ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ_2 / ЭЛЕКТРО_Почаевец

Отсюда для исправления одиночной ошибки (ги =1) dmin =3.

Способность кода обнаруживать и исправлять ошибки определя­

ется минимальным кодовым расстоянием из выражения

где rоб и rИ - число обнаруженных и исправленных ошибок при условии rоб 2: rИ'

Среди помехозащищенных кодов различают блочные и непрерыв­ ные. К блочuым кодам относятся такие, с помощью которых сообще­ ния передаются блоками определенной длины из некоторого конеч­

ного числа символов.

Внеnрерывuых кодах нет последовательности информационных

символов определенной длины. Между информационными симво­

лами по определенному закону размещают проверочные. Для деко­ дирования таких кодов обычно приме~яют ЭВМ.

Всистемах телемеханики обычно применяют блочные коды. Их делят на систематические (линейные) инесистематические (нелиней­

ные). К систематическим относят коды, у которых сумма по n10d2

двух разрешенных комбинаций является комбинацией того же кода. Несистематuческие коды образуются с помощью нелинейных опе­

раций над информационными символами. К несистематическим от­

носится, например, корреляциОНllЫЙ код, в котором единица переда­

ется символом 1О, а нуль - О1. Например, если комбинация в исход­ ном неизбыточном коде имеет вид 1011, то в корреляционном она будет записана как 1001 1010. Если в таком коде появляется подряд три нуля или единицы, это свидетельствует об ошибке.

Коды с nовmореuием предусматривают повторение каждой ком­

бинации 2 раза и более. Такие коды могут быть двух вариантов: код

сзащитным повторением без инверсии и с инверсией. Код с повторе­

нием и инверсией более целесообразно применять при несимметрич­ ном канале связи, в котором чаще появляются ошибки одного знака.

Для повышения достоверности передачи кодированной информа­ ции кроме помехозащищенных кодов применяют также обратную связь (обратный капал) и мажориторное декодирование. В системах

сUllформациОll1l0Й обрат1l0Й связью сообщения после приема переда­

ются по обратному каналу. Передающее устройство сравнивает пе­ реданное им сообщение с полученным по каналу обратной связи. При совпадении сообщений передается разрешающий сигнал, при несов­ падении - сигнал запрета на использование переданной информа-

40

r лава 2. функqИОНАЛЬНЫЕ

ИПРЕОБРА30ВАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

ИУСТРОЙСТВА

2.1.Логические YCТPO~CТBa

2.1.1.АошчесIO..le э.леAteн,mы 1ю дUcкpemн,ыx ком,nон,ен,maх

В системах управления устройствами электроснабжения для вы­

полнения логических операций И (конъюнкция), или (дизъюнкция),

НЕ (инверсия) широкое распространение получили логические эле­ менты на дискретных компонентах (рис. 2.1).

Схема на рис. 2.1, а реализует операцию И, т.е. сигнал на выходе

•

(отрицательный потенциал) будет только в том случае, если поступающие на входы J, 2,3 сигналы будyr иметь отрицательный потенциал. О появлении на одном из входов высокого потенциала будет свидетель­

ствовать высокий потенциал на выходе схемы. С точки зрения обработ­

ки Ш:lформации операция И вьmолняет логическое умножение, для трех

входных переменных зarшсывается в виде у = Х] . Х2 . хз (см. рис. 2.1, а). Схема рис. 2.1, б реализует операцию ИЛИ, т.е. сигнал на выходе (отрицательный потенциал) появится в том случае, если на входе 1, или 2, или 3 будет также отрицательный потенциал. Операция ИЛИ

выполняет логическое сложение, для трех переменных записывает­

ся в виде у = Х] + Х2 + хз (см. рис. 2.1, 6). Для положительных вход­

ных сигналов схема рис. 2.1, а выполняет операцию ИЛИ, а схема

рис. 2.1, б - операцию и.

Рис. 2.1. Схемы логических элементов: а-И; б- ИЛИ; в- НЕ

42

На рис. 2.1, в показана схема инвертора на основе биполярного

транзистора типа р-n-р с диодной связью, выполняющая операцию

НЕ. Схема работает в ключевом режиме. При отсутствии на входе сигнала ис (отрицательный потенциал) транзистор VT открыт бла­

годаря току базы [+ E~VT-VD l-VD2-Rб-(-Еб)], через него вы­

сокий потенциал +Ек поступает на выход. При появлении на входе сигнала ис (положительный потенциал) транзистор VT закрывает­ ся, на выходе - отрицательный потенциал -Ек. Таким образом, по­

лярность напряжений сигналов на входе и выходе схемы противопо­

ложная, Т.е. операция НЕ выполняет логическое отрицание (инвер­ сию), которое записывается в виде у = х (см. рис. 2.1, в).

При выполнении логических устройств, предназначенных для об­ работки сигналов, в общем случае необходимо иметь логические эле­ менты, осуществляющие операции И, ИЛИ, НЕ. Такой набор эле­

ментов называется фУllкциоuмыlO nОЛ1l0Й систе'мОЙ логических :Jле­

,Ментов или логически'м

43

VDl-~D4 смещены в обратном направлении (закрыты). При этом протекает ток [+Un-RI-VD5-VT---(-Un)), обеспечивающий от­ крывание транзистора VТ до режима насыщения. На выходе элемен­

та возникает низкий потенциал, Т.е. логический нуль.

При появлении на одном или нескольких входах низкого потенциа­ ла входной диод смещается в прямом направлении (открывается), по­ тенциал в точке А снижается до уровня падения напряжения на откры­

том диоде, становится недостаточным для открывания двух переходов

(диод VD5 и база-эмитгер транзистора VI). Транзистор vт закроется, выходное напряжение возрастет до уровня логической единицы.

Диодно-транзисторная логика имеет ограниченное применение.

21.2 Аоzичeс'КUe э.лe.мeнmbt вwmtezpа.Аыю, Ш:1WA1reНUU

В настоящее время логические элементы выполняются на базе интегральных микросхем. В качестве активных элементов микросхем используют как биполярные, так и полевые транзисторы. На бипо­

лярных транзисторах чаще выполняют элементы транзисторно-тран­

зисторной логики (ТТЛ) И эмитгерно-связанной логики (ЭСЛ), ко­

торую еще называют логикой типа ТТЛ на переключателях (ПТТЛ).

Инжекционно-интегральная логика (ИИЛ или и2Л) представляет

собой дальнейшее развитие транзисторной логики. С помощью схем

и2Л удалось преодолеть многие недостатки биполярных интеграль­

ных схем и создать микросхемы большой степени интеграции, высо­ кого быстродействия и малого потребления электроэнергии.

Основой микросхем серии ТТЛ является многоэмиттерный тран­ зистор, отличающийся от обычных транзисторов наличием несколь­ ких эмиттерных областей с общими для всего транзистора базовыми и коллекторными слоями. Эмиттеры многоэмиттерного транзистора

расп~ложены так, что взаимодействие между ними через разъединяю­

щий их участок базы практически исключается. В связи с этим много­ эмиттерный транзистор является совокупностью нескольких транзис­

торных структур, взаимодействующих между собой только за счет движения основных носителей в общей коллекторной области.

Нагрузкой многоэмиттерного транзистора в серии ТТЛ является простой или сложный инвертор. Схемы ТТЛ с простым инвертором не нашли широкого применения из-за низкой нагрузочно~ способно­ сти и помехоустойчивости. Базовым для современных схем серии ТТЛ стал элемент со сложным инвертором (рис. 2.2, 6), где многоэмиттер-

44

ный транзистор VТl осуществляет лоmческую операцию И, а слож­ ный инвертор - операцию НЕ.

Сложный инвертор состоит из двух каскадов: фазорасщепитель­

ного (транзисторы VT2, VТЗ, резисторы R2, RЗ, R4) и выходного (транзисторы VT4,VT5, диод VD5, резистор R5). При открытомтран­

зисторе VT2 открыт VT5, а УТ4 - закрыт. Узел VТЗ, RЗ и R4 выпол­

няет роль резистора и служит для повышения помехоустойчивости. На выходе сложного инвертора при открытых транзисторах VТ2

и VT5 потенциал соответствует состоянию логического нуля. Диод VD5 повышает уровень отпирания транзистора VТ4 до напряжения, превышающего потенциал коллектора транзистора VT2 с учетом падения напряжения на эмиттерном переходе VT5 дО 1 В. Для отпи­ рания диода VD5 и эмиттерного перехода VТ4 требуется 0,7...0,8 В, поэтому обеспечивается надежное закрывание транзистора VТ4.

При запирании транзистора VT2 закрывается и транзистор VT5,

а VT4 открывается, на выходе потенциал повышается до уровня ло­ mческой единицы (около 3,5 В). Таким образом, сложный инвертор

по отношению к многоэмиттерному транзистору ведет себя анало­

гично простому инвертору.

Когда на одном из входов элемента появляется низкий потенциал (логический нуль), соответствующий эмиттерный переход VТl смес­

щается в прямом направлении, напряжение на нем не превышает 1 В,

что недостаточно для открывания трех переходов: коллекторного

VТl и двух эмиттерных VТ2 и VT5. Транзистор VT5 закрывается, и на выходе элемента будет высокий потенциал, соответствующий ло­

гической единице. Для ограничения отрицательного входного напря­

жения, возникающего из-за возможных помех, вводы шунтируются

диодами VDl, VD2, VDЗ и VD4.

Сигнал высокого уровня, соответствующий логической единице,

поданный на все входы элемента, смещает эмиттерные переходы в

обратном направлении, устанавливает в транзисторе VTl режим ин­

версного усиления. Под действием тока в его коллекторной цепи от­

крываIОТСЯ транзисторы VT2 и УТ5, переходя в режим насыщения, что приводит ~ появлению на выходе логического нуля. Таким обра­

зом, элемент серии ТТЛ, схема которого приведена на рис. 2.2. б,

реализует логическую операцию И-ПЕ.

Логические элементы серии ТТЛ могут служить основой .для со­

здания других устройств, выполняющих более сложные логические

45

б

ВХОД

-ип

Рис. 2.3. Схемы логических элементов:

а - И-ИЛИ-НЕ серии ПЛ; б - НЕ на КМОП-структуре

операции, например, И-ИЛИ-НЕ (рис. 2.3, а). Отличительной особен-

•

IIОСТЬЮ этой схемы является наличие двух многоэмиттсрных транзис-

торов vт1 и vт4, каждый со своими дополнительными транзистора­ ми VT2 и VT3. Нагрузкой многоэмиттерных транзисторов является сложный инвертор (транзисторы VТ5, УТ6, диод резистор

Для отпирания транзистора VT6 и появления на выходе элемента

логического нуля необходимо открыть транзистор VT2 путем пода­

чи на входы J и 2 логических единиц или открыть транзистор VT3, подавая логические единицы на входы 3 и 4. При других потенци­ альных комбинациях на входах транзисторы VT2, УТ3 и VT6 оста­ нутся закрытыми, а транзистор УТ5 - открытым, на выходе будет

логическая единица. Таким образом, данный элемент серии ПЛ ре­

ализует логическую операцию И-ИЛИ-НЕ (см. рис. 2.3, а).

Для вьmолнения логических элементов широко используются уни­ полярные (полевые) МОП-транзисторы (металл, окисел-полупровод­

ник) или МДП-транзисторы (металл-диэлектрик-полупроводник).

Униполярные транзисторы наиболее распространены и перспектив­

ны в схемах на так называемых комплиментарных структурах (КМОП или КМДП-структурах), Т.е. на совместном включении пары унипо­

лярных транзисторов с каналами разных видов проводимости. Их

применение позволяет повысить быстродействие устройств. Базовым элементомдля функциональных устройств КМОП-струк­

туры является инвертор, состоящий из двух встречно ВКЛlоченных

МОП-транзисторов с каналами типов р и n (рис. 2.3, 6). Транзистор VT2 в этой схеме играет роль нагрузки. Затворы транзисторов VTl и

46

VT2 соединены между собой и образуют общий ВИД. Общая точка

стоков является выходом инвертора. Подложка каждого транзисто~

ра соединена с его истоком и подключена к одному из полюсов ис­

точника питания (+иn или -иn),

Транзистор VTl - n-канальный прибор, он открывается поло­

жительным потенциалом на входе инвертора, при низком потенциа­

ле входного сигнала транзистор закрывается. Транзистор типа VT2

является р-канальным прибором и открывается отрицательным по·

тенциалом на входе инвертора, а закрывается - положительным.

Таким образом, при положительном потенциале входного сигнала

(логическая единица) транзистор VT2 закрыт, VTl - открыт, на

выходе отрицательный потенциал (логическимй нуль), схема инвер­

тирует входной сигнал, вьmолняет логическую операцию НЕ. Ана­

логично инвертируется отрицательный входной сигнал, который приводит к запиранию транзистора УТl и отпиранию УТ2, на выхо­

де появляется высокий потенциал (логическая единица). В схеме все­ гда один из транзисторов закрыт, от источника питания потребляет~

ся ток, равный току нагрузки, который для КМОП-структуры опре­ деляется токами утечки. МОIЦНОСТЬ, потребляемая инвертором,

составляет доли микроватта, выходное напряжение низкого уровня

ивых < 0,05 В, высокого - ивых > (иn - 0,05) В.

На основе КМОП~инверторов можно выполнять и более слож­ ные логические схемы И-НЕ, ИЛИ-НЕ. ДЛЯ реализации этих логи­

ческих функций транзисторы одного типа соединяют параллельно,

другие - последовательно. Таким образом, в элементах И-НЕ, ИЛИ­ НЕ на КМОП-структурах на каждый вход требуется по два элемен­ та. Подобным же образом организуются элементы двухступенчатой логики с большим числом входов.

2.2. Шифраторы и дешифраторы

Шифраторы и дешифраторы являются лреобразователями кодов. Основой для их построения являются рассмотренные в п. 2.1 логи­ ческие элементы И, ИЛИ на полупроводниковых диодах и интеграль­ ные схемы И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Шифраторы и дешифраторы могут быть

выполнены на контактных элементах релейного типа.

Для передачи информации широко используются комбин~торные

коды, основанные на математических сочетаниях. На входе и выхо-

47

де устройств телемеханики информация довольно часто представля­

ется в виде распределительного кода с1 (каждому сообщению со­

ответствует одна комбинация из множества N).

Шифраторы служат для преобразования распределительного кода

с1 в коды двоичный, троичный, ... , десятичный, на одно сочетание

сnm С произвольными т и N.

Шифратор двоичного кода на все сочетания (рис. 2.4, а), преобразую-

IЦИЙкод cj втрехэлемеfuный (трехразрядный)двоичныйкодtrfl (т= 2,

n = 3), составлен из трех диодных схем ИЛИ. выхдыы логических схем

являются выходами шифратора (1, 2, 3). Каждая логичоская схема или состоит из резистора R и чe:rьq:>eх диодов, подключеЮIЫХ к верrnкаль­ ной IШПIКе, являющейся выхдомM схемы. Диоды схем подюnoченыI к го­ ризонгальнъrм IIIИНКам, ЯВЛЯЮIЦИМся входами пrnфратора. При замыка­ нии одного из семи юnoчей (SB l---SB7) на соответствующую входную

пrnНI<y подается отрlщательный потенШ:lал, который через диоды, соеди­

НЯIOIЦИе горизонraльныIe и верти:кальныIe шинки схемы, поступает на оДIШ,

два юm все три выхдаa пrnфратора. OrplЩательнъ!Й потеНШ:laJI на вых-­

1

2

3

4

48

СШ1rал 1 будет только на выходе 1, а на выходах 2 и 3 будет СШ1laJI О (+Е).

При отcyrcтвии информации на входе lШIфратора (ни один юnoч не зам­ кнуг) на выходе будет нулевая комбинация 000, которая не используется.

Кодовые комбинации IШIфратора npиведены в табл. 2.1.

из табл. 2.1 видно, что lШIфратор кода на все СОЧeтaJ:lliЯ (см. рис. 2.4, а) является преобразователем чисел десятичной системы (номер клю­ ча - десятичное число) в числа двоичной системы (комбинации сигналов на выходах).

Шифратор кода на одно сочетание, показанный на рис. 2.4, б, осу-

ществляет преобразование кода c~ в код ci. Он состоит из шести

входных ключей (SBl-SВ6) и четырех схем ИЛИ, выходы которых (1,2,3,4) являются выходами шифратора. Исходная комбинация на выходах lШIфратора 0000 (+Е на всех выходах). При замыкнии любо­

го ключа на двух выходах появляются сиrnалы 1, на двух других - о. Например, при нажатии ключа SB 1 на выходах 1 и 2 будуг сигналы 1

49