Резервированный генератор импульсов

 

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано для построения резервных вычислительных систем, а также высоконадежных систем управления, индикации, передачи информации и датчиков времени. Целью изобретения является повышение надежности устройства путем введения в каждый из резервируемых каналов трех переключателей, трех блоков определения разности частот, второго делителя частоты, дешифратора, многовходового RS-триггера, элемента НЕ, двух элементов И, второго формирователя одиночного импульса и коммутатора. Принцип работы устройства основан на автоматическом контроле выходных параметров кварцевых задающих генераторов 1,2, и в случае выхода параметра за пределы допуска или отказе одного из генераторов осуществляеися автоматическое переключение на резервный. Кварцевый задающий генератор 3 необходим для выявления отклонения параметров генераторов 1 и 2. 5 ил.

1617674 A 1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

091 (Иl (Д1)5 Н 05 К 10/00 9

315 - —. ! 1;

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГХНТ СССР (21) 4617444/24 (22) 07,12.88 .(46) 30.12.90. Бюп. 11 48 (72 ) В.В.Морозов (53) 681.3 (088 ° 8) (56 ). Авторское свидетельство СССР

У 767764, кл. G 06 F ll/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР ф 1195489, кл. Н 05 К 10/ОО, 1985.

Авторское свидетельство СССР

У 743245, кл. Н 05 К.10/00, 1980. (54) РЕЗЕРВИРОВАННЬЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЪСОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано для построения резервных вычислительных систем, а также высо- . конадежных систем управления, индикации, . передачи информации и датчиков време2 ни. Целью изобретения является повышение надежности устройства путем введения в каждый из резервируемых каналов трех переключателей, трех блоков определения разности . частот, второго делителя частоты, дешифратора, многовходового RS-триггера, элемента НЕ, двух элементов И, второго формирователя одиночного импульса и коммутатора. Принцип работы устройства основан на автоматическом контроле выходных параметров кварцевых задающих генераторов 1, 2, и в случае выхода параметра за пределы допуска или отказе одного из генераторов осуществляется автоматическое переключение на резервный. Кварцевый задающий генератор 3 необходим для выявления отклонения параметров генераторов 1 и 2. 6 ип. - СГ

1617674

Переключатель 3 (14, 15 ) с одер" жит три D-триггера 48-50, элемент

ИЛИ 51 и инвертор 52 (фиг. 4).

Формирователь 11 (28) одиночного импульса (фиг. 5 ) содержит три последовательно соединенных инв ертора 53-

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может использоваться в системах цифровой передачи информации, для построения резервированных вычислительных систем, а также высоконадежных систем управления, индикации, передачи информации и датчиков времени.

Целью изобретения является повыше- 1О ние надежности генератора.

На фиг, 1 и 2 изображена структурная схема резервированного генерато1 ра импульсов; на фиг. 3 — блок определения разности частот (!6);.на 15 фиг. 4 — переключатель (13); на фиг. 5 — формирователь одиночного импульса (11) на фиг. 6 — эпюры временной диаграммы работы блока определения разности частот, 20

Резервировайный генератор импульсов содержит три кварцевых задающих генератора 1-3, три канала резервирования 4-6, каждый из которых содержит первый мажоритарный элемент 7, первый - 5 делитель 8 частоты, элемент 9 задержки, триггер 10, первый формирователь

11 одиночного импульса, второй мажори-, тарный элемент 12, три переключателя !

3-15, блоки 16-18 определения разнос-ЗО ти частот, три сигнальных входа 19-21, ( второй делитель 22 частоты, дешифратор, 23, .многовходовый HS-триггер 24„эле" мент НЕ 25, два элемента И 26, 27, второй формирователь 28 одиночного 35 импульса, коммутатор 29 и выходы устройства 30. Выходом 30 устройства является выход мажоритарной выборки любых разрядов делителей 8 частоты, Мажоритарная выборка на фиг. 1 не пока- 4р зана. Блок 16 (17, 18) определения разности частот (фиг, 3) содержит два идентичных преобразователя 31, 32 частота-.уровень, кажпый из которых содержит четыре диода 33-36, два раз- 45 делительных конденсатора 37, 38, элемент HE 39, транзистор 40 и-р-и типа, резистор 41 и фильтр 42, Блок определения разности частот содержит также коммутатор 43, элемент И 44, 50

D-триггер 45, элемент И 46 и инвертор 47, 55, элемент И-НЕ 56, конденсатор 5r и резистор 58, Делители 8, 22 частоты реализуются на основе IK-триггеров или двоичных счетчиков, коммутаторы 29, 43 и многовходовый BS-триггер 24 —, на элементах типа И-BE В качестве дешифратора 23 можно использовать элементы типа 533 ИД7.

Генератор работает следующим образом.

После включения питания на выходах переключателей 13-15 в каждом канале устанавливается логический

"0". На входах дешифратора 23 образуется исходная кодовая комбинация О, О, О. Поскольку выходы дешифратора 23 ре-.

\ агируют только на кодовые комбинации 1, 1, 1, или, 1, 1, О, или О, 1, 1, то многовходовый ВЯ-триггер 24 устанавливается в произвольное состояние.

Для определенности предположим, что многовходовые HS-триггеры 24 первого и второго каналов установились в состояние логической "1", третьего— в состояние "О". Поскольку мажоритарный элемент, 12 работает по принципу голосования 2(3, на второй управляющий вход коммутатора 29 и второй вход элемента И 26 в каждом канале подается "1", которая разрешает прохождение импульсов генератора 1 через коммутатор 29 на вход делителя 8 частоты и на второй S-вход многовходового HS-триггера .24. В результате HSтриггер 24 переключается в состояние

"1", Импульсы генератора 2 через коммутатор 29 и элемент И 27 не проходят, поскольку блокированы логическим нулем с выхода элемента НЕ 25. Таким образом, ведущим становится генератор 1.

Ко гда делитель 8 частоты перво го канала насчитывает К импульсов, где

К - коэффициент деления, на его выхо де образуется "1", которая установит триггер 10 в состояние "1" ° Очередным импульсом генератора 1 логическая 1" на выходе делителя частоты сбрасывается и начинается новый цикл деления частоты. Когда делитель 8 частоты второго или третьего канала насчитывает К импульсов, на выходе мажоритар ного элемента 7 каждого канала образуется "1", которая запускает формирователь 11 одиночного импульса, вырабатывающий импульс, длительность которого подбирается такой, чтобы однознач5 161767 но установить делитель 8 частоты в исходное состояние. С этого момента времени делители 8 частоты разных каналов работают синхронно. Через некоторое время, определяемое элементом

9 задержки, происходит сброс триггера

10. В последующих циклах деления импульсы формирователя 11 одиночного импульса лишь подтверждают текущее 1О состояние делителя 8 частоты.

Пусть частоты генераторов 1-3 равны соответственно

f,(1++3 ); f =f (,) ф

2 о !5

3 о( где f — номинал частоты;

2 5 отклонение от номинального значения частот генераторов

1, 2 и 3 соответственно.

Импульсы генераторов 1-3 через сигнальные входы 19, 20 и 21 соответственно каждого канала поступают на соответствукщие блоки 16-18 определения разности частот, на входах которых формируются импульсы разностных частот:.

1/f, (1+8,).

30 Таким образом, получается пропорция !

f =f(/N, (°

40 где N — коэффициент деления делителя

22 частоты.

Рассмотрим принцип выделения разностной частоты на работе блока 16 определения разности частот. Другие блоки определения разности частот работают аналогично, Импульсы генератора 1 через первый вход блока 16 определения разности частот попадают на вход преобразователя 31 частота-уровень и поступают на двухполупериод-,. ный выпрямитель, состоящий из четырех диодов 33-36, двух разделительных конденсаторов 37, 38 и элемента НЕ 39, Выпрямленное напряжение поступает на фильтр 42 и после фильтрации подается на базу трайзнстора 40. При этом на коллекторе транзистора 40 и на выхода преобразователя 31 частота-уровень

° . причем знак минуса берется в том слу1 чае, если члены g и, имеют одинаковые знаки, плюса - если разные. Та ким образом, на выход блока 16 определения разности частот через открытый .элемент И 46 проходят импульсы разностной частоты, которые через второй вход переключателя 13 поступают на входы С D-триггеров 48 и 49. На входы R этих триггеров через первый вход ,переключателя 13 поступают импульсы эталонной .разностной частоты

, =f, /¹f0 (1+ 3,)/1!.

Дf«=,-f =f,® 3,);

25 2 3 о(Ъ- 2)!

Chr, =r -f,==rî ® -+4) °

Одновременно импульсы генератора

1 поступают на вход делителя 22 частоты, на выходе которого формируются импульсы эталонной разностной часто1, 4

6 устанавливается О, который по первому управляющему входу коммутатора

43 блокирует прохождение импульсов генератора 1. .Аналогично работает преобразователь 32 частота-уровень, на вход которого через второй вход блока 16 определения разности частот поступают импульсы генератора 2. Таким образом, на выходе коммутатора 43 уст анавли вается "0", на выходе инвертора 47 — логическая "1", которая поступает на первый вход элемента И 46 и открывает его. На выходе элемента

ИЛИ 44 устанавливается "0", который не препятствует работе D-триггера 45 по входам D и С. За один период им" пульсов генератора 1 фазовый дрейф импульсов генератора 2 относительно импульсов генератора 1 составляет

1/ о(- ()- / о(+- 2) (эпюры 1 и 2 на фиг, 5). Следовательно,чтобы выделить один период разностной частоты (эпюра 45 на риг. 5), не" обходимо обеспечить дрейф укаэанных импульсов на величину

1!г,(+3, ) - () f,(l+!,)-1!f(I+5,))

1/h,f1,,2,1/fî,(1+о1) ° из которой. следует выражение для разностной частоты f Ä =f,(А, ) (t,+ t,) /(!,).

Если допустить, что о, .g>CC! (а для задающих кварцевых генераторов это правомерно), то получается упрощенное выражение для.Д <<, а О ("27 1617674 в

Коэффициент деления И подбирается так, чтобы в исходном состоянии выполнялось условие f < $ f < . Кроме того, чтобы член, в формуле для f не оказывал существенного влияния на точность сравнения f с Д f, необходимо выполнить Условие g /М ((о, °

При выполнении условия Г-7 ДГl Dтриггеры 48 и 49 периодически изменя- !О ют свое состояние, а D-триггер 50 устойчиво находится в нулевом состоянии, поскольку "1" на его входе D держится меньше периода импульсов, поступающих на вход С. Переключатели 14 и 15 работают аналогично. Таким образом, в исходном состоянии на входах дешифратора 23 каждого канала образуется кодовая комбинация О, O О, на выходах — кодовая комбинация 1, I 1. 20

При увеличении о 1 (например из-за отказа системы термостатирования генератора 1) увеличиваются разностные частоты ДГ и Qf, Если 5, превышает некоторую величину Р, D-тригге- 25 ры 50 переключателей 13 и 14 в каждом канале переключаются в состояние

"1" и находятся в нем по крайней мере один период разностной частоты, В течение этого времени на входах де- 30 шифратора 23 в каждом канале сохраняется кодовая комбинация 1,1,0.

При этом на первом выходе дешифратора 23 образуется логический "О", который поступает на первый В-вход многовходового -HS-триггера 24 и в момент времени, когда на выходе фор-. мирователя 28 одиночного импульса образуется "1", переключает его в нулевое состояние. На выходе мажоритар- 4О ного элемента 12 образуется "0", на выходе элемента НЕ 25 — логическая

"1", которая разрешает прохождение импульсов генератора 2 через коммутатор 29 на вход делителя 8 частоты и — через открытый элемент И 27 — на

1ретий R-вход многовходового HS-триг" гера 24. Импульсы генератора 1 через коммутатор 29 и элемент И 27 не проходят, поскольку блокированы "О" с выi0 хода мажоритарного элемента 12, Таким образом, ведущим становится генератор 2, который определяет работу каналов.

При увеличении 8g увеличиваются разностные частоты QГ, и P f ., Еси превышает некотурую величину на входах дешифратора 23 в каждом канале устанавливается кодовая комбинация О, 1, 1 таким же образом, как и кодовая комбинаций 1, 1, О. На третьем выходе дешифратора 23 образуется "О", который поступает на первый

S-вход многовходового HS-триггера 24 и переключает его в состояние "1".

При этом, если ведущим был генератор

2, происходит переключение каналов на генератор 1, При полном отказе генератора 1 импульсы на первый вход блока 16 и второй вход блока 17 не поступают. Через время С, определяемое постоянной времени фильтра 42, на выходе преобразователя 31 частота-уровень блока

16 определения разности частот образуется "!", которая через элемент ИЛИ

44 переводит D-триггер 45 в состояние

"1 и по первому управляющему входу открывает коммутатор 43. В результате на выход блока 16 определения разности частот поступают импульсы генератора 2. В блоке 17 определения разности частот "1" образуется на выходе преобразователя 32 частота-уровень, и, следовательно, на выход блока 17 также поступают импульсы генератора

2. Импульсы генератора на вход делителя 22 частоты не поступают, поэтому на его выходе устанавливается "О" или

"1". Таким образом, на первые входы переключателей 13-14 импульсы не поступают, а на вторые входы продолжают поступать. При этом на переключатели 13, 14 поступают импульсы генератора 2, а на переключатель 15 — импульсы разностной частоты ДГ . В результате на выходах переключателей 1315 в каждом канале через время, лежащее в интервале от 1/Qf до 2/ДГ установится кодовая комбинация 1, 1, 1, На втором выходе дешифратора 23 образуется "О", который переключает

RS-триггер 24 в нулевое состояние, Если ведущим был генератор 1, происходит переключение каналов на генератор 2. При этом, если 1/ДГ ) 1, происходит разовое синхронное удлинение периода выходных импульсов устройства на величину

1/Ьfz> (fз,< 2/6f „ °

При полном отказе генератора 2 на вторые входы переключателей 14 и 15 в каждом канале через время t р поступят импульсы генератора 1. Поскольку частота этих импульсов значительно больше эталонной разности частоты

16176 74!.=f) N на входах дешифратора 23 в каждом канале устанавливается кодовая комбинация О, 1, 1. При этом на третьем вы5 ходе дешифр ато р а 23 образуется "О", который переключает многовходовый HSтриггер 24 в состояние "1", Если ведущим был генератор 2, происходит переключение каналов на генератор 1 с 1О разовым синхронным удлинением выходных импульсов устройства на — t .

Генератор 3 необходим для того, чтобы выявить отклонение частоты генераторы 1 или генератора 2. Отказы на !5 работу устройства не влияют, поэтому не рассматриваются.

При переключении каналов, например, с генер атор а 1 на генер атор 2 возможна разовая расфаэировка делите- 2О лей 8 частоты разных каналов на /f

6 вследствие того, что момент включения генератора 2 не привязан к временной диаграмме делителя 8 частоты. Для устранения расфазировкн 1/f деI литель 8 частоты должен строиться на

1 базе асинхронного счетчика. Чтобы указанная расфазировка не влияла на работу последующих каскадов, одноименные разряды делителей 8 частоты разных каналов {кроме первых) должны проходить через мажоритарную выборK 7 °

При одной возможной: неи с пр авносI ти в любом из каналов два других за 35 счет мажоритарных элементов всегда работают синхронно.

) Таким образом, изобретение позволяет организовать синхронную работу 40

; по .крайней мере двух канапов при одной возможной неисправности в третьем, включая параметрические отказы генераторов 1 и 2.

Формула из обр ет ения

Резервированный генератор импульсов, содержащий три кварцевых задающих генератора и в каждом из трех ка- 5Р налов — первый делитель частоты, элемент задержки, первый формирователь одиночного импульса, три r гер и первый и второй мажоритарные элементы, входы первого мажоритарного элемента соеди- 55 нены с соответствующими входами первых мажоритарных элементов других каналов, прямой выход триггера соединен с первым входом первого мажоритарного элемента, установочный вход — с выходом первого делителя частоты, вход сброса — с выходом элемента задержки, вход которого соединен с установочНЫм входом первого делителя частоты, вход первого формирователя одиночного импульса соединен с выходом первого мажоритарного элемента, выход — с входом элемента задержки, входы второго мажоритарного элемента соединены с соответствующими входами вторых мажоритарных элементов других каналов о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности резервируемого генератора импульсов, в каждый иэ трех каналов введены три переключателя, три блока определения разности частоты, второй делитель частоты, дешифратор, многовходовый RS-триггер, элемент НЕ, два элемента И, второй формирователь одиночного импульса и коммутатор, вход второго делителя частоты соединен с первым входом первого и вторым входом второго блоков определения разности частот, выходом перво го кварцевого з адающе го генератор а и первыми сигнальными входами других каналов, выход второго делителя частоты соединен с первыми информационными входами переключателей, вторые информационные входы которых соединены с выходами соответствующих блоков определения разности частот, входы дешифраторов соединены с выходами переключателей, первый и второй R-входы многовходового RS-триггера соединены соответственно с первым и вторым выходами дешифратора, третий выход которо-. ! го соединен с первым S-входом многовходового RS-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом второго мажоритарного элемента, выход коммутатора соединен с первым информационным входом первого делителя частоты, первый информационный вход коммутатора - с выходом первого кварцевого задающего генератора и первым входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым S-входом мно говходового RS-триггера, третий

R-вход которого соединен с выходом второго формирователя одиночного импульса, вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с первым и вторым входами соответственно второго и третьего блоков определения разности частот, выходом второго кварцевого

1617674!

2 адающего генератора, вторыми сигналь ми входами других каналов и вторым тактовым входом коммутатора, первый управляющий вход которого соединен с вторым входом второго элемента И и выходом элемента НЕ, вход которого соединен с выходом второго мажоритарного

Элемента, вторым управляющим входом . коммутатора и вторым входом первого элемента И, первый и второй входы соответственно третьего и первого блоков определения разности частот соединены с выходом третьего кварцевого за- . дающего генератора и третьими сигнальными входами других каналов.

1617674

I 617674

° ° °

° ° °

Со ст авит ель Н, С ошин

Техред Л.Олийнык

Корректор А,Осауленко

Редактор А.Маковская

Заказ 41 31 Тирам 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101