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Negationsschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine Negationsschaltung
unter Verwendung von Magnetkernen (K1 r?) auf denen sich Wicklungen einer Signalleitung
E, zweier Abfrageleitungen (T2, T3) und einer jeweils ausgangsseitig mit je einem
Transistor (TR1, Tr2) verbundenen Beseleitung befinden.
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sind bereits Schaltungsanordnungen zur Realisierung von logischen
Funktionen bekannt, die als Bauelemente Magnetkerne und Transistoren verwenden.
Diese bekannten Schaltungen erfüllen Jedoch die Bedingungen der Selbstsicheheit
nicht. Selbstsichere Logikschaltungen werden dabei in Anlagen benötigt, in denen
die Ausgabe be stimmter falscher Meldungen und Befehle sicher verhindert werden
muß.
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An eine selbstsichere Logikscaltung werden folgende Bedingungen gestellt:
Durch einen einzigen Fehler eines Bauelementes der Logikscaltung
darf
ein Ausgang der aufgrund der Eingqngssignale O-ignal führt, kein L-Signal eralten.
Falls ein Fehler nicht bemerkbar ist, darf durch das Hinzutreten eines weiteren
Fehlers kein L-Signal an einem Ausgang entstehen. Diese Folge läßt sich weiter fortsetzen.
Mit anderen Worten, ein Ausgang darf nur dann fälschlicherweise L-Signal führen,
wenn mindestens zwei voneinander unabhängige Fehler gleichzeitig aufgetreten sind.
Dieser Fall kann. ausgeschlossen werden, da die Wahrscheinlichkeit für dessen Auftreten
ausreichend gering ist.
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Die bekannteste Schaltung für ein logisches UND-Gatter arbeitet mit
zwei gleichzeitigen Eingangsimpusen, die jeder den halbe für eine Unmagnetisierung
der Kerne erforderlichen Strom führen (I/2-Verfaren). Diese Anordnung ist keinesfalls
sicher, da es nicht möglich ist, Änderungen der-Stromamplituden auszuschließen.
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selbst wenn man annimmt, daß die die Ströme begrenzen-<len Lastwiderstände
durch Fehler nicht kleiner werden können, kann durch änderungen der Kenndaten (Temperatur)
eine zumindest teilweise Unmagnetisierung auch bei Anliegen nur eines Eingangssignales
stattfinden.
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Die zweite Möglichkeit einer Konjunktion (mit einem negierten Eingang,
A = E1 E2) arbeitet mit gleichzeitigen Eingangs impulsen, die sich gegenseitig auf
heben. Hierbei gibt es zwei Fehlermöglichkeiten: Die Amplituden der Stromimpulse
können sich ändern. Dem läßt sich in Grenzen entgegenwirken, wenn der ne gierte
Eingang durch eine größere (doppelte) Windungszahl bevorzugt wird. Die. andere Fehlermöglichkeit
ist eine mangelnde zeitliche Koinzidenz der Eingangsimpulse.
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Diese kann dadurch unwirksam gemacht werden, daß die Versorgungsspannung
des Gatters getastet wird und dabei die Taktdauer so gewählt wird, daß sie kleiner
als die der Signalimpulse ist und mittig zu ihnen liegt. Unsaubere, verschiedene
Anstiegs- und Abfallflanken der an den Eingängen des Gatters anliegenden Impulse
werden dadurch ausgeblendet. Diese Anordnung ist jedoch nicht sicher, da die getaktete
Versorgungss.annung bei Kurzschluß eines Transistors eine Tmpulsfolge am Ausgang
des Gatters erzeugen kann, ohne daß Eingangssignale anliegen.
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Aufgabe er vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine selbstsichere
Negationsschaltung anzugeben, die beim Auftreten eines Bauelementenfehlers innerhalb
der Schaltung jeweils zur sicheren Seite hin ausfällt, d. h. an ihrem Ausgang O-Signal
führt. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Wicklungen der
Signalleitung (E - Wi), der Lesesleitung (W4) und der zweiten Abfrageleitung (T3
- W3) auf beiden Kernen (K1, K2), einer Wiklung der ersten Abfrageleitung (T2 -
W2) auf dem ersten Kern (K1), eine Wiklung (W5) der mit einem Kondensator (16) beschalteten
Lesesleitung des ersten Kerns auf den zweiten Yern (K2) und die Anschaltung eines
zentralen Taktgenerator mit zeitlich innerhalb einer Zykluszeit (Tz) versetzten
Taktsignalen (TI, T2, T3) an die Signalleitung (E) und die Abfrageleitungen (T2,
?3).
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Die Erfindung sei nachstehend anhand der Figuren näher erläutert,
Dabei zeigt Figur 1 ein Schaltbild der Negationsschaltung und Figur 2 ein Impuls-Diagramm.
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In der Figur 1 sind mit K1 und K2 zwei Magnetkerne bezeichnet, die
mit je vier Wicklungen versehen sind. Die
Richtung der Schrägstriche
gibt den Wicklungssinnan.
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Die Wicklungen W1, W2, W3 und W5 werden in Stromimpulsen angesteuert,
während die Wicklung W4 als Besewicklung dient. An ihr entsteht bei der Abfrage
der Kerne eine Induktionsspannung. Bei einem sicheren Digitalsystem ist es notwendig,
den Unterschied zwischen L- und O-Signalen möglichst groß zu wahlen, um nicht durch
Störspannungen falsche Signale zu erhalten. Daher wird bei den Kernen K1 und K2
nur mit positiver und negativer Sättigungsremanenz gearbeitet, um bei der Abfrage
einen Kern in der positiven Remanenzlage ("gesteuert") sicher von einem in der negativen
Remanenzlage ("nicht gesetzt", $zurückgesetzt") unterscheiden zu können.
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Die Stromimpulse zum Setzen und Rücksetzen der Kerne werden aus Spannungsimpulsen
gebildet, deren zeitlicher Verlauf in Figur 2 dargestellt ist. Die drei Takte (T1,
T2, T3) werden zentral aus einem Taktgenerator erzeugt. Die Zykluszeit ist mit Tz
bezeichnet.
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Auf dem Kern K1 befindet sich eine Wicklung W1 der Signalleitung E,
eine Wicklung W2 der Abfrageleitung mit dem Taktsignal T2, eine Wicklung W3 der
AbSrageleitung mit dem Taktsignal T3 und die Besewicklung W4.
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Der Kern K" weist ebenfalls vier Wiklungen auf, nämlich die Wicklung
W1 der Signalleitung E, die Wicklung W3 der Abfrageleitung mit dem Taktsignal T3,
die lesewicklung W4 und eine Wicklung W5. Diese Wiklung liegt in dem mit einem Transistor
Tr1, einem Kondensator 16 und einem Widerstand 15 beschalteten Ausgangskreis der
Ilesewicklung W4 des Kernes K1, Die Wicklungen sind ausgangsseitig über Lastwiderstände
11, 12, 13 und 14 mit der Betriebsspannung +UB verbunden. Die in die Leseleitungen
bei der Abfrage induzierten Spandurch
nungen werden jeweils nachgeschaltete
Transistoren Trl und Tr2 verstärkt. Der am Kollektor der Transistoren Trl und Tr2
abgegebene Stromimpuls reicht aus, um etwaige folgende Kerne umzumagnetisieren.
Außerdem treffen die Transistoren eine Auswahl zwischen positiven und negativen
Lesespannungen, d. h. nur die beim Rücksetzen der Kerne erzeugten Lesespannungen
steuern den jeweiligen Transistor durch.
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Bei der erfindungsgemäßen Negationsschaltung werden folgende binäre
Signale unterschieden: O-Signal: +Ub konstant anstehend, innerhalb einer Zykluszeit
Tz keine Änderung. (Es kann bei Versagen eines Bauelementes auch 0 V dauernd anstehen
dies wird gleichfalls als logisches O-Signal gewertet.) L-Signal: Während einer
Zykluszeit Tz genau ein Impuls von +UB auf 0 V, synchron zu Tl, T2 oder T31 Das
Auftreten von zwei oder mehr Impulsen innerhalb von Tz bzw. das Auftreten eines
Impulses zur falschen Zeit (z. B. synchron zu T2 statt zu 23) ist ein Fehler, der
in der selbstsicheren Logik nicht möglich sein darf.
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Die Schaltung besitzt einen Signaleingang E und die Eingänge T2 und
T3 für die Abfrage. Auf den Signaleingang E wirkt weiterhin das Taktsignal 01, Die
Abfrage ist notwendig, damit alle Ausgangsimpulse zu einer festgelegten Zeit kommen
und damit nach Ablauf von T3 der Kern wieder in der Grundlage ist.
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Di beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet folgendermaßen: Das Abfragetaktsignal
T3 setzt den Kern K1 und setzt den Kern K2 zurück. Damit befindet sich die Schaltung
in ihrer Grundstellung. Beim Anliegen eines Eingangssignales auf der Signalleitung
Ewird im Zeitpunkt
das Abfragetaktes T1 der Kern K1 zurückgesetzt.
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Die in die Lesewiklung W4 des Kernes K1 induzierte Spannung steuert
den Traistor Tr1 auf, so daß sich der Kondensator 16 über den Transistor Tr1 entladen
kann. Dieser Entladestrom magnetisiert cber die Wicklung W5 gleichzeitig mit dem
entgegengesetzten Abfragetakt TI über die Wicklung W1 den Kern K2 Die Schaltung
ist derart dimensioniert, daß die Abfrage iiberwiegt, der Kern K2 also nicht gesetzt
wird und keine Besespannung auf den Ausgang A abgibt. Da der Entladestrom eine Folge
des Abfrageimpulses Tl ist, beginnt der Entladestrom später als der Abfrageimpuls.
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Die Dauer des Entladestromes ist begrenzt durch die Dauer des Abfrageimpulses
TI und die Ladung des Kondensators IG. Der Vorteil der Schaltung liegt darin, daß
der Entladestrom des Kondensators 16 durch Änderungen der Bauelemente nicht größer,
sondern nur kleiner werden kann. Bei Kurzschluß des Kondensators 16 oder des Widerstandes
15 fließt zwar ein großer Strom, der jedoch den Kern nicht setzen kann, da die Stromrichtung
falsch ist. Durch das Abfraetaktsignal T2 wird nachfolgend der Kern K1 abgefragt.
Da jedoch der Kern K1 bereits zur Taktzeit TI zurückgesetzt wurde, wird kein Ausleseimpuls
ausgegeben. Das Abfragetaktsignal T3 setzt darauf den Kern K1 und fragt den Kern
K2 ab. Da der Kern KP nicht gesetzt war, erscheint kein Ausgangssignal am Ausgang
A. Die Negationsbedingung - bei anliegendem Eingangssignal kein Ausgangssignal -
ist somit erfüllt.
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Liegt zur Taktzeit T1 kein Signal am Eingang E, so wird - beginnend
mit der vorgenannten Grundstellung-der gesetzte Kern Kl durch das Abfragetaktsignal
T2 abgefragt.
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Die in die Lesewicklung W4 induzierte Spannung steuert den Transistor
Tr1 auf. Der Entladestrom des Kondensators 16 setzt den Kern K2 über die Wicklung
W5. Das Abfragetaktsignal
T3 setzt darauf den Kern Kl und fragt
den Kern K2 ab. De dieser während der Taktzeit T2 gesetzt wird, wird ein Ausgangssignal
über den Transistor Tr2 auf den Ausgang A gegeben.
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Bei dieser Schaltung sind beliebige Fehler der Widerstände möglich;
der Kondensator kann Kurzsclüsse oder Unterbrechung haben, ebenso die Transistoren.
Es sind mit beliebige Fehler der Bauelemente zulässig. Im Fehlerfall führt der Ausgang
A ein O-Signal (kein Takt).
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Kurzschlüsse der Wicklungen werden jedoch ausgeschlossen.