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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Decoder-Logikanalysator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer Wie kann man die Funktionsweise eines Geräts verstehen, in dem FPGAs oder benutzerdefinierte VLSIs verwendet werden, ohne eine detaillierte Beschreibung davon zu haben? Nur durch Analyse der Signale an den Ein- und Ausgängen von Mikroschaltungen und Steckerstiften. Das vorgeschlagene Gerät kann dabei helfen. In einigen Fällen wird es ein mehrkanaliges digitales Speicheroszilloskop erfolgreich ersetzen. Mit Hilfe des Analysators gelang es dem Autor des Artikels, mehrere Videospielkonsolen zu reparieren. Der Prozessor eines typischen Computersystems hat Zugriff auf jeden Speicherchip und alle Ein-/Ausgabeanschlüsse. Auf diese Weise wird eine bestimmte Kombination logischer Ebenen auf den Adress- und Steuerbussen sichtbar. Das Geräteauswahlsignal (Speicherchip oder E/A-Register) bildet einen Adressdecoder (DA), der im Allgemeinen eine logische UND-Verknüpfung mit den direkten und inversen Werten der Prozessorsignale durchführt. In modernen Geräten werden DAs oft in FPGAs und kundenspezifischen Mikroschaltungen platziert, deren Betriebslogik dem Benutzer unbekannt ist. Ausgefallene Geräte mit solchen Mikroschaltungen können manchmal repariert werden, indem der ausgefallene eingebaute DA durch einen selbstgebauten externen DA ersetzt wird, der aus verfügbaren Teilen zusammengesetzt ist. Dazu muss jedoch zunächst ermittelt werden, welche Signale des Prozessorsystems den Eingängen des DA zugeführt werden. Wenn Sie über ein wartungsfähiges Gerät verfügen, das dem zu reparierenden Gerät ähnelt, können Sie mit einem mehrkanaligen digitalen Speicheroszilloskop die Zeitdiagramme zahlreicher Signale entfernen und sorgfältig analysieren. Dies erfordert jedoch viel Zeit und Geduld. In einigen Fällen ist es einfacher, den Decoder-Logikanalysator (im Folgenden als Analysator bezeichnet) zu verwenden, dessen Diagramm in Abb. 1. Durch Anlegen eines Ausgangssignals YES an seinen Eingang „CS“ und Verbinden des Eingangs „ADR“ nacheinander mit verschiedenen Schaltkreisen des zu testenden Geräts ist es möglich, die am Betrieb des Decoders beteiligten Signale schnell zu finden und zu bestimmen Polarität. Die Analyse basiert auf der Tatsache, dass das am Eingang „ADR“ anliegende Signal mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Anzahl der Eingänge YES gehört, wenn sein logischer Pegel zu Beginn jedes Impulses am Eingang „CS“ gleich ist und bleibt während des gesamten Pulses unverändert.
Traditionell ist in den meisten Mikroprozessorsystemen der aktive Pegel am YES-Ausgang niedrig. Aber Ausnahmen sind möglich. Mit dem Schalter SA1 können Sie einen hohen oder niedrigen Signalpegel am Eingang „CS“ als aktiv wählen. Abhängig von seiner Position invertiert das Element DD1.3 das Signal oder nicht. Vor dem Vergleich der Signalpegel an den Eingängen „CS“ und „ADR“ verzögern die Elemente DD3.1, DD3.2 und DD1.4 letztere um mehrere zehn Nanosekunden. Dadurch wird die Verzögerung im analysierten DA und im Element DD1.3 kompensiert. Der Vergleich selbst erfolgt durch die Elemente DD3.3 und DD3.4, deren Impulse an deren Ausgängen nur erscheinen, wenn die Eingangssignale zeitlich nicht übereinstimmen. Die Schaltkreise R5C3 und R6C4 unterdrücken kurzzeitige Emissionen (sogenannte „Nadeln“), die durch Transienten verursacht werden. Aus den Elementen des DD5-Chips werden zwei RS-Flip-Flops zusammengesetzt. Einer der Eingänge empfängt jeweils Impulse vom entsprechenden Vergleichsknoten, der andere vom Reset-Impulsgenerator an den Elementen DD1.1, DD1.2. Durch das regelmäßige Zurücksetzen der Trigger können Sie die Dynamik des untersuchten Prozesses überwachen. Tastverhältnis des Reset-Impulses - 500... 1000, Wiederholungsperiode - 80... 120 ms. Dank der Verwendung des DD1-Chips der KR1533-Serie wurde der Wert des Widerstands R3 (nach TTL-Standards) recht groß gewählt, wodurch die Kapazität des Kondensators C1 reduziert werden konnte. Der DD4-Zähler dient als Signaländerungsdetektor am Eingang „ADR“. Wenn zwischen zwei Reset-Impulsen vom Ausgang des Elements DD3.1 mindestens zwei Impulse am Eingang 5 DD4 ankommen, gelangt der am Ausgang 2 des Zählers eingestellte High-Pegel zu den Eingängen der Elemente DD2.3 und DD3.4 Dadurch kann der Status der Trigger durch die LEDs HL1, HL2 angezeigt werden, bevor der nächste Reset-Impuls am Eingang R des Zählers ankommt. Das gleichzeitige Aufleuchten der LEDs bedeutet, dass das am Eingang „ADR“ anliegende Signal nicht am Betrieb des analysierten DA beteiligt ist. Wenn nur eine der LEDs leuchtet (manchmal mit einem „Zwinkern“), ist der Signalpegel am Eingang „CS“ aktiv, wenn der Signalpegel am Eingang „ADR“ niedrig (HL1 ist eingeschaltet) oder hoch (HL2 eingeschaltet) ist An). Bei konstantem Logikpegel des Signals am Eingang „ADR“ (z. B. wenn dieser Eingang nirgendwo angeschlossen ist) bleibt der Zustand des Zählers DD4 Null und die Anzeigen erlöschen. Die Praxis hat gezeigt, dass eine solche Blockierung die Wahrscheinlichkeit falscher Analysewerte erheblich verringert. Niederohmige Widerstände R1 und R2 sind in Reihe mit den Eingangskreisen des Analysators verbunden. Sie sind notwendig, um das „Klingeln“ der Unterschiede der analysierten Signale zu beseitigen, das bei langen Anschlussdrähten auftritt. Wenn ein Schutz der Eingänge vor hohen positiven und negativen Spannungen erforderlich ist, werden im Analysator Dioden VD3-VD6 installiert, die im Diagramm (Abb. 1) durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Allerdings beeinträchtigt die Eigenkapazität der Dioden die Leistung des Geräts. Dioden können aus der Serie KD521, KD509 oder ähnlich importierten Dioden stammen. Der Analysator wird von einer beliebigen 5-V-Spannungsquelle gespeist, einschließlich der im zu testenden Gerät verfügbaren. Der verbrauchte Strom überschreitet nicht 35 mA. Die Schottky-Diode VD1 schützt vor verpoltem Anschluss an die Quelle. Wenn dies nicht erforderlich ist, kann die Diode durch Ersetzen durch einen Jumper entfernt werden. Um eine hohe Logikpegelspannung zu erhalten, die an einige Eingänge von Logikelementen und Mikroschaltungen angelegt wird, wurde das DD2.1-Element verwendet. Als HL1 und HL2 eignen sich LEDs jeder Art und Leuchtfarbe, wobei ein Rot-Grün-Paar besser aussieht. Für die Chips DD1 und DD3 empfiehlt sich die Verwendung der KP1533-Serie. Der Rest kann aus verschiedenen TTL-Serien stammen, zum Beispiel K555, K155. Stellen Sie sicher, dass die LEDs HL5, HL1, HL2 sind am Eingang „ADR“ ausgeschaltet. Nach dem Anschließen des „ADR“-Eingangs an die gemeinsame Leitung blinken die LEDs kurz und erlöschen. Wenn Sie an den Eingang „ADR“ die gleichen Impulse anlegen wie an „CS“ (durch Verbinden der Eingänge), sollte bei geschlossenem Schalter SA1 nur die LED HL1 leuchten, bei geöffnetem Schalter nur HL2. Ein Beispiel für die praktische Anwendung des Analysators ist die Untersuchung der Einheit zur Erzeugung des Kassettenauswahlsignals in der Sega-Videospielkonsole (siehe Ryumik S. Merkmale der Schaltung von 16-Bit-Videokonsolen. - Radio, 1998, Nr. 4, 5, 7, 8). Der „CS“-Eingang ist mit einem der ROM-Auswahlkreise verbunden – den Kontakten B16 (OE) oder B17 (CS) des „CARTRIDGE“-Anschlusses einer funktionierenden Set-Top-Box. Installieren und starten Sie eine beliebige Spielekassette. Wenn die Sonde an den Eingang „ADR“ angeschlossen ist, berühren Sie nacheinander jeden Pin des Anschlusses „CARTRIDGE“ und beobachten Sie einige Zeit lang den Zustand der LEDs des Analysators. Drücken Sie im Zweifelsfall die „RESET“-Taste der Spielekonsole. Auf diese Weise werden Kontakte gefunden, bei deren Anschluss in einer Stellung des SA1-Schalters beide LEDs leuchten, in der anderen jedoch nur eine. Um sicherzustellen, dass die Analyse korrekt ist, muss man sie manchmal mit einer anderen Kartusche wiederholen. Natürlich gibt es keine Garantie dafür, dass alle notwendigen Signale gefunden werden. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass einige von ihnen sehr tief im VLSI „versteckt“ sind und physisch nicht zugänglich sind. Und weiterhin... Das Experiment zeigte, dass die Patronenauswahlimpulse CS zeitlich mit hohen Pegeln der Signale A21 und A22 und OE – mit niedrigen Pegeln von WE1 und WE2 – zusammenfallen. Dadurch war es möglich, einen Knoten auf nur einer Mikroschaltung herzustellen und fehlerhafte Decoder zu ersetzen. Sein Schema ist in Abb. dargestellt. In Abb. 2 markieren die Kreuze darauf die Schaltkreise der Video-Set-Top-Box, die bei der Installation des Knotens durch Durchschneiden der gedruckten Leiter unterbrochen werden müssen. Selbstverständlich besteht im Falle einer Störung nur im OE-Signalaufbereitungskreis keine Notwendigkeit, den CS-Schaltkreis zu erneuern, und umgekehrt.
Mit Hilfe dieses Geräts konnten mehrere „hoffnungslose“ Exemplare der „Sega“-Modelle NAA-2502 und MK-1631-07 mit Defekten im VLSI-Videoprozessor U3 (TA-06) und Multiprozessor U4 (mit Defekten) repariert werden Aufschrift „97xx“ oder „98xx“). Ein äußeres Symptom einer Fehlfunktion war das völlige Fehlen von Bild und Ton, Zugriffsimpulse auf die CS- und (oder) OE-Kartusche, ein hoher Logikpegel an Pin B31 (CHECK) des „CARTRIDGE“-Steckers. Autor: S. Ryumik, Tschernihiw, Ukraine
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