МАЖОРИТАРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1999 года по МПК G06F11/18 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при построении высоконадежных устройств и систем, проектируемых по методу горячего резервирования.

Известны устройства для выбора среднего значения сигнала, см., например, описанное в [1] . Устройство содержит очень большое количество элементов и выбирает входной сигнал, значение которого лежит между значениями других входных сигналов. Однако из-за наличия в нем большого количества элементов оно обладает низкой надежностью, что недопустимо при построении высоконадежных систем.

Известно мажоритарное устройство для выбора цепей - прототип, описание которого приведено во [2]. Устройство содержит первый, второй и третий вычитающие усилители, выходы которых объединены в общей точке, а входы соединены с соответствующими входами устройства.

К одному из недостатков известного устройства следует отнести то, что оно обрабатывает сигналы, отличающиеся на неопределенную величину, и выбирает сигнал со средним значением, т.е. обрабатываемые сигналы могут иметь как одинаковые значения, так и значительно отличающиеся друг от друга, а результат обработки может значительно отличаться от достоверного. Например, в случае, если два сигнала не достоверны (значительно отличаются от истинного) - устройство этого не определяет.

В некоторых случаях, например при построении высоконадежных схем аналоговых регуляторов систем автоматического управления движением летательных аппаратов, требуется обработать три одинаково изменяющихся сигнала мало отличающихся друг от друга, один из которых может быть ложным, т.е. отличаться от других на недопустимую величину, и выбрать из них сигнал с достоверным значением по схеме 2 из 3-х аналогично цифровому мажоритару.

Задача изобретения - анализ сигналов и выбор одного из двух близких по величине к истинному сигналу в качестве выходного.

Решение задачи достигается тем, что в мажоритарное устройство, содержащее первый, второй и третий вычитающие усилители, инвертирующие входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами устройства, дополнительно введены первый, второй и третий ключи, первый, второй и третий релейные элементы, входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего вычитающих усилителей, не инвертирующие входы которых подключены соответственно ко второму, третьему и первому входам устройства, соединенным соответственно с сигнальными входами второго, третьего и первого ключей, управляющие входы которых соединены с выходами соответственно второго, третьего и первого релейных элементов, а выходы первого, второго и третьего ключей соединены с выходом устройства.

На чертеже 1 приведена функциональная схема мажоритарного устройства, где 1, 2, 3 - соответственно первый, второй и третий входы устройства, 4, 5, 6 - первый, второй и третий вычитающие усилители, 7, 8, 9 - первый, второй и третий релейные элементы, 10, 11, 12 - первый, второй и третий ключи, 13 - выход устройства.

Первый вход 1 мажоритарного устройства соединен с сигнальным входом первого ключа 10, инвертирующим входом первого вычитающего усилителя 4 и не инвертирующим входом третьего вычитающего усилителя 6, второй вход 2 соединен с сигнальным входом второго ключа 11, инвертирующим входом второго вычитающего усилителя 5 и не инвертирующим входом первого вычитающего усилителя 4, третий вход 3 соединен с сигнальным входом третьего ключа 12, инвертирующим входом третьего вычитающего усилителя 6 и не инвертирующим входом второго вычитающего усилителя 5. Выход первого вычитающего усилителя 4 соединен со входом первого релейного элемента 7, выход второго вычитающего усилителя 5 соединен со входом второго релейного элемента 8, выход третьего вычитающего усилителя 6 соединен со входом третьего релейного элемента 9. Выходы первого 7, второго 8 и третьего 9 релейных элементов соединены с управляющими входами первого 10, второго 11 и третьего 12 ключей соответственно, выходы которых соединены с выходом устройства 13.

Мажоритарное устройство работает следующим образом. Входные сигналы S1, S2 и S3 поступают на входы 1, 2 и 3 соответственно. Одновременно сигнал S1 подается на инвертирующий вход первого вычитающего усилителя 4, сигнальный вход первого ключа 10 и не инвертирующий вход третьего вычитающего усилителя 6, сигнал S2 подается на инвертирующий вход второго вычитающего усилителя 5, сигнальный вход второго ключа 11 и не инвертирующий вход первого вычитающего усилителя 4, сигнал S3 подается на инвертирующий вход третьего вычитающего усилителя 6, сигнальный вход третьего ключа 12 и не инвертирующий вход второго вычитающего усилителя 5. Таким образом сигналы S1, S2 и S3 сравниваются на вычитающих усилителях по схеме 2 из 3-х путем вычитания: сигналы S1 и S2 на первом вычитающем усилителе 4, сигналы S2 и S3 на втором вычитающем усилителе 5, сигналы S1 и S3 на третьем вычитающем усилителе 6 и одновременно подаются на сигнальные входы первого 10, второго 11 и третьего 12 ключей соответственно. Выходные сигналы первого 4, второго 5 и третьего 6 вычитающих усилителей U1-2, U2-3 и U3-1 соответственно, в зависимости от значений входных сигналов, будут определяться в соответствии с табл. 1, где h - допустимая погрешность отличия входных сигналов друг от друга, равная порогу срабатывания релейных элементов 7, 8 и 9: U1, U2, U3 - выходные сигналы первого 7, второго 8 и третьего 9 релейных элементов соответственно, при этом низкий уровень сигнала соответствует значению "0", а высокий уровень сигнала соответствует значению "1".

Выходные сигналы релейных элементов 7, 8 и 9 являются входными управляющими сигналами ключей 10, 11 и 12 соответственно, при этом сигнал со значением "0" соответствует замкнутому состоянию ключа, а со значением "1" - разомкнутому состоянию. В соответствии со схемой фиг.1 и, в зависимости от соотношения выходных сигналов релейных элементов 7, 8 и 9, будут размыкаться ключи 10, 11 и 12 соответственно и формировать выходной сигнал S мажоритарного устройства согласно табл. 2.

Эффект от использования предлагаемого мажоритарного устройства в следующем. В известном устройстве [2] выходной сигнал S определяется средним из трех входных сигналов, которые могут отличаться друг от друга на неопределенную величину, в результате чего выходной сигнал может значительно отличаться от истинного, чего устройство не определяет. В рассматриваемом случае выходным сигналом является один из двух одинаковых входных сигналов или (в случае всех одинаковых сигналов) является результатом параллельного соединения трех источников сигналов одинаковой величины. В случае двух (или трех) отличающихся от истинного входных сигналов выходной сигнал устройства отсутствует (равен нулю).

В качестве элементов для реализации мажоритарного устройства можно использовать операционные усилители и аналоговые ключи микросхем любых серий.

Литература
1. Патент США N 4276648, кл. G 06 F 11/18 от 4 сентября 1979 г. Способ и аппаратура для обнаружения ошибки и выбора среднего значения сигнала.

2. Патент США N 3706044, кл. G 06 F 11/18 от 29 сентября 1970 г. Аналоговый мажоритар для выбора цепей.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при построении высоконадежных устройств и систем, проектируемых по методу горячего резервирования. В мажоритарном устройстве, содержащем три входа, три вычитающих усилителя, три релейных элемента и три ключа, выходы которых соединены с выходом устройства, происходит анализ уровней входных сигналов путем сравнения их друг с другом на вычитающих усилителях по схеме 2 из 3-х. В зависимости от результатов сравнения релейные элементы формируют сигналы управления ключами, которые подключают выход устройства к одному из двух входов, сигналы на которых имеют одинаковые значения, а также отключают выход устройства от входов при наличии более одного входного сигнала, значение которых отличается от истинного на недопустимую величину, что и является достигаемым техническим результатом. 1 ил., 2 табл.

Мажоритарное устройство, содержащее первый, второй и третий вычитающие усилители, инвертирующие входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами устройства, отличающееся тем, что в него дополнительно введены первый, второй и третий ключи, первый, второй и третий релейные элементы, входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего вычитающих усилителей, неинвертирующие входы которых подключены соответственно ко второму, третьему и первому входам устройства, соединенным соответственно с сигнальными входами второго, третьего и первого ключей, управляющие входы которых соединены с выходами соответственно второго, третьего и первого релейных элементов, а выходы первого, второго и третьего ключей соединены с выходом устройства.