JPH0521367B2 - - Google Patents

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JPH0521367B2
JPH0521367B2 JP58131037A JP13103783A JPH0521367B2 JP H0521367 B2 JPH0521367 B2 JP H0521367B2 JP 58131037 A JP58131037 A JP 58131037A JP 13103783 A JP13103783 A JP 13103783A JP H0521367 B2 JPH0521367 B2 JP H0521367B2
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JP
Japan
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frequency
alternating signal
output
alternating
input
Prior art date
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JP58131037A
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Japanese (ja)
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JPS6024723A (en
Inventor
Fusashi Tashiro
Hiroyuki Akyama
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS6024723A publication Critical patent/JPS6024723A/en
Publication of JPH0521367B2 publication Critical patent/JPH0521367B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/007Fail-safe circuits

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の利用分野〕 本発明は論理方式の改良に関し、特にフエイル
セーフ(fail−safe)化が容易な論理方式に関す
る。 〔発明の背景〕 例えば、鉄道車両のATC(自動列車制御装置)
は、列車衝突を予防し、人命保護や重大損害の防
止を図るものであるから、高度のフエイルセーフ
性が要求される。このため、論理判断を行う回路
は多重系構成とし、各系の出力を集めてフエイル
セーフ化された一致回路や多数決回路で最終出力
の決定を下している。ここで、個々の論理回路の
フエイルセーフ化を図るとともに、これらの多重
系を構成し、万全を期している。 しかし、多数決回路は1重系であつて、そのフ
エイルセーフ性は、装置全体のフエイルセーフ性
に大きく関係する。 このため、フエイルセーフな多数決回路を構成
する努力が行われているが、現在のところ専ら電
磁リレーが用いられ、装置の小形軽量化および省
電力化の面で遅れている。 電磁リレーによりフエイルセーフ性が得られる
理由は次の通りである。 電磁リレーの故障は接点の導通故障と不導通故
障に分けられるが一般的に導通故障の発生確率は
不導通故障のそれの1000分の1以下である。 これは導通故障の原因が接点の溶着のみである
のに対し不導通故障は接点の汚損や酸化による接
触不良、駆動コイルの断線や内部短絡、駆動電源
の故障、可動片の折損等その原因が多大な為であ
る。 さらに接点溶着防止の為、接点通電電流を溶着
限界以下に抑制すれば故障モードは不導通故障の
みと考えてよい。 従つて接点の導通を危険側の、不導通側を安全
側の制御出力になる様にすると電磁リレーはフエ
イルセーフな論理素子として用いることが出来
る。 一方、半導体素子の場合導通状態になる故障と
不導通状態になる故障の発生確率はほぼ等しい。 半導体の場合、不純物の拡散、熱による劣化、
リード線の断線又は混触、過電流、過電圧による
短絡又は溶断等、同種の原因から生ずる故障が導
通と不導通のいずれの状態にもなり得るからであ
る。 この為半導体では電磁リレーの如くフエイルセ
ーフ側とフエイルアウト側の論理値を特定するこ
とは不可能であり、一般にランダムロジツクと呼
ばれる様な、基本的な論理素子を組合せて構成す
る任意の回路を全てフエイルセーフ化することは
半導体論理素子では極めて困難であると考えられ
ている。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、小型軽量化が容易でフエイル
セーフ性に優れかつ使用上の自由度の高い論理方
式を提供することである。 〔発明の概要〕 本発明は、正論理“1”および負論理“0”を
含む入力真理値の夫々に対して異なる周波数をも
つ複数の交番信号を入力し、この入力周波数値間
の所定の演算の結果が予定の基準周波数帯にある
か否かにより出力すべき真理値を判定し、該当す
る出力真理値に対応した周波数をもつ交番信号を
出力すると共に、上記演算結果と出力する交番信
号の周波数との対応関係を設定変更を可能とした
ことを特徴とする。 すなわち、交番信号の周波数を論理値とするこ
とにより、自己の故障時に危険側の出力を生ずる
確率を極めて低くすることができ、また、異常入
力に対して、正常な論理素子が判定を行うため、
安全側の出力を必要に応じた形態で確実に発生さ
せることができる。 また、上記した周波数の帯域判定の前に、入力
された2以上の交番信号の周波数値間で所定の演
算、例えば加算を行うことにより、常用されてい
るAND,OR,NAND,NOR,EOR等の論理素
子の外、これらの組合せによる論理回路、例えば
多数決回路などを一挙に構成することも可能であ
る。 本発明の原理は以下に述べる実施例の中で更に
詳細に説明する。 〔発明の実施例〕 第1図は本発明の一実施例による正論理“1”
と負論理“0”の区別を、従来の論理信号の一例
と対比して示すものである。 同図Aは、従来の2値論理における正論理
“1”と負論理“0”を表わす電気信号の様子を
示しており、例えば5Vの電圧が正論理“1”を
表し、0Vが負論理“0”を現している。 これに対し、同図Bが本発明による論理信号の
一例であつて、300Hzの交番信号が正論理“1”
を、50Hzの交番信号が負論理“0”を表わしてい
る。このように、周波数の差異で異なる真理値を
表わすのであるが、その周波数帯の区分例を第2
図〜第4図に示している。 第2図は、最も簡単な周波数帯域の区分例であ
つて、任意の周波数1より高い帯域を正論理、1
より低い帯域を負論理と定義したものである。 第3図は、3値論理を採り、正負論理の外に、
異常状態を示す帯域を設定したもので、任意の周
波数1より高い帯域を正論理、1から2までの帯
域を負論理、2より低い帯域を異常状態と定義し
ている。 第4図は、正常時の正および負論理を夫々異な
る特定の周波数帯域に限定し、それ以外の帯域を
すべて異常状態と定義したものである。すなわ
ち、600Hzを中心とする575〜625Hz帯および350Hz
を中心とする325〜375Hz帯を正論理とし、100Hz
を中心とする75〜125Hz帯を負論理、それ以外の
帯域はすべて異常状態と定義している。 第5図は本発明の一実施例による論理方式のブ
ロツク図を示す。 論理素子2は、入力端子4と出力端子6を持
ち、内部に周波数帯域判定部8と交番信号発生部
10を備えている。端子4に交番信号が入力され
ると、判定部8はその周波数の帯域判定を行い、
出力すべき真理値を交番信号発生部10に伝達す
る。交番信号発生部10は、与えられた出力真理
値に対応する周波数の交番信号を発生し、端子6
へ出力する。 今、この論理素子2をNOT素子であるとし、
入出力ともに正論理を周波数帯域P、負論理を周
波数帯域N、その他の周波数帯域Eを異常状態と
定義すれば、第1表のように動作する。
[Field of Application of the Invention] The present invention relates to an improvement in a logic system, and particularly to a logic system that can be easily made fail-safe. [Background of the invention] For example, ATC (automatic train control device) for railway vehicles
Since these systems aim to prevent train collisions, protect human lives, and prevent serious damage, a high degree of fail-safe performance is required. For this reason, the circuits that make logical decisions have a multi-system configuration, and the outputs of each system are collected and the final output is determined by a fail-safe matching circuit or majority circuit. Here, in addition to making each logic circuit fail-safe, we also configured a multiplex system for these circuits to ensure complete safety. However, the majority circuit is a single system, and its fail-safety is largely related to the fail-safety of the entire device. For this reason, efforts are being made to construct fail-safe majority voting circuits, but at present only electromagnetic relays are used, which lags behind in terms of miniaturization, weight reduction, and power saving of devices. The reason why electromagnetic relays provide fail-safe properties is as follows. Failures in electromagnetic relays can be divided into contact continuity failures and non-continuity failures, but in general, the probability of occurrence of a continuity failure is less than 1/1000 of that of a non-continuity failure. This is because the cause of a continuity failure is only the welding of the contacts, whereas the cause of a non-continuity failure is poor contact due to dirt or oxidation of the contacts, disconnection or internal short circuit of the drive coil, failure of the drive power supply, breakage of the movable piece, etc. It is for a great deal. Furthermore, in order to prevent contact welding, if the contact current is suppressed below the welding limit, the only failure mode can be considered to be a non-conducting failure. Therefore, if the conduction of the contacts is made to be the control output on the dangerous side and the non-conduction side is made to be the control output on the safe side, the electromagnetic relay can be used as a fail-safe logic element. On the other hand, in the case of a semiconductor element, the probability of occurrence of a failure in a conductive state and a failure in a non-conductive state are approximately equal. In the case of semiconductors, diffusion of impurities, deterioration due to heat,
This is because failures caused by similar causes, such as breakage or contact of lead wires, short circuit or melting due to overcurrent or overvoltage, can result in either conduction or nonconduction. For this reason, in semiconductors, it is impossible to specify the logic values on the fail-safe side and the fail-out side, as is the case with electromagnetic relays, and any circuit that is constructed by combining basic logic elements, such as what is generally called random logic, can be used in any circuit. It is considered extremely difficult to make a semiconductor logic element fail-safe. [Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a logic system that is easy to reduce in size and weight, has excellent fail-safe properties, and has a high degree of freedom in use. [Summary of the Invention] The present invention inputs a plurality of alternating signals having different frequencies for each input truth value including a positive logic "1" and a negative logic "0", and calculates a predetermined difference between the input frequency values. The truth value to be output is determined based on whether or not the result of the calculation is within the expected reference frequency band, and an alternating signal having a frequency corresponding to the corresponding output truth value is output, and an alternating signal to be output with the above calculation result. The feature is that it is possible to change the setting of the correspondence relationship with the frequency. In other words, by setting the frequency of the alternating signal to a logical value, it is possible to extremely reduce the probability that a dangerous output will be produced in the event of a self-failure, and also because a normal logic element makes a judgment regarding an abnormal input. ,
It is possible to reliably generate a safe output in the form required. In addition, before the frequency band determination described above, by performing a predetermined operation, such as addition, between the frequency values of two or more input alternating signals, commonly used AND, OR, NAND, NOR, EOR, etc. In addition to the above logic elements, it is also possible to construct a logic circuit based on a combination of these elements, such as a majority circuit, all at once. The principles of the invention will be explained in more detail in the examples described below. [Embodiment of the Invention] FIG. 1 shows a positive logic “1” according to an embodiment of the present invention.
This figure shows the distinction between a negative logic "0" and a negative logic "0" in comparison with an example of a conventional logic signal. Figure A shows electrical signals representing positive logic "1" and negative logic "0" in conventional binary logic. For example, a voltage of 5V represents positive logic "1" and 0V represents negative logic. It shows “0”. On the other hand, Figure B is an example of the logic signal according to the present invention, in which the 300Hz alternating signal is a positive logic
, the 50Hz alternating signal represents negative logic "0". In this way, different truth values are expressed depending on the difference in frequency.
It is shown in Figs. Figure 2 is an example of the simplest frequency band division, with bands higher than any frequency 1 being positive logic, 1
The lower band is defined as negative logic. Figure 3 uses three-value logic, and in addition to positive and negative logic,
A band that indicates an abnormal state is set, and a band higher than any frequency 1 is defined as positive logic, a band between 1 and 2 is negative logic, and a band lower than 2 is defined as an abnormal state. In FIG. 4, positive and negative logic during normal operation are limited to different specific frequency bands, and all other bands are defined as an abnormal state. i.e. 575-625Hz band centered around 600Hz and 350Hz
The 325-375Hz band centered on is positive logic, and 100Hz
The 75 to 125 Hz band centered around is defined as negative logic, and all other bands are defined as abnormal conditions. FIG. 5 shows a block diagram of a logic scheme according to one embodiment of the invention. The logic element 2 has an input terminal 4 and an output terminal 6, and is internally equipped with a frequency band determination section 8 and an alternating signal generation section 10. When an alternating signal is input to the terminal 4, the determination unit 8 performs band determination of the frequency,
The truth value to be output is transmitted to the alternating signal generator 10. The alternating signal generating section 10 generates an alternating signal of a frequency corresponding to the given output truth value, and outputs an alternating signal to the terminal 6.
Output to. Now, suppose this logic element 2 is a NOT element,
If positive logic for both input and output is defined as frequency band P , negative logic as frequency band N , and other frequency bands E as abnormal states, the operation will be as shown in Table 1.

【表】 なお、第1表のカツコ内には真理値を示した。 このように、帯域判定部8の3つの異なる判定
結果に夫々対応して、第1表に示す周波数の交番
信号を出力することにより、論理素子2はNOT
(反転)素子としての機能をもつことができる。 このとき、入力された交番信号の周波数を、誤
つた真理値を表わす周波数であると誤判定する確
率は極めて低く、しかも、危険側の出力を生ずる
帯域判定の周波数帯域を狭めることも容易であ
り、フエイルセーフ性を高めることができる。ま
た、交番信号発生部が故障したにも拘らず、特定
の危険側の真理値に対応する周波数の交番信号を
発生する確率もまた極めて低いので、高度にフエ
イルセーフ化された論理素子を得ることができ
る。 もちろん、入力真理値と出力真理値に対応する
周波数を同一とする必要はなく、逆転させたり、
各々別の周波数帯域を割当てることもできる。本
発明では、帯域判定部8の設定が変更できる。例
えば、異常を示す周波数帯域Eであると判定した
ときは、異常を表わす周波数Eを出力するのでは
なく、いずれか安全側の真理値を表わす周波数N
あるいはPを出力するようにしてもフエイルセー
フ性は保たれる。 第6図は本発明による他の一実施例による論理
方式のブロツク図である。 この論理素子12は、第5図に比べて、もう一
つの入力端子5と、演算部7を備えている点で異
なつており、上記NOT素子の外、2入力形の
OR,AND,EOR,NORおよびNAND素子等を
構成することができる。 演算部7は、入力端子4および5に与えられた
2つの交番信号の周波数値間で所定の演算を行
う。この演算は加減乗除のいずれでもよいが、最
も望ましい実施態様として加算を例に採れば、本
論理素子12は第2表のような動作を行う。 なお、帯域判定部8の設定変更については、説
明の都合上、後述する。
[Table] In Table 1, truth values are shown in brackets. In this way, by outputting the alternating signals of the frequencies shown in Table 1 in response to the three different determination results of the band determination section 8, the logic element 2 is configured to NOT
(Inversion) It can function as an element. At this time, the probability of erroneously determining that the frequency of the input alternating signal is a frequency that represents an erroneous truth value is extremely low, and it is also easy to narrow the frequency band for band determination that produces a dangerous output. , it is possible to improve fail-safe properties. Furthermore, even if the alternating signal generator fails, the probability of generating an alternating signal with a frequency corresponding to a specific dangerous truth value is also extremely low, making it impossible to obtain a highly fail-safe logic element. can. Of course, it is not necessary that the frequencies corresponding to the input truth value and the output truth value be the same; they may be reversed,
It is also possible to allocate different frequency bands to each. In the present invention, the settings of the band determining section 8 can be changed. For example, when it is determined that the frequency band E indicates an abnormality, instead of outputting the frequency E that indicates the abnormality, output the frequency N that indicates the truth value on the safe side.
Alternatively, fail-safety can be maintained even if P is output. FIG. 6 is a block diagram of a logic scheme according to another embodiment of the present invention. This logic element 12 differs from the one shown in FIG. 5 in that it is equipped with another input terminal 5 and an arithmetic unit 7, and in addition to the NOT element described above, it has a two-input type.
OR, AND, EOR, NOR, NAND elements, etc. can be configured. The calculation unit 7 performs a predetermined calculation between the frequency values of the two alternating signals applied to the input terminals 4 and 5. This operation may be addition, subtraction, multiplication, or division, but if addition is taken as an example as the most desirable embodiment, the logic element 12 performs operations as shown in Table 2. Note that changing the settings of the band determining section 8 will be described later for convenience of explanation.

【表】 ここで、NOT素子については、前述した第5
図の演算部7を持たない論理素子12で構成でき
る外、第6図の2つの入力端子4と5のうち一方
を使用せず、第1表を用いることもできる。しか
し、ここでは、もうひとつの例として、入力端子
4と5を共通接続した場合について示している。
この場合、入力は周波数PNあるいはEのうち
いずれかに統一され、これらを加算するため2P
2Nあるいは2Eの3通りのみとなる。従つて、そ
れらの周波数帯域判定が得られたとき、夫々N
PあるいはEの周波数を持つ交番信号を出力すれ
ばよい。 次に、OR素子を例に採つて具体的に説明する
と、入力正論理P=300Hz、入力負論理N=50Hz
とすれば、第2表のOR素子の帯域判定部8は、
前述した第4図の動作を行えばよい。すなわち、
第2表の項No.1では、加算結果a=2P=600Hzで
あり、正論理と判定して、出力正論理に対応する
周波数P=300Hzを出力する。また、第2表の項
No.2および3では、aPN=350Hzであり、
やはり正論理と判定して、出力正論理に対応する
周波数P=300Hzを出力する。項No.4では、a
2N=100Hzであり、負論理と判定して、出力負論
理に対応する周波数N=50Hzの交番信号を出力す
る。以下の項No.5〜9では、異常周波数Eを含む
ため、上記の3帯域以外の周波数帯域となり“異
常”を表わす周波数E(例えば0Hz)を出力する
ことができる。 以下、同様にして、周波数帯域判定結果に応
じ、第2表の如き出力信号を発生するようにすれ
ば、AND,EOR,NORおよびNAND素子を構
成できることが明らかである。 第7図は、本発明による他の実施例ブロツク図
で、更に万全のフエイルセーフ性を実現するもの
である。 論理素子13は、2入力端子4,5と、これら
の端子に入力された交番信号の周波数間で加算な
どの演算を行う演算部7と、演算結果14の周波
数帯域判定を行う帯域判定部8とその判定信号1
5の出力真理値に対応した周波数を発生する交番
信号発生部10と、出力端子6を備え、更に、故
障検出周回信号16とその出力端子17を持つ。 このような構成において、論理方式としては、
前述の第6図と同一であるが、帯域判定部8と交
番信号発生部10とがいずれも正常な場合には、
故障検出周回信号16が、所定周波数の交番信号
となるようにし、この信号16が端子17に現わ
れている限り、本論理素子13は正常であると定
義するものである。 以下に、この第7図の実施例につき、より詳細
に説明する。 第8図は、第7図の実施例をより具体化したブ
ロツク図である。この実施例は、リング演算と呼
ばれ、DDA(Direct Differential Analyzer)を
変形した演算方式を採用している。このリング演
算方式は、ATCの分野で多用されており、特許
第923327号、同第964816号、同第1072745号明細
書などに詳しく述べられ公知である。 さて、論理素子13は、演算部7と、帯域判定
部8と交番信号発生部10とから成るが、帯域判
定部8と交番信号発生部10は、同一の演算ルー
トを時分割にて共用している。なお、本実施例は
時分割演算により、演算部を共用しているため、
第7図の判定信号15と周回信号16に正確に対
応させて符号をつけることはむずかしい。 本実施例の演算部7は、入力端子4と5に与え
られた交番信号の周波数を加算するために、サン
プリング回路18,20および排他論理和EOR
22を備えている。各サンプリング回路18およ
び20は、夫々クロツク発生回路24から位相の
ずれたクロツク信号26および28を受取ること
によつて、2つの入力交番信号波形の立上りと立
下りを確実にずらす。この結果、EOR22は、
2つの入力交番信号の周波数を確実に加算した周
波数をもつ交番信号14を出力することができ
る。 周波数帯域判定部8としては、基本的に次のよ
うにして構成されている。すなわち、周波数加算
された交番信号14は、交番信号発生回路30に
よつて発生された基準周波数をもつ交番信号32
と、周波数比較回路34にて比較することによつ
て帯域判定を行う。このとき、第4図に例示した
ように複数の周波数帯域の判定を行うために、交
番信号発生回路30は、時分割で異なる複数の基
準周波数の交番信号を発生し、周波数比較回路3
4もまた、時分割で、交番信号14と複数の基準
交番信号32との比較を行い、帯域判定を可能に
する。従つて、周波数比較回路34の大小比較判
定信号36が、どのタイミングで発生するかによ
つて、周波数帯域の判定が行われる。 次に、交番信号発生部10としては、上記の帯
域判定とは更に時分割され、帯域判定結果に応じ
た出力真理値に対応した周波数をもつ交番信号
を、交番信号発生回路30を共用して発生させる
のである。 以下、細部に亘つて説明する。 クロツク信号発生回路24で発生したクロツク
信号38はアドレス回路40によりアドレス信号
42に変換され、装置は、このアドレス信号によ
り、1アドレス周期を単位とする高速の演算を繰
返す(リング演算)。 アドレス信号42は、タイミング回路44に入
力され、時分割演算に必要な複数のタイミング信
号46,48,50および52を発生する。 メモリ54は、第9図に示すデータを記憶して
おり、上記アドレス信号42および判定信号36
とにより、夫々データ列56および58を読出す
ことができる。データ列56は、複数の基準周波
107を夫々現わすデータを時分割で読出し
たものであり、データ切換回路60を介して交番
信号発生回路30に入力される。これにより、交
番信号発生回路30は、複数の異なる基準周波数
107を時分割で発生するものである。これに
より前述した周波数比較のための基準値が得られ
る。 この比較の結果、判定信号36の発生タイミン
グによることは前述した。そこで、この判定信号
36が発生したタイミングで、データ列58の中
のひとつのデータをラツチし、ラツチされたデー
タが現わす周波数(出力真理値に対応)をもつ交
番信号を発生する。つまり、データ列58は、第
9図に示すように、正論理に対応する周波数P
負論理に対応する周波数Nおよび異常に対応する
周波数Eを現わすデータを順次読出したものであ
つて、判定信号36が発生したタイミングに応じ
て、上記のデータのいずれかをラツチ回路62に
ラツチすれば、このラツチされたデータが、帯域
判定の結果を表わすことになる。 ラツチ回路62のラツチデータPNあるいは
Eは、データ切換回路60により、1アドレス周
期内の出力機能を割振られたタイムスロツトにお
いて交番信号発生回路30へ伝達され、出力すべ
き真理値に対応した周波数PNあるいはEをも
つ交番信号32を発生することができる。 交番信号32のうち、上記のタイミングで発生
したもののみが出力すべきものであるから、タイ
ミング信号50によりこれを規制して論理出力回
路64から出力端子6へ出力する。 エラー検知回路66および故障検知出力回路6
8も、割当てられたひとつの時分割スロツトで動
作するが、その詳細は具体的動作説明において述
べる。 次に、具体的な動作をOR素子の場合を例に採
り、第10図を参照して説明する。 アドレス信号42の1周期tを6ケのタイムス
ロツトt1〜t6に区切り、各タイムスロツト毎の機
能を割振つておく。この例では、第10図におい
て、タイムスロツトt1〜t4には周波数帯域判定の
機能が割振られ、タイムスロツトt5には出力すべ
き交番信号発生機能が割振られている。また、最
後のタイムスロツトt6には、故障検知の機能を割
振り、万全のフエイルセーフ化を図つている。 メモリ54内に、第9図に示すように記憶され
たデータは、アドレス信号42の表わす各タイム
スロツトt1〜t6において、データ列56と58と
して並列に順次読出される。 以下の処理の手順は、すべて、タイミング回路
44によつて発生されるタイミング信号46,4
8,49,50および52によつて制御される。 まず、4つのタイムスロツトt1〜t4において、
それぞれ異なる4つの周波数107の交番信号
を、交番信号発生回路30により発生する。つま
り、第9図において、タイムスロツトt1〜t4でメ
モリ54から夫々周波数107に相当する記憶
データ列56が読出され、データ切換回路60を
通して交番信号発生回路30へ与えられる。アド
レス周期tは、例えば96μsであり、各タイムスロ
ツトt1〜t6は96μsに1回の割で発生する。従つ
て、該当スロツトが現われる毎にパルスを出力す
れば、1/96μs≒10KHzの周波数の交番信号を発生
することになる。今、仮に5KHzの交番信号を発
生したいとすれば、該当するスロツトが2回現わ
れる毎に、つまり1/2に分周してパルスを出せば
よい。このように、該当するスロツトを分周する
形態で、記憶データ107の表わす周波数の交
番信号を、各スロツト別に発生することができ
る。 この結果、第10図に示すように、交番信号発
生回路30の出力32は、タイムスロツトt1〜t4
毎に異なる周波数を有しており、10=620Hz、9
=330Hz、8=120Hz、7=90Hzであるものとす
る。 周波数比較回路34には、上記の交番信号発生
回路30の出力32と、入力端子4と5に与えら
れた交番信号の周波数加算信号14とが与えられ
各スロツト毎に両者間の周波数比較を行う。な
お、加算信号14は、1アドレス周期t内では交
番しない信号である。 正論理の入力周波数をP=300Hz、負論理の入
力周波数をN=50Hz、本論理素子に入力を与える
前段の論理素子の異常時に発生する周波数をE
0Hzとする。 ここで、周波数比較回路34は、前述した特許
明細書に述べられたリング演算方式を採るもので
ある。その動作を説明する。 今、タイムスロツトt1に着目する。高速(96μs
毎)で次々に現われるタイムスロツトt1のうち、
10=620Hzに相当する分周されたスロツトでの
み、信号32が“1”(正)となる。一方、もう
ひとつの入力14は、入力4と5の和の周波数を
もち、仮に、これを2Pとすれば、全スロツトt1
のうち、2P=600Hzに相当する分周されたスロツ
トでのみ信号14が“1”(正)となる。 これらの2つの入力パルス列32と14は、タ
イムスロツトt1内で、一方のパルスによりアツプ
カウント、他方のパルスによりダウンカウントす
ることにより周波数比較がなされ、両者の差が予
定値になると、このタイムスロツトt1内で出力信
号36を発生する。この例では、信号32が620
Hz、信号14が600Hzであるから、信号32>信
号14であり、周波数差の積分値が前記予定値に
達したとき判定信号36が、スロツトt1内で
“1”となる。 前述したように、この演算は極めて高速であ
り、上記の例でタイムスロツトt1での判定信号3
6が“1”になるのに数msしか要しない。 同様に、タイムスロツトt2〜t4においても交番
信号32と14とが比較されるが、その他方側の
入力交番信号14は、上記タイムスロツトt1内と
同一周波数である。これに対し、一方の入力交番
信号32は、第10図に示すように、タイムスロ
ツトt1〜t4毎に変化する。夫々のタイムスロツト
での周波数比較の結果は、各スロツト毎の判定信
号36によつて識別される。 このようにして、周波数比較結果を現す判定信
号36を得、その立下り、つまり“1”から
“0”への変化を、タイミング信号46によつて
選択的に抽出し、ラツチ回路62をトリガする。
このとき、入力端子4あるいは5へ与えられる交
番信号に、周波数E=0Hzを含んでいない場合に
は、タイムスロツトt2またはt4で、判定信号36
は必ず“0”になる。それ以前のタイムスロツト
までは、判定信号36はすべて“1”である。な
ぜなら、第2表における項No.1〜3では、2P
600HzあるいはPN=350Hzであるから、基準周
波数10=620Hzと9=330Hzの間にあり、スロツ
トt1では判定信号36は“1”であり、スロツト
t2では判定信号36は“0”となる。また、第2
表における項No.4では、2N=100Hzであるから、
基準周波数8=120Hzと9=90Hzとの間にあり、
判定信号36は、スロツトt3まで“1”で、スロ
ツトt4で“0”となるはずである。 従つて、判定信号36の立下りエツジトリガに
より、ラツチ回路62にラツチされるデータ58
は、上記項No.1〜3においては、タイムスロツト
t2にてデータPであり、項No.4においては、タイ
ムスロツトt4にてデータNである。 また、タイムスロツトt2,t4以外のタイムスロ
ツトt3で判定信号36が立下つたとすれば、この
周波数帯域判定までに異常がある訳であり、その
場合にはデータEをラツチすることになる。 ラツチされたメモリ54内のデータ列58のう
ちのデータPNあるいはEは、タイムスロツト
t5において、データ切換回路60から交番信号発
生回路30へ転送される。従つて、交番信号発生
回路30は、タイムスロツトt5に、周波数P(正
論理)、周波数N(負論理)あるいは周波数E(異
常)の交番信号を、前述同様の要領で発生する。
論理出力回路64は、タイムスロツトt5でのみ生
ずるタイミング信号50の助けを借りて、上記周
波数PNあるいはEの交番信号を出力端子6へ
送出するのである。 さて、入力交番信号の周波数の和、つまり交番
信号14の周波数が、基準周波数10を越えるあ
るいは越えたと誤判定した場合や、基準周波数7
を下回るあるいは下回ると誤判定した場合には、
タイムスロツトt1〜t4間で判定信号36は“0”
あるいは“1”のままであつて、立下りエツジト
リガ信号を生じない。従つて、データ列58か
ら、ラツチ回路62にラツチされるデータもな
く、タイムスロツトt5において交番信号発生回路
30は交番信号を発生しない。 以上により、入力端子4,5に、周波数P(正
論理)、N(負論理)あるいはN(異常)の交番信
号を受取り、同様に周波数が対応させられた交番
信号を出力端子6へ送出する周波数論理による
OR素子の機能が達成される。 この動作から明らかなように、入力端子4と5
のうち少なくとも一方に、正規周波数PN以外
の異常周波数が入力された場合や、本論理素子内
部の周波数値の演算、判定および交番信号の発生
動作に異常が生じた場合にも、正規の出力周波数
PNを出力する確率は極めて低く、フエイルセ
ーフ性の高い論理素子を提供できる。 更に、正常な周波数と判定する周波数帯域を狭
めることにより、異常を検出する確率を高めるこ
とができ、一層のフエイルセーフ性の向上を図る
ことも容易である。 以上は、第2表のOR素子について述べたが、
第2表のその他の論理素子のすべてを、第9図に
示すメモリ内のデータ列56(基準周波数データ
あるいはデータ列58(出力真理値に対応する周
波数データ)を書換えるだけで構成し得ることは
容易に理解できる。 アンド素子として用いる場合には、第2表に基
づき、周波数帯域判定結果が2Pである場合のみ、
正論理周波数Pを出力し、その他の正常な入力の
組合せでは負論理周波数Nを出力するようにすれ
ばよい。このため、メモリ54に記憶させるデー
タ列56内の基準周波数データのうち、10=620
Hzおよび7=90Hzはそのままとし、9=580Hz、
8=360Hzに書換えるだけでよい。 また、データ列58のうち、タイムスロツトt2
とt4のデータPNを入換えれば、上記のORお
よびAND素子が、夫々NORおよびNAND素子
に転換できることは、第2表から明らかである。 EOR論理素子は従来の2値論理方式では
AND,OR,NOTの数個の2値論理素子を用い
て構成する必要があるが、本実施例によれば単一
の論理素子でEORの論理を実現できる。 すなわち信号14の周波数がPNの場合にの
Pを出力し、2P又は2Nの場合にNを出力する
ことがEOR論理素子の機能であるから、第11
図の如く第10図の例より更に周波数比較用タイ
ムスロツトt5およびt6を増設し、例えば、10
620Hz、9を580Hz、8を370Hz、7を340Hz、6
110Hz、5を90Hzとし、PNは先の実施例と同
じく夫々300Hz及び50Hzとすれば良い。 第11図Aは入力が共にPで一致している場
合、Bは入力が相異つている場合、Cは入力が共
Nで一致している場合の動作を示したものであ
る。 また、2アウト・オブ3の多数決回路は、第8
図と第9図の僅かの変更により実現できる。 まず、第8図の演算部7を第12図に置換え
る。すなわち、入力端子70、サンプリング回路
72、そのクロツク信号74およびEOR76を
追加することにより、3入力の和の周波数をもつ
交番信号14を得る。 次に、第9図のメモリ内データ列56の基準周
波数データ107を、10=1000Hz、9=620Hz、
8=420Hz、7=120Hzを表わすデータに書換え
る。 このようにすれば、3つの入力の和の周波数
が、3P=900Hz、2PN=650Hzのとき、出力真
理値“1”を表わす周波数Pの交番信号を出力で
き、P+2N=400Hzまたは3N=150Hzのとき、出
力真理値“0”を表わす周波数Nの交番信号を出
力できる。その他の周波数と判定したときは“異
常”を表わす周波数Eの交番信号(E=0Hzの場
合は交番せず)を出力できる。 この結果は、3入力多数決回路すなわち2アウ
ト・オブ3の論理機能を発揮する。 さて、第8図〜第10図の実施例においては、
タイムスロツトt6により、更に万全のフエイルセ
ーフ性を図る故障検知機能をもたせている。 すなわち、交番信号発生回路30への入力デー
タのすべてを、エラー検知回路66がチエツクし
ている。例えば、各タイムスロツト毎に、公知の
パリテイチエツクや巡回符号チエツチ等の手段で
合理性チエツクを行い、その結果に応じて、タイ
ムスロツトt6における交番信号発生回路30の出
力周波数を切換える。1アドレス周期t内にエラ
ーが全く無い場合は、可能な最大周波数の交番信
号を発生させ、一方、ひとつでもエラーを含むデ
ータがあつた場合は0Hzに切換える。この最大周
波数naxを、信号14の正常な最大周波数2P
り高くしておくと、判定信号36は、データにエ
ラーがない場合に“1”、エラーが有る場合は
“0”となる。一方、メモリ54内には、データ
を第9図に示すように2通り配置記憶している。
メモリ54は、そのアドレス信号のひとつとし
て、判定信号36を帰還しているので、この判定
信号36が“1”のときと、“0”のときとで、
異なるデータを読出すことができる。異なるデー
タが記憶されているのは、タイムスロツトt6のみ
であり、データ列58の内容は、判定信号36が
“1”のときはエラーを含むデータEDであり、一
方、判定信号36が“0”のときはエラーのない
データRDとしておく。 このようにしておくことにより、故障がなけれ
ば、タイムスロツトt6内における判定信号36は
所定周波数以上の交番信号となる。すなわち、タ
イムスロツトt6で、正常を表わす判定信号36=
“1”が出力されると、次回のタイムスロツトt6
では、エラーを含むデータEDが読出され、エラ
ー検知回路66と周波数比較回路34の機能によ
り、判定信号36は“0”となる。従つて、更に
次のタイムスロツトt6では、正常なデータRDが
読出され、同様にして判定信号36は“1”に戻
る。以下これを繰返すので、判定信号36は交番
する。但し、この説明は簡略化のため、周波数比
較回路34が1回の演算スロツト毎に、大小判定
ができるものとして説明したが、実際には、積分
型の周波数比較であるため複数回のタイムスロツ
トt6を経て周波数の大小判定が行われる。従つ
て、その交番周波数は、前述した10KHzの演算周
波数より低い、所定値以上の周波数となる。 このタイムスロツトt6における交番信号36
は、このスロツトt6でのみ発生するタイミング信
号52の助けを借りて、故障検知出力回路68か
ら、出力端子17へ送出される。 出力端子17へ送出される交番信号は、論理素
子内の回路が正常に動作している限り継続し、通
常の論理処理に使用している交番信号発生回路3
0や周波数比較回路34等並びにエラー検知回路
66のうちいずれに故障が生じても交番を停止す
る。従つて、外部から、この交番信号を監視すれ
ば、いかなる異常の発生をも知ることができる。 次に、本発明によるフエイルセイフな論理設計
の自由度を大きくする実施例について述べる。 論理素子の出力周波数はPNEの3値であ
るが一般にフエイルセイフ3値論理の分類上、第
2表の様に入力端子に1つでも異常入力があつた
場合出力を異常に示す値に制御するものをC形フ
エイルセイフと呼んでいる。 C形フエイルセイフはシステム内に1ケ所でも
故障が発生するとシステムの最終出力までその影
響が直ちに反映される最も厳密なフエイルセイフ
方式であるが、故障が生じてもある程度の時間稼
動すべきシステムには適当では無い事がある。 このC形に対し故障時の耐久度(フオルトトレ
ラント性)を有するものがφ形フエイルセイフと
呼ばれている。 φ形フエイルセイフは入力の一方が異常である
時、他の一方の入力値のみで出力を決定しても安
全な場合には正常出力を続行するもので、OR,
NOR,AND,NANDの各論理機能においては、
このφ形フエイルセイフ機能を持たせることが出
来る。
[Table] Here, regarding the NOT element, the fifth
In addition to being able to be constructed using the logic element 12 without the arithmetic unit 7 shown in the figure, it is also possible to use Table 1 without using one of the two input terminals 4 and 5 shown in FIG. However, as another example, a case where input terminals 4 and 5 are commonly connected is shown here.
In this case, the input is unified to one of the frequencies P , N , or E , and in order to add these, 2 P ,
There are only 3 options: 2 N or 2 E. Therefore, when those frequency band determinations are obtained, N and
It is sufficient to output an alternating signal with a frequency of P or E. Next, to explain specifically using an OR element as an example, input positive logic P = 300Hz, input negative logic N = 50Hz
Then, the band determination section 8 of the OR element in Table 2 is
The operation shown in FIG. 4 described above may be performed. That is,
In term No. 1 of Table 2, the addition result is a = 2 P = 600 Hz, which is determined to be positive logic, and a frequency P = 300 Hz corresponding to the output positive logic is output. Also, the section in Table 2
In No. 2 and 3, a = P + N = 350Hz,
After all, it is determined to be positive logic, and a frequency P = 300Hz corresponding to the output positive logic is output. In term No. 4, a =
2 N = 100Hz, it is determined to be negative logic, and an alternating signal with a frequency N = 50Hz corresponding to the output negative logic is output. In the following items No. 5 to 9, since the abnormal frequency E is included, it is possible to output a frequency E (for example, 0 Hz) that is a frequency band other than the above three bands and represents "abnormality". It is clear that AND, EOR, NOR, and NAND elements can be constructed by similarly generating output signals as shown in Table 2 in accordance with the frequency band determination results. FIG. 7 is a block diagram of another embodiment of the present invention, which achieves even more complete fail-safety. The logic element 13 includes two input terminals 4 and 5, a calculation unit 7 that performs calculations such as addition between the frequencies of the alternating signals input to these terminals, and a band determination unit 8 that performs frequency band determination of the calculation result 14. and its judgment signal 1
It is provided with an alternating signal generating section 10 that generates a frequency corresponding to the output truth value of No. 5, and an output terminal 6, and further has a failure detection circuit signal 16 and its output terminal 17. In such a configuration, the logical method is
This is the same as in FIG. 6 above, but when both the band determining section 8 and the alternating signal generating section 10 are normal,
The failure detection cycle signal 16 is made to be an alternating signal of a predetermined frequency, and as long as this signal 16 appears at the terminal 17, the logic element 13 is defined as being normal. The embodiment shown in FIG. 7 will be explained in more detail below. FIG. 8 is a block diagram showing the embodiment of FIG. 7 in more detail. This embodiment is called ring calculation, and employs a calculation method that is a modification of DDA (Direct Differential Analyzer). This ring calculation method is widely used in the field of ATC, and is well known and described in detail in the specifications of Japanese Patent No. 923327, Japanese Patent No. 964816, Japanese Patent No. 1072745, and the like. Now, the logic element 13 is composed of a calculation section 7, a band judgment section 8, and an alternating signal generation section 10, but the band judgment section 8 and the alternation signal generation section 10 share the same calculation route in a time-sharing manner. ing. Note that in this embodiment, the calculation unit is shared by time-sharing calculation, so
It is difficult to label the determination signal 15 and the circulating signal 16 in FIG. 7 in exact correspondence. In order to add the frequencies of the alternating signals given to the input terminals 4 and 5, the arithmetic unit 7 of this embodiment includes sampling circuits 18 and 20 and an exclusive OR EOR.
It is equipped with 22. Each sampling circuit 18 and 20 receives out-of-phase clock signals 26 and 28, respectively, from a clock generation circuit 24, thereby ensuring that the rising and falling edges of the two input alternating signal waveforms are staggered. As a result, EOR22 is
It is possible to output an alternating signal 14 having a frequency that is reliably the sum of the frequencies of two input alternating signals. The frequency band determination section 8 is basically configured as follows. That is, the frequency-added alternating signal 14 is the alternating signal 32 having the reference frequency generated by the alternating signal generating circuit 30.
The frequency comparison circuit 34 performs a band determination. At this time, in order to make determinations in a plurality of frequency bands as illustrated in FIG.
4 also compares the alternating signal 14 with a plurality of reference alternating signals 32 in a time-division manner to enable band determination. Therefore, the frequency band is determined depending on the timing at which the magnitude comparison determination signal 36 of the frequency comparison circuit 34 is generated. Next, the alternating signal generating section 10 performs the above-mentioned band judgment in a time-division manner, and uses the alternating signal generating circuit 30 in common to generate an alternating signal having a frequency corresponding to the output truth value according to the band judgment result. It causes it to occur. The details will be explained below. A clock signal 38 generated by the clock signal generating circuit 24 is converted into an address signal 42 by an address circuit 40, and the device repeats high-speed calculations in units of one address cycle (ring calculation) using this address signal. Address signal 42 is input to timing circuit 44, which generates a plurality of timing signals 46, 48, 50, and 52 necessary for time-sharing operations. The memory 54 stores the data shown in FIG.
Accordingly, data strings 56 and 58 can be read, respectively. The data string 56 is obtained by time-divisionally reading out data representing a plurality of reference frequencies 10 to 7, respectively, and is inputted to the alternating signal generation circuit 30 via the data switching circuit 60. As a result, the alternating signal generation circuit 30 can generate multiple different reference frequencies.
10 to 7 are generated in time division. This provides the reference value for the frequency comparison described above. As mentioned above, the result of this comparison depends on the timing of generation of the determination signal 36. Therefore, at the timing when this judgment signal 36 is generated, one data in the data string 58 is latched, and an alternating signal having a frequency (corresponding to the output truth value) expressed by the latched data is generated. In other words, as shown in FIG. 9, the data string 58 has a frequency P corresponding to positive logic,
Data representing a frequency N corresponding to negative logic and a frequency E corresponding to an abnormality are sequentially read out, and one of the above data is latched into the latch circuit 62 depending on the timing at which the judgment signal 36 is generated. This latched data then represents the result of band determination. Latch data P , N or
E is transmitted to the alternating signal generating circuit 30 by the data switching circuit 60 at a time slot to which an output function within one address period is assigned, and is an alternating signal having a frequency P , N , or E corresponding to the truth value to be output. 32 can be generated. Of the alternating signals 32, only those generated at the above timing should be output, so they are regulated by the timing signal 50 and output from the logic output circuit 64 to the output terminal 6. Error detection circuit 66 and failure detection output circuit 6
8 also operates in one allocated time division slot, but the details will be described in the detailed explanation of the operation. Next, the specific operation will be explained using the case of an OR element as an example, with reference to FIG. One period t of the address signal 42 is divided into six time slots t1 to t6 , and functions are assigned to each time slot. In this example, in FIG. 10, the frequency band determination function is assigned to time slots t1 to t4 , and the function of generating an alternating signal to be output is assigned to time slot t5 . Additionally, the final time slot t6 is assigned a failure detection function to ensure complete fail-safety. The data stored in the memory 54 as shown in FIG. 9 is sequentially read out in parallel as data columns 56 and 58 at each time slot t 1 -t 6 represented by the address signal 42. The following processing steps are all based on the timing signals 46, 4 generated by the timing circuit 44.
8, 49, 50 and 52. First, in four time slots t1 to t4 ,
An alternating signal generating circuit 30 generates alternating signals of four different frequencies, 10 to 7 . That is, in FIG. 9, stored data strings 56 corresponding to frequencies 10 to 7 are read from the memory 54 at time slots t1 to t4, respectively, and are applied to the alternating signal generation circuit 30 through the data switching circuit 60. The address period t is, for example, 96 μs, and each time slot t 1 to t 6 occurs once every 96 μs. Therefore, if a pulse is output every time the corresponding slot appears, an alternating signal with a frequency of 1/96 μs≈10 KHz will be generated. Now, if you want to generate a 5KHz alternating signal, you can output a pulse every time the corresponding slot appears twice, that is, divide the frequency by 1/2. In this way, by dividing the frequency of the corresponding slot, an alternating signal of the frequency represented by the stored data 10 to 7 can be generated for each slot. As a result, as shown in FIG. 10, the output 32 of the alternating signal generation circuit 30 is
Each has a different frequency, 10 = 620Hz, 9
= 330Hz, 8 = 120Hz, 7 = 90Hz. The frequency comparison circuit 34 is supplied with the output 32 of the alternating signal generation circuit 30 and the frequency addition signal 14 of the alternating signals applied to the input terminals 4 and 5, and compares the frequencies between the two for each slot. . Note that the addition signal 14 is a signal that does not alternate within one address period t. The input frequency of positive logic is P = 300Hz, the input frequency of negative logic is N = 50Hz, and the frequency that occurs when the logic element in the previous stage that supplies input to this logic element is abnormal is E =
Set to 0Hz. Here, the frequency comparison circuit 34 employs the ring calculation method described in the above-mentioned patent specification. Let's explain its operation. Now, let's focus on time slot t1 . High speed (96μs
Among the time slots t 1 that appear one after another in
Signal 32 is "1" (positive) only in the divided slot corresponding to 10 = 620 Hz. On the other hand, the other input 14 has a frequency that is the sum of inputs 4 and 5, and if this is 2P , all slots t 1
Of these, the signal 14 becomes "1" (positive) only in the divided slot corresponding to 2P = 600Hz. These two input pulse trains 32 and 14 are compared in frequency within time slot t1 by up-counting with one pulse and down-counting with the other pulse, and when the difference between them reaches a predetermined value, this time slot An output signal 36 is generated within lot t1 . In this example, signal 32 is 620
Hz and signal 14 is 600 Hz, signal 32>signal 14, and when the integrated value of the frequency difference reaches the predetermined value, the determination signal 36 becomes "1" in slot t1 . As mentioned above, this calculation is extremely fast, and in the above example, the decision signal 3 at time slot t1
It takes only a few ms for 6 to become "1". Similarly, the alternating signals 32 and 14 are compared in time slots t2 to t4 , but the input alternating signal 14 on the other side has the same frequency as that in time slot t1 . On the other hand, one input alternating signal 32 changes every time slot t1 to t4 , as shown in FIG. The result of the frequency comparison at each time slot is identified by a decision signal 36 for each slot. In this way, the judgment signal 36 representing the frequency comparison result is obtained, and its falling edge, that is, the change from "1" to "0", is selectively extracted by the timing signal 46, and the latch circuit 62 is triggered. do.
At this time, if the alternating signal applied to input terminal 4 or 5 does not include the frequency E = 0Hz, the judgment signal 36 is output at time slot t 2 or t 4 .
is always “0”. Until the time slot before that, all the determination signals 36 are "1". This is because in terms No. 1 to 3 in Table 2, 2 P =
Since it is 600Hz or P + N = 350Hz, the reference frequency is between 10 = 620Hz and 9 = 330Hz, and the judgment signal 36 is "1" at slot t1 .
At t2 , the determination signal 36 becomes "0". Also, the second
In term No. 4 in the table, 2 N = 100Hz, so
The reference frequency is between 8 = 120Hz and 9 = 90Hz,
The determination signal 36 should be "1" up to slot t3 , and should be "0" at slot t4 . Therefore, the data 58 latched in the latch circuit 62 by the falling edge trigger of the determination signal 36
In the above items No. 1 to 3, the time slot
At time slot t2 , data P is present, and in term No. 4 , data N is present at time slot t4. Furthermore, if the judgment signal 36 falls at time slot t 3 other than time slots t 2 and t 4 , it means that there is an abnormality before this frequency band judgment, and in that case, data E must be latched. become. Data P , N or E of the data string 58 in the latched memory 54 is stored in the time slot.
At t 5 , the data is transferred from the data switching circuit 60 to the alternating signal generation circuit 30 . Therefore, the alternating signal generating circuit 30 generates an alternating signal of frequency P (positive logic), frequency N (negative logic), or frequency E (abnormality) at time slot t5 in the same manner as described above.
The logic output circuit 64 delivers to the output terminal 6 an alternating signal of said frequency P , N or E with the aid of a timing signal 50 which occurs only in time slot t5 . Now, if the sum of the frequencies of the input alternating signals, that is, the frequency of the alternating signal 14, exceeds the reference frequency 10 or is erroneously determined to have exceeded the reference frequency 7 ,
If it is incorrectly determined that the value is below or below the
The determination signal 36 is “0” between time slots t 1 to t 4
Alternatively, it remains at "1" and does not generate a falling edge trigger signal. Therefore, there is no data latched by the latch circuit 62 from the data string 58, and the alternating signal generating circuit 30 does not generate an alternating signal at time slot t5 . As described above, an alternating signal with frequency P (positive logic), N (negative logic), or N (abnormality) is received at input terminals 4 and 5, and an alternating signal with corresponding frequency is sent to output terminal 6. by frequency logic
The function of the OR element is achieved. As is clear from this operation, input terminals 4 and 5
If an abnormal frequency other than the normal frequencies P and N is input to at least one of them, or if an abnormality occurs in the calculation and judgment of the frequency value inside this logic element and the generation operation of the alternating signal, the normal frequency Output frequency
The probability of outputting P and N is extremely low, making it possible to provide a highly fail-safe logic element. Furthermore, by narrowing the frequency band that is determined to be a normal frequency, it is possible to increase the probability of detecting an abnormality, and it is also easy to further improve fail-safe performance. The above was about the OR elements in Table 2, but
All of the other logic elements in Table 2 can be configured by simply rewriting the data string 56 (reference frequency data) or the data string 58 (frequency data corresponding to the output truth value) in the memory shown in FIG. can be easily understood. When used as an AND element, based on Table 2, only when the frequency band determination result is 2P ,
The positive logic frequency P may be output, and the negative logic frequency N may be output for other normal input combinations. Therefore, of the reference frequency data in the data string 56 to be stored in the memory 54, 10 = 620
Leave Hz and 7 = 90Hz as is, 9 = 580Hz,
Just rewrite it to 8 = 360Hz. Also, in the data string 58, time slot t 2
It is clear from Table 2 that by replacing the data P and N of and t4 , the above OR and AND elements can be converted into NOR and NAND elements, respectively. In the conventional binary logic system, the EOR logic element is
Although it is necessary to configure using several binary logic elements of AND, OR, and NOT, according to this embodiment, EOR logic can be realized with a single logic element. In other words, the function of the EOR logic element is to output P only when the frequency of signal 14 is P + N , and output N when the frequency is 2 P or 2 N.
As shown in the figure, frequency comparison time slots t 5 and t 6 are further added than in the example of FIG .
620Hz, 9 to 580Hz, 8 to 370Hz, 7 to 340Hz, 6 to
110Hz, 5 is 90Hz, and P and N are 300Hz and 50Hz, respectively, as in the previous embodiment. FIG. 11A shows the operation when the inputs are both P and match, B is the case when the inputs are different, and FIG. 11C is the operation when the inputs are both N and the same. Also, the 2-out-of-3 majority circuit is the 8th
This can be realized by making slight changes to FIG. 9 and FIG. First, the arithmetic unit 7 in FIG. 8 is replaced with the one in FIG. That is, by adding the input terminal 70, the sampling circuit 72, its clock signal 74, and the EOR 76, an alternating signal 14 having a frequency equal to the sum of the three inputs is obtained. Next, the reference frequency data 10 to 7 of the data string 56 in the memory in FIG. 9 are as follows: 10 = 1000Hz, 9 = 620Hz,
Rewrite the data to represent 8 = 420Hz and 7 = 120Hz. In this way, when the frequency of the sum of the three inputs is 3 P = 900 Hz and 2 P + N = 650 Hz, it is possible to output an alternating signal of frequency P that represents the output truth value "1", and P + 2 N = When 400 Hz or 3 N = 150 Hz, an alternating signal of frequency N representing the output truth value "0" can be output. When it is determined that the frequency is any other, an alternating signal of frequency E indicating "abnormality" can be output (no alternating if E = 0 Hz). The result is a 3-input majority circuit, ie, a 2-out-of-3 logic function. Now, in the embodiments shown in FIGS. 8 to 10,
Time slot T6 provides a failure detection function for even more complete fail-safety. That is, the error detection circuit 66 checks all input data to the alternating signal generation circuit 30. For example, a rationality check is performed for each time slot by means such as a known parity check or a cyclic code check, and the output frequency of the alternating signal generating circuit 30 in time slot t6 is switched according to the result. If there is no error at all within one address period t, an alternating signal of the maximum possible frequency is generated, while if there is data containing even one error, the signal is switched to 0 Hz. If this maximum frequency nax is set higher than the normal maximum frequency 2P of the signal 14, the determination signal 36 will be "1" if there is no error in the data, and "0" if there is an error. On the other hand, data is stored in the memory 54 in two ways as shown in FIG.
Since the memory 54 feeds back the judgment signal 36 as one of its address signals, the judgment signal 36 is "1" and "0".
Different data can be read. Different data is stored only in time slot t6 , and the content of the data string 58 is data ED containing an error when the determination signal 36 is "1"; 0”, data RD is set to have no error. By doing so, if there is no failure, the determination signal 36 in time slot t6 becomes an alternating signal with a frequency higher than a predetermined frequency. That is, at time slot t6 , the judgment signal 36 indicating normality is
When “1” is output, the next time slot t 6
Then, data ED containing an error is read out, and the determination signal 36 becomes "0" due to the functions of the error detection circuit 66 and frequency comparison circuit 34. Therefore, in the next time slot t6 , normal data RD is read out, and the determination signal 36 similarly returns to "1". Since this process is repeated thereafter, the determination signal 36 alternates. However, for the sake of simplicity, this explanation assumes that the frequency comparator circuit 34 can determine the magnitude for each calculation slot, but in reality, it is an integral type frequency comparison, so it is assumed that the frequency comparison circuit 34 can perform a magnitude determination for each calculation slot. After t 6 , the magnitude of the frequency is determined. Therefore, the alternating frequency is a frequency higher than the predetermined value, which is lower than the above-described calculation frequency of 10 KHz. The alternating signal 36 in this time slot t6
is sent from the fault detection output circuit 68 to the output terminal 17 with the aid of a timing signal 52 which occurs only in this slot t6 . The alternating signal sent to the output terminal 17 continues as long as the circuit in the logic element is operating normally, and the alternating signal generation circuit 3 used for normal logic processing continues.
Even if a failure occurs in any of the 0, the frequency comparison circuit 34, etc., and the error detection circuit 66, the alternation is stopped. Therefore, by monitoring this alternating signal from the outside, it is possible to know the occurrence of any abnormality. Next, an embodiment will be described in which the degree of freedom in fail-safe logic design according to the present invention is increased. The output frequency of a logic element is three values: P , N , and E , but in general, according to the classification of fail-safe three-value logic, if there is even one abnormal input to the input terminal as shown in Table 2, the output frequency will be a value that indicates an abnormal output. This type of fail-safe control is called a C-type fail-safe. C-type fail-safe is the most rigorous fail-safe method in that if a failure occurs at even one point in the system, the effect will be immediately reflected in the system's final output, but it is suitable for systems that must continue to operate for a certain amount of time even if a failure occurs. There are some things that are not true. Compared to the C type, a type that has durability in the event of a failure (fault tolerance) is called a φ type fail-safe. φ-type fail-safe is a system that continues normal output when one of the inputs is abnormal and it is safe to determine the output based only on the other input value.OR,
For each logical function of NOR, AND, and NAND,
This φ-type fail-safe function can be provided.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、それ自体はフエイルアウトな
半導体素子等を用いても高度のフエイルセーフ性
を実現し、小形軽量化が容易で使用上の自由度の
高いフエイルセーフ論理方式を提供することがで
きる。
According to the present invention, it is possible to provide a fail-safe logic system that achieves a high degree of fail-safety even when using a semiconductor element or the like that itself fails out, is easy to reduce in size and weight, and has a high degree of freedom in use.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による論理信号の一例を従来の
論理信号と対比して示す図、第2図〜第4図は本
発明による周波数帯域判定の夫々異なる判定例を
示す図、第5図は本発明の一実施例論理方式のブ
ロツク図、第6図は同じく他の実施例のブロツク
図、第7図は更に他の実施例のブロツク図、第8
図は第7図の実施例を具体化したブロツク図、第
9図は第8図のメモリの記憶データを示す図、第
10図は第8図をOR素子として用いた場合の動
作状況を表わすタイムチヤート、第11図は第8
図をEOR素子として用いた場合の動作状況を表
わすタイムチヤート、第12図は第8図を多数決
回路として用いるための演算部の置換例を示すブ
ロツク図、第13図は第8図の機能を向上した実
施例の図である。 2,12,13…論理素子、4,5,70…入
力端子、6…出力端子、7…演算部、8…帯域判
定部、10…交番信号発生部、77…設定変更手
段。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a logic signal according to the present invention in comparison with a conventional logic signal, FIGS. 2 to 4 are diagrams showing different examples of frequency band determination according to the present invention, and FIG. FIG. 6 is a block diagram of a logic system according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a block diagram of another embodiment, FIG. 7 is a block diagram of yet another embodiment, and FIG.
The figure is a block diagram embodying the embodiment of FIG. 7, FIG. 9 is a diagram showing the data stored in the memory of FIG. 8, and FIG. 10 shows the operating situation when the device shown in FIG. 8 is used as an OR element. Time chart, Figure 11 is 8th
Fig. 12 is a block diagram showing an example of replacing the arithmetic unit to use Fig. 8 as a majority circuit, Fig. 13 shows the function of Fig. 8. FIG. 3 is a diagram of an improved embodiment; 2, 12, 13... Logic element, 4, 5, 70... Input terminal, 6... Output terminal, 7... Arithmetic unit, 8... Band determining unit, 10... Alternating signal generating unit, 77... Setting change means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 異なる周波数を有する交番信号に夫々異なる
真理値を対応させて論理演算する論理装置におい
て、上記交番信号を少なくとも2つ入力し、これ
らの入力周波数値間で一種類の演算を行う単一の
演算手段と、この演算結果が予定の複数の異なる
周波数を含む所定の幅を有する周波数帯域のいず
れにあるかを判定する帯域判定手段と、この判定
結果に応じて複数の異なる出力真理値の夫々に対
応して異なる周波数をもつ交番信号を出力する交
番信号発生手段と、上記演算手段の出力である演
算結果とこの交番信号発生手段が出力する交番信
号の周波数との対応関係を設定変更する設定変更
手段とを備えた論理装置。 2 特許請求の範囲第1項において、上記設定変
更手段は、上記帯域判定手段の判定周波数帯を設
定変更する手段である論理装置。 3 特許請求の範囲第1項において、上記設定変
更手段は、上記帯域判定手段の判定結果と上記交
番信号発生手段が出力する交番信号の周波数との
対応関係を設定変更する手段である論理装置。 4 特許請求の範囲第1項において、上記入力真
理値に対応する周波数帯と、出力真理値に対応す
る周波数帯を同一とした論理装置。 5 特許請求の範囲第1項において、上記一種類
の演算を行う単一の演算手段は加算手段である論
理装置。 6 特許請求の範囲第5項において、上記加算手
段は入力された交番信号の位相をずらして交番信
号同志を直接加算する手段である論理装置。 7 特許請求の範囲第1項において、上記入力真
理値に対応した周波数は、上記演算結果の周波数
が上記入力真理値のいずれかに対応した周波数と
重複しない周波数帯に選定してなる論理装置。 8 特許請求の範囲第1項において、上記帯域判
定手段は、予定の基準周波数帯毎の上限及び下限
の周波数を有する基準の交番信号の夫々と上記演
算結果を時分割で比較し、この比較結果の変化タ
イミングで演算結果の交番信号の帯域を判定する
手段である論理装置。 9 特許請求の範囲第8項において、上記交番信
号発生手段と上記予定の基準周波数帯毎の上限及
び下限の周波数を有する基準の交番信号を発生す
る手段を共用する論理装置。 10 特許請求の範囲第1項において、上記発振
手段が出力する交番信号の周波数を記憶するメモ
リを備え、上記設定変更手段は、上記メモリを交
換する手段からなる論理装置。 11 特許請求の範囲第1項において、上記発振
手段が出力する交番信号の周波数を記憶するメモ
リを備え、上記設定変更手段は、上記メモリに記
憶された複数組の周波数のうちいずれの組を読み
出すかを切換える手段から成る論理装置。 12 特許請求の範囲第1項において、上記複数
の入力交番信号の少なくともひとつが異常状態を
表す周波数をもつとき、上記発振手段は異常状態
を表す周波数を出力する論理装置。 13 特許請求の範囲第1項において、上記複数
の入力交番信号の少なくともひとつが異常状態を
表す周波数をもつとき、他の入力交番信号によつ
て出力真理値を判定し、その真理値に対応する周
波数をもつ交番信号を出力するようにして成る論
理装置。
[Scope of Claims] 1. A logic device that performs logical operations by associating different truth values with alternating signals having different frequencies, which inputs at least two of the above alternating signals and performs one type of operation between these input frequency values. a single calculation means for performing a calculation, a band determination means for determining in which frequency band the calculation result falls within a frequency band having a predetermined width including a plurality of planned different frequencies; an alternating signal generating means that outputs an alternating signal having a different frequency corresponding to each of the output truth values, and a correspondence relationship between the calculation result that is the output of the calculating means and the frequency of the alternating signal output by the alternating signal generating means. and a setting change means for changing the settings. 2. The logical device according to claim 1, wherein the setting changing means is a means for changing the setting of the determination frequency band of the band determining means. 3. The logic device according to claim 1, wherein the setting changing means is means for changing the setting of the correspondence between the determination result of the band determining means and the frequency of the alternating signal output by the alternating signal generating means. 4. The logic device according to claim 1, wherein the frequency band corresponding to the input truth value and the frequency band corresponding to the output truth value are the same. 5. The logic device according to claim 1, wherein the single calculation means for performing the above-mentioned one type of calculation is addition means. 6. The logic device according to claim 5, wherein the adding means is means for directly adding the input alternating signals by shifting the phase of the input alternating signals. 7. The logic device according to claim 1, wherein the frequency corresponding to the input truth value is selected in a frequency band in which the frequency of the calculation result does not overlap with the frequency corresponding to any of the input truth values. 8. In claim 1, the band determination means compares each of the reference alternating signals having upper and lower frequency limits for each scheduled reference frequency band with the above calculation results on a time-sharing basis, and calculates the results of this comparison. A logic device that is a means for determining the band of an alternating signal as a result of calculation based on the change timing of . 9. The logic device according to claim 8, which shares the alternating signal generating means with the means for generating a reference alternating signal having upper and lower limit frequencies for each of the scheduled reference frequency bands. 10. The logic device according to claim 1, further comprising a memory for storing the frequency of the alternating signal outputted by the oscillation means, and wherein the setting changing means comprises means for exchanging the memory. 11. In claim 1, the invention further comprises a memory for storing the frequency of the alternating signal output by the oscillation means, and the setting changing means reads out which one of the plurality of frequency sets stored in the memory. logical device consisting of means for switching between 12. The logic device according to claim 1, wherein when at least one of the plurality of input alternating signals has a frequency representing an abnormal state, the oscillation means outputs a frequency representing the abnormal state. 13 In claim 1, when at least one of the plurality of input alternating signals has a frequency representing an abnormal state, the output truth value is determined based on the other input alternating signals, and the output truth value corresponds to the truth value. A logic device that outputs an alternating signal with a frequency.
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