РЕЗЕРВИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использована в цифровых многоканальных системах, к которым предъявляются высокие требования по надежности функционирования и готовности.
Известно резервированное устройство для синхронизации сигналов, содержащее мажоритарные элементы (SU №1190588, Н 05 К 10/00, 1984).
К его недостаткам относятся: низкая надежность и низкий коэффициент готовности, т.к. это устройство обладает большим числом связей и при мажоритировании 2 v 3 при отказе двух комплектов выходит из строя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является резервированное устройство для синхронизации сигналов, содержащее три канала, каждый из которых содержит элементы И и ИЛИ, причем в каждом канале выход первого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ (SU №520593, G 06 F 11/00, 1974).
Данному устройству свойственны следующие недостатки: во-первых, низкая надежность, т.к. при использованном в нем мажоритировании сигналов происходит маскирование отказов элементов И, следовательно, возможно неконтролируемое накопление дефектов, кроме того, число связей между каналами велико, что тоже приводит к снижению надежности.
Во-вторых, низкая готовность, обусловленная тем, что при мажоритировании 2 v 3 при отказе двух каналов, вся система выходит из строя.
Задача полезной модели - повышение коэффициента готовности и надежности устройства.
Технический результат достигается тем, что в резервированное устройство для синхронизации сигналов, содержащее три канала, каждый из которых содержит элементы И и ИЛИ, причем в каждом канале выход первого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, введены генератор,
первый и второй селекторы импульсов, причем в каждом канале выход генератора соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход второго элемента И через первый селектор импульсов соединен с инверсным входом первого элемента И, выход которого соединен с первым выходом канала, первый вход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым выходом канала, второй вход которого соединен с установочным входом генератора, с инверсным входом второго элемента И и через второй селектор импульсов соединен с третьим входом второго элемента И, первый выход первого канала соединен с первым входом третьего канала, первый выход которого соединен с первым входом второго канала, первый выход которого соединен с первым входом первого канала, второй выход которого соединен с вторым входом третьего канала, второй выход которого соединен с вторым входом второго канала, второй выход которого соединен с вторым входом первого канала.
Таким образом, отличительными от прототипа признаками в заявляемом устройстве являются измененная структура связей между каналами, первый и второй селектор импульсов и структура связей между ними.
Изменение структуры связей между каналами и введение селекторов импульсов в каждый из них позволило за счет надежной фиксации отказов и упрощения схемы соединений повысить коэффициент готовности и надежность устройства.
На фиг.1 представлена схема резервированного устройства для синхронизации сигналов. На фиг.2 - временная диаграмма работы устройства при отказах тактовых генераторов.
На фиг.1 позициями 1-3 обозначены соответственно 1-3 каналы устройства.
В каждом канале обозначены: позициями 4.1-4.3 генераторы импульсов, позициями 6.1-6.3 и 5.1-5.3 первый и второй элементы И соответственно, позициями 7.1-7.3 и 8.1-8.3 - первый и второй селекторы импульсов (Тимахов О.Н., Любченко В.К. Селекторы импульсов. М.: Сов. радио,
1966 - 269 с.), позициями 9.1-9.3 элементы ИЛИ, позициями 10.1-10.3 и 12.1-12.3 первый и второй выходы канала, позициями 11.1-11.3 и 13.1-13.3 первый и второй входы канала.
Устройство имеет следующие соединения: выходы генераторов 4.1-4.3 каждого канала соединены с первыми входами первого 6.1-6.3, второго 5.1-5.3 элементов И. Выходы вторых элементов И 5.1-5.3 соединены через первые селекторы импульсов 7.1-7.3 с инверсными выходами первых элементов И 6.1-6.3, выходы которых соединены с первыми выходами каналов 10.1-10.3, с первыми входами элементов ИЛИ 9.1-9.3, выходы которых соединены с вторыми выходами каналов 12.1-12.3, первые выходы 11.1-11.3 которых соединены с вторыми входами элементов ИЛИ 9.1-9.3, вторые входы каналов 13.1-13.3 соединены входами генераторов 4.1-4.3, с инверсными входами вторых элементов И 5.1-5.3 и через вторые селекторы импульсов 8.1-8.3 с третьими входами вторых элементов И 5.1-5.3.
Первый выход 10.1 первого канала соединен с первым входом 11.3 третьего канала, первый выход 10.3 которого соединен с первым входом 11.2 второго канала, первый выход 10.2 которого соединен с первым входом 11.1 первого канала, второй выход 12.1 которого соединен с вторым входом 13.3 третьего канала, второй выход 12.3 которого соединен с вторым входом 13.2 второго канала, второй выход 12.2 которого соединен с вторым входом 13.1 первого канала.
Устройство работает следующим образом:
После включения напряжения питания запуск генераторов 4.1-4.3 различных каналов происходит не одновременно - случайным образом.
Во время запуска и синхронизации фаз на выходах вторых селекторов импульсов 8.1-8.3 удерживается нулевой потенциал, который определяется задержкой на включение второго селектора импульсов каждого канала после подачи на него напряжения питания. Этот сигнал блокирует вторые элементы И 5.1-5.3, поэтому в момент запуска и синхронизации фаз не происходит сравнение тактовых сигналов различных генераторов. Нулевой потенциал с
выходов элементов И 5.1-5.3 через первые селекторы импульсов 7.1-7.3 поступает на инверсные входы первых элементов И 6.1-6.3 и разблокирует их. Сигналы с выходов тактовых генераторов 4.1-4.3 через первые элементы И 6.1-6.3 поступают на элементы ИЛИ 9.1-9.3, с выходов которых поступают на входы автоподстройки частоты тактовых генераторов 4.1-4.3, в это время происходит фазовая автоподстройка частоты тактовых генераторов.
С выдержкой времени вторые селекторы импульсов 8.1-8.3 разблокируются, все генераторы работает синхронно и синфазно. Автоподстройка частоты конкретного тактового генератора осуществляется элементами ИЛИ 9.1-9.3, к входу которых не подключен этот тактовый генератор.
Рассмотрим работу устройства синхронизации при возникновении в нем неисправностей (фиг.2). При отказе тактового генератора 4.2 вида «константный 0» на выходе, сигналы синхронизации с выхода элемента И 6.2 перестают поступать на входы схем ИЛИ 9.2 и 9.1, но на другие входы этих схем продолжают поступать сигналы синхронизации с других генераторов 4.1 и 4.3 и на все выходы синхронизации каналов 12.1-12.3 продолжают поступать неискаженные тактовые последовательности.
При отказе типа «константная 1» на выходе тактового генератора 4.2 импульсы с выхода элемента ИЛИ 9.3 поступают на инверсный вход элемента И 5.2, инвертированные импульсы поступают на вход второго селектора импульсов 7.2, на выходе которого формируется единичный сигнал, поступающий на инверсный вход первого элемента И 6.2, и закрывает его. На входы элементов ИЛИ 9.1 и 9.2 поступает нулевой сигнал. На выходах всех элементов ИЛИ 9.1, 9.2 и 9.3 сохраняются тактовые последовательности.
В случае изменения частоты тактового генератора 4.2 на выходе второго элемента И 5.2 появляются импульсы, и устройство функционирует так же, как при отказе типа «константная 1» на выходе тактового генератора.
В случае отказа двух тактовых генераторов устройство работает следующим образом. При отказе типа «константная 1» выхода тактового генератора
4.1, после отказа тактового генератора 4.2 любого типа (см. фиг.2) импульсы синхронизации прекращают поступать с элемента И 6.1 на вход схемы И 9.1 и на ее выходе устанавливается нулевой потенциал. Отсутствие сигналов синхронизации фиксируется селектором импульсов 8.3, который с выдержкой  (см. фиг.2) блокирует элемент И 5.3. Интервал  должен быть меньше времени определения рассогласования селектора импульсов 7.3 , для исключения искажения сигналов синхронизации.
В случае неисправности двух тактовых генераторов и отсутствии дополнительного резервирования сигналы синхронизации подаются только на два выхода 12.2 и 12.3. Таким образом, работоспособными остаются большинство синхронизируемых устройств, что сохраняет работоспособность системы при мажоритарной структуре соединения синхронизируемых устройств.
Технический результат от использования данного устройства заключается в повышении коэффициента готовности и надежности устройства. Это следует из следующих рассуждении.
M3
Вероятность безотказной работы мажоритарной структуры из трех элементов Р(t) имеет функциональную зависимость от вероятности безотказной работы каждого элемента P(t) следующего вида:
M3
M
0
2
3
Р(t)=P (t)[3P(t)-2P(t)], где
0
M
Р  - вероятность безотказной работы трехвходового мажоритарного элемента.
Σ3
Вероятность безотказной работы заявляемого устройства, состоящего из трех элементов Р(t), имеет функциональную зависимость от вероятности безотказной работы каждого элемента P(t)
Σ3
Σ
0
2
3
P(t)=P (t)[P(t)-P(t)+P(t)], где
0
Σ3
P (t) - вероятность безотказной работы двухвходового элемента ИЛИ.
Σ3
M3
Функциональный анализ этих зависимостей показывает, что Р(t)>Р(t) при всех P(t).
Наработка на отказ в случае резервирования с дробной кратностью выражается следующим соотношением:
где
λ - интенсивность отказа одного элемента
m - число основных элементов
n - число резервных элементов.
В этом случае для мажоритарной структуры из трех элементов имеет:
М3
Тр=0,83Т
Для заявляемого устройства:
Σ3
Тр=1,83Т
Таким образом, заявляемое устройство особенно эффективно при малых P(t) и может быть использовано в необслуживаемых системах с длительным сроком эксплуатации, к которым представляются повышенные требования по надежности функционирования и готовности, например, в системах железнодорожной автоматики, управляющих движением поездов.