Устройство для ввода дискретных сигналов

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах, обеспечивающих пре- . образование нескольких входных дискретных сигналов, а также подавление J импульсных помех, накладываемых на входные сигналы, предназначенных для ввода дискретных сигналов в систему управления технологическим процессом. Целью изобретения является повышение крутизны фронтов выходных сигналов и увеличение надежности работы устройства . Устройство содержит первую 1, вторую 2 и общую 3 шины питания, каналы 4.1 - 4.П преобразования сигналов , каждый из которых содержит резистор 5, информационный вход 6, стабилитрон 8, ограничитель 9 напряжения, интегрирующий фильтр 0, датчик 11 логических сигналов, инвертор 12, ключ 13, логический элемент 14, ре- g зисторы. Устройство может быть использовано в различных системах управления технологическими процессами, особенно выполненных в основном на КМДП элементной базе. 1 ил. 2 J (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н 03 К 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4026564/24-21 (22) 21. 02. 86 (46) 23. 10. 88. Бюл. и 39 (71) Специальное конструкторское бюро систем промышленной автоматики Чебоксарского производственного объединения "Электроприбор" (72) Л.А.Иванов и А.А. Александров (53) 621.373 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1307552, кл. Н 03 К 5/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

9 1311002, кл. Н 03 К 5/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА ДИСКРЕТНЫХ

СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах, обеспечивающих пре-, образование нескольких входных дискретных сигналов, а также подавление

1 импульсных помех, накладываемых на входные сигналы, предназначенных для ввода дискретных сигналов в систему управления технологическим процессом.

Целью изобретения является повышение крутизны фронтов выходных сигналов и увеличение надежности работы устройства. Устройство содержит первую вторую 2 и общую 3 шины питания, ка— налы 4. 1 4.п преобразования сигналов, каждый из которых содержит резистор 5, информационный вход 6, стабилитрон 8, ограничитель 9 напряжения, интегрирующий фильтр 10, датчик 11 логических сигналов, инвертор 12, ключ 13, логический элемент 14, ре— зисторы. Устройство может быть использовано в различных системах управле— ния технологическими процессами, особенно выполненных в основном на КАП элементной базе. 1 ил.

143274".

Изобретение относится к импульсной техкике, в частности к устройствам, обеспечивающим преобразование нескольких входных дискретньгс сигналов н нормированные по уровню соответствующие выходные логические сигналы напряжекия постоянного тока с крутыми фронтами, а также подавление импульсных помех, накладываемых на входные сигналы, предназначенным для ввода дискретных сигналов в систему управления технологическим процессом.

Цель изобретения — повышение крутизны фронтов выходных сигналов и увеличение надежности работы устройства.

На чертеже изображена электрическая блок-схема устройства.

Устройство для ввода дискретных 20 ,сигналов содержит первую, вторую и общую шины 1-3 питакия, и каналов

4.1-4÷.п преобразования. сигналов, каждый из которых содержит первый резистор 5, подключенный первым выводом к 25 информационному входу 6 канала, второй резистор 7, первым выводом соединенный с общей шиной 3, а вторым — с анодом стабилитрока 8, последовательно соединенные ограничитель 9 напряжения и интегрирующий фильтр 10, задатчик 11 логических сигналов, инвертор

12, ключ 13, первый вывод которого соединен с второй шиной 2 питания, каждый канал преобразования сигналов содержит также логический элеиент

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, третий, четвертый и пятый резисторы 15-17, а ключ выполнен на КМДП-транзисторе„ исток, затвор и сток которого являются соот- 4 ветственно первым, вторым и третьим выводами ключа, второй вывод первого резистора 5 подключен к первой шине 1 питания, катод стабилитрона 8 — к информационному входу 6 соответствующего канала 4.1-4.п анод — к входу ограничителя 9 напряжения, выход интегрирующего фильтра 10 через последовательно соединенные третий резистор 15 и инвертор 1? соединен с вторым выводом ключа 13, третий вывод которого через четвертый резистор 16 соединен с входом HHBepropa 12, через пятый резистор 17 — с общей шиной 3 питания и подключен к первому входу .логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ второй вход которого соединен с зацатчиком 11 .погических сигналов, а выход подключен к шине 18 выхода канала 4, 1--t., и преобразования сигналов, клеммы питания логиче< кого элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и иквертора 12 соединены с второй и общей шинами 2 и 3 питания.

Рассмотрим работу одного канала 4, в котором ка выходе задатчика 11 установлен логический уровень "0", считая, что к входу 6 этого канала подключен датчик с контактным выходом (т,е, сигнализирующим контактом).

Если сигнализирующий контакт замкнут в течение интервала времени, который во иного раз больше постоянной времени интегрирующего фильтра 10, а амплитуда помех, наводимых на соответствующую линии связи, не превышает напряжения зекеровского пробоя стабилитрона 8, то напряжения на входах и выходах ограничителя 9 напряжения и инегрирующего фильтра 10, а также на входе инвертора 12 практически равны нулю, В этом случае выходной сигнал инвертора 12, имеющий уровень " 1", обеспечивает закрытое состояние ключа,3, т.е, ключ 13 разомкнут, при этом сигнал на первом входе элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 равен "0", а так как на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 с .задатчика 11 поступает уровень "0", то на шине 18 выхода канала имеет место уровень "0". В рассматриваемом случае сквозные токи через инветор 12 и логический элемент

14 отсутствуют.

При размыкании сигкализирующего контакта на информационном входе бканала к стабилитрону 8 через резисторы

5 и 7 прикладывается напряжение, равное Е 1, поэтому возникает зенеровский пробой стабилитрона 8, после это— го напряжение прикладывается к входу ограничителя 9 напряжения, на выходе которого устанавливается напряжение, приблизительно равное Е . Это напряжение подается на интегрирующий фильтр

10, выходное напряжение которого и входное напряжение ключа 13 начинают увеличиваться. При входе последнего напряжения снизу в активную область характеристики переключения ключа 13, расположенную для КИДП-ключа вблизи значения 0,5 Е, выходное напряжение иквертора 12 начинает уменьшаться, а ключ 13 открываться. Во никновение тока через ключ 13 приводит к увеличению падения напряжения на резисторе 17, что вызыв.-3E:-т цлIо. нптель3

14327 ное увеличение напряжения на входе управления ключа 13, из-за передачи части напряжения с резистора 17 через резистор 16, это приводит к еще боль5 шему открыванию ключа 13, в результа— те скорость увеличения указанных напряжений лавинообразно возрастает, вследствие чего процесс открывания ключа 13 завершается скачкообразно.

При этом напряжение на первом входе элемента 14 скачком изменяется от значения, соответствующего логическому уровню "0", до значения, соответст— вующего логическому уровню " 1" для 15 этого входа. Так как элемент 14 при логическом уровне "0" на его втором входе действует как логический повторитель сигнала, поданного на его первый вход, то сигнал на шине 18 вы- 2О хода канала скачком изменяется из

"0" в "1". Если разомкнутое состояние внешнего сигнализирующего контакта далее сохраняется, то напряжения на выходе фильтра 10, на входе управле- 25 ния ключа 13 и на первом входе инвертора 12 достигают значений, близких к Еg

При последующем замыкании внешнего сигнализирующего контакта напряжение на входе 6 становится близким к нулю и конденсатор фильтра 10 начинает разряжаться током, идущим в основном че1рез резисторы фильтра 10 и ограничителя 9 и далее через резистор 7 и сое35 диненные последовательно прямой переход стабилитрона 8 и замкнутый сигнализирующий контакт, на шину 3, вследствие чего начинает уменьшаться напряжение на входе упра.вления ключа 13, причем сначала, пока ключ 13 остается открытым, прямо пропорционально изменению напряжения на конденсаторе фильтра 10. При входе последнего напряжения сверху в активную область

45 характеристики переключения ключа 13, т.е. при приближении этого напряжения к значению 0,5 Е г, выхоцное напряжение инвертора 12 начинает увеличиваться, а ключ 13 закрывается. Уменьшение тока через ключ 13 приводит к уменьшению падения напряжения на резисторе 17, что вызывает дополнительное понижение напряжения на входе управления ключа 13. Это приводит к еще большему закрытию ключа 13, в резуль- 55 тате скорости уменьшения указанных напряжений лавинообразно возрастают (по абсолютной величине), вследствие

Л чего процесс закрывания ключа 13 з»вершается скан кообра:зно. При этом напряжение на первом входе элемента

14 скачком изменяется от значения, соответствующего логическому уровню

"1", до значения, соответствующего логическому уровню "0", для этого входа, при этом логический сигнал на шине 18 выхода канала скачком изменяется из "1" в "0". Если замкнутое состояние внешнего сигнализирующего контакта далее сохраняется, то напря— жения на выходе фильтра 10, на входе управления ключа 13 и на первом входе элемента 14 достигают значений, близких к нулю.

При замкнутом сигнализирующем контакте, подключенном к каналу 4.1, положительные импульсы помех с амплиту, дой менее напряжения зенеровского пробоя стабилитрона 8 при любых длительностях не проходят через сталибитрон

8, следовательно, не вызывают ложных изменений сигнала на шине 18 выхода.

Действие узких положительных импульсов помех с большей амплитудой, которые проходят через стабилитрон 8, знаl чительно ослабляется вследствие их ограничения ограничителем 9 на уровне, близком к Е„, и последующего подавления интегрирующим фильтром 10.

Отрицательные импульсы помех практически с любой амплитудой, проходя через стабилитрон 8 в прямом направлении, ограничиваются в ограничителе

9 его стабилитроном на отрицательном уровне напряжения насыщения прямого диодного перехода этого стабилитрона и также не вызывают возникновения ложных изменений выходного сигнала канала 4, При разомкнутом сигнализирующем контакте положительные импульсы помех практически с любой амплитудой и отрицательные импульсы, амплитуда которых меньше разности между значением Е и суммой значений напряжений зенеровского пробоя стабилитрона 8 и стабилитрона ограничителя 9, проходят через стабилитрон 8, но ограничиваются ограничителем 9 на уровне, близком к Е:,, и не вызывают ложных изменений выходного сигнала канала

4.1, а узкие отрицательные импульсы помех с большей амплитудой значительно ослабляются фильтром 10.

Путем выбора достаточно большей величины постоянной времени фильт1432145 ра 10 можно обеспечить нечувствител;— ность канала 4 устройства для ввода дискретных сигналов к любым импульсам помех, имеющим ограниченные длительности, что характерно для помех, создаваемых в промышленных системах за счет емкостных или индуктивных наводок по линии связи.

Остальные каналы 4 преобразования сигнала работают аналогичным образом.

Если на выходе задатчика 11 установить логический уровень "1", то работа рассматриваемого канала 4.1 аналогична описанной с той разницей,что скачкообразные изменения входных сигналов логического элемента 14 вызы— вают инверсные скачкообразные изменения выходных сигналов этого элемента и, следовательно, на шине 18 выхо-;30 да канала.

Положительная обратная связь меж-. ду выходом и входом управления ключа

13, осуществляемая через резистор 16, обеспечивает не только скачкообраз-" 25 ное изменение сигнала на первом входе элемента 14 и, следовательно, на шине 18 выхода канала, но и повышение помехозащищенности канала по входу,так как небольшие колебания напря- -333 жения на выходе фильтра 10, происходящие при интегрировании фильтром 10 помех, действующих во время описанных переходных процессов, вызываемых изменениями полезного информационного

:35 дискретного входного сигнала канала

4.1, не приводят к ложным переключениям ключа 13 и изменениям выходного сигнала канала 4.1, если указанные колебания напряжения на выходе фильт- 0 ра 10 меньше величины Е<, умноженной на отношение сопротивления резистора 15 к сопротивлению резистора 16.

С другой стороны, положительная обратная связь в несколько раз умень-- л,—

45 шает мощность, рассеиваемую в КМДПструктуре ключа 13 при каждом его переключении, за счет ускорения про цессов переключения ключа 13 по срав— нению с мощностью, которая выделялась бы в ключе 13 без указанной положительной обратной связи. Скачкообразное изменение сигнала на первом входе элемента 14 обеспечивает практически нулевую мощность, рассеиваемую

sa счет протекания сквозного тока че- рез K3"ÄÏ-структуру элемента 14 при его переключениях, тогда как в извес,--. ном устройстве при применении в нем

ЩДП вЂ” ключей и логических элементов при их переключениях выделяются значительно большие мощности из-за более медленных переключений, Уменьшение рассеиваемых мощностей за счет уменьшения сквозных токов применяемых КМДП-ключей и логических элементов обеспечивает более высокую надежность устройства для ввода дискретных сигналов.

Таким образом, устройство для ввода дискретных сигналов обеспечивает более высокую крутизну фронтов выходных сигналов и обладает большей надежностью, чем известное устройство, при применении в вем КМДП-элементов.

Предлагаемое устройство может найти широкое применение в различных системах управления технологическими процессами, особенно выполненных в основном на КМДП-элементной базе.

Формула изобретения

Устройство для ввода дискретных сигналов, содержащее первую, вторую и общую шины питания, и каналов преобразсвания сигналов, каждый из кото-рых содержИт первый резистор,. подключенный первьв; выводом к информационному входу канала, второй резистор, первым выводом соединенный с общей шиной, а вторым — с анодом стабилитрона, последовательно соединенные ограничитель напряжения и интегрируюШий фильтр, задатчик логических сигналов, инвертор, ключ, первый вывод которого соединен с второй шиной питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения крутизны фронтов выходных сигналов и увеличения надежности работы устройства, в каждый канал преобразования сигналов вве— дены логический элемент ИСКЛ10ЧАЮЩЕЕ

ИЗИ, третий, четвертый и пятый резисторы, а ключ выполнен на КМДП-транзисторе, исток, затвор и сток которого являются соотьетственно первым, вторым и третьим выводами ключа, вто,— рой вывод первого резистора подключен к первой шине питания, катод стабилитрона — к информационному входу соот ветствующего канала, анод — к входу ограничителя напряжения, выход интегрирующего фильтра через последовательно соединенные третий резистор и инвертор соединен с вторым выводом ключа, третий вывод которого через

2745

Составитель В.Чижиков

Техред М.ДидыкКорректор О.Кравцова

Редактор О.Юрковецкая

Тираж 929 Подписное

Заказ 5462/53

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4(5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 143 четвертый резистор соединен с входом инвертора, через пятый резистор — с общей шиной питания и подключен к первому входу логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с эадатчиком логических сигналон, а выход подключен х инне лы— хода канала преобразования снгн; лов, а первый и второй выводы питания логического элемента ИСКЛЮЧАЮП(ГЕ ИЛИ и

5 инвертора соединены соответственно с второй и общей шинами питания.