Способ подключения устройств или элементов с несколькими выводами к устройству коммутации

 

Использование: в контрольной технике, в частности в способах подключения устройств при организации испытаний изделий по их электрическим параметрам, в процессах исследования динамики и статики изменений их электрических свойств, характеристик, а также для использования в изделиях микроэлектроники, состоящих из многовыводных однотипных элементов. Сущность изобретения: способ подключения устройств или элементов с несколькими выводами к устройству коммутации состоит в том, что организуют взаимное соединение между выводами устройств, при котором на входе коммутатора оказываются включенными все выводы только одного устройства или элемента, и не более, чем по одному всех остальных. 5 ил.

Изобретение предназначено для использования при подключении устройств при организации испытаний изделий по их электрическим параметрам, исследовании динамики и статики изменения их электрических свойств, характеристик и параметров, а также для использования в изделиях микроэлектроники, состоящих из многовыводных (не менее трех выводов) однотипных элементов, принцип действия которых состоит в том, что последовательно подается информация о состоянии каждого из элементов.

Предположим для определенности, что устройство или элемент имеет четыре вывода. Предположив, что коммутации подлежит М устройств или элементов, рассмотрим аналоги способов их подключения к устройству коммутации.

Аналогом может служить способ, при котором каждый из выводов выходит на устройство коммутации отдельно, при этом для каждого типа выводов (для определенности В1,В2,В3 и В4) используется свой коммутатор.

К достоинствам аналога можно отнести относительную независимость элементов от взаимного влияния друг на друга по цепям межэлементных соединений, относительная простота структуры соединений между элементами, наличие промышленно изготовленных функциональных блоков для реализации данного способа.

Недостатком указанного способа соединений можно считать большое количество проводников между платой подключения устройств или элементов и блоком коммутации, необходимых для реализации данного способа. Если количество устройств или элементов равно 100, то для реализации необходимы четыре или три кабеля по 100 проводников.

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности является способ, примененный в коммутирующем устройстве 1, фиг.3, где 1 входы коммутирующего устройства, 2 ассоциативная память, 3 полный коммутатор, 4 линейный коммутатор, 5 выход коммутирующего устройства [1] Достоинством данного способа соединения является хорошая управляемость процессом подключения к выходным шинам, наличие готовых промышленно изготавливаемых функциональных блоков, относительная простота перестройки коммутирующего устройства на различные группы исследуемых датчиков.

Существенными недостатками приведенного способа соединений являются значительное количество выходных проводников между исследуемыми устройствами или элементами и коммутирующим устройством.

Кабельное соединение одно из неудобных, дорогостоящих и ненадежных элементов. При увеличении его длины и количества проводников в этом узле РЭА его надежность, а следовательно, и надежность РЭА понижается. Увеличивается вес проводников, они становятся неудобными в эксплуатации, увеличивается вероятность слома одного из проводников при подключении кабелей или жгутов, или при их хранении.

В микросхемотехнике создание многоканальных линий связи аналоговых или цифровых сигналов тоже является решенным в техническом плане вопросом. Но микросхемы, выполняющие функцию таких линий связи, являются дорогостоящими и достаточно редкими.

Из приведенных рассуждений видно, что значительное уменьшение количества проводников между группой устройств или элементов и коммутатором в устройствах и системах, использующих последовательное подключение этих устройств или элементов, значительно удешевит эти системы.

Цель достигается тем, что выводы устройств или элементов соединяют между собой так, чтобы не нарушались следующие условия.

Между собой соединяются только однотипные выводы (например, В1₁,В1₂,В1₃ и т.д. т.е. вывод 1 первого устройства, вывод 1 второго устройства, вывод 1 третьего устройства и т.д.).

Устройства или элементы опрашиваются (т.е. подключаются одновременно все выводы) последовательно один за одним (хоть порядок подключения и не существенен).

Ни один из выводов подключаемого устройства или элемента не потребляет и не генерирует энергию, когда устройство или элемент выключен (т.е. все остальные его выводы выключены из схемы).

Соединение выполняется для количества устройств или элементов, равного квадрату произвольного целого числа N. Для простоты изложения удобно предположить, что выводы устройств или элементов располагаются на технологической соединительной плате, выполненной в виде матрицы NxN по 4 элемента в каждой ячейке. Допустим, количество элементов М 100, тогда N 10. Проведем соединение элементов следующим образом. Соединим В1 как показано на фиг.1; В2 как показано на фиг.2; В3 как показано на фиг.3; В4 как показано на фиг.4.

На фиг. 1-4 показана схема соединений одноименных выводов устройств или элементов В1,В2,В3 и В4 соответственно.

Из фиг. 1-4 видно, что при включении любого из устройств или элементов соблюдается принцип, согласно которому ни одно другое устройство или элемент не подключены более чем одним выводом к схеме подключения (кроме подключаемого, включенного всеми выводами).

Очевидно, что количество элементов или устройств не имеет значения. При этом количество соединительных проводников между устройствами или элементами и коммутирующим устройством уже не 4хN², а 4хN, т.е. существенно меньше. При этом ограничений к подключению любого из элементов не существует.

Описанный способ был реализован на кафедре КПР ХАИ для исследования радиоэлементов. Описанная схема соединений была реализована на монтажной плате, коммутатор выполнен на базе цифрового тензометрического моста ЦТМ-5.

Структурная схема устройства изображена на фиг.5.

Устройство содержит набор элементов 1, соединенных по описанному способу, коммутатор 2, регистрирующее устройство 3. Результаты измерений фиксировались на магнитную ленту в цифровом виде и отображались на индикаторе для контроля.

В результате экспериментальной проверки способа на кафедре "Конструирование и производство радиоаппаратуры" ХАИ была показана работоспособность способа подключения устройств и элементов к коммутатору. При испытании достигнута основная цель предлагаемого изобретения было существенно уменьшено количество необходимых для подключения проводов (для 100 образцов по 4 вывода, при подключении которых недопустимо параллельное соединение двух и более выводов, понадобилось не 4х100, а 4х10 проводников). Таким образом, для организации экспериментального подтверждения способа понадобился один стандартный кабель на 40 выводов вместо четырех стандартных кабелей на 100 выводов каждый. Было установлено, что при таком способе подключения к коммутатору уменьшается влияние наводок электромагнитного излучения на результаты эксперимента за счет возможности организации более качественного экранирования проводников. При данном способе подключения увеличивается надежность соединения за счет уменьшения количества паек, разъемов, проводников при организации соединения. За счет уменьшения количества кабелей, удешевления самих кабелей, увеличения надежности соединения и уменьшения количества необходимых резервных соединительных кабелей в системах, использующих последовательное подключение группы устройств к коммутатору, ожидается удешевление самих систем.Размеры возможного удешевления зависят как от количества последовательно подключаемых устройств или элементов, стоимости перечисленных частей и элементов, так и от стоимости 1 ч простоя при поломке системы (если эти элементы выйдут из строя при эксплуатации системы).

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДКЛЮЧЕНИЯ УСТРОЙСТВ ИЛИ ЭЛЕМЕНТОВ С НЕСКОЛЬКИМИ ВЫВОДАМИ К УСТРОЙСТВУ КОММУТАЦИИ, отличающийся тем, что, с целью уменьшения количества соединительных проводников, увеличения надежности соединения, увеличения технологичности организации подключения, удешевления систем, использующих последовательное подключение группы устройств к устройствам коммутации, организуют взаимное соединение между выводами устройств, при котором на входе коммутатора оказываются включенными все выводы только одного устройства или элемента и не более чем по одному всех остальных.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5