РАДИОЧАСТОТНЫЙ БЕЗОПАСНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ "НЕ"
RADIO FREQUENCY SAFETY "NOT" LOGIC ELEMENT

Изобретение относится к высокочастотной измерительной технике и может быть использовано для создания специализированных вычислительных структур и построения на их основе контроллеров для создания критичных систем управления железнодорожным транспортом.
Известны устройства, выполняющие логические функции при приеме радиочастотных сигналов (RU 2465645 С1 27.10.2012, SU 1251320 A1 15.08.1986, SU 1615878 A1 23.12.1990, US 20070150794 A1 28.06.2007). Недостатком данных устройств является низкая безопасность от ложного срабатывания.
Наиболее близким к предлагаемому по функциональным особенностям элементу является представленный в известном решении (Кичак В.М. Радiочастотнi та широтно-iмпульснi елементи цифровоi технiки / В.М. Кичак, О.О. Семенова. - Монографiя Вiнниця: УНIВЕРСУМ-Вiнниця, 2008 - 163 с.) радиочастотный логический элемент «НЕ», который содержит смеситель частот, имеющий два входа, на один из которых подается частота f0 либо А1, при этом f1>f0, а на второй - частота сдвига Δt=f1-f0, соединенный с полосовыми фильтрами, которые в свою очередь соединены с сумматором, что позволяет выполнять инверсию частот f0 или f1, подающихся на вход устройства.
Недостатком данного устройства является то, что в результате попадания на вход элемента смеси частот f0 и f1 (при коротком замыкании дорожек в аппаратном устройстве) элемент пропускает на выход суммарный сигнал этих частот, что недопустимо для критичных систем таких, как системы управления железнодорожным транспортом.
Технический результат заключается в повышении надежности работы путем обеспечения перехода элемента в безопасное состояние в случае попадания на вход смеси сигналов при коротком замыкании в аппаратном устройстве.
Для этого предлагается радиочастотный безопасный логический элемент НЕ, содержащий смеситель, выход которого соединен со входами первого и второго полосовых фильтров, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго вычислителей огибающей сигнала и информационными входами первого и второго аналоговых ключей, выходы которых соединены со входами второго сумматора, при этом выходы первого и второго вычислителей огибающей сигнала соединены соответственно с входами первого сумматора и входами первого и второго пороговых элементов, выходы которых соединены соответственно с входами сумматора по модулю два и первыми входами первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с выходом сумматора по модулю два, причем выход первого сумматора через третий пороговый элемент соединен с первыми управляющими входами первого и второго аналоговых ключей, вторые управляющие входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И.
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема радиочастотного безопасного логического элемента НЕ.
Радиочастотный безопасный логический элемент НЕ содержит смеситель 1, первый и второй полосовые фильтры 2 и 3 соответственно, первый и второй вычислители огибающей сигнала 4 и 5, первый и второй аналоговые ключи 13 и 14, второй сумматор 15, первый сумматор 6, первый и второй пороговые элементы 7 и 8, сумматор по модулю два 10 первый и второй элементы И 11 и 12, третий пороговый элемент 9.
Порядок работы логического элемента следующий:
В условиях нормального режима работы входной информационный сигнал с частотой f0 и амплитудой А поступает на вход смесителя 1 вместе с частотой сдвига Δf, равной разнице частот f1 и f0. Результирующий сигнал f0+Δf и f0-Δf подается на первый и второй полосовые фильтры 2 и 3 пропускающие частоты f0 и f1 соответственно.
Так как на вход подавался сигнал с частотой f0, то первый полосовой фильтр 2 соединенный с первым аналоговым ключом 13, отсеивает поступивший на вход после смесителя 1 сигнал f0-Δf, а второй полосовой фильтр 3 выделяет частоту f1 и передает ее на вход второго аналогового ключа 14. С выходов первого и второго полосовых фильтров 2 и 3 сигнал поступает на входы первого и второго аналоговых ключей 13 и 14 соответственно, а также на первый и второй вычислители огибающей сигнала 4 и 5 соответственно, где происходит вычисление огибающих сигналов с помощью преобразования Фурье.
Далее с выходов первого и второго вычислителей огибающей сигнала 4 и 5 преобразованные сигналы (на выходе первого вычислителя огибающей сигнала 4 нулевой сигнал, а на выходе второго вычислителя огибающей сигнала 5 огибающая сигнала с амплитудой А) поступают первый сумматор 6, где происходит сложение сигналов по амплитуде, и на первый и второй пороговые элементы 7 и 8 соответственно. С выхода первого сумматора 6 сигнал поступает на третий пороговый элемент 9.
Первый, и второй, и третий пороговые элементы 7, и 8, и 9 функционируют следующим образом: если на вход элемента поступает сигнал с амплитудой больше порогового значения, то на выходе появляется сигнал, соответствующий логической единице, в противном случае - логическому нулю. Таким образом, на выходе второго порогового элемента 8 будет логическая единица, на выходе первого порогового элемента 7 - логический ноль, на выходе третьего логического элемента 9 - логическая единица.
Выход третьего логического элемента 9 соединен с входами первого и второго аналоговых ключей 13 и 14, имеющих два управляющих входа, работа которых сводится к трансляции аналогового сигнала, если на управляющих входах будут присутствовать две логические единицы.Выходы первого и второго пороговых элементов 7 и 8 соединены с сумматором по модулю два 10, и с первым и вторым элементами И 11 и 12 соответственно.
Таким образом, на выходе сумматора по модулю два 10, будет логическая единица, на выходе первого элемента И 11 - логическая единица, на выходе второго элемента И 12 - логический ноль. В результате на управляющих входах первого аналогового ключа 13 будут соответственно логический ноль и единица, что не приведет к пропусканию сигнала от первого полосового фильтра 2 в соответствии с принципом работы аналогового ключа.
Напротив, на управляющих входах второго аналогового ключа 14 будут присутствовать обе логические единицы, и соответственно сигнал с частотой f1 будет пропущен дальше на второй сумматор 15. В результате работы всей схемы при поданном на вход сигнале с частотой f0 на выходе получим сигнал с частотой f1. Принцип работы схемы при подаче на вход сигнала с частотой f1 аналогичный, но на выходе получаем сигнал с частотой f0.
В условиях неисправности: случай короткого замыкания, при котором на вход попадают обе частоты, логический элемент сработает следующим образом: первый и второй полосовые фильтры 2 и 3 выделят частоты f0 и f1 соответственно и передадут их на вход первого и второго аналоговых ключей 13 и 14 соответственно. С выходов первого и второго вычислителей огибающей сигнала 4 и 5 вычисленные огибающие сигналов будут переданы на входы первого и второго пороговых элементов 7 и 8 соответственно, а также на вход первого сумматора 6.
В результате с выходов первого и второго пороговых элементов 7 и 8 на вход сумматора по модулю два 10 поступят логические единицы, что в соответствии с условиями работы сумматора по модулю два 10 даст на выходе логический ноль. В результате с выходов первого и второго элементов И 11 и 12 на входы первого и второго аналоговых ключей 13 и 14 соответственно поступят логические нули, что приведет к тому, что сигналы, поступившие на вход первого и второго аналоговых ключей 13 и 14 с первого и второго полосовых фильтров 2 и 3 соответственно, пропущены не будут. В результате на выходе схемы будет нулевой сигнал, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к элементам, используемым при построении функциональных узлов железнодорожных критичных систем.
В случае обрыва или подачи на вход нулевого сигнала на входе сигналы будут отсутствовать и соответственно на выходе тоже будет нулевой сигнал.