Устройство для ввода дискретных сигналов Советский патент 1988 года по МПК H03K5/00 

18

GO

lN5

4 СП

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам, обеспечивающим преобразование нескольких входных дискретньпс сигналов в нор мированные по уровню соответствующие выходные логические сигналы напряжения постоянного тока с крутыми фронтами, а также подавление импульсных помех, накладываемых на входные сиг- налы, предназначенным для ввода дискретных сигналов в систему управления технологическим процессом.

Цель изобретения - повышение крутизны фронтов выходных сигналов и увеличение надежности работы устройства.

На чертеже изображена электрическая блок-схема устройства.

Устройство для ввода дискретных сигналов содержит первую, вторую и общую шины 1-3 питания, п каналов 4.1-4.П преобразования- сигналов, каждый из которых содержит первый резистор 5, подключенный первым выводом к информационному входу 6 канала, второ резистор 7, первым выводом соединенный с общей шиной 3, а вторым - с анодом стабилитрона 8, последовательно соединенные:- ограничитель 9 напряже- ния и интегрирующий фильтр 10, задат- чик 11 логических сигналов, инвертор 12, ключ 13, первый вывод которого соединен с второй шиной 2 питания, каждый канал преобразования сигналов содержит также логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, третий, четвертый и пятый резисторы 15-17, а ключ выполнен на КМДЦ-транзисторе, исток.

затвор и сток которого являются соот

ветственно первьхм, вторъгм и третьим выводами ключа, второй вывод первого резистора 5 подключен к первой ишне 1 питания, катод стабилитрона 8 - к информационному входу 6 соответствующего канала 4.1-4.П, анод - к входу ограничителя 9 напряжения, выход интегрирующего фильтра 10 через последовательно соединенные третий резистор 15 и инвертор 12 соединен с вто- рым выводом ключа 13, третий вывод которого через четвертый резистор 16 соединен с входом инвертора 12, через пятый резистор 17 - с общер шиной 3 питания и подключен к первому входу . логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ ,14, второй вход которого соединен с яадатчиком 11 логических сигналов, а выход подключен к шине 18 выхода каQ

5

0 5 0

5

0

нала 4,1-4.11 преобразования сигналов, клеммы питания логического элемента ИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и инвертора 12 соединены с второй и общей шинами 2 и 3 питания.

Рассмотрим работу одного канала 4, в котором на выходе задатчика 11 установлен логический уровень О, считая, что к входу 6 этого канала подключен датчик с контактным выходом (т.е.. сигнализируюш,им контактом).

Если сигнализирующий контакт замкнут в течение интервала времени, который во много раз больше постоянной времени интегрирующего фильтра 10, а амплитуда помех, наводимых на соот- ветствуюШ|Ую линию связи, не превышает напряжения зенеровского пробоя стабилитрона 8, то напряжения на входах и выходах ограничителя 9 напряжения и инегрирующего фильтра 10, а также на входе инвертора 12 практически равны нулю, В этом случае выходной сигнал

.инвертора 12, имеющий уровень 1, обеспеч.ивает закрытое состояние ключа 13, т.е, ключ 13 разомкнут, при этом сигнал на первом входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 равен О, а так как на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ ,14 с-задатчика 11 поступает , уровень О, то на шине 18 выхода ка;нала имеет место уровень О. В рассматриваемом случае сквозные токи через инветор 12 и логический элемент 14 отсутствуют.

При размыкании сигнализирующего контакта на информационном входе 6 канала к стабилитрону 8 через резисторы 5 и 7 прикладывается напряжение, равное Е., , поэтому возникает зенеровс- кий пробой стабилитрона 8, после этого напряжение прикладывается к входу ограничителя 9 напряжения, на выходе которого устанавливается напряжение, приблизительно равное Е Это напряжение подается на интeгpиpyюшJiй фильтр 10, выходное напряжение которого и входное напряжение ключа 13 начинают увеличиваться. При входе последнего напряжения снизу в активную область характеристики переключения ключа 13, расположенную для КМДП-ключа вблизи значения 0,5 Е , выходное напряжение инвертора 12 начинает уу еньшать- ся, а ключ 13 открыватьс.ч. Возникновение тока через ключ 13 привс дит к увеличению падения напряжештя из резисторе 17, что вызывг(;т дополнптельное увеличение напряжения на входе управления ключа 13, из-за передачи части напряжения с резистора 17 через резистор 16, это приводит к еще большему открыванию ключа 13, в результате скорость увеличения указанных напряжений лавинообразно возрастает, вследствие чего процесс открывания ключа 13 завершается скачкообразно. При этом напряжение на первом входе элемента 14 скачком изменяется от значения, соответствующего логическому уровню О, до значения, соответствующего логическому уровню 1 для этого входа. Так как элемент 14 при логическом уровне О на его втором входе действует как логический повторитель сигнала, поданного на его первый вход, то сигнал на шине 18 вы- хода канала скачком изменяется из О в 1. Если разомкнутое состояние

При замкнутом сигнализирующем контакте, подключенном к каналу 4.1, положительные импульсы помех с амплиту дои менее напряж;ения зенеровского про боя стабилитрона 8 при любьк длитель ностях не проходят через сталибитрон 8, следовательно, не вызывают ложных

внешнего сигнализирующего контакта

далее сохраняется, то напряжения на

выходе фильтра 10, на входе управле- 25 изменений сигнала на шине 18 выхода.

ния ключа 13 и на первом входе инвер- Действие узких положительных импульчего процесс закрывания ключа 13 завершается скачкообразно. При этом напряжение на первом входе элемента 14 скачком изменяется от значения, соответствующего логическому уровню 1, до значения, соответствующего логическому уровню О, для этого входа, при этом логический сигнал на шине 18 выхода канала скачком изменяется из 1 в О. Если замкнутое

состояние внешнего сигнализирующего контакта далее сохраняется, то напряжения на выходе фильтра 10, на входе управления ключа 13 и на первом входе элемента 14 достигают значений, близких к нулю.

При замкнутом сигнализирующем контакте, подключенном к каналу 4.1, положительные импульсы помех с амплиту дои менее напряж;ения зенеровского пробоя стабилитрона 8 при любьк длительностях не проходят через сталибитрон 8, следовательно, не вызывают ложных

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах, обеспечивающих пре- . образование нескольких входных дискретных сигналов, а также подавление J импульсных помех, накладываемых на входные сигналы, предназначенных для ввода дискретных сигналов в систему управления технологическим процессом. Целью изобретения является повышение крутизны фронтов выходных сигналов и увеличение надежности работы устройства. Устройство содержит первую 1, вторую 2 и общую 3 шины питания, каналы 4.1 - 4.П преобразования сигналов, каждый из которых содержит резистор 5, информационный вход 6, стабилитрон 8, ограничитель 9 напряжения, интегрирующий фильтр 0, датчик 11 логических сигналов, инвертор 12, ключ 13, логический элемент 14, ре- g зисторы. Устройство может быть использовано в различных системах управления технологическими процессами, особенно выполненных в основном на КМДП элементной базе. 1 ил. 2 J (Л

тора 12 достигают значений, близких к .

При последующем замыкании внешнего сигнализирующего контакта напряжение на входе 6 становится близким к нулю и конденсатор фильтра 10 начинает разряжаться током, идущим в основном че }рез резисторы фильтра 10 и ограничителя 9 и далее через резистор 7 и соединенные последовательно прямой переход стабилитрона 8 и замкнутый сигнализирующий контакт, на щину 3, вследствие чего начинает уменьшаться напряжение на входе з правления ключа 13,

причем сначала, пока ключ 13 остается открытым, прямо пропорционально изменению напряжения на конденсаторе фильтра 10. При входе последнего

напряжения сверху в активную область ех практически с любой амплитудой и

характеристики переключения ключа 13, т.е. при приближении этого напряжения к значению 0,5 E/i , выходное напряжение инвертора 12 начинает увеличиваться, а ключ 13 закрывается. Уменьшение тока через ключ 13 приводит к уменьшению падения напряжения на резисторе 17, что вызывает дополнительное понижение напряжения на входе управления ключа 13. Это приводит к еще

50

отрицательные импульсы, амплитуда которых меньше разности между значением Е и суммой значений напряжений зенеровского пробоя стабилитрона 8 и стабилитрона ограничителя 9, проходят через стабилитрон 8, но ограничиваются ограничителем 9 на уровне, близком к Е . , и не вызывают ложных изменений выходного сигнала канала 4.1, а узкие отрицательные импульсы

большему закрытию ключа 13, в резуль- 55помех, с большей амплитудой значительтате скорости уменьшения указанныхно ослабляются фильтром 10. напряжений лавинообразно возрастают Путем выбора достаточно большей

(по абсолютной величине), вследствиевеличины постоянной времени -г фильтсов помех с большей амплитудой, которые проходят через стабилитрон 8, значительно ослабляется вследствие их ограничения ограничителем 9 на уровне, близком к Е,

и последующего

подавления интегрируюп1;им фильтром 10. Отрицательные импульсы помех лракти- чески с любой амплитудой, проходя через стабилитрон 8 в прямом направлении, ограничиваются в ограничителе 9 его стабилитроном на отрицательном уровне напряжения насыщения прямого диодного перехода этого стабилитрона и также не вызывают возникновения ложных изменений выходного сигнала канала 4,

При разомкнутом сигнализирующем контакте положительные импульсы по

отрицательные импульсы, амплитуда которых меньше разности между значением Е и суммой значений напряжений зенеровского пробоя стабилитрона 8 и стабилитрона ограничителя 9, проходят через стабилитрон 8, но ограничиваются ограничителем 9 на уровне, близком к Е . , и не вызывают ложных изменений выходного сигнала канала 4.1, а узкие отрицательные импульсы

помех, с большей амплитудой значительpa 10 можно обеспечить нечувствительность канала 4 устройства для ввода дискретных сигналов к любым импульсам помех, имеющим ограниченные длительности, что характерно для помех, создаваемых в промышленных; системах за счет емкостных или индуктивных наводок по линии связи.

Остальные каналы 4 преобразования сигнала работают аналогичным образом

Если на выходе задатчика 11 установить логический уровень 1, тора- бота рассматриваемого канала 4.1 ана20

надежностью, чем известное устройст во, при применении в нем КМДП-зле- ментов.

Предлагаемое устройство может на ти широкое применение в различных си темах управления технологическими пр цессами, особенно выполненных в основном на КМДЦ-элементной базе.

25 Ф

30

логична описанной с, той разницей, что |5 ходных сигналов и обладает большей скачкообразные изменения входных сигналов логического элемента 14 вызывают инверсные скачкообразные изменения выходных сигналов этого элемента и, следовательно, на шине 18 выхода канала.

Положительная обратная связь между выходом и входом управления ключа 13, осуществляемая через резистор 16, обеспечивает не только скачкообразное изменение сигнала на первом входе элемента 14 и, следовательно, на шине 18 выхо;ча канала, но и пов ьше- ние помехозащищенности канала по вхо- ду,так как небольшие колебания напряжения на выходе фильтра 10, происхо- при интегрировании фильтром 10 помех, действующих во время описанных переходных процессов, вызываемых изменениями полезного информационного дискретного входного сигнала канала 4.1, не приводят к ложным переключениям ключа 13 и изменениям выходного сигнала канала 4.1, если указанные колебан1 я напряжения на выходе фильтра 10 меньше величины Е , умноженной на отношение сопротивления резистора 15 к сопротивлению резистора 16,

С другой стороны, положительная обратная связь, в н-есколько раз уменьшает мощность, рассеиваемую в КМДП- структуре ключа 13 при каждом его переключении, за счет ускорения про- цессов переключения ключа 13 по срав40

4ь

ормула изобретени

Устройство для ввода дискретных сигналов, содержащее первую, вторую и общую шины питания, п каналов пре образования сигналов, каждый из кот рых содержит первый резистор., подкл ченный перБЫг-1 выводом к информацион ному входу канала,, второй резистор, первым выводом соединенный с общей Ешной, а вторым - с анодом стабилитрона, последовательно соединенные ограничитель напряд ;ения и интегриру фильтр, задатчик логических сиг налов, инвертор, ключ, первый вывод которого соединен с второй шиной пи тания, отлич.ающееся тем что, с целью повьпцения крутизны фро тов выходных сигналов и увеличения надежности работы устройства, в каж дый канал преобразования сигналов в дены логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. третий, четвертый и пятый рези торы, а ключ выполнен на КМДП-тран- зисторе, исток,затвор и сток которо го являются соответственно первым.

нению с мощностью, которая выделялась „ вторым и третьим выводами ключа, вто,f jO lJ tj

бы в ключе 13 без указанной положительной обратной связи. Скачкообразное изменение сигнала на перв.ом входе элемента 14 обеспечивает практически нулевую мощность, рассеиваемую за счет протекания сквозного тока через Ю ЩП-структуру элемента 14 при . его переключениях, тогда как в извест- .ном устройстве при применении в нем

55

рои вывод первого резистора подключен к первой шине питания, катод стабили- тронг - к информационному входу соот- ветствуюц аго- канала, анод - к входу ограничителя напряжения, выход интегрирующего фильтра через последовательно соединенные третий резистор и инвертор соединен с вторым выводом ключа, третий вывод которого через

КМДП - ключей и логических элементогг при их переключениях вьщеляются значительно большие мощности из-за более медленных переключений. Уменьшение рассеиваемьк мощностей за счет уменьшения сквозных токов применяемых КМДП-,ключей и логических элементов обеспечивает более высокую надежность устройства для ввода дискретных сигналов.

Таким образом, устройство для ввода дискретных сигналов обеспечивает более высокую крутизну фронтов ны

надежностью, чем известное устройство, при применении в нем КМДП-зле- ментов.

Предлагаемое устройство может найти широкое применение в различных системах управления технологическими процессами, особенно выполненных в основном на КМДЦ-элементной базе.

ходных сигналов и обладает большей

5 Ф

0

0

ь

ормула изобретения

Устройство для ввода дискретных сигналов, содержащее первую, вторую и общую шины питания, п каналов преобразования сигналов, каждый из которых содержит первый резистор., подключенный перБЫг-1 выводом к информационному входу канала,, второй резистор, первым выводом соединенный с общей Ешной, а вторым - с анодом стабилитрона, последовательно соединенные ограничитель напряд ;ения и интегрирую- фильтр, задатчик логических сигналов, инвертор, ключ, первый вывод которого соединен с второй шиной питания, отлич.ающееся тем, что, с целью повьпцения крутизны фронтов выходных сигналов и увеличения надежности работы устройства, в каждый канал преобразования сигналов введены логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. третий, четвертый и пятый резисторы, а ключ выполнен на КМДП-тран- зисторе, исток,затвор и сток которого являются соответственно первым.

tj

рои вывод первого резистора подключен к первой шине питания, катод стабили- тронг - к информационному входу соот- ветствуюц аго- канала, анод - к входу ограничителя напряжения, выход интегрирующего фильтра через последовательно соединенные третий резистор и инвертор соединен с вторым выводом ключа, третий вывод которого через

,1432745

четвертый резистор соединен с входомналов, а выход подключен к шиие m.i- инвертора, через пятый резистор - схода канала преобразования сигнплоя, общей гаиной питания и подключен к пер-а первый и второй выводы питанртя левому входу логического элемента ИС- гического элемента ИСК.ПЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и КЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которогоинвертора соединены соответственно с соединен с задатчиком логических сиг-второй и общей шинами питания.