Многоканальный коммутатор Советский патент 1989 года по МПК H03K17/00 

1

Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано в системах автоматики, контроля и измерений„

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при повышении его надежности, что достигается путем введения в коммутатор шести дополнительных ключей, делителя напряжения, двух компараторов и элемента И-ИЛИ за счет формирования сигналов запрета включения ключей измерительных каналов при коротком замыкании выходной шины устройства на напряжение, которое находится в заданном диапазоне, определяемом делителем напряжения. При этом одновременно ограничиваются токи короткого замыкания, что повышает надежность устройства.

На чертеже приведена функциональная схема многоканального коммутатора, содержащего, например, три измерительных канала.

Многоканальный коммутатор содержит в каждом измерительном канале ключ 1, вход которого соединен с входной шиной 2 соответствующего канала, а выходы всех ключей 1 объединены и подключены к выходной шине 3, управляющие входы ключей подключены к соответствующим выходам первого распределителя 4 импульсов, вход которого соединен с третьим выходом второго распределителя 5 импульсов, вход которого подключен к тактовой шине 6.

Калибровочный канал включает основной ключ 7, шесть дополнительных ключей 8-13, входы которых соединены с соответствующими выходами дели0

5

0

5

0

5

0

теля 14 напряжения, первый элемент И 15, первый вход которого соединен с тактовой шиной 6, а выход - с первыми входами схем И элемента И-ИПИ 16, выход которого соединен с С-вхо- дом D-триггера 17, D-вход которого подключен к выходу второго элемента И 18, входы которого соединены с выходами первого и второго компараторов 19 и 20, и третий элемент И 21, выход которого соединен с установочным входом D-триггера 17, а входы подключены к первым выходам соответственно первого и второго распределителей 4 и 5 импульсов„

Неинвертирующий вход первого и инвертирующий вход второго компараторов 19 и 20 соединены с выходной шиной 3, а вторые входы - соответственно с объединенными выходами пятого 12 и шестого 13, третьего 10 и четвертого 11 дополнительных ключей. Объединенные выходы первого 8 и второго 9 дополнительных ключей подключены к входу основного ключа 7, выход которого соединен с выходной шиной 3, а управляющий вход подключен к первому выходу первого распределителя 4 импульсов и второму входу первого элемента И 150

Управляющие входы первого 8, третьего 10 и пятого 12 дополнительных ключей подключены к третьему выходу второго распределителя 5 импульсов и второму входу одной из схем И элемента И-ИПИ 16.

Управляющие входы второго 9, четвертого 11 и шестого 13 дополнительных ключей подключены к второму выходу второго распределителя 5

3-1

импульсов и второму входу другой схемы И элемента И-ИЛИ 16,

Второй вход первого элемента И 15 соединен с первым выходом первого распределителя 4 импульсов, а третий - с прямым выходом D-триггера 17 обратный выход которого соединен с установочным входом первого распределителя 4 импульсов„

Все ключи могут быть выполнены в виде, например, К-МДП ключей на основе пары дополняющих МДП-транзис- торов и инвертора.

Первый и второй распределители 4 и 5 импульсов выполнены на основе сдвигающего регистра, например на основе счетчика и дешифратора. Распределители срабатывают по заднему фронту входного сигнала. Первыми выходами распределителей являются выходы младших разрядов.

D-триггер 7 срабатывает по переднему фронту импульса, поступающего на С-вход„

При наличии единичного сигнала на установочном входе первого распределителя 4 импульсов на всех выходах распределителя, кроме первого , устанавливаются нулевые сигналы.

Сопротивление в открытом состоянии ключей 1 измерительных каналов много меньше сопротивления основного ключа 7 калибровочного канала.

Делитель 14 напряжения представляет собой цепочку из семи последовательно соединенных резисторов, которая включена между шинами питания устройства. Точки соединения резисторов являются выходами делителя напряжения,,

Многоканальный коммутатор работае следующим образом.

При нормальной работе коммутатора импульсы, которые поступают на вход второго распределителя 5 импульсов, делят частоту в три раза, поступают на вход первого распределителя 4 импульсов и начинают последовательно подключать ключи 1 ..

После включения ключа включается канал калибровки. Канал калибровки служит для калибровки измерительных каналов коммутатора и является индикатором для определения замыкания выходной шины 3 на любое напряженнее

Работа канала клиибровки состоит из трех циклов,. Во премя первого цикла работы канамл калибровки, со

0

5

0

5

1

0

5

0

5

0

5

10«

ответствующего импульсу, поступающему с первого выхода второго распределителя 5 импульсов, происходит установка в 1 D-триггера 17. Во время второго цикла работы канала калибровки, соответствующего импульсу, поступающему с второго выхода второго распределителя 5 импульсов, на вход основного ключа 7 поступает напряжение U, с второго выхода делителя 14 напряжения о Во время третьего цикла работы канала калибровки, соответствующего импульсу, поступающему с третьего выхода второго распределителя 5 импульсов, на вход основного ключа 7 поступает напряжение U7 с пятого выхода делителя 14 напряжения.

Рассмотрим работу канала калибровки в случае отсутствия замыкания выходной шины 3 коммутатора на какое- либо напряжение о Во время первого цикла работы канала калибровки происходит установка в I D-триггера 17. Во время второго цикла работы канала калибровки напряжение U, с второго выхода делителя 14 напряжения поступает на вход первого дополнительного ключа 8 „ Так как основной 7 и первый дополнительный 8 ключи открыты, это напряжение поступает на выходную шину 3. Одновременно напряжение U.+ MJ с третьего выхода делителя 14 напряжения через открытый третий дополнительный ключ 10 поступает на неинвертирующий вход второго компаратора 20, а напряжение U ,- dU с первого выхода делителя 14 напряжения через открытый пятый дополнительный ключ 12 - на инвертирующий вход первого компаратора 19. На выходах первого и второго компараторов 19 и 20 формируются единичные сигнальь Так как на обоих входах второго элемента И 18 присутствуют единичные сигналы, на его выходе также имеется единичный сигнал, который подтверждает единичное состояние D-трнггера 17. Во время третьего цикла работы канала калибровки напряжение U i с пятого выхода делителя 14 напряжения поступает на вход второго дополнительного ключа 9. Так как второй дополнительный 9 и основной ключи открыты, это напряжение поступает на выходную шину 3.

Одновременно напряжение 11г- ли с четвертого выхода делителя 14 на514

пряжения через открытый шестой дополнительный кпюч 13 поступает на инвертирующий вход первого компаратора 19, а напряжение a с шестого выхода делителя 14 напряжения через открытый четвертый дополнитель1- ный ключ 11 - на неинвертирующий, вход второго компаратора 20. На выходе первого и второго компараторов 19 и 20 формируются единичные сигналы.. Так как на обоих входах второго элемента И 18 присутствуют единичные сигналы, на его выходе также имеется единичный сигнал, который подтвержда ет единичное состояние П-тригге- ра 17.

Рассмотрим работу коммутатора в случае, если выходная шина 3 замкнута на напряжение U .

Во время второго цикла работы канала калибровки напряжение U1 с второго выхода делителя 14 напряжения поступает на вход первого дополнительного ключа 8, Так как основной и первый дополнительный 8 ключи открыты, это напряжение поступает на выходную шину 3 Одновременно напряжение U,- ЛИ с первого выхода делителя 14 напряжения поступает на инвертирующий вход первого компаратора 19, а напряжение U.,+ /Ill - на неинвелэтирующий вход второго компаратора 20, На выходах первого и второго компараторов 19 и 20 формируются единичные сигналы. Так как на обоих выходах второго элемента И 18 единичные сигналы, на его выходе также единичный сигнал, который подтверждает единичное состояние Р-триг гера 17 Во время третьего цикла работы канала калибровки напряжение с пятого выхода делителя 14 напряжения поступает на вход второго дополнительного ключа 9, Так как выходная шина 3 замкнута на напряжение II,, на ней постоянно будет это напряжение. Одновременно напряжение TIj- и 11 поступает на инвертирующий вход первого компаратора 19, а напряжение + ЛИ - на неинвертирующий вход второго компаратора 20. На выходе первого компаратора 19 будет нулевой сигнал, который запишется в D-триг- гер 17. Произойдет установка в О второго распределителя 4 импульсов, и только на первом его выходе будет единичный гит-нал.

5

0

0

5

0

5

0

5

0

5

О

Рассмотрим работу коммутатора в спучае, если выходная шина 3 замкнута на напряжение U.

Во время второго цикла работы калибровочного канала напряжение с пятого выхода делителя 14 напряжения поступает на вход первого дополнительного ключа 80 Так как первый дополнительный ключ 8 открыт, это напряжение пройдет на вход основного ключа 7. На выходной шине 3 всегда будет напряжение U7. На выходе первого компаратора 19 будет нулевой сигнал, который запишется в D-триг- гер 17, Произойдет установка в О второго распределителя 4 импульсов, и только на его первом выходе будет единичный сигнал. Будет работать только калибровочный канал ,

Рассмотрим работу коммутатора в случае, если выходная шина 3 замкнута на любое напряжение, не совпадающее с U1 или U.

Во время второго цикла работы калибровочного канала напряжение с выхода делителя I4 напряжения поступает на вход первого дополнительного ключа 8С Так как первый дополнительный ключ 8 открыт, это напряжение пройдет на вход основного ключа 7. На выходной шине 3 будет всегда напряжение короткого замыкания„ Если U % / U,,- dU, то на выходе первого или второго компаратора 19 или 20 будет нулевой сигнал, и в любом случае в D-триггер 17 запишется нулевой сигнал Произойдет установка в О второго распределителя 4 импульсов, и только на его первом выходе будет единичный сигнал. Будет работать только калибровочный канал„

Таким образом, в случае замыкания выходной шины 3 на напряжение в определенном заданном диапазоне происходит запрет включения измерительных каналов После устранения замыкания многоканальный коммутатор восстанавливает свою работоспособность с

Поскольку ключи 1 измерительных каналов закрываются при коротком замыкании выходной шины, а сопротивление открытого основного ключа 7 достаточно велико, значительно ограничиваются токи короткого замыкания в коммутаторе, в результате чего повышается его надежность„ Поэтому данный коммутатор может быть исполь714801

зован в системах, обладающих самоконтролем, с широким диапазоном используемых напряжений и сигналов как цифровых, так и аналоговых.

Формула изобретения

Многоканальный коммутатор, содержащий ключи в каждом измерительном канале, входы которых являются входными шинами каналов, выходы объединены и подключены к выходной шине устройства, а управлякщие входы соединены с соответствующими выходами первого распределителя импульсов, а также калибровочный канал, включающий основной ключ, выход которого соединен с выходной шиной, три элемента И и D-триггер, о тличаю- щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при повышении надежности, в него введены шесть дополнительных ключей, элемент И-ИЛИ, делитель напряжения, два компаратора и второй распределитель импульсов, вход которого соединен с первым входом первого элемента И и подключен к тактовой шине, выход первого элемента И соединен с первыми входами схем И элемента И-ИЛИ, вторые входы которых подключены соответственно к второму и третьему выходам второго распределителя импульсов, к которым подключены также управляющие входы соответственно объе

8

0

5

0

5

0

5

диненных второго, четвертого, шестого и первого, третьего, пятого дополнительных ключей, третий выход второго распределителя импульсов подключен также к входу первого распределителя импульсов, установочный вход которого соединен с обратным выходом D-триггера, С-вход которого соединен с выходом элемента И-ИЛИ, D-вход - с выходом второго элемента И, а установочный вход - с выходом третьего элемента И, входы которого подключены к первым выходам распределителей импульсов, второй вход первого элемента И соединен с управляющим входом основного ключа и первым выходом первого распределителя импульсов, а третий вход - с прямым выходом D-триггера, неинвертирующий вход первого и инвертирующий вход второго компараторов, выходы которых подключены к входам второго элемента И, соединены с выходной шиной устройства, а вторые входы тех же компараторов соединены с объединенными выходами соответственно пятого, шестого и третьего, четвертого дополнительных ключей, объединенные же выходы первого и второго дополнительных ключей подключены к входу основного ключа, причем выходы делителя напряжения по порядку подключены соответственно к входам пятого, первого, третьего, шестого, второго и четвертого дополнительных ключей.

Изобретение относится к электронной коммутационной технике и может быть использовано в системах автоматики, контроля и измерений. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей коммутатора при повышении его надежности за счет осуществления запрета включения измерительных каналов при коротком замыкании выходной шины и ограничения токов короткого замыкания. В коммутаторе, содержащем ключи 1, входы которых являются входами 2 каналов, выходы подключены к выходной шине 3, а управляющие входы соединены с выходами первого распределителя импульсов 4, и калибровочный канал, содержащий основной ключ 7, первый элемент И 15, D-триггер 17, второй 18 и третий 21 элементы И, указанная цель достигается путем введения шести дополнительных ключей 8-13, элемента И-ИЛИ 16, делителя напряжения 14, двух компараторов 19,20 и второго распределителя напряжения 5. При коротком замыкании выходной шины 3 на напряжение, находящееся в заданном диапазоне, определяемом делителем напряжения 14, за счет введенных элементов формируются сигналы запрета включения ключей измерительных каналов. 1 ил.