CN109791188A - 用于微控制器单元和天线的两步自测电路 - Google Patents

用于微控制器单元和天线的两步自测电路 Download PDF

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Abstract

公开了一种系统(100)。系统(100)包括天线(150)和处理器(105)。处理器(105)具有至少四个端口：第一输入端口，其耦接到连续性组件的第一部分；第一输出端口，其串联耦接到第一电阻器(160)，该第一电阻器耦接到天线(150)的第一部分并经由第二电阻器(170)接地；第二输出端口，其通过第三电阻器(180)耦接到天线(150)的第一部分；以及第二输入端口，其耦接到天线(150)的第二部分并通过第四电阻器(190)接地。处理器(105)可操作用于激活和去激活适当的端口，以使处理器(105)处于三个操作模式中的一个：AC检测模式、AC自测模式和连续性测试模式。

Description

用于微控制器单元和天线的两步自测电路
本申请作为PCT国际专利申请于2017年8月11日提交，并要求于2016年8月16日提交的美国临时申请No.62/375，563的优先权，其全部内容以引用方式整体并入本文中。
背景技术
电气工人通常必须在电线上工作，并且他们需要确保线路不热或不带电。因此，在开始工作之前测试线路是否是热的变得慎重且必要的。电气工人将使用非接触式电压(“NCV”)检测器来测试线路是否是热的。这些非接触式电压检测器非常有用，因为不需要触摸线路来告知线路的电压状态。然而，非接触式电压检测器会遭受可以产生危险的假阴性结果的故障。例如，非接触式电压检测器可能具有弱电池或在天线处有断线。常规非接触式电压检测器无法检测到许多此类故障情况，从而导致对于电气工人来说潜在的不安全工作条件。
附图说明
并入本公开中并构成本公开的一部分的附图示出了本公开的各种实施例。在附图中：
图1示出了非接触式电压检测器100和自测电路的实施例。
图2示出了在AC检测模式下操作的非接触式电压检测器100和自测电路的实施例。
图3示出了在AC自测模式下操作的非接触式电压检测器100和自测电路的实施例。
图4示出了在连续性测试模式下操作的非接触式电压检测器100和自测电路的实施例。
图5示出了非接触式电压检测器100和自测电路的实施例，其进行了修改以提高灵敏度，减少电路负载并利于组件选择。
图6是非接触式电压检测器和自测电路的第二实施例。
图7是类似的非接触式电压检测器和自测电路的第三实施例。
具体实施方式
概述
已经设计了用于测试NCV检测器的两步自测装置和方法。尽管本实施例的讨论将是关于NCV检测器的，但是该测试设备可以并入到其它测试设施中，包括但不限于例如钳形表和万用表。由于该技术可以并入到广泛的关键电路和组件中，因此可以为用户提供增加的安全裕度。
所公开的实施例在两个独立的阶段中执行AC信号路径测试和天线连续性验证。这允许每个阶段被独立优化以产生最可靠的结果。AC信号路径测试可以执行更关键的灵敏度测试，而不用考虑来自自测源的长并行迹线与印刷电路板上的检测电路之间的耦接。当将模拟的AC测试信号注入天线时，天线连续性验证可以使用比现有技术系统中可以使用的测试电流更高的测试电流。与现有技术系统相比，这种更高的测试电流在检测到印刷电路板的临界天线连接方面更有效。该实施例采用微控制器单元(“MCU”)或处理器结合电阻器和天线电容性地耦接到要被测试的导体以测试AC电压存在。处理器具有多个端口。当系统在AC检测模式下时，第一端口用作来自天线的用于AC电压检测的输入端。当系统在AC自测模式下时，第二端口可以用于将信号注入通过电阻器并进入第一端口。当在连续性测试模式下时，第三端口和第四端口结合一对电阻器可以用于将信号注入通过天线。因此，该系统可以在两种不同的测试模式下操作：AC自测模式和连续性测试模式。该系统可以周期性地进入这些模式持续较短的时间段(例如，在正常AC检测操作模式期间，小于2ms)，或者测试模式可以由终端用户触发。
该系统包括天线和处理器。处理器具有多个端口：第一输入端口，其耦接到天线的第一部分；第一输出端口，其串联耦接到第一电阻器，该第一电阻器耦接到天线的第一部分并经由第二电阻器接地；第二输出端口，其通过第三电阻器耦接到天线的第一部分；以及第二输入端口，其耦接到天线的第二部分并通过第四电阻器接地。处理器可操作用于激活和去激活适当的端口，以使处理器处于三个操作模式中的一个：AC检测模式、自测模式和连续性测试模式。
备选系统包括天线和处理器。处理器具有多个端口：第一输入端口，其耦接到天线的第一部分；第一输出端口，其串联耦接到第一电阻器和第二电阻器以接地，该第一电阻器和第二电阻器的结点直接或通过第五电阻器耦接到天线的第一部分；第二输出端口，其通过第三电阻器耦接到天线的第一部分；以及第二输入端口，其直接或通过开关耦接到天线的第二部分并通过第四电阻器接地。处理器可操作用于激活和去激活适当的端口，以使处理器处于三个操作模式中的一个：AC检测模式、自测模式和连续性测试模式。
还公开了一种通过在包括操作模式的多种模式下操作来测试和使用天线的方法。该方法在三个模式中的一个模式下操作。在第一模式下，来自第一输出端口的AC信号被注入到在天线的第一支路(leg)处的电路中，并且在第一输入端口处检测AC信号的存在。在第二模式下，来自第二输出端口的电压被注入通过天线，并且在第二输入端口处检测电压的一部分的存在。在第三模式下，在第一输入端口处接收来自天线的信号。
还公开了另一系统。该系统包括具有第一部分和第二部分的天线以及处理器。处理器具有：第一输入端口，其耦接到天线的第一部分；第一输出端口，其串联耦接到第一电阻器，该第一电阻器耦接到天线的第一部分并经由第二电阻器接地；以及第二输出端口，其通过第三电阻器耦接到天线的第二部分。
所公开的附加系统具有：天线，其具有第一部分和第二部分；以及处理器。处理器具有：第一输入端口，其耦接到天线的第一部分；第一输出端口，其串联耦接到第一电阻器，该第一电阻器耦接到天线的第一部分并经由第二电阻器接地；第二输出端口，其通过第三电阻器耦接到天线的第二部分；以及第二输入端口，其耦接到天线的第一部分并通过第四电阻器接地。
前述概述和以下示例实施例均仅是示例和解释性的，并且不应被视为限制如所描述和要求保护的那样的本公开的范围。此外，还可以提供除了本文阐述内容之外的特征和/或变型。例如，本公开的实施例可以涉及示例实施例中描述的各种特征组合和子组合。
示例实施例
以下详细描述参考附图。在任何可能的情况下，在附图和以下描述中使用相同的附图标记来指代相同或相似的元件。尽管可以描述本公开的实施例，但是修改、改编和其它实现方式是可能的。例如，可以对附图中示出的元件进行替换、添加或修改，并且可以通过替换、重新排序或向所公开的方法添加阶段来修改本文描述的方法。因此，以下详细描述不限制本公开。相反，本公开的适当范围由所附权利要求限定。
图1示出了非接触式电压检测器100和自测电路的实施例。测试系统100包括具有输入端I1、输出端O1、输入端I2和输出端O2的处理器105。处理器可以是微处理器、微控制器、数字信号处理器，或者用等效的模拟和/或数字电路替代，以影响电路的期望性能。输入端I1耦接到处理器105中的开关S1 110和天线150的第一部分。输出端01耦接到处理器105中的开关S2120并且经由电阻器R11 60耦接到天线150的第一部分和输入端I1。电阻器R1160还在与耦接到天线150的相同节点处经由电阻器R2170接地。输出端O2与电阻器R3 180串联耦接通过天线150到达输入端2 I2，并且通过电阻器R4 190接地。输出端O2还耦接到开关S3 130，而输入端I2还耦接到开关S4 140。
输入端1经由开关S1 110用于检测AC电压。输出端1 O1经由开关S2 120用于输出自测电压。输出端2 O2用于提供连续性源电压。并且，输入端I2用于检测通过天线150的连续性。下面将在图2至图4中更详细地描述该电路的使用。
图2示出了在AC检测模式下操作的非接触式电压检测器100和自测电路的实施例。当在AC检测模式下操作时，开关S2 120、S3 130和S4 140全部断开；开关S1 110闭合。在AC检测模式下，如果存在电容性地耦接到天线的AC电压，则AC电压由处理器105接收，并且可以向用户指示AC电压。指示可以是灯光、声音和/或所检测到的电压的显示的形式。
图3示出了在AC自测模式下操作的非接触式电压检测器100和自测电路的实施例。在AC自测模式下，开关S1 110和S2 120闭合；开关S3130和S4140断开。当自测AC信号路径时，该第二端口可以被配置为数字输出端口。端口S2 120交替地耦接在电池电压或一些其它升压或降压的电池电压和电路公共端之间。这产生模拟的AC信号，其经由电阻器R1 160施加到端口I1。AC信号还将流过电阻器R2 170而到达接地端。电阻器R1 160和R2 170被调整大小以提供期望的测试幅度。与现有技术系统不同，该模拟的AC自测信号不流过天线。处理器105将检查经由开关S1 110接收的信号，以确定AC自测是成功还是失败。如果AC自测失败，则可以通过灯光、蜂鸣器或一些其它指示来通知该单元的用户。此外，可以使得该单元不能在AC检测模式下操作，并向用户进行通知。
图4示出了在连续性测试模式下操作的非接触式电压检测器100和自测电路的实施例。在连续性测试模式下，开关S1 110和S2 120断开；开关S3 130和S4 140闭合。端口02提供天线连续性测试信号的源。该端口耦接到处理器105内部的电池电压或一些升压或降低的电池电压。端口O2经由电阻器R3 180耦接到天线150的第一部分。基于端口O2处的输出电压和电阻器R3 180和R4 190的相对大小，之后处理器105将经由输入端I2和开关S4 140检测预期电压值。第一天线部分和印刷电路板之间或第二天线部分和印刷电路板之间的连接失败将导致与在输入端12处测量的预期值有偏差。该连续性测试可以以比正常注入信号大几个数量级的测试电流来进行，并且可以在寻找临界连接时产生更可靠和一致的结果。这是对现有技术系统的改进，现有技术系统不能检测通过天线的连续性，因此如果在现有技术系统中天线或探针断裂，则现有技术系统仍然可以使自测及格。
图5是类似于图1的非接触式电压检测器100和自测电路的实施例，其进行了改进以提高灵敏度，减少电路负载并利于组件选择。本领域技术人员将认识到，电阻器R2 170和R4 190具有非常高的值，以避免降低检测电路的灵敏度。添加具有高电阻值的R5 200消除了在建立AC自测信号的幅度时选择针对R1 160和R2 170的方便值可能引起的灵敏度降低。开关S5 210的添加在除了执行连续性测试之外的情况下隔离电阻器R4 190。开关S5 210在除了连续性测试期间之外的所有模式下都断开，其可以是模拟开关、场效应晶体管或任何其它合适的低泄漏分立或集成组件。它可以通过输出端O2或其它方便的装置激活。本领域技术人员将认识到，添加电阻器R5 200和开关S5 210不会改变参考图2至图4公开的操作的基本原理。
图6是类似于图5的非接触式电压检测器100和自测电路的实施例，除了用于连续性测试模式的天线连接是相反的之外。端口02经由电阻器R3 180耦接到天线150的第二部分而不是第一部分。附加地，由电阻器R4 190与开关S5 210串联、连同输入端I2组成的连续性测试模式组件耦接到天线的第一部分而不是第二部分。连续性测试模式的操作(包括所有五个开关的操作)相对于先前的描述未改变。
图7是类似于图6的非接触式电压检测器100和自测电路的实施例，除了输入端I1执行AC电压检测功能和连续性检测功能之外。这具有在处理器105上少需要一个输入端的优点。在本实施例中，没有使用输入端I2，并且输入端I1上的开关S1 110在所有操作模式下都闭合，因此是可选的(optional)。开关S2 120和S3 130如前所述地操作：当在AC自测模式下操作时，开关S2 120闭合而开关S3 130断开；并且当在连续性测试模式下操作时，开关S2120断开而开关S3 130闭合。
系统100的用户可以通过使用机械开关、按钮或其它方法容易地在操作模式之间切换。系统100可以从第一操作模式转换到任何其它操作模式。然而，如果系统未通过自测模式或连续性测试模式，则系统100可能被禁用并且不能进入AC检测模式。
当用户将系统置于AC检测模式时，系统还可以周期性地进入测试模式中的任一个或两个持续非常短的持续时间。以这种方式，即使在操作期间，系统也可以周期性地(例如，每两秒)检查其完整性。通过该特征，当用户将系统置于AC检测模式时，它可以最初执行AC自测和连续性测试。然后它将进入AC检测模式，并且周期性地(例如，每两秒)短暂地(在毫秒的数量级上)进入AC自测模式和连续性检测模式中的任一个或两个。以这种方式，系统会周期性地检查其完整性。
本公开的实施例可以在包括分立电子元件、包含逻辑门的封装或集成电子芯片、利用微处理器的电路中实践，或者在包含电子元件或微处理器在内的单个芯片上实践。还可以使用能够执行例如诸如AND、OR和NOT之类的逻辑运算的其它技术(包括但不限于机械技术、光学技术和量子技术)来实践本公开的实施例。此外，本公开的实施例可以在通用计算机或任何其它电路或系统中实践。在整个上述讨论中，已经参考了开关，本领域技术人员在阅读本公开之后将会理解，也可以使用诸如运算放大器或晶体管之类的有源组件。
尽管说明书包括各示例，但是本公开的范围由以下权利要求指示。此外，尽管已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了说明书，但是权利要求不限于上述特征或动作。相反地，上面描述的具体特征和动作是作为针对本公开的实施例的示例而公开的。
前面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本公开的各方面。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地使用本公开作为用于设计或修改其它处理和结构的基础，以实现相同的目的和/或实现本文介绍的实施例的相同优点。本领域技术人员还应该认识到，这类等效构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，他们可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (21)

1.一种系统，包括：
天线，具有第一部分和第二部分；以及
处理器，具有：
第一输入端口，耦接到所述天线的所述第一部分；
第一输出端口，串联耦接到第一电阻器，所述第一电阻器耦接到所述天线的所述第一部分并经由第二电阻器接地；
第二输出端口，通过第三电阻器耦接到所述天线的所述第一部分；以及
第二输入端口，耦接到所述天线的所述第二部分并且通过第四电阻器接地。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述处理器在AC检测模式下时，所述第一输入端口是活动的，而所述第一输出端口、所述第二输出端口和所述第二输入端口是不活动的。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述处理器在AC自测模式下时，所述第一输入端口和所述第一输出端口都是活动的，而所述第二输出端口和所述第二输入端口都是不活动的。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，交流电压置于所述第一输出端口上。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述第一输入端口检测所述交流电压的存在。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，当所述第一输入端口未能检测到所述交流电压的存在时，指示自测失败。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述处理器在连续性测试模式下时，所述第一输入端口和所述第一输出端口都是不活动的，而所述第二输出端口和所述第二输入端口都是活动的。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，电压置于所述第二输出端口上。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，在所述第二输入端口处检测所述电压的一部分。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，当在所述第二输入端口处检测到所述电压的不正确的一部分时，指示连续性失败。
11.一种测试天线的方法，包括：
在第一模式下，将来自第一输出端口的AC信号注入到所述天线的第一部分处的电路中，并且在第一输入端口处检测所述AC信号的存在；以及
在第二模式下，将来自第二输出端口的电压注入通过所述天线的所述第一部分，并且在第二输入端口处检测所述天线的第二部分上的所述电压的存在。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：在所述第一模式下，当在所述第一输入端口处未检测到AC信号时，提供AC自测失败的指不。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：在第二模式下，当在所述第二输入端口处未接收到处于预期电压的所述电压的一部分时，提供连续性测试失败的指示。
14.一种系统，包括：
天线，具有第一部分和第二部分；以及
处理器，具有：
第一输入端口，耦接到所述天线的所述第一部分；
第一输出端口，串联耦接到第一电阻器，所述第一电阻器耦接到所述天线的所述第一部分并经由第二电阻器接地；以及
第二输出端口，通过第三电阻器耦接到所述天线的所述第二部分。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，当所述处理器在AC检测模式下时，所述第一输入端口是活动的，而所述第一输出端口和所述第二输出端口是不活动的。
16.根据权利要求14所述的系统，其中，当所述处理器在AC自测模式下时，所述第一输入端口和所述第一输出端口都是活动的，而所述第二输出端口是不活动的。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，交流电压置于所述第一输出端口上。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述第一输入端口检测所述交流电压的存在。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述第一输入端口未能检测到所述交流电压的存在时，指示自测失败。
20.根据权利要求14所述的系统，其中，当所述处理器在连续性测试模式下时，所述第一输入端口和所述第二输出端口是活动的，而所述第一输出端口是不活动的。
21.一种系统，包括：
天线，具有第一部分和第二部分；以及
处理器，具有：
第一输入端口，耦接到所述天线的所述第一部分；
第一输出端口，串联耦接到第一电阻器，所述第一电阻器耦接到所述天线的所述第一部分并经由第二电阻器接地；
第二输出端口，通过第三电阻器耦接到所述天线的第二部分；以及
第二输入端口，耦接到所述天线的所述第一部分并且通过第四电阻器接地。
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