Трехканальный резервированныйРАСпРЕдЕлиТЕль иМпульСОВ Советский патент 1981 года по МПК G06F11/20 H05K10/00 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может найти применение при построении резервированных дискретных устройств

Известен распределитель тактовых импульсов, содержа тдий разрядные триггеры, схемы ии ИЛИ, цепи управления сдвигом.

Однако данное устройство при использовании в резервированном, например в трехканальном,дискретном устройстве обладает недостаточной надежностью, не обеспечивает синхронную выдачу тактовых импульсов в различных каналах резервированного устройства, так как при совместной работе каналов любой сбой в разрядных триггерах распределителя любого канала нарушает последовательность выдачи тактовых импульсов.

Известен распределитель тактовых импульсов, содержащий блок формирования синхроимпульсов, разрядные триггеры, выходы которых соединены с входами соответствующих мажоритарных элементов, выходы которых подключены через схемы И установки единицы к входам разрядного триггера последующего разряда, а выход схемы И анализа на нуль подключен через схему И установки единицы к входу блока установки единицы разрядного триггера первого разряда, при этом устройство содержит в каждом рязряде

схему И выделения тактовых импульсов и схему И установки нуля во всех разрядах, кроме первого, блок установки ;нуля во всех разрядах,кроме первого и двух последних, инверторы, подключенные выходом к входам схемы И анализа на нуль, входом - к выходу соответствующего .мажоритарного элемента, к входу блока уст ан(5ВКйнуля .через схему И установки нуля преды|ДУщего разряда и к первому входу схемы И выделения тактовых импульсов , вторые входы схемы И выделения тактовых импульсов для четных разрядов пoдkлючeны к первому выходу блока формирования синхроимпульсов и

вторым входам схемы И установки нуля нечетных рязрядов, а для нечетных разрядов - к второму выходу блокл формирования синхроимпульсов и вгорым входом схемы И установки нулг. четных разрядов 1 .

Недостатками данного устройства :являются избыточное количество элементов , которые влияют на надежно17ТЬ

устройства, невозможность авиоматического обнаружения отказов при одном отказавшем канале при проверках в составе оборудования, в котрром применяется устройство и невозможtfoCTb вообще обнаружения отказов . мгокоритарных элементов типа обрыв на их входах. Это влияет на надежность устройства, так как надежность трехканального резервированного устройства с одним необнаруженным от казом в каком-либо канале ниже надеж ности одноканального нерезервированного устройства, а вероятность отказа в одном из двух оставшихся исправ ных каналов, приводящая к отказу устройства, в два раза выше вероятности отказа в одном канале для нерезервированного устройства. Известен также мнргоканальный рас пределитель импульсов, содержащий- в «каждом канале элементи И, НЕ, блок формирования синхроимпульсов, разряд ныё триггеры и мажоритарные элементы входы кЪторых соединены с выходом разрядного триггера данного канала и выходами соответствующих разрядных триггеров других каналов, а выход с первым входом элемента И выделения импульсов данного разряда, вторые входы элементов И четных разрядов соединены с первым выходом блока формирования синхроимпульсов, второй выход которого соединен с вторым вхо дом элементов И выделения импульсов нечетных разрядов, выходы мажоритарных элементов, кроме первого и двух последних разрядов, через элемент НЕ соединены с входами элемента И анализа состояния канала распределителя, кроме того, выходы элементов И выделения импульсов каждого разряда, кроме последнего, соединены с единичным входом разрядного триггера последующего разряда и с нулевым входом триггера предыдущего разряда выход элемента И выделения импульсов первого разряда соединен с нулевым входом триггера юследнего разряда, первый выход блока формирования синхроимпульсов соединен с входом элемента И анализа состояния канала распределителя , а его выход соединен с единичным входом триггера первого разряда 2. . Недос±атками этого устройства являются необходимость формирования двух серий синхроимпульсов сдвинутых друг относительно друга, причем меж ду передними фронтами импульсов одной серии и задними фронтами импуль сов другой серии синхроимпульсов, должет быть гарантированный зазор, учитывающий задержки элементов и разрядных триггеров устройства, а это усложняет блок формирования син хроимпульсов, отсутствие возможности автоматического обнаружения отказов при одном отказавшем дсанале рри профилактических проверках и невозможность вообще обнаружения отказов .мажоритарных элементов типа обрыв а их входах при .одном отказе в любом мажоритарном элементе. Все это снижает надежность устройства. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение его надежности. Поставленная цель достигается тем, что в трехканальный резервированный распределитель импульсов, содержащий в каждом канале разрядные ;)К-триггеры, элементы И-ИЛИ, НЕ и мажоритарные элементы, входы каждого из которых соединены с выходом разрядного ЗК-триггера данного канала и выходами соответствующих разрядных ЗК-триггеров других каналов, а выхо-. ды - с выходами устройства, дополнительно в каждом канале введен элемент ИЛИ и элемент ЗАПРЕТ, прямой вход которого соединен с выходом мажоритарного элемента предпоследнего разряда, инверсный вход - с шиной блокировки, а выход - с первым входом элемента или, второй вход которого соединен с шиной имитации, а выход с первым функциональным входом элемента И-ИЛИ последнего разряда, выход разрядного К-триггера последнего разряда соединен с первым функциональным входом элемента И-ИЛИ первого разряда, первый функциональный вход элемента И-ИЛИ со второго rto предпоследний разряд соединен с выходом разрядного ЗК-триггера предьщущего разряда, при этом, тактовые входы разрядных ЭК-триггеров соединены между собой и с шиной синхронизации, , причем, вход 3 и инверсный вход К каждого разрядного ЗК-триг гера соединены между собой и с выходом элемента И-ИЛИ соответствующего разряда вторые функциональные входы всех элементов И-ИЛИ соединены между собой и с шиной управления сдвигом, и G входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с первыми установочными входами элементов И-ИЛИ, а второй установочный вход элемента И-ИЛИ первого разряда соединен с шиной поотоянного сигнала и с входом первого элемента НЕ, выход которого соединен со вторыми установочными вводами элементов И-ИЛИ со второго по последний разряд. Это позволило упростить устройство, использовав для работы распределителя импульсов простой генератор однополярных импульсов, и повысить его надежность, обеспечив полную . проверку всех его элементов, как после изготовления, так и автоматически при профилактических проверках. На фиг.1 представлена блок-схема одного канала трехканального резервированного распределителя импульсов; на Фиг.2 - схема соединения в распределителе импульсов соответству ющих разрядов разливных каналов; на фиг.З - временная диаграмма работы распределителя импульсов в основном режиме работы; на фиг,4 - временная диаграмма работы распределителя импульсов.при профилактических проверках (при отсутствии отказов); на фиг.5 - временная диаграмма работы распределителя импульсов при профилактических проверках (при наличии отказа во втором разряде первого канала) . С целью упрощения пояснения работы распределителя импульсов временны диаграммы (фиг. 3-5) приведены Щ1Я. трехразрядного распределителя -ямпуль сов. Предлагаемый трехканальный резервированный распределитель импульсов содержит в каждом канале (фиг.1) раз рядные ЗК-триггеры 1, элементы И-ИЛИ 2, мажоритарные элементы 3, выходы которых соединены с выходами 4 распределителя импульсов, элемент 5 ЗАПРЕТ, элемент ИЛИ б, первый 7 элемент НЕ и второй 8 элемент НЕ, вход которого соединен с вторыми функциональными входами элементов И-ИЛИ 2 и с шиной 9 управления сдвигом. Выход второго элемента НЕ 8 соединен с первыми установочными входами элементов И-ИЛИ 2, второй установочный вход элемента И-ИЛИ 2 первого разряда соединен с шиной 10 постоянного сигнала и с входом первого элемента НЕ 7, выход которого соединен с вторыми установочными входами элементов И-ИЛИ 2 с второго по последни разряд. Выходы элементов И-ИЛИ 2 соединены с входом t) и инверсным входом К соответствующих разрядных Kтриггеров 1, тактовые входы которых соединены между собой и с шиной 11 синхроимпульсов. Выходы разрядных 1К-триггеров соединены с первыми входами соответствующих мажоритарных элементов 3 и (фиг.2) через межканал ные выходы 12 своего канала и межканальные входы 13 и 14 соседних каналов - с вторыми и третьими входами мажоритарных элементов 3 соседних каналов. Выход мажоритарного элемента 3 предпоследнего разряда (фиг.1) соединен с входом элемента 5 ЗАПРЕТ, инверсный вход которого соединен с шиной 15 блокировки, а выход - с первым входом элемента ИЛИ 6, второй вход которого соединен с шиной 16 имитации, а выход - с первым функциональным входом элемента И-ИЛИ 2 последнего разряда. Выход разрядного Зк-триггера последнего разряда соединен с первым функциональным входом элемента И-ИЛИ 2 первого разряда, первый функциональный вход каждого элемента И-ИЛИ 2 начиная с второго по гтредпоследний разряд соединен с зыходом разрядного ЗК-триггера 1 предыдущего разряда. Работу трехканального резервированного распределителя импульсов ассмотрим в основном режиме его работы и в режиме контроля (фиг. 3-5). Шина 10 постоянного сигнала совместно с первым элементом НЕ 7 обеспечивает на вторых установочных входах элементов И-ИЛИ 2 всех разрядов постоянную подачу сигналов, соответствующих двоичному коду 10...О, необходимых для записи в разрядные ;)К-триггеры исходного состояния при отсутствии сигнала на шине 9 управления сдвигом, разрещающего работу устройства. Работает распределитель импульсов следующим образом. В исходном состоянии сигналы на шине 9 управления сдвигом, шине 15 блокировки и шине 16 имитации отсутствуют. Сигнал на шине 10 постоянного уровня присутствует как в исходном состоянии до начала работы распределителя импульсов, так и на протяжении всего времени работы распределителя импульсов. На шине 11 синхроимпульсов на протяжении всего времени работы распределителя импульсов и в исходном состоянии присутствуют синхроимпульсы тактовой частоты. При этом, элементы И-ИЛИ 2 закрыты при отсутствии сигнала на шине 9 управления сдвигом по вторым функциональным входам и открыты по их первым установочным входам, причем элемент И-ИЛИ 2 первого разряда на выходе вырабатывает сигнал, так как на втором его установочном входе присутствует сигнал, подаваемый с шины 10 постоянного уровня, а на выходах элементов И-ИЛИ 2 с второго по последний разряды сигналы отсутствуют, так как с выхода первого элемента НЕ 7 на их вторые установочные входы сигнал не подается. По заднему фронту первого синхроимпульса, поступающего с шины 11 синхроимпульсов на тактовые входы разрядных TJK-TpHrrepoB 1, на выходах разрядного ДК-триггера 1 первого разряда устанавливается единичный сигнал, а на выходах разрядных )К-триггеров 1 с второго по последний разряды устанавливаются нулевые сигналы. Далее очередные синхроимпульсы подтверждают это исходное состояние разрядных 7) К-триггеров 1, а соответственно и состояние сигналов на выходе устройства. При пуске трехканального резервированного .распределителя импульсов во всех каналах одновременно в паузе между очередными синхроимпульсами на шине 9 управления сдвигом вырабатывается потенциальный сигнал, который присутствует все время работы распределителя импульсов. При этом,- на вторых функциональных входах элементов И-ИЛИ 2 появляется разрешающий сигнал, а на их первых установочных вхо дах разрешающий сигнал исчезает, поэтому сигнал на выходах каждого элемента И-ИЛИ 2 определяется состоя Нием выхода {эаэрядного tjK-триггера 1 предыдут его разряда. При первом синхроимпульсе, появившемся после возникновения управляющего сигнала на шине 9 управления сдвигом, по его заднему фронту разрядный ЗК-триггёр 1 во втором разряде устанавливается в единичное состояние, а разрядный JK-триггер 1 в первом разряде - в нулевое состояние, а в разрядных CfK-триггерах 1 с третьего по последний разряд подтверждается нулевое со стояние. Сигналы на выходах мажоритарных элементов 3 и соответственно на выходах распределителя импульсов соответствуют сигналам на выходах разрядных ЗК-триггеров, поэтому пос ле установки в единичное состояние разрядного К-триггера 1 в предпоследнем разряде, сигнал с его выхода через мажоритарный элемент 3 предпоследнего разряда, элемент 5 ЗАПРЕТ элемент ИЛИ б поступает на первый функциональный вход элемента И-ИЛИ 2 последнего разряда и при очередном синхроимпульсе разрядный )К-триггер 1 последнего разряда устанавливается в единичное состояние, а при последующем синхроимпульсе единичное состояние переходит в разрядный К-три гер 1 первого разряда. Таким образом сдвиг единичного .состояния разрядных ЗК-триггеров 1 производится по коль цу, а на выходы 4 трехканального ре зервированного распределителя импуль сов выдаются серии импульсов. Контроль исправности элементов трехканального резервированного рас пределителя импульсов при профилак тических проверках происходит в три этапа с выработкой управляющих сигн лов на шинах 15 блокировки и шинах 16 имитации (фиг.4 и 5). Так как отказ (обрыв или коротк замыкание) на любом входном или выходном выводах логических элементов устройства в конечном счете парируется мажоритарными элементамиjстоящими на выходе устройства, то чтобы обеспечить 100% контроль исправност оборудования, необходимо управлять переключением срабатывания схем сов падения в мажоритарных элементах по очередно от сигналов каждого канала с одновременным контролем выходных сигналов на выходах мажоритарных элементов. Причем, если отказешо ос новное оборудование, то эти отказы принципе обнаруживают применением дополнительных схем сравнения, но существуют некоторые типы отказов, которые не обнаруживаются схемами сравнения, а принцип проверки подоб ных отказов в данном устройстве позволяет исключить вышеупомянутые схемы сравнения, которые в общем случае сами могли бы отказывать. В случае, например, внутреннего обрыва на входе одной из схем совпадения в мажоритарном элементе он на выходе 4 выдает правильный сигнал, сформированный по два из трех на других его схемах совпадения. Контроль входного сигнала на входе мажоритарного элемента, по цепи которого произошел обрыв, тоже не обнаруживает данный отказ. Кроме того, экономически не выгодно и конструктивно затруднительно вывести на контроль все входные цепи каждого мажоритарного элемента любого устройства. Поэтому, обнаружить обрыв, произошедший по цепи, связанной с входом 13 мажоритарного элемента 3, на входе схемы совпадения, другой вход которой соединен с входом 12 этого же мажоритарного элемента 3, возможно только при профилактических проверках при условии, если по шине 13 подавать контролируемый сигнал (обозначим его f ), по шине 12 - логическую единицу, а по шине 14 - логический нуль., то на шине 4 мажоритарного элемента 3 значение сигнала f отсутствует, следовательно неисправность обнаружена. При этой же комбинации задания входных сигналов обнаружится отказ типа короткое замыкание по цепи, связанной с входом 12, или отказ типа обрыв по цепи, связанной с входом 14, и произошедшем на схеме совпадения, другой вход которой соединен с входом 12. Для того, чтобы обнаружить все отказы в устройстве, достаточно перебрать только три комбинации управляющих сигналов на шинах.15 и 16. Перебор этих комбинаций производится при профилактических проверках. При профилактических проверках на первом этапе при перезаписи сигнала с разрядного ЗК-триггера 1 последнего разряда в разрядный ;ЗК-триггер первого разряда, что соответствует окончанию сигнала на выходе 4 устройства в последнем разряде, в первом канале сигналы на шине 15 блокировки и шине 16 имитации не вырабатываются. Во втором канале вырабатывается сигнал только на шине 15 блцкировки, блокируя в дальнейшем перезапись сигнала из разрядного tlK-триггера 1 предпоследнего разряда в разрядный 75К-триггер 1 последнего разряда, а в третьем канале вырабатывается сигнал только на шине 16. имитации и, пройдя через элемент ИЛИ 6 на первый функциональный вход элемента И-ИЛИ 2 с последнего разряа, постоянно записывается при очередных синхроимпульсах на шине 11 синхроимпульсов в разрядный ЗК-триггер 1 последнего разряда, откуда сигнал распространяется во все разряды разрядных Зк-триггеров 1 распределителя импульсов. Таким образом в первом канале в разрядныхjc-триг-jepax 1 циркулирует сигнал по кольцу во втором канале сигнал отсутствует во всех разрядах разрядных ЗК-триггеров 1, а в третьем канале все разрядные 3К-триггеры 1 находятся в единичном состоянии. При исправной работе элементов трехканальный резервированный распределитель импульсов функционирует нормально. При отказах на первом этапе обнаруживаются пол ностью отказы всех элементов устройства, кроме мажйритарных элементов 3 в первом канале,отказы приводящие к появлению ложных единичных соа1|ояний разрядных ЗК-триггеров 1 во втором канале и отказы приводящие к отсутствию единичных состояний разрядных ЗК-триггеров 1 в третьем канале. Кроме того на первом этапе обнаруживаются отказы типа обрыв и типа короткого замыкания на входах всех мажоритарных элементов 3, связанных с выходами разрядных 31с-триггеров 1 первого кайала, отказы типа обрыв на всех входах всех мажоритарных элементов 3, связанных с выходами разрядны Зк-триггеров 1 второго канала и отказы типа короткого замыкания на всех входах всех мажоритарных элементов 3, связанных с выходами разрядных 7)К-триггеров 1 третьего канала. При наличии неисправности дальнейшая проверка прекращается. При исправной работе устройства на первом этапе наступает второй этап проверки, при котором по окончании сигнала на выходе 4 устройства в последнем разряде в первом канале сигнал появляется только на шине 16 имитации, во втором канале сигнал на шине 15 блокировки снимается, а в третьем канале сигнал появляется на шине 15 блокировки и снимается с шины 16 имитации. При этом работа устройства происходит аналогично работе на первом этапе проверки, причем роль первого канала переходит ко второму, роль второго канала переходит к третьему, а роль третьего канала переходит к первому. На третьем этапе проверки, который наступает после второго этапа, по окончании сигнала на выходе 4 устройства в последнем разряде в первом канале сигнал с шины 16 имитации снимается, а устанавливается сигнал на шине 15 блокировки, вовтором канале появляется сигнал на шине 16 имитации, а в третьем канале снимается сигнал с шины 15 блокировки. При этом работа устройства происходит аналогично работе на первом этапе проверки, причем роль третьего канала аналогична роли первого канала, роль первого кангша аналогична роли второго канала, а роль второго канала аналогична

роли третьего канала. По окончании третьего этапа проверки при исправном устройстве по окончании сигнала на выходе 4 распределителя в последнем разряде сигналы с шин 15 и 16 снимаются и распределитель переходит в обычный режим работы.

Таким образом, трехканальный резервированный распределитель импульсов работоспособен, как в основном режиме, так и в режиме проверки при

o исправных элементах устройства.

Как показал схемно-технический анализ , предлагаемый трехканальный резервированный распределитель им5пульсов по сравнению с известным, не требует для работы построения блока формирования синхроимпульсов, вырабатывающего две серии синхроимпульсов , сдвинутых друг относительно друга, что упрощает устройство, и,

0 обеспечивая стопроцентную автоматическую проверку всех его элементов, повышает е.о надежность.

5

Формула изобретения

Трехканальный резервированный распределитель импульсов, содержащий в каждом канале по числу разрядов

0 распределителя элементы И-ИЛИ, НЕ, причем выход 7)К-триггера кахчдого разряда распределителя соединен с соответствующими входами мажоритарных элементов, другие входы которых

5 соединены с выходами соответствующих ЗК-триггербв других каналов, а выходы - с выходами распределителя, 6 тличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности распределителя, он содержит в

0 каждом канале элементы ИЛИ и элемент ЗАПРЕТ, прямой вход которого соединен с выходом мажоритарного элемента предпоследнего разряда, инверсный вход - с входом блокировки распреде5лителя, а выход - с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с имитационным входом распределителя, а выход - с перввлм сигнальным входом элемента И-ИЛИ

0 последнего разряда, выход ЗК-триггера последнего разряда соединен с первЕЛМ сигнальным входом элемента И-ИЛИ первого разряда, первый сигнальный, вход каждого элемента И-ИЛИ

5 других разрядов соединен с выходом 3 К-триггера соответствующего предыдущего разряда, тактовые входы tjK-триггеров соединены с шиной синхронизации, а инверсные К-входы и 7)-входы - с выходом элемента И-И1И

0 соответствующего разряда, вторые сигнальные входы элементов И-ИЛИ соединены с шиной управления сдвигом, которая через первый элемент НЕ соединен с первыми установочными входами элементов И-ИЛИ, второй устано-вочный вход элемента И-ИЛИ первого-разряда соединен с входом постоянно го сигнала, соединенного через первый элемент НЕ -с вторыми установочными входами других элементов И-ИЛИ,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 410382, кл. G 06 F 1/04. 1971. 2.Авторское свидетельство СССР 5 №489099,кл.С06 F1/04,1973 (прототип)

Фиг.1

mm.

ЩЖ 11

.

,.1