DE2425904C2 - Störungssicheres Logiknetzwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein störungssicheres Logiknetzv,erk zur Aufnahme eines Torbetätigungssignals und wiederkehrender Steuersignale und zur Abgabe eines Ausgangssignals in Form wiederkehrender Steuersignale abhängig vom Torbetätigungssignal.

Derartige störungssichere Logiknetzwerke werden für Fahrzeugsteuerungssysteme benötigt, wobei auf die beiden US-Patentschriften 37 5! 689 und 36 00 604 der Anmelderin verwiesen wird.

Bei Fahrzeugsteuerungssystemen der jüngsten Zeit werden störungssichere elektronische Logikbausteine verwendet, um die früher durch mechanische Relais ausgeführten Funktionen bei Fahrzeug^te-jersystemen auszuführen. Bei dK--sen bekannten störungssicheren elektronischen Logikbausteinen wurde mit Kondensator- und/oder Transformatorkopplung gearbeitet. Die Anwendung derartiger Bausteine kann jedoch hohe Arbeitsspannungen bedingen, was wiederum eine sorgfältigere Auswahl der Transistoren notwendig macht. Ebenso können höhere Arbeitsfrequen/en notwendig sein, was wiederum zu Rausch und Störspannungsprobleme führen kann.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es. ein storungssi cheres Logiknetzwerk der eingangs genannten A-t so auszubilden, daß es verhältnismäßig preiswert ist. bei niedrigen Frequenzen und be^; niedreren Spannungen arbeiten kann und im übrigen keinerlei f ehlererscheinungen aufweist, wie sie beim Staue? der Technik noch auftreten

/.ur Losung dieser Aufgabe ist da^ sioaingssicherc Logiknet/wcrk der eingangs genannten Art gekenn zeichnet durch einen Schalter mit leitfahigf:m Pfad und einer von den Steuersignalen beaufschlagten Steuer elektrode /'im Schließendes Schallers, eine lichtemittierende Diode, deren erstem Ansthi.iB das Torbeiäti gungssignal zugeführt und deren /weiter Anschl'.'S mit dem leitfahigen Pfad des Schalters verbunden ·,< vobe die lichtemittierende Diode in AbhanyigKC·:· . .■;> de-I.r'fcrung des lorbct.i'igungssigndls an den ersten Anschluß der lichtemr¹ eten.k" Diode bei gleich/eiliger Schließung des Schalters Licht emittiert, und eine auf von der lichtemitlicrenden Diode emittiertes Licht ansprechenden Hinrichtung /u^r Abgabe eines Aus gangssignai-

Aus dc I S PS )4 42 4*x ist bereits cm I bertr.t gungsschaltkreis bekannt, de mit optisch gekoppelten Logiknet/werken arbeitet, wobei diese optische Kopp hing zwischen einer Station und einem Sammelleitungv systetn vorgesehen isi.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbcispiclcn näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigt

F i g. 1 schematisch ein Schaltbild eines störunessiche ren, optisch gekoppelten LIND-Gatters gein.iß der

Erfindung;

F i g. 2 schematisch ein Schaltbild eines störungssicheren, optisch gekoppelten Verriegelungsnetzwerkes gemäß der Erfindung;

F i g. 3 schematisch ein Schaltbild eines störungssicheren, optisch gekoppelten ODER-Gatters gemäß der Erfindung;und

F i g. 4 schematisch ein Schaltbild eines störungssicheren, optisch gekoppelten Sigr.alübertragungsnetzwerks gemäß der Erfindung.

Im einzelnen ist in Fig. 1 ein störungssicheres, option geKoppeltes UND-Gatter 2 mit Signaleingängen 4 mid 6 sowie einem Signalausgang 8 wiedergegeben. An dem Signalausgang 8 wird in Abhängigkeit von einem dem Signaleingang 4 zugeführten periodischen Signal ein periodisches Ausgangssignal nur dann abgegeben, wenn gleichzeitig dem Signaleingang 6 ein Gate-Signal 13 zugeführt wird. Eine Signalquelle 10 wie etwa ein Geschwindigkeitskodierer liefert ein periodisches Signal wie das Signal 12 an die Basis eines npn-Transistors 14. Der Transistor 14 wird in Abhängigkeit von den positiven impulsen des Signals 12 nur dann leitend, wenn die Signalquelle 16 ein ,-»ositives Gate-Signal 13 an die Anode eines lichtemittierenden Schaltelements wie die lichtemittierende D-.ode 18 liefert. Die lichtemittierende Diode 18 emittiert nur dann Licht, wenn gleichzeitig sowohl der Signaleingang 6 mit dem positiven Gate-Signal beaufschlagt als auch der Transistor 14 durch die dem Signaleingang 4 zugcführten positiven Eingangsimpulse leitend gemacht wird. Ein lichtempfindliches Schaltelement wie die Diode 20 spricht auf das Licht von der Diode 18 an und liefert einen Strom an den Emitter eines Transistors 22. der in Basis-an-Masse-Schaltung angeschlossen ist. Es versteht sich, daß auch sonstige lichtempfindliche Schaltelemente wie ein Fototransistor o. dgl. anstelle der Fotodiode 20 verwendet werden können. Der Transistor 22 liefert Stromimpulse 23 an die Basis eines Transistors 24. der daraufhin leitend wird und ins Negative gehende Impulse 23 über den Signalausgang 8 abgibt, wobt diese Impulse im wesentlichen zur gleichen Zeit wie die ins Positive gehenden Impulse des Signals 12 auftreten, das dem Signaleingang 4 zugeführt wird. Auf das am Signalausgang 8 auftretende Signal spricht eine Last 26 an. die beispielsweise von einem Signaldekodierer o. dgl. gebildet sein kann. Dei Widerstand 28 arbeitet als Basis-Voispannungswiderstand für den Transistor 24. während der Widerstand 30 als Lastwiderstand arbei'et. Das der Basis des Transistors 24 über den Widerstand 28 zugeführte positive Potential spannt «Jen Transistor 24. sofern von der Fotodiode 20 kein Licht erfaßt wird, auf einen nichtleitenden Zustand vor. *obei über den Widerstand 30 am .Signalausgang 8 ein positives Potential erfaßt wird. Das Signal am Signalausgang 8 wird jedesmal dann im wesentlichen auf Grundpotential gebracht, wenn der Transistor 22 leitend wird und der Basis des Transistors 24 in Abhängigkeit von der F.rfassung von Licht durch die Fotodiode 20 Strom zuführt.

Wie ersichtlich, ist das UND-Gatter 2 echt störungssi eher, da beim f ehlen eines Signalausgangs entweder von der Signalquelle 10 oder der Signalquelie 16 die lichtemittierende Diode 18 aufhört, weiteres Licht zu emittieren. Ebenso hört die Fotodiode auf. Licht zu emittieren, wenn an einem der beiden Signaleingänge ein Bruch aufgetreten sein sollte. Sollte der Transistor 14 öffnen, so wurde eindeutig kein Strompfad durch die lichtemittierende Diode "erlaufen, so daß kein Licht emittiert werden könnte. Wenn andererseits der Transistor 14 einen Kurzschluß erleiden sollte, so würde die lichtemittierende Diode 18 Licht mit konstantem und nicht mit sich periodisch änderndem Niveau emittieren. Es könnte auch die Diode 18 infolge des durch den kurzgeschlossenen Transistor 14 gezogenen starken Stroms durchbrennen. Für das gezeigte UND-Gatter 2 besteht jedoch keine Möglichkeit, das Signal vom Ausgang zu einem der beiden Signaleingänge zurückzuführen, wie das bei transformatischer oder kapazitiver Kopplung mög'ich ist, da die Fotodiode 20 kein Licht emittiert und die lichtemittierende Diode nicht auf die Emission von Licht anspricht. Das Ausfallen irgendeines Schaltelements in dem an den Signalausgang angeschlossenen Teil der Schaltung kann beim Fehlen eines periodischen Signaleingangs nicht zur Abgabe eines periodischen Ausgangssignals führen, weil keine reaktiven Bauelemente darin enthalten sind. Der einzig mögliche Störungszustand ist der, daß ein + V-Signal konstant an den Signalausgang 8 abgegeben wird, was einem sicheren Zustand enf ,"»rieht, da es sich dabei um die Situation handelt, wie si«" normalerweise beim Fehlen eines periodischen Eingangsstgnals auftritt, oder statt dessen wird ein Massepotential bzw. ein Potential mit der Spannung Null fortlaufend an dem Signalausgang 8 abgegeben. Dabei handelt es sich ebenfalls um einen sicheren Zustand, da die Last 26 so ausgelegt ist, daß sie nur auf ein periodisches Eingangssignal anspricht.

JO F i g. 2 zeigt eine störungssichere VTriegelungsanordnung, die im wesentlichen den zuvor in Verbindung mit dem UND-Gatter 2 beschriebenen Aufbau hat, außerdem jedoch ein Rückkopplungsnetzwerk aufweist, so daß die Verriegelungsanordnung fortlaufend ein periodisches Signal an ihrem Signalausgang abgeben kann, solange ein periodisches Signal fortlaufend an einem Signaleingang geliefert wird, und zwar gleichzeitig mit der und anschließend an die augenblickliche(n) Lieferung eines Gate-Signals an den anderen Signnleingang. Soweit die Bauteile in der Schaltung nach F i g. 2 die gleichen wie in der Schaltung nach F i g. I sind, sind sie "*iit den gleichen Bezugszeiihen versehen. Die Signalquelle 10 liefert das periodische Signal 12 an den Signaleingang 4, der an der Basis des Transistors 14 liegt. Die Signalquelle 16 liefert für eine kurze Dauer ein Gate-Signal 13 an den Signalcingang 0. der an die Anode der lichtemittierenden Diode 18 angeschlossen ist. !n Abhängigkeit davon emittiert die hchtemitterende Diode Licht, und die Fotodiode 20 spricht auf das emittierte Licht an, um dann Stromimpulse 29 in der gezeigten Weise an den Eingang eines Verstärkers 30' abzugeben, der seinerseits ein periodisches Signal 31 an einen Ausgang 32 liefert, der an einer Wechselspannungslast 34 liegt, die beispielsweise von einem Signaldekoder o.dgl. gebildet «ein kann. Das am Ausgang des Verstärkers 30' abgegebene periodische Signal wird außerdem einer Detektorstufe 36 zugeführt, die Kondensatoren 38 und 40 sowie Dioden 42 und 44 enthält. Ein positives Gleichspannungssignal 45 wird über einen Ausgng 46 abgegeben, der an einer Gleichspannnngslast 48 liegt, die beispielsweise als Relais o. dgl. ausgebildet sein kann. Dieses Cleichspannungssignal ist außerdem mit dem Sigraleingang 6 gekoppelt, um die lichtemittierende Diode 18 so lange *'■ leitend zu halten, wie ein periodisches Signal fortlaufend an den Sig'^ielngang * geliefert wird. Man erkennt, JaU, nachdem die Diode 18 einmal Licht in Abhängigkeit von der gleichzeitigen Beaufschlagung des Signaleingangs 4

mit einem periodischen Signal und des .Signaleingangs 6 mil einem Gate-Signal von der Signalquelle 16 liefert, die Diode 18 infolge des kontinuierlichen periodischen Eingangssignals am Signalcingang 4 und der Signalrückkopplung am Signaleingang 6 vom Ausgang der Detektorstufe 36 weiterhin Licht emittiert. Die wiedergegebene Verricgelungsanordnung arbeitet aus den gleichen Gründen wie hinsichtlich der störungssicheren Arbeitsweise des UND-Gatters 2 nach F i g. I dargelegt störungssicher.

Mit F i g. 3 ist ein störungssicheres, optisch gekoppeltes ODER-Gatier veranschaulicht. Ein ODER-Gatter 50 hat Signaleingänge 52, 54 und 56 sowie einen Signalausgang 58. Dem Signaleingang 52 werden periodische Signale 60 von einer Signalquelle 62 zugeführt, die beispielsweise eine Geschwindigkeitskodiereinrichtung o. dgl. sein kann. Eine Signalquelle 64 beaufschlagt den Signaleingang 54 mit einem Gate-Signal 66, während eine Signalquelle 68 dem Signaleingang "?fi pin datr-Signal 71 zuführt. Das periodische Eingangssignal 60 wird gleichzeitig auch den Basen von Transistoren 70 bzw. 72 zugeführt. Wenn dem Signaleingang 54 ein Gate-Signal und gleichzeitig der Basis des Transistors 70 das periodische Signal 60 zugeführt wird, so emittiert die lichtemittierende Diode 73 mit der Frequenz des periodischen Signals 60 Licht, während bei Beaufschlagung des Signaleingangs 56 mit dem Gate-Signal 71 zugleich mit der Beaufschlagung der Basis des Transistors 72 durch das periodische Signal 60 eine lichtemittierende Diode 74 Licht mit der Frequenz des periodischen Signals 60 emittiert. In Abhängigkeit von der Emission von Licht durch die lichtemittierenden Dioden 73 oder 74 wird die Fotodiode 76 leitend, um dann Stromimpulse 77 an den Emitter eines Transistors 78 zu liefern, der in Basis-an-Masse-Schaltung angeschlossen ist. Ein Transistor 80 wird in Abhängigkeit von Stromimpulsen leitend, die seiner Basis von dem leitenden Transistor 78 zugeführt werden, so daß er in Abhängigkeit davon ein Ausgangssignal 80 über den Signalausgang 58 abgibt. Das periodische Ausgangssignal 80 beaufschlagt eine Last 82, die als Dekoder o. dgl. ausgebildet sein kann. Das ODER-Gatter 50 arbeitet aus den gleichen Gründen, wie sie in Verbindung mit der störungssicheren Arbeitsweise des UND-Gatters 2 erläutert wurden, störungssicher, wobei im übrigen kein Signal von dem Signaleingang 54 an den Signaleingang 56 oder umgekehrt rückgekoppelt werden kann, weil die lichtemittierende Diode wie zuvor erwähnt nicht auf die Emission von Licht anspricht.

F i g. 4 zeigt ein störungssicheres. optisch gekoppeltes Signalübertragung^cgatter nach der Erfindung. Das Signalübertragungsgatter übt die Funktion eines einpoligen, in zwei verschiedene Schaltstellungen überführbaren Relais aus. Das Übertragungsgatter 84 weist ' Signaleingänge 86,88 und 90 sowie einen Signalausgang 82 auf. Den Signaleingängen 86 und 88 werden Informationssignale, beispielsweise kodierte Geschwindigkeitssignale, zugeführt. Der Signaleingang 86 erhält normalerweise einen einer niedrigen Geschwindigkeit, beispielsweise der Geschwindigkeit Null entsprechenden Befehl, während der Signaleingang 88 einen einer höheren Geschwindigkeit von beispielsweise 80 km/h entsprechenden Befehl erhält. Ein dem Signaleingang 90 normalerweise /iigeführtes Signal — V1 sucht eine lichtemittierende Diode 94 leitend /u machen, während eine positive Spannung benötigt wird, um die lichtemittierende Diode % leitend zu machen. Dem Signalcingang 90 wird ein postives Signal nur dann zugeführt, wenn der Schalter 98 geschlossen ist. so dall der Signaleingang 90 mit der positiven Spannung + V2 beaufschlagt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die positive Spannung + V2 eine Amplitude hat. die gleich oder größer als die der negativen Spannung — V1 ist. Es sei angenommen, daß der Schalter 98 sich in der dargestellten Weise im geöffneten Zustand befindet. Die Spannung — V I beaufschlagt dann den Signaleingang 92, so daß die lichtemittierende Diode % in Sperrichtung. die lichtemittierende Diode 94 dagegen in einen leitenden Zustand vorgespannt wird. In Abhängigkeit von einem dem Signaleingang 86 zugeführten periodischen Signaleingang 95 wird der pnp-Transistor 97 leitend, und die lichtemittierende Diode 94 emittiert I irht mit piner Frequenz, die durch die Frequenz des am Signaleingang 86 erscheinenden Signals bestimmt wird. Der npn-Transistor 100 bleibt auch dann im nichtleitenden Zustand, wenn dem Signaleingang 88 periodische Signale zugeführt werden, da die lichtemittierende Diode 96 aufgrund des dem Signaleingang 90 zugeführten Signalpotentials in Sperrichtung vorgespannt ist.

Es sei nun angenommen, daß der Schalter 98 geschlossen ist und das positive Potential + V2 den Signalerjang 90 beaufschlagt. In diesem Fall wird die Fotodiode 94 in Sperrichtung vorgespannt, während die Fotodiode 96 in einen leitenden Zustand vorgespannt wird. In Abhängigkeit von einem dem Signaleingang 88 zugeführten periodischen Eingangssignal 101 wird der Transistor 100 leitend, und die Fotodiode 96 emittiert Licht mit einer Frequenz, die durch die Frequenz des an dem Signaleingang 88 auftretenden Eingangssignal 101 bestimmt wird. Der Transistor 97' bleibt zu diesem Zeitpunkt im nichtleitenden Zustand, unabhängig von dom Signaleingang % zugeführten periodischen Signalen, da die lichtemittierende Diode 94 infolge des positiven Potentials am Signaleingang 90 in Sperrichtung vorgespannt ist. Eine Fotodiode 102 spricht auf die Emission von Licht entweder von der lichtemittierenden Diode 94 oder von der lichtemittierenden Diode % an und liefen Stromimpulse an den Emitter eines Transistors 104. der in Basis-an-Masse-Schaltung angeschlossen ist. Ein Transistor 106 spricht auf den leitenden Zustand des Transistors 104 so an, daß er seinerseits leitend wird und ein periodisches Ausgangssignal am Signalausgang 92 abgibt. Dieses Ausgangssignal tritt mit einer Frequenz auf. die von der Frequenz des von der Fotodiode 102 erfaßten Lichts abhäng' Eine Last 108. die als Dekoder o. dgl. ausgebildet sein kann, spricht auf die am Signalausgang 92 auftretenden periodischen Signale an. Das Signalübertragungsgatter 94 arbeitet aus den gleichen Gründen, wie sie zuvor in Verbindung mit der Erläuterung der störungssicheren Arbeitsweise des UND-Gatters 2 dargelegt wurden, störungssicher.

Insgesamt stellt die Erfindung damit eine Mehrzahl störungssicherer, optisch gekoppelter logischer Bausteine zur Verfügung, die ein Ausgangssignal nur in Abhängigkeit von vorgegebenen Eingangssignalen liefern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   t. Störungssicheres Logiknetzwerk zur Aufnahme eines Torbetätigungssignals (13) und wiederkehrender Steuersignale (12) und zur Abgabe eines Ausgangssignals in Form wiederkehrender Steuersignale (25) abhängig vom Torbetätigungssignal (13), gekennzeichnet durch einen Schalter (14) mit leitfähigem Pfad und einer von den Steuersignalen (12) beaufschlagten Steuerelektrode zum Schlie-Ben des Schalters, eine lichtemittierende Diode (18), deren erstem Anschluß das Torbetätigungssignal zugeführt ist und deren zweiter Anschluß mit dem leitfähigen Pfad des Schalters verbunden ist, wobei die lichtemittierende Diode in Abhängigkeit von der I jeferung des Torbetätigungssignals an den ersten Anschluß der lichtemittierenden Diode bei gleichzeitiger Schließung des Schalters Licht emittiert, und eine auf von der lichtemittierenden Diode emittiertes Licht ansprechende Einrichtung (20) zur Abgabe eines Ausgeitgssignals.
2. 2. Logiknetzwerk nach Anspruch i. uauuri.ii gekennzeichnet, daß der Schalter einen Transistor aufweis:, dessen Basis die Steuersignale zugeführt sind.
3. 3. Logiknetzwerk nach Anspruch 1 oder 2. gekennzeichnet durch eine ζ if die Abgabe des Ausgangssignals ansprechende Einrichtung (38, 42, 44, 40) zur Beaufschlagung des ersten Anschlusses der lichtemittierenden Diode mit dem Ausgangssignal und damit zur Aufrechterhaltung der lichtemittierenden Di. de in einem lichtemittierenden Zustand solange gleichzeitig &- Steuersignale der Steuerelektrode des Schalters zugeführt werden.
4. 4. Logiknetzwerk nach Anspp ~.h 1. gekennzeichnet durch einen zweiten Scnalter. der einen leitfähigen Pfad und eine von /weiten wiederkehrenden Steuersignalen beaufschlagte Steuerelektrode zum Schließen des zweiten Schalters aufweist, wobei die jeweiligen leitfähigen Pfade der Schalter in Reihe geschaltet sind, eine zweite lichtemittierende Diode, wobei die Anode der ersten Diode (96) an der Kathode der /weiten Diode (94) und die Kathode der ersten Diode an dem leitfähigen Pfad des ersten Schalters (100). ferner die Anode der /weilen Diode an dem leitfahigen Pfad des /weiten Schalters (97) liegen, die Steuerelektrode des ersten und /weiten Schalters mn den ersten und /weiten Steuersignalen, um diese zu schließen, beaufschlagt sind eine Einrichtung /um selektiven Beaufschlagen der gemeinsamen Verbindung der ersten und /weiten lichtemitticrenden Diode mit einem dritten Signal als Torbetatigungssignal mit einem vor, /wc: Werten, wobei der erste Wert die erste lichtemittn· rende Diode leitend und die /weite lichtemittierende Diode nichtleitend macht, während der /weite Wer· dit erste lichtemiiticrende Diode nichtleitend, dagegen die /weite lichtemittierende Diode leiten.! macht, so daU die erste lichtemittierende Diode I.ich; in Abhängigkeit davon liefert, daß das dritte Signal (Ιεη enten Wert hat, wenn gleichzeitig der erste Schalter geschlossen ist, während die zweite lichtemittierende Diode Licht in Abhängigkeit davon liefert, daß das dritte Signal den zweiten Wert hat und zugleich der zweite Schalter geschlossen isi.
5. 5. Logiknetzwerk nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Schalter als erster b/v.. zweiter Transistor von

   entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp ausgebildet sind, wobei entweder die Kollektor- oder die Emitterelektrode des ersten Transistors an einer gleichartigen Elektrode des zweiten Transistors liegt, und daß die Kathode der ersten lichtemittierenden Diode an der verbleibenden Kollektor- oder Emitterelektrode des ersten Transistors liegt und die Anode der zweiten lichtemitüerenden Diode an der verbleibenden Kollektor- oder Emitterelektrode des zweiten Transistors liegt.