Импульсные схемы с внешним тактированием

В импульсных схемах с внешним тактированием обнаружение неисправностей и автоматический переход в защитное состояние достигается благодаря импульсной работе схемы, несмотря на неизменное значение потенциалов на ее входах. Схема переключается непрерывно от импульсного сигнала, поступающего на специальный вход. Выходной сигнал получается закодированным, но для последующей обработки этот сигнал декодируется.

Примером импульсной схемы с внешним тактированием может служить схема безопасной коллекторно-базовой логики, представленная на
рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Схема безопасной коллекторно-базовой логики

Логические переменные Х1, X2,..., Xn поступают в виде постоянного напряжения «0» или «1». На вход Т подается импульсный сигнал. При наличии на всех логических входах высокого уровня на выходе получается импульсный сигнал той же (при четном числе каскадов) или обратной фазы (при нечетном числе каскадов), т. е. элемент реализует функцию «И» (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 – Диаграмма работы схемы при различном числе каскадов

Исследования показали, что любая одиночная неисправность контролируется [1]. Двукратная – одновременное повреждение (обрыв) R_c и эмиттерной цепи транзистора, где Х = 0, – приведет к появлению на выходе инвертированного сигнала. Однако если в качестве импульсного преобразователя использовать конденсаторный декодер (см. рисунок 3.3), а скважность импульсов очень низка (К» 0,1), то с поворотом фазы выходной сигнал резко уменьшается. Таким образом, опасной является только четырехкратная неисправность, т. к. может произойти двойная инверсия сигнала, которая не обнаруживается.

Пример элемента, реализующего функцию “Исключающее ИЛИ” представлен на рисунке 3.6. На вход T подается импульсный сигнал, который появляется на выходе при разных значениях X1 и X2. При равных значениях X1 и X2 транзистор закрыт, и на выходе присутствует постоянное напряжение.

Включив эти элементы последовательно, можно составить контрольный канал для сравнения результатов работы вычислительных каналов при многоканальной обработке информации.

Возможна реализация безопасных логических элементов с использованием оптронов, которые применяют для каскадной связи вместо транзисторов. На рисунке 3.7 представлена схема логического элемента «И».

Рисунок 3.7 – Схема безопасного элемента «И»

На входы X1 и X2 поступают некодированные логические переменные, а на вход T – тактовые импульсы. В течение импульса транзисторы открываются, и конденсаторы заряжаются высоким потенциалом логических переменных. Во время паузы между импульсами конденсаторы разряжаются через светодиоды. Выходной импульсный сигнал появляется только при наличии высокого уровня на обоих информационных входах схемы. Считая невозможным пробой между светоисточником и фотоприемником оптрона, можно доказать, что любая неисправность приводит к появлению постоянного сигнала на выходе.

Если реализовать обратное включение оптронов и диодов, то схема будет вычислять логическую функцию «НЕ» (рисунок 3.8). В этом случае конденсатор будет заряжаться обратным потенциалом и разряжаться через светодиод следующего оптрона только при нулевом потенциале на входе X.

Рисунок 3.8 – Схема безопасного элемента «НЕ»

Входы и выходы в рассмотренных схемах не защищены по отношению к неисправностям типа «постоянная 1» и «постоянный 0». Контроль входов возможен только при использовании кодированных логических переменных. Однако импульсные схемы с внешним тактированием можно использовать и при однофазном или парафазном импульсном кодировании логических переменных.

В схеме элемента «И» (см. рисунок 3.7) кодированные переменные поступают на входы T и X1. В течение импульса транзистор открыт, и конденсатор заряжается. Во время паузы транзистор закрыт, и конденсатор разряжается через светодиод. Нулевой потенциал на входе X1 не мешает работе,
т. к. диод VD1 направляет разряд только через оптрон. Если сигналы обеих переменных противофазны, то конденсатор не заряжается. Обе его пластины изменяют потенциалы одновременно, и сигнал на выходе отсутствует. Если же требуется выдавать выходной сигнал при противофазных сигналах, то используют схему элемента «НЕ» (см. рисунок 3.8).

Логический элемент с кодированными переменными не нуждается в декодере. Декодирование происходит на выходе устройства после окончания обработки информации. Это позволяет значительно упростить схему и защитить ее от постоянных логических неисправностей на входах и выходах.

На основе коллекторно-базовой логики и оптронов созданы гибридные интегральные схемы ELES [1]. В корпуса размером 20´20´5 мм встроены три функциональных модуля, с помощью которых можно решать различные логические задачи.