一种双余度信号通道间的交叉控制电路的制作方法

1.本发明属于航空机载计算机领域，涉及双余度信号控制的电路设计技术，具体为一种双余度信号通道间的交叉控制电路。


背景技术：

2.在航空机载领域，为实现了机电控制系统的安全性指标，提高系统的鲁棒性和安全性，常采用增加余度控制的策略。例如，对机载机电控制系统，为了实现对关键系统的控制，机载机电计算机经常采用双余度设计，即单个成品均设计两个物理隔离的通道，对于系统中重要和关键信号，通过两个通道双余度进行共同控制。
3.但是，在目前一些双余度设计的控制系统中，对于负载要求安全态时输出28v的控制接口，当单通道出现故障(如fpga故障和电源故障)时，出现故障的通道会输出28v，另外一个通道虽然正常但是无法对负载进行控制的情况；上述对负载控制的方式会导致控制系统外部表现出该控制接口永久处于安全态的情况，失去了双余度控制意义。


技术实现要素：

4.为了解决机载机电控制系统中，要求当一个通道故障时控制接口不输出28v，使得另一个正常的通道能够对负载进行控制，使负载处于正常工作态；当两个通道都故障时，控制接口输出28v进而进入安全态”，即实现“一次故障工作，二次故障安全”的目标，本发明公开了一种双余度信号通道间的交叉控制电路。
5.实现发明目的的技术方案如下：一种双余度信号通道间的交叉控制电路，a通道和b通道分别经输出电路与负载电连接，交叉控制电路用于控制输出电路的控制信号。
6.其中，交叉控制电路包括a通道控制电路、b通道控制电路，a通道控制电路和b通道控制电路的结构相同，均包括反相器、与门、比较器、nmos管。
7.其中，反相器输入端电连接有对方通道状态信号chv，反相器用于对对方通道状态信号chv进行取反处理。
8.其中，与门输入端与反相器输出端及本通道状态信号chv电连接，与门输出端与比较器的正向输入端电连接，且比较器的反向输入端与固定电压ref电连接。
9.其中，比较器的输出端与对方通道的nmos管的栅极电连接，nmos管的源极接地，nmos管的漏极与对方通道的输出电路的控制端电连接。
10.本发明通过设计双余度信号通道间的交叉控制电路，能够实现航空机载控制系统要求的“一个通道故障时工作，二个通道故障时进入安全态”，可以防止负载产品降级过快，能够大幅提高航空机载计算机的鲁棒性和安全性。
11.上述交叉控制电路设计的原理是：利用对对方通道状态信号chv取反后与本通道状态信号chv在与门中相与，再经过比较器比较后控制对方通道nmos管的导通或者不导通，实现对对方通道的输出电路控制信号的控制。
12.在本发明的一个实施中，上述a通道和b通道的通道状态信号chv分别经各自通道
的fpga的状态确定。当通道的fpga正常时，则该通道正常，且该通道的通道状态信号chv输出为通道有效信号chv；当通道的fpga异常时，则该通道异常，且该通道的通道状态信号chv输出为通道无效信号chv。
13.在本发明的另一个实施中，上述a通道和b通道的通道状态信号chv分别经各自通道的cpu和fpga状态确定。当通道的所述cpu和所述fpga均正常时，则该通道正常，且该通道的通道状态信号chv输出为通道有效信号chv；当通道的cpu和fpga中任意一个或2个异常时，则该通道异常，且该通道的通道状态信号chv输出为通道无效信号chv。
14.进一步的，上述fpga输出端与总线驱动器输入端电连接，总线驱动器的输出端与达林顿管输入端电连接，且达林顿管输出端与输出电路的控制端电连接。
15.更进一步的，上述a通道和b通道均正常时，则a通道和b通道的输出电路经fpga、总线驱动器、达林顿管作用后向负载输出开路或28v。
16.更进一步的，上述控制电路还包括28v电压源，28v电压源经分压电阻r1与输出电路的控制端电连接。
17.在本发明的一个优选实施例中，当a通道和b通道均异常时，输出电路的控制端电平由28v电压源决定，且输出电路向负载输出28v。
18.进一步的，上述a通道和b通道中任意一个异常时，异常通道的输出电路的控制端接地，且异常通道对负载输出开路；交叉控制电路向负载输出的接口未锁死，交叉控制电路对负载的输出状态由正常通道控制。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设计双余度信号通道间的交叉控制电路，能够实现航空机载控制系统要求的“一个通道故障时工作，二个通道故障时进入安全态”，可以防止负载产品降级过快，能够大幅提高航空机载计算机的鲁棒性和安全性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为具体实施方式中双余度信号通道间的交叉控制电路的电路示意图。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
23.在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解
为对本发明创造的限制。
24.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
25.在机载机电控制系统中，为了实现当一个通道故障时控制接口不输出28v，使得另一个正常通道能够对负载进行控制，使负载处于正常工作态；而当两个通道都故障时，控制接口输出28v进而进入安全态”，即实现“一次故障工作，二次故障安全”的目标，本具体实施方式公开了一种双余度信号通道间的交叉控制电路。
26.以下通过机载机电控制系统中，通过a通道和b通道分别与负载电连接，形成对负载控制的双余度信号通道。在本具体实施方式中需要说明的是，以下是以a通道故障与b通道正常、a通道与b通道均正常、a通道与b通道均故障三种情况对本具体实施方式的双余度信号通道的交叉策略及控制原理进行举例说明。
27.本具体实施方式提供了一种双余度信号通道间的交叉控制电路，交叉控制电路用于控制a通道和/或b通道的输出电路的控制信号，实现对双余度信号通道进行交叉控制。交叉控制电路包括a通道控制电路、b通道控制电路，a通道控制电路和b通道控制电路的结构相同，如图1所示，a通道控制电路和b通道控制电路均包括反相器、与门、比较器、nmos管，以下以b通道为例对通道控制电路进行说明。
28.如图1所示，b通道的反相器输入端电连接有对方通道状态信号chv(a通道状态信号chv，即图1中所示的chv＿a，其输入b通道后为b通道的othre＿chv)，反相器用于对对方通道状态信号chv进行取反处理。
29.具体的，当a通道正常时，即将a通道状态信号chv(othre＿chv)输出定义为“1”，此时b通道的反相器对a通道状态信号chv取反后，反相器输出的othre＿chv的值为“0”；当a通道故障或异常时，即将a通道状态信号chv(othre＿chv)输出定义为“0”，此时b通道的反相器对a通道状态信号chv取反后，反相器输出的othre＿chv的值为“1”。
30.如图1所示，b通道内的与门输入端与反相器输出端及本通道状态信号chv(即图1中所示的chv＿b)电连接，与门输出端与b通道内的比较器的正向输入端电连接，且比较器的反向输入端与b通道内的固定电压ref电连接。
31.具体的，当a通道故障、b通道正常时，b通道的与门的输入端的othre＿chv的值为“1”，chv＿b为“1”，此时与门输出为高电平。当a通道正常和b通道均正常，或均异常时，b通道的与门的输入端的othre＿chv值和chv＿b值中，一个为“1”，一个为“0”，此时与门输出为低电平。
32.将与门输出的高电平或低电平输入比较器的正向输入端，将固定电压ref输入比较器的反向输入端，将高电平或低电平与固定电压ref进行比较，。当与门向比较器输出为高电平时，经过与比较器预先设计的固定电压ref比较，与门输出的高电平高于固定电压ref，因此比较器输出高电平；当与门向比较器输出为低电平时，经过与比较器预先设计的固定电压ref比较，与门输出的低电平低于固定电压ref，因此比较器输出低电平。
33.上述描述中，即当a通道故障、b通道正常时，比较器输出高电平；当a通道与b通道均正常，或a通道与b通道均故障时，比较器输出低电平。
34.如图1所示，b通道内的比较器的输出端与对方通道的nmos管的栅极(即a通道的nmos管)电连接，nmos管的源极接地，nmos管的漏极与对方通道的输出电路的控制端电连接。
35.具体的，在比较器输出高电平时，a通道的nmos管导通，输出电路的控制端被强行拉到低电平，输出电路向负载输出开路，接口未进入安全态(输出28v)，双余度输出接口未锁死，输出状态由b通道决定，满足产品“一个通道故障是工作”的需求。总之当a通道和b通道中任意一个异常时，异常通道的输出电路的控制端接地，且异常通道对负载输出开路；交叉控制电路向负载输出的接口未锁死，交叉控制电路对负载的输出状态由正常通道控制。在比较器输出低电平时，a通道的nmos管不导通，由于此时a通道和b通道有全部正常和全部故障两种状态，因此输出电路向负载输出的状态也不同。
36.在上述双余度信号通道间的交叉控制电路的第一个示例中，如图1所示，上述a通道和b通道的通道状态信号chv分别经各自通道的fpga的状态确定。当通道的fpga正常时，则该通道正常，且该通道的通道状态信号chv输出为通道有效信号chv；当通道的fpga异常时，则该通道异常，且该通道的通道状态信号chv输出为通道无效信号chv。
37.在上述双余度信号通道间的交叉控制电路的第二个示例中，上述a通道和b通道的通道状态信号chv分别经各自通道的cpu和fpga状态确定(附图为显示，cpu和fpga的状态可以分别进行确定，或者两者的状态可以相互监控后输出)。在本示例中，cpu和fpga进行相互监控，当通道的cpu和fpga均正常时，则该通道才正常，且该通道的通道状态信号chv输出为通道有效信号chv；当通道的cpu和fpga中任意一个或2个异常时，则该通道异常，且该通道的通道状态信号chv输出为通道无效信号chv。
38.在上述2个示例的一个改进方案中，如图1所示，上述fpga输出端与总线驱动器输入端电连接，总线驱动器的输出端与达林顿管输入端电连接，且达林顿管输出端与输出电路的控制端电连接。
39.更进一步的，上述a通道和b通道均正常时，a通道的nmos管不导通，此时则a通道和b通道的输出电路向负载的输出状态经fpga、总线驱动器、达林顿管作用后向负载输出开路或28v。具体的，当fpga的io输出高电平时，达林顿管接地，输出电路的控制端为低电平，向负载产品输出开路；当fpga的ip输出高电平时，达林顿管输出开路，输出电路的控制端为高电平，向负载产品输出28v，总之当2个通道均正常时，向负载输出的接口输出状态是可控的，且由各自通道控制指令决定。
40.更进一步的，上述a通道和b通道均故障时，此时a通道和b通道的nmos管都不导通，且a通道和b通道的fpga均不工作，为了在2个通道都出现故障时，输出电路向负载输出28v进入安全态，本具体实施方式还对上述交叉控制电路进行了再次改进，如图1所示，上述控制电路还包括28v电压源，28v电压源经分压电阻r1与输出电路的控制端电连接。具体的，当a通道和b通道均异常时，输出电路的控制端电平由28v电压源决定，且输出电路向负载输出28v。
41.本发明通过设计双余度信号通道间的交叉控制电路，能够实现航空机载控制系统要求的“一个通道故障时工作，二个通道故障时进入安全态”，可以防止负载产品降级过快，能够大幅提高航空机载计算机的鲁棒性和安全性。
42.上述交叉控制电路设计的原理是：利用对对方通道状态信号chv取反后与本通道
状态信号chv在与门中相与，再经过比较器比较后控制对方通道nmos管的导通或者不导通，实现对对方通道的输出电路控制信号的控制。
43.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
44.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。