專利名稱：安全計算機平臺安全輸出的3取2硬件表決方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計算機故障-安全方法，尤其涉及一種安全計算機平臺中輸出的
故障-安全表決方法。
背景技術(shù)：
可靠性和安全性是軌道交通、航空以及石化電力等領(lǐng)域重要關(guān)鍵設(shè)備監(jiān)測控制系 統(tǒng)的最基本同時也是最主要的要求。系統(tǒng)的可靠性保證系統(tǒng)能夠長期無故障可靠地運行， 而安全性則保證系統(tǒng)的任何部分在出現(xiàn)故障情況下導向安全側(cè)，即其后果不會導致監(jiān)測控 制對象產(chǎn)生危險或重大損失。這種高可靠性和高安全性的監(jiān)測控制系統(tǒng)其核心是安全計算 機平臺，由于這個平臺的輸出將直接關(guān)系到控制對象的正確、安全工作，安全計算機平臺的 輸出是系統(tǒng)可靠性和安全性的關(guān)鍵部分之一。 輸出信號的形式有靜態(tài)輸出和動態(tài)輸出兩種，動態(tài)形式的輸出在可靠性和安全性 上要優(yōu)于靜態(tài)形式。為保證可靠性和安全性，輸出電路通常采用熱備、2取2和3取2邏輯 結(jié)構(gòu)，單獨的熱備邏輯結(jié)構(gòu)由于很難達到較高可靠性和安全性的要求目前很少被采用，2取 2和3取2邏輯結(jié)構(gòu)各有特點，2取2邏輯結(jié)構(gòu)往往需要與整個系統(tǒng)的熱備冗余結(jié)構(gòu)共同使 用才能保證系統(tǒng)的可靠性和安全性的綜合要求，而3取2邏輯結(jié)構(gòu)能夠獨立達到可靠性和 安全性的綜合要求，相比之下使得整個系統(tǒng)更加緊湊、高效。但是3取2邏輯結(jié)構(gòu)首先必須 保證的是自身的導向安全特性，普通的有源邏輯器件實現(xiàn)3取2邏輯是簡單的，但往往不具 有導向安全的特性，不能實現(xiàn)3取2邏輯結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種"3取2"的邏輯結(jié)構(gòu)和電路實現(xiàn)方法，滿足安全計算機平臺對 輸出的高可靠性和高安全性要求。 —種安全計算機平臺輸出信號的"3取2"硬件表決方法，包括 若干普通動態(tài)_靜態(tài)解串器，用于將輸入的動態(tài)脈沖信號轉(zhuǎn)換為一負直流電平輸
出，而對輸入的固定電平則保持為零電平； 若干邏輯"與"運算動態(tài)_靜態(tài)解串器，用于將輸入的動態(tài)脈沖信號轉(zhuǎn)換為一負直 流電平輸出，而對輸入固定電平則保持為零電平，同時具有"與"邏輯運算功能；
若干二極管，用于組成邏輯"或"運算設(shè)備；
所述的表決方法包括以下過程 (1)三個獨立的動態(tài)輸出A、B和C，將動態(tài)輸出A通過第一普通動態(tài)-靜態(tài)解串器 得到負直流電壓輸出-^，將動態(tài)輸出B通過第二普通動態(tài)-靜態(tài)解串器得到的負直流電壓 輸出_VB ; (2)將所述的負直流電壓輸出-Va和-Ve通過由第一二極管和第二二極管組成的 第一邏輯"或"運算設(shè)備后得到負直流電壓輸出-Vw，其中，負直流電壓輸出-VA通過第一二 極管，-Ve通過第二二極管；
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(3)將所述的負直流電壓輸出_VA+B和另一獨立的動態(tài)輸出C通過第一邏輯"與"
運算動態(tài)_靜態(tài)解串器得到負直流電壓輸出-v(A+B)c; (4)將負直流電壓輸出_VB和獨立的動態(tài)輸出A通過第二邏輯"與"運算動態(tài)_靜 態(tài)解串器得到負直流電壓輸出_VAB ; (5)將所述的負直流電壓輸出-V(A+B)C和-V(AB)通過由第三二極管和第四二極管組 成的第二邏輯"或"運算設(shè)備后得到負直流電壓輸出40^^，)，實現(xiàn)動態(tài)輸出的"3取2"硬 件表決；其中，負直流電壓輸出^(4+加通過第三二極管，負直流電壓輸出-V(AB)通過第四二 極管。 所述的輸出信號為動態(tài)形式，即邏輯"0"為固定電平，表示繼電器落下，邏輯"1" 為動態(tài)脈沖，表示繼電器吸起。 所述動態(tài)-靜態(tài)解串器的輸出為直流電壓，零電壓對應(yīng)輸入"O"邏輯，負電壓對應(yīng) 輸入"1"邏輯，不會產(chǎn)生正電壓輸出。 所述邏輯"與"運算動態(tài)_靜態(tài)解串器的兩個輸入為動態(tài)輸入和"與"邏輯輸入， 其中，"與"邏輯輸入為直流電壓，零電壓對應(yīng)"0"邏輯，負電壓對應(yīng)"1"邏輯；邏輯"與"運 算解串器的輸出為動態(tài)輸入和"與"邏輯輸入進行"與"運算的結(jié)果，以直流電壓表示，零電 壓對應(yīng)"0 "邏輯，負電壓對應(yīng)"1"邏輯。 其中普通動態(tài)_靜態(tài)解串器的工作原理為，動態(tài)輸出信號A經(jīng)第一光耦隔離后輸 入到P-MOS場效應(yīng)三極管和N-MOS場效應(yīng)三極管，當脈沖信號為零電平時，P-MOS場效應(yīng)三 極管導通，N-MOS場效應(yīng)三極管關(guān)閉，電源+V2通過P-MOS場效應(yīng)三極管和第一二極管對第 一電容進行充電，充電充滿時第一電容上的電壓接近+V2 ;當脈沖信號為正電平時，N-MOS 場效應(yīng)三極管導通，P-MOS場效應(yīng)三極管關(guān)閉，第一電容上的電壓通過N-MOS場效應(yīng)三極管 和第二二極管對第二電容進行充電(對第一電容來說屬于放電過程)，當?shù)诙娙萆系碾?壓與第一電容的電壓相等時充電結(jié)束。經(jīng)過動態(tài)脈沖多個周期對第一電容和第二電容的充 放電過程，在空載情況下第二電容上的電壓值可達到電源電壓+￥2，但值得注意的是第二電 容上的電壓對地是負的直流電壓，而這個負的直流電壓即為解串器的輸出。當輸出信號A 是固定電平時，不能產(chǎn)生對第一電容、第二電容的充放電過程，第二電容上的電壓即輸出電 壓為零。解串器的一個最重要特點是其中任何一個元件故障都不會產(chǎn)生導向危險側(cè)的輸 出，即負的直流電壓輸出。 其中具有"與"邏輯功能的邏輯"與"運算動態(tài)-靜態(tài)解串器基本原理與普通動 態(tài)_靜態(tài)解串器相同，只是增加一個第二光耦用來實現(xiàn)其輸入A與DRV_B的"與"功能，DRV_ B代表另一個輸出信號B經(jīng)解串器輸出的信號，為一負直流電壓輸入。當輸出信號B為"1" 邏輯時解串器輸出DRV—B為負直流電壓，輸出信號A能夠通過第二光耦和第三光耦進行解 串，實現(xiàn)與輸出信號B的"與"功能。 本發(fā)明提出的"3取2"的邏輯結(jié)構(gòu)和電路實現(xiàn)方法，在滿足安全計算機平臺對輸 出的高可靠性和高安全性要求的同時，使得整個系統(tǒng)更加緊湊和高效。


圖1為本發(fā)明動態(tài)輸出"3取2"硬件表決方法原理示意圖；
圖2為本發(fā)明普通動態(tài)_靜態(tài)解串器電路原理示意 圖3為本發(fā)明邏輯"與"運算動態(tài)-靜態(tài)解串器電路原理示意圖；
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和具體實施方法作進一步的說明。 本發(fā)明是采用具有可靠性和安全性特性的動態(tài)形式輸出信號和相應(yīng)的動態(tài)-靜
態(tài)解串器，實現(xiàn)高可靠性和高安全性輸出的"3取2 "邏輯硬件表決。 首先對普通動態(tài)-靜態(tài)解串器和具有"與"邏輯功能的邏輯"與"運算動態(tài)-靜態(tài) 解串器的原理做一說明。動態(tài)形式的輸出信號可表示為，當輸出是"O"邏輯時為固定電平， 使輸出驅(qū)動繼電器落下，代表安全側(cè)，"l"邏輯時為動態(tài)脈沖信號，用于控制輸出驅(qū)動繼電 器吸起，代表危險側(cè)。 本發(fā)明采用兩個普通解串器DES1和DES2、兩個具有"與"邏輯功能的邏輯"與"運 算動態(tài)_靜態(tài)解串器DES3和DES4，以及四個二極管Dl、 D2、 D3和D4，其中Dl和D2構(gòu)成第 一邏輯"或"運算設(shè)備、D3和D4分別構(gòu)成第二邏輯"或"運算設(shè)備。所述邏輯"與"運算動 態(tài)_靜態(tài)解串器的兩輸入為動態(tài)輸入和"與"邏輯輸入，其中，"與"邏輯輸入為直流電壓，零 電壓對應(yīng)"0"邏輯，負電壓對應(yīng)"1"邏輯；邏輯"與"運算解串器的輸出為動態(tài)輸入和"與" 邏輯輸入進行"與"運算的結(jié)果，以直流電壓表示，零電壓對應(yīng)"0 "邏輯，負電壓對應(yīng)"1"邏 輯。 如圖1所示，三個獨立的動態(tài)輸出A、B和C，首先將輸出A和B分別通過第一普通 動態(tài)_靜態(tài)解串器DES1和第二普通動態(tài)_靜態(tài)解串器DES2輸出為相應(yīng)的負直流電壓_VA 和-VB， -VA和-VB分別經(jīng)第一二極管Dl和第二二極管D2組成的第一邏輯"或"運算設(shè)備運算 后輸出為負直流電壓_VA+B ;輸出A再和輸出C分別通過具有"與"邏輯功能的第一邏輯"與" 運算解串器DES3和第二邏輯"與"運算解串器DES4，其中DES3的"與"邏輯輸入為_VA+B， DES4的"與"邏輯輸入為_VB ;DES3的輸出為表示輸出負直流電壓_VA+B與輸出C "與"邏輯 運算后的負直流電壓-V(A+B)C，DES4的輸出為表示輸出A和輸出-VB "與"邏輯運算后的負直 流電壓_VAB ;最后，-V(A+B)C和-VAB經(jīng)第三二極管D3和第四二極管D4組成的第二邏輯"或" 運算設(shè)備輸出為表示輸出A、B和C "3取2"邏輯的負直流電壓輸出-V(,c，)，實現(xiàn)動態(tài)輸 出的"3取2"硬件表決。 如圖2所示，解串器實現(xiàn)將輸出的動態(tài)脈沖信號轉(zhuǎn)換為一負直流電平，而對輸出 固定電平則保持為零電平。其工作原理為，動態(tài)輸出信號A經(jīng)第一光耦Ol隔離后輸入到 P-M0S場效應(yīng)三極管Ql和N-MOS場效應(yīng)三極管Q2，當脈沖信號為零電平時，P_M0S場效應(yīng) 三極管Ql導通，N-MOS場效應(yīng)三極管Q2關(guān)閉，電源+V2通過P-MOS場效應(yīng)三極管Ql和第 一二極管Dl對第一電容CI進行充電，充電充滿時第一電容CI上的電壓接近+V2 ;當脈沖 信號為正電平時，N-MOS場效應(yīng)三極管Q2導通，P-MOS場效應(yīng)三極管Ql關(guān)閉，第一電容CI 上的電壓通過N-MOS場效應(yīng)三極管Q2和第二二極管D2對第二電容C2進行充電(對第一 電容CI來說屬于放電過程)，當?shù)诙娙軨2上的電壓與第一電容CI的電壓相等時充電結(jié) 束。經(jīng)過動態(tài)脈沖多個周期對第一電容CI和第二電容C2的充放電過程，在空載情況下第 二電容C2上的電壓值可達到電源電壓+V2 ，但值得注意的是第二電容C2上的電壓對地是負 的直流電壓，而這個負的直流電壓即為解串器的輸出。當輸出信號A是固定電平時，不能產(chǎn) 生對第一電容C1、第二電容C2的充放電過程，第二電容C2上的電壓即輸出電壓為零。解串
5器的一個最重要特點是其中任何一個元件故障都不會產(chǎn)生導向危險側(cè)的輸出，即負的直流 電壓輸出。 如圖3所示，具有"與"邏輯功能的邏輯"與"運算動態(tài)-靜態(tài)解串器基本原理與圖 2的解串器相同，只是增加一個第二光耦02用來實現(xiàn)其輸入A與DRV—B的"與"功能，DRV— B代表另一個輸出信號B經(jīng)解串器輸出的信號，為一負直流電壓輸入。當輸出信號B為"1" 邏輯時解串器輸出DRV_B為負直流電壓，輸出信號A能夠通過第二光耦02和第三光耦03 進行解串，實現(xiàn)與輸出信號B的"與"功能。
權(quán)利要求
一種安全計算機平臺安全輸出的3取2硬件表決方法，包括以下設(shè)備若干普通動態(tài)-靜態(tài)解串器，用于將輸入的動態(tài)脈沖信號轉(zhuǎn)換為一負直流電平輸出，而對輸入的固定電平則保持為零電平；若干邏輯“與”運算動態(tài)-靜態(tài)解串器，用于將輸入的動態(tài)脈沖信號轉(zhuǎn)換為一負直流電平輸出，而對輸入固定電平則保持為零電平，同時具有“與”邏輯運算功能；若干二極管，用于組成邏輯“或”運算設(shè)備；其特征在于所述的表決方法包括以下過程(1)三個獨立的動態(tài)輸出A、B和C，將動態(tài)輸出A通過第一普通動態(tài)-靜態(tài)解串器得到負直流電壓輸出-VA，將動態(tài)輸出B通過第二普通動態(tài)-靜態(tài)解串器得到的負直流電壓輸出-VB；(2)將所述的負直流電壓輸出-VA和-VB通過由第一二極管和第二二極管組成的第一邏輯“或”運算設(shè)備后得到負直流電壓輸出-VA+B，其中，負直流電壓輸出-VA通過第一二極管，-VB通過第二二極管；(3)將所述的負直流電壓輸出-VA+B和另一獨立的動態(tài)輸出C通過第一邏輯“與”運算動態(tài)-靜態(tài)解串器得到負直流電壓輸出-V(A+B)C；(4)將負直流電壓輸出-VB和獨立的動態(tài)輸出A通過第二邏輯“與”運算動態(tài)-靜態(tài)解串器得到負直流電壓輸出-VAB；(5)將所述的負直流電壓輸出-V(A+B)C和-V(AB)通過由第三二極管和第四二極管組成的第二邏輯“或”運算設(shè)備后得到負直流電壓輸出-V(AC+BC+AB)，實現(xiàn)動態(tài)輸出的“3取2”硬件表決；其中，負直流電壓輸出-V(A+B)C通過第三二極管，負直流電壓輸出-V(AB)通過第四二極管。
2. 如權(quán)利要求1所述的表決方法，其特征在于所述的獨立的動態(tài)輸出為動態(tài)形式，邏輯"0"為固定電平，表示繼電器落下，邏輯"1"為動態(tài)脈沖，表示繼電器吸起。
3. 如權(quán)利要求1所述的表決方法，其特征在于所述動態(tài)-靜態(tài)解串器的輸出為直流電壓，零電壓對應(yīng)輸入"o"邏輯，負電壓對應(yīng)輸入"1"邏輯。
4. 如權(quán)利要求1所述的表決方法，其特征在于所述邏輯"與"運算動態(tài)-靜態(tài)解串器 的兩個輸入為動態(tài)輸入和"與"邏輯輸入，其中，"與"邏輯輸入為直流電壓，零電壓對應(yīng)"O" 邏輯，負電壓對應(yīng)"l"邏輯；邏輯"與"運算動態(tài)-靜態(tài)解串器的輸出為動態(tài)輸入和"與"邏 輯輸入進行"與"運算的結(jié)果，以直流電壓表示，零電壓對應(yīng)"O"邏輯，負電壓對應(yīng)"l"邏輯。
全文摘要
一種安全計算機平臺安全輸出的3取2硬件表決方法，過程為三個獨立的動態(tài)輸出A、B和C；A和B分別通過兩個普通動態(tài)-靜態(tài)解串器后輸出為相應(yīng)的負直流電壓-VA和-VB，-VA和-VB經(jīng)第一邏輯“或”運算設(shè)備后輸出為負直流電壓-VA+B；-VA+B和C經(jīng)過邏輯第一邏輯“與”運算動態(tài)-靜態(tài)解串器后輸出負直流電壓-V(A+B)C，A再和-VB和經(jīng)過第二邏輯“與”運算動態(tài)-靜態(tài)解串器后輸出負直流電壓-VAB，-V(A+B)C和-VAB經(jīng)第二邏輯“或”運算設(shè)備后得到表示A、B和C“3取2”邏輯運算的負直流電壓輸出-V(AC+BC+AB)。本發(fā)明在輸出信號為動態(tài)形式的基礎(chǔ)上提出了一種“3取2”的邏輯結(jié)構(gòu)和電路實現(xiàn)方法，滿足安全計算機平臺對輸出的高可靠性和高安全性要求。
文檔編號G06F21/02GK101751532SQ20091015563
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者陳祥獻, 黃海 申請人:浙江大學