Резервированный генератор импульсов

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может использоваться в системах цифровой передачи информации, для построения резервированных вычислительных систем, а также высоконадежных систем управления, индикации, передачи информации и датчиков времени.Целью изобретения является повыше- О ние надежности генератора.На фиг, 1 и 2 изображена структурная схема резервированного генератора импульсов; на фиг. 3 - блок определения разности частот (16);.на 15 фиг, 4 - переключатель(13); на фиг. 5 - формирователь одиночного импульса (11)," на фиг. 6 - эпюры временной диаграммы работы блока определения разности частот, 20Резервировайный генератор импульсовсодержит три кварцевых задающих генератора 1-3, три канала резервирования 4-6, каждый из которых содержит первый мажоритарный элемент 7, первый 5 делитель 8 частоты, элемент 9 задержки, триггер 10, первый формирователь 11 одиночного импульса, второй мажори-, тарный (лемент 12, три переключателя 3-15, блоки 16-8 определения разности частот, три сигнальных входа 19-21, второй делитель 22 частоты, дешифратор, 23,.многовходовый ЯЯ-триггер 24 (ле" мент НЕ 25, два элемента И 26, 27, второй формирователь 28 одиночного 35 импульса, коммутатор 29 и выходы устройства ЗО. Выходом 30 устройства является выход мажоритарной выборки любых разрядов делителей 8 частоты, Мажоритарная выборка на фиг, 1 не пока зана. Блок 16 (17, 18) определения разности частот (фиг, 3) содержит два идентичных преобразователя 31, 32 частота-.уровень, каждый из которых содержит четыре диода 33-36, два раз делительных конденсатора 37, 38, элемент НЕ 39, транзистор 40 и-р-и типа, резистор 41 и фильтр 42, Блок определения разности частот содержит также коммутатор 43, (лемент И 44, 50 Э-триггер 45, элемент И 46 и инвертор 47. Переключатель 3 (14, 15) содержит три Э-триггера 48-50, элемент ИЛИ 51 и инвертор 52 (фиг. 4).Формирователь 1 (28) одиночного импульса (фиг. 5 ) содержит три последовательно соединенных инвертора 5355, элемент И-НЕ 56, конденсатор 5 ги резистор 58,Делители 8, 22 частоты реализуются на основе 1 К-триггеров или двоичных счетчиков, коммутаторы 29, 43 имноговходовый НЯ-триггер 24 в ,на (лементах типа И-НЕ. В качестве дешифратора 23 можно использовать элементы типа 533 ИД 7.Генератор работает следующим образом,После включения питания на выходах переключателей 13-15 в каждомканале устанавливается логический"0 ф, На входах дешифратора 23 образуется исходная кодовая комбинация О,О, О. Поскольку выходы дешнфратора 23 реагируют только на кодовые комбинации 1,1,1,или, 1,1,0,или 0,1, 1, томноговходовый ЯЯ-триггер 24 устанавливается в произвольное состояние.Для определенности предположим, чтомноговходовые ВЯ-триггеры 24 первого и второго каналов установились всостояние логической "1", третьего -в состояние "0". Поскольку мажоритарный элемент, 12 работает по принципуголосования 2(3, на второй управляющий вход коммутатора 29 и второйвход элемента И 26 в каждом каналеподается "1", которая разрешает прохождение импульсов генератора 1 черезкоммутатор 29 на вход делителя 8 частоты и на второй Я-вход многовходового НЯ-триггера 24. В результате ВЯтриггер 24 переключается в состояние"1", Импульсы генератора 2 через коммутатор 29 и элемент И 27 не проходят,поскольку блокированы логическим нулем с выхода элемента НЕ 25. Такимобразом, ведущим становится генератор 1.Ко гда делитель 8 частоты перво гоканала насчитывает К импульсов, гдеК - коэффициент деления, на его выхо де образуется "1", которая установиттриггер 10 в состояние "1"Очередным импульсом генератора 1 логическая "1" на выходе делителя частоты сбрасывается и начинается новый цикл деления частоты. Когда делитель 8 частоты второго или третьего каналанасчитывает К импульсов, на выходе мажоритар- ного элемента 7 каждого канала образуется "1", которая запускает формирователь 11 одиночного импульса, вырабатывающий импульс, длительность которого подбирается такой, чтобы однознач5 161767 но установить делитель 8 частоты в исходное состояние. С этого момента времени делители 8 частоты разных каналов работают синхронно. Через некоторое время, определяемое элементом 9 задержки, происходит сброс триггера 10. В последующих циклах деления импульсы формирователя 11 одиночного импульса лишь подтверждают текущее 1 О состояние делителя 8 частоты.Пусть частоты генераторов 1-3 равны соответственног о - а 153где Го - номинал частоты;333,отклонение от номинальногозначения частот генераторов1, 2 и 3 соответственно. Импульсы генераторов 1-3 через сигнальные входы 19, 20 и 21 соответственно каждого канала поступают на соответствунзцие блоки 16-18 определения разности частот, на входах которых формируются импульсы разностных частот;. 46устанавливается 0, который по первому управляющему входу коммутатора 43 блокирует прохождение импульсов генератора 1. Аналогично работает преобразователь 32 частота-уровень, на вход которого через второй вход блока 16 определения разности частот поступают импульсы генератора 2. Таким образом, на выходе коммутатора 43 устанавливается "0", на выходе инвертора 47 - логическая "1", которая поступает на первый вход элемента И 46 и открывает его. На выходе элемента ИЛИ 44 устанавливается "0", который не препятствует работе 1)-триггера 45 по входам 1:) и С, За одни период им" пульсов генератора 1 фазовый дрейф импульсов генератора 2 относительно импульсов генератора 1 составляет(эпюры 1 и 2 на фиг, 5). Следовательно,чтобы выделить один период разностной частоты (эпюра 45 на иг. 5), не" обходимо обеспечить дрейф укаэанных импульсов на величину30 Таким образом, получается пропорция35=Г(/Б,р ( Э40где Б - коэффициент деления делителя22 частоты.Рассмотрим принцип выделения разностной частоты на работе блока 16определения разности частот. Другиеблоки определения разности частот работают аналогично, Импульсы генератора 1 через первый вход блока 16 определения разности частот попадают навход преобразователя 31 частота-уровень и поступают на двухполупериод-,ный выпрямитель, состоящий из четырехдиодов 33-36, двух разделительныхконденсаторов 37, 38 и элемента НЕ 39,Выпрямленное напряжение поступает нафильтр 42 ипосле фильтрации подаетсяна базу трайзнстора 40. При этом наколлекторе транзистора 40 и на выхода преобразователя 31 частота-уровень.причем знак минуса берется в том случае, если члены 0 и о, имеют одинаковые знаки, плюса - если разные. Та ким образом, на выход блока 16 определения разности частот через открытый .элемент И 46 проходят импульсы разностной частоты, которые через второй вход переключателя 13 поступают на входы С Э-триггеров 48 и 49. На входы Н этих триггеров через первый вход ,переключателя 13 поступают импульсы эталонной .разностной частотыГ =Г/М=Г (1+ о,)/Б,Д; =,-Г = Ф +3,)1гз=г з -о(з-+ г)=,-,=, (3, +3,).Одновременно импульсы генератора 1 поступают на вход делителя 22 частоты, на выходе которого формируются импульсы эталонной разностной частоиз которой . следует выражение для разностной частотыЬ=,(1 Ю)(3, 1,)/( 1,).Если допустить, что 1,.8 гСС (а для задающих кварцевых генераторов это правомерно), то получается упрощенное выражение для.ДГ 12,а- о( а- )фКоэффициент деления Б подбирается так, чтобы в исходном состоянии выполнялось условие ,11 ( Ераметого, чтобы член 3, в Формуле дляГ не оказывал существенного влияния на точность сравнения Г с ДГ необходимо выполнить условие 3, /Б 3,При выполнении условия ГДГ 1 Э- триггеры 48 и 49 периодически изменя- О ют свое состояние, а 0-триггер 50 устойчива находится в нулевом состоянии, поскольку "1" на его входе Р дер. жится меньше периода импульсов, поступающих на вход С. Переключатели 14 и 15 работают аналогично, Таким образом, в исходном состоянии на входах дешифратора 23 каждого канала образуется кодовая комбинация О, О, О, на выходах - кодовая комбинация 1, 1, 1, 20При увеличении о 1 например из-за отказа системы термостатирования генератора 1) увеличиваются разностные частоты ДГ, и ЬГ, ЕСли О, превышает некоторую величину 8 С, Э-тригге ры 50 переключателей 3 и 14 в каждомканале переключаются в состояние "1" и находятся в нем па крайней мере один период разностнай частоты, В течение этого времени на входах де шифратора 23 в каждом канале сохраняется кодовая комбинация 1,1,О.При этом на первом выходе дешифратора 23 образуется логический "О", который поступает на первый В-вход многовходового ВБ-триггера 24 и в момент времени, когда на выходе фор" мирователя 28 одиночного импульса образуется "1", переключает его в нулевое состояние, На выходе мажоритар ного элемента 12 образуется "О", на выходе элемента НЕ 25 - логическая "1", которая разрешает прохождение импульсов генератора 2 через коммутатор 29 на вход делителя 8 частоты и - через открытый элемент И 27 - на гретий Б-вход многавходоваго ВБ-триг" гера 24, Импульсы генератора 1 через коммутатор 29 и элемент И 27 не проходят, поскольку блокированы "0" с выО хода мажоритарного элемента 12 Таким образом, ведущим становится генератор 2, который определяет работу каналов.При увеличении 8 г увеличиваются, разнастные частоты Д 1 и ЬГ, Есипревышает некотурую величинуна входах дешифратара 23 в каждом канале устанавливается кодовая комбинация О, 1, 1 таким же образоМ,как и кодовая комбинаций 1, 1, О, Натретьем выходе дешифратора 23 образуется "0", который поступает на первыйБ-вхад мнаговходаваго ВБ-триггера 24и переключает его в состояние "1".При этом, если ведущим был генератор2, происходит переключение каналовна генератор 1,При полном отказе генератора 1 импульсы на первый вкад блока 16 и второй вход блока 17 не поступают. Черезвремя С, определяемое постояннойвремени фильтра 42, на выходе преобразователя 31 частота-уровень блока1 б определения разности частот образуется , которая через элемент ИЛИ44 переводит 1)-триггер 45 в состояние"1" и по первому управляющему входуоткрывает коммутатор 43. В результате на выход блока 16 определения разности частот поступают импульсы генератора 2. В блоке 17 определения разности частот "1" образуется на выходе преобразователя 32 частота-уровень,и, следовательно, на выход блока 17также поступают импульсы генератора2. Импульсы генераторана вход делителя 22 частоты не поступают, поэтомуна его выходе устанавливается "О" или"1". Таким образом, на первые входыпереключателей 13-14 импульсы не поступают, а на вторые входы продолжают поступать. При этом на переключатели 13, 14 поступают импульсы генератора 2, а на переключатель 15 - импульсы разнастной частоты ДГ . В результате на выходах переключателей 1315 в каждом канале через время, лежащее в интервале от 1/Д до 2/Дустановится кодовая комбинация 1, 1,1, На втором выходе дешифратора 23образуется "0", который переключаетВБ-триггер 24 в нулевое состояние,Если ведущим был генератор 1, происходит переключение каналов на генератор 2. При этом, если 1/ДГ ) С,происходит разовое синхронное удлинение периода выходных импульсов устройства на величину 1/Ьг 6 з2/ЬгъПри полном отказе генератора 2 на вторые входы переключателей 14 и 15 в каждом канале через время Ср поступят импульсы генератора 1. Поскольку частота этих импульсов значительно больше эталонной разности частотына входах дешифратора 23 в каждом канале устанавливается кодовая комбинация О, 1, 1. При этом на третьем вы 5 ходе дешифратора 23 образуется "О",который переключает многовходовый ВЯ- триггер 24 в состояние "1", Если ведущим был генератор 2, происходит переключение каналов на генератор 1 с 10 разовым синхронным удлинением выходных импульсов устройства на - С,Генератор 3 необходимдля того, чтобы выявить отклонение частоты генераторы 1 или генератора 2. Отказы на 15 работу устройства не влияют, поэтому не рассматриваются.При переключении каналов, например, с генер атор а 1 на генер атор 2 возможна разовая расфаэировка делите лей 8 частоты разных каналов на 1/Г6 вследствие того, что момент включения генератора 2 не привязан к временной диаграмме делителя 8 частоты, Для устранения расфазировкн 1/1 делитель 8 частоты должен строиться на 1базе асинхронного счетчика. Чтобы указанная расфазировка не влияла на работу последующих каскадов, одноименные разряды делителей 8 частоты 30 разных каналов (кроме первых) должны проходить через мажоритарную выборкуе3При одной возможной: неисправности в любом из каналов два других за 35 счет мажоритарных элементов всегда работают синхронно.Таким образом, изобретение позволяет организовать синхронную работу 40 , по .крайней мере двух канапов при одной возможнойнеисправности в третьем, включая параметрические отказы генераторов 1 и 2.45Формула из обр ет ения Резервированный генератор импульсов, содержащий три кварцевых задающих генератора и в каждом из трех ка налов - первый делитель частоты, элемент задержки, первый формирователь одиночного импульса, триггер и первый и второй мажоритарные элементы, входы первого мажоритарного элемента соеди нены с соответствующими входами первых мажоритарных элементов других ка" налов, прямой выход триггера соединен с первым входом первого мажоритарного элемента, установочный вход - с выходом первого делителя частоты, вход сброса - с выходом элемента задержки, вход которого соединен с установочЪм входом первого делителя частоты, вход первого формирователя одиночного импульса соединен с выходом первого мажоритарного элемента, выход - с входом элемента задержки, входы второго мажоритарного элемента соединены с соответствующими входами вторых мажоритарных элементов других каналов о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности резервируемого генератора импульсов, в каждый иэ трех каналов введены три переключателя, три блока определения разности частоты, второй делитель частоты, дешифратор, многовходовый ВЯ-триггер, элемент НЕ, два элемента И, второй формирователь одиночного импульса и коммутатор, вход второго делителя частоты соединен с первым входом первого и вторым входом второго блоков определения разности частот, выходом перво го кв арцево го з адающе го генератор а и первыми сигнальными входами других каналов, выход второго делителя частоты соединен с первыми информационными входами переключателей, вторые информационные входы которых соединены с выходами соответствующих блоков определения разности частот, входы дешифраторов соединены с выходами переключателей, первый и второй В-входы многовходового ВЯ-триггера соединены соответственно с первым и вторым выходами дешифратора, третий выходкоторо-.го соединен с первым Я-входом многовходового ВЯ-триггера, прямой выход которого соединен с первым входом второго мажоритарного элемента, выход коммутатора соединен с первым информационным входом первого делителя частоты, первый информационный вход коммутатора " с выходом первого кварцевого задающего генератора и первым входом первого элемента И, выход которого соединен с вторым Я-входом многовходового ЗЯ-триггера, третий В-вход которого соединен с выходом второго формирователя одиночного им" пульса, вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого соединен с первым и вторым входами соответственно второго и третьего блоков определения разности частот, выходом второго кварцевогоадающего генератора, вторымн сигнальми входами других каналов и вторым тактовым входом коммутатора, первый управляющий вход которого соединен с вторым входом второго элемента И и вы" ходом элемента НЕ, вход которого соединен с выходом второго мажоритарного Элемента, вторым управляющим входом,коммутатора и вторым входом первогоэлемента И, первый и второй входы соответственно третьего и первого блоков определения разности частот соединены с выходом третьего кварцевого за- .дающего генератора и третьими сигнальными входами других каналов.1617674едактор А.Мак а Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Уагород, ул. Гагарина, 1 ОЗакВНИИП 4131Государственного113035,Составитель Н,Сошин Техред Л.Олийнык КорректорА,Осауле Тирак 672 Подписноеомитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС осква, Ж, Раушская наб д. 4/5