УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИНТЕРВАЛОВ Российский патент 2012 года по МПК H03K3/72 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при проектировании вычислительных средств реального времени для систем управления подвижными объектами, работающими при воздействии внешних возмущающих факторов типа мощных разрядов статического электричества или естественных импульсных ионизирующих излучений, вызванных вспышками на Солнце или излучениями в результате техногенных аварий на объектах, использующих атомные энергетические установки. В результате внешних воздействий нарушается работа вычислительных устройств, но их работоспособность можно восстановить, используя заранее сформированные массивы в блокированных на время воздействия зонах памяти и выводя вычислитель на повторные вычисления включением по сигналу обнуления устройства. Кроме того, на время воздействия необходимо сохранить счет реального времени. Для этих целей в составе системы необходимо времязадающее устройство, формирующее сигнал обнуления на время воздействия строго определенной длительности, которую учитывают при восстановлении. Таким образом, возникает задача создать в составе системы устройство, формирующее сигналы определенной длительности и запускаемое по внешнему сигналу от датчика внешнего воздействия, фиксирующего начало воздействия. Причем это устройство должно работать и во время действия электромагнитного импульса. При его создании необходимо учитывать изменение параметров как пассивных, так и полупроводниковых элементов во время действия ионизирующих импульсов.

Известны времязадающие устройства на основе одновибраторов, выполненные в виде интегральных микросхем серий типа 9602, 8853, 7423 и 4095 (Смотри П.Хоровиц, У.Хилл « Искусство схемотехники », том.1. (перевод с англ). Изд. Мир, 1986 г. Стр. 556, Рис.857). Известные устройства на основе одновибраторов обладают важным положительным качеством - простотой реализации. Однако наличие времязадающих элементов в виде резистора и конденсатора, а также активного полупроводникового компонента не позволяют обеспечить необходимую стабильность не только во время воздействия, но и просто во времени.

Лучшее решение задачи формирования заданных интервалов предложено в том же источнике, где устройство выполнено в виде счетчика импульсов задающего генератора.

Известны также таймеры в виде интегральных микросхем на основе задающего генератора с делителем и декодером (См. И.Янсен « Курс цифровой электроники», Том.3, стр.20, рис.1.6).

Наличие генератора, особенно стабилизированного кварцем, позволяет формировать достаточно стабильные интервалы времени.

Однако наличие полупроводниковых элементов в виде делителя не обеспечивает сохранение работоспособности во время воздействия, особенно ионизирующего импульса, хотя кварцевый резонатор, будучи «механическим» элементом поддерживает колебания с требуемой стабильностью. Кроме того, все известные устройства не обеспечивают работоспособность при катастрофическом отказе какого либо одного компонента даже при отсутствии внешних воздействий.

С целью устранения отмеченных недостатков предлагается

устройство формирования интервалов времени, содержащее (см. фиг.1) три задающих генератора, обозначенных цифрами 1-1, 1-2 и 1-3, выход каждого из которых подключен к своему делителю частоты, обозначенным цифрами 2-1, 2-2 и 2-3, каждый из которых подключен к своему дешифратору, обозначенным цифрами 3-1, 3-2 и 3-3, первые выходы которых подключены к мажоритарному элементу 6, выход которого является первым выходом устройства. Кроме того, устройство содержит источник питания 4, входы которого являются входами устройства. Основные выходы подключены к задающим генераторам, делителям и дешифраторам, а дополнительный выход подключен к входу импульсного источника питания 5, управляющие воды которого подключены к дополнительным выходам задающих генераторов, а выход подключен к силовым входам делителей частоты и является вторым выходом устройства. Управляющие входы дешифраторов являются входом устройства, подключенным к датчику внешнего воздействия.

Задающий генератор (см. фиг.2) содержит три генератора импульсов, обозначенных цифрами 21-1, 21-2 и 21-3, стабилизированных кварцевыми резонаторами, что, с одной стороны, обеспечивает требуемую точность и стабильность формирования интервалов, а с другой стороны, будучи механической колебательной системой, резонатор сохраняет колебания во время внешнего воздействия и, следовательно, устойчивую работу генератора во время воздействия, что особенно важно при действии импульса ионизирующего излучения, когда изменяются параметры активного элемента генератора. Каждый генератор подключен к своему блоку фазирования, которые обозначены цифрами 22-1, 22-2 и 22-3, выходы каждого из них являются выходами генератора, а фазирующий выход каждого формирователя подключен к фазирующим входам двух других формирователей. Эти взаимные связи обеспечивают непрерывную подсинхронизацию выходных сигналов формирователей, обеспечивая их синфазную и синхронную работу, а также нейтрализацию одной неисправности, как в генераторе импульсов, так и в блоке фазирования.

Делитель частоты (см. фиг.3) содержит несколько (n) триггеров, обозначенных цифрами от 31-1 до 31-n, включенных при использовании промышленных интегральных микросхем последовательно через n-1 инерционный элемент (фильтр см. фиг.7) или через диодно-резистивную логику при использовании динамических триггеров (см. фиг.8) с импульсным питанием. Эти элементы и логика условно показаны двумя элементами 32-1 и 32-2. Выходы триггеров являются выходами делителя, в качестве триггеров могут быть использованы триггеры, входящие в состав одной из серий интегральных микросхем с повышенной стойкостью к ионизирующему излучению, например, микросхемы серии 5584 или 1554, производства ПО «Интеграл», или их аналоги. В этом случае в качестве фильтра (инерционного элемента) целесообразно использовать RC-звенья (см. фиг.7).

Динамический триггер (см. фиг.8) образован обычным транзисторным усилителем с LC инерционными элементами и резисторным, задающим рабочую точку делителем на входе, а также резисторами в коллекторной и эмиттерной цепях для получения прямого и инверсного сигналов для дальнейшей логической обработки в диодно-резисторных цепях. Динамический триггер требует подачи питания в коллекторную цепь, во время действия импульса питания происходит передача состояния LC-цепи на выход в прямом и инверсном виде для дальнейшей логической обработки. Использование такой реализации, с одной стороны, обеспечивает высокую устойчивость к внешним электромагнитным воздействиям, так как для изменения состояния требуется достаточно большая энергетика, которой, как правило, нет у внешних полей, дополнительно ослабленных обычно применяемыми в таких устройствах экранами. С другой стороны, для формирования необходимого сигнала на выходе активного элемента триггеров (31-1…31-n) требуется наличие внешнего мощного источника импульсного питания или введение такого источника в состав устройства, как это и сделано в данном случае.

Источник питания (см. фиг.4) содержит последовательно соединенные входной фильтр 41, конвертор 42 и выходной фильтр 43.

Установка во входном фильтре (см. фиг.10) в положительной шине последовательно включенного диода, с одной стороны, позволяет использовать в качестве первичного или химический источник постоянного тока (например, аккумулятор) для штатного включения в составе системы управления.

Кроме того, он защищает от перепутывания полярности при подключении к первичному источнику, а также позволяет использовать промышленную сеть переменного тока при работе с устройством на заводе-изготовителе или при проведении регламентного обслуживания в процессе эксплуатации.

Наличие в выходном фильтре (см. фиг.11) последовательно соединенных диода и резистора позволяет резервировать источник питания путем установки двух конверторов, работающих на общую нагрузку, что невозможно без такой цепи, так как один из конверторов может перегружаться.

Конвертор, состав которого приведен на фиг.9, содержит входной RC-фильтр 91, выходы которого подключены в первичной обмотке трансформатора 92, в разрыв которой с минусовой стороны включен прерыватель П. В состав трансформатора введен выпрямитель, показанный в составе трансформатора разделительной чертой. К выходу трансформатора подключена схема сравнения 93, сигнал с которой через элемент гальванической развязки 94 поступает на управляющий вход прерывателя. Источник импульсного питания (см. фиг.5) представляет собой по сути прерыватель постоянного напряжения, поступающего от источника питания.

В качестве ключевых элементов используются полевые транзисторы с индуцированным каналом, включенные в три параллельные ветви, в каждой из которых последовательно включены два транзистора, а три синхронных и синфазных сигнала управления разведены таким образом, что каждый сигнал поступает на два транзистора, находящиеся в разных ветвях, что создает, по сути, мажоритарное включение по схеме «2 из 3», обеспечивая нейтрализацию одной неисправности, как в силовых транзисторах, так и в формирователе управляющих сигналов.

Блок фазирования (см. фиг.6) содержит элемент И, обозначенный цифрой 61. Первый вход этого элемента является входом блока, подключенного к генератору импульсов. Выход элемента подключен к сдвиговому регистру 62, выходы которого подключены к дешифратору 64, выход которого подключен к запускающему входу триггера останова 63, выход которого является фазирующим выходом блока и подключен к второму входу элемента И и первому входу мажоритарного элемента 68, к второму и третьему входам которого подключены выходы триггеров привязки 67, входы которых являются фазирующими входами блока. Выход мажоритарного элемента подключен к входу триггера пуска 66, выход которого подключен к сбрасывающему входу триггера останова. Кроме того, выходы четных и нечетных разрядов сдвигового регистра подключены соответственно к запускающим и сбрасывающим входам n-триггеров формирователей (65-1 - 65-n), выходы которых являются выходами блока.

Устройство работает следующим образом:

После включения питания, задающие генераторы начинают формировать импульсы опорной частоты, поступающие на делители частоты в варианте использования в них промышленных интегральных микросхем с RC-фильтрами или на управляющие входы импульсных источников питания в варианте использования динамических триггеров с диодно-резисторной логикой. Дешифраторы при поступлении сигнала с датчика внешнего воздействия формируют сигналы необходимой длительности, которые через мажоритарный элемент поступают на выход для дальнейшего использования в вычислительной системе в качестве сигнала обнуления и блокировки памяти.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при создании управляющих вычислительных систем реального времени, работающих при воздействии мощных электромагнитных импульсных излучений, в том числе импульсов ионизирующего излучения как естественного, так и искусственного происхождения. Техническим результатом является обеспечение работоспособности при катастрофическом отказе какого-либо компонента, а также во время воздействия, например, ионизирующего импульса. Устройство формирования интервалов, содержащее задающий генератор с подключенным к нему делителем частоты, отличается тем, что в его состав введены дополнительно два задающих генератора, два делителя частоты, источник питания и источник импульсного питания, причем первый выход каждого генератора подключен к входу своего делителя частоты, выход каждого из которых подключен к своему дешифратору, выходы которых подключены к мажоритарному элементу, выход которого является первым выходом устройства, а вторые выходы генераторов подключены к управляющим входам источника импульсного питания, выход которого подключен к силовым входам делителей частоты и является вторым выходом устройства, а вход подключен к основному выходу источника питания, входы которого являются входами устройства, а остальные выходы подключены к входам питания блоков устройства. 10 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство формирования интервалов, содержащее задающий генератор с подключенным к нему делителем частоты, отличающееся тем, что в его состав введены дополнительно два задающих генератора, два делителя частоты, источник питания и источник импульсного питания, причем первый выход каждого генератора подключен к входу своего делителя частоты, выход каждого из которых подключен к своему дешифратору, выходы которых подключены к мажоритарному элементу, выход которого является первым выходом устройства, а вторые выходы генераторов подключены к управляющим входам источника импульсного питания, выход которого подключен к силовым входам делителей частоты и является вторым выходом устройства, а вход подключен к основному выходу источника питания, входы которого являются входами устройства, а остальные выходы подключены к входам питания блоков устройства, а входы являются входами устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник импульсного питания содержит три параллельные цепи, каждая из которых содержит два последовательно включенных МОП транзистора, причем три управляющих входа источника распределены таким образом, что каждый из сигналов подключен к затворам одного из транзисторов, находящихся в разных цепях, образуя из транзисторов схему «2 из 3».

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что задающий генератор содержит три генератора импульсов, выходы каждого из которых подключены к своему блоку фазирования, фазирующий выход каждого из которых подключен к входам двух других блоков, а дополнительные выходы являются выходами генератора.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что делитель частоты содержит n последовательно соединенных через схемы RC-фильтров триггеров, выходы которых являются выходами делителя.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что делитель частоты содержит n соединенных через диодно-резисторную логику динамических триггеров, выходы которых являются выходами делителя, причем каждый триггер образован транзисторным усилителем с резисторами в коллекторной и эмиттерной цепях, а также c LC-цепью и резисторным делителем, подключенными к базе таким образом, что вход LC-цепи является входом триггера, а выходами являются точки между коллектором и эмиттером и их резисторами.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник питания содержит последовательно соединенные входной фильтр, вход которого является входом источника, конвертор и выходной фильтр, выход которого является выходом источника.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник импульсного питания содержит три параллельные ветви, в каждой из которых последовательно включены два МОП транзистора, а три управляющих входных сигнала разведены таким образом, что каждый из сигналов подключен к затворам транзисторов разных ветвей, образуя из транзисторов схему «2 из 3».

8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок фазирования содержит элемент И, первый вход которого является входом блока, а выход подключен к сдвиговому регистру, выходы которого подключены к дешифратору, подключенному выходом к запускающему входу триггера останова, выход которого является выходом блока и подключен к второму входу элемента И и первому входу мажоритарного элемента, выход которого подключен к входу триггера пуска, подключенного выходом к сбрасывающему входу триггера останова, а ко второму и третьему входам мажоритарного элемента подключены выходы триггеров привязки, входы которых являются фазирующими входами блока, причем выходы четных и нечетных разрядов сдвигового регистра подключены соответственно к запускающим и сбрасывающим входам триггеров-формирователей, выходы которых являются выходами блока.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что конвертор содержит входной RC-фильтр, подключенный выходом к первичной обмотке трансформатора, в которую включен прерыватель, а выводы вторичной обмотки, прошедшие выпрямитель, являются выходами конвертора, к которым подключен контролирующий элемент, выход которого через элемент гальвано развязки подключен к управляющему входу прерывателя.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что входной фильтр содержит в положительной цепи диод, после которого между шинами установлен низкочастотный конденсатор, а каждая из шин через свой высокочастотный конденсатор подключена к шине земли.

11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что выходной фильтр содержит две параллельные цепи из последовательно включенных диода и резистора, объединенных на выходе и образующих положительную выходную шину, между которой и общей шиной включен конденсатор, при этом и выходная и общая шина через высокочастотные конденсаторы подключены к шине земли.