DD201958A5 - FAILSAFE LOGICAL COMMUNICATION SWITCHING - Google Patents
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Abstract
Die Anmeldung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur logischen Verknuepfung wechselspannungsfoermiger Eingangssignale zu einem wechselspannfoermigen Ausgangssignal durch Gleichrichtung der Eingangssignale zu einem Gleichstromsignal, das eine Schwingungsschaltung mit Verstaerker steuert. Die Erfindung besteht darin, dass an den Eingaengen zur galvanischen Trennung Kondensatoren mit 4 diagonal gegenueberliegenden Anschluessen vorgesehen sind, wobei an einem Belag die Eingaenge und an einem zweiten Belag Gleichrichterschaltungen aus entgegengesetzt gepolten Dioden angeschlossen sind, die mit Glaettungsschaltungen aus Kondensatoren mit 4 diagonal gegenueberliegenden Anschluessen und Zener-Dioden zur Stabilisierung verbunden sind, die an eine Oszillatorschaltung vor dem Ausgang angesc hlossen sind. Jeweils ein Eingang ist an einer anderen logischen Verknuepfungsschaden zur Stabilisierung verbunden sind, die an eine Oszillatorschaltung vor dem Ausgang angeschlossen sind. JJeweils ein Eingang ist an einer anderen logischen Verknuepfungsschalung zu den von der Oszillatorschaltung benoetigten und in Abhaengigkeit von den Wechselspannungssignalen durch die Eingangskondensatoren und Gleichrichterschaltungen erzeugten Betriebsspannungen aufweist.The application relates to a circuit arrangement for logically combining AC input signals to an AC output signal by rectifying the input signals into a DC signal that controls an oscillator circuit with amplifier. The invention consists in providing capacitors with 4 diagonally opposite terminals at the entrances for galvanic isolation, rectifier circuits of oppositely poled diodes being connected to one covering and the other being connected to glazing circuits comprising capacitors with 4 diagonally opposite terminals and zener diodes are connected for stabilization, which are connected to an oscillator circuit before the output. One input at a time is connected to another logic link for stabilization connected to an oscillator circuit in front of the output. In each case, one input is connected to another logic linkage circuit to the operating voltages required by the oscillator circuit and generated as a function of the ac signals by the input capacitors and rectifier circuits.
Description
Berlin, 25. 1. 1982 59 798 / 13Berlin, January 25, 1982 59 798/13
Felilersichere logische VerknüpfungsschaltungFeliler-proof logic operation circuit
Die Erfindung betrifft eine fehlersichere logische Verknüpfungsschaltung,The invention relates to a fail-safe logic operation circuit,
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Es ist bereits eine Schaltungsanordnung zur logischen Verknüpfung wechselspannungsförmiger Eingangssignale zu einem wechselspannungsfö'rmigen Ausgangssignal bekannt, bei der die Eingangssignale getrennten Eingangsübertragern zugeführt und in deren Sekundärkreisen eingeschaltete Gleichrichte ranordnungen gleichgerichtet werden,'die gleichgerichteten Eingangssignale die einzelnen Steuerpotentiale für eine nachgeschaltete Transistorsperrschwingerschaltung mit Rückkopplungsübertrager bilden, und die Impulsspannung des Sperrschwingers über eine in den Sekundärkreis des Rückkopplungsübertragers eingeschaltete Verstärkerstufe dem Ausgang zugeführt wird (Patent 1 933 713)*It is already known a circuit arrangement for the logical combination of AC input signals to a Wechselspannungsfö'rmigen output signal in which the input signals fed to separate input transformers and in the secondary circuits rectifier rectified rectified arrangements, 'the rectified input signals form the individual control potentials for a downstream transistor Sperrschwingerschaltung with feedback transformer, and the pulse voltage of the blocking oscillator is supplied to the output via an amplifier stage connected in the secondary circuit of the feedback transformer (Patent 1,933,713) *
Solche SchaltungsanordnuxLgen, die zu logischen UlTD-, ODER-, UIGHT-, Speicher- bzw. Verzögerungsgliedern ausgestaltet werden können, werden für den Einsatz in fehlersicher arbeitenden Anlagen benötigt, Sie dienen zu Steuerungsaufgaben sowie Überwachungen mit Sicherheitsverantwortung,Such circuit arrangements, which can be configured as logical UlTD, OR, UIGHT, memory or delay elements, are required for use in fail-safe installations, serve as control tasks and monitors with safety responsibility,
Die oben beschriebene Schaltungsanordnung ist jedoch für eine höhere Datenverarbeitungsgeschwindigkeit zu langsam, Der Herstellungsaufwand ist noch zu teuer und die so hergestellten Moduln noch zu groß.However, the circuit arrangement described above is too slow for a higher data processing speed, the production cost is still too expensive and the modules thus produced are still too large.
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Ziel der Erfindung Zie l of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden,The object of the invention is to avoid the aforementioned disadvantages of the prior art,
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungs-N anordnung zur logischen Verknüpfung wechselspannungsförmiger Eingangssignale zu schaffen, die für höhere Datenverarbeitungsgeschwindigkeiten brauchbar und kostengünstig herstellbar ist. Durch geringfügige Schaltungsänderungen sollen daraus alle beliebigen Logikfunktionen realisierbar sein und die Moduln sollen failsafe-Eigenschaften besitzen.The object of the invention is to provide a circuit N arrangement for the logical combination of AC input signals, which is useful and inexpensive to produce for higher data processing speeds. By minor circuit changes from any logic functions should be feasible and the modules should have failsafe properties.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an' den Eingängen zur galvanischen Trennung Kondensatoren mit 4 diagonal gegenüberliegenden- Anschlüssen vorgesehen sind, wobei an einera Belag die Eingänge und an einem zweiten Belag Gleichrichterschal tunge η aus entgegengesetzt.gepolten Dioden angeschlossen sind, die mit Glättungsschaltungen aus Kondensatoren mit 4 diagonal gegenüberliegenden Anschlüssen und Zener-Dioden zur Stabilisierung verbunden sind, die an eine Oszillatorschaltung vor dem Ausgang angeschlossen sind, und daß jeweils ein Eingang an einer anderen logischen Verknüpfungsschaltung seriell geschleift ist. Durch geringfügige Schaltungsänderungen bzw -ergänzungen ist jede beliebige Logikfunktion realisierbar. Die Dotierung des in der Oszillatorschaltung verwendeten Halbleiters wird so gewählt, daß die zur.Erzeugung der Eingangswechselspannungssignale verwendete Batteriespannung jeweils die entgegengesetzte Polung zu den von der Oszillatorschaltung benötigten und in Abhängigkeit γόη den Wechselspannungssignalen durch die Eingangskondensatoren und Gleichrichterschaltungen erzeugten Betriebsspannungen aufweist.The object is achieved in that at 'the inputs for galvanic isolation capacitors are provided with 4 diagonally opposite terminals, wherein on aa decking the inputs and on a second coating rectifier scarf tion η from entgegengesetzt.gepolten diodes are connected with the smoothing circuits Capacitors are connected to 4 diagonal opposing terminals and Zener diodes for stabilization, which are connected to an oscillator circuit in front of the output, and that in each case an input to another logic operation circuit is looped serially. By slight circuit changes or additions any logic function can be realized. The doping of the semiconductor used in the oscillator circuit is chosen so that the battery voltage used to generate the input AC signals has the opposite polarity to the operating voltages required by the oscillator circuit and as a function of γόη the AC signals generated by the input capacitors and rectifier circuits.
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Ausführung sb e i s ρ ie1 Execution sb eis ρ i e1
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to drawings of an embodiment.
Die Grundschaltung V besteht aus den Eingängen Ξ1 und E2, wobei die Klemme 2 des Eingangs E1 mit einem Eingang einer weiteren logischen Grundschaltung V seriell verschleift ist, während an die Klemme 1 ein Wechselspannungssignal von einem Ausgang einer weiteren Grundschaltung V gelegt wird. Desgleichen ist an die Klemme 3 des Eingangs E2 ein Wechselspannungssignal geführt, während die Klemme 4 mit einer weiteren Grundschaltung seriell verschleift ist. Diese weiteren Verknüpfungsschaltungen sind nicht dargestellt. Die Klemmen 1, 2 bzw. 3} 4 sind mit je einem Belag zweier Kondensatoren 5S 6 verbunden. Die Kondensatoren 5, 6 dienen zur galvanischen Trennung. Die zwei Anschlüsse auf einem Belag liegen einander diagonal gegenüber. Die zweiten Beläge der Kondensatoren 5, 6 besitzen ebenfalls je zwei Anschlüsse, Auch diese Anschlüsse liegen einander diagonal gegenüber, jedoch so, daß die Diagonalen des ersten und des zweiten Belages senkrecht aufeinanderstellen. Bei einer solchen Anordnung führt jede Beschädigung des Kondensators zu seinem völligen Ausfall. Die serielle Verschleifung der Eingänge dient zur Erzeugung der Betriebsspannung der Grundschaltung V*The basic circuit V consists of the inputs Ξ1 and E2, wherein the terminal 2 of the input E1 is serially wiped with an input of another basic logic circuit V, while to the terminal 1, an AC signal from an output of another basic circuit V is placed. Similarly, an AC signal is fed to the terminal 3 of the input E2, while the terminal 4 is serially grounded with another basic circuit. These further connection circuits are not shown. The terminals 1, 2 and 3 } 4 are each connected to a pad of two capacitors 5 S 6. The capacitors 5, 6 are used for galvanic isolation. The two connections on a surface are diagonally opposite each other. The second pads of the capacitors 5, 6 also each have two terminals, These terminals are diagonally opposite each other, but so that the diagonals of the first and second pads are perpendicular to each other. With such an arrangement, any damage to the capacitor will result in its complete failure. The serial routing of the inputs serves to generate the operating voltage of the basic circuit V *
Es ist auch möglich, anstelle der Kondensatoren 5 und 6 Optokoppler zur galvanischen Trennung der Ein- und Ausgangssignale zu verwenden.It is also possible to use instead of the capacitors 5 and 6 optocouplers for galvanic isolation of the input and output signals.
An die zweiten Beläge sind entgegengesetzt gepolte Dioden 7, 8, 9» 10 angeschlossen. Es folgt jeweils eine Gleichrichtung mit Potentialumkehr sowie eine Siebung und Spannungsbegrenzung. Die so aus den Eingangssignalen gewonnenenOpposite polarized diodes 7, 8, 9 »10 are connected to the second pads. This is followed by a rectification with potential reversal as well as a screening and voltage limitation. The thus obtained from the input signals
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Gleichspannungssignale werden als Stromversorgung einer Halbleiter-Oszillatorschaltung zugeführt, Durch diese Dioden 7, 8 v/erden die wechselspannungsförmigen Eingangssignale gleichgerichtet und sind mit nachfolgenden Glättung sschaltungen aus Kondensatoren 11, 12 mit vier diagonal gegenüberliegenden Anschlüssen verbunden. Zwischen die Dioden und die Kondensatoren 11, 12 können noch nicht dargestellte - Erweiterungseingänge gelegt werden.DC signals are supplied as a power supply to a semiconductor oscillator circuit, by these diodes 7, 8 v / earth the AC input signals rectified and are connected to subsequent smoothing circuits of capacitors 11, 12 with four diagonally opposite terminals. Between the diodes and the capacitors 11, 12 not yet shown - extension inputs can be placed.
An einem Belag der Kondensatoren 11, 12 sind Stabilisierungsschaltungen, bestehend aus Widerständen 13» 14 sowie Zener-Dioden 15, 16 angeschlossen. Diese sind an Hull-Potential gelegt.On a covering of the capacitors 11, 12 stabilizing circuits consisting of resistors 13 »14 and zener diodes 15, 16 are connected. These are placed at Hull potential.
Das gleichgerichtete, geglättete und stabilisierte Signal wird einer Halbleiter-Oszillatorschaltung 17 zugeleitet, die von ihm angestoßen und zum Schwingen angeregt wird. Sind die erforderlichen, von den Eingangssignalen abgeleiteten Versorgungsspannungen für den Oszillatorkreis nicht vorhanden, so kann dieser nicht schwingen. Das im Oszillatorkreis erzeugte Wechselst-romsignal wird galvanisch entkoppelt abgegriffen. Die Halbleiter-Oszillatorschaltung 17 ist mit einem Verstärker 18 verbunden, der das nun wieder zu einer Wechselspannung umgeformte Signal verstärkt, umpolt und auf den Ausgang A gibt.The rectified, smoothed and stabilized signal is fed to a semiconductor oscillator circuit 17, which is triggered by it and excited to vibrate. If the required supply voltages derived from the input signals are not present for the oscillator circuit, then this can not oscillate. The Wechselst romsignal generated in the oscillator circuit is tapped galvanically decoupled. The semiconductor oscillator circuit 17 is connected to an amplifier 18, which amplifies the signal, which is now again converted into an AC voltage, reverses polarity and outputs it to the output A.
Beim Auftreten einer beliebigen Störung an der Schaltungs-. anordnung, z. B, durch Bauelementeausfall, Kurzschluß ode.r Unterbrechung kann kein Signal am Ausgang A ausgegeben werden. Das gleiche gilt für Änderungen der Widerstandswerte zv/ischen 0 bzw. gegen oo . Bei einem Kurzschluß der Gleichrichterdioden werden die übertragenen EingangsSignaIe durch den hohen Widerstand der Kapazitäten stark gedämpft, so daß die Halbleiter-Oszillatorschaltung ebenfalls nichtWhen any fault occurs at the circuit. arrangement, z. B, by component failure, short circuit ode.r interruption, no signal can be output at the output A. The same applies to changes in the resistance values zv / ischen 0 or oo. With a short circuit of the rectifier diodes, the transmitted input signals are strongly attenuated by the high resistance of the capacitors, so that the semiconductor oscillator circuit also does not
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ausschwingen kann. Die Ausgabe eines Fehlsignals wird somit verhindert.can swing out. The output of a false signal is thus prevented.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist nicht auf die Realisierung einer bestimmten logischen Verknüpfung-beschränkt, sondern ermöglicht den Aufbau eines Systems mit allen erforderlichen Verknüpfungsarten, Durch variierten Aufbau der Halbleiter-Oszillatorschaltung 17 lassen, sich UND-, ODER-, UICHT-, Speicher-, Ve'rzögerungs- u, a, logische Verknüpfungsglieder realisieren.Such a circuit arrangement is not limited to the realization of a particular logical link, but allows the construction of a system with all the necessary types of linkage, By varied structure of the semiconductor oscillator circuit 17, AND, OR, UICHT, memory, Ve 'delay u, a, realize logical gates.
Besonders vorteilhaft wirkt sich bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung aus, daß zwischen den Eingängen und dem Ausgang Potentialtrennung besteht, und daß sie infolge Fehlens einer eigenen Versorgungsspannung bzw, eines Taktsignals im Ruhestand nicht aktiviert, d« h, passiv ist, Außerdem läßt die Schaltungsanordnung einen Fehler an sämtlichen Bauelementen zu, sei es durch Kurzschluß oder Unterbrechung, ohne daß ausgangsseitig ein möglicherweise falsches Signal entstehen kann.Particularly advantageous in the circuit arrangement according to the invention is that there is potential separation between the inputs and the output, and that it is not activated due to lack of its own supply voltage or a clock signal in retirement, d, h, is passive, In addition leaves the circuit an error on all components, either by short circuit or interruption, without the output side, a possibly wrong signal may arise.
Typisch für alle Grundschaltungen V ist, daß die Oszillatorschaltungen keine eigene Stromversorgung besitzen, sondern die notwendige Energie ausschließlich aus den zu verarbeitenden Eingangssignalen und somit von den Ausgängen der vorgeschalteten Grundschaltungen erhalten. Ein Durchstoßen der Eingangssignale auf den Ausgang (im Fehlerfall) ist durch die gewählte Potentialumkehr innerhalb des Moduls ausgeschlossen, Ein galvanischer Schluß in den Eingangskondensatoren kann nicht zu einem gefährlichen Ausgangssignal führen, da die Dotierung des im Oszillator verwendeten Halbleiters so gewählt ist, daß er zur Eingangsspannung jeweils die entgegengesetzte Polung zu der Oszillatorspannung benötigt.Typical of all basic circuits V is that the oscillator circuits do not have their own power supply, but receive the necessary energy exclusively from the input signals to be processed and thus from the outputs of the upstream basic circuits. A puncturing of the input signals to the output (in case of failure) is excluded by the selected potential reversal within the module, A galvanic closure in the input capacitors can not lead to a dangerous output signal, since the doping of the semiconductor used in the oscillator is selected so that it Input voltage respectively the opposite polarity to the oscillator voltage needed.
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Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist kostengünstig, erlaubt eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit bei kleineren Abmessungen der zu fertigenden Moduln sowie eine höhere Verknüpfungsdichte je Steckkarte.The circuit arrangement according to the invention is inexpensive, allows a higher processing speed with smaller dimensions of the module to be manufactured as well as a higher connection density per plug-in card.
Anhand der Pig..2 wird ein Ausführungsbeispiel der Verknüpfung von Grundschaltungen V erläutert.With reference to Pig..2 an embodiment of the combination of basic circuits V is explained.
Die einzelnen Grundschaltungen sind mit V, (V1, .,.,V , V.', ♦.., "VnZt1 fr) bezeichnet.The individual basic circuits are denoted by V, (V 1 ,.,., V, V ',..., "V n Zt 1 fr).
Eine intern im Verstärker 18 einer Grundschaltung V erzeugte Schwingung wird über einen Koppel-Kondensator K ausgekoppelt und durch die Transistorstufe T, die ihre Versorgungsspannung IL· über die in Serie geschalteten Belege der Eingangskondensaotren 5, 6 ... der der ersten Grundschaltung nachgeschalteten V1, ..., V erhält, verstärkt auf den Ausgang A. gegeben.A vibration internally in the amplifier 18 generated a basic circuit V is coupled via a coupling capacitor C and the transistor stage T that its supply voltage IL · via the series-connected documents of Eingangskondensaotren 5, 6 ... of the downstream of the first fundamental circuit V 1 , ..., V gets amplified given to the output A.
Die Eingangskapazitäten 5, 6 ... stellen einen Teil des Kollektorwiderstandes dar. Der durch die intern in der ersten Grundschaltung erzeugte Schwingung getaktete Kollektorstrom stellt das Eingangssignal für die Eingänge E11, ..., Ε., der dem Modul V nachgeschalteten Moduln V.,,The input capacitances 5, 6... Represent a part of the collector resistance. The collector current clocked by the oscillation generated internally in the first basic circuit represents the input signal for the inputs E 11 ,..., Ε, of the modules V downstream of the module V. . ,,
'n'n
,. , V„ dar.. , V ".
Jedes Modul besitzt eine oder auch mehrere Ausgangsverstärkerstufen 18 (bei mehreren Ausgängen) der oben beschriebenen Art. Der Übersicht halber ist dies nur für das Modul V eingezeichnet. Aus dem gleichen Grunde ist in der Figur darauf verzichtet worden, für die einzelnen Verknüpfungsglieder jeweils weitere Eingänge oder Ausgänge, die wiederum mit noch anderen (nicht gezeichneten)Each module has one or more output amplifier stages 18 (with multiple outputs) of the type described above. For clarity, this is shown only for the module V. For the same reason, it has been omitted in the figure, for the individual logic elements in each case further inputs or outputs, which in turn with still other (not shown)
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logischen Bausteinen verknüpft sind, anzugeben, Ss sind beliebige Verzweigungen denkbar.Logical blocks are linked, specify, ss are any branches conceivable.
Die zu verarbeitenden Signale werden über anpassende Ein- gangsbausteine in die aus Grundschaltungen gebildete Logikkonfiguration eingegeben und über anpassende Ausgangsbausteine ausgekoppelt.The signals to be processed are input via adaptive input blocks into the logic configuration formed from basic circuits and coupled out via adaptive output blocks.
In dem Beispiel der Fig. 2 steuert das Modul V die Bausteine ν.. , „.., V mit dem gleichen, Signal an, wobei wiederum das von V1 ausgegebene Signal die Moduln V-',"..., V J ansteuert usw.In the example of Fig. 2, the module V drives the blocks ν .., ".., V with the same signal, again the signal output by V 1 drives the modules V - '," ..., VJ etc.
Die Batterie spannung U-n ist so gewählt, daß sie jeweils die entgegengesetzte Polung zu den in den Oszillatorschaltungen der Moduln V1, .., , Vn bzw. V1',..,, V1 ) V1 ff, ..., VjJ benötigten Betriebsspannungen der dort verwendeten Transistoren aufweist,Un the battery voltage is selected such that they each the opposite polarity to those in the oscillator circuits of the modules V 1, .., V n and V 1 ', .. ,, V 1) V 1 ff, ... , VjJ has required operating voltages of the transistors used there,
y/erüen beispielsweise in den Verknüpfungsgliedern für die Oszillatoren ρ η ρ - Transistoren mit einer dieser Dotierung entsprechenden negativen Betriebsspannung (abgeleitet aus den Eingangssignalen nach Gleichrichtung und Glattung) verwendet, muß tL· positiv sein.If, for example, in the logic elements for the oscillators, ρ η ρ transistors with a negative operating voltage corresponding to this doping (derived from the input signals after rectification and smoothing) are used, t L · must be positive.
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt es, aufwendige und kostspielige konstruktive Maßnahmen bei der Fertigung der Kondensatoren_zur.Vermeidung von Isolationsfehlern zu umgehen und bietet darüber hinaus mehr Sicherheit, da bei noch so großen konstruktiven Anstrengungen ein Defekt der Kondensatoren nie ausgeschlossen werden kann. Das Fertigungsverfahren der Moduln läßt sich kostengünstig durchführen, da die Bauelemente (Kondensatoren, Y/iderstände) auf Keramik-The solution according to the invention makes it possible to avoid costly and costly constructive measures in the production of capacitors for the avoidance of insulation faults and, moreover, offers greater safety since, with even the greatest constructive efforts, a defect in the capacitors can never be ruled out. The manufacturing process of the modules can be carried out cost-effectively, since the components (capacitors, stator) on ceramic
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substrat gedruckt werden können.substrate can be printed.
Weiterhin ist es von Vorteil, daß durch die Serienschaltung der Kondensatoren eine fehlersichere Kopplung der. Eingänge miteinander garantiert wird. Bei Verdrahtungsunterbrechung ergibt sich für alle in Reihe geschalteten Eingänge O-Signal. .Furthermore, it is advantageous that a fail-safe coupling of the. By the series connection of the capacitors. Entrances with each other is guaranteed. When the wiring is interrupted, the O-signal is produced for all inputs connected in series. ,
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