Декодеры сигналов логических переменных

В традиционных дискретных устройствах положительной логики логический «0» представляется низким (нулевым), а логическая «1» – высоким устойчивым потенциалом. Преимущества такого представления логических сигналов: четкость физических процессов, естественность работы схемы, простота алгоритма обработки информации и экономичность технических решений.

Чтобы отличить нормальное функционирование устройства от его работы в момент отказа и зафиксировать отказ, необходимо ввести признак отказа, который соответствует не традиционно принятым низкому и высокому потенциалам, а другим видам сигнала. Для этих целей вводят кодирование сигналов логических переменных и кодированную обработку информации.

Рассмотрим кодирование входных сигналов на примере ЛЭ, который включает лампу зеленого света (рисунок 3.1, а).

На входы ЛЭ поступают некодированные сигналы Х1 и Х2. Лампа загорается, если Х1 =1 и Х2 =1. Но лампа горит и при неисправности «пробой эмиттер-коллектор» транзистора, что соответствует опасному отказу.

Использование простейшего однофазного кодирования, при котором логическая «1» представляется импульсами постоянного тока, а логический «0» – устойчивым сигналом, позволяет преобразовать этот отказ из опасного в защитный (рисунок 3.1, б). Лампа горит при наличии импульсных сигналов 1 на входах Х1 и Х2. Устойчивый сигнал на входе (0 или 1) приводит к тому, что лампа гаснет. Лампа гаснет также при обрыве и коротком замыкании цепи «эмиттер-коллектор» транзистора.

При необходимости можно перейти к парафазному кодированию, при котором для представления значения логической переменной выделяются две фазы (пространственная и временнáя). Сигнал Х передается с помощью единичной и нулевой фаз, т. е. . Сигнал логического «0» кодируется в этом случае как «01», а сигнал логической «1» – «10». Остальные сигналы – «00» или «11» – соответствуют защитному состоянию.

В схемах ЛЭ с кодированными логическими переменными применяют входные преобразователи (декодеры). Однофазный декодер преобразует импульсный такт или гармонический сигнал в постоянное напряжение U, а устойчивый сигнал – в нулевой потенциал, т. е.

Парафазный декодер преобразует прямую фазу в постоянное напряжение U, а обратную – в нулевой потенциал, т. е.

Декодеры являются элементами без опасных отказов. Критерий безопасности декодера – отсутствие набора допустимых неисправностей в структуре его схемы, в результате которого может произойти ложный переход 0®1 при наличии логического «0» на его входе.

Для выпрямления однофазного сигнала часто применяют выпрямительные схемы с трансформаторами (рисунок 3.2 а, б). Трансформатор обладает исключительным для безопасности свойством – не переносить сигнал в следующий каскад схемы, если сигнал в первичной обмотке становится постоянным.

Пульсации выходного сигнала должны быть минимальны, в противном случае они могут быть восприняты как импульсный такт. Поэтому на выходе для сглаживания выпрямленного напряжения включают четырехвыводной конденсатор. Его обрывы исключают формирование выходного сигнала.

Наличие трансформатора в рассмотренных схемах имеет свои недостатки. Это связано с тем, что технологически трудно и экономически невыгодно применять трансформатор в микросхемах с высокой степенью интеграции. Поэтому более широкое применение нашли конденсаторные декодеры.

Типовые схемы конденсаторных декодеров, отличающиеся знаком напряжения питания и выходного сигнала, представлены на рисунке 3.3 (а, б).

Рисунок 3.3 – Схемы конденсаторных декодеров

На вход T поступает кодированный импульсный сигнал. При отсутствии импульса транзистор закрыт, и конденсатор C1 заряжается через диод VD1. Во время импульса, когда транзистор открыт, конденсатор C1 разряжается через диод VD2 и нагрузку R _н. В промежутке между импульсами конденсатор C2, включенный параллельно нагрузке, поддерживает напряжение на выходе. Оно возрастает во время импульсов и убывает по экспоненте во время паузы. При оптимальных значениях параметров схемы напряжение на выходе близко к постоянному.

Схемы имеют единственный опасный набор неисправностей: пробой C1 и VD2 и обрыв VD1. В этом случае на выходе декодера появляется постоянное напряжение. Вероятность такого события l_оп < 1×10^-15 1/ч. Кроме того, появившееся в результате отказа напряжение будет иметь обратную полярность. Если использовать чувствительную к полярности нагрузку (например, поляризованное реле), то схема не будет иметь опасных отказов.