ПЕРЕДАТЧИК МУЛЬТИПЛЕКСНОЙ МАНЧЕСТЕРСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ Российский патент 2004 года по МПК H04B1/04 

Изобретение относится к системам автоматического управления (САУ) и может быть использовано для организации связей устройств САУ самолетного оборудования, комплексов САУ судового оборудования, в магистральных последовательных интерфейсах с централизованным управлением, применяемых в системе электронных модулей, в вычислительной технике для связи компьютера с другими блоками, для передачи сигналов кода “Манчестер-2”, Передатчик мультиплексной линии связи предназначен преимущественно для работы в составе бортовой аппаратуры, входящей в состав радиоэлектронных наземных, морских и аэрокосмических комплексов.

Известны передатчики мультиплексной линии связи, описанные в книге “Организация последовательных мультиплексных каналов систем автоматического управления”, изданной под редакцией кандидата технических наук С.Т. Хвоща. Л., Машиностроение, 1989 г., стр. 132, рис. 4.4.

Это устройство содержит входную логику, выполняющую роль предварительного усилителя сигналов, дифференциальный усилитель передатчика данных, выходные транзисторы, схему контроля температуры кристалла.

Недостатком известного передатчика является недостаточная надежность из-за перегрева выходных транзисторов в режиме передачи, что приводит к необходимости выключения время от времени передатчика для снижения температуры выходных транзисторов. Кроме того, передатчик имеет большой расход энергии и в дежурном режиме. Все это приводит к необходимости введения схемы контроля температуры передатчика для защиты от перегрева и выхода из строя всего устройства.

Технической задачей настоящего изобретения является сокращение расхода энергии передатчика в режиме ожидания и в режиме передачи, снижение температуры нагрева выходных транзисторов и, следовательно, повышение надежности, повышение устойчивости к спецвоздествиям, повышение максимально допустимой температуры окружающей среды, обеспечение длительностей фронта и спада выходных импульсов в линии при требованиях по ограничению по максимуму и по минимуму этих параметров, повышение точности длительности передаваемых импульсов, снижение амплитуды индуктивного выброса, возникающего в момент окончания передаваемого слова, устранение необходимости подбора внешних конденсаторов или резисторов с целью симметрирования выходного сигнала, устранение необходимости подбора выходных транзисторов по коэффициенту усиления.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в каждый канал передатчика мультиплексной (манчестерской) линии связи, содержащей два идентичных канала, каждый из которых подключен к первому и второму источникам питания, каждый из которых выполнен на первом логическом инверторе и схеме совпадения, причем вход первого логического инвертора соединен с входом канала, выходной транзистор оконечного каскада, между коллектором и базой которого подключен конденсатор (интегратор Миллера), между базой и вторым источником питания подключен резистор тепловой утечки, а с коллектором соединен диод защиты от насыщения, вход первого канала соединен с первым входом передатчика, а выходы первого и второго каналов - соответственно с первым и вторым выходами передатчика, введены второй логический инвертор, первый, второй и третий транзисторы, первый, второй, третий и четвертый конденсаторы, первый, второй третий, четвертый и пятый диоды, восемь резисторов, при этом выход первого логического инвертора соединен с первым входом схемы совпадений через интегрирующее звено, состоящее из первого резистора и первого конденсатора, вход второго логического инвертора соединен с входом первого логического инвертора, выход второго логического инвертора соединен со вторым входом схемы совпадений, выход последний через второй конденсатор соединен с базой первого транзистора, к которой подключен анод первого диода, а катод последнего через второй резистор соединен с выходом схемы совпадений, катод первого диода соединен с катодом второго диода, а анод последнего соединен с коллектором первого транзистора и с базами второго и третьего транзисторов и через третий резистор соединен с коллектором третьего транзистора и со вторым источником питания, эмиттеры второго и третьего транзисторов через третий конденсатор подключены к первому выводу пятого резистора и к катоду третьего диода, а анод последнего через параллельно соединенные четвертый конденсатор и шестой резистор соединены с базой выходного транзистора оконечного каскада, второй вывод пятого резистора через седьмой резистор соединен с базой выходного транзистора оконечного каскада, диод защиты от насыщения анодом подключен между пятым и седьмым резисторами, а катодом соединен с выходом канала, эмиттер выходного транзистора оконечного каскада соединен со вторым источником питания, и с катодом четвертого диода, параллельно последнему подсоединен восьмой резистор, база выходного транзистора оконечного каскада через пятый диод соединена со входом смещения канала, между коллектором выходного транзистора оконечного каскада и анодом четвертого диода подключен пятый конденсатор, между второй шиной питания и входом смещения канала 1, соединенным со входом смещения канала 2, включен вновь введенный элемент смещения, выполненный в виде цепочки последовательно соединенных диодов.

На чертеже представлена электрическая схема передатчика мультиплексной (манчестерской) линии связи. Передатчик состоит из двух идентичных каналов: канала 1 и канала 2. Поэтому подробно рассматривается схема только канала 1. Первый вход передатчика соединен с входом логического инвертора 1 и со входом логического инвертора 3. Выход последнего соединен со вторым входом схемы совпадения 2. Выход первого инвертора через резистор 4 соединен с первым входом схемы совпадения 2, а также с конденсатором 5. Другой вывод последнего соединен с общей шиной. Выход схемы совпадения 2 через конденсатор 6 подключен к базе транзистора 7. Между базой и эмиттером транзистора 7 подключен резистор 8. Анод диода 9 соединен с базой транзистора 7. Катод диода 9 соединен с катодом диода 10 и через резистор 11 соединен с выходом схемы совпадения 2. Коллектор транзистора 7 соединен с анодом диода 10, с базами транзисторов 12 и 13 и через резистор 14 со вторым источником питания. Эмиттер транзистора 7 подключен к первому источнику питания и к коллектору транзистора 12. Эмиттер транзистора 12 соединен с эмиттером транзистора 13 и соединен с конденсатором 15. Другой вывод последнего соединен с катодом диода 16 и с первым выводом резистора 17. Второй вывод последнего соединен через резистор 18 с базой транзистора 19. Между анодом диода 16 и базой транзистора 19 включены параллельно соединенные конденсатор 20 и резистор 21. Между базой и коллектором транзистора 19 подсоединен конденсатор интегратора Миллера 22. Конденсатор 23 соединен с коллектором транзистора 19. Второй вывод конденсатора 23 через резистор 24 соединен с эмиттером транзистора 19. Параллельно резистору 24 подсоединен диод 25. Катод диода 26 соединен с коллектором транзистора 19, а анод диода подключен к точке соединения резисторов 17 и 18. Цепочка смещения, состоящая из диодов 27-30, подключена между вторым источником питания и первым входом смещения первого канала, который через диод 31 соединен с базой транзистора 19. Первый вход смещения канала 1 соединен со входом смещения канала 2.

Логические микросхемы 1, 2 и 3 по цепям питания подключены между общей шиной и первым источником питания. Внешней нагрузкой передатчика является выходной линейный трансформатор. Крайние выводы первичной обмотки упомянутого трансформатора соединены с выходом 1 и выходом 2 передатчика. Средняя точка первичной обмотки трансформатора соединена с общей шиной. Вторичная обмотка через защитные резисторы нагружена на линию связи.

Рассмотрим состояние передатчика в отсутствии входных сигналов при поданных напряжениях питания. Транзисторы 7, 12, 13 и 19 находятся в закрытом состоянии и не потребляют энергии от источников питания. Если логические микросхемы 1, 2 и 3 выбраны типа КМОП, то они также в дежурном режиме имеют нулевое потребление. В рассматриваемом случае передатчик в дежурном режиме имеет нулевой расход энергии.

Если же логические микросхемы 1, 2 и 3 выбраны типа ТТЛ, то расход энергии передатчика в дежурном режиме определяется потреблением этих ТТЛ микросхем.

Для сравнения отметим, что в дежурном режиме известный передатчик потребляет существенно большую энергию за счет того, что в режиме ожидания каскады, предшествующие предоконечному, находятся в открытом состоянии.

Рассмотрим работу устройства в режиме передачи информации. В этом случае на вход 1 и вход 2 передатчика поочередно поступают отрицательные импульсы. При поступлении входного отрицательного импульса на вход 1 на выходах логических инверторов 1 и 3 появляются положительные импульсы, которые в свою очередь поступают на входы схемы совпадений 2. На выходе последней формируется отрицательный импульс, длительность которого несколько меньше (на 10-15 нс), чем длительность входного импульса, за счет задержки, вносимой интегрирующим звеном, выполненным на резисторе 4 и конденсаторе 5. Эта задержка позволяет исключить ситуацию, когда выходные транзисторы канала 1 и канала 2 оказались бы открытыми одновременно, поскольку в этом случае возникает режим кратковременного короткого замыкания, что ведет к нагреву выходных транзисторов.

Появление отрицательного импульса на выходе микросхемы совпадения 2 приводит к открыванию транзисторов 7, 12 и 19 на время действия этого импульса. Упомянутые транзисторы работают в режиме переключения, и в открытом состоянии оказываются на грани области насыщения коллекторного тока, в линейной области, в активном режиме. Это позволяет выполнить требования стандартов, которые формулируются следующим образом: “Отклонения длительности импульсов выходного сигнала в линии относительно их номинальных значений (500 нс, 1000 нс, 2000 нс) при измерении между точками пересечения импульсами нулевого уровня напряжения не должны превышать ±25 нс”.

Благодаря конденсатору 15 в моменты открывания транзистора 19 на его базе по отношению к эмиттеру формируются положительные импульсы. В перерывах между открывающими импульсами благодаря конденсатору 15 формируются отрицательные закрывающие импульсы с амплитудой, равной сумме напряжений прямого падения на диодах 27, 28, 29, 30 и 31. Во время прохождения открывающего импульса ток в базу транзистора 7 поступает через резистор 11. Диоды 9 и 10 в рассматриваемый момент времени открыты и защищают транзистор 7 от режима насыщения. Фронты импульсов от микросхемы 2 к транзистору 7 передают через конденсатор 6.

Открывающий ток в базу транзистора 19 поступает по цепи: первый источник питания - транзистор 7 - транзистор 12 - конденсатор 15 - резисторы 17, 18 - база транзистора 19. Диод 16 оказывается в закрытом состоянии. Диод 26 открыт и защищает транзистор 19 от режима насыщения. Элементы 23, 24 и 25 позволяют формировать фронты импульсов в линии в заданных пределах. Согласно действующим стандартам, длительность фронта и длительность спада импульсов в линии ограничены по минимуму и максимуму в пределах от 100 до 300 нс. В известных передатчиках эта задача решается с помощью интегратора Миллера. При этом длительность фронта и длительность спада зависят от разброса коэффициента усиления транзисторов при изготовлении, при старении, при изменении температуры окружающей среды, от накопленной дозы радиационного воздействия. В предложенном устройстве такой зависимости нет, что и является его принципиальным преимуществом.

Уменьшение расхода энергии в предложенном передатчике обеспечивается вследствие того, что все транзисторы в режиме ожидания находятся в закрытом состоянии и не потребляют энергии от источников питания. В режиме передачи благодаря наличию элементов 1, 2, 4 и 5 исключается режим кратковременного короткого замыкания в выходных транзисторах, что способствует снижению расхода энергии в режиме передачи.

Снижение температуры нагрева выходных транзисторов и, следовательно, повышение надежности обеспечивается за счет того, что эти транзисторы выключаются и включаются достаточно быстро, а плавные фронты в линии формируются за счет наличия элементов 23, 24 25. В то же время в известных устройствах плавные фронты в линии формируются за счет плавного переключения выходных транзисторов, что приводит к их дополнительному разогреву.

Повышение устойчивости к спецвоздействиям, несмотря на ухудшение статических и динамических свойств выходных транзисторов, в рассматриваемых условиях обеспечивается в первую очередь за счет управления по базам выходных транзисторов путем смены положительных открывающих импульсов и отрицательных закрывающих импульсов.

За счет снижения температуры выходных транзисторов обеспечивается условия, позволяющие повысить максимально допустимый порог температуры окружающей среды.

Снижение амплитуды индуктивного выброса напряжения в момент окончания последнего передаваемого слова обеспечивается за счет демпфирующего действия элементов 23, 24 и 25, что позволяет повысить достоверность передаваемой информации.

Отсутствие необходимости в подборе внешних конденсаторов или резисторов с целью симметрирования выходного сигнала обусловлено идентичностью работы обоих выходных транзисторов, в первую очередь благодаря возбуждению разнополярной волной напряжения выходных транзисторов, а также благодаря действию элементов 23, 24 и 25.

Необходимость в подборе выходных транзисторов по коэффициенту усиления отпадает в первую очередь, поскольку длительность фронта и спада волны напряжения в линии определяется наличием элементов 23, 24 и 25 и не зависит от коэффициентов усиления упомянутых транзисторов.

Предложенный аналоговый передатчик для сопряжения с мультиплексным каналом по ГОСТ 26765.52-87 (MIL-STD-1553В) реализован в виде интегральной микросхемы. В одном корпусе кроме передатчика располагается также аналоговый приемник.

Использование предложенного передатчика позволит уменьшить расход энергии, снизить температуру нагрева выходных транзисторов, повысить надежность, повысить устойчивость к спецвоздействиям, повысить максимально допустимую температуру окружающей среды, повысить достоверность передаваемой информации, отказаться от подбора внешних (по отношению к микросхеме передатчика) конденсаторов и резисторов, отказаться от подбора выходных транзисторов по коэффициенту усиления.

Из всех отечественных микросхем рассматриваемого типа предлагаемая микросхема на сегодняшний день имеет наиболее высокие параметры и наиболее высокую достоверность передачи информации.

Изобретение относится к системам автоматического управления для организации связей в магистральных интерфейсах для передачи сигналов кода "Манчестер-2". Технический результат заключается в сокращении расхода энергии передатчика, снижении температуры нагрева выходных транзисторов, повышении надежности, повышении устойчивости к спецвоздействиям, повышении максимально допустимой температуры окружающей среды, повышении достоверности передаваемой информации, устранении необходимости подбора внешних конденсаторов или резисторов с целью симметрирования выходного сигнала, устранении необходимости подбора выходных транзисторов по коэффициенту усиления. Передатчик содержит два идентичных канала, каждый из которых подключен к первому и второму источникам питания и содержит два логических инвертора, восемь резисторов, шесть конденсаторов, схему совпадения, пять диодов, четыре транзистора, а также передатчик содержит элемент смещения, выполненный в виде цепочки последовательно соединенных диодов. 1 ил.

Передатчик мультиплексной манчестерской линии связи, содержащий два идентичных канала, каждый из которых подключен к первому и второму источникам питания, каждый из каналов выполнен на первом логическом инверторе и схеме совпадения, причем вход первого логического инвертора соединен с входом канала, выходной транзистор оконечного каскада, между коллектором и базой которого подключен конденсатор в виде интегратора Миллера, между базой и вторым источником питания подключен резистор тепловой утечки, а с коллектором соединен диод защиты от насыщения, вход первого канала соединен с первым входом передатчика, вход второго канала соединен со вторым входом передатчика, а выходы первого и второго каналов - соответственно с первым и вторым выходами передатчика, отличающийся тем, что в каждый канал введен второй логический инвертор, первый, второй и третий транзисторы, первый, второй, третий и четвертый конденсаторы, первый, второй, третий, четвертый и пятый диоды, восемь резисторов, при этом выход первого логического инвертора соединен с первым входом схемы совпадения через интегрирующее звено, состоящее из первого резистора и первого конденсатора, вход второго логического инвертора соединен с входом первого логического инвертора, выход второго логического инвертора соединен со вторым входом схемы совпадения, выход последней через второй конденсатор соединен с базой первого транзистора, к которой подключен анод первого диода, а катод последнего через второй резистор соединен с выходом схемы совпадения, между базой и эмиттером первого транзистора подключен четвертый резистор, эмиттер первого транзистора подключен к первому источнику питания и к коллектору второго транзистора, катод первого диода соединен с катодом второго диода, а анод последнего соединен с коллектором первого транзистора и с базами второго и третьего транзисторов и через третий резистор соединен с коллектором третьего транзистора и со вторым источником питания, эмиттеры второго и третьего транзисторов через третий конденсатор подключены к первому выводу пятого резистора и к катоду третьего диода, а анод последнего через параллельно соединенные четвертый конденсатор и шестой резистор соединены с базой выходного транзистора оконечного каскада, второй вывод пятого резистора через седьмой резистор соединен с базой выходного транзистора оконечного каскада, диод защиты от насыщения анодом подключен к точке соединения пятого и седьмого резисторов, а катодом соединен с выходом канала, эмиттер выходного транзистора оконечного каскада соединен со вторым источником питания и с катодом четвертого диода, параллельно последнему подсоединен восьмой резистор, база выходного транзистора оконечного каскада через пятый диод соединена с входом смещения канала, между коллектором выходного транзистора оконечного каскада и анодом четвертого диода подключен пятый конденсатор, между второй шиной питания и входом смещения канала 1, соединенным со входом смещения канала 2, включен вновь введенный элемент смещения, выполненный в виде цепочки последовательно соединенных диодов.