DE2109023C2

DE2109023C2 - Schaltungsanordnung zur Abgabe logischer Signale mit hoher Zuverlässigkeit

Info

Publication number: DE2109023C2
Application number: DE2109023A
Authority: DE
Inventors: Roger Ernee Renoulin
Original assignee: Compagnie Industrielle de Telecommunication CIT Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1970-02-27
Filing date: 1971-02-25
Publication date: 1983-02-10
Also published as: CA971638A; FR2080251A5; SU382317A3; JPS462103A; CH530125A; NL7102304A; BE762927A; JPS543336B1; SE362561B; DE2109023A1; ES388695A1; US3686657A; GB1307808A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Abgabe logischer Signale mit hoher Zuverlässigkeit, welche mehrere identische Signalgeneratoren aufweist, denen jeweils ein nicht invertierender und ein invertierender Verstärker zugeordnet ist sowie Vergleichsschaltungen und wenigstens eine analoge Summierschaltung.

Eine derartige Schaltungsanordnung wird beispielsweise für Zeitbasisgeneratoren verwendet von denen eine extrem hohe Zuverlässigkeit gefordert wird. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind dabei automatische Zeitschalter für Zeitmultiplexer in Fernmelde-Vermittlungsanlagen.

Bei einer in der US-PS 35 22 455 beschriebenen Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung, ss sind zur Erzielung einer hohen Zuverlässigkeit drei Taktgeneratoren vorgesehen, deren Ausgänge jeweils an die drei Eingänge von drei analogen Majoritäts-Schwellwertschaltungen angelegt sind. Unter einer Majoritäts-Schwellwertschaltung wird dabei eine analo- ω ge oder digitale Schaltungsanordnung verstanden die an ihrem Ausgang dann ein Signal abgibt, wenn die Majorität, also mehr als die Hälfte ihrer Eingänge, ein vorbestimmtes Signal empfängt. Bei einer digitalen Majoritätsschaltung wird dabei lediglich das Vorhandensein von logischen Signalen an den Eingängen überprüft, während bei einer analogen Schaltung die Amplituden der mehreren Eingangssignale addiert werden und das Oberschreiten eines Amplitudenschwellwertes ausgewertet wird. Das Ausgangssignal der Majoritätsschaltung gibt in jedem Fall die »Majoritätsentscheidung« wieder, also eine Aussage darüber, ob eine Mehrheit der an den Eingängen anlegbaren Signale vorhanden ist oder nicht Bei der bekannten Schaltungsanordnung sind diesen Majoritätsentscheidungsschaltungen Komparatoren nachgeschaltet die jeweils das Ausgangssignal der Majoritätsentscheidungsschaltung mit dem Ausgangssignal des zugeordneten Signalgenerators vergleichen. Wenn einer der Komparatoren eine Ungleichheit der Signale feststellt dann gibt er bereits ein Alarmsignal ab, das anzeigt daß einer der Generatoren fehlerhaft arbeitet Zusätzlich ist jedes Ausgangssignal der Majoritätsentscheidungsschaltungen an jeweils eine Gruppe aus einem direkten und einem invertierenden Verstärker angelegt deren Ausgänge an zwei Eingänge einer Steuerschaltung geführt sind. Jeder der einem Signalgenerator zugeordneten Kanäle der Schaltung weist eine derartige Steuerschaltung auf.

Zusätzlich sind sowohl die drei Ausgänge der direkten Verstärker, als auch die drei Ausgänge der invertierenden Verstärker jeweils über Widerstände an einen Knotenpunkt zusammengeführt und die beiden Knotenpunkte sind mit zwei Eingängen eines Schwellwertempfängers verbunden, dessen Ausgänge wiederum an zwei weitere Eingänge der drei den einzelnen Kanälen zugeordneten Steuerschaltungen angelegt sind. Jede der Steuerschaltungen überprüft dabei die Übereinstimmung der an ihren bsiden Eingangspaaren anliegenden Signale. Wenn keine Obereinstimmung festgestellt wird, gibt die betroffene Steuerschaltung ein Alarmsignal ab, das eine Störung eines der Signalgeneratoren anzeigt

Diese bekannte Schaltungsanordnung weist also zusätzlich zu dem Schwellwertempfänger und den invertierenden und nicht invertierenden Verstärkern drei Komparatoren und drei Summierschaltungen, sowie drei Steuerschaltungen auf. Sie ist daher recht kompliziert und technisch aufwendig.

Aus der GB-PS 11 53 377 ist ein Multibit-Komparator bekannt der als Widerstands-Dioden-Logikschaltung aufgebaut ist Dabei werden die entsprechenden Bits von zwei logischen Wörtern jeweils in einer Widerstandschaltung summiert die einzelnen Summen über Entkopplungsdioden miteinander verknüpft und die Summe einerseits direkt und andererseits invertiert an die Eingänge einer ODER-Schaltung angelegt Wie sich aus der in dieser Patentschrift angegebenen Wahrheitstabelle ergibt handelt es sich dabei um eine besondere Ausgestaltung einer logischen ODER-Funktion, deren Ausgangssignal angibt ob eine Ungleichheit zweier entsprechender Bits von zwei logischen Wörtern vorliegt Eine Majoritätsentscheidung ist zur Durchführung eines derartigen paarweisen Vergleichs weder notwendig noch vorgesehen.

In der US-PS 34 58 822 ist eine Schaltung zur Feststellung der Fehlfunktion eines Taktgenerators beschrieben, bei der das Ausgangusignal des Taktgenerators in zwei Kanäle mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten aufgespalten wird. Dabei wird absichtlich eine Phasenverschiebung von einer halben Periode eingeführt und anschließend wird aus den Signalen der beiden Kanäle eine Anzahl weiterer Signale durch Verzögerung abgeleitet, wonach alle Signale in einer logischen Gatterfunktion miteinander verglichen werden.

In der DD-PS 66 438 ist eine Schaltungsanordnung

zum !aufenden Verlieh zweier vorzeichanbehaftet eingegebener Impulsreihen beschrieben, bei der die beiden Impulsreihen zum Vergleich in Speichern abgespeichert und dann über logische Gatter verglichen werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die bei hoher Zuverlässigkeit technisch einfach aufgebaut ist

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jedem Signalgenerator unmittelbar ein nicht invertierender und ein invertierender Verstärker nachgeschaltet ist, daß jeweils die Summe der Ausgangssignale der invertierenden Verstärker und die der nicht invertierenden Verstärker an je einen Eingang einer analogen Majoritätsentscheidungsschaltung mit komplementären Ausgängen angelegt ist, daß jedem Signalgenerator jeweils eine Steuerschaltung zugeordnet ist, die jeweils die an ihre ersten Eingänge angelegten direkten und invertierten Ausgangssignale ?' der dem jeweiligen Generator nachgeschalteten Verstärker mit den an ihre zweiten Eingänge angelegten } Ausgangssignaien der Majoritätsentscheidungsscbal- H tung vergleicht und im Falle eines Ausfalls von einem ⁷'· der Generatoren jeweils ein Alarmsignal abgibt.
ί Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit

darin, die Eingangs-Steuerschaltungen mit den Komparatoren wegzulassen, jedoch die Ausgangssteuerschaltungen beizubehalten, wobei die Majoritätsschwellwertschaltung nunmehr als summierende Majoritätsentscheidungsschaltung ausgebildet ist, also als Schaltungseinheit, die in Abhängigkeit von der einen Schwellwert überschreitenden Summe der Eingangssignale eine Majoritätsentscheidung abgibt

Wenn dabei beispielsweise drei Generatoren vorgesehen sind, erzeugt die Majoritätsentscheidungsschaltung an ihrem Ausgang dann ein Signal, wenn wenigstens zwei der Signale der drei Generatoren an den Ausgängen der Summierschaltungen erscheinen. Dabei wird angenommen, daß in der Praxis jeweils nur einer der drei Generatoren fehlerhaft arbeitet Die Entscheidungsschwelle der Majoritätsentscheidungsschaltung ist größer als der Amplitudenwert eines Ausgangssignals und kleiner als die Summe der Amplitudenwerte zweier Ausgangssignale. Eine Majoritätsentscheidung wird daher dann abgegeben, wenn wenigstens die Amplitudensumme zweier Signale an den Ausgängen anliegt, wenn also wenigstens zwei der Signalgeneratoren einwandfrei arbeiten. Der direkte Ausgang der Majoritätsentscheidungsschaltung gibt dann ein erstes Signal ab, während der invertierende Ausgang ein zweites Signal abgibt und diese beiden Signale entsprechen jeweils einer Majoritätsentscheidung. Diese beiden Signale sind gleichzeitig an die zwei ■ Eingänge der Steuerschaltungen angelegt denen andererseits an zwei weiteren Eingängen die direkten und die invertierten Signale des zugeordneten Signalgenerators zugeführt sind. Jede dieser Steuerschaltungen ist beispielsweise derart aus logischen Verknüpfungsschaltungen aufgebaut daß sie die Obereinstimmung der an ihren Eingangspaaren angelegten Signale feststellen können. Jeder Fehler der an dem einen Eingangspaar anliegenden Signale, der eine Fehlfunktion des zugeordneten Signalgenerators anzeigt, führt zur Abgabe eines fehlcranzeigenden Ausgangssignals. da die an dem anderen F.ingangspaar angelegten Majoritätsentscheiciungssignale unabhängig von der Fehlfunktion eines Signalgcncrators stets richtig sind.

Wenn dabei tatsächlich nicht nur einer, sondern zwei der Signalgeneratoren fehlerhaft arbeiten, dann würden alle drei Steuerschaltungen der drei Kanäle ein Fehlersignal abgeben. Es läßt sich also in jedem Fall sicherstellen, daß die Fehlfunktion eines oder mehrerer Signalgeneratoren sicher erkannt werden kann.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist im Unteranspruch gekennzeichnet

_ ίο Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig.2 ein detaillierteres Prinzipschema eines Teils des Schemas der F i g. 1,

F i g. 3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Arbeitsprinzips der Majoritätsschwelle und

F i g. 4 Oszillogramme, weiche die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung darsaellen.
Die F i g. 1 stellt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung dar. Es umfaßt drei identische Kanäle 10,2^ 30. Der Kanal 10 enthält beispielsweise einen Signal-Generator 1«, einen nichtinvertierenden Verstärker 12, einen invertierenden Verstärker 13, welcher mit dem Ausgang des Signal-Generators 11 verbunden ist und einen Verstärker 14 beaufschlagt Aus dem nichtinvertierenden Verstärker 12 kommt ein Ausgangssignal a\, aus dem Verstärker 14 kommt ein Ausgangssignal b\. Die Signale a\ und Oi werden an zwei Eingänge einer nachgeschalteten Steuerschaltung 17 geführt

Die Kanäle 20 und 30 sind in derselben Weise aufgebaut und sind analog bezeichnet, indem jeweils die erste Ziffer 1 durch die Bezugszahl 2 oder 3 ersetzt ist Die Ausgangsströme der Verstärker 12, 22, 32 werden am Punkt /"hinter drei Entkopplungswiderständen 15, 25, 35 addiert Die Ausgangsströme der Verstärker 14, 24, 34 werden am Punkt Q hinter drei Entkopplungswiderständen 16,26,36 addiert
An den Punkten P und Q ist eine bifilarc Leitung 40 angeschlossen, welche eine Majoritätsentscheidungsschaltung 41 speist Von dieser Majoritätsentscheidun^sschaltung gehen zwei komplementäre Signalleitungen c und d aus, die jeweils auf zwei Eingänge der Steuerschaltungen 17,27,37 verteilt sind.

Im Falle des Ausfalls von einem der drei Signal-Generatoren 11,21 oder 31 geht ein Alarmsignal Y\ oder Y₂ oder Y3 von einer der Steuerschaltungen 17,27 oder 37 aus.

Die Fig.2 ist ein detaillierteres Schema
Majoritätsentscheidungsschaltung der F i g. 1.

Die bifilare Leitung 40, mit dem Ursprung PQ, ist bei ST mit dem Eingang der Majoritätsentscheidungsschaltung 41 verbunden, welche einen Differenz-Verstärker 42 m'C den Eingängen E\ und Ei aufweist dem ein Inverter 43 nachgeschaltet ist sowie eine Majoritäts-Schwellwertschaltu-sg, weiche folgendes aufweist:

Auf den Leitern der bifilaren Leitung 40 zwei gleiche Schleifenwiderstände Ro, Ro, die vorzugsweise mit eine· Spannung + V verbunden sind, und zwar aus rein technologischen Gründen,
zwei Kondensatoren C. C zur galvanischen Isolation, von denen der eine in Serij zwischen 5 fci und E₁ und der andere in Serie zwischen fund E₂

liegt, und

einen Widerstand R\ zwischen /:". und der Masse, einen Widerstand R, /wischen Ej und + V. einen

Widerstand Ri /wischen Ei und der Masse.

Nachdem die Widerstände R_n in der Größenordnung von einigen zehn Ohm liegen, sind die im allgemeinen verschiedenen Widerstände R\, R2, Ri vorzugsweise größer als 10 Kilo-Ohm.

Die Einstellung des Majoritäts-Schwellwert-Widerstandsnetzes gestattet es, dieses Net/, auf ein beliebiges Zyklusverhältnis einzustellen.

Aus dem Differenzverstärker 42 kommt ein Signal c, und nach dem Inverter 43 liegt das invertierte Signal d vor. Diese Signak· werden jeweils auf zwei Eingänge der nachfolgenden Steuerschaltungen 17,27,37 verteilt.

Die nachgeschaltete Steuerschaltung ist beispielsweise eine logische Schaltung, welche die Funktion

ausführt.

Am Ausgang von 27 und von 37 erhäii man jeweils in symetrischer Weise Vjund Vj.

Der Fehler auf 3, oder auf b, wird durch Antikoinzidenz mit den Signalen (.und c/festgestellt, die als sicher betrachtet werden, da sie aus einer Majoritatssumme resultieren.

Die Fig. 3 zeigt beispielsweise die Anordnung der Entscheidungsschwelle in dem Falle von drei Signalen S\. Si, Si, die gegeneinander leicht phasenverschoben sind.

Die Kurve Σ zeigt die Summe der drei Signale ΛΊ. Si. Si an. Auf der Kurve 2' ist bei d ein Bereich der Majoritätsentscheidung dargestellt und bei 5 die mittlere Entscheidungsschwelle.

Die F i g. 4 ist eine Oszillogrammreproduktion, welche in einem Heispiel die Wirkungsweise der M ajoritätsentscheidungssch welle darsiellt.

Es sei angenommen, daß zwei der Signale .Si und S, korrekt sind, daß jedoch das dritte Signal S₁ fehierhafi ist.

Die Kurve Σ stellt die Summe der Leitungsströme dar. Die Majoritätsschwellc ist bei .Sdargcstellt und man MMuei bei M d;is Eigeunin dti rviäjuiliätM'iiiM'iietiiung, welches eines der korrekten Signale getreu wiedergibt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Abgabe logischer Signale mit hoher Zuverlässigkeit, weiche mehrere identische Signalgenerataren aufweist, denen jeweils ein nicht invertierender und ein invertierender Verstärker zugeordnet ist, sowie Vergleichsschaltungen und wenigstens eine analoge Summierschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Signalgenerator (11, 21, 31) unmittelbar ein nicht invertierender (12, 22, 32) und ein invertierender Verstärker (13,14; 23,24; 33,34) nachgeschaltet ist, daß jeweils die Summe der Ausgangssignale der invertierenden Verstärker und die der nicht invertierenden Verstärker an je einen Eingang einer analogen Majoritätsentscheidungsschaltung (41) mit komplementären Ausgängen (c, d) angelegt ist, daß jedem Signalgenerator (11, 21, 31) jeweils eine Steuerschaltung (17, 27, 37) zugeordnet ist, die jeweils die ?n ihre ersten Eingänge (a, 6J angelegten direkten und invertierten Ausgängssignale der dem jeweiligen Generator (U, 21, 31) nachgeschalteten Verstärker mit den an ihre zweiten Eingänge (c, d) angelegten Ausgangssignalen der Majoritätsent-Scheidungsschaltung (41) vergleicht und im Falle eines Ausfalls von einem der peneratoren (11, 21, 31) jeweils ein Alarmsignal (Yu Yi. Yi) abgibt

Z Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Majoritätsentscheidungsschaltung (41) eine Majoritätsschwellwertschaltung enthält, in wet; her hinter zwei Kondensatoren (C, C) einerseits ein Ableitwiderstand (R 1) an Masse liegt und andererseits ein Ableitwiderstand (R 3) mit Masse und ein weiterer Widerstand mit einer Vorspannung (+ V^ verbunden ist