CN110133477A - 录波型板卡电源检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种录波型板卡电源检测装置及方法，可应用于板卡电源故障定位，该装置及方法能将故障点前后的AD采样值、故障原因、故障时间以文件的形式存储到存储器件中，并提供文件的导出方式，相关人员可根据故障波形，排查电源引起的故障。该装置及方法结构简单，成本低，易于使用和实现，大大提高了故障定位的准确性，对被测板卡的长期可靠运行有着极大的意义。

Description

录波型板卡电源检测装置及方法

(一)技术领域：

本发明涉及电源故障检测领域。尤其涉及一种录波型板卡电源检测装置及方法。

(二)背景技术：

随着PCB板卡设计的复杂性越来越高，板卡上往往包括多种芯片，每种芯片的都需要多种的电源。例如简单的CPU(PowerPC)+FPGA(Kintex7) 组成的板卡，上面所用到的电源就有1V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V和3.3V。这些电源中的任何一路出现问题都会对板卡造成影响，例如数据闪断，板卡复位，程序跑飞等。

软件相关的故障通常通过日志容易排查，而电源引起的故障通常是很难排查的。特别是由于退耦不当或设计原因造成的电源瞬时跌落，时间持续很短基本无法测量到，故障排查极其困难，对板卡长期运行稳定性影响很大。

为了能够及时发现电源故障定位相关问题，本发明提出了一种录波型板卡电源检测装置及方法，记录电源发生故障点前后的电源波形，很好的解决了上述问题。本装置及方法结构简单，成本低，易于使用和实现，大大提高了电源故障定位的准确性，对被测板卡的长期可靠运行有着极大的意义。

(三)发明内容：

本发明为一种录波型板卡电源检测装置及方法，可应用于板卡电源故障定位，这里所指的录波为将故障点前后的AD采样值、故障原因、故障时间以文件的形式存储到存储器件中。

本发明所示的检测装置，包括：

采集接口、分压采样电阻、MCU、AD参考、配置接口、存储器、文件导出接口、电源电路组成。

本发明所示的检测方法，包括：

通过AD采样实时监测板卡上的各路电源；

在某路或多路电源产生的故障时启动录波；

向被测板卡的CPU上报故障原因和故障时间；

保存录波文件到存储器件；

导出存储器中的相关信息分析故障。

(四)附图说明：

图1检测装置安装示意图；

图2检测装置示意图；

图3文件导出接口示意图；

图4装置电源电路示意图；

图5检测方法示意图

图6录波波形示意图；

1-检测装置 2-被测板卡 3-采样接口

4-分压采样电阻 5-MCU 6-存储器件

7-文件导出接口 8-配置接口 9-AD参考

10-电源电路

(五)具体实施方式：

为了使本发明的装置、方法、技术方案及优点更加明晰，以下结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。相关领域的技术人员应当理解，此处描述的具体实例仅仅用于理解本发明，并不用于限定本发明。

本发明中的检测装置安装如图1所示，检测装置的采样接口连接被测板卡的各路电源，检测装置的配置接口与被测板卡的CPU相连，检测装置的外供电选择连接被测板卡的一路电源，且要求该路电源电压大于装置所配置的电池电压。使用时可直接将该检测装置插接或焊接到被测板卡上。

本发明中的检测装置如图2所示，其中由采集接口、分压采样电阻、 MCU、AD参考、配置接口、存储器、文件导出接口、电源电路组成。

其中采样接口对外用来连接被检测板卡上的各路电源，对内通过分压采样电阻连接到MCU的AD采样通道。

分压采样电阻，用于将外接的各路电源分压到MCU可采集的电压范围后连接到MCU的AD采样通道。

MCU的AD采样通道与分压采样电阻相连用于采集并监控被测板卡的各路电源，其基准参考端REF外接AD参考为采样提供参考基准，其CFG(CFG接口可以是任何形式的接口，如I2C、SPI、UART等)接口用于连接配置接口，其I2C或SPI接口用于外接存储器件。

AD参考，用于连接到CPU的基准参考端REF为CPU提供参考基准。

配置接口与MCU的CFG相连接，使用时与被测板卡的CPU相连接，也可与上位机连接。

其与被测板卡的CPU相连接时实现以下三个功能：

其一为配置功能，预设各个AD采样通道的电压上限和电压下限值、AD采样频率、故障点前后录波时长等；

其二为上报功能，当AD采样通道所采集的电压超限时向被测板卡的CPU 上报故障原因及故障时间，用于被测板卡的CPU生成相关日至；

其三为文件导出功能，导出波形文件到被测板卡的CPU，用于本地显示波形或通过该CPU的其他接口传走，远程显示波形。

若被测板卡无CPU则，需要通过上位机连接装置的配置接口实现配置功能，配置完成后断开上位机连接，不影响装置的使用。

存储器用于存储波形文件，其与MCU的存储接口(存储接口可以是I2C或 SPI接口，与外接的存储器接口相对应)相连。其存储的波形文件可以是任意格式，但其中需要至少包含录波原因、录波数据、故障点时间三要素。文件存储空间不足时，将采用循环覆盖的方式删除最老的文件保存最新的文件。

文件导出接口用于在被测板卡CPU由于电源故障而无法工作时导出文件，由于存在被测板卡的无法提供外供电且装置电池完全耗尽的情况，因此文件导出接口需要设计成可外部供电的方式访问装置的存储器件，如图3所示为一个使用I2C接口作为文件导出接口(文件导出接口不限于使用I2C，与外接的存储器接口相关，如SPI接口)的示意图，图中的SW(SW可以是模拟开关也可为电平隔离器件)用于当外接电源时切换接口连接到文件导出接口。通过文件导出接口供电能直接访问存储器。

电源电路如图4所示，其主要电池BAT、超级电容C、二极管V1V2、跳线 JP和电源LDO组成。

电池BAT用于当外接电源失效(跌落到无法使用)时，使CPU能够继续工作并完成AD采样及波形文件的存储。

超级电容C用于配合电池使用辅助供电，可节省电池的损耗。装置连接外接电源时外接电源为其充电储存电能，当外接电源异常时其释放电能为装置供电。由于超级电容均为法拉级别电容，其连接到外接电源时可能造成电源异常，因此超级电容在本装置内只作为辅助器件，而非必要器件存在。因此装置的电源电路设计可通过跳线JP不连接过超级电容。

两个二极管V1、V2选用理想二极管，理想二极管的前向导通压降基本为零，且反向电流到几个uA，以此增加装置的电池寿命。

电源LDO用于稳定电压为装置供电。

图4中的V+和V-为外供电接口的正负极。

由于本装置需要在电压异常时能够完成录波，特别是外供电源异常时完成录波，因此要求自身的功耗越小越好，因此装置所选的主要器件MCU、AD参考、存储器件等均为低功耗器件。

本发明中的电源检测方法如图5所示，该方法包括：

步骤201，通过AD采样实时监测板卡上的各路电源。CPU通过自身的AD采样通道对经过分压后的被测板卡各路电源进行采样。

步骤202，在某路或多路电源产生的故障时启动录波。这里所述的故障通常是指电源突变，当前AD采样值低于此通道设置的电压下限或高于此通道设置的电压上限时，CPU会认为此AD采样通道所外接的电源出现异常现象，并同时触发录波。各个采样通道的电压下限和电压上限可通过装置的配置接口配置。

步骤203，向被测板卡的CPU上报故障原因和故障时间。用于被测板卡CPU生成相关日志使用。

步骤204，保存录波文件。当触发录波后CPU会将所有通道的AD采样值以文件的形式保存到存储器中，所记录的AD采样值为故障点前后的 AD采样值。

如图6所示，该录波文件记录了故障发生时刻T前100mS和故障发生后100mS的采样值。同时文件保存故障时刻T的时间信息(故障时间)，以及触发录波原因(故障原因)为AD_CH3的1.5V电源跌落。故障发生时刻T前后录波时长可通过装置的配置接口配置。

录波文件的存储格式不限，但需要至少包含录波原因、录波数据、故障点时间三要素。

录波文件的大小与AD分辨率、AD采样频率、录波故障点前后时长等相关，在存储器空间不足时将采用循环覆盖的方式删除最老的文件保存最新的文件。

步骤205，导出存储器中的相关波形文件分析故障。这里导出的方式有两种：

当板卡出现可恢复故障时，被测板卡自带的CPU可通过配置接口要求装置MCU上传其所上报的录波原因和故障时间所对应的波形文件，本地显示波形文件后分析故障，或再通过其自身的接口如串口、网口等导出到远程设备显示波形后分析故障；

当板卡出现不可恢复故障时或被测板卡上无CPU时，可通装置的文件导出接口将波形文件导出后分析故障。

Claims (10)

1.一种录波型板卡电源检测装置，其特征在于，所述的装置包括：采集接口、分压采样电阻、MCU、AD参考、配置接口、存储器、文件导出接口、电源电路。

2.根据权利要求1所述的采集接口，其特征在于：采样接口对外用来连接被检测板卡上的各路电源，对内通过分压采样电阻连接到MCU的AD采样通道；用于采样被测板卡的各路电源。

3.根据权利要求1所述的配置接口，其特征在于：配置接口对外与被测板卡的CPU相连接或上位机连接，对内与MCU的CFG相连接；其与被测板卡的CPU相连实现配置功能、上报功能、导出波形文件功能；当被测板卡无CPU则，需要通过上位机连接装置的配置接口实现配置功能，配置完成后断开上位机连接，不影响装置的使用。

4.根据权利要求1所述的文件导出接口，其特征在于：通过文件导出接口供电能直接访问装置存储器，并提取其中的文件。

5.根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于：电源电路可由装置自身的电池供电，也可由被测板卡的一路电源，且要求该路电源电压大于装置所配置的电池电压。

6.一种录波型板卡电源检测方法，其特征在于：所述的方法包括：

通过AD采样实时监测板卡上的各路电源；

在某路或多路电源产生的故障时启动录波；

向被测板卡的CPU上报故障原因和故障时间；

保存录波文件到存储器件；

导出存储器中的相关信息分析故障。

7.根据权利要求6所述的在某路或多路电源产生的故障时启动录波，其特征在于：所述的故障是指电源突变，即当前通道的AD采样值低于此通道设置的电压下限或高于此通道设置的电压上限时，MCU会认为此AD采样通道所外接的电源出现异常现象，并同时触发录波。

8.根据权利要求6所述的保存录波文件，其特征在于：录波文件的存储格式不限，但需要至少包含录波原因、录波数据、故障点时间三要素；录波文件在存储器空间不足时采用循环覆盖的方式删除最老的文件保存最新的文件。

9.根据权利要求8所述的录波数据，其特征在于：录波数据记录了故障发生时刻T前和故障发生时刻T后的AD采样值。

10.根据权利要求6所述的导出存储器中的相关文件并分析故障，其特征在于：文件导出分析故障的方式有两种情况：

当板卡出现可恢复故障时，被测板卡自带的CPU可通过配置接口要求装置MCU上传其所上报的录波原因和故障时间所对应的波形文件，本地显示波形文件后分析故障，或再通过其自身的接口如串口、网口等导出到远程设备显示波形后分析故障；

当板卡出现不可恢复故障时或被测板卡上无CPU时，可通装置的文件导出接口将波形文件导出后分析故障。