Резервированный многоканальный генератор импульсов Советский патент 1983 года по МПК H05K10/00 H03K3/02 H03K3/64 

Изобретение Относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника периодической последцвательности импульсов.

Известен резервированный генератор импульсов, который содержи-т п каналов с элементами запрета в каждом канале. Вход канала соединен с выходами интеграторов других каналов, а выход - с управляющим входом ключа данного канала, выход каждого ключа соединен с шиной питания генератора импульсов данного канала, а сигнальный вход - с источником питания 11.

Недостатком этого генератора является то, что работает только один канальный генератор и уход его частоты за пределы допустимой погрешности не вызывает переключение устройства на другой канальнь й резервный генератор. Кроме того, при включении резервного генератора, который находится в холодном резерве, возможна выдача нестабильной, частоты за счет задержки в установлении режима генерации.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система резервирования генераторов импульсов , содержащая п каналов с генераторами горячего резерва, каждый из которых через первый переключатель ввода генераторов в канал соединен с устройством фазирования, двухвходовый элемент ИЛИ,, соединенный через формирователь импульсов с выходной шиной системы t23.

Однако известное устройство не обеспечивает требуемой стабильности генерируемых импульсов при уходе частоты одного из работающих канальных генераторов,в сторону -увеличения частоты, а частота импульсов на выходе системы определяется частотой генератора, собственная частота которого больше частоты всех остальных генераторов системы.

Целью изобретения является повышение стабильности частоты следова-. иия импульсов на выходе системы..

Поставленная цель достигается 7:ем, что в резервированный многоканальный генератор импульсов(далее генератор ), содержащий по числу каналов, резервируемые генераторы, выходы которых соединены соответственно с сигнальными входами ключей, и первый элемент ИЛИ, выход которого соединен с выходом генератора введены регистр сдвига, блок определения генератора средней частоты, второй элемент ИЛИ, элемент задержки и блок контроля частоты, при этом каждый вход блока определения генератора средней частоты соединен с выходом соответствующего резервируе-i мого генератора, а каждый выход с соответствующим входом записи

регистра сдвига и входом второго эле1ме,нта ИЛИ, выход которого соединен с разрешающим входом регистра сдвига и черезэлемент задержки - с установочным входом блдка определения

генератора средней частоты, а выход первого элемента ИЛИ соединен с входом блока контроля частоты, выход которого соединен со сдвигающим входом регистра сдвига, выходы которого

0 соединены с соответствующими управляющими входами ключей, выходы которых соединены с входами первого элемента ИЛИ.

Блок определения генератора сред5 ней частоты содержит пороговый элемент и по числу каналов триггеры и делители частоты, счетные входы KOTOptJX соединены с входами блока, установочные входы. - с установочным входом блока, а выходы - с пороговым элементом, выход которого соединен с информационными входами триггеров, синхровход каждого из которых соединен с выходом соответствующего делителя частоты, установочные входы, триггевров соединены с установочным входом блока, а выход каждого триггера является одним из выходов блока.

Блок контроля частоты содержит элемент И, элемент ИЛИ, элемент за0 держки, триггер и формирователь импульса, динамический вход которого соединен с выходом блока и с синхровходом триггера,, динамический вход которого соединен с прямым выходом

5 формирователя импульса, выход - с первым входом элемента ИЛИ, а инверсный выход формирователя импульса соединен с первым входом элемента И и через элемент задержки 0 с вторым .входом элемента И, выход которого соединен -с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока.

На чертеже представлена блок-схег ма резервированного многоканального генератора импульсов.

Резервированный многоканальный ге нератор импульсов содержит П резерд вируемых генераторов 1 горячего резерва, п ключей для ввода резервируемых генераторов в канал 2, первый элемент ,ИЛИ 3 , регистр 4 сдвига, блок 5 определения генератора средней частоты, второй элемент ИЛИ 6, элемент 7 задержки, блок 8 контроля частоты.

Выходом генератора является выходная шина 9.

Блок 8 контроля частоты содержит 0 формирователь 13 импульса, триггер

14, элемент ИЛИ 15, элемент 16 задержки, зл€;мент И 17.

Резервированный многоканальный ге нератор импульсов работает следующим 5 образом. Регистр 4 сдвига устанавливается в состояние, при котором только на одном из его выходов (i-том) имеет ся сигнал 1, а на остальных О Выход регистра 4, на котором установлен сигнал 1, устанавливает i-тый ключ 2 в состояние, при котором последний соединяет выход i-то го генератора с входом элемента ИЛИ 3, а выходы регистра 4, на кото рых имеется сигнал О, отключают остальные генераторы 1 от входов элемента ИЛИ 3. Таким образом, в любой момент вр мени на выход 9 передается сигнал только одного из резервируемых генераторов . Блок 5 определения генератора средней частоты периодически определяет частота какого из генераторов является средней частотой из частот всех п генераторов.Например, имеется девять генераторов с номинальной частотой .,-., , а час тоты каждого их генераторов отличаются от номинального значения сл дующим образом f.9 fHOM+ 0,54F, где f 1 - собственная частоты генератора; ЛР- единичная погрешность час. тоты, В этом случае первый генератор. у которого + ЛР имеет соб ственную частоту, которая больше, чем частота четырех генераторов и меньше, чем частота генераторов 5 ь 8 i является генератором, частота которого является средней частотой генераторов (средний по частоте генератор ). Когда блок 5 определения генератора средней частоты определит генератор, частота которого является средней частотой, на соответствующем выходе блока появится сигнал 1, а до этого времени на всех выходах блока имеется сигнал О. С появлением сигнала на одном из выходов блока определения генератора 5 средней частоты появится импульс на выходе элемента ИЛИ б, который поступит на разрешающий вхо регистра 4 сдвига, установит регист в состояние, при котором на соответствующем выходе регистра установится сигнал 1, который подключит через ключ 2 и элемент ИЛИ 3 генера тор, частота которого является средней частотой, к выходу 9. Кроме того, импульс с выхода эле-, мента ИЛИ 6 поступает через элемент 7 задержки на установочный вход блока 5 определения генератора средней частоты, что приведет к установке блока в исходное состояние, и он вновь начнет определять частота какого генератора является средней частотой и установит сигнал О на всех своих выходах. Ключ 2 не изменит . своего состояния до прихода сигнала 1 на управляющий вход. Для того, чтобы скачок фазы вы-, ходного сигнала (который возможен при переключении генераторов из-за разности их частот), не приводил к ощутимому изменению частоты выходного сигнала, период определения генератора средней частоты или период пере- ключения регистра должен быть равен такому числу периодов выходных генерируемых импульсов, которое в свою очередь должно быть не менее, чем на порядок больше величины, обратной Ожидаемой нестабильности. Например, при ожидаемой нестабиль ности 110°период определения генератора средней частоты должен быть порядка Ю периодов повторения им-: пульсов на выходе. . Таким образом, из h генераторов к выходу периодически подключается генератор, частота которого является средней частотой. В реальных условиях частоты отдельных генераторов за счет дестабилизирующих факторов (шумы, изменение температуры термостатов, нестабильность питания и т.п. I не равны между собой и с течением времени постоянно меняются по нормальному закону, приводя к случайной погрешности частоты. В реальных условиях часть генераторов имеют отклонение частоты в сторону уменьшения, часть - в сторону увеличения от номинального значения. Поэтому в предложенном генераторе, к выходу которого подключен генератор средней частоты, стабильность частоты выходных импульсов выше стабильности частот отдельных генераторов. .Кроме того, отдельный генератор, частота которого в результате повреждения (выход из строя термостата, стабилизатора питания,- генерации на кратных гармониках) отклоняется больше допустимого значения, не может оказать влияния на стабильность частоты импульсов на выходе, так как его частота не может оказаться средней частотой. Для случая, когда в течение периода определения генератора средней

частоты выйдет из строя генератор, подключенный к выходу, предусмотре оперативное его отключение при помощи блока 8 контроля частоты.

Блок 8 подключен к выходу 9, и когда частота импульсов на выходе ,изменится на величину более допустмого предела, на выходе сформирует импульс аварии, который поступает на сдвигающий вход регистра 4 сдвга.

В последнем произойдет сдвиг сигналов, и сигнал 1 появится на другом выходе, что приведет к подключению на выход другого генератора. Если он окажется неисправным, вновь аналогичным обраэом произойдет сдвиг регистра пока не подключится исправный генератор. .. -.

Блок 5 определения генератора средней частоты работает следующим образом.

Каждый делитель 10 частоты дели частоту импульсов своего генератора на К. Поскольку делители были сброшены в одно и то же время, тот делитель который делит частоту импульсов генератора большей частоты, выдаст на своем выходе сигнал 1 раньше, чем делитель, который делит частоту импульсов генератора меньшей частоты. Сигналы с .выходов делителей частоты поступают на вход порогового элемента 11, сигнал на выходе которого принимает значение 1 только тогда, когда число сигналов на его входе, имеющих значение 1, равно или числа m. При этом, если при наличии 9 входов (9 делителей и 9 генераторов ) у порогового элемента

11выбрано равным 4, сигнал на его выходе примет значение 1, когда

4 делителя 10 частоты отсчитают | импульсов генераторов. Когда на выходе, пятого делителя 10 частоты появится сигнал 1, он взведет в 1 соответствующий триггер .12. Следовательно, триггер, который .первым установится в состояние 1 и будет определять генератор, частота которого является средней частотой. С появлением сигнала 1 на входе элемента ИЛИ б на ее выходе появится импульс, который поступит на разрешакидий вход регистра 4 сдвига, и последний установится в состояние, при котором появится 1 на том его выходе, который соответствует генератору со средней частотой, С задержкой, определяемой элементом 7 задержки, делители 10 частоты и триггер

12блока 5 установятся в исходное состояние, и процесс определения генератора средней частоты повторится. Коэффициент деления частоты

к следует выбирать из условия требуемого периода определения гене ратора средней- частоты. При длительности элемента 7 задержки менее одного периода повторения частоты генераторов, выход элемента ИЛИ 6 может быть использован как выход генератора с периодом повторения выходных импульсов в к раз большим, чем период повторения импульсов на выходе 9. Кроме того, генератор обладает дополнительным преимуачеством, которое заключается в том, что легко определяется (без дополнительных контрольных устройст отклонение частоты каждого генератора от частоты сигналов на выходе, таким образом позволяет пре.дупреждать аварийное состояние резервных генераторов. Это достигается тем, что состояние i-того делителя 10 к моменту появления импульса на выходе схемы ИЛИ б на столько отличается от состояния делителя, Сформировавшего импульс, на сколько больше или меньше число периодов i-того генератора, чем у генератора средней частоты. Так, например, если пятый генератор вызвал появление импульса на выходе элемента ИЛИ б, то дели,тель 10 частоты этого генератора находится в момент появления этого импульса в состоянии к , а остальные делители уже превысили или еще не дошли до состояния. К . Отношение .отклонения состояния счетчиков от числа К к числу « и есть относительное отклонение частоты.

Блок контроля частоты работает следующим обра з ом.

Каждым фронтом выходного импульса запускаются формирователь 13 импульса, который может быть выполнен в виде одновибратора. Длительность импульса на выходе формирователя выбирается равной минимально допустимому значению периода повторения фронтов выходного сигнала .Фронтом выходного сигнала одновременно с запуском формирователя импульса разрешается установка триггера 14. Триггер устанавливается в состояние, соответствующее значению сигнала на его информацион Ном входе -{например, триггер Df. Если период повторения фронтов выходного сигнала больше длительности импульсов формирователя 13, то всякий pa3L с приходом фронта выходного сигнала на информационном входе триггера 14 импульса не будет и триггер будет оставаться в состоянии О.

Если период повторения фронтов входного сигнала станет меньше длительности импульса формирователя 13 триггер 14 установится в состояние

1, и с его выхода- сигнал 1, пройдя через элемент ИЛИ 15 (сигнал аварии ), вызовет сдвиг регистра .4 сдвига, который, как было описано выше, переключает генераторы.

На инверсном выходе формировател импульсы появляются с длительностью равной разности длительности период повторения фронта выходного сигнал и длительности сформированного импульса на прямом выходе. Таким образом, чем больше становится период повторения фронта выходного сигнала генератора, тем больше длительность импульсов на инверсном выходе формирователя 13, Время задержки элемента 16 задержки выбирается равным максимально допустимому значению длительности импульса на инверсном выходе формирователя 13

ЯКПУЛЪСОБ:,

При ЭТОМ, если период повторения фронтов выходного сигнала не превышает допустимого значения, на входах схемы 17 никогда не совпадают две единицы, так как пока сигнал придет через элемент 16 задержки, окончится сигнал на выходе формирователя 13 импульсов. Если период повторения фронтов выходного сигнала станет больше допустимого значения, на входах элемента И 17 совпадут две единицы, И на выходе элемента И 17 также появится сигнал 1 (сигнал аварии}), который через элемент ИЛИ 15 приведет, как описано выш, к сдвигу регистра сдвига и переключению генераторов.

Предлагаемый многоканальный резервированный генератор обладает следующими техническими преимуществами: ..

обеспечивает формировавшие на выходе импульсов, период повторения которых стабильнее периода повторения отдельных генераторов; не требует дополнительных устройств контроля для определения стабильности .частоты отдельных генераторов;

обеспечивает оценку отклонения частоты любого генератора от частоты выходного сигнала с любой степенью точности (для этого необходимо выбрать соответствующий коэффициент деления / KV ;

формирует более стабильную и в k раз меньшую, чем средняя частота генераторов, так как скачки фаз при переключении генераторов не -оказывают никакого влияния;

отклонение частоты любого отдельного генератора выше установленных ; пределов не ухудшает стабильности частоты выходных импульсов ;

упрощение настройки и повышение ремонтопригодности генератора в связи с наличием возможности оперативной оценки { без дополнительных средств отклонения частоты резервных генераторов от среднего значения, что позволяет получить также упредйтельную и аварийную сигнализацию о необходимости профилактического ремонта.

При использовании предлагаемого многоканального резервированного генератора импульсов возникает экономический эффект, так как заданная стабильность частоты следова- ния импульсов обеспечивается более простыми средствами в сравнении с известными устройствами, т.е. генераторами, стабильность частоты которых менее заданной, т.е. более ешевыми, а также уменьшаются зат-. раты на настройку и ремонт.

1. РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ, содержащий по числу каналов резервируемые генераторы, выходы которых соединены соответственно с сигнальными входами ключей, и первый элемент ИЛИ, выход которого соединен с выходом генератора, о т л и ч а -.. ю щ и и с я тем, что, с целью повышения стабильности частоты еле- . дования импульсов генератора, в него) введены регистр сдвига, блок определения генератора средней частоты, второй элемент ИЛИ, элемент задержки и блок контроля частоты, при этом каждый вход блока определения генератора средней частоты соединен с выходом соответствуйндего резервируемого генератора, а каждый выход с соответствующим входом записи регистра сдвига и входомвторого элемента ИЛИ, выход которого соединен с разрешающим входом регистра сдвига и через элемент задержки - с уста- . новочным входом блока определения генератора средней частоты, а выход.; первого элемента ИЛИ соединен с входом блока контроля частоты, выход которого соединен со сдвигающим входом регистра сдвига, выходы которого соединены с соответствую1цими управляющими входами ключей, выходы, соединены с входами перврго эле- : мента ИЛИ. 2.Генератор по п. 1, отличающийся тем, что блок определения генератора средней частоты содержит пороговый элемент и по числу каналов триггеры и делители частоты, счетные входы которых соединены с входами блока, установочные входы - с установочным входом блока, а выходы - с пороговьом элементом, выход которого соединен с информационными входами триггеров,синхроi вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего делителя (Л частоты, установочные входы триггеров соединены с установочным входом блока, а выход каждого триггера является одним из выходов блока. 3.JPeHepaTop по п. 1, от ли чающийся тем, что блок кон троля частоты содержит элемент И, элемент ИЛИ, элемент задержки, триг CD гер и формирователь импульса, динамический вход которого соединен to с выходом блока и с синхровходом ф триггера, динамический вход Которого соединен с прямым выходом формироо вателя импульса, выход - с первым СП входом элемента ИЛИ, а инверсный выход формирователя импульса соединен с первым входом элемента И и через элемент задержки - с вторым входом И, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока.