Schaltungsanordnung mit logischen Verknüpfungselementen, insbesondere für das Eisenbahnsicherungswesen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit logischen Verknüpfungselementen, insbesondere für das Eisenbahnsicherungswesen, mit wenigstens einem Verknüpfungsbaustein, der als Verknüpfungsglieder je ein NAND-Glied und ein NOR-Glied mit je einem Ausgang enthält, für binäre Schaltvariable und deren antivalente Schaltvariable in Form von rechteckförmigen digitalen Signalen mit vorgegebener Folgefrequenz.
In der modernen Technik der Informationsverarbeitung, z. B. in der Eisenbahnsicherungstechnik und bei der Reaktorsteuerung, werden Schaltwerke benötigt, deren Verknüpfungsglieder logische Verknüpfungen durchführen. Derartige Verknüpfungsglieder können auch aus mit verschiedenen Wicklungen versehenen hartmagneti schen Ringkernen mit rechteckförmiger Hystereseschleife aufgebaut werden. Das Bewickeln der Ringkerne sowie der Aufbau von Schaltwerken mit derartigen Verknüpfungsgliedern lassen sich jedoch nur durch erheblichen Kapitalaufwand mechanisieren und rationalisieren, wodurch die Herstellungskosten relativ hoch sind. Die Anwendung der sogenannten Einwindungstechnik vereinfacht die Fertigung derartiger Verknüpfungsglieder erheblich, sie hat jedoch zur Folge, dass die Arbeitsgeschwindigkeit in unerwünschter Weise herabgesetzt wird.
Weiterhin ist bei dieser Technik nachteilig, dass ein Fehler erst zum Zeitpunkt der nächsten Betätigung des fehlerhaften Verknüpfungsgliedes erkennbar wird.
Derartige Schaltungen sind für Schaltwerke der Sicherungstechnik wenig geeignet, weil bei diesen Einrichtungen eine sofortige Fehlermeldung unmittelbar nach bzw.
beim Eintreten des Fehlers gewünscht wird.
Neben den Ringkernschaltungen werden in Schaltwerken auch Halbleiterschaltkreistechniken angewendet, die keine Magnetmaterialien enthalten. Diese Halbleiterschaltungen ermöglichen zwar als integrierte Bausteine eine besonders hohe Arbeitsgeschwindigkeit und können je nach Stückzahl eine günstige Kostenentwicklung erlauben, jedoch ist für eine sichere Fehlermeldung ein hoher zusätzlicher Aufwand erforderlich.
Aus der DAS 1175 738 ist ein aus NICHT-Gattern aufgebauter Verknüpfungsbaustein zur Realisierung einer ODER- bzw. UND-Funktion bekannt. Diese bekannten Verknüpfungsbausteine enthalten als Verknüpfungsglieder je ein NAND- und ein NOR-Glied, denen einerseits binäre Schaltvariable und anderseits antivalente Schaltvariable zur Verarbeitung zur Verfügung stehen. Je nach Zuordnung der Ein- und Ausgänge zu den Schaltvariablen lassen sich mit dem Verknüpfungsbaustein alle Grundverknüpfungen durchführen. Nachteilig ist auch bei diesem Verknüpfungsbaustein, dass die in den Bauteilen auftretenden Fehler zu Informationsverfälschungen führen können, ohne dass eine rechtzeitige selbsttätige Meldung des fehlerhaften Verknüpfungsgliedes möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die selbsttätig sofort jegliche Störungen möglichst sicher an eine zentrale Überwachungseinrichtung meldet. Darüber hinaus soll eine schnelle Fehlerlokalisierung ermöglicht werden und durch Beschränkung auf Bauelemente wie Transistoren, Dioden und Widerstände - auch bei den Verknüpfungsbausteinen - integrierbar sein.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus dass bei Verwendung je eines NAND- und eines NOR-Gliedes ein zweikanaliger Verknüpfungsbaustein entsteht, dessen zwei Ausgänge einen Originalkanal und einen Komplementärkanal darstellen. Diese beiden Kanäle führen antivalente Ausgangssignale. Infolge dieser Antivalenz der Ausgangssignale führen der Originalkanal und der Komplementärkanal im nicht gestörten Zustand zu jedem Zeitpunkt unterschiedliche Potentiale. Sobald ein Verknüpfungsglied eines Verknüpfungsbausteines fehlerhaft ist, ist auch die Antivalenz gestört, wodurch die Potentiale im Original- und Komplementärkanal gleich sind.
Diese Erkenntnis zugrunde legend, wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass an die Ausgänge der beiden Verknüpfungsglieder als Über- wachungsglied eine Gleichrichterbrücke angeschlossen ist, deren Ausgangsspannung als Versorgungsspannung für die Schaltstrecke eines elektronischen Schalters dient, für dessen Steuerstrecke rechteckförmige digitale Testsignale mit mindestens der doppelten vorgegebenen Folgefrequenz vorgesehen sind, die ausserhalb des Flankenbereichs der digitalen Signale liegen.
Die Überwachung erfolgt also durch ein Überwachungsglied, das mit Testsignalen gespeist wird. Diese bestehen aus Impulsen, die relativ zur Dauer einer Halbperiode der digitalen Signale (Schaltvariable) kurz sind und zeitlich gesehen, vorzugsweise in der Mitte jeder Halbperiode liegen. Hierdurch werden unbegründete Fehlermeldungen vermieden, die durch unterschiedliche Schaltgeschwindigkeiten der beiden Verknüpfungsglieder eines Verknüpfungsbausteins hervorgerufen werden können. Da sich derartige Antivalenzstörtmgen auf die Flankenbereiche der digitalen Signale beschränken, erfolgt die Überwachung jeweils zwischen den Flankenbereichen.
Wenn besonders hohe Sicherheitsanforderungen gestellt werden, ist es zweckmässig, jedes Uberwachungs- glied so aufzubauen, dass auch ein Defekt in dieser Baugruppe selbsttätig. sofort gemeldet wird.
Diese Forderung wird gemäss einer vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgegenstandes dadurch erfüllt, dass bei dem Überwachungsglied die Emitterelektrode eines Transistorschalters unmittelbar und die Kollektorelektrode über einen ersten Widerstand an die Gleichrichterschaltung angeschlossen ist, dass die Basi & lek- trode über einen zweiten Widerstand wie die Kollektorelektrode mit der Gleichrichterschaltung verbunden und über einen dritten Widerstand an einen aus einem vierten und fünften Widerstand bestehenden Spannungsteiler gelegt ist, wobei an den als Eingang dienenden vierten Widerstand die Testsignale und an den fünften Widerstand ein zusätzliches Versorgungspotential gelegt ist.
Eine zweckmässige Ausführungsform der Erfindung für mehrere Verknüpfungsbausteine in einem Schaltwerk sieht vor, dass die den Verknüpfungsbausteinen zugeordneten Überwachungsglieder eine Reihenschaltung bilden, bei der jeweils der Ausgang eines Überwachungsgliedes mit dem Eingang des in der Reihenschaltung folgenden Überwachungsgliedes verbunden ist, wobei an das erste Uberwachungsglied der Reihenschaltung eine Testsignalquelle für die Testsignale und an das letzte Überwachungsglied eine dessen Ausgangssignale auf Amplitude und Phasenlage gegenüber den Testsignalen überwachende Baugruppe angeschlossen ist.
Bei fehlerfreiem Betrieb eines mit diesen Über- wachungsgliedern ausgestatteten Schaltwerkes durchlaufen die Testsignale die gesamte Reihenschaltung. Der ununterbrochene Empfang der Testsignale in der diese überwachenden Baugruppe ist eine absolut sichere Aussage darüber, dass im gesamten Schaltwerk keine Antivalenzstörung vorliegt. Bleiben die Testsignale ausgangsseitig auch nur kurzzeitig aus, so ist dies ein Zeichen dafür, dass infolge eines Defektes die Antivalenz oder die Überwachung selbst gestört ist. Die Überbrückung eines Üherwachungsgliedes macht sich in einer Phasen drehung um 1800 der Ausgangssignale für die überwachende Bau gruppe gegenüber den Testsignalen be merkbar und ist somit ebenfalls feststellbar.
Mit diesem Überwachungssystem ist jeder Einzelfehler in einem Verknüpfungsbaustein im gesamten
Schaltwerk leicht zu erkennen und zu lokalisieren. Tritt je ein Fehler in beiden Verknüpfungsgliedern eines Verknüpfungsbausteines auf, was jedoch sehr unwahrscheinlich ist und daher nicht angenommen zu werden braucht, so tritt keine Störung der Antivalenz und damit keine Störungsanzeige ein. Es ist also wichtig, dass die Testsignale so gewählt werden, dass die Überprüfung auf bestehende Antivalenz sehr oft pro Zeiteinheit erfolgt. Nur dann ist es möglich, einen in einem der beiden Verknüpfungsglieder auftretenden Fehler zu erkennen, zu dem eine kurze Zeit später in dem anderen Verknüpfungsglied desselben Verknüpfungsbausteins ein weiterer Fehler hinzukommt.
Überlegungen haben gezeigt, dass ein Fehler innerhalb eines der beiden Verknüpfungsglieder eines Verknüpfungsbausteines sich in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Schaltvariablen erst nach Ablauf einer Meldeverzögerungszeit erfassen lässt. Diese Meldeverzögerungszeit ist entweder Null oder in ihrer Dauer vom Eintreten einer passenden Kombination der Werte der Schaltvariablen abhängig. Da wie oben bereits erläutert wurde, von den in einem Verknüpfungsbaustein möglichen Doppelfehlern nur diejenigen unerkannt bleiben, die nicht zu einer Antivalenzstörung führen, ist es für die Erkennung dieser Fehler wichtig, dass die Meldeverzögerungszeit besonders klein gehalten wird.
Eine spezielle Aufgabe der Erfindung ist es daher, durch einen besonderen Aufbau der Verknüpfungsbausteine und eine zweckmässige Wahl der Signale für die Schaltvariable und die antivalente Schaltvariable sowie der Testsignale eine bezüglich der Sicherheit und der Wirtschaftlichkeit in hohem Masse vollkommene Sicherheitsschaltung zum Durchführen logischer Verknüpfun- gen zu erhalten.
Diese Aufgabe wird gemäss einer Variante der Erfindung dadurch gelöst, dass als Schaltvariable Rechteckspannungen gleicher Frequenz und Amplitude verwendet sind, wobei sich die beiden Werte der Schaltvariablen durch einen Phasenunterschied von 1800 unterscheiden, dass jedes der beiden Verknüpfungsglieder eines Verknüpfüngsbausteins aus einem Transistor besteht, dessen Kollektorelektrode über einen ersten Wi Widerstand an einem Versorgungspotential und dessen Emitterelektrode an einem anderen Versorgungspoten- tial liegt,
und dessen Basiselektrode einerseits über einen zweiten Widerstand an dem zusätzlichen Versorgungs- potential der Überwachungsglieder liegt und an die anderseits eine aus drei weiteren Widerständen bestehende Matrix angeschlossen ist mit zwei Eingängen für die zu verknüpfenden Schaltvariablen und einem Eingang für ein Prägesignal, das die gleiche Frequenz und Amplitude wie die Rechteckspannungen hat und je nach Verwendung des betreffenden Verknüpfungsgliedes als NAND-Glied oder als NOR-Glied ständig die eine bzw.
die andere Phasenlage der Schaltvariablen aufweist.
Mit diesem Verknüpfungsbaustein wird eine datenflussunabhängige Meldeverzögerungszeit erzielt. Sie ist in ihrer Grösse auf eine halbe Periodendauer der Rechtecksignale begrenzt und wird dann auf eine kleinstmögliche Dauer beschränkt, wenn die Folgefrequenz der Rechteckspannung bis an eine obere Grenze der Schaltgeschwindigkeit der Verknüpfungsglieder erhöht wird.
Bei der vorstehend erläuterten Schaltungsanordnung werden nicht nur erhebliche Vorteile hinsichtlich einer wirkungsvollen Verkürzung der Meldeverzögerungszeit erreicht, sondern durch die Anwendung einer Verknüpfung der beiden Schaltvariablen nach dem Prinzip einer Mehrheitsentscheidung unter Hinzunahme eines binären Prägesignals kann in hervorragender Weise sowohl für den Aufbau der NAND- als auch des NOR-Gliedes jedes Verknüpfungsbausteines dieselbe einheitliche Schaltung verwendet werden. Ob diese Schaltung die Funktion des einen oder anderen Gliedes übernimmt, entscheidet allein der Wert des Prägesignals.
Da sowohl die Verknüpfungsbausteine als auch die zugehörigen Überwachungsglieder als Bauelemente lediglich Transistoren, Dioden und Widerstände enthalten, ist es weiterhin vorteilhaft, mindestens die beiden Verknüpfungsglieder einschliesslich je eines Folgeverstärkers und des zugehörigen Überwachungsgliedes als ein Baustein in integrierter Schaltkreistechnik auszuführen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Figuren zeigen im einzelnen:
Fig. 1 mehrere Verknüpfungsbausteine und zugeordnete Überwachungsglieder, die eine Reihenschaltung bilden,
Fig. 2 das Überwachungsglied für einen Verknüpfungsbaustein,
Fig. 3 ein Verknüpfungsglied zum wahlweisen Durchführen der NAND- bzw. NOR-Verknüpfung,
Fig. 4 eine Darstellung der als Schaltvariable verwendeten Signale sowie eine Anzahl von Testsignalen,
Fig. 5 und 6 zwei Tabellen mit verschiedenen Kombinationen von Schaltvariablen für ein Verknüpfungsglied nach Fig. 3 sowie in Abhängigkeit davon und vom Wert eines Prägesignals die jeweiligen Verknüpfungsergebnisse und
Fig. 7 einen vollständigen Verknüpfungsbaustein mit zwei Verknüpfungsgliedern und einem tlberwachungs- glied.
Fig. 1 zeigt mehrere Verknüpfungsbausteine VEl, VE2 und VE3 mit je einem zugeordneten t)berwa- chungsglied SR1, SR2 und SR3. Jeder der Verknüpfungsbausteine enthält zwei Verknüpfungsglieder, ein NAND-Glied VEl 1 mit zwei Eingängen E3 1 und E41 sowie einem Ausgang All und ein NOR-Glied VE 12 mit den Eingängen Ell, E21 und einem Ausgang A12.
Den Eingängen Ell, E21, E3 1 und E41 stehen binäre und antivalente binäre Schaltvariable zur Verfügung in Form von Rechteckspannungen mit vorgegebener Folgefrequenz. Die Werte der Schaltvariablen unterscheiden sich durch einen Phasenunterschied von 1800.
Solange die Verknüpfungsbausteine VE 1, VE2 und VE3 ordnungsgemäss arbeiten, wenn also keines der einzelnen Verknüpfungsglieder VEl 1 und VE12 der Verknüpfungsbausteine einen Defekt hat, führen die Ausgänge All und A12 jedes der Verknüpfungsbausteine antivalente Signale. Hierdurch wird eine Spannung U1, U2 bzw. U3 als Steuerspannung für das dem jeweiligen Verknüpfungsbaustein zugeordnete tJberwa- chungsglied abgegeben.
Wenn eine aus den dargestellten Verknüpfungsbausteinen VE1, VE2 und VE3 usw. aufgebautes Schaltwerk auf einen eventuell auftretenden Fehler hin überwacht werden soll, müssen die von allen Verknüpfungsbausteinen abgegebenen Spannungen überwacht, also zur Koinzidenz gebracht werden. Ein übliches Koinzidenzglied ist zu diesem Zweck ungeeignet, weil es seinerseits auf Funktionstüchtigkeit überwacht werden muss.
Um dies zu vermeiden, sind die einzelnen Über- wachungsglieder SR1, SR2 und SR3 zur Koinzidenzbildung in Reihe geschaltet. Solange zum Beispiel an den Eingangsklemmen Kl 1 und K21 des Überwachungsgliedes SR1 die Spannung U1 vorhanden ist, ist der dargestellte Schalter geschlossen. Das gleiche gilt in entsprechender Weise für die anderen Überwachungsglieder. An das erste Überwachungsglied SR1 der Reihenschaltung ist eine Testsignalquelle G angeschlossen, deren Testsignale dem ersten Überwachungsglied über dessen Eingang K3 1 zugeführt werden. Ausserdem wird über die Klemme V41 ein zusätzliches Versorgungspotential zugeführt, das bei dem Überwachungsglied SRl am Eingang K4 1 liegt.
Die Testsignale durchlaufen das Überwachungsglied SIR 1 und werden über dessen Ausgang K5 1 an das in der Reihenschaltung folgende Überwachungsglied SR2 weitergeleitet. Sind alle Verknüpfungsbausteine ungestört, so gelangen die Testsignale schliesslich auf eine Baugruppe PS 1, die die Testsignale auf Amplitude und Phasenlage überwacht.
Sobald infolge einer Störung im Schaltwerk oder in den Überwachungsgliedern selbst die Testsignale ausbleiben, oder in der Phasenlage verfälscht werden, wird dies angezeigt. Da in jedem Überwachungsglied die Phasenlage der Testsignale um 1800 gedreht wird, können die Überwachungsglieder leicht auf Überbrückung überprüft werden, da bei ordnungsgemässem Arbeiten in der Baugruppe PS1 ständig Ausgangssignale mit derselben Phasenlage zur Verfügung stehen. Als Vergleichsgrösse für die Überwachung der Phasenlage werden der Bau Gruppe PS1 die Testsignale direkt von der Testsignalquelle G zugeleitet.
Fig. 2 zeigt den näheren Schaltungsaufbau eines Überwachungsgliedes SR für einen Verknüpfungsbaustein. Die Bezugszeichen für die Ein- und Ausgänge sind entsprechend denjenigen des Überwachungsgliedes SR1 gewählt. Das Überwachungsglied hat die Aufgabe, die an seinem Eingang K3 zugeführten Testsignale so lange über den Ausgang K5 invertiert abzugeben, wie Spannung vom zu überwachenden Verknüpfungsbaustein an den Eingangsklemmen K1 und K2 liegt. Ausserdem ist das Überwachungsglied so aufgebaut, dass in ihm auftretende Fehler überwachbar sind. Als Fehler gelten Überbrückungen und Unterbrechungen einzelner Bauelemente des Überwachungsgliedes SR.
Jeder dieser Fehler führt zu einer derartigen Veränderung des Überwachungsgliedes, dass die ihm zugeführten Testsignale nicht mehr bzw. nicht invertiert weitergeleitet werden.
Da die von jedem Verknüpfungsbaustein abgegebene Spannung, z. B. U1, je nach Verknüpfungsergebnis die eine oder andere Polarität haben kann, ist für das Überwachungsglied eine Vollweg-Gleichrichterschaltung mit den Dioden D1, D2, D3 und D4 vorgesehen, deren Ausgangsspannung als Versorgungsspannung für die Schaltstrecke eines Transistors T1 dient, dessen Emitterelektrode direkt und dessen Kollektorelektrode über einen Widerstand R1 an diese Versorgungsspannung gelegt sind. An die Basiselektrode ist ein aus vier Widerständen R2, R3, R4 und R5 bestehendes Netzwerk als Eingangsschaltung angeschlossen, das eine Eigenüberwachung gestattet. Um den Transistor T1 mit den über den Eingang K3 zugeführten Testsignalen in Form einer Rechteckspannung US - vgl.
Fig. 4, Diagrammlinie Z3 - sicher durchzuschalten und ebenso sicher zu sperren, wird die Spannung US, die für ein Überwachungsglied innerhalb der Reihenschaltung von dem in Über- tragungsrichtung der Testsignale gesehen, davor liegenden Überwachungsglied abgegeben wird, mit Hilfe eines aus den Widerständen R4 und R5 gebildeten und an dem zusätzlichen Versorgungspotential (Eingang K4) liegenden Spannungsteiler heruntergeteilt. Die in ihrer Am- plitude verkleinerten Testsignale werden einem weiteren aus den Widerständen R2 und R3 gebildeten Spannungsteiler zugeführt. Bei entsprechender Dimensionierung der Widerstände R1 bis R5 ist gewährleistet, dass alle Bauteile des Überwachungsgliedes SR der geforderten Eigenüberwachung unterliegen.
Dass dies der Fall ist, soll nachstehend an mehreren angenommenen Störungsfällen innerhalb des Überwachungsgliedes gezeigt werden.
Eine Unterbrechung an dem Eingang K3 oder zwischen dem Widerstand R4 und dem Verbindungspunkt A ruft eine dauernde Sperrung des Transistors T1 hervor, weil die Basiselektrode dann nur noch Sperrpotential führt.
Eine Unterbrechung zwischen dem Verbindungspunkt A und dem Widerstand R5 bzw. zwischen diesem und dem Eingang K4 für das zusätzliche Versorgungs- potential hat zur Folge, dass der Transistor T1 ständig durchgeschaltet bleibt. Dabei werden über den Ausgang K5 ein Dauerpotential und keine Testsignale ausgege- ben. Dies ist auch der Fall, wenn eine Unterbrechung zwischen dem Verbindungspunkt A und dem Widerstand R3 bzw. zwischen diesem und dem Verbindungspunkt B erfolgt. In diesen Fällen liegt an der Basiselektrode hohes Steuerpotential.
Der Transistor T1 bleibt auch dann ständig gesperrt, wenn eine Unterbrechung zwischen dem Verbindungspunkt B und dem Widerstand C erfolgt. In diesen beiden Fällen reicht die Spannung der Testsignale gegenüber dem sperrend wirkenden zusätzlichen Versorgungspotential am Eingang K4 nicht aus, den Transistor T1 durchzuschalten.
Erfolgt eine Unterbrechung an der Basiselektrode des Transistors T1, so fliesst über die Schaltstrecke lediglich ein zu vernachlässigender Reststrom. Es werden daher keine Testsignale ausgegeben. Bricht die Emitterelektrode ab, so fliesst über die Basis-Kollektorstrecke ebenfalls lediglich nur ein zu vernachlässigender Reststrom. Auch dies bedeutet eine Sperrung der Testsignale.
Eine Unterbrechung in der Kollektorelektrode des Transistors T1 hat am Ausgang K5 gleichbleibendes hohes Potential zur Folge.
Bei einer Unterbrechung eines der Anschlüsse des Widerstandes R2 liegt am Ausgang K5 ständig ein um die Durchlassspannung der Basis-Emitterstrecke des Transistors T1 verringertes Basispotential. Dieses liegt aber dicht über bzw. dicht unter dem Potential der Emitterelektrode. Hierdurch wird zum Beispiel der Transistor eines in der Reihenschaltung folgenden Üb er- wachungsgliedes ständig gesperrt. Dies ist auch der Fall, wenn am Punkt C kein Versorgungspotential anliegt. Am Ausgang K5 liegt in diesem Fall das Potential des Verbindungspunktes B.
Wird der Widerstand R4 kurzgeschlossen, bleibt der Transistor T1 ständig durchgeschaltet, weil dann an dessen Basiselektrode vom vorhergehenden tXberwa- chungsglied bzw. von der Testsignaiquelle G zu hohes Potential liegt.
Ist der Widerstand R5 kurzgeschlossen, so bleibt der Transistor T1 ständig gesperrt. Dies gilt auch für den Fall, dass der Widerstand R3 überbrückt ist. Eine Überbrückung des Widerstandes R2 macht das Über- wachungsglied ebenfalls funktionsunfähig, weil dessen Transistor T1 dann ständig durchgeschaltet bleibt. Der dabei in übernormaler Höhe fliessende Basisstrom zerstört die Basis-Emitterstrecke des Transistors, wodurch zusätzlich die Stromversorgung des betreffenden Überwachungsgliedes kurzgeschlossen wird.
Wird die Basis-Emitterstrecke überbrückt, so ist der Transistor T1 nicht mehr steuerbar. Liegt ein Fehler infolge Überbrückung der Basis-Kollektorstrecke vor, führt der Ausgang K5 ständig konstantes Potential, weil bei dem angenommenen Fehler eine Parallelschaltung der Widerstände R1 und R2 vorliegt. Sind alle Elektroden des Transistors T1 miteinander verbunden, so liegt der Ausgang K5 ständig auf tiefem Potential. Ist der Widerstand R1 überbrückt, dann schlägt die Schaltstrecke des Transistors T1 infolge Überlastung durch, und der Ausgang K5 führt dauernd hohes Potential.
Ständig durchgeschaltet bleibt der Transistor T1 bei einer Querbrücke zwischen dem Verbindungspunkt B und dem Eingang K4 oder zwischen dem Verbindungspunkt A und der Emitterelektrode oder zwischen dem Eingang K3 und dem Verbindungspunkt C.
Keine Störung hat eine Querbrücke zwischen dem Verbindungspunkt B und dem Eingang K3 zur Folge.
Bei einer Querbrücke zwischen dem Verbindungspunkt A und dem Ausgang K5 führt dieser Testsignale so geringer Amplitude, dass das in der Reihenschaltung nachfolgende Überwachungsglied nicht ausgesteuert wird. Wird eine Querbrücke zwischen dem Eingang K3 und dem Ausgang K5 angenommen, so fehlt bei den dann von dem Überwachungsglied abgegebenen Ausgangssignalen die im ungestörten Fall durch den Transistor T1 hervorgerufene Invertierung. Dies stellt die Baugruppe PS1 fest.
Ständig gesperrt bleibt der Transistor T1 bei einer Querbrücke zwischen dem Eingang K3 und der Emitterelektrode oder zwischen den Eingängen K3 und K4.
Veränderungen in der Amplitude der Versorgungsspannung haben ebenfalls eine Sperrung des betreffenden Überwachungsgliedes für die Testsignale zur Folge, weil der Transistor T1 dann entweder nicht durchgeschaltet oder nicht gesperrt werden kann.
Fig. 3 zeigt die Schaltungsanordnung eines Verknüpfungsgliedes VE mit einem nachgeordneten Folgeverstärker zum Durchführen der NAND- bzw. NOR Verknüpfung in Abhängigkeit vom Wert eines Prägesignals. Das Verknüpfungsglied besteht aus einem Transistor T2, dessen Kollektorelektrode über einen Widerstand R10 an einem Versorgungspotential liegt, das über den Anschluss V1 zugeführt wird. Die Emitterelektrode ist mit dem Anschluss; V3 verbunden, über den ein anderes Versorgungspotential zugeführt wird. Die Basiselektrode ist einerseits über einen Widerstand R9 mit dem Anschluss V4 verbunden, der auf demselben zusätzlichen Verworfungspotential wie die Überwachungsglieder liegt.
Anderseits ist an die Basiselektrode eine aus drei weiteren Widerständen R6, R7 und R8 bestehende Matrix angeschlossen mit zwei Eingängen E10 und E20 für die zu verknüpfenden Schaltvariablen und einem Eingang EP für das Prägesignal.
Der mit seiner Basiselektrode an die Kollektorelektrode des Transistors T2 angekoppelte Transistor T3 arbeitet in Kollektorschaltung. Die Speisung erfolgt über die Anschlüsse V1 und V3. Als Lastwiderstand dient der Widerstand Ru 1.
Die Diode D5 hat die Aufgabe, bei gesperrtem Transistor T3 an den Ausgang Al das am Anschluss V2 liegende Versorgungspotential niederohmig weiterzuleiten. Da der Transistor T3 im durchgeschalteten Zustand ebenfalls niederohmig ungefähr das am Anschluss V1 anstehende Versorgungspotential an den Ausgang At weiterleitet, sind für beide Schaltstellungen des Folgeverstärkers ein sehr kleiner Ausgangswiderstand und kleine Toleranzbereiche für die am Ausgang liegenden Potentiale gegeben. Hierdurch ist die Möglichkeit vorhanden, weitere Verknüpfungsglieder an den Ausgang Al anzuschliessen, ohne dass eine störende Verkopplung eintritt. Ausserdem ist durch den Folgeverstärker eine hohe Unempfindlichkeit gegen die Einkopplung von etwaigen Störspannungen gewährleistet.
Für eine nähere Betrachtung der Wirkungsweise soll nun zunächst Fig. 4, die in drei Diagrammlinien Z1, Z2 und Z3 eine Darstellung der verwendeten Signale als Schaltvariable und zugehörige Testsignale zeigt, und Fig. 5 sowie 6, die zwei Tabellen mit verschiedenen Kombinationen von Werten der Schaltvariablen sowie verschiedene Werte des Prägesignals enthalten, erläutert werden.
Die Diagrammlinien Z1 und Z2 von Fig. 4 zeigen Rechteckspannungen gleicher Frequenz und Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Rechteckspannung in der Diagrammlinie Z1 ist als Wert der Schaltvariablen DO und die in der nächsten Diagrammlinie Z2 dargestellte, um 1800 gegenüber der ersten Rechteckspannung in der Phasenlage verschobene Rechteckspannung als Wert DL der binären Schaltvariablen definiert. Die Werte der Schaltvariablen unterscheiden sich also nicht wie üblich in der Amplitude, sondern in der Phasenlage.
Als unveränderliches Prägesignal zum Festlegen des jeweiligen Verknüpfungsglied-Typs dient entweder die eine oder die andere Rechteckspannung. Der Einfachheit halber werden die Werte des Prägesignals ebenfalls mit DO oder DL bezeichnet, obwohl keine variablen
Grössen hierunter verstanden werden.
Die in der Diagrammlinie Z3 dargestellten Testsignale bestehen wie bereits kurz angedeutet, aus einer Rechteckspannung US, deren Frequenz mindestens doppelt so hoch gewählt ist wie diejenige der die Schaltvariable verkörpernden Rechteckspannung. Ausserdem ist ein derartiges Tastverhältnis für die Testsignale vorgesehen, dass diese ausserhalb der Flankenbereiche F der zu verknüpfenden Signale liegen. Hierdurch werden Fehlmeldungen hinsichtlich nicht bestehender Antivalenzstörungen vermieden, weil in den Flankenbereichen F betriebsmässig Antivalenzstörungen infolge unterschiedlichen Schaltverhaltens der Transistoren eines Ver knüpfungsbausteines auftreten können.
Die Verknüpfung von je zwei Schaltvariablen erfolgt unter Zuhilfenahme eines konstanten Wertes des Präge signales, und zwar nach dem Prinzip der Mehrheitsentscheidung durch Potentialausweftung. Dabei entspricht der Wert der jeweiligen Verknüpfungsergebnisse der
Mehrheit aus den Werten der zu verknüpfenden Schalt variablen und dem Wert des Prägesignals. Soll das Ver knüpfungsglied nach Fig. 3 als NAND-Glied arbeiten, so wird an den Eingang EP das Prägesignal DO gelegt.
In Abhängigkeit der Werte DO und DL der Schalt variablen an den übrigen Eingängen E10 und E20 ist an hand von Fig. 5 zu erkennen, welche Verknüpfungsergeb nisse nach der Mehrheitsentscheidung am Verbindungs punkt X der Widerstandsmatrix R6, R7 und R8 vor liegen. Bis zu diesem Punkt erfolgt eine reine nicht invertierte AND-Verknüpfung. Die erforderliche Inver tierung erfolgt durch den Transistor T2. Da der diesem nachgeschaltete Transistor T3 als Emitterfolgestufe zur
Impedanzwandlung keine nochmalige Invertierung des
Verknüpfungsergebnisses bewirkt, liegt am Ausgang A 1 das Verknüpfungsresultat eines NAND-Gliedes vor.
Wenn beide Eingänge E10 und E20 des NAND
Gliedes zum Zeitpunkt tl hohes Potential führen, tritt am Wiederstand R9 eine linear verkleinerte Summe der drei Potentiale auf, die mit der Schwellenspannung der Steuerstrecke des Transistors T2 verglichen wird. Diese Summenspannung reicht in diesem Fall aus, den Transistor T2 durchzuschalten, weil sie grösser als die Schwellenspannung ist. Dabei liegt die Basiselektrode des Transistors T3 auf niedrigem Potential, so dass dieser Transistor gesperrt ist. Am Ausgang A 1 liegt dann das um die Durchlassspannung der Diode D5 verminderte Versorgungspotential des Anschlusses V2.
Zum Zeitpunkt t2 kehren sich die Verhältnisse bei gleichen Eingangsbedingungen um. Da dabei alle drei Eingänge E10, E20 und EP kein hohes Potential führen, bleibt der Transistor T2 gesperrt. Nun bewirkt das am Anschluss V1 liegende Versorgungspotential das Durchschauen des Transistors T3. Am Ausgang A 1 liegt dann annähernd das am Anschluss V1 befindliche Potential. Das Potential am Ausgang Al wechselt bei den angenommenen Schaltvariablen also ungefähr zwischen den Potentialen der Anschlüsse V1 und V2.
Zum besseren Verständnis muss noch erwähnt werden, dass, ausgehend vom Versorgungspotential am Anschluss V4 (K4, Fig. 2), die den Anschlüssen V3, V2 und V1 zugeführten Versorgungspotentiale jeweils einen höheren Wert haben; zwischen den Klemmen V4 und V1 liegt also die höchste Spannung, zwischen V4 und V2 demgegenüber eine kleinere und zwischen V4 und V3 eine noch kleinere Spannung.
Aus Fig. 6 ist zu ersehen, wie das Verknüpfungsglied nach Fig. 3 bei dem Prägesignal DL arbeitet.
Der Inhalt dieser Tabelle ist nach den vorangegangenen Erläuterungen ohne weiteres verständlich. Sowohl das NAND-Glied als auch das NOR-Glied geben als Verknüpfungsergebnis über den Ausgang A 1 entweder den Wert DO oder den Wert DL der weiter zu verarbeitenden Schaltvariablen aus. Diese beiden Werte sind in ihrer Amplitude und Frequenz gleich und unterscheiden sich in ihrer Information durch eine Phasenverschiebung von 1800 gegeneinander.
Werden nun zwei gleiche Verknüpfungsglieder nach Fig. 3, die unter dem Einfluss unterschiedlicher Werte des Prägesignals ein NAND-Glied und ein NOR-Glied darstellen, zusammengefasst, so geben deren beide Ausgänge bei ordnungsgemässem Betrieb stets antivalente Ausgangssignale ab, wenn das eine Verknüpfungsglied mit zwei Schaltvariablen und das andere Verknüpfungsglied mit den entsprechenden antivalenten Schaltvariablen gesteuert wird. Mit anderen Worten würden also den Eingängen E10, E20 und EP des einen Verknüpfungsgliedes zum Beispiel die Grössen DO, DL und DO und den Eingängen des anderen Verknüpfungsgliedes die Grössen DL, DO und DL zugeführt. Als Verknüpfungsergebnisse liegen hieraus resultierend die antivalenten Schaltvariablen DL und DO in Form von phasenverschobenen Rechteckspannungen vor.
Zwischen den beiden Ausgängen des Verknüpfungsbausteines liegt bei ordnungsgemässem Betrieb daher eine Rechteckspannung, deren Polarität sich nach jeder Halbperiode einmal ändert. Diese Spannung wird mit Hilfe des beschriebenen Überwachungsgliedes überwacht.
Nachfolgend soll gezeigt werden, dass jegliche Störung eines Verknüpfungsgliedes zur Störung der ausgangsseitigen Antivalenz des betreffenden Verknüpfungsbausteines führt, wodurch eine sichere tXberwa- chung möglich ist.
Wird einer der Eingänge E10, E20 oder EP unterbrochen oder reisst einer der Widerstände R6, R7 oder R8 ab, so bleibt der Transistor T2 dauernd gesperrt; der Ausgang Al führt dann konstantes Potential. Hierbei wird die Spannung an den beiden Ausgängen während jeder zweiten Halbperiode der Rechteckspannung zu Null. Eine Unterbrechung des Easisanschlusses vom Transistor T2 führt zu einem konstanten hohen Potential am Ausgang A1. Bei einer Unterbrechung zwischen dem Verbindungspunkt X und dem Widerstand R9 bleibt der Transistor T2 unter Berücksichtigung aller möglichen Kombinationen von zugeführten Schaltvariablen durchgeschaltet. Hierbei liegt der Ausgang Al stets auf konstantem niedrigem Potential.
Bei einer Unterbrechung zwischen der Emitterelektrode des Transistors T2 und dem Anschluss V3 stellt sich am Ausgang Al konstantes hohes Potential ein, weil die Basis Kollektordiode vom Transistor T2 unter allen Umständen ständig gesperrt und der Transistor T3 durchgeschaltet bleibt. Reisst der Kollektoranschluss des Transistors T2 ab, so bleibt der Transistor T3 ständig durchgeschaltet. Die Folge davon ist ein konstantes Potential am Ausgang Al.
Eine Unterbrechung am Basisanschluss des Transistors T3 hat ebenfalls die Antivalenzstörung zur Folge, da der Ausgang Al dann konstantes Potential führt.
Wird die Basis-Emitterstreclce des Transistors T2 überbrückt, so bleibt die Basis-Kollektordiode dieses Transistors ständig gesperrt. Hierdurch bleibt der Transistor T3 ständig durchgeschaltet. Bei einer Überbrük- kung der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors T2 bleibt der nachgeschaltete Transistor T3 ständig gesperrt. Eine Überbrückung der Basis-Kollektorstrecke des Transistors T2 oder eine Verbindung aller drei Elektroden dieses Transistors führt ebenfalls zur Ausgabe eines konstanten Potentials am Ausgang A1.
Wird einer der Widerstände R6 bzw. R7 oder R8 überbrückt, bleibt der Transistor T2 ständig durchgeschaltet und der Transistor T3 daher gesperrt. Bei einer Überbrückung des Widerstandes R9 liegt das zusätzliche Versorgungspotential des Anschlusses V4 direkt an der Basiselektrode des Transistors T2. Hierdurch wird die Basis-Emitter-Spannung stark negativ.
Dann bleibt der Transistor T2 ständig gesperrt. Es kann allerdings auch vorkommen, dass die Basis-Emitterstrecke infolge dieser hohen Sperrspannung durchschlägt. In diesem Fall entsteht zwischen den Versorgungspotentialen an den Anschlüssen V3 und V4 ein Kurzschluss, der zu einer zentralen Abschaltung führt.
Durch eine Überbrückung des Widerstandes R10 bleibt der Transistor T3 ständig durchgeschaltet und ist daher nicht mehr steuerfähig. Reisst die Emitterelektrode des Transistors T3 ab, so fliesst ständig ein Strom über die Diode D5 und den Widerstand Rl 1, so dass am Ausgang A1 ein konstantes Potential liegt. Erfolgt eine Unterbrechung in den Anschlüssen des Widerstandes R 11, so ergibt sich kein Einfluss auf die Funktionsfähigkeit des Verknüpfungsgliedes. Erfolgt eine Über- brückung von Basis- und Kollektorelektrode des Transistors T3, so liegt die Basiselektrode ständig auf dem an dem Anschluss V1 befindlichen Potential, so dass der Transistor T3 durchgeschaltet ist. Der Ausgang Al führt dann Dauerpotential.
Beim Durchschalten des Transistors T2 tritt dadurch ein Kurzschluss auf, der zur zentralen Abschaltung führt.
Sind die Kollektor- und die Emitterelektrode des Transistors T3 miteinander verbunden, so liegt der Ausgang Al ständig auf dem hohen Potential des Anschlusses V1. Dies ist auch der Fall, wenn infolge eines Defektes alle drei Elektroden dieses Transistors miteinander verbunden sind. Bei einer Überbrückung der Diode D5 liegt der Ausgang Al ständig auf dem an dem Anschluss V2 befindlichen Potential. Wird der Widerstand Rl 1 kurzgeschlossen, so liegt an dem Ausgang A1 dasselbe konstante Potential wie an der Emitterelektrode des Transistors T2, das durch die Diode D5 jedoch kurzgeschlossen wird.
Diese Untersuchungen, die noch auf viele andere anzunehmende Fehler ausgedehnt werden können, führen mindestens zu dem Ergebnis, dass die Antivalenz der Ausgangsgrössen des betreffenden Verknüpfungs- bausteines gestört wird. Jeder auftretende Fehler kann also rechtzeitig festgestellt werden.
Fig. 7 zeigt der Vollständigkeit halber einen Ver lcnüpfungsbaustein mit zwei Verknüpfungsgliedern und dem zugehörigen Überwachungsglied, die im vorstehenden Text eingehend erläutert wurden. Bei diesem Verknüpfungsbaustein dienen die Anschlüsse V101, V201, V301 und V401 zum Zuführen der Versorgungspoten- tiale. Die Eingänge für die Prägesignale sind mit EP1 und EP2, die zugehörigen Eingänge für die Schaltvariablen mit E101, E201 bzw. E301 und E401 bezeichnet. Als Ausgänge der beiden Verknüpfungsglieder dienen die mit A101 und A201 bezeichneten Klemmen.
Die mit den Bezugszeichen K301 und K501 versehenen Anschlüsse des Verlrnüpfungsbausteines sind der Eingang bzw. Ausgang des Überwachungsgliedes.
Zum Weiterleiten der antivalenten Signale wird in vorteilhafter Weise eine Doppelleitung mit eng aneinander liegenden Leitern verwendet. Da die Summe der in den beiden Leitern fliessenden Ströme zu jedem Zeitpunkt annähernd konstant ist, entsteht nur ein sehr kleines elektrisches und magnetisches Störfeld.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist es durchaus möglich, in dem Überwachungsglied anstelle der Gleich richterschaltnng und des Transistorschalters andere gleichwirkende elektronische Bauelemente zu verwenden. Ferner können Verknüpfungsglieder verwendet werden, die mehr als zwei Eingänge für Schaltvariable aufweisen.