Каскадный коммутатор

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и, в частности, к коммутаторам измерительных информационных систем, предназначенным для подключения к одному аналого-цифровому преобразователю нескольких первичных преобразователей. Цель изобретения - расширение области использования. Устройство содержит выходной коммутатор, к входам которого последовательно подключены N усилителей и N групповых коммутаторов. Достижение цели обеспечивается введением K<SP POS="POST">.</SP>N устройств выборки-хранения, блока управления и усилителя с соответствующими связями. Блок управления содержит триггер, генератор тактовой частоты, два элемента И, формирователь задержки, два элемента ИЛИ, дешифратор, мультиплексор, два счетчика, блок стробирования устройств выборки-хранения и блок синхронизации коммутаторов. Изобретение обеспечивает расширение области применения путем одновременного фиксирования значений входных сигналов во всех каналах и использования незадействованных каналов для увеличения верхней граничной частоты коммутируемых входных сигналов и коммутации импульсных сигналов с высокой скоростью нарастания. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (si)s Н 03 К 17/00

ГОСУ А

ПОИ О

ПРИГ Н

TOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

К А. (54) (57) И рител татар систе к одн телю лей. облас

И рител тора систе к одн телю лей, ние о одно входн з сван увели мути (21) 4 (22) 1 (46) 2 (71) С учног водст (72) P (53) 6 (56) А №12

А

¹13

РСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

БРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Т СССР

51804/24/21 .02.89 .11.90. Бюл. ¹ 43 ециальное конструкторское бюро наприборостроения с опытным произом АН ЛатвССР

Л.Смильгис, 3.А.Жихарс и М.А.Элстс

1.382 (088.8) торское свидетельство СССР

2494, кл. Н 03 К 17/00, 1986. торское свидетельство СССР

2451, кл. Н 03 К 17/00, 1985.

СКАДНЫЙ КОММУТАТОР зобретение относится к электроизменой технике и, в частности, к коммум измерительных. информационных, предназначенных для подключения му аналого-цифровому преобразоваескольких первичных преобразоватеель изобретения — расширение и использования. Устройство содеробретение относится к электроизменой технике, в частности к коммутаизмерительных информационных, предназначенным для подключения му аналого-цифровому преобразоваескольких первичных преобразователью изобретения является расширеласти использования путем введения еменного фиксирования значений х сигналов во всех каналах и исполья незадействованных каналов для ения верхней граничной частоты комемых входных сигналов и коммутао жит выходной коммутатор, к входам которого последовательно подключены N усилителей и N групповых коммутаторов.

Достижение цели обеспечивается введением К N устройств выборки-хранения, б((ока управления и усилителя с соответствующими связями, Блок управления содержит триггер, генератор тактовой частоты, два элемента И, формирователь задержки, два элемента ИЛИ, дешифратор, мультиплексор, два счетчика, блок стробирования устройств. выборки-хранения и блок синхронизации коммутаторов. Изобретение обеспечивает расширение области применения путем одновременного фиксирования значений входных сигналов во всех каналах и использования незадействованных каналов для увеличения верхней граничной частоты коммутируемых входных сигналов и коммутации импульсных сигналов с высокой скоростью нарастания, 1 з.п.ф-лы, 6 ил. ции импульсных сигналов с высокой скоростью нарастания.

На фиг. 1 представлена функциональная схема каскадного коммутатора; на фиг, 2— функциональная схема блока управления; . на фиг. 3 — схема блока стробирования устройств выборки-хранения; на фиг. 4 — схема блока синхронизации коммутаторов; на фиг, 5 — схема формирователя задержки; на фиг. 6 — временная диаграмма работы коммутатора.

Каскадный коммутатор содержит в каждом из и каналов на каждом из К входов устройство 11 — 1к выборки-хранения. Выходы устройств (1) — 1к)й выборки-хранения

1608792 второй, третий и четвертый входы являются 20

30 дам элементов ИЛИ 11 и 15 и первому входу 35

45

55 подключены к входам соответствующих групповых коммутаторов 21 — 2м, Выход каждого группового коммутатора 21 — 2N подключен через соответствующий усилитель 31 — Зи к соответствующему входу выходного коммутатора 4. Последний соединен выходом с усилителем 5, выход которого является выходом каскадного коммутатора. К стробирующим входам устройств 11 — 1 к выборки-хранения подключены

К выходов блока 6 управления, N выходов которого подключены к соответствующим входам синхронизации групповых коммутаторов. N+1-ый выход блока 6 управления подключен к входу синхронизации выходного коммутатора 4, выходная шина которого является выходом импульса "Готов" каскадного коммутатора. Первый вход блока 6 управления является входом импульса "Пуск", соответственно входами установки кодов

"Режим", "Количество циклов" и "Количество каналов" каскадного коммутатора.

При этом блок 6 управления содержит триггер 7, генератор 8 тактовых импульсов, первый элемент И 9, формирователь 10 задержки, первый элемент ИЛИ 11, второй элемент И 12, дешифратор 13, мультиплексор 14, второй элемент ИЛИ 15, первый счетчик 16, второй счетчик 17, блок 18 синхрон изации коммутаторов, блок 19 стробирования устройств выборки-хранения, Причем первый вход блока 6 управления подключен к входу установки триггера 7, к первым вховторого счетчика 17, выход которого является выходом импульса "Готов" блока 6 управления и подключен к входу сброса триггера

7, Выход последнего соединен с первым входом элемента И 9, к второму входу которого подключен генератор 8 тактовой частоты. Выход элемента И 9 подключен к первому входу мультиплексора 14, а через формирователь 10 задержки к второму, третьему и четвертому входам мультиплексора 14, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика 16, К другому входу счетчика 16 подключен выход второго элемента ИЛИ 15. Один выход первого счетчика 16 соединен с блоком 19 стробирования устройств выборки-хранения, другой выход соединен с блоком 18 синхронизации коммутаторов, а третий подключен к объединенным входам второго элемента ИЛИ 12 и второго элемента ИЛИ 15 и подключен к счетному входу второго счетчика 17.

Входы дешифратора 13, мультиплексора 14 и второй вход блока 19 стробирования устройств выборки-хранения объединены и являются вторым входом "Режим" блока 6

15 управления. Третий вход второго счетчика

17 является третьим входом "Количество циклов" блока 6 управления, а третий вход первого счетчика 16 является четвертым входом "Количество каналов" блока 6 управления. К выходов блока 19 стробирования устройств выборки-хранения являются К выходами блока 6 управления, N выходов блока 18 синхронизации коммутаторов являются N выходами блока 6 управления, а (N+1)-й выход блока 18 синхронизации коммутаторов является (N+1)-м выходом блока

6 управления.

Кроме того, блок 19 стробирования устройств выборки-хранения может, например, содержать дешифраторы 20> — 20к. первые и вторые входы которых объединены и являются первым и вторым входами блока

19, выходами которого являются выходы дешифраторов 201 — 20к.

Блок 18 синхронизации коммутаторов может, например, содержать дешифраторы

211 — 21и и дешифратор 22, входы которых объединены и являются входом блока 18, выходы дешифраторов 211 — 21м являются выходами блока 18, а выход дешифратора

22 — третьим выходом блока 18.

Формирователь 10 задержки может содержать, например, счетчик 23, триггеры

24 — 26 и элементы И 27 — 29, выходы которых являются BTopblM, третьим и четвертым выходами формирователя 10, Счетный вход . счетчика 23 объединен с первыми входами элементов27-29 и является первым входом фромирователя 10, второй вход которого подключен к входу сброса счетчика 23 и входам сброса триггеров 24 — 26. Выходы счетчика 23 подключены к входам установки в "1" триггеров 24 — 26, выходы которых подключены к вторым входам элементов И

27 — 29.

Устройства 1> — 1к выборки-хранения могут быть выполнены, например, на устройствах выборки-хранения К 1100 СК 2.

Каскадный коммутатор работает следующим образом.

Коммутатор может работать в четырех режимах; коммутации входных сигналов, со сдвигом их значений последовательно во времени; коммутации значений входных сигналов, которые одновременно зафиксированы в памяти каждого канала в определенный момент времени (мгновенные значения); коммутации высокочастотных сигналов и коммутации импульсных сигналов.

Перед началом работы посредством установки на входах "Количество каналов", "Количество циклов" и "Режим" определенных кодов выбираются параметры коммута1008792. а именно количество коммутируемых алов в цикле коммутации и количество их циклов, а также режим работы каскадо коммутатора.

Каскадный коммутатор осуществляет хступенчатую коммутацию с возможною запоминания мгновенных значений дных сигналов. Запоминание мгновенх значений входных непрерывных сигнаосуществляется устройствами 11 — 1K борки-хранения, содержащимися в кажканале. Двухступенчатая коммутация ществляется N групповыми коммутатои 21 — 2N и выходным коммутатором 4. и этом групповые коммутаторы 21 — 2N и одной коммутатор 4 коммутируются со игом во времени (фиг. 6). Со сдвигом во мени происходит коммутация групповых мутаторов 21 — 2N между отдельными ппами.

В исходном состоянии в блоке 6 управия триггер 7 и формирователь 10 задернаходятся в состоянии логического "0", ходы блока 19 стробирования устройств орки-хранения находятся в состоянии ической "1".

По приходу импульса "Пуск", триггер 7 еходит в состояние логической "1", а в тчики 16 и 17 записываются установленна входах коды, определяющие количео каналов и количество циклов, тветственно. При этом триггер 7 разрут проход через логический элемент И 9 енератора 8 тактовых импульсов, Начится первый цикл коммутации.

При первом режиме работы входные алы U1-1 — LJ>-к проходят через устрой11 — 1к выборки-хранения и последоваьно один за другим через групповые мутаторы 21 — 2N, усилители 3, выходной мутатор 4 на выход усилителя 5, который ется выходом каскадного коммутатора. этом тактовые импульсы генератора 8 овой частоты, проходя через логический ент 9 и мультиплексор 14, поступают на ный вход, счетчика 16. Текущий код чика 16 дешифрируется дешифратора11 — 21N и дешифратором 22 блока 18 ронизации коммутаторов. Одноврено в блоке 19 стробирования устройств орки-хранения дешифраторами 201 дешифрируется код режима, поступаюна вход "Режим" блока 6 управления. ифраторы 201 — 20к, 211 — 21и и 22 могут выполнены, например, на постоянном 5 минающем устройстве — микросхемах

5РЕЗ, К 556РТ5, К 556РТ7 и т.д. Блоки

18 вырабатывают сигналы управления ойством (1.1 — 1. K)N выборки-хранения, повым и выходным коммутаторами, ц и кан та н г д ст вх н ло в до ос ра

П вы сд вр ко гр ле жк ав вы ло пе сч ны ст со ша от на сиг ств тел ко ко явл

Пр так эле сче сче ми син мен вы

20к щи

Де быт зап

К1

19 уст гру

При первом режиме работы на входы стробимпульса устройств (11 — 1к)М выборки-хранения поступает логическая "1", что обеспечивает проход входных сигналов че5 рез устройство 11 — 1к выборки-хранения в течение времени коммутации входных сигналов. К выходу первого группового коммутатора 2 подключается первый канал U1-1. С задержкой времени (i тактовых импульсов, 10 где i = 1, 2,... е) к выходу второго группового коммутатора подключается второй канал (Uz-1). С такой же задержкой поочередно подключаются к выходам других N групповых коммутаторов последующие N входов

15 (UN-1). С задержкой времени (i тактовых импульсов, где i = 1, 2,..., е) относительно группового коммутатора 2 включается выходной коммутатор 4. подключая на определенное время к выходу коммутатора соответствую20 щий входной сигнал, проходящий через групповой коммутатор 2. После подключения первого канала каждой N группы (U1-1 °

0г-1, ..., 0щ) к выходу коммутатора коммутируются аналогично вторые и последую-25 щие каналы каждой группы.

Таким образом коммутация продолжается до тех пор, пока счетчик 16 подсчитает заданное количество импульсов, соответствующее выбранному числу каналов N sq.

ЗО При переполнении счетчик 16 формирует импульс, который с выхода счетчика 16 поступает через логический элемент ИЛИ 15 на его вход, при этом записывая в счетчик

16 новый код выбранного количества кана35 лов. Сформированный счетчиком 16 импульс поступает также на счетный вход, счетчика 17, который подсчитывает количество циклов. Коммутация входных сигналов, согласно выбранному количеству каналов, 40 продолжается до тех пор, пока счетчик 17 подсчитает заданное количество циклов, Затем счетчик 17 формирует сигнал окончания коммутации, который поступает на вход сброса триггера 7, чем запрещается проход

45 импульсов генератора 8 тактовых импульсов через логический элемент 9, и режим коммутации прекращается. Сигнал окончания коммутации является одновременно сигналом "Готов". Следующий режим ком50 мутации начинается с приходом следующе го импульса "Пуск".

Во втором режиме работы мгновенные значения входного сигнала запоминаются одновременно во всех каналах устройством

5 11 — 1к выборки-хранения, после чего каждый какал последовательно один за другим подключается к выходу каскадного коммутатора аналогично, как и в первом режиме работы. Одновременная синхронизация всех устройств 11 — 1к выборки-хранения

1608792 (перевод в состояние хранения) организуется блоком 19 стробирования устройств выборки-хранения перед каждым циклом коммутации, Для этого после поступления сигнала "Пуск" цикл коммутации начинается с заданной задержкой, соответствующей осуществляемому режиму и определяемой формирователем 10 задержки.

По истечении времени. задержки этого режима блок 19 стробирования устройств выборки-хранения формирует на выходах(1—

К) логический "0", и устройства (11 — 1к)М выборки-хранения переходят в состояние хранения, Следующее состояние — слежения устройств (1 > — 1к)М выборки-хранения организуется после коммутации всех выбранных каналов, Для этого сигнал, сформированный счетчиком 16 через логические элементы И 12 и ИЛИ 11, сбрасывает формирователь 10 задержки, в результате чего организуется пауза для стробирования устройств (11 — 1y)N выборки-хранения. После окончания коммутации, сброса триггера 7 блок 19 стробирования устройств выборкихранения формирует на всех выходах логическую "1" и переводит устройства (1 > — 1к)М выборки-хранения в состояние слежения.

B формирователе 10 задержки тактовые импульсы генератора 8 тактовой частоты поступают на входы логических элементов И

27 — 29 с задержкой (через определенное количество импульсов), которая определяется счетчиком 23. По истечении времени задержки, т,е. когда происходит переполнение счетчика 23 на одном из его выходов формируется сигнал, Этот сигнал переводит в состояние единицы соответствующий триггер 24 — 26, который разрешает дальнейший проход импульсов тактовой частоты через логический элемент.

В третьем режиме каскадный коммутатор для увеличения частоты коммутации (т.е. частоты входных сигналов) запоминание мгновенных значений и их коммутацию осуществляет для каждого входного сигнала всеми группами каналов, где каждый канал группы работает со сдвигом во времени.

При этом каждый входной сигнал подключается на соответствующий вход каждой группы каналов, например первый коммутируемый сигнал поступает на U<->, . ., Ug 1 каналы, второй — U> г, ..., Uq-z каналы и так далее до U >-к, Ug-к. После сигнала Пуск одновременно запоминаются мгновенные значения всех входных сигналов, По прохождении времени, необходимого для стробирования устройств выборки-хранения, которое определяется формирователем 10 задержки и форми руется на втором его выходе, начинается цикл коммутации, выполняющийся аналогично, как в первом режиме работы, С соответствующим сдвигом относительно момента стробирования устройств

1> — 1к выборки-хранения первых каналов каждой группы U1-1, U2-1, ..., UN-1 стробируются вторые и последующие каналы каждой групйы. Причем стробируются так, что частота коммутации fK определяется только параметрами быстродействия коммутаторов, а не параметрами быстродействия уст10 ройств (1 > — 1к)М выборки-хранения.

В четвертом режиме работы (коммутация импульсных сигналов) каждый коммутируемый сигнал подключается на несколько соответствующих входов каждой группы ка15 налов, аналогично как и в третьем режиме, Отличие от третьего режима заключается в том, что уменьшается интервал времени между мгновенными значениями входного

20 сигнала, которые запоминаются в устройствах (11 — 1к)М выборки-хранения за счет их стробирования со сдвигом во времени для каждого входного импульсного сигнала, После каждого такого запоминания устройствами (1> — 1к)й выборки-хранения, далее коммутация входных сигналов организуется аналогично, как в первом режиме работы

25 каскадного коммутатора.

Использование предлагаемого каскадного коммутатора позволяет получить в необходимый момент времени значения всех

30 входных сигналов и создать многоканальные системы для комплексного исследования динамики контролируемых процессов.

Такие системы характеризуются простотой

35 реализации и небольшой стоимостью, так как требуют только одного аналого-цифрового преобразователя или цифрового регистратора, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования, введены К N устройств выборки-хранения, блок управления и дополнительный усилитель, причем выход выходного коммутатора под50 ключен к входу дополнительного усилителя, выход которого является выходом каскадного коммутатора, К входов каждого из N групповых коммутаторов подключены к выходам устройств выборки-хранения, входы кото55 рых являются входами каскадного коммутатора, стробирующие входы устройств выборки-хранения подключены к К соответствующим выходам блока управления.

N соответствующих выходов которого подключены к входам синхронизации N группо40 Формула изобретения

1, Каскадный коммутатор, содержащий выходной коммутатор, к входам которого подключены соединенные последовательно

N усилителей и N групповых коммутаторов, 10

1608792 вь

Щ вх то яв эт м ся в и е ют я

-до

"К л то а ся ге ме эл со уст ни пр кл вы вхо ляе с ра л три вы кот. пуси" „Режим, кол ../Юл. цикад ланало0

Фи . f коммутаторов, (N+1)-й соответствуюй выход блока управления подключен к ду синхронизации выходного коммутаа, а выходная шина блока управления яется выходом импульса "Готов", при 5 первый вход блока управления являетходом импульса "Пуск", второй, третий твертый входы блока управления являсоответственно входами установки ко"Режим", "Количество циклов" и 10 ичество каналов" каскадного коммута2, Коммутатор по п. 1, о т л и ч а ю щ и йтем, что блок управления содержит триг, генератор тактовой частоты, два эле- 15 та И, формирователь задержки, два мента ИЛИ. дешифратор, мультиплек, первый счетчик, блок стробирования ойств выборки-хранения, блок синхроации коммутаторов и второй счетчик, 20 чем первый вход блока управления подчен к входу установки триггера, к первходам элементов ИЛИ и первому у второго счетчика, выход которого явя выходом импульса "Готов" блока уп- 25 ения.и подключен к входу сброса гера, выход. которого соединен с первходом элемента И, к второму входу рого подключен генератор тактовой ча-!

U стоты, выход элемента И подключен к первому входу мультиплексора, а через формирователь задержки — к второму, третьему и четвертому входам мультиплексора, выход которого соединен с счетным входом первого счетчика, к другому входу которо-о подключен выход второго элемента ИЛИ, один выход первого счетчика соединен с блоком стробирования устройств выборки-хранения, другой выход соединен с блоком синхронизации коммутаторов, а третий подключен к объединенным входам второго элемента И и второго элемента ИЛИ и подключен к счетному входу второго счетчика, при этом второй вход "Режим" блока управления подключен к входам дешифратора, мультиплексора и блока стробирования устройств выборки-хранения, третий вход блока управления "Количество циклов" подключен к третьему входу второго счетчика, а четвертый вход "Количество каналов" соединен с третьим входом первого счетчика, кроме того К выходов блока стробирования устройств выборки-хранения являются

К выходами блока управления, N выходов блока синхронизации коммутаторов являются N выходами блока управления, а (И+1)-й выход блока синхронизации коммутаторов является (N+1)-M выходом блока управления, 1608792

Фиг. 21608792

Я л ) з (Ь

3 ф

)Ъ

1 1

gll IliI

Ф ч

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

: Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101