ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ Российский патент 1997 года по МПК H03K5/135 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автоматизированных системах управления стендовыми испытаниями энергодвигательных установок в качестве формирователя управляющих высокостабильных импульсов в широком диапазоне длительностей. Кроме того, формирователь импульсов может широко использоваться в составе общепромышленных АСУТП, работающих в сложной помеховой обстановке. Цель изобретения повышение помехозащищенности формирователя при одновременном расширении диапазона формируемых длительностей импульсов. Устройство позволяет формировать управляющие высокостабильные импульсы в широком диапазоне длительностей, что определяется его структурой, не содержащей элементов, выполненных на пассивных компонентах конденсаторов и резисторов. Формирователь импульсов реализуется полностью на логических элементах, технологичен и может быть выполнен в виде микросхемы.

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в автоматизированных системах управления стендовыми испытаниями энергодвигательных установок (ЭУ) в качестве формирователя управляющих высокостабильных импульсов в широком диапазоне длительностей.

При автоматизации стендовых испытаний ЭУ в зависимости от технологии и цели испытаний необходимо выдавать в систему управления последовательность управляющих импульсов, имеющих длительность от десятков наносекунд до сотен секунд.

Стендовые информационно-управляющие системы (ИУС) работают в едином масштабе времени, поэтому к длительности фронтов импульсов предъявляются очень жесткие требования t_фр≅ 2 нс при одновременном обеспечении стабильности плоской части импульса.

Стендовые ИУС имеют сложную топологию на площади порядка 1 кв.км. Испытательное сооружение (стенд) насыщено электроавтоматикой, создающей сложную помеховую обстановку при срабатывании. Действие помех приводит к искажению длительности формируемых импульсов и сбоям при выполнении управляющей циклограммы, что в свою очередь снижает эффективность отработки дорогостоящих сложных физических объектов за счет перерасхода рабочих компонентов и ресурса изделий.

Таким образом, задача обеспечения помехозащищенности устройства при одновременном расширении диапазона формируемых длительностей импульсов является актуальной.

Известен формирователь импульсов, выполненный в виде микросхемы и ряда навесных элементов, реализующих времязадающую цепь [1] Недостатками устройства аналога [1] являются узкий диапазон формирования длительностей, в котором обеспечивается стабильная работа формирователя и одновременно его низкая помехозащищенность. Указанные недостатки препятствуют использованию устройства аналога [1] в стендовых информационно-управляющих системах.

Известен формирователь импульсов, содержащий два триггера, элемент НЕ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ [2]
Устройство аналог [2] имеет более широкий диапазон формирования длительностей, но при условии отсутствия помех по цепям управления. При действии помех устройство неработоспособно, что препятствует его использованию в стендовых ИУС.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному техническому решению является формирователь импульсов, содержащий первый и второй D-триггеры, элементы НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, И-НЕ, входную, управляющую и выходные шины [3]
Устройство прототип [3] выполнено на логических элементах, не сложно при реализации и может быть в виде интегральной микросхемы.

Однако устройство прототип [3] обладает низкой помехозащищенностью. Так, при действии помех типа "дробление" или наложении помехи на полезный сигнал, смесь сигнала и помехи поступит на второй вход элемента И-НЕ и на выходе устройства будет искаженный сигнал. Таким образом, диапазон формируемых длительностей устройства прототипа [3] определяется статистическими характеристиками помех при одновременном наложении ограничений на параметры управляющих/входных сигналов.

Таким образом, низкая помехозащищенность устройства прототипа [3] не позволяющая осуществлять формирование импульсов в широком диапазоне длительностей препятствует его применению в стендовых ИУС.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности устройства при одновременном расширении диапазона длительностей формируемых импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в формирователе импульсов, содержащем первый и второй D-триггеры, элемент И-НЕ и элемент НЕ, D-вход первого D-триггера соединен с информационной шиной, С-вход первого D-триггера и вход элемента НЕ объединены и соединены с шиной управления, прямой выход первого D-триггер соединен с D-входом второго D-триггера и первым входом элемента И-НЕ, выход элемента НЕ соединен с С-входом второго D-триггера, инверсный выход которого соединен со вторым входом элемента И-НЕ, выход которого является выходом устройства.

Введение отличительных признаков позволяет проявлять заявленную совокупность нового свойства расширение диапазона длительностей формируемых импульсов, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "существенные отличия". Анализ известных в науке и технике решений показал на отсутствие в них признаков, заявленных в качестве отличительных.

На фиг. 1 приведена схема формирователя импульсов; на фиг. 2 временные диаграммы, иллюстрирующие работу формирователя.

Формирователь импульсов содержит информационную шину, обозначенную как вход 1, шину управления, обозначенную как вход 2, первый D-триггер 3, D-вход которого соединен с входом 1, а С-вход с входом 2, второй D-триггер 5, D-вход которого соединен с прямым выходом первого D-триггера 3, элемент НЕ 4, вход которого соединен с С-входом первого D-триггера 3, а выход элемента НЕ 4 соединен с С-входом второго D-триггера 5, элемент И-НЕ 6, первый вход которого соединен с прямым выходом первого D-триггера 3 и D-входом второго D-триггера 5, а второй вход элемента И-НЕ 6 соединен с инверсным выходом второго D-триггера 5, причем выход элемента И-НЕ 6 является выходом формирователя импульсов.

Формирователь импульсов работает следующим образом.

В исходном состоянии на входе 1 (ось t₁, фиг.2) присутствует сигнал логического "0", на выходе первого D-триггера 3 (ось t₃, фиг.2) присутствует сигнал логического "0", на инверсномвыходе второго D-триггера 5 - сигнал логической единицы (ось t₄, фиг.2), на выходе элемента И-НЕ 6 также сигнал логической единицы.

На вход 2, С-вход первого D-триггера 3 и вход элемента НЕ 4 (ось t₂, фиг. 2) поступают частотные тактические импульсы, полупериод которых равен длительности импульса с выхода формирователя.

При поступлении импульса высокого уровня на информационной шине на D-вход первого D-триггера 3 передним фронтом импульса тактирующей частоты происходит запись, в результате чего на выходе первого D-триггера 3 (ось t₃, фиг. 2) появляется уровень логической "1", который одновременно поступает на первый вход элемента И-НЕ 6. Так как на втором выходе элемента И-НЕ 6 присутствует сигнал логической "1", то на его выходе появится сигнал логического "0".

Задний фронт импульса тактирующей частоты инвертируется элементом НЕ 4 и осуществляет запись входного сигнала с выхода первого D-триггера (ось t₃, фиг. 2), в результате чего на выходе второго D-триггера появится сигнал логического "0", который поступает на второй вход элемента И-НЕ, на выходе которого появляется сигнал высокого уровня. Таким образом, на выходе элемента И-НЕ 6 формируется сигнал низкого уровня, длительность которого равна полупериоду частотного сигнала, поступающего по шине управления на вход 2.

При снятии сигнала высокого уровня с информационной шины по входу 1, сигнал низкого уровня передним фронтом тактирующего частотного сигнала записывается первым D-триггером, а затем задним фронтом тактирующего частотного сигнала с выхода первого D-триггера 3 записывается вторым D-триггером 5. Схема возвращается в исходное состояние и готова к приему следующего импульса.

Предложенный формирователь импульсов технологичен, не содержит пассивных элементов (RC-цепей) и может быть выполнен в виде интегральной схемы. На дату подачи заявки разработан физический макет с использованием серий микросхем: К500, К555, К651. Проведенные экспериментальные исследования показали, что наибольшей помехозащищенностью формирования импульсов в широком диапазоне длительностей обладает формирователь импульсов на микросхемах серии К500.

Использование: в автоматизированных системах управления стендовыми испытаниями энергодвигательных установок в качестве формирователя управляющих высокостабильных импульсов в широком диапазоне длительностей, а также в составе общепромышленных АСУТП, работающих в сложной помеховой обстановке. Сущность изобретения: устройство позволяет формировать управляющие высокостабильные импульсы в широком диапазоне длительностей, что определяется его структурой, не содержащей пассивных элементов - конденсаторов и резисторов. Формирователь импульсов реализован на двух D - триггерах 3 и 5, элементе И-НЕ 6 и элементе НЕ 4, технологичен и может быть выполнен в виде микросхемы. 2 ил.

Формирователь импульсов, содержащий два D-триггера, элемент И НЕ, элемент НЕ, вход которого соединен с шиной управления и C-входом первого D-триггера, D-вход которого соединен с информационной шиной, выход элемента НЕ соединен с C-входом второго D-триггера, выход элемента И НЕ соединен с выходной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения его помехозащищенности и расширения диапазона длительности формируемых импульсов, прямой выход первого D-триггера соединен с D-входом второго D-триггера и с одним из входов элемента И НЕ, другой вход которого соединен с инверсным выходом второго D-триггера.