ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ Российский патент 1995 года по МПК H03K5/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в вычислительной технике и системах управления.

Известен самокорректирующийся делитель частоты, который может быть использовано в качестве устройства для формирования импульсов (авт.св. СССР N 1156570, кл. Н 03 К 23/00, 1984), содержащий первый и второй делители частоты, счетные входы и выходы которых соединены с соответствующими входными и выходными шинами, элемент памяти, первый и второй элементы совпадения, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и первый и второй формирователи импульсов. Входы первого и второго формирователей импульсов соединены с выходом соответственно первого и второго делителей частоты, первые выходы соответственно с первым и вторым входами элемента памяти, вторые выходы соответственно с первым и вторым входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с первыми входами первого и второго элементов совпадения, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами элемента памяти, а выходы с входами управления соответствующих делителей частоты.

Недостатками данного устройства являются сложность и большая потребляемая мощность, особенно при поступлении на входные шины импульсов с высокой частотой повторения, что связано с наличием в устpойстве двух каналов деления частоты.

Известен резервированный делитель частоты, который может быть использован как устройство для формирования импульсов, (авт.св. СССР N 1579423, кл. Н 03 К 23/00, 1989), содержащий первый и второй делители частоты, тактовые входы которых соединены с входной шиной, формирователь импульсов и выходную шину, первый и второй мажоритарные элементы, первые входы которых соединены с выходом первого, а вторые входы с выходом второго делителя частоты, входы управления которых соединены с первым выходом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с третьим входом первого мажоритарного элемента, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, третий выход которого соединен с третьим входом второго мажоритарного элемента, выход которого соединен с выходной шиной.

Недостатками данного устройства является сложность и большая потребляемая мощность особенно при высокой частоте повторения импульсов на входной шине, что связано с наличием в устройстве двух каналов деления частоты.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является формирователь импульсов (авт.св. СССР N 978334, кл. Н 03 К 5/00, 1981), содержащий генератор опорной частоты, делитель частоты, блок стробирования, счетный триггер и D-триггер. Выход генератора опорной частоты подключен к входу делителя частоты. Выход счетного триггера подключен к одному из входов блока стробирования. D-вход D-триггера соединен с выходом делителя частоты, прямой выход с входом установки в "нуль" оконечного разряда делителя частоты, а инверсный выход со счетным входом счетного триггера, вход установки в "единицу" которого соединен с выходом делителя частоты. Другой вход блока стробирования соединен с управляющим выходом делителя частоты, а выход блока стробирования с С-входом D-триггера.

Недостатком данного устройства является низкая достоверность работы. Это связано с наличием в схеме формирователя импульсов однократных отказов, приводящих к преждевременному появлению импульсов на выходе формирователя. Одиночный отказ любого из разрядов делителя частоты типа "просчет" (повторение на выходе разряда импульсов, действующих на его входе) приводит к удвоению частоты импульсов на выходе делителя частоты, а следовательно, и на выходе формирователя импульсов.

Целью изобретения является повышение достоверности работы формирователя импульсов путем исключения повышения частоты формируемых импульсов при любых одиночных отказах элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в формирователь импульсов, содержащий генератор опорной частоты, подключенный к тактовому входу делителя частоты, вход обнуления которого соединен с шиной обнуления, и выходную шину, введены первый и второй мажоритарные элементы и одновибратор, выход которого соединен с первым входом первого мажоритарного элемента, второй вход которого соединен со своим выходом и выходной шиной, третий вход с основным выходом делителя частоты и первым входом второго мажоритарного элемента, второй вход которого соединен с управляющим выходом делителя частоты, третий вход со своим выходом, входом обнуления оконечного разряда делителя частоты и первым входом запуска одновибратора, второй вход запуска которого соединен с шиной обнуления. Кроме того, одновибратор содержит три элемента ИЛИ-НЕ, интегрирующую RC-цепь и диод, анод которого подключен к выходу интегрирующей RC-цепи и к первому входу первого элемента ИЛИ-НЕ, катод к входу интегрирующей RC-цепи и к выходу второго элемента ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами запуска одновибратора и соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ-НЕ, выход которого является выходом одновибратора и соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ-НЕ и вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ-НЕ.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить достоверность работы формирователя импульсов путем исключения повышения частоты формируемых импульсов при одиночных отказах элементов.

Известно техническое решение (авт.св. СССР N 1455980, кл. Н 03 К 23/00, 1986), в котором обнаружен следующий отличительный признак: выход мажоритарного элемента соединен с одним из его входов.

Свойства заявляемого и известного технических решений, обусловленные наличием этого признака, совпадают, а именно: обеспечивается переключение мажоритарного элемента в любое состояние только при наличии соответствующих сигналов на двух остальных входах, что исключает повышение частоты на выходе в результате одиночных отказов элементов.

Известные технические решения, содержащие остальные отличительные от прототипа существенные признаки, не обнаружены, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию "Существенные отличия".

На чертеже приведена схема формирователя импульсов.

Формирователь импульсов содержит генератор 1 опорной частоты, делитель 2 частоты с основным 3 и управляющим 4 выходами, шину 5 обнуления, выходную шину 6, первый 7 и второй 8 мажоритарные элементы и одновибратор 9. Выход генератора 1 опорной частоты подключен к тактовому входу делителя 2 частоты, вход обнуления которого соединен с шиной 5 обнуления и одним из входов запуска одновибратора 9, выход которого соединен с первым входом мажоритарного элемента 7. Второй вход мажоритарного элемента 7 соединен с выходной шиной 6 и выходом мажоритарного элемента 7, а третий вход с основным выходом 3 делителя частоты 2 и первым входом мажоритарного элемента 8. Второй вход мажоритарного элемента 8 соединен с управляющим выходом 4 делителя частоты 2, а третий вход с выходом мажоритарного элемента 8, входом обнуления оконечного разряда 2.n делителя частоты 2 и другим входом запуска одновибратора 9. Управляющим входом 4 делителя 2 частоты является выход одного из разрядов 2.i делителя 2 частоты, кроме последнего 2.n (где i1,2,n-1). Одновибратор 9 содержит первый 10, второй 11 и третий 12 элементы ИЛИ-НЕ, интегрирующую RC-цепь 13 и диод 14. Анод диода 14 подключен к выходу интегрирующей RC-цепи 13 и к первому входу элемента ИЛИ-НЕ 10, а катод к входу интегрирующей RC-цепи 13 и к выходу элемента ИЛИ-НЕ 11. Первый и второй входы элемента ИЛИ-НЕ 11 являются соответственно первым и вторым входами запуска одновибратора 9 и соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ-НЕ 12. Выход элемента ИЛИ-НЕ 12 является выходом одновибратора 9 и соединен с третьим входом элемента ИЛИ-НЕ 11 и вторым входом элемента ИЛИ-НЕ 10, выход которого соединен с третьим входом элемента ИЛИ-НЕ 12.

Генератор 1 опорной частоты выполнен по схеме мультивибратора на инверторах с кварцевой стабилизацией частоты (Альтшуллер Б.А. и др. Кварцевые генераторы. Справочное пособие. М. Радио и связь, 1984, стр. 63, рис.5.6 б).). В генераторе 1 использованы в качестве инверторов элементы микросхемы 564ЛН2, в качестве кварцевого резонатора ПЭ1 кварцевый резонатор РГ-27 с резонансной частотой 500 кГц, в качестве резистора R1 резистор С2-33Н-0, 125-1 МОм±5% Делитель 2 частоты выполнен на триггерах микросхемы 564ТВ1 с расширением R-входа в последнем разряде с помощью элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ микросхемы 564ЛП2. Мажоритарные элементы 7, 8 выполнены на микросхеме 564ЛП13. Элементы ИЛИ-НЕ 11,12 выполнены на микросхеме 564ЛЕ10, элемент ИЛИ-НЕ 10 на микросхеме 564ЛЕ5. Интегрирующая RC-цепь 13 выполнена на резисторе С2-33Н-0,125-510 кОм± ±5% и конденсаторе К10-17с-а-Н50-2,2 нФ±5% В качестве диода 14 использован диод 2Д522Б.

Генератор 1 опорной частоты может быть выполнен как в авт.св. СССР N 1450711, кл. Н 03 К 3/02, 1987. Делитель 2 частоты, мажоритарные элементы 7,8, элементы ИЛИ-НЕ 10,11,12 могут быть выполнены на КМОП-микросхемах других серий, например К561, 1526. В качестве резистора интегрирующей RC-цепи 13 могут использоваться резисторы типа С2-23 и др. в качестве конденсатора конденсаторы типа К10-47 и др. В качестве диода 14 может использоваться диод 2Д510А и др.

Формирователь импульсов работает следующим образом.

В исходном состоянии на шине 5 обнуления присутствует уровень логической "1", удерживающий триггеры разрядов делителя 2 частоты и элементы ИЛИ-НЕ 11 и 12 в состоянии логического "0", что обеспечивает установку в состояние логического "0" мажоритарных элементов 7,8. Элемент ИЛИ-НЕ 10 находится в состоянии логической "1", конденсатор интегрирующей RC-цепи 13 разряжен. Выходные импульсы генератора 1 опорной частоты поступают на тактовый вход делителя 2 частоты, но не изменяют его состояния.

При поступлении на шину 5 обнуления уровня логического "0" импульсы генератора 1 опорной частоты начинают изменять состояние делителя 2 частоты. На управляющем выходе 4 делителя 2 частоты появятся импульсы положительной полярности, которые поступают на второй вход мажоритарного элемента 8, но не могут изменить его состояния.

При поступлении на шину 5 обнуления уровня логического "0", который проходит на первые входы элементов ИЛИ-НЕ 11 и 12, элемент ИЛИ-НЕ 11 переключается в состояние логической "1" и начинается медленный заряд конденсатора интегрирующей RC-цепи 13. Напряжение на выходе интегрирующей RC-цепи 13, а следовательно, и на первом входе элемента ИЛИ-НЕ 10 нарастает. При достижении указанным напряжением порога срабатывания элемент ИЛИ-НЕ 10 переключается в состояние логического "0" и вызывает переключение элемента ИЛИ-НЕ 12 в состояние логической "1", с выхода которого уровень логической "1" поступает на второй вход элемента ИЛИ-НЕ 10, подтверждая его состояние логического "0", и на первый вход мажоритарного элемента 7, но не изменяет его состояния.

При переключении триггера оконечного разряда 2n делителя 2 частоты уровень логической "1" поступает на основной выход 3 делителя 2 частоты и далее на третий вход мажоритарного элемента 7 и на первый вход мажоритарного элемента 8. При этом на управляющем выходе 4 делителя 2 частоты присутствует уровень логического "0". Поэтому мажоритарный элемент 8 остается в состоянии логического "0", а мажоритарный элемент 7 переключается в состояние логической "1", формируя на выходной шине 6 импульс положительной полярности.

При поступлении очередного импульса положительной полярности на управляющий выход 4 делителя 2 частоты мажоритарный элемент 8 переключается в состояние логической "1" и устанавливает в исходное состояние логического "0" оконечный разряд делителя 2 частоты, а также элементы ИЛИ-НЕ 11 и 12, что вызывает установку в исходное состояние логического "0" мажоритарного элемента 7 и окончание импульса на выходной шине 6. Одновременно уровень логического "0" на выходе элемента ИЛИ-НЕ 11 вызывает быстрый разряд конденсатора интегрирующей RC-цепи 13 через диод 14 и установку в состояние логической "1" элемента ИЛИ-НЕ 10. Одновибратор 9 установлен исходное состояние. После этого положительный импульс на управляющем выходе 4 делителя 2 частоты заканчивается, мажоритарный элемент 8 устанавливается в состояние логического "0" и запускает одновибратор 9. Далее работа продолжается аналогичным образом.

При одиночных отказах разрядов делителя 2 частоты, вызывающих уменьшение периода выходных импульсов, переключение оконечного разряда 2n в состояние логической "1" произойдет до срабатывания одновибратора 9. Поэтому мажоритарный элемент 7 не переключится и выходной импульс на шине 6 не сформируется. При поступлении очередного импульса положительной полярности на управляющий выход 4 переключится мажоритарный элемент 8 и вызовет установку в исходное состояние оконечного разряда 2 делителя 2 частоты и одновибратора 9. При окончании импульса на управляющем выходе 4 произойдет новый запуск одновибратора.

Описание работы подтверждает нормальное функционирование формирователя при отсутствии отказов элементов и исключение возможности повышения частоты выходных импульсов при отказах делителя частоты. Исключение повышения частоты выходных импульсов достигается за счет порогового контроля периода формируемых импульсов с помощью одновибратора и блокировки их прохождения на выход формирователя, когда период формируемых импульсов меньше длительности импульса одновибратора.

Таким образом, из описания работы видно, что заявляемый объект по сравнению с прототипом обладает повышенной надежностью функционирования за счет исключения повышения частоты формируемых импульсов при одиночных отказах элементов.

При этом длительность импульса одновибратора устанавливается равной 75% периода формируемых импульсов. Допуск на стабильность импульса одновибратора не должен превышать 30% При частоте генератора, равной 500 кГц, и числе разpядов делителя, равном 10, переключение оконечного разряда будет происходить через 1024 мкс. Следовательно, длительность импульса одновибратора должна быть равна 768± ±230 мкс. При пороге срабатывания первого элемента ИЛИ-НЕ, равном половине напряжения питания, постоянная времени интегрирующей RC-цепи должна быть равна 1100 мкс.

В институте изготовлен лабораторный макет формирователя импульсов, испытания которого подтвердили осуществимость и практическую ценность заявляемого объекта.

Формирователь импульсов содержит генератор 1 опорной частоты, делитель частоты 2, шину обнуления 5, выходную шину 6, мажоритаорные элементы 7,8, одновибратор 9. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ, содержащий генератор опорной частоты, выход которого соединен с тактовым входом делителя частоты, вход обнуления которого соединен с шиной обнуления, и выходную шину, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены первый и второй мажоритарные элементы и одновибратор, выход которого соединен с первым входом первого мажоритарного элемента, второй вход которого соединен со своим выходом и выходной шиной, третий вход с основным выходом делителя частоты и первым входом второго мажоритарного элемента, второй вход которого соединен с управляющим выходом делителя частоты, третий вход- со своим выходом, входом обнуления оконечного разряда делителя частоты и с первым входом запуска одновибратора, второй вход запуска которого соединен с шиной обнуления. 2. Формирователь импульсов по п. 1, отличающийся тем, что одновибратор содержит три элемента ИЛИ НЕ, интегрирующую RC-цепь и диод, анод которого соединен с выходом интегрирующей RC-цепи и с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ, катод с входом интегрирующей RC-цепи и выходом второго элемента ИЛИ- НЕ, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым входами запуска одновибратора и соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ НЕ, выход которого является выходом одновибратора и соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ -НЕ и вторым входом первого элемента ИЛИ НЕ, выход которого соединен с третьим входом третьего элемента ИЛИ НЕ.