[发明专利]一种自刷新的三模冗余计数器

说明书

技术领域

本发明属于数字电路计数器技术领域，具体涉及一种自刷新的三模冗余计数器。

背景技术

冯·诺伊曼早在1956年就在标题为Probabilistic logics and synthesis of reliable organisms from unreliable components（in Automata Studies,C.Shannon and J.McCarthy,Eds.Princeton University Press,1956,pp.43–98.）的文献中提出利用冗余和多数表决器来构造可靠系统。从此多模冗余和三模冗余就作为一种最基本的技术在可靠性系统中被广泛应用。由于三模冗余需要额外的硬件开销较小，且其可靠性非常接近多模冗余，使得三模冗余技术在工业、交通控制以及航空航天领域广泛使用。

三模冗余计数器常被用来加固系统中的状态机计数器，因为一旦状态机计数器出现错误，会造成状态机状态判断错误从而造成系统误动作。传统三模冗余计数器结构如图1所示。图1中的表决器是按照“少数服从多数”的原则进行表决，即三个输入中的多数值决定了表决器的输出。其表决器的结构和真值表如图2所示。将三个输入信号两两一组进行“与”运算，再将“与”运算的结果进行“或”运算后作为表决器的表决结果输出。

很明显表决器也可能出错，单一的表决器可能成为提高三模冗余系统可靠性的瓶颈，故现有技术对表决器也进行了三模冗余加固，这种改进结构称为完全三模冗余结构，如图3所示。完全三模冗余的结构在纯组合电路或者组合电路占大多数的电路结构中有很好的抗干扰能力，但是对于计数器较多的电路，完全三模冗余结构不能解决计数器的累积误差效应。假设图3中的计数器3出现软错误，即计数器3的结果由3变成了4，如图4所示，当计数器3出现错误时，此时由于计数器1和计数器2的计数值一样，那么经过三个表决器后得到的表决结果还是一样的，也就是此时整个完全三模冗余计数器还是正常工作，不会出现错误。但是过一段时间后，当计数器2在计数到6时出现错误，由于计数器3的错误计数结果没得到纠正，此时三个计数器值都不一样，造成表决器无法正常工作，最后三个表决器输出都为0，从而使得整个完全三模冗余计数器计数错误。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种自刷新的三模冗余计数器，通过将表决器的表决结果反馈给计数器，以刷新计数器的计数结果，从而消除掉计数器的错误累积效应。

一种自刷新的三模冗余计数器，包括三个计数器J1～J3和三个表决器B1～B3；其中：

三个计数器J1～J3的时钟端均接收给定的计数时钟，计数器J1的输出端与三个表决器B1～B3的第一输入端相连，计数器J2的输出端与三个表决器B1～B3的第二输入端相连，计数器J3的输出端与三个表决器B1～B3的第三输入端相连，表决器B1的输出端与计数器J1的输入端相连并输出计数结果，表决器B2的输出端与计数器J2的输入端相连并输出计数结果，表决器B3的输出端与计数器J3的输入端相连并输出计数结果。

所述的计数器以对应表决器的输出结果作为自身输入信号，在计数时钟有效时，将输入信号加1后作为计数值并输出；若所述的计数值达到计数器自身的计数最大值，则计数器在下一次计数时钟有效时将所述的计数值清零。

所述的表决器以三个计数器J1～J3的输出结果作为自身输入信号，若三组输入信号中有至少两组相同，则表决器输出该相同的输入信号，否则输出为0。

所述的三个计数器J1～J3均采用三位计数器，三个表决器B1～B3均采用三位表决器；所述的三位表决器包含三个三输入表决器H1～H3，三个三输入表决器H1～H3的输出端组成三位表决器的三位输出端，三输入表决器H1的三个输入端分别接收三个计数器J1～J3的第一位输出结果，三输入表决器H2的三个输入端分别接收三个计数器J1～J3的第二位输出结果，三输入表决器H3的三个输入端分别接收三个计数器J1～J3的第三位输出结果。