Резервированный генератор синхроимпульсов Советский патент 1983 года по МПК H05K10/00 G06F11/18 H03K3/64 

эо со :

Изобретение относится к вычислительной технике и автома.тике и може ныйти применение в системах цифровой передачи информации, для организации синхронной работы цифровых устройств

Известно резервированное многоканапьное устройство для формирования тактовых импульсов, содержащее в каждом канале задающий генератор, соединенный с делителем частоты и триггером памяти, подключенным к мажоритарному элементу, схему привязки и логические элементы Ij.

Недостатком указанного устройства является большая нестабильностьiчастоты выходных импульсов. Пусть часто ты задающих генераторовотличаются друг от друга на некоторую малую величину. В связи с этим обозначим каналы как быстрый, средний и медленны Когда быстрый и средний каналы насчи тают N импульсов (N - коэффициен деления), в каждом канале происходит установка делителя частоты в исходно состояние. Как только разность фазы между импульсом мажоритарного элемен та и импульсом триггера привязки фазы медленного канала станет т (Т период импульсов задающего генератора) , делитель частоты будет приведен в исходное состояние раньше, чем на него пройдут N импульсов. При этом период выходных импульсов уменьшается на Т. Медленный канал выходит вперед и вместе с быстрым каналом определяет некоторое время работу мажоритарного элемента. За это время в среднем канале может возникнуть аналогичная ситуация и период выходных импульсов также уменьшится на Т. В быстром канале, наоборот, происходит увеличение периода выходных импульсов на величину Т, так как он подстраивается, то под средний, то под -медленный канал за счет пропуска одного импульса. Таким образом, период выходных импульсов в каждом канале меняется на величину Т по случайному закону, поэтому нестабильность частоты выходных импульсов получается значительно большей, чем нестабильность частоты импульсов задающего генератора.

Известен резервированный генератор импульсов, содержащий три высокочастотных генератора, подключенных к соответствующим счетным входам первого многоканального формирователя, второй многоканальный формирователь, LС-генераторы по числу каналов, узлы блокировки и элементы ИЛиИ

Недостатком данного устройства является низкая надежность. Пусть на сигнальном выходе в любом канале возник отказ типа 1. В этом случае элементы ИЛИ всех каналов блокируются и фазирующие импульсы на второй

могоканапьный формирователь не проходят, LC-генераторы выходят из синхронизма и работают в автономном режиме. Подстройка каналов друг под друга происходит за счет увеличения и уменьшения периода выходных импульсов на величину Т (Т - период импульсов LC-генератора), т.е. аналогично тому, как и в предыдущем случае. При этом несинфаэность одноименных импульсов разных кангшов увеличивается до величины Т и происходит параметрический отказ устройства.

Наиболее близким к предлагаемо- , му является резервированный генератор тактовых импульсов, содержащий в каждом канале задающий генератор и формирователь импульсов, счетный вход которого соединен с выходом задающего генератора,- а обменный выход - с соответствующими обменными входами формирователей импульсов других каналов, формирователь импульсов каждого канала содержит последовательно соединенные счетчик, дешифратор и триггер памяти, выход которого образует обменный выход формирователя импульсов, а также пороговый (мажоритарный) элемент, входы которого образуют обменные входы формирователя импульсов, второй и третий каналы содержат блоки конт оля, элементы И и ИЛИ, а третий канал содержит дополнительно элемент 2И-2ИЛИ З.

Недостаток известного устройства заключается в том, что в случае появления отказа типа 1 на выходе триггера памяти любого канала, период тактовых импульсов каждого канала уменьшается на К-Т, где К - некоторое целое число, а т - период импульсов задающего генератора, т.е. происходит параметрический отказ устройства. Например, пусть на выходе триггера памяти первого канала возникает отказ типа 1. Блоки контроля второго и третьего каналов уменьшат коэффициент деления делителя частоты соответственно до (N-K) и N. Так как пороговый элемент срабатывает при нгшичии двух 1 на входах, то период тактовых импульсов равен (N-K)T. Если отказ типа 1 возникает на выходе триггера памяти второго или третьего канала, то период тактовых импульсов определяется коэффициентом деления делителя -частоты первого канала, который равен N-K В этом случае период тактовых импульсов равен (N-K)T. Таким образом, в любом случав период тактовых импульсов уменьшается на К.Т, т.е. происходит параметрический откаэ устройства.

Цель изобретения - повышение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем что в каяадый канал резервированного генератора синхроимпульсов введены последовательно соединенные элемент 2И, счетчик, дешифратор и элемент задержки, элемент ЗИ-НЕ, высокочастотный генератор и одновибратор, вход которого соединен с тактовым выходом формирователя импульсов, выход - с вторым входом элемента ЗИ-НЕ, первый вход которого соединен с выходом элемента задержки, третий вход - с выходом высокочастотного генератора и вторым входом элемента 2и, выход - с первым входом элемента 2И. На фиг. 1 приведена блок-схема пр едлагаемого генератора, на фиг. 2 структура формирователя импульсов; на фиг. 3 - эпюры временных работы генератора . Генератор (на фиг. 1) содержит в каждом канале задающий генератор 1 и формирователь 2 импульсов, содержащий счетный вход 3, соединен ный с выходом задакице го генератора 1, обменные входы 4 и 5, обменный выход б, соединенный с обменным входом 4 и обменным входом 5 формирова Телей 2 импульсов других каналов, а также тактовый выход 7. Кроме того, кгикдый канал устройства содержит последовательно соединенные элемент 2И 8, счетчик 9, дешифратор 10 и элемент 11 задержки, элемент ЗИ-НЕ 1 первый вход которого соединен с выходом элемента 11 задержки а выход с первым входом элемента 24 8, а так же высокочастотный генератор 13 и одновибратор 14, вход которого соединен с тактовым выходом 7 формирователя 2 импульсов, а выход - с вторым входом элемента Зи-НЕ 12, третий вход которого соединен с выходом высокочастотного генератора 13 и вто рым входом элемента 2и 8. Выход любо го разряда счетчика 9 является выходом 15 генератора. Формирователь импульсов (фиг. 2) содержит последовательно соединеннЁ1 счетчик 16 и дааифратор 17, триггер 18пги4яти, вход установки в единицу которого соединен с выходом дешифратора 17, а также мажоритарный элемент 19, первый вход которого соеда неи с выходом триггера 18 памяти и обменным выходом б, а д.ва других соответственно с обменными входами 4 и.5. Выход мажоритарного элемента 19соединен с тактовым выходом 7 и с входами установки в ноль.триггера памяти и счетчика 16, вход которого соединен со счетным входом 3. Генератор работает следующим образом. На первом этапе формируются тактовые импульсы. Импульсы задакяа/аго генератора 1 соответствующего канала через счетный вход 3 формирователя 2 импульсов поступают на счетчик 16. Начинается счет импульсов. В первом канале дешифратор 17 настроен на N, во втором - на 2N, в третьем - на 3N импульсов. Когда счетчик 16 первого канала насчитает N импульсов, сработает дешиф- ратор 17 и установит триггер 18 памяти в единичное состояние. Счетчик 16 второго канала считает 2N импульсов, после чего срабатывает дешифратор 17 и устанавливает триггер 18 памяти второго кангша в единичное состояние. При этом на выходе мажоритарного элемента 19 каждого канала появится 1, которая обнулит счетчик 16 и возвратит . триггер 18 в нулевое состояние. На, выходе мажоритарного элемента 19 каждого канала вновь образуется О. Таким образом, на выходе мажоритарного элемента 19 каждого канала формируются тактовые импульсы, длительность которых определяется суммарным временем срабатывания триггера .18 памяти и мажоритарного элемента 19. Период этих о мпульсов равен 2NTp , где Т, - период импульсов задающего генератора 1, т.е. второй канал становится ведущим. После установки счетчика 16 каждого канала в исходное состояние начинается новый такт и т.д. Третий канал в формировании тактовых импульсов не участвует, так как за время 21,, . его счетчик 16 не успевает насчитг1ть ЗТ0 импульсов, поэтому он находится в горячем резерве. На этом этап формирования тактовых импульсов заканчивается. Начинается второй этап. Импульсы высокочастотного генератора 13 поступают через элемент 2И В -.на счетчик 9. Начинается счет импульсов. Когда счетчик 9 насчитает . {К--1) импульсов, где К - емкость счетчика, на выходе дешифратора 10 появится 1. К-м импульсом счетчик 9 переполняется и на выходе дешифратора 10 вновь появится О, а через К импульсов вновь О и т.д. Таким образом, на выходе дешифратора 10 формируются импульсы, период KOTOIXJX равен , а длительность - Т, где Т - период импульсов высокочастотного генератора 13 (эпкфа 10 на фиг. 3). На выходе элемента 11 задержки формируются задержанные на Т импульсы (эпюра 11 на фиг. 3), которые поступают на пер,вый вход и стробируются по третьему входу элемента ЗИ-НЁ 12 импульсами высокочастотного генератора 13. На вход одновибратора 14 поступают так.товые импульсы. Он формирует из них импульсыг длительность которых больше или равна: 0,5Т (эпюры .,з.). Эти импульсы поступают на второй вход элемента ЗИ-НЕ 12. Для совпадения

импульсов на входах этого элемента необходимо обеспечить дрейф импуль сов дешифратора 10 относительно тактовых импульсов, т.е. выполнить неравенство, ON: I (МТд-КТ) Т, где / 1,2 или 3 в зависимости от тог какой канал является ведущим. Это неравенство и есть условие захвата частоты. Оно означает, что фазовый сдвиг между импульсами после I циклов переполнения :счетчика 9 должен быть больше нуля, но меньше Т. Таким образом, дрейф приведет к тому, что на выходе элемента ЗИ-НЕ 12 по- явятся импульсы обратной полярности, перекрывающие импульсы высокочастотного генератора 13 (эпюра 12). Длительность этих импульсов постепенно увеличивается, а длительность импульсов на выходе элемента 2и 8 уменьшается, и наступит момент, когда. счетчик 9 не воспримет очередной импульс, т.е. произойдет задержка счета на Т. В следующем цикле совпадение импульсов на входах элемента ,ЗИ-НЕ 12 не будет и естественный счет импульсов не нарушается. Но через некоторое время дрейф вновь сведет импульсы вместе и пр(оизойдет очередная коррекция фазы счетчика 9 и т.д. Таким образом, происходит периодическое удлинение периода всех импульсов счетчика 9 на Т, и за счет этого частоты импульсов на выходе 15 генератора становится кратным частоте тактовых импульсов. Точность привязки выходных.импульсов к-тактовым не превышает Т, значит, и несинфазность одноименных импульсов разных каналов не превышает этой величины.

При возникновении отказа типа 1 или О в формирователе 2 импульсов любого канала период тактовых импульсов может стать, равным Т или ЗТо . Поскольку эти величины удовлетворяют указанному неравенству ( для первого и I 3 для третьего канала), то условие захвата частоты не нарушится, поэтому .номинал частоты выходных импульсов не изменится, синхронно - синфазная работа каналов сохранится.

Отказ типа О или 1 на выходе мажоритарного элемента 19 какоголибо канала, приводит к тому, что этот канал выходит из синхронизма. Но два других канала продолжают синхронно-синфазную работу с заданным номиналом частоты по любому выходу.

При возникновении ложной 1 на обменном выходе 6 первого канала работа устройства не изменится, так как в этот момейт времени 1.на обменном выходе 6 второго канала еще не повилась. Период тактовых импульсов сохраняется и 2NT0.

При возникновении ложного О . на обменном выходе б устойчивая работа устройства может быть нарушена. Пусть О возник в тот момент, когда на обменном выходе б второго канала только что появилась 1. На выходе мажоритарного элемента 19 каждого канала появится импульс неопределенной длительности. Пусть этот импульс в каждом канале обнулит счетчик 16, а одновибратор 14 при этом не сработает. Очередной тактовый импульс в каждом канале появится тогда, когда на обменном выходе б первого и второго канала появится 1, а это произойдет за время 4NTj, после предыдущего тактового импульса. За это время дрейф импульса элемента 11 задержки будет настолько большим, чт.о он окажется переди тактового импульса и будет него удаляться. С этого момента начинается переходный процесс поиска фазы тактового импульса, который .продолжается в течение , За это/ время одноименные импулщстл разных . каналов.расходятся на величину IBcfТК + Т, где iff,- относительная нестабильность периода высокочастотного генератора 13. После этого импульсы начинают вновь сходиться. Если задана допустимая величина несинфазности , то можно определить величину сГ ; ° ражение вместе с условием захвата частоты определяет допустимые параметры устройства (Т, (fY ) ПР которых оно функционирует надежно при любых отказах типа О или 1, или случайных сбоях.

: Пусть на тактовом выходе 7 первого канала возникает ложный О в тот момент, когда на тактовом выходе 7 каждого канала только .что возникает импульс. Пусть счетчик 16 первого канала установился в О, а одновибратор 14 не сработал. Пусть также счетчик 16 второго и третьего канала установились в О и одновибратор 14 сработал. Очередной тактовый импульс в первом канале появится через время равное 4NT0. За это время первый канал выйдет из синхронизма и в нем начнется переходный процесс поиска фазы тактового импульса, при этом два других канала работают синхронно и синфазно. Когда поиск фазы закончится, первый канал вновь войдет в синхронизм.

Возникновение ложной 1 на тактовом выходе 7 вызывает ложное сра:батывание одновибратора 14. Но по|ск6льку в этот момент времени им:;пульс элемен.та 11 задержки еще не

появился, счетчик 9 прбдолжает ес;тественный счет импульсов. Таким образом, ложная 1 не влияет на ус:тойчивую работу канала.

Применение предлагаемого устройства повьвиает надежность его функционирования за счет нечувствительности к перечисленным видам отказов.

15 :

/r-f Н 1 К1 К 1 fff /f f Н-1 К -1 /tl Н 1

РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ ГЕНЕРАТОР. |СИНХРОИМПУЛЬСОВ, содержащий в Кс1Ж1ДОМ канале задающий генератор и фор:мирователь илшульсов, счетный вход которого соединен с выходом задающего генератора, а обменный выход с соответствуюощми обменными входами формирователей импульсов других кЬ- налов, отличающийся тё|и, что, с целью повьшения надежности, в-каждый канал введены последовательно соединенные элемент 2И,-, счетчик, дешифратор и элемент задержки, элемент ЗИ-НЕ, высокочастотный генератор и- одшовибратор, вход которого соединен с тактовым выходом формирователя импульсов, выход - с вторым входом элемента ЗИ-НЕ, первый вход , которого соединен с выходом элемента задержки, третий вход - с выходс г высокочастотного генератора и вторы14 входом элемента 2И, выход - с первыь Щ входом элемента 2И. (Л