CN1267364A - 用于定时和延时电路的电子电路 - Google Patents
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Abstract
用来延时起爆雷管的电子延时电路(10)显示几种可被组合的新颖的特性,包括新颖的振荡器(34),可编程定时电路(32),和运行控制电路(46)。振荡器(34)产生由电容(34a)的放电速率确定的相对于基准电压REF的时钟信号。第二电容(34b)被充电到超过REF的电压,以及当第一电容(34a)下降到低于REF时,产生内部信号,以及切换该电容,这样第一电容得到充电而第二电容被放电。锁存器(34f)响应于内部信号而产生时钟脉冲。可编程定时电路(32)包括脉动计数器(38)和程序库(40),它在初始化后装载计数器中的计数。每个计数器级(38)具有分开的用于设定和清除信号的输入端,程序库(40)具有用于每个计数器级的设定电路和清除电路。每个清除电路产生固定的持续时间的信号,每个设定电路可产生具有两个不同持续时间的信号,其中之一超过清除信号。在编程期间,选择长的和短的持续时间的设定信号,以及在装载计数器时,设定信号或清除信号的较长的一个信号确定计数器级的状态。运行控制电路(46)控制选通门(34h),它允许振荡器脉冲给计数器(38)加增量,但如果发生电源临时丢失则关闭选通门(34h),这样防止定时器(32)被重新初始化。
Description
发明背景
发明领域
本发明涉及电子延时雷管,具体地,涉及可编程电子起爆延时雷管。
通常知道电子雷管是在起爆装药时使用的,例如在矿业和挖掘应用中用来起爆传爆装药。这样的雷管是因为它们相对于更传统的基于化学的延时单元有更精确的延时特性而出名的。
相关技术
1995年1月3日授权给Rode等的美国专利5,377,592揭示了由压电换能器响应于冲击型启动信号所产生的脉冲能量推动的电子数字延时单元。启动信号激发压电换能器,以便产生被存储在贮存电容器中的电能电荷。从贮存电容器提取出能量来驱动包括振荡器和计数器的定时电路,该计数器对来自振荡器的振荡脉冲计数到预定的计数值。当达到预定的计数值时,就产生一个信号,把来自贮存电容器的剩余能量放电到电的点火器元件,例如爆炸桥接线。雷管可以配备有外部可接入编程接口,以使得可以在制造雷管后把延时编程到定时电路。
1995年7月25日授权给Rode等的美国专利5,435,248揭示了包括可熔链路的电子靶场(range)数字延时雷管,这些链路被用来把想要的功能延时永久地编程到雷管电路中。
上述的美国专利5,435,248和美国专利5,377,592中描述的这种类型的电子雷管包括传统的振荡器和计数器。
发明概要
本发明提供几种在电子延时雷管中发现有用的新颖的特性。本发明的一个特性涉及用于产生包括一系列时钟脉冲的时钟信号的振荡器电路。振荡器电路包括用于产生基准电压的基准电压装置。在振荡器中至少有两个电容,每个电容具有相对于基准电压的充电状态和放电状态中的一个状态。在放电状态下的电容具有低于基准电压的电压,并被称为放电的电容。在充电状态下的电容具有超过基准电压的电压,并被称为充电的电容。有一个充电装置,用于把放电的电容充电到充电的状态,以及一个放电装置,用于把充电的电容,被称为充电工作电容,放电到放电的状态。振荡器还包括比较器,用于在每次充电工作电容变成为放电的电容时产生内部的信号。有一个切换装置,用于实现切换功能,包括把放电的电容从放电装置有效地断开和把它连接到充电装置,和把充电的电容从充电装置有效地断开和把它连接到放电装置,以及一个锁存器,用于响应于内部信号发出时钟脉冲。切换装置可以响应于锁存器,用于响应于由锁存器发出的时钟脉冲而实现切换功能。
本发明也涉及可编程电子定时电路,用于在接收到电的启动信号后的编程的延时消逝以后发出定时器输出信号。定时电路包括振荡器电路(正如上所述的,可任选地),用于响应于时钟使能信号而发出包括一系列时钟脉冲的时钟信号,以及复位电路,用于产生上电的RESET信号。定时器也包括可初始化的脉动计数器,用来计数时钟脉冲,以及当达到预定的计数值时产生定时器输出。脉动计数器包括多个顺序计数器级,每个级能够具有设定的状态和清除的状态中的一个状态,以及包括一个设定输入端,通过它可设定计数器级的状态,和一个清除输入端,通过它可清除计数器级的状态。每个计数器级还包括至少一个供表示计数器级状态的计数器级信号使用的输出端。定时电路还包括程序库,它包括与每个计数器级有关的设定电路和清除电路。每个设定电路响应于来自控制电路的计数器负载信号而提供一个信号给相关的计数器级的设定输入端,以及每个清除电路响应于计数器负载信号和上电RESET信号中的一个信号而提供一个信号给计数器级的清除输入端。清除电路产生有限持续时间的信号,而设定电路被做成提供具有两个不同的有限持续时间中的任一个持续时间的信号,其中的一个持续时间超过清除电路信号的持续时间。相关的计数器级可以同时从设定电路和清除电路接收信号,并且计数器级被做成使得较长的信号决定相关计数器级的初始状态。定时器电路还包括控制电路,它响应于上电RESET信号和电启动信号,用来发出计数器负载(RST)信号和时钟使能(CLKEN)信号。
按照本发明的一个方面,每个设定电路可包括非易失性程序装置,它可被设定来使得设定电路提供其持续时间比清除电路信号长的信号。任选地,每个设定电路可包括编程输入端和数据输入端,其中当在程序使能输入端处接收编程信号时,非易失性程序装置的状态由数据信号的状态确定。
按照本发明的另一个方面,非易失性程序装置可包括EEPROM单元。
按照本发明的再一个方面,计数器级输出端被连接到相关的设定电路的程序输入端,这样每个计数器级可提供用于相关设定电路的数据信号。
本发明也包括锁定电子定时电路,它可以是或不一定是如上所述的可编程的,它用于在接收到电启动信号后的编程的延时消逝以后发出定时器输出信号。这个定时电路包括振荡器电路(正如上所述的,可任选地),它响应于RESET信号,用于发出包括一系列基准时钟脉冲的至少一个基准时钟信号。脉动计数器是用来计数基准时钟脉冲,以及当达到预定的计数值时产生定时输出信号。有一个时钟选通门,当时钟门接收CLKEN信号时脉动计数器通过这个时钟门接收基准时钟脉冲。还有一个包括控制库的控制电路,该控制库包括以行波传递方式连接的三个控制级。三个控制级包括锁定控制级、计数器负载控制级和时钟使能控制级,每个控制级能够具有设定的状态和清除的状态中的任一个状态,以及能够响应于RESET信号,该信号把每个控制状态初始化成清除状态,每个控制级具有一个输出端,它提供一个表示控制级的状态的信号。控制电路还包括选通控制电路,用于当时钟使能控制级产生设定信号时产生CLKEN信号。控制电路还包括可编程的、非易失性锁定开关电路,它能够具有设定状态和清除状态中的任一个状态。锁定开关电路响应于来自锁定控制级的输出信号被驱动成设定状态,它响应于至少一个编程信号而呈现为清除状态。锁定开关电路具有一个被连接到锁定控制级逻辑输入端的输出端,它被做成只在锁定开关电路接收启动信号时处在清除状态时才把信号传递到锁定锁定控制级的逻辑输入端。这样,锁定开关电路使得计数器负载控制级能够工作,以及此后使得时钟使能级能够工作。锁定控制级提供信号给锁定开关电路,以便防止锁定开关电路重新起动控制库,直到锁定开关电路被复位为止。
按照本发明的另一个方面,上述的定时电路可被引入到换能器电路组件中。这样的组件包括用于把冲击波脉冲变换成电能脉冲的换能器模块,以及被固定到换能器模块的电子模块。电子模块包括延时电路和起爆元件。延时电路包括连接到换能器的贮存装置,该贮存装置用于接收和存储来自换能器模块的电能,把贮存装置连接到起爆元件的切换电路,该切换电路用于响应于来自包括如上所述的定时电路的延时部分的信号把被存储在贮存装置中的能量释放到起爆元件。定时电路为了控制由切换电路进行的把被存储在贮存装置中的能量释放到起爆元件而连接到切换电路。起爆元件为了接收来自贮存装置的能量和响应于此而产生输出的启动信号而通过切换电路连接到贮存装置。
任何一个或多个上述的特性可以引入到雷管中。这样的雷管可包括,例如,具有闭合端和开放端的机壳,开放端的尺寸和结构被做成便于连接到启动信号发送装置;在机壳中的启动信号发送装置用于把电启动信号传递到延时电路的输入端;电源,用于供电来启动输出启动装置;机壳中的延时电路,包括的部分正如这里所描述的;以及放置在机壳中雷管输出装置,用于在贮存装置放电后产生爆炸输出信号。
附图简述
图1是按照本发明的具体实施例的数字延时电路的示意性方框图;
图2A是图1电路的运行控制电路的示意性方框图;
图2B是图2A的运行控制电路的具体实施例的电路图;
图3A是图1电路的振荡器电路部分的示意性方框图;
图3B是图3A的振荡器电路部分的具体实施例的电路图;
图3C是图3B的比较器34e的一个实施例的电路图;
图3D是图3B的偏置电路34s的一个实施例的电路图;
图4A是按照图1电路的计数器部分的具体实施例的可编程计数器的示意性方框图;
图4B是按照图4A的计数器的具体实施例的计数器级和相关的设定电路与清除电路的电路图;
图4C是图4A的可编程计数器的设定电路的另一个实施例的电路图;
图5是包括电子模块和套筒连同换能器模块的换能器电路组件的部分截面剖视图;
图6A是显示按照本发明的一个实施例的包括密封封装的延时电路的延时雷管的示意性的部分截面图;以及
图6B是图6A的雷管的隔离帽和传爆装药部件的,相对于图6A放大的视图。
本发明及其优选实施例的详细描述
按照本发明的电子电路包括其特征在于几个新颖方面的一个或多个方面的启动延时电路,这些新颖方面虽然可以互相独立地被应用于雷管延时电路和其它电路,但优选地被组合在如这里所描述的单个电路中。
图1上给出了可以引用本发明的一个或多个特性的电子启动延时电路的示意性代表。启动延时电路10由贮存电容14供电,该电容从压电换能器12取得电荷。压电换能器12在技术上是熟知的,用来响应于通过非电气的信号传输线(例如雷管索或振动管)或通过小的靠近的爆炸材料装药传递的压力冲击而产生电能脉冲。由换能器12产生的电能把电启动信号提供到延时电路10的输入端18a。大多数能量被贮存电容器14储存,然后它提供电能以便给延时电路10供电和启动被连接到电路10的电起爆元件,例如半导体桥(“SCB”)16。半导体桥在技术上是熟知的,用来起爆雷管输出炸药。
换能器和电容允许本发明的延时电路与非电的启动信号线一起使用,但在另一个实施例中,可把该电路连接到电启动系统,即,其中把启动信号和功率(可任选地)作为电信号沿着熔丝输送到雷管的系统。非电信号传输线比起熔丝是更优选的,因为在其中避免受到无线电波、寄生地电流、闪电等的电磁信号干扰是所希望的。正如将会看到的,激励压电换能器12的压力脉冲可包括启动信号,根据这个信号,该电路可测量延时和使雷管点火。
在典型的实施例中,雷管延时电路10被组装成两个主要部件,触发部分18和延时部分28,这二者都包括构成电路。触发部分18可从电源,例如贮存电容14,提取功率,以及可提供一条路径,通过这条路径,电容14可从压电换能器12,例如经过引导二极管20,接收电能脉冲,该二极管禁止电流流回到换能器12。优选地,贮存电容14包括0.5微法的电容,能够在至少10秒内提供4微安。在另一个实施例中,触发部分18可从电池提取功率。触发部分18提供可控制的触发功能,它在接收到来自延时部分28的点火信号,表示已经经过了想要的延迟时间间隔以前,禁止来自电源的能量起动电起爆元件。原则上可经过切换单元,例如可控硅整流器(“SCR”)22,提供触发控制功能,通过该切换单元把电源,例如贮存电容14,连接到SCB 16。在所显示的实施例中,切换单元阻止电容14放电到输出端18b,从而到SCB 16,直到接收到来自触发控制电路24的信号为止。触发控制电路24响应于来自延时部分28的表示已经经过了想要的延迟时间间隔的触发信号,把SCR 22推到导通状态。触发部分18优选地也包括电压稳压器26,它从电容14提取一些功率,以便为雷管延时电路10的延时部分28供电。触发部分18优选地也包括电压设定电路30,该电路产生被称为PROGP的大约12伏的信号,该PROGP信号是在接收到启动信号后通过输入端42c被提供给延时部分28的。PROGP信号被延时部分28使用,正如下面讨论的。触发部分18也被做成在接收到启动信号后产生从电源得出的大约5伏的电源信号VDD。
优选地,触发部分18被制做成介质绝缘的双极性互补金属氧化物硅(DI BiCMOS)集成电路芯片,因为这样的电路很适合于控制对于为电路供电和可靠地点火起爆元件所需要的幅度的信号。延时部分28可以以标准的CMOS(互补金属氧化物硅)电路芯片来实现。
优选地,延时部分28由触发部分18的电压稳压器26通过输入端42f以被称为VDD(通常约5伏)(有时称为“VDD信号”)的电压电平供电。在输入端42f处接收到上电VDD信号后的预定延时以后,延时部分28在输出引脚42d处产生触发信号,它被输送到触发部分18的触发控制电路24,以便允许SCR 22激发SCB 16。优选地,延时部分28包括几个组成电路,包括用来测量延迟时间间隔的定时电路32。延时部分28的定时电路32包括振荡器34和计数器38。优选地,定时电路32是可编程的,以及计数器36包括脉动计数器38和程序库40,它可设定脉动计数器38的初始值。延时部分28优选地也包括运行控制电路46,它在接收PROGP信号后,阻止定时电路在瞬时功率损失后被重新初始化。延时部分28优选地以两种方式运行,编程模式,在这种模式下确定要被电路计数的延迟时间间隔,和延时模式,在这种模式下,它在被来自触发部分18的VDD电压电平供电后计数延迟时间间隔。延时部分28以其延时模式运行,除非其它的特定的正确电压的信号被提供给运行控制电路46以外,如下面所讨论的。
正如上面指出的,本发明的一个特性涉及运行控制电路46,它产生一些信号,用来控制上电复位、运行排序和雷管延时电路10的其它功能的控制。例如,正如将在下面进一步讨论的,运行控制电路46将假定,一旦定时电路32开始以延时模式计数,则在瞬时功率损失后就将不被初始化。因此,假定瞬时功率损失威胁到延迟时间间隔的精度,则运行控制电路46将阻止雷管点火,正如下面描述的。
通过参照图2A上运行控制电路46的示意性说明,可以了解运行控制电路46。在显示的实施例中,运行控制电路46包括控制上电复位(“POR”)电路46a,它响应于以VDD电压电平供电的延时部分28。POR电路46a也响应于由复位发生电路48(图1)所产生的过冲(overriding)RESET信号,复位发生电路48在延时部分28处于其编程模式时被用来编程定时器32,正如下面描述的。POR电路46a响应于VDD信号和通过产生RESET START信号而响应于过冲RESET信号,如下面讨论的,该RESET START信号在有限的时间内被输送到振荡器34和包括至少三个控制级46b、46c、和46d的控制库的每一级。优选地,每个控制级被做成具有单个数据输入端和两个输出端,即正常输出端和反相输出端。控制级46b被称为锁定控制级,控制级46c被称为计数器负载控制级,以及控制级46d被称为时钟使能控制级。由POR电路46a产生的RESET START信号通过设定每个控制级的正常输出端为不工作的或低的逻辑状态而清除每个控制级,并且它启动振荡器34,正如下面将讨论的。控制级46b、46c、和46d以行波传递方式被连接在一起,以便按照由振荡器34提供的时钟信号CLK2A把信号从一级传载到下一级。
运行控制电路46还包括锁定开关电路46e,它被做成来接收来自锁定控制级46b和来自非芯片上的源的输入信号、在输入端42c处的PROGP信号(图1)和V18信号。在触发部分18接收电启动信号和在编程期间使用的V18输入信号以后,在输入端42c处接收PROGP信号,正如下面描述的。锁定开关电路46e包括锁定单元(下面将进一步描述),它可能具有工作状态或非工作状态。锁定单元是非易失性的,这就是其状态即使在定时器电路10的任何部分掉电的情况下也将被保存,而它只是在由锁定开关电路46e接收特定的信号后才改变,如这里描述的。例如,锁定开关电路46e可包括非易失性,但可擦除的,电可编程只读存储器(EEPROM)单元。锁定开关电路46e被做成使得当延时部分28在编程以后由VDD信号第一次加电时,锁定单元将处在工作的状态,以及线路46g上的锁定信号的初始状态将是工作状态的。控制级46b的两个输出端被提供到锁定开关电路46e,如下面描述的,以及控制级46b的正常输出端被附加地提供到计数器负载级46c的输入端。
计数器负载控制级46c的正常输出端不单被连接到时钟使能控制级46d的输入端,也作为计数器负载RST信号被提供到定时器,如下面描述的。在接收到来自计数器负载控制级46c的工作输入信号后,时钟使能控制级46d在其正常输出端产生作为输入被提供到使能过冲电路46f的工作的输出信号,以及在其反相输出端产生非工作的输出信号RESET START Z。非工作的输出信号RESET START Z开启点火复位电路54(图1),由此允许在预定的延时时间间隔后把触发信号提供到触发部分18。使能过冲电路46f接收时钟使能控制级46d的输出,以及从将在下面描述的源,接收被称为HV的信号,它是在延时部分28被设置为编程模式时提供的。使能过冲电路46f在它接收来自级46d的工作信号时发送时钟使能信号CLKEN,除非它接收到工作的HV信号。因此,使能过冲电路46f被工作的HV信号禁止。
在延时模式下给延时部分28加电以后,线路46g上的锁定信号将处在工作状态,POR电路46a清除控制级46b、46c、和46d,即它们的正常输出端被禁止。一旦POR电路46a超时,和RESET START信号变成为非工作的,锁定控制级46b就通过产生按照线路46g上的锁定信号的逻辑状态的正常输出信号Q而对接收到时钟信号脉冲作出应答,即它“按时钟工作”。控制级46b的正常输出从非工作的到工作的这个改变擦除锁定单元,即把该单元置于非工作状态,但锁定开关电路46e将保持在线路46g上的工作的锁定信号,只要POR电路46a不产生随后的RESET START信号。在线路46j上的锁定控制级46b的工作的正常输出在下一个时钟脉冲时,将激活计数器负载控制级46c的输出。来自级46c的工作的输出提供RST信号和工作的输入给时钟使能控制级46d。通过工作的输入,下一个时钟脉冲将使得级46d在正常输出端提供工作的信号给使能过冲电路46f。然后,使能过冲电路46f产生工作的时钟使能信号CLKEN。输入到时钟使能控制级46d的工作的输入也使得级46d在其反相输出端提供工作的信号,即RESET START Z信号现在将是非工作的。只要被提供到锁定控制级46b的线路46g上的输入信号是工作的,以后的时钟脉冲CLK2A将不影响来自级46b的输出的状态。这样,可以看到,就继续产生工作的RST和CLKEN信号以及非工作的RESET START Z信号,直到另一个RESET START信号清除控制级为止,即直到重新启动POR电路46a为止。
RST信号和CLKEN信号可以是对于雷管延时电路的运行所必须的,正如将在下面描述的。由于这些信号是从行波传递-连接的级的输出得出的,所以,将会看到,除非当控制级46b、46c、和46d在RESET START信号下降后接收时钟脉冲CLK2A时,从锁定电路46e接收的、输入到锁定控制级46b的输入是处在工作的状态,否则将不产生这些信号。然而,锁定开关电路46e被做成使得在加电后它的在线路46g上产生工作的信号的能力取决于锁定单元的工作状态。如上所述,锁定控制级46b使得锁定开关电路46e擦除锁定单元。这样,即使接收到新的RESET START信号,和清除控制级46b、46c、和46d,仍将不产生RST和CLKEN信号,因为线路46g上的信号是不工作的。换句话说,控制电路46锁定定时器电路10的以后的运行,直到锁定单元被重新启动为止,如这里所描述的。
在正常延时模式下由运行控制电路46产生的RST信号被输送到定时器电路32和点火复位电路54(图1)。在正常延时模式下由运行控制电路46产生的工作的RESET START Z信号只响应于RESETSTART信号,例如在加电时,而被输送到复位电路54(图1)。工作的RESET START Z信号在其复位状态时保持复位电路54,以使得它不能使得点火输出电路44能够通过输出端42d提供触发信号给触发部分18。点火复位电路54被做成使得在接收非工作的RESET START Z信号和RST信号(它们是在RESET START信号下降后产生的,以及控制级46b、46c、和46d从信号CLK2A接收一系列时钟脉冲)后,它产生被称为CND的信号,该信号被输送到点火输出电路44,以便起动该电路。然后,在接收来自计数器38的定时器输出信号后,点火输出电路44(图1)将在管脚42d处发出触发信号。
输入到锁定开关电路46e的信号V18和HV的输入被用来旁路运行控制电路46的锁定功能,如上所述,即允许运行控制电路46启动振荡器34,因此,可不用锁定以后的定时器功能,而使得定时器32能工作,用于编程目的,正如将在下面描述的。
图2B上显示了按照本发明的运行控制电路的具体实施的电路图。参照图2B,可以看到在正常模式期间,当设定电压电路30(图1)产生PROGP信号(约为12伏)以及POR电路46a发出RESET START信号时,锁定开关电路46e中的EEPROM单元I49的编程选通门保持低电平以及晶体管I51的漏极确定线路46g上信号的状态。假如当延时部分28被编程时,EEPROM单元I49先前被清除为高阻抗模式,则晶体管I51的漏极将是高电平,因此把线路46g上的工作锁定信号提供到锁定控制级46b。以后,当级46b的输出反转时,把晶体管I52的栅极驱动到低电平。然后包括正在保持EEPROM单元I49的选通门为低电平的晶体管I57的编程选通门被开启,并且使得EEPROM单元I49成为导通状态。如上面讨论的,在由于瞬时电源丢失产生RESETSTART后,这个条件提供“永久的”非工作状态到控制级46b。定时器32的将来的重新启动被禁止,因为晶体管I51的漏极将是低电平以及线路46g上的信号将是非工作的。如果由于例如由电容14与触发部分18之间的间断连接造成的瞬时电源丢失,在触发部分18中,以后的RESET START信号由POR电路46a产生,则EEPROM单元I49将不被清除以及控制级将保持锁定。
运行控制电路46所依赖的CKK2A信号的源可以是任何的传统的振荡器电路。然而,本发明提供图3A上概略显示的新颖的振荡器。广义地说,振荡器34是通过提供用于对充电电容放电的RC电路而运行的。电容载送的电荷由比较器监视,该比较器在电容电压降到低于基准电压REF时,即当电容变成为放电的电容时,产生一个信号。该信号被切换装置使用,该切换装置用充电的电容代替放电的电容,并把放电的电容连接到电源,电源使该电容充电到超过REF的电压。典型地,这样,振荡器包括两个电容,虽然在其它的实施例中可以采用两个以上的电容。
参照图3A上概略显示的实施例,振荡器34包括第一电容34a和第二电容34b。切换电路34c用来把一个电容连接到与节点34d相连接的非芯片上的电阻,电容是通过该电阻放电的。节点34d处的电阻被连接到SETR输入到42g处的芯片(图1)。切换电路34c也把另一个电容连接到充电电源。响应于在线路34i上接收的信号,切换电路34c实际上颠倒两个电容的位置。比较器34e把电容电荷,即在通过节点34d放电的电容上的电荷或相关的电荷,例如节点34d上的电荷,与基准电压进行比较。当电容电荷下降到低于基准电压时,比较器34e产生一个被输送到锁存器34f的信号。在接收到比较器信号后,锁存器34f在线路34g上产生一个被当作为振荡器输出信号的信号。锁存器34f的输出也可作为切换信号沿着切换信号线34i被提供给切换电路34c。这样,当电容34a和34b被交替地充电和放电时,锁存器34f将产生包括时钟信号的一系列脉冲。如图3所示,线路34g上的时钟信号被称为CLK2A,它是驱动运行控制电路46的行波运行的时钟信号。图3A也显示了接收来自锁存器34f的输出信号的时钟选通门34h,但它需要来自运行控制电路46的CLKEN信号,用来响应于由锁存器34f产生的时钟信号而产生CLK2信号。CLK2信号被用来使得脉动计数器加增量。总之,计数器和振荡器包括定时器,定时器的运行由运行控制电路46通过时钟选通门34h来控制。没有工作的CLKEN信号,即使锁存器34f正在产生用于延时部分28的任何其它地方的CLK2A信号,时钟选通门34h也将不产生CLK2信号。因此,定时器作为整体的运行,以及具体地,计数器响应于时钟脉冲的运行,都取决于工作的CLKEN信号的存在。
振荡器的频率是每个输出端Q,QZ藉以返回到给定的状态的频率,例如每个输出端Q藉以跳到高的或工作的状态的频率。本领域技术人员将会看到,节点34d处的电阻的电阻值将影响连接到其上的电容放电的时间常数,以及该电阻可被选择来产生想要的振荡频率。振荡器可以具有例如约50毫秒的周期或相应的频率。
图3B显示了按照本发明所使用的振荡器的具体实施例的电路图。这里,可以看到,第一电容34a和第二电容34b被嵌入在包括切换电路34c的晶体管集合中。切换电路34c把放电的电容有效地连接到电源,以便重新充电,而同时把充电的电容连接到在节点34d处的电阻,以便放电。也可以看到,锁存器34f的输出端包括两个输出端Q和QZ,以及输出端Q通过线路34iQ控制晶体管34j和34k,而输出端QZ通过线路34iQZ控制晶体管34m和34n。总之,线路34iQ和34iQZ包括图3A的切换信号线34i。
振荡器34(图3B)包括强迫启动电路,该强迫启动电路又包括充电控制电路34p,启动电路34r,和偏置电路34s,用来在加电时即使在为了测试或编程的目的而把大的电容加到节点34d处的电阻时也起动振荡器的工作。在加电时,充电控制电路34p接通晶体管34t和34u,因此开始电容34a,34b的充电过程,以及克服加电34d处任何的寄生电容。当RESET START信号成为工作的时,启动电路34r的输出使得触发器34q的输出信号下降到低电平,这样被提供给晶体管34t和34u的“接通”信号保持接通。充电继续进行,直到由INP处的比较器34e感知的电容电压超过2/3VDD为止。在这时,比较器34e切换到高的状态,使得被连接到充电控制电路34p的触发器34q的输出上升到高电平。作为响应,充电控制电路34p关断晶体管34t和34u。在INP处输入到比较器34e的电压然后开始下降,使得电容34a通过节点34d处的电阻放电。当INP下降到低于2/3VDD时,比较器切换到低的状态,使得锁存器34f反转。正常的振荡器功能然后如上所述地进行。
34图3C表示对于比较器34e的优选的电路结构,它实现高增益、两级、低电流消耗的、快速切换电路。偏置输入信号在M9、M8、M7、和M5处进行电流镜像处理。晶体管M1、M2、M3、和M4包括输入差分放大器的第一级,以及晶体管M13、M14、M15、和M16包括第二级。
图3D表示对于图3B的偏置电路34s的优选的电路结构。晶体管b5确保在接收RESET START信号后把四晶体管组b1、b2、b3、和b4上电。该四晶体管组通过利用在p型和n型晶体管之间的门限电压的差值对于CMOS制造上典型的电路变例提供稳定的电压源。电路34s中其余的晶体管设置比较器电路34e的偏置,以及限制由启动电路34r提取的电流。
来自振荡器34(图3A)的时钟信号可被提供给任何的传统的脉动计数器,它们可被编程来在计数到特定数目的时钟脉冲后产生定时器输出信号。然而,本发明的一个方面涉及可在雷管电路中使用的新颖的可编程计数器36(图1)。可编程计数器36包括脉动计数器38,该计数器38包括多个以行波传递方式安排的计数器级(例如D-型锁存器)。每个计数器级38a,38b等(图4A)能够具有“设定”状态和“清除”状态中的任一个状态,以及包括可藉以初始化计数器级的状态的输入端。每个计数器级包括至少一个输出端,用于提供表示该计数器级的状态的信号。典型地,输出端被称为Q,以及每个计数器级也提供反相输出端,例如,QZ。可编程计数器36也包括编程库,它包括多个设定电路40a,40a’等,以及多个清除电路40b,40b’等,每个计数器级有一个设定电路和一个清除电路与它有关。设定电路40a,40a’等的输出端和清除电路40b,40b’的输出端被连接到相关的计数器级的适当的输入端,以及设定电路、清除电路、与计数器级被做成使得来自设定电路的工作的信号将把计数器级置于设定状态,以及来自清除电路的工作的信号将把计数器级放置在清除状态。计数器级被做成当清除信号和设定信号同时被接收时,较长的持续时间的信号将确定计数器级的状态。脉动计数器38具有反相电路,它把由PROG电路52(图1)发出的PROG信号的极性倒置,以便产生VEN信号。
第一计数器级38a(图4A)接收来自振荡器的时钟脉冲,以及可接收以上参照图2A描述的选通的时钟信号CLK2。设定电路具有对于被称为VPP、VEN(来自PROG电路52)和RST的信号的输入端;清除电路具有对于RST信号和来自复位发生电路48(图1)的RESET信号的输入端。
每个复位电路可确保两个状态中的任一个状态,在这两个状态下复位电路分别产生一组长的持续时间或短的持续时间的信号。复位电路的状态可由在适当的输入端P处提供的信号确定。在优选实施例中,来自相关计数器级的输出信号在复位电路的输入端P处提供编程信号,以便于进行下面所描述的特定的编程方法。
为了便于编程,延时部分28(图1)包括控制输入端42a、电源输入端42f(用于被称为VDD的电源信号,典型地约为5伏)、复位发生电路48、和编程输入端42b(有时称为V18),后者是多功能输入端,如将在下面解释的。
用于编程图4A上概略显示的计数器的过程为如下。首先,从外部编程装置在输入端42b和42f处提供约为5伏的上电信号。从外部装置通过输入端42a提供逻辑高电平或工作的CONTROL信号给复位发生电路48。复位发生电路48产生RESET信号,它被提供给运行控制电路46(图1)的POR电路46a(图2A),用来过冲内部的POR功能和复位整个延时部分28。当CONTROL信号下降到低电平时,POR电路(图2A)产生RESET START信号,它复位运行控制级和启动振荡器电路34。振荡器34开始振荡和驱动运行控制电路46的控制级。当电路46f产生CLKEN信号时,时钟脉冲被释放给脉动计数器38,它开始加增量。振荡器34和计数器36允许在想要的时间间隔内振荡,在这段时间间隔在输入端42b处的信号上升到VDD以上至少1伏,即VDD+1。优选地,在输入端42b处的信号开始比VDD低0.5伏(即VDD-0.5),以及在想要的时间间隔消逝后,它上升到比VDD大2伏(VDD+2)。
如图1所示,输入端42b被连接到V/H电路50,它缓冲和区分来自输入端42b的各种不同信号,以及产生适当的输出信号。当把在42b处的信号提高到在想要的延时结束时超过VDD1伏以上时,V/H电路产生HV信号,它被输送到运行控制电路46的电路46f(图2A)。电路46f通过禁止CLKEN信号来应答,这样通过阻止振荡器不进一步经过选通门34h(图3A)给计数器加增量,而停止定时器。无论何时在输入端42b处的信号超过6伏时,V/H电路50也产生编程信号VPP。(VPP信号的作用将在下面进一步讨论。)因此,在输入端42b上引入的至少0.5VDD的信号将导致产生PROG信号。输入端42b处超过VDD+1的信号将导致产生HV信号,它停止计数器,以及在输入端42b处超过6伏的信号将导致产生VPP信号。在编程期间,在输入端42a处的信号将达到约14伏,以及锁定切换电路46e(图2A)被做成使得这样的信号复位其上的锁定比特。
从上述的V/H电路50的功能看来,在输入端42a处的0.5VDD和VDD+1之间的启动信号连同在输入端42a处的控制信号的提供(二者被连接到复位发生电路48)产生RESET信号,它清除脉动计数器38以及保持POR电路(图2A)为复位状态。当控制信号下降到低电平时,振荡器34(图1)启动,以及计数器级加增量。在想要的时间间隔过去以后,输入端42a处的信号上升到大于VDD+1,使得V/H电路50产生HV信号,它如上所述地停止计数器。输入端42b处的信号然后增加到至少6伏的电平,它使得V/H电路50产生VPP信号,这允许复位电路的状态能够由设定状态编程输入端处的信号的状态来确定。高电平的V18信号也复位运行控制电路46中的锁定比特,以便允许以后的定时器功能。这样,通过启动和结束CONTROL信号以及适当地调整输入端42b处的信号,在正常运行时发生的上电序列和时钟运行(即,作为造成42c处的PROG信号的在输入端18a处的输入信号的结果)可与由外部编程装置进行的想要的延时的测量同步,以便用想要的延时正确地编程定时器电路。
在所显示的优选实施例中,设定电路接收来自相关的计数器级的输出信号,这样在计数器停止时,即在想要的时间间隔结束时,每个计数器级的状态由相关设定电路的状态反映。优选地,每个设定电路包括非易失性电路单元,例如由输入到设定电路的输入信号编程的EEPROM单元。因此,一旦设定电路的状态被编程,就可从定时器电路提取出功率,以及在想要的延时结束时计数器的配置将被保持。
在运行时,一旦定时器响应于RESET信号被复位,计数器级的初始状态就必须从相关的设定电路被装载。这是在由图2A和2B显示的运行控制电路产生RST信号时完成的。RST信号允许与每个计数器级有关的设定电路和清除电路能够输送信号给计数器级。
设定电路和清除电路被做成使得在RST信号脉冲下降到低电平以后它们同时地但在不同的时间间隔内产生它们的给相关计数器级的信号。一般地,设定电路被做成使得当它们未编程时,设定电路的时间常数是清除电路的时间常数的一半左右。因此,清除信号将具有比未编程的设定电路的设定信号更长的持续时间,和将超过该设定信号,以及将清除计数器级。另一方面,设定电路被做成使得如果非易失性编程装置,例如EEPROM单元被编程,则设定电路的时间常数扩展成超过清除电路的时间常数,这样在RST信号消失以后,设定信号将超过清除信号,以及计数器级将通过编程设定电路而被设定或“装载”。
在图4B上可看到按照本发明的用于计数器的设定电路和清除电路的具体实施例的附加细节,图上显示了带有其相关的设定电路40a”和相关的清除电路40b”的计数器级38’。在设定电路40a”中,Q2表示非易失性EEPROM单元。
一旦完成编程时,在输入端42c和42f处随后分别接收的信号PROGP和VDD将使得POR电路46a产生RESET START信号用于延时部分28的各个不同的电路部件,以及它使得振荡器34开始工作。当来自振荡器34的PROG信号和启动脉冲被运行控制电路46接收时,运行控制电路46产生RST信号、CLKEN信号、和RESET START Z信号,它们使得延时部分28的其它电路能够起作用。同时,运行控制电路46的锁定部分,即锁定切换电路46e,被设定来阻止运行控制序列随后的运行。因此,在定时器运行开始后瞬时电源丢失的情况下,加到输入端42f的电源的恢复将不导致重新装载计数器,或重新启动定时器,因为在下电前设置的运行控制电路46的非易失性锁定单元将阻止运行控制电路46不能使得这些功能起作用。具体地,锁定交换电路46e将不管加到延时部分28的电源的丢失和重新安置,继续产生非工作的输出信号,由锁定控制级46b接收的非工作的信号就阻止工作的RST和CLKEN信号的产生。这样,本发明的延时电路确保,如果在延迟时间间隔期间出现瞬时电源丢失,则将不起爆雷管。
在按照本发明的可编程电子定时器电路的另一个实施例中,设定电路的非易失性编程装置可包括可熔的链路,以代替EEPROM单元。图4C上显示了对于这样的设定电路的电路图。设定电路140a”具有用于与图4B的设定电路40a”相同的信号的输入端,即VEN,VPP,RST,数据(Q),以及产生相同的输出信号,SDN(set)。设定电路140a”的编程和从这个电路装载到相关的计数器级,通常以与用于包括EEPROM单元的设定电路相同的方式来完成。然而,编程过程导致可熔的链路142不工作,或使得它断开。具体地,当在编程过程期间在数据输入端处接收来自相应的计数器级的工作的信号时,可熔的链路142保持非工作的。随后地,当程序库的设定内容被装载到计数器中时,非工作的可熔的链路有效地短路设定电路140a”的输出信号。因此,来自清除电路的清除信号持续来自设定电路的设定信号,以及清除相应的计数器级。反之,当在编程过程期间在数据输入端处接收非工作的信号或“零”时,可熔的链路142被打开。当相关的计数器级以后被装载时,设定电路140a”能够产生设定信号(SDN),它持续来自相关的清除电路的清除信号,然后计数器级将被设定。
典型地,为了断开可熔的链路比起设定EEPROM单元需要更多的电流。因此,设定电路140a”具有与图4B的设定电路40a”多少不同的结构。例如,设定电路140a”的电路单元I12和I14大于电路40a”的相应的单元,诸如Q1和Q4,这样它们可在与CMOS一致的电压时传送足够的电流来断开可熔的链路。
另一个编程方法将是通过在想要的时间间隔内使用激光而不是运行计数器,以及通过使用来自计数器级的输出信号控制熔丝断开电流,而修整(即打开)适当的可熔的链路。在这个可选择性方法中,在振荡器频率的精度上比起先前描述的编程方法放置更多的可靠性。在先前描述的方法中,允许电路相对于外部已知时钟测量的时间间隔内运行,以及当想要的时间间隔到达时,停止计数器以及按照计数器级的输出信号编程程序库。这样,即使振荡器频率(所以是程序计数)一个芯片一个芯片地变化,所有的定时器将测量由外部时钟计数的时间间隔。然而,修整方法对于振荡器频率的变化是不敏感的,以及如果提前获知振荡器频率,则它只能确定已知的延时。所以,修整方法在振荡器制造时需要较大的精度。
在图1的实施例中,虽然延时部分28结合触发部分18一起被使用来控制SCB的点火,以便起爆雷管,但由延时部分28产生的触发信号可被用来控制任何的必须在从接收到提供给延时部分28的启动信号后的预定的时间间隔内运行的器件。
同样地,可编程定时器电路32可被用于除雷管以外任何需要电子可编程的和非易失性定时器的器件。同样地,被有利地作为定时器的一部分利用的振荡器34可被用作为任何需要时钟脉冲的其它器件的一部分。
按照本发明的电子延时电路可被引入到图5上总的显示的换能器电路组件中,以便方便地引入到雷管中。换能器电路组件155包括电子模块154,它包括图1的延时电路10,具有附属在其上的起爆元件146(例如,SCB)。图5显示了延时电路10的各个不同的部件,包括带有相关的电阻134d(附着在节点34d上,图3A)的延时部分28,触发部分18,贮存电容14,可任选的泄漏电阻116(在不包括上述的锁定特性的实施例中,对于缓慢放电电容14,在电容14充电后雷管应当不能点火)以及输出引线137,它提供一个用于对贮存电容14放电的输出端。这些各个不同的部件被安装在引线框的栅格状的部分或轨道141上,以及除了输出引线(或输出“端子”)137以外,其余都放置在密封封装115内。换能器电路组件155包括起爆元件146,它包括半导体桥16(它跨过输出引线137连接),在起爆外壳146中的起爆装药146a,该起爆装药优选地包括细粒子的爆炸性材料,诸如BNCP(四氨基-顺式-双(5-硝基-2H-四氮杂茂-N2)过氯酸钴(III)),DXN-1,DDNP,叠氮化铅或收敛酸铅,该起爆外壳146b被卷曲在密封封装115的颈部区域144上,以及它装载起爆装药146a形成与半导体桥16的能量转移关系。起爆装药146a优选地是被压入起爆外壳146b中,达到低于其理论的最大密度(TMD)的80%的密度。例如,起爆元件可以以约1000psi的压力被压入到外壳146b中。优选地,SCB 16这样地紧固到输出引线137上,以允许SCB16伸进到起爆装药146a中,并被起爆装药包围。替换地,这样的材料可以以稀浆或小球混合的形式制成,它可被加到SCB上。输出的起爆元件146可包括雷管输出装置的一部分,以及例如,它可被使用来起爆其中放置了换能器电路组件155的雷管的基本装药或“输出的”装药,正如下面描述的。
密封封装115优选地只沿着纵向延伸的隆起的脊背或鳍片(在图5上看不到)啮合套筒121,这样,它在鳍片之间在密封封装115附近的周围区域确定了在密封封装115与套筒121之间的缝隙148。(替换地,密封封装115可包括振动吸收材料,它可任选地造成与套筒121的充分接触。)密封封装115可任选地规定了使得测试引线152可以接入的扇形凹口150,它优选地允许引线保持在密封封装115的表面图形内,即引线优选地不延伸到缝隙148中。如果省略扇形凹口150,则宁可不把测试引线延伸到缝隙148中接触包围的密封封装。因此,在把包含各种电路元件,输出起爆元件146和密封封装的电子模块放置到套筒121内以前,引线,例如引线152,可被接入来测试组装的电路。然后,电子模块154可被插入到套筒121,以及引线152将不接触套筒121。
电子模块154被设计成使得输出引线137和贮存电容14藉以充电的起爆输入引线156从电子模块154的各个相反端伸出。换能器模块158包括压电换能器12和被包装在换能器密封封装164内的两个转移引线162。换能器密封封装164的尺寸和结构被做成衔接套筒121,以使得换能器模块158可用与输入引线156接触的引线162而固定在套筒121的末端。优选地,密封封装115,套筒121和换能器密封封装164的尺寸和结构被做成使得当如图5所示地组装时,在密封封装115与换能器密封封装164之间确定了空气缝隙,以166表示。这样,电子模块154至少部分地屏蔽掉雷管冲击波,雷管冲击波会使得压电换能器12产生起爆电子模块154的电脉冲。由这样的雷管冲击波施加的压力通过换能器模块158被转移到套筒121上,如力箭头168所示,而不是转移到电子模块154上。各个电路包装和元件被直接安装在引线框架的金属轨道上,或替换地,被安装在装有芯片的电路板类型装置中的聚合物材料或陶瓷基片上。
现在参照图6A,图上显示了延时雷管200的一个实施例,包括按照本发明的电子模块。延时雷管200包括机壳212,它具有开放端212a和闭合端212b。机壳由导电材料(通常是铝)制成,优选地具有传统的起爆筒,即雷管,的尺寸和形状。雷管200包括起爆信号发送装置,用于把电起爆信号传递到延时电路。如上所述,起爆信号发送装置可以只包括被连接到延时电路的输入端子的熔丝。然而,优选地,雷管被用作为非电气系统的一部分,起爆信号发送装置包括非电气信号传输线(例如,冲击管)和换能器,用于把非电的起爆信号变换成电信号,如这里所描述的。在所显示的实施例中,延时雷管200被耦合到非电的起爆信号装置,在所显示的情况下,它包括冲击管210,传爆装药220,和换能器模块158。将会看到,除了冲击管以外,可以使用非电气信号传输线,例如雷管线,低能量雷管索,低速度冲击管等。正如本领域技术人员熟知的,冲击管包括空洞塑料管,它的内壁涂敷以爆炸性材料,这样,在引燃后,低能量冲击波通过管子传播,例如,见1986年8月26日授予的Thureson等的美国专利4,607,573。冲击管210通过包围管子210的配接衬套214被固定在机壳212中。机壳212在折弯216,216a处被卷曲在衬套214上,以便把冲击管210紧固在机壳212中,以及形成在机壳212与冲击管210的外表面之间的环境保护性密封。冲击管210的段210a在机壳212内延伸,并在与抗静电隔离帽218紧密接近(或相邻接触)的端点210b处结束。
隔离帽218具有在机壳212内的摩擦配合,它由半导体材料制成,例如填充碳的聚合物材料,这样它形成从冲击管210到机壳212的导电的接地路径,以便消除任何可能沿着冲击管210行进的静电。这样的隔离帽在技术上是熟知的。例如参见1976年9月21日授权给G1adden的美国专利3,981,240。低能量传爆装药220被放置在抗静电隔离帽218附近。正如在图6B上最好地看到的,如技术上所熟知的,抗静电隔离帽218包括总的圆柱体(它通常是截断的锥体,其较大的直径朝向机壳212的开放端放置)它被薄的可折断的隔板218b划分成入口的空腔218a和出口的空腔218c。冲击管210的末端210b(图6A)被收在入口的空腔218a内(为了简洁起见,图6B上未示出冲击管210)。出口空腔218c在冲击管210的末端210b与传爆装药220之间提供空间或传输线支柱,冲击管210与传爆装药220被放置成相互的信号转移关系。在运行时,从冲击管210的末端210b发射的冲击波信号将打破隔板218,穿过由出口空腔218c提供的支柱,以及起爆传爆装药220。
传爆装药220包括小量的初级炸药224,例如叠氮化铅(或适合的二次爆炸性材料,例如BNCP),它被放置在传爆外壳232内,在其上放置了第一衬垫元件226(为了简洁起见,图6A上未示出)。第一衬垫元件226在结构上除了薄的中心膜片以外是环形的,它位于隔离帽218与炸药224之间,用来保护炸药224在制造期间不受到加在其上的压力。
隔离帽218,第一衬垫元件226,和传爆装药220可以方便地适合于传爆外壳232,如图6B所示。隔离帽218的外表面与传爆外壳232的内表面导电接触,它又与机壳212导电接触,以提供电流路径,用于冲击管210的任何的静电放电。一般地,传爆外壳232被插入到机壳212,机壳212被卷曲,以便把传爆外壳232保持在其中,以及保护机壳212中的包含物不受环境影响。
非导电的缓冲体228(为简明起见,图6上未示出)典型地是0.015英寸厚,位于传爆装药220与换能器模块158之间,用来把换能器模块158与传爆装药220电绝缘。换能器模块158包括压电换能器(图6A上未示出),以与传爆装药220外力-传导的关系来放置,所以可以把传爆装药220的输出力转换成电能脉冲。换能器158工作时连接到电子模块154,如图5所示。包括冲击管段210a,传爆装药220,和换能器模块158的起爆信号发送装置,用来以电形式把通过冲击管210接收的非电的起爆信号传递到延时电路10,如下面描述的。
用于由雷管200提供的起爆和输出炸药的密封封装,除了包括机壳212以外,包括用来包装电子模块154的可任选的末端开放的钢套筒121。电子模块154在其输出端包括输出起爆元件146(如图5所示),它包括用于雷管的输出装置的一部分。与电子模块154的起爆单元相邻的是类似于第一衬垫元件226的第二衬垫元件242。第二衬垫元件242把电子模块154的输出端与雷管输出装置的其余部分分开,它包括被压入机壳212的封闭端的212b的输出炸药244。输出炸药244包括对电子模块154的起爆单元敏感的二次炸药244b,它具有足够的冲击功率来起爆铸造传爆炸药,黄色炸药等。输出炸药244可任选地包括相对较小量的初级炸药244a,用来起爆二次炸药244b,但如果电子模块154的起爆装药具有足够的输出力量来起爆二次炸药244b,则初级炸药244a可被省略。二次炸药244b具有足够的冲击功率来打破机壳212,以及起爆被放置在信号传送上靠近雷管200的铸造传爆炸药,黄色炸药等。用于雷管的输出装置包括那些包含反应性材料(例如炸药)的部件,它是通过贮存装置到输出端的放电而被起爆的。这样,在图5,6A和6B所显示的实施例中,雷管输出装置包括起爆单元146,起爆装药146a和输出炸药244。
在使用时,在端子210b处发出行进通过冲击管210的非电起爆信号。通过起爆初级炸药224,该信号打破隔离帽218和第一衬垫元件226的隔板218b,激活传爆装药220。初级炸药224产生冲击波,它在换能器模块158中的压电产生器上强加一个输出力。压电产生器与传爆装药220之间具有力-传导关系,所以把输出力转换成脉冲能量形式的电输出信号,该信号被电子模块154接收。如上所述,电子模块154存储电能量脉冲,在一段预定的延时以后,释放或转换该能量到雷管输出装置。在所显示的实施例中,炸药被释放到起爆元件,它起爆输出炸药244。输出炸药244打破机壳212,并发出爆炸输出信号,该信号可被用来起爆其它的爆炸装置,正如技术上熟知的。
虽然已经结合本发明的具体实施例详细地描述了本发明,但将会看到,在阅读和了解上述内容后,对于本领域技术人员,将会出现多种对于所描述的实施例的替换例,因此打算把这样的替换例包括在附属权利要求的范围内。
Claims (10)
1.用于产生包括一系列时钟脉冲的时钟信号的振荡器电路,该电路包括:
(a)基准电压装置,用于产生基准电压;
(b)至少两个电容,每个电容具有相对于基准电压的充电状态和放电状态中的一个状态,在放电状态下的电容具有低于基准电压的电压,并被称为放电的电容,以及在充电状态下的电容具有超过基准电压的电压,并被称为充电的电容;
(c)充电装置,用于把放电的电容充电到充电的状态;
(d)放电装置,用于把充电的电容(它被称为充电的工作电容)放电到放电的状态;
(e)比较器,用于在每次充电工作电容变成为放电的电容时产生内部的信号;
(f)切换装置,用于实现切换功能,包括把放电的电容从放电装置有效地断开和把它连接到充电装置,和把充电的电容从充电装置有效地断开和把它连接到放电装置;以及
(g)锁存器,用于发出一个响应于内部信号的时钟脉冲。
2.权利要求1的振荡器电路,其特征在于,其中切换装置可以响应于锁存器,用于响应于由锁存器发出的时钟脉冲而实现切换功能。
3.用于在接收到电子起始信号后的编程的延时消逝以后发出定时器输出信号的可编程电子定时电路,定时电路包括:
(a)振荡器电路,用于响应于时钟使能信号发出包括一系列时钟脉冲的时钟信号;
(b)复位电路,用于产生上电RESET信号;以及
(c)可初始化的脉动计数器,用来计数时钟脉冲,以及当达到预定的计数值时产生定时器输出信号,脉动计数器包括多个顺序计数器级,每个级能够具有设定状态和清除状态中的一个状态,以及包括一个设定输入端,通过它可设定计数器级的状态,和一个清除输入端,通过它可清除计数器级的状态,每个计数器级还包括至少一个供表示计数器级状态的计数器级信号使用的输出端;
(d)程序库,包括与每个计数器级有关的设定电路和清除电路,每个设定电路响应于来自控制电路的计数器负载信号而提供一个设定的信号给相关的计数器级的设定输入端,以及每个清除电路响应于计数器负载信号和上电RESET信号中的一个信号而提供一个清除信号给计数器级的清除输入端,其中清除电路产生有限持续时间的信号,以及其中设定电路被做成提供具有两个不同的有限持续时间中的任一个持续时间的信号,其中的一个持续时间超过清除电路信号的持续时间,其中相关的计数器级可以同时从设定电路和清除电路接收信号,以及其中计数器级被做成使得较长的信号决定计数器级的初始状态;以及
(e)控制电路,它响应于上电RESET信号和电启动信号,用来发出计数器负载信号和时钟使能信号。
4.权利要求3的定时器电路,其特征在于,其中每个设定电路包括非易失性程序装置,它可被设定来使得设定电路提供其持续时间比清除电路信号长的信号。
5.权利要求4的定时器电路,其特征在于,其中每个设定电路包括编程输入端和数据输入端,其中当在程序使能输入端处接收编程信号时,非易失性程序装置的状态由数据信号的状态确定。
6.权利要求4或5的定时器电路,其特征在于,其中非易失性程序装置可包括EEPROM单元。
7.权利要求5的定时器电路,其特征在于,其中计数器级输出端被连接到相关的设定电路的程序输入端,由此每个计数器级可提供用于相关设定电路的数据信号。
8.由电源供电的锁定电子定时电路,用于在接收到电启动信号后的编程的延时消逝以后发出定时器输出信号,定时器电路包括:
(a)振荡器电路,响应于RESET信号,用于发出包括一系列基准时钟脉冲的至少一个基准时钟信号;
(b)脉动计数器,用来计数基准时钟脉冲,以及当达到预定的计数值时产生定时器输出信号;
(c)时钟选通门,当时钟选通门接收CLKEN信号时脉动计数器通过这个时钟选通门接收基准时钟脉冲;以及
(d)包括控制库的控制电路,它包括以行波传递方式连接的三个控制级,三个控制级包括锁定控制级、计数器负载控制级和时钟使能控制级,每个控制级能够具有设定状态和清除状态中的任一个状态,以及能够响应于RESET信号,该信号把每个控制状态初始化成清除状态,以及每个控制级具有一个输出端,它提供一个表示控制级状态的信号;
控制电路还包括选通控制电路,用于当时钟使能控制级产生设定信号时产生CLKEN信号,以及还包括可编程的、非易失性锁定开关电路,它能够具有设定状态和清除状态中的任一个状态,锁定开关电路响应于来自锁定控制级的输出信号而被驱动成设定状态,以及响应于至少一个编程信号而呈现为清除状态,其中锁定开关电路具有一个被连接到锁定控制级的逻辑输入端的输出端,锁定控制级被做成只在锁定开关电路接收启动信号时处在清除状态时才把信号传递到锁定控制级的逻辑输入端,这样,使得计数器负载控制级能够工作,以及此后使得时钟使能级能够工作,以及锁定控制级还提供信号给锁定开关电路,以便阻止锁定开关电路重新起动控制库,直到锁定开关电路被复位为止。
9.换能器电路组件包括:
换能器模块,用于把冲击波脉冲变换成电能脉冲;
被固定在换能器模块的电子模块,电子模块包括
(a)延时电路,包括(i)被连接到换能器模块的贮存装置,用于接收和存储来自换能器模块的电能;(ii)切换电路,把贮存装置连接到起爆元件,用于响应于来自定时器电路的信号,把存储在贮存装置中的能量释放到这样的起爆元件;以及(iii)延时部分,包括权利要求3或权利要求8的定时器电路,为了控制由切换电路进行的把存储在贮存装置中的能量释放到起爆元件,运行时连接到切换电路;以及
(b)起爆元件,为了接收来自贮存装置的能量和响应于此而产生输出的启动信号,运行时通过切换电路连接到贮存装置。
10.雷管包括:
具有闭合端和开放端的机壳,开放端的尺寸和结构被做成为了连接到启动信号发送装置;
在机壳中的启动信号发送装置,用于把电启动信号传递到延时电路的输入端;
电源,用于提供电源来启动输出启动装置;
机壳中的延时电路,包括(i)用于接收启动信号的输入端,(ii)切换电路,把贮存装置连接到输出端,用于响应于来自定时器电路的信号,把存储在贮存装置中的能量释放到雷管输出装置,以及(iii)权利要求3或权利要求8的定时器电路,为了控制由切换电路进行的把存储在贮存装置中的能量释放到雷管输出装置,运行时连接到切换电路;以及
雷管输出装置,被放置在与输出端有关的机壳中,用于在贮存装置放电后产生爆炸输出信号。
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