Резервированное многокаскадное устройство Советский патент 1984 года по МПК H05K10/00 

Изобретение относится к автоматике, вычислительной технике и радиотехнике и может быть использовано при построении цифровых и аналоговых систем обработки сигнала повышенной надежности. Известен резервированный многокаскадный усилитель, содержащий в каждом каскаде соответствующее номеру каскада число основных и резервных усилителей, который с помощью переключателей регулирует число подключаемых усилителей в каждом каскаде передающего тракта, чтобы на выходе каждого каскада поддерживать постоянный уровень мощности полезного сигнала 1. Недостаток усилителя .- большая избыточность, которая может эффективно использоваться только при малой интенсивности потока сбоев и перемежающихся отказов, вызванный наличием обратных связей в усилителе. Наиболее .близким техническим решением к изобретению является резервированный многокаскадный усилитель, содержащий в каждом каскаде соответствующее номеру каскада число основных и резервных усилителей, входы которых соединены с основными распределителями, анализатор амплитуды, соединенный с блоком управления, ключи, выходные сумматоры каскадов, дополнительный распределитель 2. Недостатком известного устройства является то, что оно чувствительно к перемежающимся отказам, возникающим из-за наличия большого количества обратных связей требует больших резервов в каждом каскаде, кроме того, оно не использует информацию об изменении входного сигнала в зависимости от помеховой ситуации на входе устройства. Цель изобретения - упрощение и повышение надежности за счет более полного использования избыточности при, возникновении внезапных и перемежающихся отказов. Поставленная цель Достигается тем, что резервированное многокаскадное устройство, содержит N-каскадов, а по числу каскадов резервируемые блоки умножения (усиления), каскадные переключатели, последовательно соединенные блок управления, выполненный в виде дешифратора команд, и блок анализа, содержит формирователь коэффициентов передачи блоков, коммутатор, формирователь сигнала блокировки, выходной переключатель, блок пороговых элементов, блок памяти и входной переключатель, первый информационный вход которого подключен к входу устройства, второй информационный вход - к первому выходу блока памяти, управляющий вход - к выходу коммутатора, а выfxoд - к информационному входу каскадного переключателя первого каскада, первые управляющие входы каскадных переключателей соединены с выходом формирователя сигнала блокировки, вторые управляющие входы - с выходом коммутатора, первые выходы - с информационным входом резервируемого блока одноименного каскада, а вторые выходы - с выходом резервируемого блока одноименного каскада и входом каскадного переклкэчателя последующего каскада, управляющий вход каждого резервируемого блока соединен с соответствующим выходом формирователя коэффициентов передачи блоков, выход резервируемого блока последнего каскада соединен с информационным входом выходного переключателя, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом блока анализа, а выход с входами блока пороговых элементов, выход которого соединен с выходом устройства и с первым информационным входом б,лока анализа, второй информационный вход которого соединен с вторым выходом, блока памяти, информационный выход блока анализа соединен с входом дешифратора команд, первый выход которого подключен к входу блока памяти, второй выход дешифратора команд - к входу формирователя коэффициентов передачи блоков, третий выход дешифратора команд - к входу коммутатора, четвертый выход дешифратора команд - к входу формирователя сигнала блокировки. Блок анализа содержит счетчик, дешифратор, элемент сравнения, первый и второй входы которого соединены с первым информационным и вторым информационным входами блока, а выход - со сченым входом счетчика, первый информационный выход которого соединен с входом дешифратора, второй информационный выход - с информационным выходом блока анализа, выход дешифратора соединен с управляющим выходом блока анализа. Принцип работы устройства состоит в устранении перемежающихся отказов путем установления нулевых коэффициентов передачи в умножителях (усилителях) всех резервируемых блоков формирователем коэффициентов передачи блоков; в обнаружении места возникновения внезапного отказа, при анализе результатов прохождения эталонного сигнала блоком анализа при поочередном последовательном закорачивании блоков коммутатором; в отключении и соединении цепей входа и выхода отказавшего блока каскадными переключателями и формирователем сигнала блокировки, что соответствует изменению значения передаточной функции этого участка це;1и с нуля до единицы. После отключения отказавшего блока и согласования оставшихся блоков формирователем коэффициентов передачи блоков происходит изменение значения порога срабатывания устройства переключением пороговых элементов в зависимости от информации об изменении передаточной функции устройства (т. е. номера или количества отказавших блоков). На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит каскадно соединенные резервируемые блоки 1.1-1.N, (которые могут быть выполнены, например, в виде умножителей (усилителей); цифровых фильтров первого или второго порядка, рекурсивных или нерекурсивных; аналоговых фильтров на приборах, использующих поверхностные акустические волны), выходной переключатель 2, блок- 3 пороговых элементов, входной переключатель 4, каскадные переключатели 5.1-5N, блок б анализа, который состоит из элемента 7 сравнения, счетчика 8 и дешифратора 9; блок 10 памяти, блок 11 управления, выполненный в виде дешифратора команд, формирователь 12 коэффициентов передачи блоков, коммутатор 13, формирователь 14 сигнала блокировки. Первый информационный вход 15, второй информацион1|ый вход 16 и управляющий вход 17 входного переключателя 4; информационные входы 18, первые управляющие входы 19, вторые управляющие входы 20, первые выходы 21 и вторые выходы 22 каскадных переключателей 5; информационные входы 23, управляющие входы 24 и выходы 25 резервируемых блоков 1; информационный вход 26 и управляющий вход 27 выходного переключателя 2, выход 28 блока пороговых элементов 3; первый информационный 29 и второй информационный 30 входы блока анализа 6 и элемента сравнения 7, первый информационный выход 31 счетчика 8, управляющий выход 32 блока 6 и дещифратора 9, второй информационный выход 33 счетчика 8 является информационным выходом блока 6; второй выход 34, первый выход 35 блока памяти 10; первый выход 36, второй выход 37, третий выход 38 и четвертый выход 39 дещифратора команд 11. Входной переключатель 4 переключения режима работы предназначен для периодического отключения основного режима работы устройства по усилению (выделению) сигнала (режим «Работа) и включения режима «Контроль для выявления и устранения в каскадах устройства перемежающихся или внезапных отказов. Блок 6 анализа предназначен для сравнения результатов прохождения эталонного сигнала через каскады устройства в режиме «контроль и для выдачи с дешифратора 9 управляющего сигнала нейтрализации внезапных отказов, путем переключения пороговых элементов. Блок 10 памяти предназначен для хранения и выдачи эталонных входных и выходных сигналов. Дещифратор команд 11 предназначен для формирования управляющих сигналов, подаваемых на все блоки устройства. Формирователь 12 коэффициентов передачи блоков предназначен для устранения перемежающихся отказов, возникающих при циркуляции искаженной информации, путем установки на один такт нулевых коэффициентов передачи умножителей (усилителей), т. е. сброс (гашение информации, и для согласования работоспособных резервируемых блоков после отключения отказавшего блока, т. е. изменения значений коэффициентов передачи блоков, Коммутатор 13 предназначен для коммутации информационных входов переключателя 4 режима работы устройства и для коммутации информационных выходов каскадных переключателей 5, в соответствии с управляющим сигналом дешифратора команд 11. Формирователь 14 сигнала блокировки предназначен для запрещения записи информации в отказавщий блок. Устройство предназначено для работы в двух режимах: в режиме «Работа происходит усиление (выделение) сигнала, в режиме «Контроль происходит проверка работоспособности, выявление и устраненйе перемеж ающихся и незапных отказов. Устройство работает следующим обраВ исправном устройстве или при возникновении в нем только перемежающихся отказов в каком-либо каскаде при включении режима «Контроль по сигналу с дешифратора 11, с формирователя 12 на входы 24 блоков 1.1-1.N поступают сигналы, которые на один такт устанавливают нулевые коэффициенты передачи умножителей (усилителей) в блоках 1.1-1.N и, таким образом устраняют перемежающиеся отказы. По сигналу с дещифратора II коммутатор 13 посредством переключателя 4 переключает вход устройства с рабочего 15 контрольный 16. С выхода 35 блока 10 на вход 16 переключателя 4 подается эталонный входной сигнал, который проходит через блоки 1.1-1.N устройства. Выходной сигнал с выхода 28 поступает на первый вход 29 блока 6 и на первый вход элемента 7. На второй вход 30 блока 6 и элемента 7 поступает эталонный выходной сигнал с выхода 34 блока 10, который соответствует.всем N исправным блокам 1.1-1.N. В случае отсутствия внезапных отказов в устройстве на первом и на втором входах элемента 7 сигналы совпадают и на выходе элемента 7 формируется сигнал, который поступает на счетчик 8 и подтверждает нулевое состояние счетчика 8, с выхода 33 сигнал подается на дещифратор 11. По сигналу с дещифратора команд 11 коммутатор 13 посредством переключателя 4 переключает устройство из режима «Контроль в режим «Работа. Наиболее опасными отказами, кроме перемежающихся отказов, являются внезапные отказы, .поэтому при возникновении внезапного отказа в каком-либо .резервируемом блоке (что соответствует изменению значения передаточной функции этого блока до нуля), например, в i-том, сигнал на первом входе элемента 7 не совпадает с эталонным сигналом, соответствующий N исправным блокам. Элемент 7 выдает сигнал несовпадения, который поступает на вход счетчика 8 и переводит его в первое состояние, с выхода счетчика 8 сигнал поступает на вход дешифратора 11. Дешифратор команд 11 по этому сигналу заменяет эталонный выходной сигнал на входе 30 элемента 7, соответствующий N исправным блокам, на эталонный выходной сигнал, соответствующий N-1 исправным блокам. После замены эталонного выходного сигнала, дешифратор 11 выдает сигнал на коммутатор 13, который посредством каскадного переключателя 5 отключает первый блок и соединяет вход с выходом этого блока. На вход 16 с блока 10 подается эталонный входной сигнал. С выхода 28 ка первый вход элемента 7 поступает сигнал, соответствующий N неисправным блокам, и сравнивается с контрольным сигнало.м, соответствующим N - 1 исправным блокам. Элемент 7 формирует сигнал несовпадения, по которому с дешифратора 11 ко.ммутатор 13 подается сигнал на включение первого блока и отключение второго Таким образом, проводится поочередное последовательное по одному отключение блоков и соединение цепей входа и вы.ода их, т. е. обнаружение места возникновения внезапного отказа. При Исключении i-ro каскада с выхода 28 на первый вход 29 элемента 7 поступает сигна., соответствующий N - 1 исправным бьТокам, этот сигнал сравнивается с сигналом второго входа 30, который тоже соотьетствует N - 1 исправным блокам. Элемент 7 пылает сигнал совпадения на счетчик 8, о котором фиксируется первое состояние, с В1.1:;ода счетчика 8 выдаются два сигна:л: па дешифратор 11 и на дешифратор 9. По первому сигналу с дешифратора 11 формирователь 14 сигнала блокировки проводит блокировку каскадного переключателя 5.i и, таким образом, соединяет цепь входа и выхода отказавшего блока l.i, т. е. ,1яет значение передаточной функции этого участка цепи с нуля до единицы (исключение места обрыва в цепи прохождения сигнала). По второму сигналу со счетчика 8 дешифратор 9, работающий в зависимости от имеющейся в блоке б информации об уровне входного сигнала и об изменении передаточной функции (т.е. номера и количества отключенных блоков), посредством переключателя 2 включает соответствующий пороговый элемент в блоке 3 (что соответствует скачкообразному изменению порога срабатывания), это позволяет восстановить технические характеристики устройства. Одновременно с дешифратора 11 поступает сигнал на формирователь 12, по которому происходит согласование блоков, т. е. изменение (подстройка) коэффициентов умножителей (усилителей) в блоках в соответствии с номером и количеством отключенных блоков. Отличие предлагаемого устройства от известного устройства заключается в том, что проводится соединение цепей входа и выхода отключенного блока, т. е. изменяется его передаточная функция с нуля до единицы, а не включение вместо отказавшего блока другого работоспособного блока из резерва, второе отличие заключается в изменении (подстройке) коэффициентов усиления блоков для согласования их по нагрузке и для устранения перемежающихся отказов, и третье отличие состоит в том, что на основании имеющейся информации об исключенных блоках и в зависимости от входного сигнала проводится скачкообразное взвешенное изменение значения порога срабатывания устройства, т. е. каждому числу возникщих в устройстве внезапных отказов соответствует фиксированное значение порога. Использование устройства обеспечивает повышение надежности его, за счет сохранения работоспособности при возникновении внезапных отказов, за счет использования имеющейся в таких устройствах в неявном виде избыточности, изменение критерия отказа устройства и расширение функциональных возможностей, повышение вероятности выполнения задачи, за счет изменения порога срабатывания, при использовании информации об отказавших блоках. уменьшение массы, объема и потребляемой мощности за счет исключения многокпутного резервирования, исключение контроля резервных блоков. Таким образом, данное устройство позволяет при небольших аппаратурных затратах построить высоконадежное устройство.

1. РЕЗЕРВИРОВАННОЕ МНОГОКАСКАДНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее послед()вател)ио соединенные блок анализа и ГлЮК управления, выполненный в виде деiMHijipciTopa K), а по числу каскадов - резервируемые блоки и каскадные переключатели, отличающееся тем, что, с целью yrii)(jiueiiii i 1 i)rn inieiifiH наае/кности устройства, ()П