CN114923380B - 具备自检功能的电子雷管芯片和检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具备自检功能的电子雷管芯片和检测方法及系统，包括电源模块、上电复位电路、振荡器电路、通信电路、基准电压电路、第一比较器、第二比较器、数字逻辑电路、充放电通路、点火控制电路、发火电阻R、储能电容C及发火MOS开关；电源模块外接高压电源VDD和地，电源模块分别与充放电通路和上电复位电路相连接；第二比较器与发火MOS开关的漏极相连接；点火控制电路与发火MOS开关的栅极相连接；发火MOS开关的源极接地。本发明在雷管模块成品测试阶段和在现场组网起爆前，都可以快速完成电子雷管模块的核心器件的检测，从而挑选出不合格的模块加以剔除，大幅降低雷管爆破时的盲炮概率，提高了电子雷管的可靠性和安全性。

Description

具备自检功能的电子雷管芯片和检测方法及系统

技术领域

本发明涉及电子雷管的技术领域，具体地，涉及具备自检功能的电子雷管芯片和检测方法及系统。

背景技术

电子雷管芯片应用于爆破行业，电子雷管模块是在电子雷管芯片外围增加了相关的电路之后的功能模块，在雷管模块上通常采用储能电容C来储存能量，用于起爆时候加热发火电阻R，电容药头；而MOS管来作为发火控制元件，MOS管的栅极控制信号由电子雷管芯片直接输出控制。所以对电子雷管模块成品来说，储能电容C、发火电阻R和发火MOS开关是完成雷管起爆的最核心器件，任何一个器件出现异常或者因为器件的虚焊，都会导致雷管无法点燃药头，最终发生雷管拒爆甚至更严重的安全问题。

现有的方法存在一些弊端，有一些方法完全依赖于起爆器下发不同的测试指令来进行不同类型的测试，测试流程复杂，测试时间长，效率极低；有的方法只能检测发火电阻R的通断问题；而对发火MOS开关的有效的检测方法也比较少。

在公开号为CN114152157A的专利文献中公开了数码电子雷管在线状态的激励自检系统，通过第一二总线通信串口模块、第二二总线通信串口模块实现手持设备与电子雷管之间的通信；数码电子雷管检测模块在接收指令后完成对点火头的状态检测；终端控制模块用于发送指令并显示点火头状态检测结果。

因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具备自检功能的电子雷管芯片和检测方法及系统。

根据本发明提供的一种具备自检功能的电子雷管芯片，包括电源模块、上电复位电路、振荡器电路、通信电路、基准电压电路、第一比较器、第二比较器、数字逻辑电路、充放电通路、点火控制电路、发火电阻R、储能电容C及发火MOS开关；

所述数字逻辑电路负责处理经通信电路解析之后的指令，接收到自检指令后，自动完成对储能电容C、发火电阻和点火MOS开关的快速检测，包括：控制充放电通路进行储能电容C的充放电，控制发火MOS开关的打开和闭合，并检测储能电容C的电压VB和发火电阻R低端电压VX的状态，根据这些状态值通过通信电路反馈相应的结果给起爆器；

所述电源模块外接高压电源VDD和地，所述电源模块分别与充放电通路和上电复位电路相连接；所述上电复位电路分别与基准电压电路和数字逻辑电路相连接；所述充放电通路分别与数字逻辑电路、第一比较器、发火电阻R和储能电容C相连接；所述基准电压电路分别与振荡器电路、第一比较器和第二比较器相连接；所述数字逻辑电路分别与通信电路、振荡器电路、第一比较器、第二比较器及点火控制电路相连接；所述第一比较器分别与第二比较器、发火电阻R及储能电容C相连接；所述发火电阻R分别与第二比较器和发火MOS开关的漏极相连接；所述储能电容C的另一端接地；所述第二比较器与发火MOS开关的漏极相连接；所述点火控制电路与发火MOS开关的栅极相连接；所述发火MOS开关的源极接地。

优选地，所述电源模块将输入的高压VDD进行转换，输出为电子雷管芯片提供稳定的工作电压，包含高压VCCH和低压VCCL；VCCH电压范围6V-40V；

所述电子雷管芯片内部基于低压VCCL产生的低压基准电压电路，输出有3V、1V的电压基准：REF_3V、REF_1V。

优选地，所述充放电通路是对储能电容C进行充放电的控制电路，输入电压VIN来自电源模块的VCCH，输出端给储能电容C充电，所述充放电通路包含了充电、放电MOS管、充放电限流电阻，放电MOS管的开关信号CHG_EN、DSG_EN由逻辑控制电路控制；

所述上电复位电路基于低压VCCL和基准电压REF_3V进行电子雷管芯片复位，当低压VCCL低于REF_3V时，电子雷管芯片处于复位状态，POR输出为低电平，反之，则电子雷管芯片复位结束，POR输出为高。

优选地，所述振荡器电路产生时钟信号给数字逻辑电路使用；所述振荡器电路的输入来自电源模块的低压电源VCCL，输出CLK；

所述第一比较器对储能电容C电压VB和基准电压输出REF_1V进行比较，高于基准电压则输出高电平，反之，输出低电平；

所述第二比较器对发火电压低端电压VX和基准电压输出REF_1V进行比较，高于基准电压则输出高电平，反之，输出低电平。

优选地，所述通信电路为电子雷管内部与起爆器完成通信功能的电路，负责接收起爆器指令和返回数据给起爆器；

所述点火控制电路输入来自数字逻辑电路的控制信号FIRE，经过处理之后产生最终的发火控制信号，连接电子雷管芯片外接的发火MOS开关的栅极。

本发明还提供一种具备自检功能的电子雷管芯片检测方法，所述方法应用上述中的具备自检功能的电子雷管芯片，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：电子雷管芯片上电之后自动完成复位，复位完成之后，对自检状态进行初始化；

步骤S2：起爆器下发自检指令给电子雷管芯片，电子雷管芯片解析出指令进入自检状态；

步骤S3：数字逻辑电路控制选择最低充电挡位1V，并打开充电通路，对储能电容C进行充电；等待1ms之后，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息；

步骤S4：如果VB_FULL＝1，表示电容没有正确连接，电容端检测到的电压在1ms以内上升到1V，即电容处于开路状态，属于电容异常；设置标志CAP_ERROR＝1，并进入步骤S14，否则，进入步骤S5；

步骤S5：继续等待40ms，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息；

步骤S6：如果VB_FULL＝1，表示电容状态正确，电容端检测到的电压上升到1V，属于电容正常；否则，设置标志CAP_ERROR＝1，进入步骤S14；

步骤S7：读取第二比较器输出的发火电阻R低端电压标志状态VX_HIGH；

步骤S8：如果VX_HIGH＝1，表示发火电阻R状态正确，否则，设置标志RES_ERROR＝1进入步骤S14；

步骤S9：设置延期值40ms，用于起爆前倒计时计数；

步骤S10：起爆，控制点火电路打开发火MOS开关；

步骤S11：读取第二比较器输出的发火电阻R低端电压标志状态VX_HIGH；

步骤S12：如果VX_HIGH＝0，表示发火MOS开关状态正确，否则，设置标志MOS_ERROR＝1进入步骤S14；

步骤S13：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关都正常，退出自检状态，并且反馈自检通过的信息给起爆器，进入步骤S15；

步骤S14：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关任何一个出现异常，都不再继续检测，直接退出自检状态，并且反馈异常信息给起爆器，进入步骤S15；

步骤S15：电子雷管芯片自动进行复位，进入待机状态。

优选地，所述步骤S1中的初始化数据为：CAP_ERROR＝0，RES_ERROR＝0，MOS_ERROR＝0。

优选地，所述步骤S8的发火MOS开关还没打开，电阻两端完全相等，两端电压都是1V。

优选地，所述步骤S12中的发火MOS开关打开，VX电压拉到地，接近0V，VX_HIGH标志位清除。

本发明还提供一种具备自检功能的电子雷管芯片检测系统，所述系统包括如下模块：

模块M1：电子雷管芯片上电之后自动完成复位，复位完成之后，对自检状态进行初始化；CAP_ERROR＝0，RES_ERROR＝0，MOS_ERROR＝0；

模块M2：起爆器下发自检指令给电子雷管芯片，电子雷管芯片解析出指令进入自检状态；

模块M3：数字逻辑电路控制选择最低充电挡位1V，并打开充电通路，对储能电容C进行充电；等待1ms之后，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息；

模块M4：如果VB_FULL＝1，表示电容没有正确连接，电容端检测到的电压在1ms以内上升到1V，即电容处于开路状态，属于电容异常；设置标志CAP_ERROR＝1，并进入模块M14，否则，进入模块M5；

模块M5：继续等待40ms，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息；

模块M6：如果VB_FULL＝1，表示电容状态正确，电容端检测到的电压上升到1V，属于电容正常；否则，设置标志CAP_ERROR＝1，进入模块M14；

模块M7：读取第二比较器输出的发火电阻R低端电压标志状态VX_HIGH；

模块M8：如果VX_HIGH＝1，表示发火电阻R状态正确，发火MOS开关还没打开，电阻两端完全相等，两端电压都是1V；否则，设置标志RES_ERROR＝1进入模块M14；

模块M9：设置延期值40ms，用于起爆前倒计时计数；

模块M10：起爆，控制点火电路打开发火MOS开关；

模块M11：读取第二比较器输出的发火电阻R低端电压标志状态VX_HIGH；

模块M12：如果VX_HIGH＝0，表示发火MOS开关状态正确，发火MOS开关打开，VX电压拉到地，接近0V，VX_HIGH标志位清除；否则，设置标志MOS_ERROR＝1进入模块M14；

模块M13：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关都正常，退出自检状态，并且反馈自检通过的信息给起爆器，进入模块M15；

模块M14：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关任何一个出现异常，都不再继续检测，直接退出自检状态，并且反馈异常信息给起爆器，进入模块M15；

模块M15：电子雷管芯片自动进行复位，进入待机状态。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明可以非常简单快速地完成电子雷管模块储能电容C、发火电阻R和发火MOS开关这三个核心器件的快速检测，对于起爆器来说，只需要下发一条自检指令就可以完成整个检测过程，电子雷管芯片检测完成之后会自动返回检测结果给起爆器，起爆器只需要根据电子雷管芯片返回结果来判断即可；

2、本发明不论是在雷管模块成品测试阶段还是在现场组网起爆前，都可以快速完成电子雷管模块的核心器件的检测，从而挑选出不合格的模块加以剔除，大幅降低雷管爆破时的盲炮概率，提高了电子雷管的可靠性和安全性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的电路组成结构图；

图2为本发明的流程原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

根据本发明提供的一种具备自检功能的电子雷管芯片，包括电源模块、上电复位电路、振荡器电路、通信电路、基准电压电路、第一比较器、第二比较器、数字逻辑电路、充放电通路、点火控制电路、发火电阻R、储能电容C及发火MOS开关。

数字逻辑电路负责处理经通信电路解析之后的指令，接收到自检指令后，自动完成对储能电容C、发火电阻和点火MOS开关的快速检测，包括：控制充放电通路进行储能电容C的充放电，控制发火MOS开关的打开和闭合，并检测储能电容C的电压VB和发火电阻R低端电压VX的状态，根据这些状态值通过通信电路反馈相应的结果给起爆器。

电源模块外接高压电源VDD和地，所述电源模块分别与充放电通路和上电复位电路相连接；所述上电复位电路分别与基准电压电路和数字逻辑电路相连接；所述充放电通路分别与数字逻辑电路、第一比较器、发火电阻R和储能电容C相连接；所述基准电压电路分别与振荡器电路、第一比较器和第二比较器相连接；所述数字逻辑电路分别与通信电路、振荡器电路、第一比较器、第二比较器及点火控制电路相连接；所述第一比较器分别与第二比较器、发火电阻R及储能电容C相连接；所述发火电阻R分别与第二比较器和发火MOS开关的漏极相连接；所述储能电容C的另一端接地；所述第二比较器与发火MOS开关的漏极相连接；所述点火控制电路与发火MOS开关的栅极相连接；所述发火MOS开关的源极接地。

电源模块将输入的高压VDD进行转换，输出为电子雷管芯片提供稳定的工作电压，包含高压VCCH和低压VCCL；VCCH电压范围6V-40V；电子雷管芯片内部基于低压VCCL产生的低压基准电压电路，输出有3V、1V的电压基准：REF_3V、REF_1V。

充放电通路是对储能电容C进行充放电的控制电路，输入电压VIN来自电源模块的VCCH，输出端给储能电容C充电，所述充放电通路包含了充电、放电MOS管、充放电限流电阻，放电MOS管的开关信号CHG_EN、DSG_EN由逻辑控制电路控制；上电复位电路基于低压VCCL和基准电压REF_3V进行电子雷管芯片复位，当低压VCCL低于REF_3V时，电子雷管芯片处于复位状态，POR输出为低电平，反之，则电子雷管芯片复位结束，POR输出为高。

振荡器电路产生时钟信号给数字逻辑电路使用；所述振荡器电路的输入来自电源模块的低压电源VCCL，输出CLK；第一比较器对储能电容C电压VB和基准电压输出REF_1V进行比较，高于基准电压则输出高电平，反之，输出低电平；第二比较器对发火电压低端电压VX和基准电压输出REF_1V进行比较，高于基准电压则输出高电平，反之，输出低电平。

通信电路为电子雷管内部与起爆器完成通信功能的电路，负责接收起爆器指令和返回数据给起爆器；点火控制电路输入来自数字逻辑电路的控制信号FIRE，经过处理之后产生最终的发火控制信号，连接电子雷管芯片外接的发火MOS开关的栅极。

本发明还提供一种具备自检功能的电子雷管芯片检测方法，所述方法应用上述中的具备自检功能的电子雷管芯片，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：电子雷管芯片上电之后自动完成复位，复位完成之后，对自检状态进行初始化；初始化数据为：CAP_ERROR＝0，RES_ERROR＝0，MOS_ERROR＝0。

步骤S2：起爆器下发自检指令给电子雷管芯片，电子雷管芯片解析出指令进入自检状态。

步骤S3：数字逻辑电路控制选择最低充电挡位1V，并打开充电通路，对储能电容C进行充电；等待1ms之后，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息。

步骤S4：如果VB_FULL＝1，表示电容没有正确连接，电容端检测到的电压在1ms以内上升到1V，即电容处于开路状态，属于电容异常；设置标志CAP_ERROR＝1，并进入步骤S14，否则，进入步骤S5。

步骤S5：继续等待40ms，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息。

步骤S6：如果VB_FULL＝1，表示电容状态正确，电容端检测到的电压上升到1V，属于电容正常；否则，设置标志CAP_ERROR＝1，进入步骤S14。

步骤S7：读取第二比较器输出的发火电阻R低端电压标志状态VX_HIGH。

步骤S8：如果VX_HIGH＝1，表示发火电阻R状态正确，发火MOS开关还没打开，电阻两端完全相等，两端电压都是1V；否则，设置标志RES_ERROR＝1进入步骤S14。

步骤S9：设置延期值40ms，用于起爆前倒计时计数。

步骤S10：起爆，控制点火电路打开发火MOS开关。

步骤S11：读取第二比较器输出的发火电阻R低端电压标志状态VX_HIGH。

步骤S12：如果VX_HIGH＝0，表示发火MOS开关状态正确，发火MOS开关打开，VX电压拉到地，接近0V，VX_HIGH标志位清除；否则，设置标志MOS_ERROR＝1进入步骤S14。

步骤S13：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关都正常，退出自检状态，并且反馈自检通过的信息给起爆器，进入步骤S15。

步骤S14：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关任何一个出现异常，都不再继续检测，直接退出自检状态，并且反馈异常信息给起爆器，进入步骤S15。

步骤S15：电子雷管芯片自动进行复位，进入待机状态。

实施例2：

实施例2为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。

本发明还提供一种具备自检功能的电子雷管芯片检测系统，所述系统包括如下模块：

模块M1：电子雷管芯片上电之后自动完成复位，复位完成之后，对自检状态进行初始化；CAP_ERROR＝0，RES_ERROR＝0，MOS_ERROR＝0。

模块M2：起爆器下发自检指令给电子雷管芯片，电子雷管芯片解析出指令进入自检状态。

模块M3：数字逻辑电路控制选择最低充电挡位1V，并打开充电通路，对储能电容C进行充电；等待1ms之后，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息。

模块M4：如果VB_FULL＝1，表示电容没有正确连接，电容端检测到的电压在1ms以内上升到1V，即电容处于开路状态，属于电容异常；设置标志CAP_ERROR＝1，并进入模块M14，否则，进入模块M5。

模块M5：继续等待40ms，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息。

模块M6：如果VB_FULL＝1，表示电容状态正确，电容端检测到的电压上升到1V，属于电容正常；否则，设置标志CAP_ERROR＝1，进入模块M14。

模块M7：读取第二比较器输出的发火电阻R低端电压标志状态VX_HIGH。

模块M8：如果VX_HIGH＝1，表示发火电阻R状态正确，发火MOS开关还没打开，电阻两端完全相等，两端电压都是1V；否则，设置标志RES_ERROR＝1进入模块M14。

模块M9：设置延期值40ms，用于起爆前倒计时计数。

模块M10：起爆，控制点火电路打开发火MOS开关。

模块M11：读取第二比较器输出的发火电阻R低端电压标志状态VX_HIGH。

模块M12：如果VX_HIGH＝0，表示发火MOS开关状态正确，发火MOS开关打开，VX电压拉到地，接近0V，VX_HIGH标志位清除；否则，设置标志MOS_ERROR＝1进入模块M14。

模块M13：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关都正常，退出自检状态，并且反馈自检通过的信息给起爆器，进入模块M15。

模块M14：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关任何一个出现异常，都不再继续检测，直接退出自检状态，并且反馈异常信息给起爆器，进入模块M15。

模块M15：电子雷管芯片自动进行复位，进入待机状态。

实施例3：

实施例3为实施例1的优选例，以更为具体地对本发明进行说明。

本发明涉及一种具备自检功能的电子雷管芯片和检测方法。主要完成的是对电子雷管芯片对外接的储能电容C、发火电阻R和发火MOS开关进行检测的功能。

电子雷管芯片里面包含了对外接的储能电容C、发火电阻R和发火MOS开关进行检测的电路，检测过程主要包含对储能电容C充电及检测电容电压充满状态、在发火MOS开管闭合前后分别检测发火电阻R低端电压状态等操作，这些操作都由电子雷管芯片自动完成。在芯片里面设计了专门的自检指令，起爆器只要下发一条自检指令就可以完成这三个外接器件的所有检测，电子雷管芯片检测完成之后会自动返回检测结果给起爆器。

电源模块：电源模块将输入的高压VDD进行转换，输出为所述电子雷管芯片提供稳定的工作电压，包含高压VCCH和低压VCCL。VCCH电压范围6V-40V，芯片上电稳定之后，VCCL输出固定在3.3V左右。

基准电压电路：电子雷管芯片内部基于低压VCCL产生的低压基准电压电路，输出有3V、1V的电压基准：REF_3V、REF_1V。

充放电通路：对储能电容C进行充放电的控制电路，输入电压VIN来自电源模块的VCCH，输出端给储能电容C充电，主要包含了充电、放电MOS管、充放电限流电阻(充放电电流限制在10mA以下)，MOS管的开关信号CHG_EN、DSG_EN由逻辑控制电路控制。

上电复位电路：上电复位电路，基于低压VCCL和基准电压REF_3V来实现芯片复位，当低压VCCL低于REF_3V时，芯片处于复位状态，POR输出为低电平，反之，则芯片复位结束，POR输出为高。

振荡器电路：产生时钟信号给数字逻辑电路使用。输入来自电源模块的低压电源VCCL，输出CLK。

第一比较器：对储能电容C电压VB和基准电压输出REF_1V进行比较，高于基准电压则输出高电平(VB_FULL＝1)，反之，输出低电平(VB_FULL＝0)。

第二比较器：对发火电压低端电压VX和基准电压输出REF_1V进行比较，高于基准电压则输出高电平(VX_HIGH＝1)，反之，输出低电平(VX_HIGH＝0)。

数字逻辑电路：雷管芯片内部的数字逻辑控制电路，负责处理经通信电路解析之后的指令，控制充放电通路进行储能电容C的充放电，并检测储能电容C的电压VB和发火电阻R低端电压VX的状态，根据这些状态值来通过通信电路反馈相应的结果给起爆器。

通信电路：电子雷管内部与起爆器完成通信功能的电路，主要负责接收起爆器指令和返回数据给起爆器。

点火控制电路：输入来自数字逻辑电路的控制信号FIRE,经过处理之后产生最终的发火控制信号，连接芯片外接的发火MOS开关的栅极。

原理：

步骤一：电子雷管芯片上电之后会自动完成复位，复位完成之后，对一些自检状态进行初始化。CAP_ERROR＝0,RES_ERROR＝0,MOS_ERROR＝0.

步骤二：起爆器下发自检指令给电子雷管芯片，电子雷管芯片解析出指令进入自检状态。

步骤三：数字逻辑电路控制选择最低充电挡位1V，并打开充电通路，对储能电容C进行充电。等待1ms之后，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息。

步骤四：如果VB_FULL＝1,表示电容没有正确连接，所以电容端检测到的电压在很短时间(1ms)以内就上升到了1V，即电容处于开路状态，属于电容异常。设置标志CAP_ERROR＝1，并进入步骤十四。否则，进入步骤五。

步骤五：继续等待40ms，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息。

步骤六：如果VB_FULL＝1,表示电容状态正确，所以电容端检测到的电压已经如期上升到了1V，属于电容正常。否则，设置标志CAP_ERROR＝1进入步骤十四。

步骤七：读取第二比较器输出的发火电阻R低端电压标志状态VX_HIGH

步骤八：如果VX_HIGH＝1,表示发火电阻R状态正确，因为发火MOS开关还没打开，电阻两端完全相等，两端电压都是1V。否则，设置标志RES_ERROR＝1进入步骤十四。

步骤九：设置延期值40ms，用于起爆前倒计时计数。

步骤十：起爆，控制点火电路打开发火MOS开关。

步骤十一：读取第二比较器输出的发火电阻R低端电压标志状态VX_HIGH。

步骤十二：如果VX_HIGH＝0,表示发火MOS开关状态正确，因为发火MOS开关打开，VX电压会拉到地，接近0V，VX_HIGH标志位清除。否则，设置标志MOS_ERROR＝1进入步骤十四。

步骤十三：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关都正常，退出自检状态，并且反馈自检通过的信息给起爆器。进入步骤十五。

步骤十四：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关任何一个出现异常，都不再继续检测，直接退出自检状态，并且反馈异常信息给起爆器。进入步骤十五。

步骤十五：电子雷管芯片自动进行复位，进入待机状态。

电子雷管芯片应用于爆破行业，电子雷管模块是在电子雷管芯片外围增加了相关的电路之后的功能模块，在雷管模块上通常采用储能电容C来储存能量，用于起爆时候加热发火电阻R，点燃药头；而MOS管用来作为发火控制元件，MOS管的栅极控制信号由电子雷管芯片直接输出控制。所以对电子雷管模块成品来说，储能电容C、发火电阻R和发火MOS开关是完成雷管起爆的最核心器件，任何一个器件出现异常或者因为器件的虚焊，都会导致雷管无法点燃药头，最终发生雷管拒爆甚至更严重的安全问题。

现有的方法存在一些弊端，有一些方法完全依赖于起爆器下发不同的测试指令来进行不同类型的测试，测试流程复杂，测试时间长，效率极低；有的方法只能检测发火电阻R的通断问题；而对发火MOS开关的有效的检测方法也比较少。

本发明涉及一种具备自检功能的电子雷管芯片和检测方法。通过该方法，可以非常简单快速地完成电子雷管模块储能电容C、发火电阻R和发火MOS开关这三个核心器件的快速检测，对于起爆器来说，只需要下发一条自检指令就可以完成整个检测过程，电子雷管芯片检测完成之后会自动返回检测结果给起爆器，起爆器只需要根据电子雷管芯片返回结果来判断即可。

应用该发明所提的电子雷管芯片及检测方法，不论是在雷管模块成品测试阶段还是在现场组网起爆前，都可以快速完成电子雷管模块的核心器件的检测，从而挑选出不合格的模块加以剔除，大幅降低雷管爆破时的盲炮概率，提高了电子雷管的可靠性和安全性。

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1、实施例2的更为具体的说明。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种具备自检功能的电子雷管芯片，其特征在于，包括电源模块、上电复位电路、振荡器电路、通信电路、基准电压电路、第一比较器、第二比较器、数字逻辑电路、充放电通路、点火控制电路、发火电阻R、储能电容C及发火MOS开关；

所述数字逻辑电路负责处理经通信电路解析之后的指令，接收到自检指令后，自动完成对储能电容C、发火电阻R和点火MOS开关的快速检测，包括：控制充放电通路进行储能电容C的充放电，控制发火MOS开关的打开和闭合，通过第一比较器和第二比较器检测储能电容C的电压VB和发火电阻R的低端电压VX的状态，根据所述状态的状态值来推断出控制发火MOS开关、储能电容C和发火电阻R的好坏，并通过通信电路将检测结果反馈给起爆器；状态值包括储能电容C充满状态VB_FULL、发火电阻R的低端电压VX为高压状态VX_HIGH；

所述电源模块外接高压电源VDD和地，所述电源模块分别与充放电通路和上电复位电路相连接；所述上电复位电路分别与基准电压电路和数字逻辑电路相连接；所述充放电通路分别与数字逻辑电路、第一比较器、发火电阻R和储能电容C的一端相连接；所述基准电压电路分别与振荡器电路、第一比较器和第二比较器相连接；所述数字逻辑电路分别与通信电路、振荡器电路、第一比较器、第二比较器及点火控制电路相连接；所述第一比较器分别与第二比较器、发火电阻R及储能电容C的一端相连接；所述发火电阻R分别与第二比较器和发火MOS开关的漏极相连接；所述储能电容C的另一端接地；所述第二比较器与发火MOS开关的漏极相连接；所述点火控制电路与发火MOS开关的栅极相连接；所述发火MOS开关的源极接地；

所述电源模块将输入的高压电源VDD进行转换，输出为电子雷管芯片提供稳定的工作电压，包含高压VCCH和低压VCCL；所述高压VCCH电压范围为6V-40V；

所述电子雷管芯片内部基于低压VCCL产生的基准电压电路，输出有3V、1V的基准电压：REF_3V、REF_1V；

所述充放电通路是对储能电容C进行充放电的控制电路，输入电压VIN来自电源模块的高压VCCH，输出端给储能电容C充电，所述充放电通路包含了充电MOS管、放电MOS管、充放电限流电阻，放电MOS管的开关信号CHG_EN、DSG_EN由数字逻辑电路控制；

所述上电复位电路基于低压VCCL和基准电压REF_3V进行电子雷管芯片复位，当低压VCCL低于REF_3V时，电子雷管芯片处于复位状态，POR输出为低电平，反之，则电子雷管芯片复位结束，POR输出为高电平；

所述振荡器电路产生时钟信号给数字逻辑电路使用；所述振荡器电路的输入来自电源模块的低压VCCL，输出CLK；

所述第一比较器对储能电容C电压VB和基准电压REF_1V进行比较，高于基准电压REF_1V则输出高电平，反之，输出低电平；

所述第二比较器对发火电阻R的低端电压VX和基准电压REF_1V进行比较，高于基准电压REF_1V则输出高电平，反之，输出低电平；

所述通信电路为电子雷管内部与起爆器完成通信功能的电路，负责接收起爆器指令和返回数据给起爆器；

所述点火控制电路输入来自数字逻辑电路的控制信号FIRE，经过处理之后产生最终的发火控制信号，连接电子雷管芯片外接的发火MOS开关的栅极。

2.一种具备自检功能的电子雷管芯片检测方法，其特征在于，所述方法应用权利要求1所述的具备自检功能的电子雷管芯片，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：电子雷管芯片上电之后自动完成复位，复位完成之后，对自检状态进行初始化；

步骤S2：起爆器下发自检指令给电子雷管芯片，电子雷管芯片解析出指令进入自检状态；

步骤S3：数字逻辑电路控制选择最低充电挡位1V，并打开充放电通路的充电通路，对储能电容C进行充电；等待1ms之后，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息；

步骤S4：如果VB_FULL=1，表示储能电容C没有正确连接，储能电容C检测到的电压在1ms以内上升到1V，即储能电容C处于开路状态，属于储能电容C异常；设置标志CAP_ERROR=1，并进入步骤S14，否则，进入步骤S5；

步骤S5：继续等待40ms，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息；

步骤S6：如果VB_FULL=1，表示储能电容C状态正确，储能电容C检测到的电压上升到1V，属于储能电容C正常；否则，设置标志CAP_ERROR=1，进入步骤S14；

步骤S7：读取第二比较器输出的发火电阻R的低端电压VX标志状态VX_HIGH；

步骤S8：如果VX_HIGH=1，表示发火电阻R状态正确，否则，设置标志RES_ERROR=1进入步骤S14；

步骤S9：设置延期值40ms，用于起爆前倒计时计数；

步骤S10：起爆，控制点火电路打开发火MOS开关；

步骤S11：读取第二比较器输出的发火电阻R的低端电压VX标志状态VX_HIGH；

步骤S12：如果VX_HIGH=0，表示发火MOS开关状态正确，否则，设置标志MOS_ERROR=1进入步骤S14；

步骤S13：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关都正常，退出自检状态，并且反馈自检通过的信息给起爆器，进入步骤S15；

步骤S14：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关任何一个出现异常，都不再继续检测，直接退出自检状态，并且反馈异常信息给起爆器，进入步骤S15；

步骤S15：电子雷管芯片自动进行复位，进入待机状态。

3.根据权利要求2所述的具备自检功能的电子雷管芯片检测方法，其特征在于，所述步骤S1中的初始化数据为：CAP_ERROR=0，RES_ERROR=0，MOS_ERROR=0。

4.根据权利要求2所述的具备自检功能的电子雷管芯片检测方法，其特征在于，所述步骤S8的发火MOS开关还没打开，发火电阻R两端完全相等，两端电压都是1V。

5.根据权利要求2所述的具备自检功能的电子雷管芯片检测方法，其特征在于，所述步骤S12中的发火MOS开关打开，发火电阻R的低端电压VX拉到地，接近0V，VX_HIGH标志位清除。

6.一种具备自检功能的电子雷管芯片检测系统，其特征在于，所述系统包括如下模块：

模块M1：电子雷管芯片上电之后自动完成复位，复位完成之后，对自检状态进行初始化；CAP_ERROR=0，RES_ERROR=0，MOS_ERROR=0；

模块M2：起爆器下发自检指令给电子雷管芯片，电子雷管芯片解析出指令进入自检状态；

模块M3：数字逻辑电路控制选择最低充电挡位1V，并打开充放电通路的充电通路，对储能电容C进行充电；等待1ms之后，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息；

模块M4：如果VB_FULL=1，表示储能电容C没有正确连接，储能电容C检测到的电压在1ms以内上升到1V，即储能电容C处于开路状态，属于储能电容C异常；设置标志CAP_ERROR=1，并进入模块M14，否则，进入模块M5；

模块M5：继续等待40ms，读取第一比较器输出的VB_FULL状态信息；

模块M6：如果VB_FULL=1，表示储能电容C状态正确，储能电容C检测到的电压上升到1V，属于储能电容C正常；否则，设置标志CAP_ERROR=1，进入模块M14；

模块M7：读取第二比较器输出的发火电阻R的低端电压VX标志状态VX_HIGH；

模块M8：如果VX_HIGH=1，表示发火电阻R状态正确，发火MOS开关还没打开，发火电阻R两端完全相等，两端电压都是1V；否则，设置标志RES_ERROR=1进入模块M14；

模块M9：设置延期值40ms，用于起爆前倒计时计数；

模块M10：起爆，控制点火电路打开发火MOS开关；

模块M11：读取第二比较器输出的发火电阻R的低端电压VX标志状态VX_HIGH；

模块M12：如果VX_HIGH=0，表示发火MOS开关状态正确，发火MOS开关打开，发火电阻R的低端电压VX拉到地，接近0V，VX_HIGH标志位清除；否则，设置标志MOS_ERROR=1进入模块M14；

模块M13：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关都正常，退出自检状态，并且反馈自检通过的信息给起爆器，进入模块M15；

模块M14：储能电容C、发火电阻R、发火MOS开关任何一个出现异常，都不再继续检测，直接退出自检状态，并且反馈异常信息给起爆器，进入模块M15；

模块M15：电子雷管芯片自动进行复位，进入待机状态。