ТРЕХКАНАЛЬНЫЙ РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 1995 года по МПК G06F11/20 

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано, в частности, в устройствах резервирования тактового генератора узла связи, и может применяться при выборе опорного сигнала системы синхронизации цифровой сети связи.

Для радиотехнических устройств и аппаратуры дискретной связи требуется высоконадежный источник опорной частоты, от которого во многом зависит надежность работы системы связи.

Целью изобретения является повышение точности выходного сигнала резервированного генератора.

Суть изобретения: используемые три генератора, находящиеся в горячем резерве, синхронизируются с помощью устройств фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) и поэтому переключение на резервный генератор осуществляется синфазно, без изменения фазы.

На фиг.1 представлена функциональная схема трехканального резервированного генератора; на фиг.2 функциональная схема коммутатора; на фиг.3 функциональная схема блока допускового контроля частоты.

Трехканальный резервированный генератор содержит в каждом канале генератор тактовой частоты 1, блок фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 2, элемент ИЛИ 3, счетчик 4, преобразователь прямого кода в дополнительный 5 и блок допускового контроля частоты 6, а также коммутатор 7 и таймер 8.

Коммутатор 7 (фиг. 2) содержит два элемента И 9, 10, два элемента И-НЕ 11, 12, элемент И-НЕ 13, элемент И 14 и элемент ИЛИ 15.

Блок контроля 6 (фиг. 3) содержит дешифраторы 16, 17, R-S триггер 18, двоичный сумматор 19 и преобразователь дополнительного кода в прямой 20.

Схема коммутатора 7 представляет собой схему мажоритарного голосования. Схема мажоритарного голосования осуществляет выбор опорного сигнала по состоянию регистрирующих R-S триггеров 18 блоков допускового контроля частоты 6.

В качестве устройства фазовой автоподстройки частоты 2 целесообразно использовать известное цифровое устройство (Осипов В.Г. Воронов В.А. Телеграфные аппараты и аппаратура передачи данных. "Радио и связь", 1984 г. с. 301, рис.10.41).

Устройство работает следующим образом.

Двоичные сумматоры 19, которые находятся в блоке допускового контроля 6 частоты, подключены к двум счетчикам 4. Одни входы блока допускового контроля частоты 6 подключены поразрядно к первому счетчику 4, а вторые входы сумматора 19 подключены поразрядно к второму счетчику 4 последующего канала через преобразователь 5 прямого кода в дополнительный. Счетчик 4, в котором формируется двоичный код путем прямого счета импульсов, является счетчиком уменьшаемого, а двоичный счетчик 4 последующего канала является счетчиком вычитаемого. Таким образом, с помощью сумматора 19 вычисляется разность кодов двух счетчиков.

Такое построение блоков допускового контроля частоты на основе двух двоичных счетчиков и элемента вычитателя на сумматоре 19 используется для того, чтобы результат вычитания был всегда с правильным знаком (Титце У. Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М. "Мир", 1982 г. с.350, 351, 495, 496).

Текущее значение разности кодов через преобразователь дополнительного кода в прямой 20 поступает в два дешифратора 16, 16, 17. Первый дешифратор 17 фиксирует нулевую разность и переводит в нулевое состояние R-S триггер 18 по входу R. Второй дешифратор 16, который также определяет разность кодов, является цифровым элементом. Он устанавливает порог цифровыми методами, т.е. допусковую зону, в пределах в которой уход частоты одного генератора по отношению к другому находится в допусковых пределах. Значение порога можно менять в зависимости от точности выбора опорного сигнала. Сигнал с выхода дешифратора 16 в случае превышения порога устанавливает R-S триггер 18 в "1" состояние.

На выходе разрядов сумматора 19 фиксируется код разности. Текущее значение разности на его выходе может быть как в прямом, так и в дополнительном коде отрицательного числа. В дополнительном коде отрицательного числа разность появляется в том случае, когда абсолютное значение кода вычитаемого больше абсолютного значения кода уменьшаемого. В случае формирования дополнительного кода отрицательного числа его необходимо перевести в прямой код. Для этой цели служит преобразователь дополнительного кода в прямой 20. Сигналом разрешения является признак дополнительного кода отрицательного числа, который формируется в виде единичного уровня сигнал переноса сумматора 19 ("Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем", под ред. Ю.М. Казаринова, М. "Высшая школа", 1985 г. с.22, 26).

Таким образом, состояние R-S триггера 18 в блоке допускового контроля 6-1 определяет соотношение частот между генераторами 1-1 и 1-2 за определенный промежуток времени. Аналогичным образом осуществляется соотношение частот между генераторами 1-2 и 1-3 триггером 18 в блоке контроля 6-2. В блоке контроля 6-3 осуществляется сравнение частот между генераторами 1-3 и 1-1, которое регистрируется также R-S триггером 18.

На выходе двоичных сумматоров 19 формируются кодовые к последовательности разности полных фаз двух генераторов.

Формирование сигнала разности частот, по которым срабатывает пороговое устройство, достигается нормированием полных фаз относительно единого интервала времени путем периодического обнуления счетчиков 4 последовательностью единичных интервалов, вырабатываемых таймером 8.

Выходы регистрирующих R-S триггеров 18 всех блоков контроля подключены ко входам устройства коммутации. В качестве схемы коммутации выбрана схема мажоритарного голосования 7. Схема мажоритарного голосования осуществляет выбор опорного сигнала по состоянию регистрирующих R-S триггеров 18. Как известно, минимальное число сравниваемых сигналов для реализации схемы мажоритарного голосования должна быть равна трем. При этом возможно локализовать один сигнал, частота которого находится в установленном допуске, определяемом цифровым методом.

Состояние выходов трех регистрирующих триггеров 18 в зависимости от соотношения частот генераторов могут иметь 8 комбинаций, как указано в табл. 1.

Анализируя каждое состояние регистрирующих R-S триггеров, осуществляем отбраковку частот (один генератор из трех). Для 1-го состояния выбираем частоту генератора f₁ (все R-S триггеры находятся в "0" состоянии). Для 2-ого состояния триггер 18-1 имеет "1" состояние, остальные нулевое. В этом случае произошло изменение из допустимого значения частоты генератора 1-1 или 1-2, поэтому их отбраковываем и выбираем генератор 1-3. Для 3-его состояния триггер 18-2 имеет "1" состояние, остальные нулевое. В этом случае произошло изменение из допустимого значения частоты генератора 18-2 или 18-3, поэтому их отбраковываем и выбираем генератор 1-1 и т.д.

На основании логического анализа составляют табл.2 по отбраковке частот.

Обозначим выходы R-S триггера 18 блока контроля 7-1 через Х и , соответственно выходы триггера блока контроля 7-2 через Y, , через Z, выходы триггера блока контроля 7-3.

На основании табл.1 и 2 составим логические функции. Для
A= + y (+y)
A= z + y z z(+y) z
A= x + x z + x y (+y) + x z x + x z
На основании полученных функций собрана схема мажоритарной логики (фиг. 2). Выходы частот f₁, f₂ и f₃ с элементов схем И 9, И 10, И 14 подключены на выход устройства через элемент ИЛИ 15.

Выходы трех частот коммутатора 7 через логические схемы ИЛИ 3-1, 3-2 и 3-3 каждого канала и блок фазовой автоподстройки частоты 2 подключены к управляющим входам опорных частот.

Выбранная опорная частота на одном из выходов коммутатора 7 (фиг.2) осуществляет синхронизацию двух других генераторов, т.е. один из генераторов является ведущим, а остальные два ведомые.

Итак, выбранная опорная частота f₁ на выходе коммутатора осуществляет принудительную синхронизацию двух других генераторов 1-2 и 1-3 через логические элементы ИЛИ 3-2, 3-3 с помощью устройств ФАПЧ 2-2 и 2-3.

Принудительная синхронизация генераторов 1-1 и 1-3 осуществляется с выхода коммутатора частотой f₂ через логические схемы ИЛИ 3-1, 3-3 с помощью устройств ФАПЧ 2-1 и 2-3, а генераторов 1-1, 1-2 с выхода коммутатора f₃ через логические элементы ИЛИ 3-1, 3-2 с помощью устройств ФАПЧ 2-1 и 2-2.

Таким образом, трехканальный резервированный генератор позволяет осуществить автоматическое переключение из трех резервированных генераторов на генератор, имеющий заданную нестабильность частоты, без изменения фазы.

Устройство относится к технике связи и может быть использовано, в частности в устройствах резервирования тактового генератора узла связи, и может применяться при выборе опорного сигнала синхронизации цифровой сети связи. Изобретение решает задачу повышения точности выходного сигнала резервированного генераторного оборудования. Трехканальный резервированный генератор содержит в каждом канале генератор тактовой частоты, блок фазовой автоподстройки частоты, элемент ИЛИ, двоичный счетчик, преобразователь прямого кода в дополнительный и блок допускового контроля частоты, а также коммутатор и таймер. Трехканальный резервированный генератор позволяет осуществить автоматическое переключение из трех резервированных генераторов на генератор, имеющий заданную нестабильность частоты, без изменения фазы. 3 ил., 2 табл.

ТРЕХКАНАЛЬНЫЙ РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ ГЕНЕРАТОР, каждый канал которого содержит генератор тактовой частоты, соединенный выходом со счетным входом счетчика, отличающийся тем, что в устройство введены коммутатор и таймер, а в каждый канал введены блок допускового контроля частоты, преобразователь прямого кода в дополнительный, блок фазовой автоподстройки частоты и элемент ИЛИ, подключенный выходом к управляющему входу блока фазовой автоподстройки частоты, соединенного выходом с входом генератора тактовый частоты, подключенного выходом к частотному входу блока фазовой автоподстройки частоты и соответствующему частотному входу коммутатора, выход таймера соединен с входом обнуления счетчика каждого канала, подключенного разрядными выходами к группе входов соответствующего преобразователя прямого кода в дополнительный и к первой группе информационных входов соответствующего блока допускового контроля частоты, вторые группы информационных входов блоков допускового контроля частоты первого, второго и третьего каналов подключены к группе выходов преобразователей прямого кода в дополнительный соответственно второго, третьего и первого каналов, первый и второй выходы блоков допускового констроля частоты связаны с соответствующими управляющими входами коммутатора, подключенного выходом первой опорной частоты к первым входам элементов ИЛИ второго и третьего каналов, выходом второй опорной частоты к второму входу элемента ИЛИ третьего канала и первому элементу ИЛИ первого канала, а выходом третьей опорной частоты к вторым входам элементов ИЛИ первого и второго каналов, информационный выход коммутатора является информационным выходом устройства.