DE3621022C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein fehlersicheres UND-Glied, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.

Solche UND-Glieder gehen z. B. aus der DE-PS 33 33 612 hervor. Sie sind für eine fehlersichere UND-Verknüpfung statischer Eingangssignale (Gleich­ signale) vorgesehen, die einzeln an solche reihengeschalteten fehler­ sicheren UND-Glieder angeschlossen sind. Dabei werden die UND-Glieder von gegenphasigen dynamischen Signalen durchlaufen, die als Kriterium nur weitergegeben werden, wenn das zugehörige statische Eingangssignal im Be­ reich logisch 1 liegt. Die bekannte Anordnung verwendet UND-Glieder, die eine sichere Verknüpfung von Gleichspannungssignalen zu logischem UND ge­ stattet, wobei keine "falsche 1" im Fehlerfall ausgegeben wird. Die Schal­ tung ist damit signaltechnisch sicher nach DIN 57831/32 und entspricht auch den Sicherheitsanforderungen der Industrietechnik nach DIN 57116. Nachteilig bei der bekannten Schaltung ist, daß die verwendeten UND-Glie­ der in sich durch Spezialbauteile und auch aufgrund der systembedingten Gegenphasigkeit sehr aufwendig sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein UND-Glied zu entwickeln, das einfacher aufgebaut ist, keine Spezialbauteile sondern nur handelsübliche Bauteile enthält und trotzdem voll den angesprochenen Sicherheitsniveaus ein­ schließlich der DB-Richtlinie für höhere Sicherheitsanforderung nach Mü 8004 Rechnung trägt.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Durch die Erfindung ergibt sich eine einfache, elektrisch und thermisch stabile Schaltung für ein UND-Glied, bei der der Sicherheitsnachweis auf der Bauelementen-Ebene noch mit vertretbarem Aufwand geführt werden kann.

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.

Die Figur zeigt den Schaltungsaufbau eines UND-Gliedes nach der Erfin­ dung. Um zwei Gleichstromsignale konjunktiv zu verknüpfen, sind zwei solcher UND-Glieder in Reihe zu schalten. Will man weiterhin das Ver­ knüpfungsergebnis als Gleichspannung ausgeben, ist noch eine Klein­ leistungsendstufe (nicht näher dargestellt), nachzuschalten.

In der Figur ist mit A der Eingang für das statische Eingangssignal U _e , mit B der Eingang für das dynamische 1 MHz-Signal U _de und mit C der Ausgang für das dynamische 1 MHz-Signal U _da bezeichnet. Die Schaltung besteht aus den Teilen Eingangsnetzwerk I, Ausgangsnetzwerk II, Kon­ stantstromquelle (mit Gleichstrom-Signaleingang) III und Schaltstufe V 1.

Das Prinzip der Schaltung ist, daß ein vom dynamischen Eingang B über das Eingangsnetzwerk I an das Gate G eines Schalttransistors als Schalt­ stufe V 1 gelangendes 1 MHz-Signal durch V 1 verstärkt wird und über das Ausgangsnetzwerk II an den Schaltungsausgang C nur geführt wird, wenn die Schaltstufe V 1 über die Konstantstromquelle III mit statischer Be­ triebsgleichspannung U _e ausreichender Höhe (entsprechend statischem 1-Signal) versorgt wird. Wenn V 1 spannungslos ist, wird das 1 MHz-Signal nicht an den Ausgang C durchgeschaltet.

Die Sicherheitseigenschaft dieser Schaltung beruht darauf, daß bei Nicht­ vorhandensein des Gleichspannungs-1-Signals U _e - auch durch Bauelemente­ ausfälle - ein am Eingang B liegendes 1 MHz-Signal U _de nur mit einer ge­ ringen Amplitude am Ausgang C der Schaltung liegt. Diese Ausgangsampli­ tude wird von einer nachfolgenden UND-Schaltung gleicher Art oder einer folgenden Kleinleistungsendstufe nicht mehr als dynamisches Ein-Signal erkannt.

Zu den einzelnen Schaltungsteilen:

Die Konstantstromquelle III besteht aus dem Junction-Feldeffekttranssi­ stor V 9 und dem Source-Widerstand R 3. Die Schaltung ist auf einen Kon­ stantstrom vom ca. 3 mA eingestellt. Die Konstantstromquelle III ver­ sorgt die Schaltstufe V 1 mit der Energie des statischen Eingangssignals U _e .

Als Schaltstufe V 1 findet ein Junction-Feldeffekttransistor Verwendung, dem ein Drain-Widerstand R 1 zugeordnet ist. Die Aufgabe der Schaltstufe ist es, bei anliegender Spannungsversorgung U _de über die Konstantstrom­ quelle 3 ( log. 1) das 1 MHz-Signal U _de ausreichend zu ver­ stärken. Dabei hält die Z-Diode V 8 die Spannung am Drain-Widerstand R 1 konstant und der Kondensator C 6 leitet den 1 MHz-Schaltstrom nach Masse ab.

Das Eingangsnetzwerk I besteht im wesentlichen aus den Koppelkondensatoren C 1 und C 2 sowie der Klemmendiode V 2. Der Widerstand R 4 verbindet das Gate von V 1 gleichstrommäßig mit Masse.

Diese Netzwerksauslegung besitzt die Eigenschaft, daß bei einem Schluß von Koppelkondensator C 1 das ansteuernde 1 MHz-Signal nach Masse kurzge­ schlossen wird ( bemerkbarer Fehler). Ein Abriß von Klemm­ diode V 2 ist zunächst nicht bemerkbar. Das ist aber ungefährlich, da noch zwei weitere Ausfälle hinzutreten müssen (z.B. Kurzschluß von C 1 und C 2), ehe das dynamische Eingangssignal U _de überhaupt am Gate G des Schalttran­ sistors V 1 auftreten kann. Und auch dieser Dreifachfehler ergibt noch keinen gefährlichen Fehler, sondern einen BF (bemerkbaren Fehler), da das positive Eingangssignal über Diode V 3 und die leitende Gate-Source­ Strecke von V 1 nach Masse kurzgeschlossen wird.

Wie ersichtlich, ist das Eingangsnetzwerk (ebenso wie das noch im folgen­ den beschriebene Ausgangsnetzwerk II) nach dem Prinzip der verteilten Kopplung aufgebaut. Es müssen mehrere Fehler eintreten, bevor die kapa­ zitive Kopplung stark ansteigt. Die Verwendung der Klemmdiode V 2 macht den Schluß von Koppelkondensator C 1 bemerkbar. Der Schluß von Koppel­ kondensator C 2 dagegen ist:

• a) nicht bemerkbar, da die Potentialumkehr von Koppelkondensator C 1 aufrecht erhalten wird,
• b) kein gefährlicher Fehler, da der 1 MHz-Eingang nur unwesentlich empfindlicher wird.

Das Ausgangsnetz II besteht ebenfalls aus Dioden (V 4, V 5, V 6, V 7), Konden­ satoren (C 3, C 4, C 5) und einem Widerstand R 2 und liegt zwischen dem Drain­ Anschluß von Schaltstufe V 1 und dem Schaltungsausgang C.Die Struktur ist der des Eingangsnetzwerkes ähnlich (C 1, C 2, V 2 C 3, C 4, V 5). Die rest­ lichen noch ersichtlichen Bauteile klemmen den 1 MHz-Ausgang positiv gegen Masse, sorgen für weitere Signaldämpfung und verhindern eine (über lange Ausfallketten theoretisch mögliche) Gleichstromspeisung der Schaltstufe V 1 aus der Energie einer nachfolgenden Stufe (UND-Glied oder Kleinlei­ stungsendstufe).

Auch in diesem Netzwerk müssen erst mehrere Ausfälle zusammen auftreten, ehe die Koppelkapazität zur nächsten Stufe wesentlich ansteigt.

Weitere Bauteile, die übergreifend im Eingangs- und Ausgangsnetzwerk zu finden sind, sind die Dioden V 3, V 4 und V 16. Diese Dioden begrenzen das überkoppelnde Signal, wenn V 1 einen Gate-Drain-Schluß mit Unterbrechung der Source hat. Im ausfallfreien Zustand sind diese Dioden wirkungslos bzw. sie wirken nur über ihre geringe Kapazität als Querableitung für das 1 MHz-Signal.

Weiter sind noch die Dioden V 14 und V 15 angegeben. Diese Dioden wirken als Spannungsbegrenzer für das dynamische Signal. Im ausfallfreien Zustand sind sie wirkungslos. Erst wenn durch Ausfälle in der ansteuernden Schal­ tung die Amplitude des dynamischen Signals extrem ansteigt, begrenzt die Z-Diode V 15. Damit die große Kapazität von V 15 das dynamische Signal nicht ableitet, ist sie durch die kapazitätsarme Diode V 14 entkoppelt.

Im Bereich der Konstantstromquelle III sind noch die Bauteile R 5 und C 11 angeführt. Sie gehören nicht zur Grundausstattung und ermöglichen eine Ausschaltverzögerung. Die weiter benannte Diode V 10 verhindert ein Ent­ laden des Kondensators C 11 über die Signalquelle. Der noch dargestellte Kondensator C 12 gehört ebenfalls nicht zur Grundausstattung des UND­ Gliedes. Er ermöglicht eine Einschaltverzögerung.

Mehrere solcher erfindungsgemäße UND-Glieder werden üblicherweise in Kette geschaltet, wobei das letzte UND-GIied vor einer Kleinleistungsendstufe dann im Ausgangsnetzwerk mit größeren Koppelkapazitäten C 3, C 4, C 5 ausge­ stattet ist, um die Kleinleistungsendstufe ordnungsgemäß zu treiben.

Durch die Erfindung kann die gestellte Aufgabe, ein sicheres UND-Glied in Gleichstromtechnik zu schaffen, mit handelsüblichen Mitteln und auf besonders einfache Weise erreicht werden.

Claims (3)

1. Fehlersicheres UND-Glied, das von wenigstens einem dynamischen Signal durchlaufen wird, wobei dieses eingangsseitig eingespeiste dynamische Signal als Kriterium nur weitergegeben wird, wenn ein zugehöriges statisches Eingangssignal im Bereich logisch 1 liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das UND-Glied aus einem Eingangsnetzwerk (I), einem Ausgangsnetzwerk (II) und einer dazwischen liegenden Schalt­ stufe (V 1) besteht, die vom statischen Eingangssignal (U _e ) über eine Konstantstromquelle (III) gesteuert wird, wobei das dynamische Signal U _de , das über das Eingangsnetzwerk (I) an die Schaltstufe (V 1) ge­ legt ist, von dort über das Ausgangsnetzwerk (II) an den Schaltungs­ ausgang (C) geführt ist.

2. Fehlersicheres UND-Glied nach Anspruch l, dadurch gekennzeich­ net, daß das Eingangsnetzwerk (I), das im wesentlichen aus in Reihe liegenden Koppelkondensatoren (C 1, C 2) sowie einer zwischengeschalte­ ten querliegenden Klemmdiode (V 2) mit Durchlaßrichtung an Masse be­ steht, an das Gate (G) eines Feldeffekttransistors als Schaltstufe (V 1) gelegt ist, dessen Drain-Anschluß (D) mit dem Ausgangsnetzwerk (II) sowie über seinen Drain-Widerstand (R 1) mit der Konstantstrom­ quelle (III) und dessen Source-Anschluß (S) mit Masse verbunden ist.

3. Fehlersicheres UND-Glied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Ausgangsnetzwerk (II) im wesentlichen aus in Reihe lie­ genden Koppelkapazitäten (C 3, C 4, und ggf. C 5) sowie einer zwischenge­ schalteten querliegenden Klemmdiode (V 5) mit Durchlaßrichtung an Masse besteht.