CN102445193A - 一种焦平面电路关键信号交叉备份保护系统 - Google Patents

Abstract

一种焦平面电路关键信号交叉备份保护系统，包括时钟交叉备份保护模块、同步检测保护模块和三线串口控制保护模块。时钟交叉备份保护模块对输入端的时钟信号交叉备份，避免时钟检测信号发生振荡，交叉备份保护在上电期间完成。同步检测保护模块利用受保护的内部时钟检测输入的两路同步信号，利用多次采样同步上升和下降沿消除输入端同步信号毛刺的影响。三线串口控制保护模块利用外部两路三线串口强制选择时钟信号和同步信号，形成对时钟和同步信号的二级保护措施。本发明极大提高了焦平面电路的可靠性，同时对焦平面电路电磁兼容性设计和热设计影响极小。

Description

一种焦平面电路关键信号交叉备份保护系统

技术领域

本发明属于航天遥感器技术领域，涉及一种应用于航天相机焦平面电路关键信号的保护系统。

背景技术

随着航天遥感器电子技术的迅速发展，对航天遥感器电子系统的可靠性要求也越来越高，为了提高可靠性提出了许多方法，如可靠性预估、FMEA分析、ESD防护设计、降额设计、安全设计、环境适应性设计、热分析、电磁兼容设计等，其中多种方法在工程实际中均有采用。

航天电子系统为满足空间恶劣环境而采用的环境适应性设计，如三模冗余设计，主备冷热备份等技术，如果使用不当不但不能提高环境适应性，反而会降低电磁兼容设计、热设计的可靠性。目前航天遥感器中焦平面电路由积分控制电路提供外部输入信号，包括主时钟和备时钟两路时钟信号、主同步和备同步两路同步信号、以及主三线串口和备三线串口两套三线串口。三线串口接口包括三线串口时钟、三线串口数据和三线串口使能。三线串口的数据传输积分控制电路发往焦平面电路的命令，包括时钟切换指令以及级数控制指令等。三线串口时钟是该数据的伴随时钟，用于采样三线串口的数据。三线串口使能是该数据的有效标示位。在这些外部输入信号的控制下，由焦平面电路输出传感器获得的模拟信号，该模拟信号输入信号处理电路中，由信号处理电路转换为数字信号输出。积分控制电路和信号处理电路均可以采用冷备份或者热备份的方法提高单板的可靠性，而航天遥感器的传感器由于光学结构的原因不能采用备份技术(如果对传感器进行备份，若采用上下两层传感器，假如上层的传感器发生故障，下层的传感器几乎不能感光，并不能替代上层的传感器，所以不能起到备份作用；若传感器采用平层的方式来备份，某个区域的传感器发生故障，该区域并没有可用的传感器可以替代，所以也是不能起到备份作用)。驱动传感器工作的焦平面电路若采用常用的备份技术，即使用三个或者两个焦平面电路做备份，对输出信号做表决或者选择判断，最后驱动传感器，其带来的危害是严重降低了系统的可靠性，增加了电磁兼容设计、热设计的难度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种焦平面电路关键信号交叉备份保护系统，在不增加电磁兼容设计、热设计难度的情况下，实现关键信号的高可靠性设计，从而提高系统可靠性。

本发明的技术解决方案是：一种焦平面电路关键信号交叉备份保护系统，包括时钟交叉备份保护模块、同步检测保护模块和三线串口控制保护模块，

三线串口控制保护模块：接收外部输入的主备两路三线串口信号，每一路三线串口信号又包括三线串口时钟、三线串口使能信号以及三线串口数据；根据两路三线串口信号，产生时钟选择信号、时钟选择使能信号、同步选择信号和同步选择使能信号，其中时钟选择信号和时钟选择使能信号送至时钟交叉备份保护模块，同步选择信号和同步选择使能信号送至同步检测保护模块；

时钟交叉备份保护模块：接收外部输入的两路时钟信号以及三线串口控制保护模块传来的时钟选择信号和时钟选择使能信号；当从三线串口控制保护模块输入的时钟选择使能信号无效时，从输入的两路时钟信号中筛选出相对稳定的一路时钟信号送至同步检测保护模块，同时向外部输出；当从三线串口控制保护模块输入的时钟选择使能信号有效时，根据从三线串口控制保护模块输入的时钟选择信号从输入的两路时钟信号中选取出指定的时钟信号送至同步检测保护模块，同时向外部输出；

同步检测保护模块：接收外部输入的两路同步信号、时钟交叉备份保护模块传来的时钟信号以及三线串口控制保护模块传来的同步选择信号和同步选择使能信号；当从三线串口控制保护模块输入的同步选择使能信号无效时，利用时钟交叉备份保护模块传来的时钟信号从输入的两路同步信号中筛选出相对稳定的一路同步信号向外部输出；当从三线串口控制保护模块输入的同步选择使能信号有效时，根据从三线串口控制保护模块输入的同步选择信号从输入的两路时钟信号中选取出指定的同步信号并向外部输出。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明系统针对传感器无法采取备份的特点，对时钟、同步等关键信号交叉备份为一级保护，对外部输入的两路时钟信号通过时钟交叉备份模块，进行自动时钟判断选择，通过由一路时钟驱动计数器，另一路时钟驱动两个寄存器，最后比较两个寄存器的状态来确定一路时钟为正确的时钟；对外部输入的两路同步通过同步检测保护模块，分别检测两路同步的上升沿和下降沿，检测到一定数量的某路同步的上升沿和下降沿后，选择该路同步为正确的同步。为进一步提高系统的可靠性，本发明通过外部两路三线串口来实现时钟、同步外部选择控制，两路三线串口分别接受外部的时钟切换和同步切换指令，通过内部锁存器实现时钟、同步选择信号的保存，并使该选择信号优先于时钟交叉备份模块和同步检测保护模块的选择信号，实现了关键信号高可靠性设计，提高了系统的可靠性。

本发明系统能在一份焦平面电路上实现，不需要采用三份焦平面电路加上判决电路的传统三模冗余方法实现高可靠设计，节省了两份焦平面电路和一份判断电路，因此对电磁兼容性设计和热设计的影响极小。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明时钟交叉备份保护模块原理图；

图3为本发明同步检测保护模块原理图；

图4为本发明三线串口控制保护模块原理图。

具体实施方式

为满足空间恶劣环境对电子系统的可靠性要求，同时兼顾传感器不能采用备份技术的特点，本发明信号交叉备份保护系统采用了如下几方面的措施：

1、输入端采用时钟交叉备份；

2、使用输入端交叉备份后的时钟对输入端同步信号采样判断；

3、使用两路三线串口对时钟和同步信号进行选择控制。

如图1所示，本发明信号交叉备份保护系统包括时钟交叉备份保护模块、同步检测保护模块和三线串口控制保护模块。三线串口控制保护模块接收外部输入的主备两路三线串口信号，每一路三线串口信号又包括三线串口时钟、三线串口使能信号以及三线串口数据。根据这些外部输入的信号，三线串口控制保护模块产生时钟选择信号、时钟选择使能信号、同步选择信号和同步选择使能信号，其中时钟选择信号和时钟选择使能信号送至时钟交叉备份保护模块，同步选择信号和同步选择使能信号送至同步检测保护模块。时钟交叉备份保护模块接收外部输入的两路时钟信号，并从这两路时钟信号中筛选出相对稳定的一路时钟信号，当从三线串口控制保护模块输入的时钟选择使能信号无效时，将筛选出来的时钟信号送至同步检测保护模块，同时向外部输出；当从三线串口控制保护模块输入的时钟选择使能信号有效时，根据从三线串口控制保护模块输入的时钟选择信号从外部输入的两路时钟信号中选取出指定的时钟信号送至同步检测保护模块，同时向外部输出。同步检测保护模块接收外部输入的两路同步信号，并利用时钟交叉备份保护模块传来的时钟信号从这两路同步信号中筛选出相对稳定的一路同步信号，当从三线串口控制保护模块输入的同步选择使能信号无效时，将筛选出来的同步信号向外部输出；当从三线串口控制保护模块输入的同步选择使能信号有效时，根据从三线串口控制保护模块输入的同步选择信号从外部输入的两路时钟信号中选取出指定的同步信号并向外部输出。三线串口控制保护模块分别接收两路三线串口的时钟、同步切换指令，通过内部锁存器实现时钟、同步选择信号的保存，把时钟选择信号和时钟选择使能信号输出至时钟交叉备份保护模块，进行时钟的二级保护。把同步选择信号和同步选择使能信号输出至同步检测保护模块，进行同步的二级保护。

时钟交叉备份保护模块的原理图如图2所示。包括一个计数器、一个控制器、两个寄存器、三个比较器、四个二选一开关。外部输入的第一路时钟和系统复位信号送至第一计数器，系统复位有效时第一计数器置0，第一计数器的计数值同时送至第一控制器、第一开关、第一比较器、第二比较器和第三比较器。第一比较器将第一计数器当前的计数值与第一预设值进行比较，当第一计数器当前的计数值小于第一预设值时，控制第一计数器对时钟进行计数，否则第一计数器停止计数。第二比较器将第一计数器当前的计数值与第二预设值进行比较，当第一计数器当前的计数值小于第二预设值时，控制第一开关将第一计数器当前的计数值送至第一寄存器，否则将第一寄存器的输出送至第一寄存器。外部输入的第二路时钟和系统复位信号同时送至第一寄存器和第二寄存器。第一寄存器在系统复位有效时，置初始状态为0，且在第二路时钟驱动下锁存由第一开关输出的值，并将第一寄存器在第二路时钟驱动下锁存的值同时送至第一开关、第二开关以及第一控制器。第三比较器将第一计数器当前的计数值与第三预设值进行比较，当第一计数器当前的计数值小于第三预设值时，控制第二开关将第一寄存器的值送至第二寄存器，否则将第二寄存器的输出送至第二寄存器。第二寄存器在系统复位有效时，置初始状态置为1，且在第二路时钟驱动下锁存由第二开关输出的值，并将第二寄存器在第二路时钟驱动下锁存的值同时送至第二开关以及第一控制器。第一控制器判断第一计数器的值小于等于第一预设值的时候，如果第一寄存器的值和第二寄存器的值相等，内部时钟选择信号输出为1，即选择第二路时钟；如果第一寄存器的值和第二寄存器的值不相等，内部时钟选择信号输出为0，即选择第一路时钟。如果第一计数器的值大于第一预设值的时候，内部时钟选择信号输出为0，即选择第一路时钟。得到的内部时钟选择信号并送至第三开关。第三开关受三线串口控制保护模块输入的时钟选择使能信号的控制，使能无效时将内部时钟选择信号送至第四开关，使能有效时将三线串口控制保护模块输入的时钟选择信号送至第四开关。第四开关根据时钟选择信号，选择将第一路时钟信号或者第二路时钟信号输出。上述设置中，应满足条件：第一计数器的计数最大值＞第一预设值＞第二预设值＞第三预设值。

1.假设第一路时钟和第二路时钟均不能正常工作，则无论选择哪路时钟均不能使焦面电路输出正确的驱动信号，这种情况下由于上电初始状态使第一寄存器和第二寄存器值不相等，第一控制器根据条件输出0，即选择第一路时钟。这种情况下选择第一路时钟作为内部时钟信号可以接受；

2.假设第一路时钟能正常工作，而第二路时钟不能正常工作，即第一路时钟能驱动第一计数器完成加一的操作并且最后停止在第一预设值，而由于第二路时钟不能正常工作，导致第一路时钟驱动的计数器的值不能锁存到第二路时钟驱动的第一寄存器和第二寄存器中，但是由上电初始状态使第一寄存器和第二寄存器的值不相等，第一控制器根据条件将输出0，即选择第一路时钟。所以这种情况下能选择正确的时钟；

3.假设第二路时钟能正常工作，而第一路时钟不能正常工作，即第一路时钟驱动第一计数器停止在初始值0，则经过2个第二路时钟的周期之后，导致第二路时钟驱动的第一寄存器和第二寄存器均锁存第一计数器的初始值0，第一控制器根据条件将输出1，即选择第二路时钟。所以这样情况能正确选择时钟；

4.假设第一路时钟和第二路时钟均能正常工作，即第一路时钟能驱动第一计数器完成加一的操作并且最后停止在第一预设值，第二路时钟能不断更新锁存在第一寄存器和第二寄存器的值，第一寄存器最后停止在第二预设值，第二寄存器最后停止在第三预设值，第二预设值大于第三预设值，第一控制器根据条件将输出0，即选择第一路时钟。所以这样情况能正确选择时钟。

同步信号频率较低，若采用计数器和寄存器判断则会导致判断时间非常慢，因此要采用内部保护的时钟对输入的两路同步信号进行判断，用内部保护的时钟分别对两路同步信号采样，并判断各路同步信号的上升沿和下降沿是否存在，若上升沿和下降沿同时存在则可以判断存在该路同步信号有效，最后可以选择两路输入同步的控制信号。

同步检测保护模块的原理图如图3所示。包括两个控制器、两个二选一开关、四个寄存器、四个计数器。时钟交叉备份保护模块输出的时钟信号同时送至四个寄存器，同时外部输入的第一路同步信号和系统复位信号送至第三寄存器，外部输入的第二路同步信号和系统复位信号送至第四寄存器。第三寄存器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在时钟驱动下锁存输入的第一路同步信号，同时将锁存值同时送至第五寄存器、第二计数器和第三计数器。同理，第四寄存器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在时钟驱动下锁存输入的第二路同步信号，同时将锁存值送至第六寄存器、第四计数器和第五计数器。第五寄存器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在时钟驱动下锁存输入的第三寄存器的输出值，同时将锁存值送至第二计数器和第三计数器。同理，第六寄存器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在时钟驱动下锁存输入的第四寄存器的输出值，同时将锁存值送至第四计数器和第五计数器。第二计数器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在第三寄存器输出值为1且第五寄存器输出值为0且第二控制器停止计数信号为0且第三控制器停止计数信号为0时，进行计数，即这四个条件均满足的情况下第二计数器进行加一操作。同理，第三计数器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在第三寄存器输出值为0且第五寄存器输出值为1且第二控制器停止计数信号为0且第三控制器停止计数信号为0时，进行计数，即这四个条件均满足的情况下第四计数器进行加一操作。第四计数器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在第四寄存器输出值为1且第六寄存器输出值为0且第二控制器停止计数信号为0且第三控制器停止计数信号为0时，进行计数，即这四个条件均满足的情况下第四计数器进行加一操作。同理，第五计数器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在第四寄存器输出值为0且第六寄存器输出值为1且第二控制器停止计数信号为0且第三控制器停止计数信号为0时，进行计数，即这四个条件均满足的情况下第五计数器进行加一操作。第二控制器在第二计数器和第三计数器的计数值均大于1000时，第二控制器的停止计数信号置1；第二计数器或者第三计数器的计数值小于1000时，第二控制器的停止计数信号置0；同理，第三控制器在第四计数器和第五计数器的计数值均大于等于1100时，第三控制器的内部同步选择信号输出1，即选择第二路同步，同时第三控制器的停止计数信号置1，第四计数器或者第五计数器的计数值小于1100时，第三控制器的内部同步选择信号输出0，即选择第一路同步，同时第三控制器的停止计数信号置0。内部同步选择信号送至第五开关，同时第五开关受三线串口控制保护模块输入的同步选择使能信号的控制，使能无效时将内部同步选择信号送至第六开关，使能有效时将三线串口控制保护模块输入的同步选择信号送至第六开关。第六开关根据时钟选择信号，选择将第一路同步信号或者第二路同步信号输出。

1.假设第一路同步和第二路同步均不能正常工作，则无论选择哪路同步均不能使焦面电路输出正确的驱动信号，这种情况下由于上电初始状态第四计数器和第五计数器均为0，小于1100，第三控制器根据条件输出0，即选择第一路同步。这种情况下选择第一路同步作为内部同步信号可以接受；

2.假设第一路同步能正常工作，而第二路同步不能正常工作，即第一路同步能使第三和第五寄存器发生0、1变化，即能使第二计数器和第三计数器计数到1000而导致第二控制器的停止计数信号置1，从而停止计数。同理，第二路同步不能使第四和第六寄存器发生0、1变化，即不能使第三计数器和第五计数器发生加1操作。第三控制器根据条件将输出0，即选择第一路同步。所以这种情况下能选择正确的同步；

3.假设第二路同步能正常工作，而第一路同步不能正常工作，即第一路同步不能使第三和第五寄存器发生0、1变化，即不能使第二和第三计数器计数发生加1操作。同理，第二路同步能使第四寄存器和第六寄存器发生0、1变化，即能使第四计数器和第五计数器计数到1100而导致第三控制器的停止计数信号置1，从而停止计数。第三控制器根据条件将输出1，即选择第二路同步。所以这种情况下能选择正确的同步；

4.假设第一路同步和第二路同步均能正常工作，即第一路同步能使第三寄存器和第五寄存器发生0、1变化，即能使第二计数器和第三计数器计数到1000，同时，第二路同步能使第四寄存器和第六寄存器发生0、1变化，即能使第四计数器和第五计数器计数到1100，若第二计数器和第三计数器计数先到达1000，则第二控制器的停止计数信号置1，从而停止第二计数器、第三计数器、第四计数器、第五计数器计数。第三控制器根据条件将输出0，即选择第一路同步。若第四和第五计数器先到达1100，则第三控制器的停止计数信号置1，从而停止第二计数器、第三计数器、第四计数器、第五计数器计数。第三控制器根据条件将输出1，即选择第二路同步。这两种情况均认为选择正确的同步进行工作。

两路三线串口通过各自的三线串口时钟接收发送的三线串口数据。根据约定的命令字可以判断收到的三线串口数据是否为时钟或者同步的选择控制信号，若收到的数据是时钟或者同步的选择控制信号，可强制选择一路时钟和一路同步作为系统工作的时钟和同步，实现系统的二级保护。

三线串口控制保护模块的原理图如4所示。包括两个移位寄存器、两个计数器、三个或门、两个锁存器以及四个控制器。第一路三线串口的时钟、数据、使能和系统复位信号送至第一移位寄存器，当系统复位有效时，置第一移位寄存器初态为0，在第一路三线串口的使能信号有效时，以第一路三线串口时钟为驱动，移位锁存第一路三线串口的数据到第一移位寄存器中。同理，第二路三线串口的时钟、数据、使能和系统复位信号送至第二移位寄存器，当系统复位有效时，置第二移位寄存器初态为0，在第二路三线串口的使能信号有效时，以第二路三线串口时钟为驱动，移位锁存第二路三线串口的数据到第二移位寄存器中。第一路三线串口的时钟、使能和系统复位信号送至第六计数器，在第一路三线串口使能有效时，以第一路三线串口时钟为驱动，第六计数器进行加一操作，在第一路三线串口使能无效或者系统复位有效时，第六计数器置0。第二路三线串口的时钟、使能和系统复位信号送至第七计数器，在第二路三线串口使能有效时，以第二路三线串口时钟为驱动，第七计数器进行加一操作，在第二路三线串口使能无效或者系统复位有效时，第七计数器置0。第一路三线串口的时钟、使能、第六计数器的输出和系统复位信号送至第七寄存器，当系统复位有效时，置第七寄存器初始态为无效态，当第一路三线串口的使能有效且第六计数器的值大于等于预先约定的指令长度值时，第七寄存器置有效，否则第七寄存器置无效。第二路三线串口的时钟、使能、第七计数器的输出和系统复位信号送至第八寄存器，当系统复位有效时，置第八寄存器初始态为无效态，当第二路三线串口的使能有效且第七计数器的值大于等于预先约定的指令长度值，第八寄存器置有效，否则第八寄存器置无效。当第七寄存器有效且第一移位寄存器输出的并行数据为预先设定的第一路时钟切换指令，则第四控制器置有效标志，否则第四控制器均置无效标志。同理，第七寄存器有效且第一移位寄存器输出的并行数据为预先设定的第二路时钟切换指令，则第六控制器置有效标志，否则第六控制器均置无效标志。同理，当第八寄存器有效且第二移位寄存器输出的并行数据为预先设定的第一路时钟切换指令，第五控制器置有效标志，否则第五控制器均置无效标志。同理，第八寄存器有效且第二移位寄存器输出的并行数据为预先设定的第二路时钟切换指令，第七控制器置有效标志，否则第七控制器均置无效标志。第四控制器的标志信号、第五控制器的标志信号和系统复位信号送至第一或门的输入端，第一或门的输出端连接到第一锁存器的复位端，当第四控制器的标志信号或者第五控制器的标志信号或者系统复位信号有效时，第一锁存器置0。第六控制器的标志信号和第七控制器的标志信号送至第二或门的输入端，第二或门的输出端连接到第一锁存器的置数端，当第六控制器或者第七控制器有效时，第一锁存器置1。第一或门和第二或门的输出连接到第三或门的输入，第三或门的输出连接到第二锁存器的置数端，当第四控制器或者第五控制器或者第六控制器或者第七控制器有效时，第二锁存器置1，系统复位连接到第二锁存器的复位端，当系统复位时，第二锁存器置0。

1.假设从第一路三线串口接收到“切换时钟到第一路”的指令，则通过第一移寄存器接收指令，第六计数器计数到预先约定的指令长度值时，第七寄存器输出有效标志信号，第四控制器置有效标志，第一锁存器锁存置0，第二锁存器置1，即表示时钟选择使能信号有效，时钟选择信号选0，即第一路时钟。

2.假设从第一路三线串口接收到“切换时钟到第二路”的指令，则通过第一移寄存器接收指令，第六计数器计数到预先约定的指令长度值时，第七寄存器输出有效标志信号，第六控制器置有效标志，第一锁存器锁存置1，第二锁存器置1，即表示时钟选择使能信号有效，时钟选择信号选1，即第二路时钟。

3.假设从第二路三线串口接收到“切换时钟到第一路”的指令，则通过第二移寄存器接收指令，第七计数器计数到预先约定的指令长度值时，第八寄存器输出有效标志信号，第五控制器置有效标志，第一锁存器锁存置0，第二锁存器置1，即表示时钟选择使能信号有效，时钟选择信号选0，即第一路时钟。

4.假设从第二路三线串口接收到“切换时钟到第二路”的指令，则通过第二移寄存器接收指令，第七计数器计数到预先约定的指令长度值时，第八寄存器输出有效标志信号，第七控制器置有效标志，第一锁存器锁存置1，第二锁存器置1，即表示时钟选择使能信号有效，时钟选择信号选1，即第二路时钟。

同步选择信号及同步选择使能信号和时钟选择信号及时钟选择使能信号的电路结构以及原理完全一致。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种焦平面电路关键信号交叉备份保护系统，其特征在于包括：时钟交叉备份保护模块、同步检测保护模块和三线串口控制保护模块，其中：

三线串口控制保护模块：接收外部输入的主备两路三线串口信号，每一路三线串口信号又包括三线串口时钟、三线串口使能信号以及三线串口数据；根据两路三线串口信号，产生时钟选择信号、时钟选择使能信号、同步选择信号和同步选择使能信号，其中时钟选择信号和时钟选择使能信号送至时钟交叉备份保护模块，同步选择信号和同步选择使能信号送至同步检测保护模块；

时钟交叉备份保护模块：接收外部输入的两路时钟信号以及三线串口控制保护模块传来的时钟选择信号和时钟选择使能信号；当从三线串口控制保护模块输入的时钟选择使能信号无效时，从输入的两路时钟信号中筛选出相对稳定的一路时钟信号送至同步检测保护模块，同时向外部输出；当从三线串口控制保护模块输入的时钟选择使能信号有效时，根据从三线串口控制保护模块输入的时钟选择信号从输入的两路时钟信号中选取出指定的时钟信号送至同步检测保护模块，同时向外部输出；

同步检测保护模块：接收外部输入的两路同步信号、时钟交叉备份保护模块传来的时钟信号以及三线串口控制保护模块传来的同步选择信号和同步选择使能信号；当从三线串口控制保护模块输入的同步选择使能信号无效时，利用时钟交叉备份保护模块传来的时钟信号从输入的两路同步信号中筛选出相对稳定的一路同步信号向外部输出；当从三线串口控制保护模块输入的同步选择使能信号有效时，根据从三线串口控制保护模块输入的同步选择信号从输入的两路时钟信号中选取出指定的同步信号并向外部输出。

2.根据权利要求1所述的一种焦平面电路关键信号交叉备份保护系统，其特征在于：所述的时钟交叉备份保护模块包括一个计数器、一个控制器、两个寄存器、三个比较器、四个二选一开关；外部输入的第一路时钟和系统复位信号送至第一计数器，系统复位有效时第一计数器置0，第一计数器的计数值同时送至第一控制器、第一开关、第一比较器、第二比较器和第三比较器；第一比较器将第一计数器当前的计数值与第一预设值进行比较，当第一计数器当前的计数值小于第一预设值时，控制第一计数器对时钟进行计数，否则第一计数器停止计数；第二比较器将第一计数器当前的计数值与第二预设值进行比较，当第一计数器当前的计数值小于第二预设值时，控制第一开关将第一计数器当前的计数值送至第一寄存器，否则将第一寄存器的输出送至第一寄存器；外部输入的第二路时钟和系统复位信号同时送至第一寄存器和第二寄存器，第一寄存器在系统复位有效时，置初始状态为0，且在第二路时钟驱动下锁存由第一开关输出的值，并将第一寄存器在第二路时钟驱动下锁存的值同时送至第一开关、第二开关以及第一控制器；第三比较器将第一计数器当前的计数值与第三预设值进行比较，当第一计数器当前的计数值小于第三预设值时，控制第二开关将第一寄存器的值送至第二寄存器，否则将第二寄存器的输出送至第二寄存器；第二寄存器在系统复位有效时，置初始状态置为1，且在第二路时钟驱动下锁存由第二开关输出的值，并将第二寄存器在第二路时钟驱动下锁存的值同时送至第二开关以及第一控制器；第一控制器判断第一计数器的值小于等于第一预设值的时候，如果第一寄存器的值和第二寄存器的值相等，内部时钟选择信号输出为1，选择第二路时钟；如果第一寄存器的值和第二寄存器的值不相等，内部时钟选择信号输出为0，选择第一路时钟；如果第一计数器的值大于第一预设值的时候，内部时钟选择信号输出为0，选择第一路时钟；得到的内部时钟选择信号送至第三开关，第三开关受三线串口控制保护模块输入的时钟选择使能信号的控制，使能无效时将内部时钟选择信号送至第四开关，使能有效时将三线串口控制保护模块输入的时钟选择信号送至第四开关；第四开关根据时钟选择信号，选择将第一路时钟信号或者第二路时钟信号输出；上述设置中，第一计数器的计数最大值＞第一预设值＞第二预设值＞第三预设值。

3.根据权利要求1所述的一种焦平面电路关键信号交叉备份保护系统，其特征在于：所述的同步检测保护模块包括两个控制器、两个二选一开关、四个寄存器、四个计数器；时钟交叉备份保护模块输出的时钟信号同时送至四个寄存器，同时外部输入的第一路同步信号和系统复位信号送至第三寄存器，外部输入的第二路同步信号和系统复位信号送至第四寄存器；第三寄存器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在时钟驱动下锁存输入的第一路同步信号，同时将锁存值同时送至第五寄存器、第二计数器和第三计数器；第四寄存器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在时钟驱动下锁存输入的第二路同步信号，同时将锁存值送至第六寄存器、第四计数器和第五计数器；第五寄存器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在时钟驱动下锁存输入的第三寄存器的输出值，同时将锁存值送至第二计数器和第三计数器；第六寄存器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在时钟驱动下锁存输入的第四寄存器的输出值，同时将锁存值送至第四计数器和第五计数器；第二计数器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在第三寄存器输出值为1且第五寄存器输出值为0且第二控制器停止计数信号为0且第三控制器停止计数信号为0时，第二计数器进行加一操作；第三计数器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在第三寄存器输出值为0且第五寄存器输出值为1且第二控制器停止计数信号为0且第三控制器停止计数信号为0时，第三计数器进行加一操作；第四计数器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在第四寄存器输出值为1且第六寄存器输出值为0且第二控制器停止计数信号为0且第三控制器停止计数信号为0时，第四计数器进行加一操作；第五计数器在系统复位信号有效时，置初始态为0，在第四寄存器输出值为0且第六寄存器输出值为1且第二控制器停止计数信号为0且第三控制器停止计数信号为0时，第五计数器进行加一操作；第二控制器在第二计数器和第三计数器的计数值均大于1000时，第二控制器的停止计数信号置1；第二计数器或者第三计数器的计数值小于1000时，第二控制器的停止计数信号置0；第三控制器在第四计数器和第五计数器的计数值均大于1100时，第三控制器的内部同步选择信号输出1，选择第二路同步，同时第三控制器的停止计数信号置1；第四计数器或者第五计数器的计数值小于1100时，第三控制器的内部同步选择信号输出0，选择第一路同步，同时第三控制器的停止计数信号置0；内部同步选择信号送至第五开关，同时第五开关受三线串口控制保护模块输入的同步选择使能信号的控制，使能无效时将内部同步选择信号送至第六开关，使能有效时将三线串口控制保护模块输入的同步选择信号送至第六开关；第六开关根据时钟选择信号，选择将第一路同步信号或者第二路同步信号输出。

4.根据权利要求1所述的一种焦平面电路关键信号交叉备份保护系统，其特征在于：所述的三线串口控制保护模块包括同步选择单元和时钟选择单元，两个单元的结构完全相同，时钟选择单元包括两个移位寄存器、两个计数器、三个或门、两个锁存器以及四个控制器；第一路三线串口的时钟、数据、使能以及系统复位信号送至第一移位寄存器，当系统复位有效时，置第一移位寄存器初态为0，在第一路三线串口的使能信号有效时，以第一路三线串口时钟为驱动，移位锁存第一路三线串口的数据到第一移位寄存器中；第二路三线串口的时钟、数据、使能以及系统复位信号送至第二移位寄存器，当系统复位有效时，置第二移位寄存器初态为0，在第二路三线串口的使能信号有效时，以第二路三线串口时钟为驱动，移位锁存第二路三线串口的数据到第二移位寄存器中；第一路三线串口的时钟、使能和系统复位信号送至第六计数器，在第一路三线串口使能有效时，以第一路三线串口时钟为驱动，第六计数器进行加一操作，在第一路三线串口使能无效或者系统复位有效时，第六计数器置0；第二路三线串口的时钟、使能和系统复位信号送至第七计数器，在第二路三线串口使能有效时，以第二路三线串口时钟为驱动，第七计数器进行加一操作，在第二路三线串口使能无效或者系统复位有效时，第七计数器置0；第一路三线串口的时钟、使能、第六计数器的输出和系统复位信号送至第七寄存器，当系统复位有效时，置第七寄存器初始态为无效态，当第一路三线串口的使能有效且第六计数器的值大于等于预先约定的指令长度值时，第七寄存器置有效，否则第七寄存器置无效；第二路三线串口的时钟、使能、第七计数器的输出和系统复位信号送至第八寄存器，当系统复位有效时，置第八寄存器初始态为无效态，当第二路三线串口的使能有效且第七计数器的值大于等于预先约定的指令长度值，第八寄存器置有效，否则第八寄存器置无效；当第七寄存器有效且第一移位寄存器输出的并行数据为预先设定的第一路时钟切换指令，则第四控制器置有效标志，否则第四控制器均置无效标志；第七寄存器有效且第一移位寄存器输出的并行数据为预先设定的第二路时钟切换指令，则第六控制器置有效标志，否则第六控制器均置无效标志；当第八寄存器有效且第二移位寄存器输出的并行数据为预先设定的第一路时钟切换指令，第五控制器置有效标志，否则第五控制器均置无效标志；第八寄存器有效且第二移位寄存器输出的并行数据为预先设定的第二路时钟切换指令，第七控制器置有效标志，否则第七控制器均置无效标志；第四控制器的标志信号、第五控制器的标志信号和系统复位信号送至第一或门的输入端，第一或门的输出端连接到第一锁存器的复位端，当第四控制器的标志信号或者第五控制器的标志信号或者系统复位信号有效时，第一锁存器置0；第六控制器的标志信号和第七控制器的标志信号送至第二或门的输入端，第二或门的输出端连接到第一锁存器的置数端，当第六控制器或者第七控制器有效时，第一锁存器置1；第一或门和第二或门的输出连接到第三或门的输入，第三或门的输出连接到第二锁存器的置数端，当第四控制器或者第五控制器或者第六控制器或者第七控制器有效时，第二锁存器置1，系统复位信号连接到第二锁存器的复位端，当系统复位时，第二锁存器置0。

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