JPS5831803B2 - シユウハスウヘンカンカイロ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は列車の安全を確保するための保安装置、例えば
ＡＴＣ制御装置等の特に厳密なフェールセーフが要求さ
れる装置にむける周波数変換回路に関する。

従来、この種の装置において周波数の変動する入力矩形
波信号をその周波数に関係なく、入力矩形波信号よりも
高い一定周波数の矩形波信号に変換する必要のある場合
は第１図に示すような回路が用いられた。

第２図は第１図のタイムチャートである。

第１図で入力端子１は周波数の変動する入力矩形波信号
ｆを入力し、入力端子２には常時一定周波数の矩形波信
号ＣＲが与えられ、出力端子３には入力端子１に入力が
あるときのみ矩形波信号出力が表われる。

端子１３には直流電源が接続される。

抵抗Ｒ１〜Ｒ４はトランジスタ保護用制限抵抗である。

コンデンサＣ１は結合用でありダイオードＤ１は該コン
デンサの放電用ダイオード、またコンデンサＣ２は充電
用であり、夕”イオードＤ２ハ該コンデンサの充電用で
ある。

トランジスタＴＲ１〜ＴＲ３は各々スイッチング用であ
る。

第１図において、入力端子２に入力矩形波信号ｆが入力
されると、該信号に対応してトランジスタＴＲ１は入力
矩形波信号ｆの゛Ｈ″レベルにむいて導通状態と、逆に
゛Ｌ″レベルにおいて阻止状態となる動作をくり返す。

前記動作において、トランジスタＴＲ１が導通から阻止
の状態に変った時点で第２図Ｃの如くにコンデンサ充電
電流が流れコンデンサＣ１，Ｃ２は充電される。

次にトランジスタＴＲ１の動作が阻止から導通状態に変
ると、それ１でコンデンサＣ１に充電されていた電荷は
放電され、第２図りの如くになりコンデンサＣ１は再充
電が可能な状態となる。

以上の動作のくり返しによりコンデンサＣ２には入力矩
形波信号ｆのレベルが変る毎に第２図に示すｅＣ２の如
くになる。

このコンデンサＣ２に充電された電荷は抵抗Ｒ３を経て
トランジスタＴＲ２のコレクタ並びにトランジスタＴＲ
３のベースに供給されるが、トランジスタＴＲ２は端子
３に常時与えられている矩形波信号ＣＲが゛Ｈ゛ルベル
では導通になり、ＩＩ Ｌ Ｉ＋レベルでは阻止となる
動作をくり返す。

したがって、トランジスタＴＲ３は矩形波信号ＣＲと同
一周波数で阻止と導通の二状態をくり返して、出力端子
３には一定周波数の矩形波信号ＣＲに同期した矩形波信
号が第２図Ｆのように表われる。

しかし、この回路においてはコンデンサＣ２を充電する
ことが大きな要因となっているのでコンデンサＣ２を充
分に充電できる範囲の周波数の入力矩形波信号ｆがある
ときのみ、出力端子３に出力が表われることとなり、入
力端子１に入力矩形波信号ｆが無いとき、又は直流レベ
ルが継続するときは出力しなくなる。

ここで、第１図の従来例について信頼性の面から考察し
てみよう。

仮に、コンデンサＣ１が短絡故障を起したとすると、入
力端子１に入力矩形波信号ｆが無いときでもゼロレベル
が継続されてトランジスタＴＲ１が阻止状態であれば、
コンデンサＣ２は常時充電されることとなり、出力端子
には矩形波信号ＣＲが連続して出力されてし壕いフェー
ルアウト故障となる。

又トランジスタＴＲ１のエミッタと接地間が断線故障を
起すと、コンデンサＣ２の充電電荷はゼロとなりトラン
ジスタＴＲ３のベースが゛Ｌ″レベルとなるときに矩形
波信号ＣＲによる漏洩電流が第１図の図示ＩＸように流
れ、これによってトランジスタＴＲ３が動作し矩形波信
号ＣＲと同一で位相が１８０度反転したものが出力され
る可能性がありこれもフェールアウト故障となる。

また、更に従来回路においてはコンデンサＣ１，Ｃ２の
経年変化等により容量が小さくなればコンデンサＣ２の
充電電荷は少なくなり、出力端子３の矩形波信号の出力
周波数は低くなり、また逆にコンデンサの容量が増力口
した場合は前記と逆になる。

このようにコンデンサＣ１，Ｃ２の容量変動により変換
回路の特性が変化する欠点があった。

ｌた、入力矩形波信号ｆが許容最低周波数以下の周波数
になって、入力矩形波信号ｆの１サイクルの間でコンデ
ンサＣ２に充電される電荷量よりもトランジスタＴＲ２
，ＴＲ３により消費される電荷量の方が多くなると、出
力端子３には不連続な矩形波信号が第３図のように出力
されることになり、この周波数変換回路の後に接続され
る装置の・・ンチング動作を起すという欠点があった。

本発明は従来のような欠点をなくすものであり、入力矩
形波信号の立上りでリセットパルスを作り、このリセッ
トパルスが２個以上発生するときのみ、常時入力されて
いる一定周波数矩形波信号により作す出される同期パル
スによってゲート回路が開いて出力に矩形波信号が表わ
れ、前記同期パルスをカウントする２進カウンタの全段
の出力が特定レベル例えばＨ″になるとゲート回路が閉
じ出力が表われないようにし、許容最低周波数以下の周
波数が入力された場合に矩形波信号を出力しない、周波
数判定機能をもった周波数変換回路を提供するものであ
る。

第４図は、本発明による実施例を示すもので、入力端子
１には周波数の変動する入力矩形波信号ｆが入力され入
力端子２には常時一定周波数の矩形波信号ＣＲが与えら
れ、出力端子３には入力端子１に許容最低周波数以上の
周波数の入力矩形波信号ｆが入力されたときのみ、入力
端子２に与えられた一定周波数の矩形波信号ＣＲに同期
した矩形波信号が出力される。

微分パルス発生回路４は、ナンド素子４Ｌ ４２及びコ
ンデンサー４３よりなり、入力端子１に入力される入力
矩形波信号ｆの°Ｌ′′から゛Ｈ゛ルベルに変化すると
きのみ、出力Ｒ８１は゛Ｌ″レベルの１個のパルスを発
生する。

出力Ｒｓ１は２進カウンタ９のリセット端子に接続され
る。

同期回路５は２個のＤ−フリップフロップ素子５１及び
５２よりなり、該回路出力Ｑ５は入力端子１に入力され
る矩形波信号ｆの１サイクルにつき、入力端子２に与え
られる矩形波信号ＣＲに同期した矩形波パルス１個を出
力する。

同期部６〜８も同期回路５と同一の回路であり、同期部
６，７．８は夫々、２進カウンタ回路９の１段目の出力
Ｑ９１，２段目の出力Ｑ９２．３段目の出力Ｑ９３の１
サイクルにつき矩形波信号ＣＲに同期したパルス１個を
出力する。

２進カウンタ回路９はＴ−フリップフロップ素子９１゜
９２．９３からなり、１段目から３段目迄のフリップフ
ロップの゛１″側出力出力期部６〜８に出力し、最終段
のフリップフロップの°゛０″側出力は、ゲート回路１
０のリセット出力Ｒｓ２として出力される。

ゲート回路１０は２個のＤ−フリップフロップ１０１，
１０２、並びにノット素子１０３よりなり、２進カウン
タ回路９の最終段のフリップフロップより出力されるリ
セット出力Ｒｓ２が°゛Ｈ′Ｈ′ルベルことを条件に同
期回路５からの矩形波パルスが２個以上入力されたとき
、ＩＩ Ｌ １ルベルのゲート回路出力Ｑ１ｏを出す。

オア素子１１は同期回路５同期部６，７．８の出力パル
スをカ目算するためのもの、アンド素子１２はオア素子
１１の出力をゲート回路１０の出力によって制御し、出
力を取出す。

次に第４図に基いて全体の動作を説明する。

第５図は第４図の動作を示すタイムチャートである。

初期条件として、ゲート回路１０のＤ−フリップフロッ
プ１０１の゛１″側出力出力゛Ｌ″Ｌ″レベル、又Ｄ−
フリップフロップ１０２の０”側出力Ｑ１ｏが゛Ｈ″レ
ベルあるとする。

入力端子２に矩形波信号ＣＲ以下の任意の周波数の入力
矩形ｉｆが入力されると、１ず、入力矩形波信号ｆのＬ
″から゛′Ｈ″レベルに変った時点で微分パルス発生回
路４の出力Ｒ８１はコンデンサ４３の充電時間のみ゛Ｌ
′ルベルとなり、これにより２進カウンタ回路９はリセ
ットされてＴ−フリップフロップ９１〜９３の°゛１″
側出力Ｑ９１〜Ｑ９３は“’Ｌ”レベルにＴ−フリップ
フロップ９４の゛Ｏ′°伺］出力Ｒ８１は゛Ｈ″レベル
となる。

次に同期回路５において、矩形波信号ｆがＬ″から°゛
Ｈ″Ｈ″レベルたことにより矩形波信号ＣＲに同期した
矩形波パルス１個が出力され、この矩形波パルスは直接
ゲート回路１０に入力されるとともに、オア素子１１を
経由して２進カウンタ回路９に入力される。

これにより２進カウンタ回路９はカウントを開始し、１
ず１段目のＴ−フリップフロップ９１の゛１″側出力出
力Ｑ９１′Ｈ″レベルに変り、この結果同期部６におい
て、矩形波信号ＣＲに同期した矩形波パルス１個が出力
され、該パルスはオア素子１１を経て２進カウンタ回路
９に入力される。

次に１段目のＴ−フリップフロップ９１の出力はｌ Ｌ
ｌ“レベルに、２段目のＴ−フリップフロップ９２の
出力Ｑ９２は゛Ｈ″レベルに変る。

この結果同期部７において、矩形波信号ＣＲに同期した
矩形波パルス１個が出力され、このパルスが再びオア素
子１１を経由して、２進カウンタ回路９に入力されてカ
ウントが進むことになる。

２進カウンタ回路９のＴ−フリップフロップ９１〜９４
の゛１″イ則出力が１ＬｔＺｆＬＬＩＺ？１ Ｌ １１
、９１Ｈ１１の状態１でカウントされると、同期部６
〜８のいずれも矩形波パルスを出力しなくなるため、オ
ア素子１１の出力は゛Ｌ″レベルを継続して２進カウン
タ回路９のカウントは停止する。

つ１す、入力矩形波信号ｆの１回の°゛Ｌ″から！Ｌ
Ｈ１ルベルへの変化によりオア素子１１の出力には、矩
形波信号ＣＲに同期した８個の連続した矩形波信号出力
か得られる。

第５図の図中Ｘにとれを示す。

したがって、入力端子１への入力矩形波信号ｆの１サイ
クルの時間が矩形波信号ＣＲの８サイクルの時間よりも
短い、すなわち（ｆ＞ＣＲ／８）の周波数関係にあれば
、２進カウンタ回路９のカウントが停止する１でに新た
な入力矩形波信号ｆのＬ″からｌ Ｈｌ“レベルへの変
化により２進カウンタ回路９はリセットされて、再び最
初からカウントすることとなるのでオア素子１１の出力
には連続した矩形波パルスすなわち矩形波信号ＣＲに同
期した矩形波信号が得られる。

一方、ゲート回路１０に耘いては入力矩形波信号ｆの最
初のＴＩ Ｌ ＋１からＨ”レベルへの変化に１個の矩
形波パルスが入力されるが、この時点ではＤ−フリップ
７ｏツブ１０２０ＩＩ Ｏ＄１側出力Ｑ１ｏは１だ°°
Ｈ″レベルを保っているためアンド素子１２の出力はｕ
Ｈ２ルベルを継続し、オフ素子１１の出力は出力端子
３に出力されない。

しかし、前記した如く入力矩形波信号ｆと矩形波ＣＲの
周波数の関係がｆ （Ｈｚ）＞−ｘＣＲ（Ｈｚ）であれ
ば２進カウンタ回路９の最終段のＴ−フリップフロップ
９４の＋１０ ＋＋側出力Ｒ８２はｊｌ Ｈｌ＋レベル
を継続するのでゲート回路１０はリセットされず、入力
矩形波信号ｆの２サイクル目の同期回路５よりの矩形波
パルスにより、Ｄ−フリップフロップ１０２のＩＩ Ｏ
＋１側出力は゛Ｌ″レベルとなりこの時点でオア素子１
１の出力である矩形波信号ＣＲに同期した矩形波信号が
、アンド素子１２経由して出力端子３に出力される。

もし、入力端子１に入力される入力矩形波信号ｆと矩形
波信号ＣＲの周波数関係が、ｆ（Ｈｚ）＜１ −ＸＣＲ（Ｈｚ）であれば、入力矩形波信号ｆの１サイ
クル毎に２進カウンタ回路９は最終１でカウントして停
止することとなり、Ｔ−フリップフロップ９４の゛Ｏパ
側出力Ｒ８２はそのたびに゛′Ｌ″レベルとなる。

したがって、ゲート回路１０のＤ−フリツプフロツプ１
０２の°゛Ｏ″側出力は°゛Ｈ″Ｈ″レベルするので、
アンド素子１２の出力は９１ Ｈｌ＋レベルを保ち、出
力端子３には矩形波信号は出力されず゛Ｈ″レベルを継
続する。

したかって、第４図の周波数変換回路における許容最低
層波数は、〔−×矩形波信号ＣＲ）の周波数である。

しかし、本発明の実施例では２進カウンタ回路９のフリ
ップフロップの段数を４段で、同期部数を３回路として
構成しているが、これは必要に応じて、前記２進カウン
タの段数と同期部を増加するのみで任意の許容最低周波
数、（２ＮＩＸ矩形波信号ＣＲ）とすることができる。

（但し、Ｎは２進カウンタ９のフリップフロップ数。

）次に、本発明による周波数変換回路の故障等による信
頼性について説明する。

入力端子１に入力矩形波信号ｆが入力されない場合、微
分パルス発生回路４は、出力Ｒ８１が′Ｌ゛又は′Ｈ′
を継続する状態、もしくは微分パルスを発生するような
状態のどちらの状態に故障しても、２進カウンタ回路９
をリセット又はセットあるいは、リセットとセットのく
りかえしを行うのみで出力端子３には出力がでない。

同期回路５においては、入力端子１がｌ Ｌ ｌ”レベ
ルを継続しているときに、入力端子１からＤ−フリップ
フロップ５１の端子りへの配線の断線等が発生すると、
故障の発生した時点の１回のみ入力端子１が２１ Ｌ
ＩＩから″ＨＩＩレベルへ発生したと同じことになり、
矩形波パルス１個を出力し、とれにより、２進カウンタ
回路９のカウントが一巡する間はオア素子１１の出力側
に矩形波信号が表われるが、出力するパルスが１個のみ
のため、ＱＩＯは”Ｈ”レベルの１１であり、アンド素
子１２の出力は”ＨＩＴレベルのｉｔとなり出力端子３
には出力されない。

もし、このようなときに、ゲート回路１０の出力が゛Ｌ
ルベルとなるような故障が併発したとしても、出力端子
３には２進カウンタ回路９が１巡する間だけしか矩形波
信号は出力されず、その後は°′Ｈ″レベルを継続する
のでフェールセーフとなる。

同期部６〜８については同期回路５と同様である。

２進カウンタ回路９についてはＴ−フリップフロップ９
１〜９３のいずれかの１′”側出力が１１ ＨＩＩレベ
ルを継続するような故障が発生しても、同期部６〜８の
故障時と１つたく同じでありフェールセーフである。

ゲート回路１０並びにアンド回路１２、オア素子１１の
故障については、いずれもそれ自体で出力端子３に矩形
波信号を出力するような要因とはなラスフェールセーフ
でアル。

このように本発明による周波数変換回路によれば、入力
端子２と出力端子３とが直接短絡するような故障が発生
しない限り、回路のいかなる故障に対してもフェールセ
ーフである。

アナログ要素が無いので部品のばらつきや経年変化によ
る特性変化もない。

また、最低許容周波数以下の周波数の入力矩形波信号ｆ
が入力されても、不連続な矩形波信号を出力することも
なく、さらに許容最低周波数の選択は２進カウンタ回路
とそれにともなう矩形波パルス発生用の同期部の数を増
減することによって任意に、しかも正確に選ぶことがで
きるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例における周波数変換回路、第２図は第１
図の回路の動作を示すタイムチャート、第３図は第１図
の従来例の回路に許容最低周波数以下の周波数が入力さ
れた場合の動作を示す。 第４図は本発明に訃ける実施例、第５図は第４図の回路
の動作を示すタイムチャートである。 ４は微分発生回路、５は同期回路、６，７．８は同期部
、９は２進カウンタ回路、１０はゲート回路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少くとも周期と幅の変動する入力矩形波信号ｆに関
   連してリセットパルスを発生する微分パルス発生回路と
   ；入力矩形信号ｆとは別に常時入力される一定周波数の
   矩形波信号に同期して、入力矩形波信号の１サイクルに
   つき１個の矩形波パルスを発生する同期回路と；Ｎビッ
   トのビット桁数をもつ２進カウンタ回路と、該２進カウ
   ンタ回路の最下位ビット位置から、上位（Ｎ−１）ビッ
   ト位置１での各ビット位置の夫々のビット出力信号を取
   出し、各ビット位置のビット出力信号の１サイクル毎に
   矩形波信号に同期した矩形波パルス１個を夫々発生する
   （Ｎ−１）個の同期部を具えてなる同期回路群と：該同
   期回路群と上記同期回路の夫々から発生する矩形波パル
   スの論理和をとる第１の手段と；該手段より得られる出
   力信号を上記２進力ウンク回路の計数入力信号として印
   加する第２の手段と；上記同期回路からの出力パルスを
   入力とし該パルスが２個以上連続して到達したときパル
   ス信号を発生し、かつ２進カウンタの最上位ビット位置
   の出力によって上記発生したパルスをリセットするゲー
   ト回路と；上記第１の手段より得られる出−ｉ信号ど該
   ゲート回路より楊氏れる出力信号との論理積をとり、該
   論理積の結果をもって、上記入力矩形波信号を周波数変
   換して得られる変換後の信号を出力信号とする第３の手
   段と；より成ることを特徴とする周波数変換回路。