УСТРОЙСТВО ПРИЕМА И РЕТРАНСЛЯЦИИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2004 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к информационно-управляющим комплексам, в которых устройства периферийных контролируемых пунктов рассредоточены относительно общего для них пункта управления и соединяются с ним общей линией связи магистральной структуры. Магистральная структура линий связи используется в системах управления электроснабжением железных дорог, нефтепроводов, нефтепромыслов и других важных объектов.

Известна структура связей пункта управления (ПУ) с контролируемыми пунктами (КП) в известных информационно-управляющих комплексах ЭСТ-62, ЛИСНА, “Гранит-ЖД” /1, 2/. В состав ПУ и каждого КП комплекса включается линейный блок (ЛБ), который формирует сигналы для передачи и принимает сигналы из магистральной линии связи (МЛС). Сопротивления участков МЛС между смежными КП (R_лс) и входных цепей КП (R_вх) вызывают затухание рабочих сигналов, поэтому при расстоянии между ПУ и КП, большем 50-100 км, в состав комплексов вводятся усилители-ретрансляторы (Р). В результате единая линия связи расчленяется на участки (указанной протяженности), а надежность информационных обменов между КП и ПУ снижается, так как неисправность любого ретранслятора делает невозможным обмен данными с КП, расположенными на участках ЛС за неисправным ретранслятором.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является линейный блок системы телемеханики, который содержит первый источник питания, ключ, первый и второй формирователи сигналов, первый и второй элементы гальванического разделения сигналов, причем входы первого элемента гальванического разделения сигналов присоединены к выходам элементов управления передачей информации, а выходы второго - к входам элементов приема сигналов из линии связи, и инвертор-формирователь, у которого соединены выход - с входом ключа, соединенного вторым выходом с первым выходом второго формирователя сигналов, первый выход - с первым входом из линии связи, первым выходом первого элемента гальванического разделения сигналов и вторым (отрицательным) выходом первого источника питания, у которого первый (положительный) выход соединен с первым выходом первого формирователя сигналов /3/.

Линейный блок-прототип предлагаемого устройства обеспечивает возможность в режиме полудуплекса, т.е. с разделением во времени проводить информационные обмены по одной магистральной линии связи между ПУ и всеми КП одного участка.

Недостатком известного линейного блока является отсутствие узлов автоматического усиления и нормализации уровня рабочих сигналов в линии связи и вызванная этим необходимость введения ретрансляторов, расчленяющих единую линию связи на отдельные участки и, тем самым, снижающих надежность работы линейных блоков и комплекса в целом.

Цель изобретения - повышение надежности информационных обменов по магистральной линии связи.

Цель достигается путем введения узлов автоматической нормализации уровня рабочих сигналов, инерционной синхронизации генератора тактовых импульсов приемника относительно сигналов генератора передатчика с использованием информационных сообщений и специальных посылок - “меандров”, а также дополнительной обработки принимаемой информации для формирования периодических импульсных сигналов, блокирующих возникновение “триггерного эффекта” в процессе регенерации ретранслируемых сигналов. Новые узлы и связи между ними, дополнительно введенные в предложенное устройство приема и ретрансляции информации, обеспечивают в режиме “реального времени” выделение сигналов, поступивших из линии связи, передачу выделенных сигналов в приемник, нормализацию уровня принятых сигналов и возвращение - ретрансляцию нормализованных сигналов в магистральную линию связи при одновременном исключении блокировки приемника из-за “триггерного эффекта”.

На фиг.1 приведена структурная схема комплекса с предложенными устройствами приема и ретрансляции информации (УПРИ); на фиг.2 - схема предложенного устройства приема и ретрансляции информации; на фиг.3а...3е - временные диаграммы, иллюстрирующие работу элементов устройства, а на фиг 4а...4в - некоторые более детальные временные диаграммы.

Новые признаки предложенного устройства позволяют использовать структуру информационного комплекса, приведенную на фиг.1. В новой структуре комплекса магистральная линия связи независимо от ее протяженности и числа подключенных к ней устройств КП не расчленяется на участки благодаря тому, что в месте присоединения устройств КП к линии связи устанавливается предложенное устройство приема и ретрансляции информации (УПРИ), являющееся частью каждого устройства КП, а уровень рабочих сигналов нормализуется, причем нормализованные сигналы автоматически возвращаются в линию связи. В результате затухание рабочих сигналов не зависит от числа и территориального размещения устройств КП.

Для реализации цели изобретения в линейный блок дополнительно по отношению к прототипу включены второй и третий источники питания; третий и четвертый элементы гальванического разделения сигналов; импульсный стабилитрон, подключенный катодом к входу второго формирователя сигналов, а анодом - к первому входу из линии связи; первый диод, входящий в состав инвертора-формирователя, катод которого является входом инвертора-формирователя и соединен с катодом второго диода и вторым выходом первого элемента гальванического разделения сигналов, а анод первого диода соединен с одним выводом первого резистора и катодом стабилитрона, входящих в состав инвертора-формирователя, причем анод стабилитрона является выходом инвертора-формирователя, другой вывод первого резистора соединен с первым выходом первого источника питания, а анод второго диода - с последовательной цепочкой, включающей входную цепь третьего элемента гальванического разделения сигналов, второй и третий резисторы, у третьего резистора второй вывод подключен к первому выходу первого источника питания, а точка соединения второго и третьего резисторов подключена к одному выводу пятого резистора, который включен в последовательную цепь, включающую входы второго и четвертого элементов гальванического разделения сигналов и второй выход первого формирователя сигналов, и к входу первого формирователя сигналов, соединенного вторым выходом с первым выводом четвертого резистора, у которого второй вывод соединен с последовательно включенными выходной цепью третьего элемента гальванического разделения сигналов, параллельно которой включен шестой резистор, первым выводом седьмого резистора, подключенного также ко второму входу из линии связи, соединенного вторым выводом с входом второго формирователя сигналов и первым выводом восьмого резистора, второй вывод которого подключен к параллельно включенным выходам четвертого элемента гальванического разделения сигналов и выводам девятого резистора, вторые выводы которого и четвертого элемента гальванического разделения сигналов подключены ко второму (отрицательному) выходу второго источника питания, у которого первый (положительный) выход соединен с первым входом из линии связи и первым выводом десятого резистора, подключенного вторым выводом к входу ключа.

В состав устройства также введены одиннадцатый и двенадцатый резисторы, первый, второй, третий и четвертый триггеры, первый и второй распределители, счетчик - формирователь тактовых сигналов f_t, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы И, первый элемент ИЛИ-НЕ, второй и третий элементы ИЛИ, инвертор, элемент задержки и усилитель, выход которого включен в последовательную цепочку вместе с входами первого элемента гальванического разделения сигналов и одним выводом двенадцатого резистора, у которого другой вывод соединен с первым (положительным) выходом третьего источника питания, вторым входом счетчика и первым выходом второго элемента гальванического разделения сигналов, соединенного вторым выходом с одним выводом одиннадцатого резистора, подключенного вторым выводом ко второму входу усилителя, второму входу первого распределителя, третьему входу счетчика и второму (отрицательному) выходу третьего источника питания, а также с первым входом первого элемента И, третьими входами третьего и четвертого триггеров и входом элемента задержки, у которого выход соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого является входом приемника и соединен со вторым входом первого триггера, у которого соединены третий вход - со вторым входом третьего триггера, основным выходом счетчика и входом инвертора, соединенного выходом со вторым входом четвертого триггера, четвертый вход - с первым выходом второго триггера и первым входом третьего элемента И, а выход - со вторым входом второго триггера, у которого соединены третий вход - с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и дополнительным выходом счетчика, четвертый вход - с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ, а второй выход - со вторым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и первым входом второго элемента И, соединенного выходом с третьим входом первого распределителя, а вторым входом - с пятым выходом первого распределителя, у которого четвертый выход соединен со вторым входом третьего элемента И, выход которого через второй вход второго элемента ИЛИ соединен со входом усилителя, причем первый вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом передатчика, а первый вход первого распределителя соединен с выходом генератора сигналов 10nf_t и первым входом второго распределителя, у которого соединены второй вход - с пятым выходом, третий вход - с выходом генератора сигналов nf_t, первый выход - со вторым входом четвертого элемента И, третий выход - со вторым входом пятого элемента И, а четвертый выход - с четвертыми входами третьего и четвертого триггеров, у третьего триггера второй выход, а у четвертого триггера первый выход соединены соответственно с первыми входами четвертого и пятого элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ, подключенного выходом к первому входу счетчика.

В комплексе, изображенном на фиг.1, используются предложенные устройства приема и ретрансляции информации, применение которых позволяют исключить необходимость расчленения единой МЛС на участки и введения дополнительных ретрансляторов.

Предложенное устройство, как и линейный блок-прототип, включает первый 1 источник питания, первый 2 и второй 3 формирователи сигналов, первый 4 и второй 5 элементы гальванического разделения сигналов, у первого элемента входы подключены к выходам элементов, управляющим передачей информации, а у второго выходы подключены к входам элементов приема и обработки сигналов, поступивших из линии связи. Первый вывод выходной цепи 4 соединен со вторым (отрицательным) выходом 1 и с первым выходом ключа 6, у которого вход соединен с выходом инвертора 7.

В состав устройства дополнительно включены второй 8 источник питания, у которого первый (положительный) выход объединен со вторым выходом источника 1, третий 9 и четвертый 10 элементы гальванического разделения сигналов и импульсный стабилитрон 11. Инвертор - формирователь 7 включает первый резистор 12, пороговый элемент-стабилитрон 13 и первый диод 14, катод которого является входом инвертора-формирователя и соединен со вторым выходом 4 и катодом второго 15 диода, у которого анод подключен к последовательной цепи, состоящей из входов элемента 9, второго 16 и третьего 17 резисторов. Точка соединения 16 и 17 подключена к входу 2, а второй вывод 17 - к первым выходам 1 и 2. Второй выход 2 соединен с первым выводом четвертого 18 резистора, а вход 2 - с первым выводом пятого 19 резистора, подключенного через последовательные входные цепи второго и четвертого элементов гальванического разделения сигналов ко второму выходу формирователя 3. Второй вывод 18 включен в последовательную цепочку из шестого 20, седьмого 21, восьмого 22 и девятого 23 резисторов, причем шестой резистор включен параллельно выходам элемента 9, восьмой резистор включен между входом 3 и первым выходом элемента 10, девятый резистор - параллельно выходам 10. Точка соединения шестого и седьмого резисторов соединена с вторым входом из линии связи. Окончание указанной последовательной цепи - второй вывод 23 - соединен со вторым выходом 8. Десятый 24 резистор включен между входом и первым выходом 6. Выход 2 элемента 5 и вход 1 элемента 4 соединены соответственно с одним выводом одиннадцатого 25 и двенадцатого 26 резисторов

Для обработки принятой информации в устройство дополнительно вводятся первый 27, второй 28, третий 29 и четвертый 30 триггеры, первый 31 и второй 32 распределители, счетчик 33, первый 34, второй 35, третий 36, четвертый 37 и пятый 38 элементы И, первый 39 элемент ИЛИ-НЕ, второй 40 и третий 41 элементы ИЛИ, инвертор 42, элемент 43 задержки, усилитель 44 и третий 45 источник питания, у которого первый положительный выход соединен с первым выходом элемента 5, вторым выводом 26 и вторым входом счетчика 33, а второй отрицательный выход - со вторым входом усилителя 44, вторым выводом 25 и третьим входом 33. Выход 34 является формирователем сигналов, поступающих в приемник, а первый вход 40 соединен с информационным выходом от передатчика (не показан).

Для синхронизации работы устройства с приемником и передатчиком используются тактовые сигналы nf_т и 10nf_т (f_т - тактовая частота передачи данных по линии связи, a n- установленный для устройства коэффициент инерционности при синхронизации генераторов тактовых импульсов передатчика и приемника).

Первый и второй формирователи сигналов и ключ могут быть реализованы, например, на транзисторах, первый... четвертый элементы гальванического разделения сигналов - на транзисторных оптопарах, у которых входная цепь представляет собой светодиод (с выводами 1 и 2), а выходная - светочувствительный транзистор (с выводами 3 и 4). Оптическая связь позволяет электрически изолировать входную и выходную цепи и предотвратить попадание электрических помех в выходную цепь.

Особенностью импульсного стабилитрона - сопрессора (например, типа "р 6 КЕ 62 а", который выдерживает импульсную мощность помехи до 600 Вт и ограничивает входные сигналы на уровне 62 В) является способность выдерживать в течение коротких отрезков времени мощные сигналы помех, которые характерны для объектов, использующих воздушные линии связи большой протяженности, подверженных воздействию грозовых разрядов. Включение импульсного стабилитрона-сопрессора на выходах из линии связи позволяет защитить аппаратуру линейного блока от воздействия помех.

Триггеры 27, 28, 29 и 30 могут быть реализованы, например, на микросхемах 161 ТМ2. У каждого из триггеров могут использоваться: вход 1-(S) асинхронной установки триггера в состояние “1”, входы 2 (D) - информационный и 3 (С) - тактовый для синхронного управления состоянием триггера, вход 4 (R) - асинхронной установки триггера в состояние “0”. В реально используемой схеме какие-то входы, например вход 1, могут не использоваться. На первом выходе триггера формируется прямой, а на втором - инверсный сигналы.

Распределители 31 и 32 могут быть реализованы, например, на микросхемах 161 ИЕ9. Распределитель формирует сигнал “1” на очередном по номеру выходе при изменении сигнала на его первом (С), тактовом входе с уровня “0” на уровень “1”, если в этот момент времени на второй вход (разрешения) подан сигнал “0”. Распределитель теряет чувствительность к тактовым сигналам, если на второй вход подан сигнал “1”, и возвращается в начальное состояние (при котором сигнал “1” формируется на первом выходе) при поступлении сигнала “1” на третий вход (R). В предложенном устройстве некоторые выходы распределителей, например первый... третий выходы у первого распределителя и второй выход у второго распределителя, не используются.

Счетчик 33 может быть реализован, например, на микросхеме 161 ИЕ10.

Счетчик переходит в следующую кодовую позицию при каждом изменении сигнала, поданного на его первый (тактовый) вход, из уровня "0" в уровень "1", если при этом на второй вход (разрешения) подан сигнал "1". По сигналу "1" на третьем (R) входе счетчик переводится в начальное состояние - сигналы “0” образуются одновременно на всех выходах счетчика. При необходимости деления входных импульсов на “n” число двоичных разрядов в счетчике (начиная с нулевого) равно “log (n-1)”. Старший разряд счетчика, на выходе которого формируются сигналы с частотой в 2^log(n-1) раз ниже частоты входных сигналов, является основным, а смежный с ним разряд “log (n-2)” - дополнительным. На выходе основного разряда счетчика формируются тактовые сигналы приемника, а на выходе дополнительного - сигналы, частота которых вдвое выше тактовых и которые используются в цепях обработки принимаемой информации.

Элементы И, ИЛИ, НЕ (инвертор) 34...42 могут быть реализованы, например, на логических элементах указанной серии микросхем.

Элемент 43 задержки может быть реализован, например, на интегрирующей RC-цепочке. Возможные колебания времени задержки на ±10% из-за неточности и нестабильности элементов не влияют на работу устройства, поэтому в применении высокоточного цифрового элемента задержки нет необходимости.

Усилитель 44 может быть реализован, например, на одном из семи элементов микросхемы К1109 КТ2. Вход каждого из элементов совместим с выходом элемента маломощной КМОП интегральной схемы (элемента ИЛИ 40 в предложенном устройстве). Выход элемента обеспечивает возможность подключения токовой нагрузки более 15 мА (светодиода оптрона 4 в предложенном устройстве).

Предложенное устройство приема и ретрансляции информации работает следующим образом.

Сигналы из магистральной линии связи поступают через входы 1 и 2 на нормирующий резистор 21, величина которого выбирается так, чтобы уровень рабочих сигналов, поступающих из линии связи, был примерно одинаковым для всех КП и не зависел от взаимного их расположения. Если уровень входных сигналов не выходит за пределы нормы, импульсный стабилитрон 11 остается в нерабочем состоянии и не влияет на работу устройства. При существенном повышении уровня входных сигналов (например, при воздействии на линию связи грозового разряда) стабилитрон 11 ограничивает сигнал на безопасном для элементов схемы уровне. Входной рабочий сигнал переводит формирователь 3 в рабочее состояние, если величина тока, создаваемого входным сигналом, превышает ток смещения, создаваемый источником 8 и резисторами 22 и 23, а ключ 6 отперт. Ключ 6 в рабочем (отпертом) состоянии находится все время, пока через входы 1-2 элемента гальванического разделения сигналов 4 не протекает рабочий ток при поступлении на вход усилителя 44 сигналов “1”. В этом случае выходная цепь элемента 4 оказывается в нерабочем состоянии, а по входной цепи ключа 6 проходит ток от источника 1 через резистор 12 формирователя-инвертора 7, пороговый элемент-стабилитрон 13 и параллельную цепь: вход - второй выход ключа 6 и резистор 24, который используется для фиксации запертого состояния ключа.

При выполнении двух указанных выше условий суммарный ток во входной цепи формирователя 3 (равный векторной сумме входного тока и тока смещения) вызывает его перевод в рабочее состояние и протекание тока по цепи: первый выход первого источника питания, первый выход - вход первого формирователя сигналов, резистор 19, последовательно включенные входные цепи элементов 5 и 10, выходы второго формирователя сигналов и ключа, второй выход первого источника питания. Элемент 5 оказывается в рабочем состоянии, в результате чего по резистору 25, включенному в его выходную цепь, протекает рабочий ток, а на выходе элемента 5 образуется сигнал логической “I”. В то же время протекание тока по входной цепи формирователя 2 вызывает появление тока и на его выходе. Ток протекает по цепи: первый выход первого источника питания, выходная цепь формирователя 2, последовательно включенные резисторы 18 и 20, вход 2 из линии связи, цепи приема сигналов другого КП (не показаны на фиг.2), вход 1 линии связи, второй выход первого источника питания. В связи с тем, что в рассматриваемом режиме работы устройства рабочие сигналы от собственного передатчика не поступают, элемент 4 остается в нерабочем состоянии, по входной цепи элемента 9 ток не протекает, выходная цепь 9 оказывается в нерабочем состоянии и не шунтирует резистор 20. Видно, что в рассматриваемом режиме рабочий ток, поступающий в линию связи, определяется величиной напряжения первого источника питания и суммой сопротивлений цепочки из резисторов 18 и 20. Величины указанных резисторов подбираются так, чтобы сумма токов на входе данного линейного блока, создаваемого источником принимаемых сигналов, и тока формирователя 2 равнялась току, который создается устройством при передаче собственных сигналов. В таком случае уровень рабочих сигналов в линии связи нормализуется и оказывается одинаковым как при передаче “собственных” данных, так и при ретрансляции информации, принятой из линии связи.

Обозначим нормализованный сигнал I_paб, а сигнал, поступающий на вход линейного блока -I_вх. Отношение соответствует затуханию рабочих сигналов, вызванных сопротивлением участков магистральной линии связи между смежными КП и входным сопротивлением линейного блока-приемника сигналов (снижением уровня рабочих сигналов из-за падения напряжения на формирователе 2 пренебрегаем). Очевидно, что “добавленный” формирователем 2 ток (I_доб) должен составлять:

Так как нормализованный сигнал возвращается в линию связи, возникает опасность возникновения "триггерного эффекта", т.е. удержания устройства в активном состоянии и после снятия входного сигнала. Чтобы избежать этого, в устройство вводится узел синхронизации узлов приема и передачи и блокировки “триггерного эффекта”.

Сигналы, принятые из линии связи и сформированные на выходе элемента 5, поступают на первый вход первого элемента И 34 и вход элемента задержки 43. Величина времени задержки выбирается примерно равной 10% периода тактовых импульсов (период равен 1/f_t), с помощью которых формируется передаваемая информация, и большей вероятной длительности сигналов помех, действующих в линии связи. На выходе элемента И 34 образуется сигнал “1”, задержанный относительно фронта принятого сигнала на величину установленной задержки, а момент перехода сигнала на выходе И 34 в “0” совпадает с моментом снятия входного сигнала. Работа указанного узла иллюстрируется временными диаграммами фиг 3а, 3б и 3в.

Полученные на выходе 34 сигналы используются для дальнейшей обработки элементами устройства, а поступившие на его первый вход - дли инерционной синхронизации генераторов тактовых импульсов приемника (данного устройства) и передатчика информации (находящегося вне данного устройства).

Инерционной синхронизацией предусматривается постепенная компенсация фазовых (временных) сдвигов между сигналами тактовых генераторов передатчика и приемника. Для инерционной синхронизации используются специальные посылки-“меандры”, представляющие собой чередующиеся сигналы “1” и “0”, частота которых равна 1/2f_t и предваряющих передачу собственно информационного сообщения. Каждым переходом сигнала “0” в “1” посылки-“меандра” корректируется фаза тактового сигнала приемника так, что фазовый сдвиг между ним и сигналом тактового генератора передатчика уменьшается на величину, определяемую коэффициентом инерционности. Коэффициент инерционности “n” обычно устанавливается равным 8, 16 или 32 и зависит от реального состояния каналов связи, в частности, от вероятного уровня помех. Для целей синхронизации на вход устройства поступает сигнал с частотой nf_t, таким образом в каждом сеансе синхронизации (коррекции) фазовый сдвиг между сигналами генераторов уменьшается на величину . Следовательно, для компенсации максимально возможного временного (фазового) сдвига, равного ±, необходимо провести сеансов синхронизации (коррекции). Отсюда можно сделать вывод, что число сигналов в посылке - “меандре” должно быть не меньшим .

В каждом сеансе коррекции фаза (уровень) сигнала на выходе формирователя тактовых сигналов приемника - основном выходе счетчика 33 и выходе инвертора 43 сравнивается с текущим уровнем тактового сигнала генератора передатчика, который однозначно определяется по моменту фиксации фронта сигнала на выходе элемента 5. Если текущая фаза генератора приемника, т.е. сигнала на основном выходе 33 опережает фазу генератора передатчика, в момент появления сигнала “1” на выходе 5 сигнал на основном выходе 33 окажется равным “1”, если же текущая фаза генератора приемника отстает от фазы генератора передатчика, в указанный момент времени сигнал на основном выходе счетчика 33 равен “0”.

Зафиксированное соотношение фаз сигналов генераторов передатчика и приемника запоминается триггерами 29 и 30. Триггер 29 оказывается переведенным в состояние “1”, если фаза сигнала генератора приемника опережает фазу сигнала генератора передатчика; триггер 30 переводится в состояние “1”, если соотношение фаз противоположное.

Информационные сигналы на вторые входы триггеров 29 и 30 подаются, соответственно с основного выхода счетчика 33 и инвертора 42. Триггеры переводятся в состояние, соответствующее сигналам на их информационном входе, по фронту сигнала, поданного на их третий вход с выхода элемента 5. Как указывалось, фронт сигнала на выходе элемента 5 соответствует начальной (“нулевой”) фазе генератора тактовых импульсов передатчика, поэтому установленное состояние триггеров харастеризует текущее соотношение фаз генераторов тактовых импульсов передатчика и приемника.

Если триггер 29 переведен в “1”, на его втором выходе образуется сигнал “0”, которым блокируется элемент И 37. В результате на выходе ИЛИ 41 импульсный сигнал при появлении сигнала “1” на выходе 1 распределителя 32 не появляется. При установке в “1” триггера 29 триггер 30 заведомо остается в состоянии “0”, поэтому блокируется передача на вход ИЛИ 41 через элемент И 38 сигнала “1” с выхода 3 распределителя 32. Таким образом, в описанном сеансе коррекции на С-вход счетчика 33 сигнал не поступает, что приводит к задержке на величину образование очередного сигнала тактового генератора приемника (т.е. сигнала на основном выходе счетчика 33). В результате “опережение” тактовым сигналом генератора приемника соответствующего сигнала передатчика уменьшается (компенсируется).

Если в момент поступления сигнала “1” на третьи тактовые входы триггеров 29 и 30 сигнал от генератора тактовых импульсов приемника (с основного выхода счетчика 33) равен “0”, фиксируется отставание сигнала генератора тактовых импульсов приемника от соответствующего сигнала передатчика. В этом случае переводится в “1” триггер 30, а триггер 29 остается в состоянии “0”. Благодаря этому элементы И 37 и И 38 передают на выходы, т.е. на входы элемента ИЛИ 41, сигналы, поступившие с выходов 1 и 3 распределителя 32. Как следствие этого, в пределах одного периода сигнала nf_t на первый тактовый вход счетчика поступает два разделенных во времени сигнала (пауза между сигналами равна длительности импульса на выходе 2 распределителя 32), поэтому очередной сигнал на основном выходе счетчика 33 формируется раньше на время , т.е. зафиксированный фазовый сдвиг оказывается частично скомпенсированным.

В периоды времени, когда от передатчика сигналы не поступают, триггеры 29 и 30, переводимые в начальное состояние “0” сигналом с выхода 4 распределителя 32 в каждом сеансе синхронизации и коррекции, удерживаются в состоянии “0”. В результате в указанные периоды времени оказывается незаблокированным только элемент И 37; на тактовый вход счетчика 33 с выхода ИЛИ 41 подается один импульс в каждом периоде сигнала nf_т, а на основном выходе счетчика формируются сигналы с частотой nf_t: n=f_t, соответствующие частоте сигналов от передатчика. Так как в рассматриваемые интервалы времени “изъятия” или “добавления” сигналов, подаваемых на вход счетчика, отсутствуют, не производится изменение фазы генератора тактовых приемника.

Распределитель 32, формирующий сигналы для компенсации фазовых сдвигов, воспринимает тактовые сигналы, следующие с частотой, не меньшей 10nf_t, и поступающие на его первый тактовый вход. Сигналы разрешения работы распределителя поступают от внешнего генератора с частотой nf_t на третий вход. На выходе распределителя 33 последовательно формируются сигналы “1” на выходах 1...5, после чего, т.е. при образовании сигнала “1” на выходе 5, распределитель теряет чувствительность к тактовым сигналам и удерживается в принятом состоянии до поступления очередного сигнала “1” на его третий вход. Как видно, распределитель находится в активном состоянии в течение одного полупериода сигнала nf_t, причем за время его активного состояния должны быть последовательно сформированы сигналы на его выходах 1...5. Отсюда следует, что для нормальной работы узла синхронизации тактовые сигналы на первый вход распределителя должны поступать с частотой, не меньшей 10 nf_t.

Как видно, описанным узлом синхронизации (элементами 29, 30, 32, 33, 37, 38, 41, 43) устанавливается синфазность генераторов тактовых импульсов передатчика и приемника. Фронты полученных на выходе элемента НЕ 42 тактовых импульсов (фиг.3б) образуются в серединах временных интервалов передачи информационных сигналов от передатчика (фиг.3а). На фиг.3а приведен пример части информационного сообщения, поступившего от передатчика, в котором содержится последовательность информационных сигналов 1011. Когда принят сигнал “1”, в состояние “1” переводится триггер 27, причем момент перевода триггера в “1” соответствует фронту сигнала, показанного на фиг.3б, т.е. середине временного интервала передачи принятого сигнала. Со сдвигом на половину периода сигнала, сформированного на дополнительном выходе счетчика 33 и показанного на фиг.3 г, переводится в состояние "1" триггер 28, который возвращается в состояние "0" при появлении сигнала "1" на выходе ИЛИ-НЕ 39 и на четвертом (R) входе триггера 28. Указанный сигнал формируется на выходе ИЛИ-НЕ 39 после перевода триггера 28 в “1” и после снятия сигнала “1” с дополнительного выхода счетчика 33, т.е. когда на оба входа 39 поданы сигналы "0". Сформированный на выходе 28 сигнал приведен на фиг.3е.

При переводе триггера 28 в состояние "1" триггер 27 возвращается в начальное состояние. Сигнал на выходе триггера 27 приведен на фиг.3д. После перевода триггера 28 в состояние "1" блокируется формирование сигнала "1" на выходе элемента И 35, поэтому распределитель 31 принудительно не удерживается в начальном состоянии и оказывается чувствительным к тактовым сигналам 10 nf_t, которые поступают на его первый вход. На выходах 1...5 распределителя 31 последовательно формируются импульсные сигналы, показанные на фиг.4б. Сигнал с выхода 4 распределителя поступает на второй вход И 36 и проходит на его выход, так как в рассматриваемом режиме на первый вход И 36 поступает сигнал “1” с выхода триггера 28. Сигналы от И 36 через ИЛИ 40 и усилитель 44 подаются на вход элемента 4. При приведении триггера 28 в состояние “0” сигнал “1” подается на один вход элемента И 35, на второй его вход подается сигнал “1” после очередного формирования сигнала “1” на выходе И 36, когда образуется сигнал “1” на выходе 5 распределителя 31.

Таким образом, при образовании сигнала “I” на выходе триггера 28 начинают формироваться периодические сигналы на выходе И 36, причем формирование указанных периодических сигналов прекращается не сразу после перевода триггера 28 в состояние “0”, а только после формирования очередного (последнего) сигнала на выходе И 36.

Следует подчеркнуть, что длительность сформированных импульсов равна , т.е. значительно меньше рабочих сигналов. К тому же длительность указанных импульсов выбирается меньше времени задержки, вносимой элементом 43. Указанные условия формирования сигналов на выходе И 36 обеспечивают нечувствительность к этим сигналам приемника ретранслируемых сигналов (размещенного на другом КП). Сформированные импульсные сигналы вместе с сигналами от передатчика через ИЛИ 40 и усилитель 44 поступают во входную цепь элемента 4 и используются для блокировки появления “триггерного эффекта”. Действительно, каждым из сформированных импульсов запирается ключ 6, в результате чего формирователь 3 переводится в нерабочее состояние независимо от наличия входного или ретранслируемого сигнала, т.е. приемник принудительно переводится в нерабочее состояние.

Отметим особенность формирования сигналов на выходе И 36. Как видно из фиг.3 и 4, импульсы образуются после фиксации триггером 27 принятого информационного сигнала и, очевидно, после его восприятия приемником (не показан). Для повышения надежности приема сигналов даже при наличии временных сдвигов в приеме информации данным устройством и другими устройствами, воспринимающими ретранслируемую информацию, появление блокирующих работу приемников импульсов задерживается дополнительно на ј периода тактовых импульсов. Важно также отметить, что импульсы исчезают в конце временного интервала передачи (и приема) каждого информационного сигнала “1”, т.е. в устройстве отсутствует “последействие” от сформированных импульсов, распространяющееся на смежные информационные сигналы.

Рассмотрим подробнее действие сформированных импульсов на процесс приема и ретрансляции информации.

Сформированные импульсы вызывают перевод элемента 4 в рабочее состояние и, как описано выше, переводят ключ 6 в нерабочее состояние. Одновременно начинается процесс регенерации принятых сигналов, который приводит к автоматическому увеличению порогового сигнала (тока смещения), который создается вторым источником питания. Ток смещения проходит по цепи: первый выход второго источника питания, стабилитрон 11, резистор 22, параллельная цепь из выходов четвертого элемента гальванического разделения сигналов и резистора 23, второй выход второго источника питания. Видно, что направление тока смещения противоположно рабочему току (очевидно, что приведенные для примера направления рабочего тока и тока смещения могут быть противоположными). В рассматриваемом режиме работы фиксируется прием сигналов из линии связи, поэтому ток проходит по входной цепи элемента 10. В результате элемент 10 переводится в рабочее состояние, а его выходная цепь шунтирует резистор 23, что вызывает увеличение тока смещения. Чтобы обеспечить нормальный прием входных сигналов и устранить "триггерный эффект", увеличенный ток смещения (I*_cм) должен быть большим I_доб+I_вx. В режиме ожидания приема сигналов из линии связи ток смещения должен быть равен . Из приведенных соотношений определяются величины резисторов R₂₂ и R₂₃.

Видно, что на процесс регенерации принятых сигналов после приема очередного информационного сигнала воздействуют сформированные на выходе усилителя 44 периодические импульсы. Указанные относительно короткие импульсные сигналы переводят в нерабочее состояние. Если после исчезновения очередного сформированного импульса из линии связи продолжает поступать рабочий сигнал, элемент 3 возвращается в рабочее состояние, в противном случае он остается в нерабочем состоянии до фиксации очередного информационного сигнала “1”. В результате устройство приема и ретрансляции автоматически и периодически разрушает "триггерный эффект", в то же время регенерируя принятый сигнал до уровня, соответствующего уровню сигнала на выходе передающего устройства.

Как видно, элемент 4 переводится в рабочее состояние и при передаче в линию связи сигналов от “собственного” передатчика. Так как суммарный уровень напряжения на диоде 14 и выходной цепи 4 меньше порогового напряжения для стабилитрона 13 инвертора, ток во входной цепи ключа 6 отсутствует, т.е. ключ 6 удерживается в нерабочем состоянии. Резистор 24, включенный параллельно входной цепи 6, стабилизирует его режим в нерабочем состоянии. Запертый ключ 6 предотвращает поступление “собственных” сигналов в цепь приемника. В данном режиме образуется цепь протекания тока: первый выход первого источника питания, выход 1 - вход формирователя 2, резистор 16, входная цепь элемента 9, разделительный диод 15, выходная цепь элемента 4, второй выход первого источника питания. Ток во входной цепи формирователя 2 приводит к переводу его в рабочее состояние и появлению тока в выходной цепи. В то же время перевод элемента 9 в рабочее состояние приводит к тому, что резистор 20 оказывается зашунтированным выходной цепью элемента 9, а ток в выходной цепи формирователя 2, поступающий в линию связи, увеличивается до уровня нормализованного.

Таким образом, благодаря введению в состав устройства узлов инерционной синхронизации генераторов тактовых импульсов приемника и передатчика и формирования периодических сигналов, обеспечивается подключение к магистральной линии связи большего числа контролируемых пунктов и увеличение протяженности линии связи.

При использовании предложенного устройства приема и ретрансляции информации в режиме усиления и нормализации принятых сигналов и при передаче “собственных” сигналов уровни сигналов в линии связи оказываются одинаковыми. Каждое устройство, кроме приема сигналов из линии связи, выполняет функции промежуточного усилителя, нормализатора и ретранслятора нормализованных сигналов в линию связи, т.е. в каждом присоединении устройства к магистральной линии связи производится восстановление уровня рабочего сигнала и компенсируется его затухание. В результате отпадает необходимость расчленения единой магистральной линии связи на отдельные участки и повышается надежность информационных обменов и комплекса в целом. Следовательно, поставленная цель выполняется.

Источники информации

1. Чипышев К.В., Захаров В.Н. Техническое обслуживание каналов связи телемеханики на электрифицированном железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1984. - С.14.

2. Портнов Е.М. Интегрированный комплекс телемеханизации электроснабжения М.: Железнодорожный транспорт. -2000. - №8. - С.40-43.

3. А.С. СССР №1179410. Линейный блок системы телемеханики / М.Л. Портнов. - Бюл. №34. - 1985- прототип.

Изобретение относится к информационнно-управляющим комплексам. Технический результат заключается повышении надежности информационных обменов. Для повышения надежности информационных обменов по магистральной линии связи в устройство вводятся дополнительные узлы инерционной синхронизации генераторов тактовых импульсов приемника и передатчика и формирования периодичеких сигналов, с помощью которых разрушается "триггерный эффект", т.е. предотвращается блокировка приемника при регенерации и ретрансляции поступивших из линии связи сигналов. 4 ил.

1. Устройство приема и ретрансляции информации, содержащее первый источник питания, ключ, первый и второй формирователи сигналов, первый и второй элементы гальванического разделения сигналов, причем входы первого элемента гальванического разделения сигналов присоединены к выходам элементов управления передачей информации, а выходы второго - к входам элементов приема сигналов из линии связи, и инвертор-формирователь, у которого соединены выход - с входом ключа, соединенного вторым выходом с первым выходом второго формирователя сигналов, первый выход - с первым входом из линии связи, первым выходом первого элемента гальванического разделения сигналов и вторым (отрицательным) выходом первого источника питания, у которого первый (положительный) выход соединен с первым выходом первого формирователя сигналов, отличающееся тем, что в него дополнительно включены второй и третий источники питания, третий и четвертый элементы гальванического разделения сигналов, импульсный стабилитрон, подключенный катодом к входу второго формирователя сигналов, а анодом - к первому входу из линии связи, первый диод, входящий в состав инвертора-формирователя, катод которого является входом инвертора-формирователя и соединен с катодом второго диода и вторым выходом первого элемента гальванического разделения сигналов, а анод первого диода соединен с одним выходом первого резистора и катодом стабилитрона, входящих в состав инвертора-формирователя, причем анод стабилитрона является выходом инвертора-формирователя, другой вывод первого резистора соединен с первым выходом первого источника питания, а анод второго диода - с последовательной цепочкой, включающей входную цепь третьего элемента гальванического разделения сигналов, второй и третий резисторы, у третьего резистора второй вывод подключен к первому выходу первого источника питания, а точка соединения второго и третьего резисторов подключена к одному выводу пятого резистора, который включен в последовательную цепь, состоящую из входов второго и четвертого элементов гальванического разделения сигналов и второго выхода первого формирователя сигналов, и к входу первого формирователя сигналов, соединенного вторым выходом с первым выводом четвертого резистора, у которого второй вывод соединен с последовательно включенными выходной цепью третьего элемента гальванического разделения сигналов, параллельно которой включен шестой резистор, первым выводом седьмого резистора, подключенного также ко второму входу из линии связи, соединенного вторым выводом с входом второго формирователя сигналов и первым выводом восьмого резистора, второй вывод которого подключен к параллельно включенным выходам четвертого элемента гальванического разделения сигналов и выводам девятого резистора, вторые выводы которого и четвертого элемента гальванического разделения сигналов подключены ко второму отрицательному выходу второго источника питания, у которого первый положительный выход соединен с первым входом из линии связи и первым выводом десятого резистора, подключенного вторым выводом к входу ключа, у третьего источника питания первый, положительный выход соединен с первым выводом выходной цепи второго элемента гальванического разделения сигналов, второй вывод которой соединен через одиннадцатый резистор со вторым, отрицательным выходом третьего источника питания.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него дополнительно введены двенадцатый резистор, первый, второй, третий и четвертый триггеры, первый и второй распределители, счетчик-формирователь тактовых импульсов с частотой f_t, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы И, первый элемент ИЛИ-НЕ, второй и третий элементы ИЛИ, инвертор, элемент задержки и усилитель, второй вход которого соединен с третьим входом счетчика, вторым входом первого распределителя и вторым выходом третьего источника питания, а выход включен в последовательную цепочку вместе с входами первого элемента гальванического разделения сигналов и одним выводом двенадцатого резистора, у которого другой вывод соединен с вторым входом счетчика и первым выходом второго элемента гальванического разделения сигналов, у которого второй выход соединен с первым входом первого элемента И, третьими входами третьего и четвертого триггеров и входом элемента задержки, у которого выход соединен со вторым входом первого элемента И, выход которого является входом приемника и соединен со вторым входом первого триггера, у которого соединены третий вход - со вторым входом третьего триггера, основным выходом счетчика и входом инвертора, соединенного выходом со вторым входом четвертого триггера, четвертый вход - с первым выходом второго триггера и первым входом третьего элемента И, а выход - со вторым входом второго триггера, у которого соединены третий вход - с первым входом первого элемента ИЛИ-НЕ и дополнительным выходом счетчика, четвертый вход - с выходом первого элемента ИЛИ-НЕ и первым входом второго элемента И, соединенного выходом с третьим входом первого распределителя, а вторым входом - с пятым выходом первого распределителя, у которого четвертый выход соединен со вторым входом третьего элемента И, выход которого через второй вход второго элемента ИЛИ соединен с входом усилителя, причем первый вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом передатчика, а первый вход первого распределителя соединен с выходом генератора сигналов 10nf_t и первым входом второго распределителя, у которого соединены второй вход - с пятым выходом, третий вход - с выходом генератора сигналов nf_t, первый выход - со вторым входом четвертого элемента И, третий выход - со вторым входом пятого элемента И, а четвертым выходом - с четвертыми входами третьего и четвертого триггеров, у третьего триггера второй выход, а у четвертого триггера первый выход соединены соответственно с первыми входами четвертого и пятого элементов И, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами третьего элемента ИЛИ, подключенного выходом к первому входу счетчика.