[发明专利]极其重要的数字输入

说明书

技术领域

本发明涉及数字输入电路，更为具体地，涉及对输入信号中的感应交流(AC)噪声具有强抗干扰性的电路。

背景技术

在数字输入接口中来自远端单元的直流(DC)信号通过信号线抵达。DC信号的电压被用来确定数字“1”还是“0”将被发送到另外的子系统中。最基本地，稳压二极管能够被用来与电阻器和检流器串联。如果DC电压足够高以至于它超过稳压二极管的击穿电压，那么电流流经电路，而且检流器指示DC信号是活跃的。如果DC电压低于稳压二极管的击穿电压，那么没有电流流经电路，而且电流的缺乏诱导检流器指示DC信号不活跃。

例如，铁路系统通常有用于管理列车的控制系统。控制系统接收来自远端场元件的状态信息。一些远端场元件通过在通向控制系统的电线上设置DC电压来将这信息提供给控制系统。在控制系统中，电线上的电压被用来确认装置的状态，相应的场元件被分配给该装置。

作为简单的例子，给出铁路轨道电路。为了管理列车交通，轨道被分成称作区块的节段。当区块被列车占用，轨道电路检测列车的存在，并且使用DC电压给控制系统发送信号。在控制系统中，电线上的电压被检测并被用来给子系统发送区块占有的数字指示。在图1示出了这样的系统图形。轨道电路常常会以这样的方式被搭建。该方式是如果检测到列车，轨道电路将发送“低”或0V信号，以及如果区块没有被占用，则发送“高”或24V(举例)信号。在这种情况下，“高”或活跃的状态被称作“许可”。因为在这种状态下列车被允许进入区块。相反地，“低”状态被称作“限制”。因为列车被限制进入轨道区块。

基于许可/受限制理念以及被描述成轨道电路的信号传递方法也被应用于其他的系统元件，像列车和站台口、铁路岔道以及跳档机制等等。一般来说，许可状态常常会与通电状态下的电气元件/电路联系在一起。用这种信号传递布置，类似电线中断或坏的电路的故障会常常导致“低”信号。在这种情况下，交通将会被限制(停止)。因此，可能的故障会常常影响安全状态。

如果在断定“许可”或“1”或“高”状态需要100％的肯定，以及通过推论肯定知道以这样的方式接口是否有故障，事实上，该方式是当输入信号发送“限制”(“0”)信号时，故障可以指示“许可”(“1”)状态，那么数字输入接口被叫做“极其重要”。用于铁路控制系统的数字输入接口常常是极其重要的。在以上给出的例子中，子系统正确地知道区块的未占用状态是至关紧要的。由于有隐含故障的接口导致的不正确读数会有灾难性的后果，例如当控制子系统错误地将输入信号解译为“许可”，而事实上输入信号原本被读作“限制”时，允许另一列列车进入区块。事实上当场元件指示“许可”，数字输入接口可能出现这样故障：数字输入接口会指示“限制”的状态，尽管从安全的角度这是可以接受的。但这种故障类型一直是不愿产生的，因为它将会导致列车不必要的停止并带来延时和收益的后果，尽管至少没有交通事故将会发生。

产生误差的一个原因是感应噪声。在将DC信号从远端场元件发送到接口的过程中，电线附近能够感应AC信号。例如，从场元件到铁路系统中的控制系统的信号线沿着铁路轨道铺设。正好是场元件与常常在中心位置上的控制系统之间的距离，而且有一个很好的机会是信号线会在其他的电线附近经过。感应AC噪声能够周期性带来高于阈值的被接收电压。这连同输入处理器的采样读数会导致“1”的指定，犹如有效的DC信号被接收。图2阐明了这个例子。

产生误差的另一个原因是阈值的衰减，DC电压与阈值相比较是为了确定对应于“1”或“0”的输入信号。这个原因会存在，因为随着使用时间的增长和温度的变化，电路元件的特性会改变。生产问题、环境条件或电涌也可能产生电路和元件故障。例如，稳压二极管的击穿电压可能会随着时间改变，或者可替换地，反向漏电流会增加。这会加剧噪声的影响，就如同随后的这类结果，低振幅的噪声可能会错误地把输入电路触发成“高”状态。

然而，另一种产生误差的可能原因是输入电路的不对称。共模噪声可以被转换成差模噪声，导致输入电路进入“高”状态的误触发。

使噪声影响最小化的接口会有助于接口的重要性，用于阈值衰减检测的周期性测试和噪声衰减性能同样会有助于接口的重要性。

发明内容