Способ получения комбинационных логических схем с безопасным отказом

Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет Н 03 К 19/22 Государственный комитет СССР яо делам изобретений и открмтий(72) Авторы изобретения Ю.Н. добряков и В.К. Свещииков-д к 111 зйгнади зации Конструкторское бюро Главного управлени и связи Министерства путей сообще(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМБИНАЦИОННЫХ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ С БЕЗОПАСНЬЯ ОТКАЗОМИзобретение относится к электронике и может быть использовано на же-. лезнодорожном транспорте, где необнаруженный сбой в работе логических устройств может привести к непоправимым.последствиям.Известен способ получения логических схем с безопасным отказом, основанный на использовании безопасных элементов И, ИЛИ, НЕ 1)."Недостатком известного способа является наличие в предложенных схемах большого количества трансформаторов, изготовление которых в интегральном исполнении не освоено, что резко сни" 15 жает перспективу их массового произ-водства.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ получения схем с безопасным отказом, 20 заключающийся в том, что каждую логическую функцию выполняют одновременно элементами двух каналов перебтраиваемой логики, перестройку которых с положительной на отрицательную и обратно выполняют с помощью специальных опорных последовательностей. Сигналы на выходах соответствующих элементов каналов контролируют на соответствие и Формируют опорные и ло гическне последовательности, которые в случае обнаружения несоответствия, в работе логических схем каналов, прерывают 2.Если входные последовательности логического элемента, выполненного на основе мажоритарного элемента,совпадают с опорной последовательностью, возможные обрывы внутри мажоритарного элемента не могут быть обнаружены . схемой контроля, хотя способны привести к опасной ситуации. Логика мажоритарного элемента может быть описана функцией У = Хт ХЧ х х Х 4 ХЧ ХХ 9. В случае, если все последовательности Х, Хд, Хидентичны, возможен обрыв двух входов схемы ИЛИ, который приведет к выполнению функции У = Х Х и после этого сигналы на выходе мажоритарного элемента не изменяют своей Формы. ПОследующий обрыв входа Х мажоритарного элемента также не будет зафиксирован.Если аналогичные обрывы произвести во втором канале, то и они не будут замечены. Полученная ситуация опасна, хотя и не обнаруживаема.Цель изобретения - исключение не" обнаруживаемых отказов.5=1-5=3 сравнения и блок б контроля.Выходы 1=1 и 1=2 (фиг. 1) соединены со входами элементов И 2=1 и 3=1, выход 1=3 соединен с первыми входами элементов ИЛИ 2=2 и 3=2,вторые входы которых соединены соответственно с выходами элементов И 2=1 и 3=1, выход 1=4 соединен с первыми входами элементов И 2=3 и 3=3,вторые входы которых соединены соответственно с выходами элементов ИЛИ 2=2 и 3=2, первые входы элементов 5=1- 5=3 сравнения соединены соответственно с выходами элементов И 2=1, ИЛИ 2=2 и И 2=3, вторые входы элементов 5=1-5=3 сравнения соединены соответственно с выходами элементов 60 Для достижения поставленной целив способе получения комбинационныхлогических схем с безопасным отказом,заключающемся в том, что каждую логи" ческую Функцию выполняют одновременнов двух каналах логики, соответствие работы которых покаскадно контролируют, формируют опорные и логические последовательности, которые в случае обнаружения несоответствия в работе каналов логики, прерывают, для каждого входа логического элемента, входяще- о го в состав комбинационной логической схемы, Формируют последовательность, состоящую не менее, чем из о+2 временных интервалов (где о максимальное количество входов логи ческого элемента, входящего в состав комбинационной логической схемы), в первом из которых, определяющим подают сигнал, соответствующий значению аргумента функции, выполняемой ком О бинационной логической схемой, затем подают хотя бы в одном из и+1 оставваихся временных интервалов контрольный сигнал, беспрепятственно проходящий к выходу логического элемента и не совпадающий хотя бы в одном временном интервале с контрольными сигналами других входов комбинацион .ной логической схемы, исключают хотя бы в одном из и+1 временных интервалов появление на входах логического элемента контрольных сигналов и определяют результат выполнения логической Функции по значению выходных сигналов в определяющем временном интервале на выходах двух каналов З 5 логики,оНа Фиг. 1 показана комбинационная логическая схема, реализующая функцию ( ХХ 2 + Х )Х 4, на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства. 4 ОЛогическая схема включает блок 1 формирования входных последовательностей., выходы 1=1-1=4 блока 1 формирования входных последовательностей, каналы 2 и 3 логики, элементы 2=1-2=3 соответственно И, ИЛИ и И канала 2 логики, элементы 3=1-3=3 соответственно И, ИЛИ и И канала 3логики, элементы НЕ 4=1-4=3, элементы НЕ 4=1-4=3, входы которых соединены соответственно с выходами элементов И 3=1, ИЛИ 3=2 и И 3=3, третьи входы элементов 5=1-5=3 сравнения соедине-ны соответственно с выходами блока б контроля и элементов 5=1 и 5=2сравнения, выход элемента 5=3 сравнения соединен со входом блока б контроля, выход которого соединен со входом блока 1 Формирования входных последовательностей.Напряжение на выходах 1=1-1=4 блока 1 изображено диаграммами 7-10,соответственно (фиг, 2), на выхода элементов 2=1-2=3 (или на выходах элементов 3=1-3=3) - диаграммами 11-13, на выходе блока б контроля - диаграммой 14.5В двух каналах 2 и 3 логики с помощью элементов 2=1-2=3 и 3=1-3=3 соответственно, реализуют искомую функцию. С помощью элементов 5=1- 5=3 сравнения и блока б контролируют факт совпадения сигналов на выходах соответствующих логических элементов каналов, для чего с помощью блока б контроля анализируют факт прохождения к его входу сигнала, сформированного на выходе. В случае, если сигнал с выхода блока б контроля приходит к его входу, считают, что сигналы на выходах соответствующих логических элементов каналов совпадают, и на выходе блока б Формируют очередной контролирующий сигнал, фПод влиянием сигналов с выхода блока б контроля на выходах 1=1- 1=4 блока 1 формируют для каждого канала 2 и 3 логики входные последовательности, соответствующие аргументам реализуемой функции, сос" тоящие не менее, чем из и+2 временныя интервалов (в нашем случае и максимальное количество входов логического элемента канала, равно двум, и количество временных интервалов выбраноравным 4). Для случая, когда на выходах 1=1- 1=4 присутствует код 1011, характер последовательности изображен на фиг. 2 (диаграммы 7-10), Последовательности формируют таким образом, чтобы в определяющем временном интертервале Т сигнал соответствовал значению аргумента функции, а хотя бы в одном из последующих временных интервалов подают контрольный сигнал способный,беспрепятственно пройти к выходу соединенного с ним логического элемента. Например, выходы 1=1 и 1=2 блока 1 соединены со входами .элемента И 21, поэтому в седьмой последовательности во временном интервале т , а в восьмой последовательности в интервале Т формируют сигнал "Оф, способный беспрепятственно проследовать через элемент И 2=1.892731 Формула изобретения Контрольный сигнал в интервале Т для седьмой последовательности формируют не совпадающим с контрольным сигналом Т восьмой последовательности, В интервале Т 4 для седьмой и восьмой последовательностей обеспечи" вают отсутствие контрольного сигнала "О"На выходе элемента И 2=1 получают 11-ю последовательность, которая является входной для элемента ИЛИ 2=2, так как в определяющем интервале Т сигнал на ее выходе соответствует функции ХХд, а в контрольное время в интервале Т 4 сформирован сигнал "1", который способен беспрепятственно проходить через элементы ИЛИ 2=2, 3=2. Поскольку на выходе 1=3 блока 1 формируют контрольный сигнал "1" в интервале Т, ТТ а в интервале Т в 11-й и девятой последовательностях обеспечивают отсутствие контроль ных сигналов "1", такие последовательности можно подавать на входы элементов ИЛИ 2=2, 3-"-2. На выходах элементов ИЛИ 2=2, 3=2 25 получают 12-ю последовательность,которая совместно с 10-й последовательностью на выходе 1=4 блока 1 может подаваться на входы элементовИ 2=3, 3=3, на выходе которых получа- ЗО ют 13-ю последовательность, характеризующуюся тем,что в интерйале Тзна-. чение сигнала на выходе соответствует реализуемой функции.Учитывая, что сигналы на выходах 1=1-1=4 блока 1 в оба канала поступают синхронно и синфазно,при нормальной работе сигналы на выходах соответствующих логических элементов каналов также появляются синхронно и синфазно. С 40 помощью элементов 5=1-5=3 сравнения и блока 6 контроля постоянно фиксируют совпадение сигналов на выходах соответствующих логических элементов каналов и формируют очередные контро бщрующие сигналы, Нарушение в работе одного из каналов, вызванное обрывом проводов или пробоем логических элементов, неизбежно приводит либо к исчезновению контрольного сигнала на выходе логического элемента, либо к появлению сигнала, соответствующего контрольному, в интервалах времени,в которых контрольные сигналы появлятьбя не должны. Например, обРЫв выхода 1=2 блока 1, соединенного с каналом 2, приводит к тому, что в интервале Т на выходе. элемента И 2=1 вместо сигнала "Оф появляется сигнал "1 ф. Так как в канале 2 аналогичная неисправность не произошла, с бО помощью элемента 5=1 сравнения фиксируют несовпадение н с помощью блока б прекращают формирование очередных контролирующих сигналов. С помощью блока 1 прекращают поступление после довательностей на его выходах, фиксируют сбой, Если в результате авариина выходе 1=2, соединенном с каналом 2, появляется постоянный сигнал"О", с помощью элемента 5=1 фиксируют несовпадение сигналов на выходахэлементов И 2=1, 3=1 в интврвале Т,и переводят устройство в аварийноесостояние. При нормальной работеустройства результат выполнения логической операции определяют по значению выходных сигналов элементовИ 2=3, 3=3 в определяющем временноминтервале Т,. Предлагаемый способ получения схемы безопасной логики позволяет во многих случаях при проектировании схем железнодорожной автоматики отказаться от использования громоздких уникальных реле первого класса и заменить их интегральными мик-, росхемами. Способ получения комбинационных логических схем с безопасным отказом, заключающийся в том, что каждую логическую функцию выполняют одновременно в двух каналах логики, соответствие работы которых покаскадно контролируют формируют опорные и логические последовательности, которые в случае обнаружения несоответствия в работе каналов логики, прерывают, о т л и ч а ю щ и й с я тем,.что, с целью исключения необнаружи ваемых отказов, для каждого входа логического элемента, входящего в состав комбинационной логической схемы, формируют последовательность, состоящую не менее, чем из и+2 временных интервалов (где о - максимальное количество входов логического элемента, входящего в состав комбинационной логической схемы), в пер" вом из которых, определяющим подают сигнал, соответствующий значению аргумента функции, выполняемой комбинационной логической схемой, затем подают хотя бы в одном из и+1 оставшихся временных интервалов контрольный сигнал, беспрепятственно проходящий к выходу логического элемента и не совпадающий хотя бы в одном временном интервале с контрольными сигналами других входов комбинационной логической схбмы, исключают хотя бы в одном из и+1, временных интервалов появление на входах логического элемента контрольных сигналов и определяют результат выполнения,логической функции по значению выходных сигналов в определяющем временном ин" тервале на выходах двух каналов ло- гики.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Модульная система с безопаснымотказом. Экспресс инФормация ВИНИТИОП АСУП. М., 1979, У 24, с, 16-26. 2, Дж.Лохмани. "ЧР 11", Электрон"ная логика с безопасным отказом всистемах железнодорожной сигнализации.Ргосцдпав оГ Ра 1 иау ндпа), Перевод72/77, 1974-75, с.133-146 (прототип).892731 Составитель Ранотор Н,Волкова . Техред Т. Маточка ректор А.Ферен Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная акаэ 11284/86 Тираж 991 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Ра