pin del connettore. Il dispositivo proposto può aiutare in questo. In alcuni casi, sostituirà con successo un oscilloscopio a memoria digitale multicanale. Con l'aiuto dell'analizzatore, l'autore dell'articolo è riuscito a riparare diverse console per videogiochi.

Il processore di un tipico sistema informatico ha accesso a ciascuno dei chip di memoria ea tutte le porte di ingresso/uscita. Passando a loro, espone una certa combinazione di livelli logici sui bus di indirizzo e controllo. Il segnale di selezione del dispositivo (chip di memoria o registro I/O) forma un decodificatore di indirizzi (DA), che generalmente esegue un'operazione logica AND sui valori diretti e inversi dei segnali del processore.

Nelle apparecchiature moderne, i DA sono spesso collocati all'interno di FPGA e microcircuiti personalizzati con logica operativa sconosciuta all'utente. I dispositivi guasti con tali microcircuiti a volte possono essere riparati sostituendo il DA integrato guasto con uno esterno autocostruito assemblato dalle parti disponibili. Ma per questo, prima di tutto, è necessario determinare quali segnali del sistema del processore vengono inviati agli ingressi del DA.

Avendo un dispositivo riparabile simile a quello in riparazione, è possibile utilizzare un oscilloscopio a memoria digitale multicanale per rimuovere e analizzare attentamente i diagrammi di temporizzazione di numerosi segnali. Tuttavia, questo richiederà molto tempo e pazienza. In alcuni casi, è più semplice utilizzare l'analizzatore logico del decodificatore (di seguito denominato analizzatore), il cui schema è mostrato in Fig. 1. Applicando un segnale di uscita SI al suo ingresso "CS" e collegando a sua volta l'ingresso "ADR" a vari circuiti del dispositivo in prova, è possibile individuare rapidamente i segnali coinvolti nel funzionamento del decoder e determinarne la loro polarità. L'analisi si basa sul fatto che il segnale applicato all'ingresso "ADR" con alta probabilità appartiene al numero dell'ingresso SI, se il suo livello logico è lo stesso all'inizio di ogni impulso all'ingresso "CS" e rimane invariato durante l'intero impulso.

Tradizionalmente, nella maggior parte dei sistemi a microprocessore, il livello attivo all'uscita YES è basso. Ma sono possibili eccezioni. L'interruttore SA1 consente di selezionare come attivo un livello di segnale alto o basso all'ingresso "CS". A seconda della sua posizione, l'elemento DD1.3 inverte o non inverte il segnale.

Prima di confrontare i livelli di segnale agli ingressi "CS" e "ADR" gli elementi DD3.1, DD3.2 e DD1.4 ritardano quest'ultimo di alcune decine di nanosecondi. Questo compensa il ritardo nel DA analizzato e nell'elemento DD1.3. Il confronto stesso viene eseguito dagli elementi DD3.3 e DD3.4, i cui impulsi alle uscite compaiono solo se i segnali di ingresso non coincidono nel tempo. I circuiti R5C3 e R6C4 sopprimono le emissioni a breve termine (i cosiddetti "aghi") causate dai transitori.

Due flip-flop RS sono assemblati dagli elementi del chip DD5. Uno degli ingressi di ciascuno riceve impulsi dal nodo di confronto corrispondente, l'altro - dal generatore di impulsi di ripristino sugli elementi DD1.1, DD1.2. Il ripristino periodico dei trigger consente di monitorare la dinamica del processo in esame. Ripristino ciclo di lavoro dell'impulso - 500... 1000, periodo di ripetizione - 80... 120 ms. Grazie all'utilizzo del chip DD1 della serie KR1533, il valore del resistore R3 è stato scelto piuttosto elevato (per gli standard TTL), il che ha permesso di ridurre la capacità del condensatore C1.

Il contatore DD4 funge da rilevatore di cambio di segnale all'ingresso "ADR". Se tra due impulsi di reset dall'uscita dell'elemento DD3.1 arrivano almeno due impulsi all'ingresso 5 DD4, il livello alto stabilito all'uscita 2 del contatore andrà agli ingressi degli elementi DD2.3 e DD3.4 , consentendo di indicare lo stato dei trigger tramite i LED HL1, HL2 prima dell'arrivo del successivo impulso di reset all'ingresso R del contatore.

L'accensione simultanea dei LED significa che il segnale applicato all'ingresso "ADR" non partecipa al funzionamento del DA analizzato. Se solo uno dei LED è acceso (a volte con un "ammiccamento"), il livello del segnale all'ingresso "CS" è attivo quando il livello del segnale all'ingresso "ADR" è basso (HL1 è acceso) o alto (HL2 è SU). Con un livello logico costante del segnale all'ingresso "ADR" (ad esempio, quando questo ingresso non è collegato da nessuna parte), lo stato del contatore DD4 rimane zero e gli indicatori si spengono. La pratica ha dimostrato che tale blocco riduce significativamente la probabilità di false letture dell'analizzatore.

I resistori a bassa resistenza R1 e R2 sono collegati in serie ai circuiti di ingresso dell'analizzatore. Sono necessari per eliminare il "ringing" sulle differenze dei segnali analizzati, che si verifica con lunghi cavi di collegamento. Se è richiesta la protezione degli ingressi da elevate tensioni positive e negative, i diodi VD3-VD6 sono installati nell'analizzatore, mostrati nello schema (Fig. 1) da linee tratteggiate. Tuttavia, la capacità intrinseca dei diodi degrada le prestazioni del dispositivo. I diodi possono essere della serie KD521, KD509 o simili importati.

L'analizzatore è alimentato da qualsiasi sorgente di tensione a 5 V, inclusa quella disponibile nel dispositivo in prova. La corrente consumata non supera i 35 mA. Il diodo Schottky VD1 protegge dalla connessione di polarità inversa alla sorgente. Se questo non è necessario, il diodo può essere eliminato sostituendolo con un ponticello. Per ottenere una tensione ad alto livello logico applicata ad alcuni ingressi di elementi logici e microcircuiti, è stato utilizzato l'elemento DD2.1.

Come HL1 e HL2, sono adatti LED di qualsiasi tipo e colore di bagliore, sebbene una coppia rosso-verde abbia un aspetto migliore. Chip DD1 e DD3, è preferibile utilizzare la serie KR1533. Il resto può provenire da diverse serie TTL, ad esempio K555, K155.

Avendo applicato all'ingresso "CS" dell'analizzatore assemblato eventuali impulsi di livelli TTL con una frequenza da centinaia di hertz a qualche megahertz, assicurarsi che quando non è collegato da nessuna parte o collegato al circuito +5, i LED HL1, HL2 sono disattivati ​​all'ingresso "ADR". Dopo aver collegato l'ingresso "ADR" al filo comune, i LED lampeggiano brevemente e si spengono. Se si applicano gli stessi impulsi all'ingresso "ADR" come a "CS" (collegando gli ingressi), quando l'interruttore SA1 è chiuso, deve accendersi solo il LED HL1, e quando l'interruttore è aperto, solo HL2.

Un esempio dell'applicazione pratica dell'analizzatore è lo studio dell'unità di generazione del segnale di selezione della cartuccia nella console per videogiochi Sega (vedi Ryumik S. Caratteristiche del circuito delle console video a 16 bit. - Radio, 1998, n. 4, 5, 7, 8).

L'ingresso "CS" è collegato a uno dei circuiti di selezione ROM - contatti B16 (OE) o B17 (CS) del connettore "CARTRIDGE" di un set-top box funzionante. Installa e avvia qualsiasi cartuccia di gioco. Con la sonda collegata all'ingresso "ADR", toccare a turno ogni pin del connettore "CARTRIDGE" e osservare per qualche istante lo stato dei LED dell'analizzatore. In casi dubbi, premere il pulsante "RESET" della console di gioco. In questo modo si trovano contatti, quando collegati ai quali entrambi i LED si accendono in una posizione dell'interruttore SA1, e solo uno di essi si accende nell'altra. A volte, per assicurarsi che l'analisi sia corretta, è necessario ripeterla con una cartuccia diversa.

Naturalmente, non vi è alcuna garanzia che vengano trovati tutti i segnali necessari. Non si può escludere che alcuni di essi siano "nascosti" molto in profondità all'interno del VLSI e siano fisicamente inaccessibili. E ancora...

L'esperimento ha mostrato che gli impulsi di selezione della cartuccia CS coincidono nel tempo con alti livelli di segnali A21 e A22 e OE - con bassi livelli di WE1 e WE2. Di conseguenza, è stato possibile realizzare un nodo su un solo microcircuito, sostituendo i decodificatori difettosi. Il suo schema è mostrato in Fig. 2, le croci su di esso segnano i circuiti del set-top box video che devono essere interrotti durante l'installazione del nodo tagliando i conduttori stampati. Naturalmente, in caso di malfunzionamento del solo circuito di condizionamento del segnale OE, non è necessario rifare il circuito CS, e viceversa.

Con l'aiuto di questa unità, è stato possibile riparare diverse copie "disperate" dei modelli "Sega" NAA-2502 e MK-1631-07 con difetti nel processore video VLSI U3 (TA-06) e nel multiprocessore U4 (con il iscrizione "97xx" o "98xx"). Un sintomo esterno di un malfunzionamento era la completa assenza di immagine e suono, impulsi di accesso alla cartuccia CS e (o) OE, un livello logico alto al pin B31 (CHECK) del connettore "CARTRIDGE".

Autore: S.Ryumik, Chernihiv, Ucraina

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