ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ В ЛИНИЮ СВЯЗИ Российский патент 2007 года по МПК H04L25/18 

Изобретение относится к области электросвязи, а именно к оптоэлектронным устройствам для передачи дискретных сигналов в линию связи, и может быть использовано для обеспечения согласованной работы передатчиков оконечных установок документальной электросвязи с физическими линиями.

Предлагаемое устройство может быть использовано в телеграфном терминальном оборудовании, обеспечивающем обмен информацией по линейным цепям сигналами постоянного тока как одного направления, так и двух направлений (в однополюсном и двухполюсном режимах соответственно) [ГОСТ Р 51026-97. «Цепи внешние оконечных установок документальной электросвязи.» (стр.4, п.6.3; стр.5, п.6.4), ГОСТ 25830-83. «Цепи внешние телеграфных буквопечатающих стартстопных аппаратов пятиэлементного кода», ГОСТ 22937-78. «Цепи местные двухполюсные систем телеграфной связи и передачи данных» (стр.5, п.3.7)].

Предшествующий уровень техники

Известно оптоэлектронное устройство для согласования работы телеграфного передатчика с физической линией связи [Авторское свидетельство СССР №882015, М. Кл.³ Н04L 25/18, Н03К 5/01. «Устройство согласования», опубл. 15.11.81. Бюл. №42], содержащее буферный ключ, оптоэлектронные ключи, формирователи выходных сигналов, источник линейного напряжения (однополюсную линейную батарею) и линейную нагрузку. Известное устройство обеспечивает передачу однополярных телеграфных сигналов в проводную линию связи. Недостатком устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что оно не позволяет формировать в линию связи двухполярные телеграфные сигналы. Кроме того, оно имеет недостаточную надежность, что обусловлено отсутствием защиты от аварийных состояний линии связи и невозможностью оперативной индикации таких состояний.

Известно оптоэлектронное устройство согласования, которое обеспечивает передачу однополярных телеграфных посылок в линию связи [Авторское свидетельство СССР №995362, М. Кл.³ Н04L 25/18, Н03К 5/01. «Устройство согласования», опубл. 07.02.83 Бюл. №5], содержащее оптоэлектронные ключи, буферный ключ, вход которого подключен к выходу передатчика дискретных сигналов, инвертор, элементы И, формирователи выходного сигнала, однополюсный источник линейного напряжения, оптоэлектронный элемент, входная цепь которого включена в линию связи, блок индикации.

В устройстве повышена достоверность контроля функционирования за счет наличия блока индикации. Однако невозможность передачи в линию связи двухполярных телеграфных посылок также ограничивает его функциональные возможности. Кроме того, возможность возникновения больших линейных токов при коротких замыканиях линейной нагрузки существенно снижает надежность работы оптоэлектронных ключей, а следовательно, и устройства в целом.

Известно оптоэлектронное выходное телеграфное устройство для работы в двухполюсном режиме с проводной линией связи [Авторское свидетельство СССР №1019568, М. Кл.³ Н04L 25/18 «Выходное телеграфное устройство», опубл. 23.05.83. Бюл. №19], содержащее буферный ключ, формирователи выходного сигнала, оптоэлектронные ключи, два источника линейного напряжения (две линейные батареи) и линейную нагрузку. Известное устройство обеспечивает формирование и передачу в линию связи двухполярных телеграфных посылок. Недостатком устройства является сложность организации однополюсного режима работы, так как при этом требуется ручная перестройка структуры устройства, например, отключение одной из линейных батарей, что требует больших затрат времени и увеличивает время готовности к работе. Кроме того, устройство имеет недостаточно высокую надежность, что обусловлено отсутствием защиты от аварийных состояний линии связи и невозможностью оперативной индикации таких состояний.

Известно оптоэлектронное устройство для передачи дискретных сигналов в линию связи [Авторское свидетельство СССР №1172057, М. Кл.⁴ Н04L 25/18 «Выходное телеграфное устройство», опубл. 07.08.85. Бюл. №29], которое по количеству существенных признаков и технической сущности является ближайшим аналогом заявляемого устройства.

Известное устройство содержит первый буферный ключ, вход которого подключен к выходу передатчика, первый и второй формирователи выходного сигнала, выходы которых соединены с первыми выводами соответственно первого и второго оптоэлектронных ключей, второй вывод первого оптоэлектронного ключа соединен с положительным полюсом первого источника линейного напряжения, отрицательный полюс которого подключен к первому выводу линейной нагрузки и положительному полюсу второго источника линейного напряжения, второй вывод второго оптоэлектронного ключа соединен с катодом светодиода оптоэлектронного элемента и анодом первого диода, катод которого соединен с анодом второго диода, катод которого объединен с третьим выводом первого оптоэлектронного ключа и анодом светодиода оптоэлектронного элемента, выход которого через пороговый блок подключен ко входу временного селектора, блок индикации, первый и второй элементы И, первые входы которых объединены.

Известное устройство рассчитано на передачу в линию связи дискретных сигналов в виде двухполярных телеграфных посылок. При этом устройством может быть обеспечена передача и однополярных телеграфных посылок, однако это требует отключения одного из источников линейного напряжения и некоторой перестройки структуры устройства (для обеспечения согласования уровней сигналов передатчика с фазой однополярных посылок в линии - токовых или бестоковых), что приводит к существенному увеличению времени готовности в условиях эксплуатации. При возникновении необходимости работы устройства в однополюсном режиме от внешней линейной батареи (включаемой, например, со стороны приемника дискретных сигналов), требуется отключение обоих источников линейного напряжения и еще более сложная коммутация выходных линейных цепей устройства, что еще более усложняет подготовку устройства для работы в различных режимах. В ряде случаев для решения таких задач в аппаратуре осуществляется конструктивная замена одного устройства на другое (устройство для передачи однополярных сигналов заменяется на устройство для передачи двухполярных сигналов и наоборот) [Твердов Б.И. и др. «Телеграфная и факсимильная аппаратура. Справочник». М.: «Радио и связь», 1986, (стр.64, 8-й и 9-й абзацы - «устройство сопряжения с линией»)].

Такой способ обеспечения передачи различных дискретных сигналов в линию связи является не экономичным, а так же связан с большими временными затратами при смене режимов работы, что в свою очередь ухудшает оперативность доведения экстренной информации до потребителя.

К недостаткам известного устройства относится и низкая надежность работы по длинным физическим линиям. Этот недостаток обусловлен тем, что при аварийных состояниях линии связи (короткое замыкание, встречное включение собственных и внешних линейных батарей или большой емкостной нагрузки кабельной линии) возможно возникновение токовых перегрузок (постоянных или импульсных) оптоэлектронных ключей, что существенно сокращает эксплуатационный ресурс устройства. Несмотря на наличие блока индикации, аварийное состояние устройства не индицируется, поэтому отсутствует возможность своевременного принятия необходимых мер.

Целью изобретения является сокращение времени готовности устройства при передаче различных видов дискретных сигналов (однополярных или двухполярных), расширение функциональных возможностей (передача однополярных дискретных сигналов при работе от внешней линейной батареи), повышение надежности и достоверности контроля.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения поставлена задача создания адаптивного оптоэлектронного устройства для передачи дискретных сигналов в линию связи, режим работы которого устанавливается оперативно кодовыми командами, поступающими от передатчика.

Другой задачей изобретения является обеспечение защиты устройства от аварийных состояний линейной нагрузки в любом из возможных режимов работы устройства и обеспечение индикации аварийных состояний.

Еще задачей изобретения является исключение возможности несанкционированной передачи информации в линии связи и повышение надежности защиты передаваемой информации от ее утечек по физическим цепям.

Поставленные задачи решаются, а цели достигаются тем, что в оптоэлектронное устройство для передачи дискретных сигналов в линию связи, содержащее первый буферный ключ, вход которого подключен к выходу передатчика, первый и второй формирователи выходного сигнала, выходы которых соединены с первыми выводами соответственно первого и второго оптоэлектронных ключей, второй вывод первого оптоэлектронного ключа соединен с положительным полюсом первого источника линейного напряжения, отрицательный полюс которого подключен к первому выводу линейной нагрузки и положительному полюсу второго источника линейного напряжения, второй вывод второго оптоэлектронного ключа соединен с катодом светодиода оптоэлектронного элемента и анодом первого диода, катод которого соединен с анодом второго диода, катод которого объединен с третьим выводом первого оптоэлектронного ключа и анодом светодиода оптоэлектронного элемента, выход которого через пороговый блок подключен ко входу временного селектора, блок индикации, первый и второй элементы И, первые входы которых объединены, введены резистор, третий диод, два оптоэлектронных реле, три буферных ключа, четыре RS-триггера, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент начальной установки, генератор установочных импульсов и блок выделения команд, первый вход которого объединен с выходом первого буферного ключа, первым входом третьего элемента И и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен со вторым входом третьего элемента И и выходом первого RS-триггера, S-вход которого подключен к первому выходу блока выделения команд, второй выход которого соединен с R-входом первого RS-триггера, третий выход блока выделения команд соединен с S-входом второго RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с четвертым выходом блока выделения команд, второй вход которого объединен с выходом элемента начальной установки и вторым входом элемента ИЛИ, пятый и шестой выходы блока выделения команд подключены соответственно к S-входу и R-входу третьего RS-триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены со входами соответственно второго и третьего буферных ключей, выходы которых подключены к первым выводам соответственно первого и второго оптоэлектронных реле, вторые выводы которых объединены с третьим выводом второго оптоэлектронного ключа, третий вывод первого оптоэлектронного реле подключен к аноду третьего диода, катод которого соединен с первым выводом линейной нагрузки, второй вывод которой через резистор подключен к общей точке первого и второго диодов, третий вывод второго оптоэлектронного реле соединен с отрицательным полюсом второго источника линейного напряжения, выход временного селектора подключен к R-входу четвертого RS-триггера, инверсный выход которого соединен со входом четвертого буферного ключа, выход которого подключен ко входу блока индикации, первый вход первого элемента И соединен с выходом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к выходу второго RS-триггера, а второй вход - к прямому выходу четвертого RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом генератора установочных импульсов, при этом входы первого и второго формирователей выходного сигнала соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходам соответственно третьего элемента И и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Блок выделения команд содержит последовательно-параллельный регистр, источник синхроимпульсов, счетчик-делитель, элементы И и двоично-десятичный дешифратор, выходы которого являются выходами блока выделения команд, первый вход которого является информационным входом последовательно-параллельного регистра, выходы которого подключены к первым входам соответственно элементов И, вторые входы которых объединены и подключены к выходу счетчика-делителя, вход которого объединен с выходом источника синхроимпульсов и тактовым входом последовательно-параллельного регистра, установочный вход которого является вторым входом блока выделения команд, при этом выходы элементов И подключены соответственно к входам двоично-десятичного дешифратора.

Блок индикации содержит интегратор и светодиодный индикатор, подключенный к выходу интегратора, вход которого является входом блока индикации.

Блок индикации и передатчик конструктивно выполнены в составе ПЭВМ, монитор которой является устройством визуального отображения информации, вход приемного СОМ-порта ПЭВМ является входом блока индикации, а выход передающего СОМ-порта ПЭВМ является выходом передатчика.

Каждый оптоэлектронный ключ выполнен на транзисторном оптроне, при этом коллектор и эмиттер фототранзистора являются соответственно вторым и третьим выводами оптоэлектронного ключа, первый вывод которого подключен к светодиоду оптрона.

Каждый оптоэлектронный ключ содержит диодный оптрон и транзистор Дарлингтона n-p-n типа, при этом анод фотодиода подключен к базе транзистора, катод фотодиода - к коллектору транзистора и является вторым выводом ключа, третий вывод которого является эмиттером транзистора, а первый вывод ключа соединен со светодиодом оптрона.

Оптоэлектронный элемент является диодным оптроном, фотодиод которого является выходом оптоэлектронного элемента.

Оптоэлектронный элемент является транзисторным оптроном, коллектор фототранзистора которого является выходом оптоэлектронного элемента.

Оптоэлектронные реле являются одноканальными с нормально разомкнутыми контактами.

Оба оптоэлектронных реле входят в структуру двухканального реле с переключающими контактами.

Пороговый блок выполнен на основе интегрального компаратора напряжений и источника опорного напряжения, положительный полюс которого подключен к инвертирующему входу компаратора, неинвертирующий вход которого является входом порогового блока, выход которого является выходом компаратора.

Временной селектор выполнен по схеме интегратора на операционном усилителе с емкостной отрицательной обратной связью, при этом неинвертирующий вход операционного усилителя является входом временного селектора, выход которого является выходом операционного усилителя.

Первый буферный ключ представляет собой магистральный приемник, обеспечивающий регистрацию электрических сигналов взаимодействия, передаваемых по симметричным и несимметричным цепям стыка с выхода передающего СОМ-порта ПЭВМ.

Четвертый буферный ключ представляет собой магистральный передатчик, обеспечивающий формирование и передачу электрических сигналов взаимодействия по симметричным и несимметричным цепям стыка на вход приемного СОМ-порта ПЭВМ.

Первый источник линейного напряжения содержит стабилизатор тока, обеспечивающий постоянство отбора мощности из первичной сети электропитания.

Второй источник линейного напряжения содержит стабилизатор тока, обеспечивающий постоянство отбора мощности из первичной сети электропитания.

Генератор установочных импульсов представляет собой автоколебательный релаксационный генератор импульсов с большой скважностью генерируемых импульсов и частотой следования не более 1 Гц.

Блок выделения команд, четыре буферных ключа, элемент ИЛИ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, четыре RS-триггера, четыре элемента И и два формирователя выходного сигнала с соответствующими электрическими связями размещены в структуре цифровой интегральной микросхемы, выполненной по ПЛИС-технологии.

Два оптоэлектронных ключа, два оптоэлектронных реле, оптоэлектронный элемент, пороговый блок, временной селектор, элемент начальной установки, генератор установочных импульсов и три диода с соответствующими электрическими связями размещены в структуре аналоговой интегральной схемы, выполненной на бескорпусных элементах по гибридной технологии.

Аналоговая интегральная схема расположена на диэлектрической подложке и помещена в металлический экран, имеющий клемму для заземления.

Благодаря новой совокупности существенных признаков, обусловленной введением вышеуказанных элементов и связей между ними, достигается возможность кодового управления режимами работы устройства, обеспечивающая его оперативную адаптацию к режимам работы в линии связи при высокоэффективной защите устройства от аварийных состояний в линии связи и индикации этого состояния. Кроме того, устройство приобретает свойства, которые позволяют исключить возможность несанкционированной передачи информации в линии связи и повышают надежность защиты передаваемой информации от ее утечек по физическим цепям.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся предложенной совокупностью признаков заявляемого технического решения, отсутствуют. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого объекта, показали, что они не следуют для специалистов явным образом из уровня техники. Из уровня техники так же не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Это позволяет сделать вывод, что в заявляемом техническом решении выполнены условия его патентоспособности, и оно соответствует критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемое техническое решение может быть широко использовано в технике передачи дискретной информации по длинным линиям связи, например, в терминалах документального обмена телеграфного типа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «промышленная применимость».

На чертеже представлена структурно-функциональная электрическая схема предлагаемого устройства.

Оптоэлектронное устройство для передачи дискретных сигналов в линию связи содержит первый буферный ключ 1, вход которого подключается к выходу передатчика 2, первый формирователь 3 выходного сигнала, второй формирователь 4 выходного сигнала, первый оптоэлектронный ключ 5, второй оптоэлектронный ключ 6, первый источник 7 линейного напряжения, первый вывод 8 линейной нагрузки 9, второй источник 10 линейного напряжения, светодиод 11 оптоэлектронного элемента 12, первый диод 13, второй диод 14, пороговый блок 15, временной селектор 16, блок 17 индикации, первый элемент И 18, второй элемент И 19, блок 20 выделения команд, третий элемент И 21, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 22, первый RS-триггер 23, второй RS-триггер 24, элемент ИЛИ 25, элемент 26 начальной установки, третий RS-триггер 27, второй буферный ключ 28, третий буферный ключ 29, первое оптоэлектронное реле 30, второе оптоэлектронное реле 31, третий диод 32, второй вывод 33 линейной нагрузки 9, резистор 34, четвертый RS-триггер 35, четвертый буферный ключ 36, четвертый элемент И 37, генератор 38 установочных импульсов. Блок 20 выделения команд содержит последовательно-параллельный регистр 39, источник 40 синхроимпульсов, счетчик-делитель 41, элементы И 42 и двоично-десятичный дешифратор 43. Блок 17 индикации содержит интегратор 44 и светодиодный индикатор 45. Передатчик 2 и блок 17 индикации являются составными частями ПЭВМ 46.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

В зависимости от команд управления, формируемых передатчиком 2, с помощью блока 20 выделения команд устройство может установиться в один из следующих режимов:

- режим передачи двухполярных сигналов при питании линейной цепи от источников 7 и 10;

- режим передачи однополярных сигналов при питании линейной цепи от источника 7 (источник 10 в это время отключается);

- режим передачи однополярных сигналов при питании линейной цепи со стороны линейной нагрузки 9 (внешняя линейная батарея на приемной стороне), при этом источники 7 и 10 в это время отключаются;

- режим блокировки устройства (оптоэлектронные ключи 5 и 6 отключены и заблокированы, при этом исключен несанкционированный доступ к передаче дискретных сигналов в линию связи).

Кроме того, вне зависимости от команд управления передатчика 2, устройство из любого режима автоматически переходит в режим отключенного состояния оптоэлектронных ключей 5 и 6 при возникновении в линейной нагрузке тока больше допустимой величины, и автоматически восстанавливает работу ключей 5 и 6 при нормализации линейного тока.

Перечисленные функциональные возможности устройства обеспечивают его универсальность и программную адаптацию ко всем режимам работы, определенным указанными выше стандартами и эксплуатационными требованиями, действующими в системах передачи дискретной информации.

При первичном включении питающих напряжений устройства элемент 26 начальной установки формирует импульс положительной полярности определенной длительности, который осуществляет начальную установку регистра 39 блока 20 и воздействует на второй вход элемента 25, на выходе которого появляется импульс логической единицы (лог.1), устанавливающий триггер 24 по R-входу в состояние логического нуля (лог.0) на его прямом выходе. При этом на выходе элемента 37 также устанавливается лог.0, который воздействует на первые входы элементов 18 и 19 и блокирует их работу, в результате чего лог.0 на их выходах через формирователи 3 и 4 устанавливает в выключенное состояние оптоэлектронные ключи 5 и 6, что отключает источники 7 и 10 от линейной нагрузки 9. Такое состояние может сохраняться до тех пор, пока триггер 24 не изменит свое состояние на лог.1 (на втором входе элемента 37 - постоянный уровень лог.1 с прямого выхода триггера 35). Перевод триггера 24 в состояние лог.1 осуществляется после формирования передатчиком 2 специальной кодовой комбинации (которая может быть известна только ограниченному кругу лиц или только оператору). Такая комбинация записывается в регистр 39 и после дешифрации в дешифраторе 43 поступает в виде лог.1 с третьего выхода блока 20 выделения команд на S-вход триггера 24. Как правило, такой командой триггер 24 переводится в состояние лог.1 после того, как будет осуществлен выбор необходимого режима работы устройства.

При установке в устройстве режима передачи двухполярных сигналов в линию связи (двухполюсный режим) передатчик 2 формирует две команды управления, которые вызывают появление импульсов лог.1 на шестом и первом выходах блока 20. Импульс лог.1 на шестом выходе блока 20 переводит триггер 27 в состояние, при котором на его прямом выходе - уровень лог.0, а на инверсном выходе - уровень лог.1. Это обеспечивает (через буферные ключи 28 и 29) разомкнутое состояние контактов в оптоэлектронном реле 30 и замкнутое состояние контактов в оптоэлектронном реле 31, что подключает отрицательный полюс источника 10 к оптоэлектронному ключу 6. Импульс лог.1 на первом выходе блока 20 переводит триггер 23 по S-входу в состояние, при котором на его выходе уровень лог.1, который поступает на вторые входы элементов 21 и 22. При этом элемент 21 на выходе будет повторять сигналы, поступающие на его первый вход (без инверсии), а сигналы на выходе элемента 22 будут инвертированы по отношению к сигналам на его первом входе. Если после завершения процедуры выбора двухполюсного режима работы устройства триггер 24 будет переведен в состояние лог.1 (по описанному выше принципу), то сигналы с выхода передатчика 2 будут вызывать противофазные переключения оптоэлектронных ключей 5 и 6, что обеспечит формирование двухполярных сигналов в линейной нагрузке 9, при этом лог.1 на выходе ключа 1 будет соответствовать ток положительного направления в нагрузке 9 (от источника 7), а лог.0 на выходе ключа 1 будет соответствовать ток отрицательного направления в нагрузке 9 (от источника 10). Ток положительного направления протекает по цепи: положительный полюс источника 7 - оптоэлектронный ключ 5 - светодиод 11 оптоэлектронного элемента 12 - диод 13 - резистор 34 - линейная нагрузка 9 - отрицательный полюс источника 7.

Ток отрицательного направления протекает по цепи: положительный полюс источника 10 - линейная нагрузка 9 - резистор 34 - диод 14 - светодиод 11 - оптоэлектронный ключ 6 - контакты (замкнутые) оптоэлектронного реле 31 - отрицательный полюс источника 10. Через светодиод 11 оптоэлектронного элемента 12 ток протекает при любой полярности выходного сигнала, поэтому при возникновении аварийного состояния линейной нагрузки 9 на любой стадии передачи двухполярного сигнала (короткое замыкание нагрузки, встречное включение внешней батареи, большая величина распределенной емкости нагрузки) на выходе оптоэлектронного элемента 12 появится сигнал, амплитуда которого превышает порог переключения порогового блока 15. Блок 15 переключится и, если длительность сигнала превысит время селекции временного селектора 16, триггер 35 изменит по R-входу свое состояние: лог.0 на прямом выходе триггера 35 установит лог.0 и на выходе элемента 37, что приведет к блокировке по вторым входам элементов 18 и 19, а формирователи 3 и 4 одновременно выключат оптоэлектронные ключи 5 и 6 и исключат их перегрузку по току; лог.1 с инверсного выхода триггера 35 через ключ 36 включит светодиодный индикатор 45 в блоке 17 индикации, что будет сигнализировать об аварийном состоянии линейной нагрузки 9 (хотя при этом ни один элемент устройства не будет находиться в аварийном режиме).

Такое состояние будет продолжаться до тех пор, пока на S-вход триггера 35 не поступит импульс лог.1 с выхода генератора 38, работающего в автоколебательном режиме с большой скважностью. Триггер 35 установится в состояние (лог.1 на прямом выходе), при котором устройство восстановит возможность переключения ключей 5 и 6 по сигналам передатчика 2, и соответственно, появится возможность передачи информации в линейную нагрузку 9. При этом выключится индикатор 45 в блоке 17 индикации.

Если после восстановления возможности переключения ключей 5 и 6 линейная нагрузка 9 будет продолжать оставаться в аварийном состоянии, то по описанной выше схеме ключи 5 и 6 одновременно выключатся. Фактически генератор 38 установочных импульсов совместно с RS-триггером 35 осуществляют опрос состояния линейной нагрузки 9 через достаточно большие интервалы времени, которые определяются частотой следования импульсов с генератора 38 (период следования импульсов выбирается, как правило, равным единицам секунд, а скважность - около тысячи).

При установке в устройстве режима передачи однополярных сигналов при питании линейной цепи от источника 7 (однополюсный режим с собственной батареей), передатчик 2 формирует две команды управления, которые вызывают появление импульсов лог.1 на пятом и первом выходах блока 20. Импульс лог.1 на пятом выходе блока 20 переводит триггер 27 в состояние, при котором на его прямом выходе уровень лог.1, а на инверсном выходе - уровень лог.0. Это обеспечивает (через ключи 28 и 29) замкнутое состояние контактов в оптоэлектронном реле 30 и разомкнутое состояние контактов в оптоэлектронном реле 31, что отключает отрицательный полюс источника 10 от оптоэлектронного ключа 6 и подключает третий вывод ключа 6 к аноду диода 32. Импульс лог.1 на первом выходе блока 20 переводит триггер 23 в состояние, при котором на его выходе уровень лог.1, который поступает на вторые входы элементов 21 и 22. При этом элемент 21 на своем выходе будет повторять сигналы, поступающие на его первый вход (без инверсии), а сигналы на выходе элемента 22 будут инвертированы по отношению к сигналам на его первом входе. Если после завершения процедуры выбора однополюсного режима работы устройства при питании от собственной линейной батареи 7 триггер 24 будет переведен в состояние лог.1 (по описанному выше принципу), то информационные сигналы с выхода передатчика 2 будут вызывать противофазные переключения оптоэлектронных ключей 5 и 6, что обеспечит формирование токовых и бестоковых посылок однополярных сигналов в линейной нагрузке 9, при этом лог.1 на выходе ключа 1 будет соответствовать токовая посылка в нагрузке 9 (от источника 7), а лог.0 на выходе ключа 1 будет соответствовать бестоковая посылка в нагрузке 9. Ток в течение токовой посылки протекает по цепи: положительный полюс источника 7 - оптоэлектронный ключ 5 - светодиод 11 - диод 13 - резистор 34 - линейная нагрузка 9 - отрицательный полюс источника 7. Во время токовой посылки происходит накопление энергии на реактивных элементах линейной нагрузки 9 (емкость нагрузки заряжается через резистор 34 практически до напряжения источника 7). В это время оптоэлектронный ключ 6 выключен.

При формировании бестоковой посылки в нагрузке 9 (лог.0 на выходе ключа 1), оптоэлектронный ключ 6 переходит во включенное состояние, а ключ 5 выключается. При этом для ускоренного разряда емкости линейной нагрузки 9 образуется следующая цепь: второй вывод 33 нагрузки 9 (положительный потенциал на емкости нагрузки) - резистор 34 - диод 14 - светодиод 11 - оптоэлектронный ключ 6 - контакты (замкнутые) оптоэлектронного реле 30 - диод 32 (в прямом включении) - первый вывод 8 нагрузки 9.

Непрерывная работа передатчика 2 вызывает противофазные переключения оптоэлектронных ключей 5 и 6, при этом времена заряда и разряда распределенных емкостей линейной нагрузки 9 очень близки друг к другу, так как выходные сопротивления устройства при формировании токовой и бестоковой посылок определяются в основном одним и тем же элементом (резистором 34). Это позволяет обеспечить малую асимметрию длительностей переднего и заднего фронтов однополярных сигналов и существенно повышает точность формирования их длительностей практически для любых линейных нагрузок в широком диапазоне скоростей передачи информации. Принцип работы элементов защиты устройства в однополюсном режиме от аварийного состояния в нагрузке аналогичен работе в двухполюсном режиме. Диод 32 предназначен для защиты оптоэлектронных реле 30 и 31 «от сквозных токов» (от источника 10) через их контакты во время их переключении (когда возникает одновременно включенное состояние контактов в виду большой инерционности оптоэлектронных реле).

При установке в устройстве режима передачи однополярных сигналов при питании линейной цепи со стороны линейной нагрузки 9 (однополюсный режим с внешней линейной батареей, батарея на чертеже не показана) передатчик 2 формирует две команды управления, которые вызывают появление импульсов лог.1 на пятом и втором выходах блока 20. Импульс лог.1 на пятом выходе блока 20 переводит триггер 27 в состояние, при котором контакты оптоэлектронного реле 30 замкнуты, а контакты реле 31 разомкнуты и отключают отрицательный полюс источника 10 от оптоэлектронного ключа 6. Импульс лог.1 на втором выходе блока 20 переводит триггер 23 по R-входу в состояние, при котором на его выходе уровень лог.0, который поступает на вторые входы элементов 21 и 22. При этом элемент 21 блокируется, на его выходе устанавливается уровень лог.0, что переводит в постоянно выключенное состояние оптоэлектронный ключ 5. Наличие уровня лог.0 на втором входе элемента 22 (ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ) обеспечивает на его выходе повторение сигналов, поступающих на его первый вход (теперь исключается фазоинверсия элемента 22).

Если после завершения процедуры выбора однополюсного режима работы устройства с внешней линейной батареей триггер 24 будет переведен в состояние лог.1 (по описанному выше принципу), то сигналы с выхода передатчика 2 будут вызывать переключения только оптоэлектронного ключа 6. При этом лог.1 на выходе ключа 1 будет соответствовать включенное состояние ключа 6 (токовая посылка), а лог.0 на выходе ключа 1 будет соответствовать выключенное состояние ключа 6 (бестоковая посылка), что обеспечивает согласование уровней сигналов передатчика с фазой однополярных посылок в линии - стоповых и стартовых элементов кодовой комбинации (как этого требует п.6.3.6 вышеупомянутого ГОСТ 51026-97). При этом внешняя линейная батарея подключается так, чтобы ток от ее положительного полюса протекал через второй вывод 33 - резистор 34 - диод 14 - светодиод 11 - оптоэлектронный ключ 6 - контакты (замкнутые) оптоэлектронного реле 30 - диод 32 (в прямом включении) - первый вывод 8 к отрицательному полюсу внешней линейной батареи.

В случае неправильного подключения полярности внешней линейной батареи, диод 32 выполняет свою вторую функцию - защищает оптоэлектронный ключ 6 от переполюсовки (от обратного напряжения).

Принцип работы элементов защиты устройства в однополюсном режиме с внешней линейной батареей аналогичен вышеописанному.

При работе устройства в любом из описанных режимов с передатчика 2 в любой момент времени может быть сформирована специальная кодовая комбинация, которая после дешифрации в блоке 20 выделения команд приведет к появлению импульса лог.1 на четвертом выходе блока 20, в результате чего этот импульс через первый вход элемента 25 установит триггер 24 по R-входу в состояние лог.0 на его прямом выходе. При этом на выходе элемента 37 также установится лог.0, который по описанному выше принципу (при включении питания) приведет к блокировке оптоэлектронных ключей 5 и 6, что исключит возможность передачи информации в линию связи. Для восстановления передающих свойств устройства необходимо, чтобы с передатчика 2 была сформирована специальная кодовая комбинация (код доступа), после чего, по описанному выше принципу, оптоэлектронные ключи 5 и 6 будут разблокированы.

Выполнение блока 20 выделения команд по предложенной структуре позволяет обеспечить высокую достоверность дешифрации команд управления, формируемых передатчиком 2. При этом команды управления поступают от передатчика 2 в последовательном коде на информационный D-вход последовательно-параллельного регистра 39 (например, 564ИР2), который по С-входу тактируется сигналами источника 40 синхроимпульсов.

После заполнения всех разрядов регистра 39 счетчик-делитель 41 (например, 564ИЕ9) подает импульс на вторые входы элементов И42, разрешающий считывание параллельного кода с выходов регистра 39 и подачу его на входы двоично-десятичного дешифратора 43 (например, 564ИД1). В результате этого, в зависимости от кода на входе дешифратора 43, на одном из его выходов формируется импульс лог.1.

Наличие интегратора 44 в блоке 17 индикации исключает «мигание» элементов визуальной индикации в течение времени повторного срабатывания защиты от аварии линейной нагрузки.

При организации многоканальной связи (когда передача информации осуществляется одновременно по большому количеству линий связи) целесообразно блок 17 индикации и передатчик 2 включать в состав ПЭВМ 46, монитор которой является устройством визуального отображения информации. В этом случае ПЭВМ 46 может выполнять функцию автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора и обеспечивать взаимодействие одновременно с большим количеством абонентов через оптоэлектронные устройства, число которых должно соответствовать числу линий связи при прямых соединениях (не коммутируемая сеть).

Для минимизации структуры оптоэлектронных ключей 5 и 6 при повышенной их нагрузочной способности по току линии, целесообразно их выполнение на основе транзисторных оптронов (например, 30Т110), так как они могут работать со значительными токами коллектора фототранзисторов без применения дополнительных усилительных схем.

Для повышения скоростных возможностей устройства оптоэлектронные ключи 5 и 6 могут быть выполнены на основе диодных оптронов (например, 30Д101Б) и усилителей фототока на основе транзисторов Дарлингтона (составные транзисторы, например, на основе 2Т630Б), поскольку диодные оптроны имеют самые малые времена переключения среди известных типов оптронов.

Оптоэлектронный элемент 12 может быть реализован, в зависимости от требований к быстродействию защиты устройства, либо на диодном, либо на транзисторном оптроне.

Оптоэлектронные реле 30 и 31 в одноканальном варианте исполнения целесообразно использовать с нормально разомкнутыми контактами (например, КР293КП1А), так как это повышает их надежность в аварийных ситуациях.

При минимизации структуры устройства оба оптоэлектронных реле 30 и 31 могут быть реализованы на основе одного двухканального реле с переключающими контактами (например, КР293КП9Б).

Пороговый блок 15 целесообразно выполнять на основе интегрального компаратора напряжений, так как в этом случае возможно оперативно изменять его порог компарирования с помощью источника опорного напряжения.

Для повышения помехоустойчивости элементов защиты устройства от аварийных режимов целесообразно выполнять временной селектор 16 по схеме интегратора на операционном усилителе, так как в этом случае обеспечивается высокая точность селекции сигналов по длительности.

В случае использования для управления устройством ПЭВМ46 необходимо первый буферный ключ 1 выполнять по схеме магистрального приемника, обеспечивающего электрическое сопряжение логических элементов с передающим СОМ-портом ПЭВМ46, а четвертый буферный ключ 36 - по схеме магистрального передатчика, обеспечивающего электрическое сопряжение логических элементов с приемным СОМ-портом ПЭВМ 46.

При повышенных требованиях к устройству, при передаче конфиденциальной информации, источник 7 линейного напряжения должен выполняться по схеме стабилизатора тока (если устройство работает в однополюсном режиме); если устройство работает в двухполюсном режиме, то оба источника 7 и 10 должны выполняться по схеме стабилизаторов тока, так как такая реализация источников линейного напряжения позволяет минимизировать информационную составляющую в первичной сети электропитания.

Для обеспечения самовосстановления работоспособности устройства после устранения аварийного состояния линейной нагрузки 9 необходимо в качестве генератора 38 установочных импульсов использовать автоколебательный релаксационный генератор импульсов (мультивибратор или блокинг-генератор), так как в таких генераторах можно получать последовательность импульсов с большой скважностью и низкой частотой.

В целях микроминиатюризации устройства целесообразно ряд элементов размещать в интегральных схемах, а именно:

блок 20, ключи 1, 28, 29, 36, элементы 22, 25, триггеры 23, 24, 27, 35, элементы 21, 37, 18, 19, формирователи 3, 4 с соответствующими электрическими связями - в структуре цифровой интегральной микросхемы, выполненной по ПЛИС-технологии;

оптоэлектронные ключи 5 и 6, оптоэлектронные реле 30 и 31, оптоэлектронный элемент 12, пороговый блок 15, селектор 16, элемент 26, генератор 38, диоды 13, 14, 32 с соответствующими электрическими связями - в структуре аналоговой интегральной схемы, выполненной на бескорпусных элементах по гибридной технологии.

С целью повышения надежности защиты передаваемой информации от утечек по электромагнитному полю рекомендуется аналоговую интегральную схему, содержащую ряд упомянутых выше элементов, располагать на диэлектрической подложке и помещать в металлический экран, имеющий клемму для заземления.

Следует отметить, что алгоритм работы предлагаемого устройства исключает передачу в линию связи кодовых команд управления, определяющих режим работы устройства, что в свою очередь уменьшает загрузку канала связи служебной информацией.

Возможность использования в качестве передатчика 2 и блока 17 индикации ПЭВМ 46 позволила создать и испытать опытный образец автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора на 32 дискретных канала передачи информации (опытный образец содержит одну ПЭВМ и 32 оптоэлектронных устройства для передачи дискретных сигналов). Испытания опытного образца АРМ в жестких условиях эксплуатации полностью подтвердили на большом количестве устройств достижение поставленных целей.

Структура оптоэлектронного устройства создает предпосылки для реализации комплекса таких устройств в виде двух интегральных схем:

одной интегральной микросхемы, выполненной по ПЛИС-технологии, другой - в виде аналоговой интегральной схемы, выполненной на бескорпусных элементах по гибридной технологии.

Достижение качественно новых свойств (программная адаптация) и улучшение основных показателей устройства позволяют использовать его с высокой эффективностью в многоканальных автоматизированных системах передачи дискретной информации.

Изобретение относится к области электросвязи, в частности к устройствам, обеспечивающим согласованную работу передатчиков дискретной информации оконечных установок документальной электросвязи с физическими линиями связи. Техническим результатом изобретения является сокращение времени готовности устройства, расширение его функциональных возможностей, повышение надежности работы в аварийных ситуациях и повышение достоверности контроля. Технический результат достигается за счет введения резистора, диода, двух оптоэлектронных реле, трех буферных ключей, четырех RS-триггеров, двух элементов И, элемента ИЛИ, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемента начальной установки, генератора установочных импульсов и блока выделения команд с соответствующей структурой связей. Это позволило создать универсальное адаптивное устройство для передачи дискретных сигналов, режим работы которого (однополюсный или двухполюсный) устанавливается кодовыми командами передатчика. При этом устройство эффективно защищено от аварийных состояний нагрузки и обеспечивает индикацию этих состояний. Кроме того, реализованный в предлагаемом устройстве алгоритм работы позволяет исключить возможность несанкционированной передачи дискретных сигналов в линию связи при одновременном повышении надежности защиты передаваемой информации от ее утечек по физическим цепям. В зависимости от эксплуатационных требований предложены оптимальные варианты реализации некоторых составных частей и узлов устройства. 19 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Оптоэлектронное устройство для передачи дискретных сигналов в линию связи, содержащее первый буферный ключ, вход которого подключен к выходу передатчика, первый и второй формирователи выходного сигнала, выходы которых соединены с первыми выводами соответственно первого и второго оптоэлектронных ключей, второй вывод первого оптоэлектронного ключа соединен с положительным полюсом первого источника линейного напряжения, отрицательный полюс которого подключен к первому выводу линейной нагрузки и положительному полюсу второго источника линейного напряжения, второй вывод второго оптоэлектронного ключа соединен с катодом светодиода оптоэлектронного элемента и анодом первого диода, катод которого соединен с анодом второго диода, катод которого объединен с третьим выводом первого оптоэлектронного ключа и анодом светодиода оптоэлектронного элемента, выход которого через пороговый блок подключен ко входу временного селектора, блок индикации, первый и второй элементы И, первые входы которых объединены, отличающееся тем, что в него введены резистор, третий диод, два оптоэлектронных реле, три буферных ключа, четыре RS-триггера, третий и четвертый элементы И, элемент ИЛИ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент начальной установки, генератор установочных импульсов и блок выделения команд, первый вход которого объединен с выходом первого буферного ключа, первым входом третьего элемента И и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен со вторым входом третьего элемента И и выходом первого RS-триггера, S-вход которого подключен к первому выходу блока выделения команд, второй выход которого соединен с R-входом первого RS-триггера, третий выход блока выделения команд соединен с S-входом второго RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с четвертым выходом блока выделения команд, второй вход которого объединен с выходом элемента начальной установки и вторым входом элемента ИЛИ, пятый и шестой выходы блока выделения команд подключены соответственно к S-входу и R-входу третьего RS-триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены со входами соответственно второго и третьего буферных ключей, выходы которых подключены к первым выводам соответственно первого и второго оптоэлектронных реле, вторые выводы которых объединены с третьим выводом второго оптоэлектронного ключа, третий вывод первого оптоэлектронного реле подключен к аноду третьего диода, катод которого соединен с первым выводом линейной нагрузки, второй вывод которой через резистор подключен к общей точке первого и второго диодов, третий вывод второго оптоэлектронного реле соединен с отрицательным полюсом второго источника линейного напряжения, выход временного селектора подключен к R-входу четвертого RS-триггера, инверсный выход которого соединен со входом четвертого буферного ключа, выход которого подключен ко входу блока индикации, первый вход первого элемента И соединен с выходом четвертого элемента И, первый вход которого подключен к выходу второго RS-триггера, а второй вход - к прямому выходу четвертого RS-триггера, S-вход которого соединен с выходом генератора установочных импульсов, при этом входы первого и второго формирователей выходного сигнала соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых подключены к выходам соответственно третьего элемента И и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок выделения команд содержит последовательно-параллельный регистр, источник синхроимпульсов, счетчик-делитель, элементы И и двоично-десятичный дешифратор, выходы которого являются выходами блока выделения команд, первый вход которого является информационным входом последовательно-параллельного регистра, выходы которого подключены к первым входам соответственно элементов И, вторые входы которых объединены и подключены к выходу счетчика-делителя, вход которого объединен с выходом источника синхроимпульсов и тактовым входом последовательно-параллельного регистра, установочный вход которого является вторым входом блока выделения команд, при этом выходы элементов И подключены соответственно к входам двоично-десятичного дешифратора.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок индикации содержит интегратор и светодиодный индикатор, подключенный к выходу интегратора, вход которого является входом блока индикации.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок индикации и передатчик конструктивно выполнены в составе ПЭВМ, монитор которой является устройством визуального отображения информации, вход приемного СОМ-порта ПЭВМ является входом блока индикации, а выход передающего СОМ-порта ПЭВМ является выходом передатчика.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый оптоэлектронный ключ выполнен на транзисторном оптроне, при этом коллектор и эмиттер фототранзистора являются соответственно вторым и третьим выводами оптоэлектронного ключа, первый вывод которого подключен к светодиоду оптрона.6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый оптоэлектронный ключ содержит диодный оптрон и транзистор Дарлингтона n-p-n типа, при этом анод фотодиода подключен к базе транзистора, катод фотодиода - к коллектору транзистора и является вторым выводом ключа, третий вывод которого является эмиттером транзистора, а первый вывод ключа соединен со светодиодом оптрона.7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптоэлектронный элемент является диодным оптроном, фотодиод которого является выходом оптоэлектронного элемента.8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптоэлектронный элемент является транзисторным оптроном, коллектор фототранзистора которого является выходом оптоэлектронного элемента.9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптоэлектронные реле являются одноканальными с нормально разомкнутыми контактами.10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оба оптоэлектронных реле входят в структуру двухканального реле с переключающими контактами.11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пороговый блок выполнен на основе интегрального компаратора напряжений и источника опорного напряжения, положительный полюс которого подключен к инвертирующему входу компаратора, неинвертирующий вход которого является входом порогового блока, выход которого является выходом компаратора.12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что временной селектор выполнен по схеме интегратора на операционном усилителе с емкостной отрицательной обратной связью, при этом неинвертирующий вход операционного усилителя является входом временного селектора, выход которого является выходом операционного усилителя.13. Устройство по п.4, отличающееся тем, что первый буферный ключ представляет собой магистральный приемник, обеспечивающий регистрацию электрических сигналов взаимодействия, передаваемых по симметричным и несимметричным цепям стыка с выхода передающего СОМ-порта ПЭВМ.14. Устройство по п.4, отличающееся тем, что четвертый буферный ключ представляет собой магистральный передатчик, обеспечивающий формирование и передачу электрических сигналов взаимодействия по симметричным и несимметричным цепям стыка на вход приемного СОМ-порта ПЭВМ.15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый источник линейного напряжения содержит стабилизатор тока, обеспечивающий постоянство отбора мощности из первичной сети электропитания.16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что второй источник линейного напряжения содержит стабилизатор тока, обеспечивающий постоянство отбора мощности из первичной сети электропитания.17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор установочных импульсов представляет собой автоколебательный релаксационный генератор импульсов с большой скважностью генерируемых импульсов и частотой следования не более 1 Гц.18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок выделения команд, четыре буферных ключа, элемент ИЛИ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, четыре RS-триггера, четыре элемента И и два формирователя выходного сигнала с соответствующими электрическими связями размещены в структуре цифровой интегральной микросхемы, выполненной по ПЛИС-технологии.19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что два оптоэлектронных ключа, два оптоэлектронных реле, оптоэлектронный элемент, пороговый блок, временной селектор, элемент начальной установки, генератор установочных импульсов и три диода с соответствующими электрическими связями размещены в структуре аналоговой интегральной схемы, выполненной на бескорпусных элементах по гибридной технологии.20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что аналоговая интегральная схема расположена на диэлектрической подложке и помещена в металлический экран, имеющий клемму для заземления.