Самопроверяемые логические элементы

Самопроверяемые элементы обладают способностью обнаружения отказов в процессе нормального функционирования. Отказы обнаруживаются по значениям выходных сигналов без дополнительной подачи на входы элементов специальных проверочных тестов или других способов проверки. Самопроверяемые элементы позволяют строить сложные самопроверяемые схемы, в которых любая неисправность распространяется от точки своего возникновения к выходам схемы. Если на выходе схемы стоит контрольный элемент, то таким образом можно легко контролировать исправность всей схемы.

Рассмотрим самопроверяемые элементы, работающие в парафазной логике. В этом случае значение логической «1» кодируется как «10», а значение «0» – как «01». Коды «00» и «11» являются защитными.

Схемы парафазных элементов представлены на рисунке 3.11.

Рисунок 3.11 – Схемы парафазных элементов

В таблице 3.1 приведены значения выходов парафазного элемента «И» в исправном состоянии и при наличии константных неисправностей.

Таблица 3.1

Входы

Выход

Неисправности

x1

x2

f

x11=0

x11=1

x10=0

x10=1

x21=0

x21=1

x20=0

x20=1

f1=0

f1=1

f0=0

f0=1

Из таблицы 3.1 следует, что для каждой одиночной неисправности выходной сигнал элемента может быть правильным или принимать защитное значение при одном из наборов проверяющего теста {01 10, 10 01, 10 10}. Аналогично функционирует элемент при нарушении парафазности на его входах. Такими же свойствами обладают элементы «ИЛИ» и «НЕ».

Любая комбинационная схема в результате замены элементов «И», «ИЛИ», «НЕ» их парафазными реализациями преобразуется в самопроверяемую схему, обладающую следующими свойствами:

· любая комбинация константных неисправностей приводит к нарушению парафазности на выходе хотя бы при одном наборе данных проверяющего теста;

· нарушение парафазности хотя бы на одном из входов схемы приводит к нарушению парафазности на выходе хотя бы при одном наборе данных проверяющего теста.

В качестве элементов памяти в самопроверяемых схемах используют самопроверяемые парафазные триггеры. Рассмотренный в п. 2.2.2 парафазный T -триггер (см. рисунок 2.13) используется в качестве элементарной ячейки памяти. На его основе можно реализовать триггер любого типа [1].

Самопроверяемые логические элементы и триггеры образуют функционально полный набор элементов для реализации самопроверяемых схем без применения избыточного кодирования.

Таким образом, нами рассмотрены основные принципы построения безопасных логических элементов и типовые схемные решения. Безопасные логические элементы используются на аппаратном уровне защиты для создания контрольных элементов МИУС, непосредственно отвечающих за безопасность. В следующей главе рассмотрим принципы построения безопасных схем включения исполнительных реле и организацию безопасного ввода информации в МИУС.

4 Организация безопасного интерфейса
с объектом управления

Важной проблемой при построении безопасных систем является организация сопряжения микроэлектронной аппаратуры железнодорожной автоматики и телемеханики с исполнительными объектами (ИО). Известны два основных подхода к организации интерфейса в МИУС:

· жесткая унификация и стандартизация входных и выходных параметров элементов МИУС;

· использование специализированных функциональных блоков с адаптивными характеристиками по входам-выходам.

В настоящее время производится и эксплуатируется много различных исполнительных объектов железнодорожной автоматики и телемеханики с разнообразными характеристиками по входам-выходам. В цепях железнодорожной автоматики и телемеханики, к которым не предъявляются требования безопасности, как правило, применяют стандартные УСО, выпускаемые промышленностью в составе управляющих ЭВМ и контроллеров. При разработке микроэлектронных систем железнодорожной автоматики, к которым предъявляются специфичные для ответственных систем требования безопасности, чаще используются специализированные устройства сопряжения.