CN202083763U - 电子设备及其断路检测系统 - Google Patents

Abstract

一种电子设备及其断路检测系统，所述断路检测系统包括用于与待检测模块电连接通过所述待检测模块的分布电容产生特性阻抗虚接地测试所述分布电容的大小的测试单元、与所述测试单元相连将所述分布电容的大小反映为便于观测处理的电信号的采样单元。断路检测系统通过待检测模块利用分布电容虚接地方式获得合适的参考电位，电路没有实际构成回路的电路实体，避免了细长的测试线及接地回路引入的噪声和阻抗对断路检测系统造成影响，从而提高了断路检测系统的精确性。

Description

电子设备及其断路检测系统

【技术领域】

本实用新型涉及电路检测技术，特别是涉及一种电子设备及其断路检测系统与断路检测方法。

【背景技术】

目前，电路中是否存在断路的检测系统分交流和直流两大类。

如图1所示，对于交流电路，根据电路的等效原理，待检测模块可用一个等效电阻串联一个等效电容来模拟。为了检测待检测模块的情况，设置一个交流信号源(AC)及一个检测模块。交流信号源的一端接地，另一端与待检测模块的一端相连，待检测模块的另一端连接检测模块的一端，检测模块的另一端接地。整个系统构成一个完整的实体的回路。交流信号源发出的交流信号通过待检测模块回到检测模块，检测模块通过读取交流信号的频率或峰值判断电路中是否存在断路。

如图2所示，对于直流电路，根据电路的等效原理，待检测模块可用一个等效电阻来模拟。为了检测待检测模块的情况，设置一个直流信号源(DC)及一个检测模块。直流信号源的一端接地，另一端与待检测模块相连，待检测模块的另一端连接检测模块的一端，检测模块的另一端接地。整个系统构成一个完整的实体的回路。断路检测系统发出的直流信号通过待检测模块回到断路检测系统，断路检测系统通过读取直流信号的电流或电压值判断电路中是否存在断路。

上述的两类测试系统都构成了一个实体的电路回路，细长的测试线及接地回路都会对断路检测系统造成影响，造成误判。对于交流电路，细长的测试线及接地回路将形成很大的线阻Z(line)，根据V(noise)＝I(noise)*Z(line)，微弱的干扰信号I(noise)通过大的线阻Z(line)放大，将会形成一个大的干扰信号V(noise)，造成断路检测系统误判。为了解决上述问题，现今采用的方法是在电路中增加一个滤波模块，但滤波模块只能滤掉特定的频率，有时当滤波模块滤除信号中不需要的频率时，会一并滤除所需的频率，而造成信号的损失。同时，如果电路回路中存在低值电容时，需提高交流信号的频率到高频。但在高频的情况下，电路中存在的分布电容和回路阻抗都会导致交流信号的电位下降，需外加补偿电路对交流信号进行补偿。对于直流电路，细长的接地回路除了会引入噪声外，也会降低电压。因此，在上述系统中，需提高电压及采样的分辨率才能保证准确性。而本实用新型能解决上述的问题。

【实用新型内容】

基于此，有必要提供一种防止测试线及接地回路引入噪声和阻抗的断路检测系统。

一种断路检测系统，所述断路检测系统包括用于与待检测模块电连接通过所述待检测模块的分布电容产生特性阻抗虚接地测试所述分布电容的大小的测试单元、与所述测试单元相连将所述分布电容的大小反映为电信号的采样单元。

在优选的实施方式中，所述断路检测系统获得的所述电信号表示所述待检测模块未断路时的分布电容大于所述待检测模块断路时的分布电容。

在优选的实施方式中，所述断路检测系统还包括与所述待检测模块、测试单元、采样单元分别相连，将所述分布电容充放电效应放大的电容效益倍增单元。

在优选的实施方式中，所述电容效益倍增单元为双极型功率管、三极管或达林顿管。

在优选的实施方式中，所述采样单元为采样电阻。

在优选的实施方式中，所述断路检测系统还包括与所述采样单元相连，将所述电信号进一步处理成便于机器识别的识别信号的信号处理单元。

在优选的实施方式中，所述信号处理单元包括反相器、与所述反相器相连的比较器、与所述比较器相连的与门电路。

在优选的实施方式中，所述断路检测系统还包括电容效益倍增单元、信号处理单元，所述采样单元为采样电阻，所述信号处理单元包括反相器、比较器、与门电路，所述测试单元一端与用于供电的电源相连，所述测试单元的另一端连接到所述电容效益倍增单元的第一输入端，所述电容效益倍增单元的第二输入端用于与待检测模块连接，所述电容效益倍增单元的输出端与所述采样电阻的一端相连，所述采样电阻的另一端用于接地，所述反相器的输入端与所述电容效益倍增单元和采样电阻的公共端相连，所述反相器的输出端与所述比较器的负端相连，所述比较器的正端用于输入参考电平，所述比较器的输出端与所述与门电路的第一输入端相连，所述与门电路的第二输入端用于输入周期性脉冲，所述与门电路的输出端用于输出与所述分布电容的大小相应数目的脉冲。

另外，还有必要提供一种防止测试线及接地回路引入噪声和阻抗的电子设备。

一种电子设备，包括待检测模块及断路检测系统，所述断路检测系统与所述待检测模块连接并通过分布电容产生特性阻抗虚接地获得电信号，并根据该电信号确定待检测模块是否内部断路或者没有与断路检测系统电连接。

在优选的实施方式中，断路检测系统获得的电信号表示待检测模块未断路时的分布电容大于待检测模块内部断路或者没有与断路检测系统电连接时的分布电容。

上述电子设备、断路检测系统通过待检测模块利用分布电容虚接地方式获得合适的参考电位，电路没有实际构成回路的电路实体，避免了细长的测试线及接地回路引入的噪声和阻抗对断路检测系统造成影响，从而提高了断路检测系统的精确性。

【附图说明】

图1为传统的交流断路检测系统功能框图；

图2为传统的直流断路检测系统功能框图；

图3为实施例一的断路检测系统功能框图；

图4为实施例二的断路检测系统功能框图；

图5为实施例三的断路检测系统功能框图；

图6为实施例三的断路检测系统电路框图；

图7为图6的断路检测系统工作时序图；

图8为实施例一的断路检测方法流程图；

图9为实施例二的断路检测方法流程图。

【具体实施方式】

以下结合具体的实施例和附图进行说明。

如图3所示，其为实施例一的断路检测系统功能框图。

断路检测系统110一端接地，另一端与待检测模块120相连。断路检测系统110为具有检测断路是否存在功能的电路或设备。

待检测模块120为需要检测是否存在断路情况的电路或设备。在正常的电路中，待检测模块120的一端与断路检测系统110连接，另一端通过分布电容130产生特性阻抗虚接地。分布电容130是指在存在与电路导体之间、元件之间、或导体与地之间的电容，并不是实体的电容元件。为了便于描述，在图中虚构一个分布电容130来表示存在于待检测模块120的所有分布电容。

由物理定律可知，分布电容的大小与导体的长度成正比。当待检测模块120不存在断路情况时，分布电容130大于待检测模块120存在断路情况时的分布电容130，故只需要知道分布电容的大小区别，即可通过人的经验判断或机器识别判断断路是否存在。也就是说，断路检测系统110获得的电信号表示待检测模块120未断路时的分布电容大于待检测模块120断路时的分布电容。

在工作频率下，系统的分布电容130产生特性阻抗虚接地，即实际并没有接地，但与地的电位差为零。断路检测系统110、待检测模块120有合适的参考电位，系统开始工作，断路检测系统110对待检测模块120进行检测，获得用于判断待检测模块120是否存在断路的电信号，判断待检测模块120是否存在断路的情况。

在一实施例中，图3所示的系统更加具体的系统如图4所示，由于分布电容并不存在实体，它一般指线与线之间、板的上下层之间形成的电容，为了便于描述，图4中虚构一个分布电容230代表系统的分布电容进行描述。

由物理定律可知，分布电容的大小与导体的长度成正比，当待检测模块220不存在断路情况时，系统的分布电容大于待检测模块220存在断路情况时的分布电容，故只需要知道分布电容的大小区别，即可通过人的经验判断或机器识别判断断路是否存在。也就是说，断路检测系统210获得的电信号表示待检测模块220未断路时的分布电容大于待检测模块220断路时的分布电容。断路检测系统210一端接地，另一端与待检测模块220相连。

断路检测系统210为具有检测断路是否存在功能的电路或设备。断路检测系统210包括与待检测模块220电连接的测试单元212、与测试单元212相连的采样单元214、与采样单元214相连的信号处理单元216。

测试单元212测试系统的分布电容230的大小。测试单元212通过向分布电容230充电或与分布电容230形成谐振电路得到分布电容230的大小。在相同的情况下，不同的分布电容充放电的时间常数不一样。

采样单元214反映测试单元212对分布电容230的测试情况。采样单元214可以是一个采样电阻，也可以是其他具有采样功能的电路。在测试单元212的激励或组成谐振下，分布电容230的大小在采样单元214上反映为便于人观测或机器处理的电信号。待检测模块220存在断路时的充电时间小于待检测模块220不存在断路时的充电时间，通过人的经验判断或机器识别即可判断断路是否存在。同样地，也可以在测试单元212向分布电容230充电后，分布电容230通过采样单元214进行放电，放电的情况反映在采样单元214上，形成便于观测处理的电压信号，待检测模块220存在断路时的放电时间小于待检测模块220不存在断路时的放电时间，通过人的经验判断或机器识别即可判断断路是否存在。不同的分布电容与相同的电阻、电感组成的谐振电路的谐振频率不同，因此，可通过测试单元212与分布电容230形成谐振电路，采样单元214采样得到谐振信号，通过人的经验判断或机器识别即可判断断路是否存在。

为了使系统更加自动化，还可以在采样单元214后加上将电信号进一步处理成便于机器识别的识别信号的信号处理单元216。信号处理单元216将从采样单元214得到的电信号通过与、或、非、比较等运算，或与其他信号结合得到便于机器识别的识别信号。得到识别信号后，可将识别信号送入处理器，如计算机、DSP(数字信号处理器)、ARM(Advanced RISC Machines)等等进行计算或显示。

在工作频率下，系统的分布电容230产生特性阻抗虚接地，即与地的电位差为零，但实际与地并没有连接。断路检测系统210、待检测模块220有合适的参考电位，系统开始工作，断路检测系统210对待检测模块220进行检测，测试单元212向分布电容230充电或与分布电容230形成谐振。由于不存在断路时系统的分布电容大于存在断路时系统的分布电容。在测试单元的激励或组成谐振下，采样单元214上反映的电信号呈现差异，通过人的经验或机器识别即可判断断路是否存在。为了使系统更加自动化，还可以在采样单元214后加上信号处理单元216。信号处理单元216通过与、或、非、比较等运算，或与其他信号结合，将电信号进一步处理成便于机器识别的识别信号。得到识别信号后，可将识别信号送入处理器进行计算或显示。

在另一实施例中，图3所示的系统更加具体的系统如图5、图6所示，断路检测系统310一端接地，另一端与待检测模块320相连。由于分布电容并不存在实体，它一般指线与线之间、板的上下层之间形成的电容，为了便于描述，图5中虚构一个分布电容330代表系统的分布电容进行描述。且断路检测系统310对待检测模块320的检测只与分布电容有关，为了使描述更加清楚明确，图6中省略了待检测模块。系统的其他部分的分布电容与待检测系统的分布电容为串联关系，故可用一个等效电容表示，而分布电容本身也有一定的电阻，故最终采用一个等效电容串联一个等效电阻等效替代分布电容330。

断路检测系统310为具有检测断路是否存在功能的电路或设备。断路检测系统310包括测试单元312、与测试单元312及分布电容330相连的电容效益倍增单元313，与电容效益倍增单元313相连的采样单元314、与采样单元314相连的信号处理单元316。

测试单元312用于产生暂态短脉波。测试单元312一端接入到供电电源VCC中，另一端连接到电容效益倍增单元313的第一输入端。测试单元312通过电容效益倍增单元313与分布电容330电连接，因此，测试单元312可通过电容效益倍增单元313对分布电容330进行充电。

电容效益倍增单元313用于将分布电容330充放电效应放大，它可以是一个双极型功率管、三极管、达林顿管，或其他具有将分布电容330充放电效应放大的电路。电容效益倍增单元313的第一输入端与测试单元312相连，第二输入端与分布电容330相连，输出端同时与采样单元314、信号处理单元316相连。下面以三极管为例进行说明。电容效益倍增单元313的第一输入端为发射极，第二输入端为基极，输出端为集电极。测试单元312产生的暂态短脉波通过发射极-基极向分布电容330进行充电，三极管基极与发射极之间在分布电容330未达到特定电位前呈正向偏置。由于三极管工作在线性区，具有放大效应，分布电容330的充放电效应被放大。放电电流通过采样单元314后形成电压信号。

采样单元314用来反映分布电容330的状态，其可以为一个采样电阻，或多个电阻的串并联，也可以是具有采样功能其他电路。采样电路的一端同时与电容效益倍增单元313、信号处理单元316相连，另一端接地。分布电容330通过采样单元314由电容效益倍增单元313向接地端进行放电。放电电流通过采样单元314后形成电压信号，送入信号处理单元316。

信号处理单元316包括反相器3162、与反相器3162相连的比较器3164、与比较器3164相连的与门电路3166。

反相器3162的输入端同时与电容效益倍增单元313、采样单元314相连；反相器3162的输出端与比较器3164的负端相连。反相器3162将采样单元314形成的电压信号反相。同时，反相器3162具有很高的输入阻抗，可实现隔离作用。

比较器3164正端接收参考电平，负端与反相器3162的输出端相连。当比较器3164的正端电压大于比较器3164的负端电压时，也就是参考电平高于反相器3162的输出电平时，比较器3164输出端输出高电平，反之则输出低电平。

与门电路3166的第一输入端与比较器3164相连，第二输入端接收周期性脉冲。由于与门电路3166是与逻辑，只有当与门电路3166的第一输入端和第二输入同时为高电平时，与门电路3166的输出端方为高电平。也就是，当与门电路3166的第一输入端为高电平时，输出端输出周期性脉冲信号；当与门电路3166的第一输入端为低电平时，输出端输出低电平，即不输出信号。

下面结合时序图，如图7所示，对本实施例的工作过程进行描述。

在工作频率下，系统的分布电容330产生特性阻抗虚接地，即与地的电位差为零，但实际与地并没有连接。系统有了合适的参考电位，断路检测系统310开始进行检测。

测试单元312产生暂态短脉波410，暂态短脉波410为上升沿在前，下降沿在后的方波。暂态短脉波410为高电平时，打开反相器3162、比较器3164及与门电路3166，使它们处于工作状态。暂态短脉波410对分布电容330进行充电，由于分布电容330的等效电阻很小，充电过程瞬间完成。充电后，分布电容330通过电容效益倍增单元313将放电电流放大，放大后的放电电流在采样单元314上形成电压信号，电压信号通过反相器3162取反输出反相器输出信号420。反相器输出信号420输入到比较器3164负端，与输入比较器3164正端的参考电平402进行比较，当参考电平高于反相器输出信号420时，比较器3164输出高电平，反之，则输出低电平。比较器3164输出的信号与与门电路3166第二输入端输入的周期性脉冲进行与运算，比较器3164输出高电平时，与门电路3166输出周期性脉冲，即便于机器识别的识别信号，反之，不输出信号。

因为待检测模块没断路时的分布电容比待检测模块存在断路时的分布电容大，为了方便描述，下面将没断路时的分布电容称为大电容，存在断路时的分布电容称为小电容。由于电容的放电特性，反相器输出信号420缓慢上升，而且大电容的信号线422上升过程比小电容的信号线424上升过程更为缓慢，比较器3164输出端输出的大电容比较器输出信号430要比小电容比较器输出信号440占空比大。比较器3164输出端的信号输入到与门电路3166的第一输入端，与输入到与门电路3166第二输入端的周期性脉冲450进行与运算。由于比较器3164输出端输出的大电容比较器输出信号430要比小电容比较器输出信号440占空比大，与门电路3166输出端输出的大电容与门电路输出信号460的周期性脉冲的脉冲数要比小电容与门电路输出信号470的脉冲数多。将与门电路3166输出端输出的与分布电容的大小相应数目的脉冲送入处理器，如计算机或DSP(数字信号处理器)或ARM(Advanced RISC Machines)等等进行计算或显示，即可判断待检测模块是否存在断路的情况。

如图8所示，一种断路检测方法，包括以下步骤：

S810，通过待检测模块的分布电容产生特性阻抗虚接地获得电信号。在工作频率下，使系统的分布电容产生特性阻抗虚接地，即实际与大地并没有连接，但与大地的电位差为零。断路检测系统、待检测模块获得合适的参考电位，系统开始工作，断路检测系统对待检测模块进行检测，获得用于判断所述待检测模块是否存在断路的电信号。由于分布电容无法直接被观测到，通过对分布电容充放电产生易于观测的所述电信号。

S820，根据所述电信号判断所述待检测模块是否存在断路。获得电信号后，即可通过人的经验判断或机器识别判断断路是否存在。具体来说，电信号表示未断路时的分布电容大于断路时的分布电容。

在一实施例中，图8所示方法更加具体的流程图如图9所示。

S910，通过待检测模块的分布电容产生特性阻抗虚接地。在工作频率下，使系统的分布电容产生特性阻抗虚接地，即实际与大地并没有连接，但与大地的电位差为零。断路检测系统、待检测模块获得合适的参考电位，系统开始工作。

S920，测试所述分布电容的大小，产生表示所述待检测模块分布电容大小的电信号。因为待检测模块没断路时的分布电容比待检测模块存在断路时的分布电容大，故只需知道分布电容的大小即可判断待检测模块是否存在断路。分布电容的大小不可直接观测处理，因而需通过电路将分布电容的大小转化为便于观测处理的电信号。

S930，，将所述电信号进一步处理成便于机器识别的识别信号。为了使系统更加自动化，通过与、或、非、比较等运算，或与其他信号结合，将电信号进一步处理成便于机器识别的识别信号。

S940，根据识别信号判断所述待检测模块是否存在断路。得到识别信号后，可将识别信号送入处理器进行计算或显示，即可知道待检测模块是否存在断路。如之前所述，未断路时的分布电容大于断路时的分布电容。

上述断路检测系统和方法通过待检测模块利用分布电容虚接地方式获得合适的参考电位，电路没有实际构成回路的电路实体，避免了细长的测试线及接地回路引入的噪声和阻抗对断路检测系统造成影响，从而提高了断路检测系统的精确性。

上述断路检测系统和方法可以用于各种电子设备中，例如移动电话、笔记本电脑、掌上电脑等。如果上述断路检测系统被整合在电子设备中，待检测模块可以是电子设备的任何其他电路部分。上述断路检测系统与待检测模块连接并通过分布电容产生特性阻抗虚接地获得电信号，并根据该电信号确定待检测模块是否内部断路或者没有与断路检测系统电连接。断路检测系统获得的电信号表示待检测模块未断路时的分布电容大于待检测模块内部断路或者没有与断路检测系统电连接时的分布电容。以包含有触摸屏的移动电话为例，断路检测系统可以集成在一个芯片中，待检测模块可以是可弯曲的线缆或是玻璃基板上的导线。如果可弯曲的线缆或是玻璃基板上的导线内部断路或是没有电连接到该芯片，分布电容将小于正常状态的分布电容。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种断路检测系统，其特征在于，所述断路检测系统包括用于与待检测模块电连接通过所述待检测模块的分布电容产生特性阻抗虚接地测试所述分布电容的大小的测试单元、与所述测试单元相连将所述分布电容的大小反映为电信号的采样单元。

2.根据权利要求1所述的断路检测系统，其特征在于，所述断路检测系统获得的所述电信号表示所述待检测模块未断路时的分布电容大于所述待检测模块断路时的分布电容。

3.根据权利要求1所述的断路检测系统，其特征在于，所述断路检测系统还包括与所述待检测模块、测试单元、采样单元分别相连，将所述分布电容充放电效应放大的电容效益倍增单元。

4.根据权利要求3所述的断路检测系统，其特征在于，所述电容效益倍增单元为双极型功率管、三极管或达林顿管。

5.根据权利要求1所述的断路检测系统，其特征在于，所述采样单元为采样电阻。

6.根据权利要求1所述的断路检测系统，其特征在于，所述断路检测系统还包括与所述采样单元相连，将所述电信号进一步处理成便于机器识别的识别信号的信号处理单元。

7.根据权利要求6所述的断路检测系统，其特征在于，所述信号处理单元包括反相器、与所述反相器相连的比较器、与所述比较器相连的与门电路。

8.根据权利要求1所述的断路检测系统，其特征在于，所述断路检测系统还包括电容效益倍增单元、信号处理单元，所述采样单元为采样电阻，所述信号处理单元包括反相器、比较器、与门电路，所述测试单元一端与用于供电的电源相连，所述测试单元的另一端连接到所述电容效益倍增单元的第一输入端，所述电容效益倍增单元的第二输入端用于与待检测模块连接，所述电容效益倍增单元的输出端与所述采样电阻的一端相连，所述采样电阻的另一端用于接地，所述反相器的输入端与所述电容效益倍增单元和采样电阻的公共端相连，所述反相器的输出端与所述比较器的负端相连，所述比较器的正端用于输入参考电平，所述比较器的输出端与所述与门电路的第一输入端相连，所述与门电路的第二输入端用于输入周期性脉冲，所述与门电路的输出端用于输出与所述分布电容的大小相应数目的脉冲。

9.一种电子设备，包括待检测模块，其特征在于，还包括断路检测系统，所述断路检测系统与所述待检测模块连接并通过分布电容产生特性阻抗虚接地获得电信号，并根据该电信号确定待检测模块是否内部断路或者没有与断路检测系统电连接。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，断路检测系统获得的电信号表示待检测模块未断路时的分布电容大于待检测模块内部断路或者没有与断路检测系统电连接时的分布电容。

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