Устройство для ввода дискретных сигналов

(21 (22 дываемых назначенных длов в систему(71 ким процессом.тся повышение ики Чеобъебокс дине (72) (53) (56) А Ф 13(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИГНАЛОВ(57) Изобретение отн ной технике и может но в устройствах, об образование нескольк кретных сигналов, а ВОДА ДИСКРЕТНЫХ сится к импуль ытьспе ользова ваю пре-,ис в ых акже давление ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 8. Бюл.У 39ци ьное конструкторское бстем промышленной автоматрского производственногоия "Электроприбор"Л,А.Иванов и А,А. Александров62 1.373 (088.8)Авторское свидетельство СССР07552, кл. Н 03 К 5/00, 1984.торское свидетельство СССР1002, кл. Н 03 К 5/00, 1985. импульсных помех, накл входные сигналы, предн ввода дискретных сигна управления технологиче Целью изобретения явля крутизны фронтов выходных сигналов и увеличение надежности работы устройства. Устройство содержит первую вторую 2 и общую 3 шины питания, ка - налы 4. 14.п преобразования сигналов, каждый из которых содержит резистор 5, информационный вход б, стабилитрон 8, ограничитель 9 напряжения, интегрирующий фильтр 10, датчик 11 логических сигналов, инвертор 12, ключ 13, логический элемент 14, ре - зисторы. Устройство может быть использовано в различных системах управления технологическими процессами, особенно выполненных в основном на КМДП элементной базе. 1 ил, гуаейИзобретение относится к импульснойтехкике, в частности к устройствам,обеспечивающим преобразование нескольких входных дискретньг: сигналов н нормированные по уровню соответствующиевыходные логические сигналы напряжекия постоянного тока с крутыми фронтами, а также подавление импульсныхпомех, накладываемых на входные сигналы, предназначенным для ввода дискретных сигналов в систему управлениятехнологическим процессом.Цель изобретения - повышение крутизны фронтов выходных сигналов иувеличение надежности работы устройства,На чертеже изображена электрическая блок-схема устройства,Устройство для ввода дискретных 2 О,сигналов содержит первую, вторую иобщую шины 1-3 питакия, и каналов4.1-4.и преобразования сигналов, каждый из которых содержит первый резистор 5, подключенный первым выводом к 25информационному входу б канала, второйрезистор 7, первым выводом соединенный с общей шиной 3, а вторым - с анодом стабилитрока 8, последовательносоединенные ограничитель 9 напряжения и интегрирующий фильтр 10, задатчик 11 логических сигналов, инвертор12, ключ 13, первый вывод которогосоединен свторой шиной 2 питания,каждый канал преобразования сигналовсодержит также логический элементИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, третий, четвертый и пятый резисторы 15-17, а ключвыполнен на КМДП-транзисторе исток,затвор и сток которого являются соответственно первым, вторым и третьимвыводами ключа, второй вывод первогорезистора 5 подключен к первой шине 1питания, катод стабилитрона 8 - к информационному входу б соответствующего канала 4.1-4.и, анод - к входуограничителя 9 напряжения, выход интегрирующего фильтра 10 через последовательно соединенные третий резистор 15 и инвертор 12 соединен с вторым выводом ключа 13, третий выводкоторого через четвертый резистор 1 бсоединен с входом инвертора 12, черезпятый резистор 17 - с общей шиной 3питания и подключен к первому входу.логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ14, второй вход которого соединен сзацатчиком 11 .погических сигналов, авыход подключен к шине 18 выхода канала 4,1-4.,и преобразования сигналов,клеммы питания логического элементаИСКЛОЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и иквертора 12 соединены с второй и общей шинами 2 и 3питания.Рассмотрим работу одного канала 4,в котором ка выходе задатчика 11 установлен логический уровень "О", считая, что к входу б этого канала подключен датчик с контактным выходом(т,е,. сигнализирующим контактом).Если сигнализирующий контакт замкнут в течение интервала времени, который во много раз больше постояннойвремени интегрирующего фильтра 10,а амплитуда помех, наводимых на соответствующую линии связи, не превышаетнапряжения зекеровского пробоя стабилитрона 8, то напряжения на входах ивыходах ограничителя 9 напряжения иинегрирующего фильтра 10, а также навходе инвертора 12 практически равнынулю, В этом случае выходной сигналинвертора 12, имеющий уровень " 1",обеспечивает закрытое состояние ключа ,3, т.е, ключ 13 разомкнут, приэтом сигнал на первом входе элементаИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 равен "0", а таккак на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 с.задатчика 11 поступаетуровень "0", то на шине 18 выхода канала имеет место уровень "0". В рассматриваемом случае сквозные токи через инветор 12 и логический элемент14 отсутствуют,При размыкании сигкализирующегоконтакта на информационном входе бканала к стабилитрону 8 через резисторы5 и 7 прикладывается напряжение, равное Е 1, поэтому возникает зенеровский пробой стабилитрона 8, после это -го напряжение прикладывается к входуограничителя 9 напряжения, на выходекоторого устанавливается напряжение,приблизительно равное Е. Это напряжение подается на интегрирующий фильтр10, выходное напряжение которого ивходное напряжение ключа 13 начинаютувеличиваться. При входе последнегонапряжения снизу в активную областьхарактеристики переключения ключа 13,расположенную для КИДП-ключа вблизизначения 0,5 Е, выходное напряжение иквертора 12 начинает уменьшаться, а ключ 13 открываться. Во зникновение тока через ключ 13 крив пят кувеличению падения напряжения на резисторе 17, что вызывя:.т цоио,нитель 314327 ное увеличение напряжения на входе управления ключа 13, из-за передачи части напряжения с резистора 17 через резистор 16, это приводит к еще боль 5 шему 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 "0", до значения, соответст - вующего логическому уровню 1 для 15 этого входа. Так как элемент 14 при логическом уровне "0" 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 "К в "1. Если разомкнутое состояние внешнего сигнализирующего контакта далее сохраняется, то напряжения на выходе фильтра 10, на входе управле ния ключа 13 и на первом входе инвертора 12 достигают значений, близких к ЕПри последующем замыкании внешнего сигнализирующего контакта напряжение на входе 6 становится близким к нулю и конденсатор фильтра 10 начинает разряжаться током, идущим в основном че 1 рез резисторы фильтра 10 и ограничителя 9 и далее через резистор 7 и сое 35 диненные последовательно прямой переход стабилитрона 8 и замкнутый сигнализирующий контакт, на шину 3, вследствие чего начинает уменьшаться напряжение на входе упра.вления ключа 13, причем сначала, пока ключ 13 остается открытым, прямо пропорционально изменению напряжения на конденсаторе фильтра 10. При входе последнего напряжения сверху в активную область45 характеристики переключения ключа 13, т.е. при приближении этого напряжения к значению 0,5 Е , выхоцное 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 большему закрытию ключа 13, в резуль тате скорости уменьшения указанных напряжений лавинообразно возрастают (по абсолютной величине), вследствие 45Лчего процесс закрывания ключа 13 звершается скачкообразно, При этомнапряжение на первом входе элемента14 скачком изменяется от значения,соответствующего логическому уровню"1", до значения, соответствующегологическому уровню "0", для этоговхода, при этом логический сигнал нашине 18 выхода канала скачком изменяется из "1" в "О". Если замкнутоесостояние внешнего сигнализирующегоконтакта далее сохраняется, то напряжения на выходе фильтра 10, на входеуправления 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 амплитудой менее напряжения зенеровского пробоя стабилитрона 8 при любых длительностях не проходят через сталибитрон8, следовательно, не вызывают ложныхизменений сигнала на шине 18 выхода.Действие узких положительных импульсов помех с большей амплитудой, которые проходят через стабилитрон 8, знаlчительно ослабляется вследствие ихограничения ограничителем 9 на уровне, близком к Е , и последующегоподавления интегрирующим фильтром 10.Отрицательные импульсы помех практически с любой амплитудой, проходячерез стабилитрон 8 в прямом направлении, ограничиваются в ограничителе9 его стабилитроном на отрицательномуровне напряжения насыщения прямогодиодного перехода этого стабилитронаи также не вызывают возникновенияложных изменений выходного сигнала канала 4,При разомкнутом сигнализирующем контакте положительные импульсы помех практически с любой амплитудой и 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 значительно ослабляются фильтром 10.Путем выбора достаточно большей величины постоянной времени 7 фильт 1432145ра 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", то работа рассматриваемого канала 4.1 аналогична описанной с той разницей,что 5 скачкообразные изменения входных сигналов логического элемента 14 вызы - вают инверсные скачкообразные изменения выходных сигналов этого элемента и, следовательно, на шине 18 выхо- д да канала.Положительная обратная связь между выходом и входом управления ключа 13, осуществляемая через резистор 16, обеспечивает не только скачкообраз." 25 ное изменение сигнала на первом входе элемента 14 и, следовательно, на шине 18 выхода канала, но и повышение помехозащищенности канала по входу,так как небольшие колебания напря жения на выходе фильтра 10, происходящие при интегрировании фильтром 10 помех, действующих во время описанных переходных процессов, вызываемых изменениями полезного информационного35 дискретного входного сигнала канала 4,1, не приводят к ложным переключениям ключа 13 и изменениям выходного сигнала канала 4.1, если указанные колебания напряжения на выходе фильт- лб ра 10 меньше величины Е , умноженной на отношение сопротивления резистора 15 к сопротивлению резистора 16.С другой стороны, положительная обратная связь в несколько раз умень 1, -4,э шает мощность, рассеиваемую в КМДП- структуре ключа 13 при каждом его переключении, за счет ускорения процессов переключения ключа 13 по срав - нению с мощностью, которая выделялась бы в ключе 13 без указанной положительной обратной связи. Скачкообразное изменение сигнала на первом входе элемента 14 обеспечивает практически нулевую мощность, рассеиваемую55 за счет протекания сквозного тока че-рез Ю"ДП-структуру элемента 14 при его переключениях, тогда как в извес",- ном устройстве при применении в нем Щ 1 И 1 - ключей и логических элементовпри их переключениях выделяются значительно большие мощности из-за более медленных переключений, Уменьшение рассеиваемых 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 выходных сигналов и обладает большей надежностью, чем известное устройство, при применении в нем КМДП-элементов.Предлагаемое устройство может найти широкое применение в различных системах управления технологическими процессами, особенно выполненных в основном на КМДП-элементной базе. Ф о р м у л а изобретенияУстройство для ввода дискретных сигналов, содержащее первую, вторую и общую шины питания, и каналов преобразования сигналов, каждый из кото. - рых содержИт первый резистор,. подключенный первы; выводом к информационному входу канала, второй резистор, первым выводом соединенный с общей шиной, а вторым - с анодом стабилитрона, последовательно соединенные ограничитель напряжения и интегрируюШий фильтр, задатчик логических сигналов, инвертор, ключ, первый вывод которого соединен с второй шиной питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения крутизныфронтов выходных сигналов и увеличения надежности работы устройства, в каждый канал преобразования сигналов вве - дены логический элемент ИСКЛ 10 ЧАЮЩЕЕ ИЗИ, третий, четвертый и пятый резисторы, а ключ выполнен на КМДП-транзисторе, исток, затвор и сток которого являются соотьетственно первым, вторым и третьим выводами ключа, вто, - рой вывод первого резистора подключен к первой шине питания, катод стабилитронц - к информационному входу соот- ветствуюшего канала, анод - к входу ограничителя напряжения, выход интегрирующего фильтра через последовательно соединенные третий резистор и инвертор соединен с вторым выводом ключа, третий вывод которого через2745 Составитель В.ЧижиковТехред М.ДидыкКорректор О.Кравцова Редактор О,Юрковецкая Тираж 929 Подписное Заказ 5462/53 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4(5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 7 143 четвертый резистор соединен с входом инвертора, через пятый резистор - с общей виной питания и подключен к первому входу логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с эадатчиком логических сигналон, а выход подключен х инне выхоца канала преобразования снгналон, а первый и второй выводы питания логического элемента ИСКЛЮЧАЮПГЕ ИЛИ и 5инвертора соединены соответственно с второй и общей винами питания.