CN203909793U - 一种控制智能卡带电热拔插的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种控制智能卡带电热拔插的装置，其包括智能卡、屏端控制板，智能卡包括第一插入检测电路和发光模块，智能卡的外壳上设置有第一缝隙；屏端控制板包括第二插入检测电路、光路检测模块和电源控制模块，屏端控制板的外壳上设置有第二缝隙；第一插入检测电路连接第一连接器，第二插入检测电路连接第二连接器和电源控制模块；光路检测模块连接电源控制模块；在检测智能卡插入时延迟预设时间后打开智能卡的供电通路；在智能卡拔出时断开供电通路；其能自动实现在连接后给智能卡供电，在完全拔出之前断开供电，以保证拔插时不会出现静电冲击或瞬间高压导致过压损坏，确保了智能卡的使用安全和使用寿命。

Description

一种控制智能卡带电热拔插的装置

技术领域

本实用新型涉及智能卡与电视机的电气连接技术领域，特别涉及一种控制智能卡带电热拔插的装置。  

背景技术

随着智能电子设备产业的快速发展，智能手机、智能家电等智能设备逐渐提高了人们的生活水平。智能设备的升级换代的问题日渐突显，特别是智能电视机，其成本较高，用户在智能电视机没有损坏的情况下，不可能紧跟市场节奏更换智能电视机。特别是智能电视机这种产品价格较高的智能产品，用户更新的频率会更低。 

针对这种情况，目前提出一种模块化智能电视机，将智能系统与电视显示系统分离，只升级智能系统即可。采用这种方式用户只需支付很低廉的价格（用于升级或更新智能系统），就可以使已经过时的智能电视系统升级为市场最新的版本；其大大减少了升级成本，使智能电视机更具有市场竞争力。 

目前，但是在模块化智能电视产品的研发过程中发现，用户在使用过程中难免会对某些模块、如智能卡进行带电拔插。这种热拔插现象很容易造成模块的损坏。如图1所示，智能卡的第一连接器与屏端控制板的第二连接器插接，智能电视机内的AC/DC转换器将市电转换为直流电后，通过直流电缆线传输到第二连接器的供电引脚。基于第一连接器与第二连接器对应引脚相互连接，第一连接器的供电引脚将直流电输出给智能卡的电源模块，转换为工作电压给TV-SOC(television-System on a Chip , 电视系统级芯片) 供电 TV-SOC工作后输出相关视频信号依次通过第一连接器、第二连接器传输给屏端控制板的CPU处理，以实现视频播放。 

由于智能卡插入时第二连接器的供电引脚上已有直流电，而第一连接器的供电引脚上没有电荷。这样直接插入就会导致第一连接器的供电引脚产生瞬间高压。智能卡拔出时，第一连接器的供电引脚上的电压突变。供电引脚上电压的瞬时变化可能造成静电冲击，同时也可能因电压的瞬间高压导致器件过压损坏，影响模块的使用寿命，带来了一定的安全隐患。 

因而现有技术还有待改进和提高。  

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种控制智能卡带电热拔插的装置，以解决现有智能卡热拔插时产生静电冲击或瞬间高压损坏电子器件的问题。 

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案： 

一种控制智能卡带电热拔插的装置，包括智能卡和屏端控制板，所述智能卡的第一连接器与屏端控制板的第二连接器插接，其中，

所述智能卡包括：

用于检测智能卡与屏端控制板的连接状态的第一插入检测电路；

用于发出平行光束的发光模块；

所述智能卡的外壳上设置有用于透过平行光束，使平行光束衍射出多束不同方向的平行光线的第一缝隙；

所述屏端控制板包括：

用于检测智能卡插入状态的第二插入检测电路；

用于根据平行光线的光路变化检测智能卡拔出状态的光路检测模块；

用于检测智能卡插入时延迟预设时间后打开智能卡的供电通路，检测智能卡拔出时断开智能卡的供电通路的电源控制模块；

所述屏端控制板的外壳上设置有用于传输平行光线的第二缝隙；

所述第一插入检测电路连接第一连接器，第二插入检测电路连接第二连接器和电源控制模块；光路检测模块连接电源控制模块。

所述的控制智能卡带电热拔插的装置中，所述第一插入检测电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端连接智能卡的第一连接器的控制引脚，第一电阻的另一端接地。 

所述的控制智能卡带电热拔插的装置中，所述第二插入检测电路包括第二电阻，所述第二电阻的一端连接电源端，第二电阻的另一端连接第二连接器的检测引脚和电源控制模块； 

所述第一连接器与第二连接器插接时，第一连接器的控制引脚与第二连接器的检测引脚对应连接。

所述的控制智能卡带电热拔插的装置中，所述第一电阻的阻值为1KΩ，第二电阻的阻值为10KΩ。 

所述的控制智能卡带电热拔插的装置中，所述发光模块为单色激光发生器。 

所述的控制智能卡带电热拔插的装置中，所述光路检测模块包括： 

用于对平行光线进行聚拢产生明暗相间的条纹的透镜；

用于根据暗条纹与法线之间的距离的变化值检测智能卡拔出状态的光电传感器；

所述光电传感器连接电源控制模块，所述透镜设置在光电传感器与第二缝隙之间。

所述的控制智能卡带电热拔插的装置中，所述电源控制模块包括： 

用于对第二插入检测电路输出的电平信号进行延迟反向输出的延迟反向电路；

用于根据延迟反向电路或光路检测模块输出的控制信号启闭对智能卡供电的电源开关；

所述电源开关连接延迟反向电路。

所述的控制智能卡带电热拔插的装置中，所述延迟反向电路包括PMOS管、电容、第三电阻和CMOS缓冲器，所述PMOS管的源极连接电源端，PMOS管的栅极连接第二插入检测电路的输出端，所述PMOS管的漏极通过第三电阻连接电容的一端和CMOS缓冲器的输入端，电容的另一端接地，CMOS缓冲器的输出端连接电源开关的控制端。 

相较于现有技术，本实用新型提供的控制智能卡带电热拔插的装置，一方面通过智能卡的第一插入检测电路检测智能卡与屏端控制板的连接状态，通过屏端控制板的第二插入检测电路检测智能卡插入状态，在检测智能卡插入时通过电源控制模块延迟预设时间后打开智能卡的供电通路；另一方面由发光模块发出平行光束，通过第一缝隙衍射出多束不同方向的平行光线给屏端控制板，光路检测模块根据平行光线的变化检测智能卡拔出状态，在智能卡拔出时由电源控制模块断开智能卡的供电通路；其能自动实现在连接后给智能卡供电，在完全拔出之前断开供电，从而避免了智能卡的热拔插操作，以保证拔插时不会出现静电冲击或瞬间高压导致过压损坏，确保了智能卡的使用安全和使用寿命。 

附图说明

图1为现有的智能卡与屏端控制板的结构框图。 

图2为本实用新型提供的控制智能卡带电热拔插的装置的应用实施例的结构框图。 

图3为本实用新型实施例提供的控制智能卡带电热拔插的装置中拔出检测的光线示意图。 

图4为本实用新型实施例提供的控制智能卡带电热拔插的装置中延迟反向电路的电路图。  

具体实施方式

本实用新型提供一种控制智能卡带电热拔插的装置，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

本实施例提供的控制智能卡带电热拔插的装置，主要应用于智能电视机中。针对智能卡热拔插问题，通过实时检测智能卡的热拔插动作，在确认智能卡完全插入后、延时预设时间才给智能卡供电；时时监控智能卡是否有被拔出的趋势，当有相关信号反馈后，电视端即刻关闭电源，停止给智能卡供电，以达到先断电再拔出的效果，保证拔出时智能卡不会因为电源过电压冲击而损坏。请同时参阅图2和图3，所述控制智能卡带电热拔插的装置包括智能卡10和屏端控制板20, 所述智能卡10的第一连接器30与屏端控制板20的第二连接器40插接。在所述智能卡10中增加第一插入检测电路101和发光模块102。在所述屏端控制板20中增加第二插入检测电路201、光路检测模块202和电源控制模块203。所述第一插入检测电路101连接第一连接器30，第二插入检测电路201连接第二连接器40和电源控制模块203；光路检测模块202连接电源控制模块203。 

其中，所述第一插入检测电路101用于检测智能卡10与屏端控制板20的连接状态。所述第二插入检测电路201用于检测智能卡10插入状态。在检测智能卡10插入时，电源控制模块203延迟预设时间后打开智能卡10的供电通路，使AC/DC转换器输出的直流电传输给智能卡10。 

发光模块102发出平行光束。所述智能卡10的外壳上开设有第一缝隙103，所述平行光束通过第一缝隙103时产生衍射现象，使平行光束衍射出多束不同方向的平行光线。平行光线通过屏端控制板20的外壳上的第二缝隙204入射光路检测模块202，光路检测模块202根据平行光线的变化检测智能卡10拔出状态。在检测智能卡10拔出时，电源控制模块203断开智能卡10的供电通路，使AC/DC转换器输出的直流电停止供给智能卡10。 

本实施例中，所述第一插入检测电路101与第二插入检测电路201协同工作。所述第一插入检测电路101包括第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端连接智能卡10的第一连接器30的控制引脚，第一电阻R1的另一端接地。所述第二插入检测电路201包括第二电阻R2，所述第二电阻R2的一端连接电源端VC（3.3V），第二电阻R2的另一端连接第二连接器40的检测引脚和电源控制模块203。 

当智能卡10与屏端控制板20未连接时，第一电阻R1将第一连接器的控制引脚下拉为低电平（约0V），即该控制引脚平时保持低电平的稳定状态。第二电阻R2将第二连接器的检测引脚上拉为高电平（约3.3V），即该检测引脚平时保持高电平的稳定状态。相当于分压电压Vr为高电平，此时电源控制模块203断开智能卡10的供电通路。CPU检测到高电平的启闭控制信号时，识别为需要停止CPU工作。 

当智能卡10与屏端控制板20连接时，即所述第一连接器30与第二连接器40插接，第一连接器30的控制引脚与第二连接器40的检测引脚对应连接。也即是说，两个连接器连接时，第一电阻R1的一端连接第二电阻R2的另一端。第一电阻R1和第二电阻R2组成分压电路对电源（3.3V）进行分压。其中，所述第一电阻R1的阻值为1KΩ，第二电阻R2的阻值为10KΩ。此时分压电压Vr为低电平时，电源控制模块203接收到低电平后延迟预设时间反向输出高电平打开智能卡10的供电通路。该低电平作为启闭控制信号输入到CPU中，CPU检测第二电阻R2的另一端上的电压从高电平转换为低电平，启动CPU，判断智能卡10已插入，需对智能卡10提供电源，使智能电视机内的所有模块可正常工作。通过这样的插入检测过程，不仅有效地保证智能卡10在插入过程中是非带电插入，防止电源的负载的瞬时变化而造成智能卡10的损坏。 

本实施例对智能卡10拔出的检测采用光学衍射原理。根据平行光线的光路变化来等效智能卡10的位移，以识别智能卡10是否正在拔出。请同时参阅图2和图3，所述发光模块102为单色激光发生器。所述光路检测模块202包括透镜2021和光电传感器2022。所述光电传感器2022连接电源控制模块203，所述透镜2021设置在光电传感器2022与第二缝隙204之间 

单色激光发生器发出平行光束照射到智能卡10的外壳110的宽度为b的第一缝隙103上。由于光的本质特性，当平行光束通过第一缝隙103时，会产生衍射现象，会同时产生多束不同方向的平行光线。图2中以衍射产生的两束平行光线为例。当这些平行光线通过透镜2021时，由于透镜2021对平行光线的聚拢作用，这些平行光线会在光电传感器2022上形成多个明暗相间的条纹。明条纹如图2中汇聚成箭头的三个条纹，这三个明条纹之间的空白即是暗条纹。根据菲涅尔衍射原理和夫琅禾费单缝衍射现象可知第一缝隙的宽度b与暗条纹之间的关系公式为： 

b=Kλ/sinθ，其中b为第一缝隙103的宽度。K（0、1、2、3……）表示暗条纹的条数。θ为第K条暗条纹出现时，衍射光线（即第K条暗条纹）与法线N（水平线）的角度。λ为单色光（即单色激光发生器发出的平行光束）的波长。

当θ<5°时，可得： ，其中，L为光电传感器2022到智能卡10的外壳110的距离，X_K为第K条暗条纹出现的位置与法线N的距离（竖直方向）。如果X_K远小于L，则可得：。将该式带入第一缝隙的宽度b与暗条纹之间的关系公式可得： 

    b=KLλ/X_K。当K=1时，则靠近法线N的第一条暗条纹与第一缝隙的宽度b的关系为：b=Lλ/X，X为第一条暗条纹出现的位置与法线的距离。

由于第一缝隙103的宽度b为常量，λ（波长）也为常量，假设b/λ=a，带入第一缝隙的宽度b与暗条纹之间的关系公式，可得到暗条纹与法线的距离、光电传感器2022到智能卡10的外壳110的距离，这两个距离的关系公式：aX=L。 

由该式可以看出，X与L成正比，当L增大时，X同时也会增大。本实施例通过光电传感器2022实时检测X的变化，当X的变化值超出预设范围（如L的1%）后，光电传感器2022输出低电平给电源控制模块203，即刻断开智能卡10的供电通路。从而保证智能卡10在与屏端控制板20物理连接断开之前关断供电电源，从而实现智能卡10在不带电的情况下被拔出，确保智能卡10在拔出后不会损坏。同时，该低电平传输给CPU，使其识别智能卡10正在被拔出，对视频信号的显示进行相应处理。 

请继续参阅图3，假设智能卡10与屏端控制板20连接，L为此时光电传感器2022到智能卡10的外壳110的距离。X为此时法线N下方第一条暗条纹出现的位置到法线N的距离。当智能卡10拔出屏端控制板20且未完全拔出时，L变大记为L1，X对应变大记为X1，则X的变化值为X1-X。若（X1-X）>0.01L，表明智能卡10正进行拔出动作且未完全拔出，则光电传感器2022输出低电平给电源开关，通知关断供电通路，以实现热拔出保护。 

在具体实施时，所述电源控制模块203包括用于对第二插入检测电路201输出的电平信号进行延迟反向输出的延迟反向电路2031，以及用于根据延迟反向电路2031或光路检测模块202的光电传感器2022输出的控制信号启闭对智能卡10供电的电源开关2032；所述电源开关2032连接延迟反向电路2031。 

本实施例中，插入智能卡10时，电源控制模块203对低电平的分压电压Vr延时反向后输出高电平导通供电通路。拔出智能卡10时，电源控制模块203接收到光电传感器2022输出的低电平时立即关闭供电通路。 

其中，所述延迟反向电路2031可以有多种电路结构，只要其能将输入信号延时预设时间并反向输出即可，本实施例对具体电路结构不作限定。 

本实施例提供一种所述延迟反向电路2031的电路图，如图4所示，其包括PMOS管Q、电容C、第三电阻R3和CMOS缓冲器U，所述PMOS管Q的源极连接电源端VC，PMOS管Q的栅极连接第二插入检测电路的输出端（即第二电阻R2的另一端）Vr，所述PMOS管Q的漏极通过第三电阻R3连接电容C的一端和CMOS缓冲器U的输入端，电容C的另一端接地，CMOS缓冲器U的输出端连接电源开关2032的控制端。 

所述电源开关2032接收高电平时导通供电通路，低电平时断开供电通路，其可以有多种电路结构，如继电器、MOS管开关（NMOS管或NPN三极管）。本实施例对具体结构不作限定。 

综上所述，本实用新型提供的控制智能卡带电热拔插的装置，对于智能卡插入屏端控制板采用分压电路方式，检测到高电平被拉低后识别智能卡插入，延时预设时间后才打开屏端控制板对智能卡的供电通路。以保证智能卡在完全接入并且接入可靠后再进行供电，实现智能卡热插入时的保护功能。对于智能卡拔出动作，利用光学方法检测智能卡拔出很短的距离且还未完全拔出时，断开供电通路，以保证智能卡完全拔出之前就已断电，从而保证智能卡热拔出不因电压突变而损坏。 

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种控制智能卡带电热拔插的装置，包括智能卡和屏端控制板，所述智能卡的第一连接器与屏端控制板的第二连接器插接，其特征在于，

所述智能卡包括：

用于检测智能卡与屏端控制板的连接状态的第一插入检测电路；

用于发出平行光束的发光模块；

所述智能卡的外壳上设置有用于透过平行光束，使平行光束衍射出多束不同方向的平行光线的第一缝隙；

所述屏端控制板包括：

用于检测智能卡插入状态的第二插入检测电路；

用于根据平行光线的光路变化检测智能卡拔出状态的光路检测模块；

用于检测智能卡插入时延迟预设时间后打开智能卡的供电通路，检测智能卡拔出时断开智能卡的供电通路的电源控制模块；

所述屏端控制板的外壳上设置有用于传输平行光线的第二缝隙；

所述第一插入检测电路连接第一连接器，第二插入检测电路连接第二连接器和电源控制模块；光路检测模块连接电源控制模块。

2.根据权利要求1所述的控制智能卡带电热拔插的装置，其特征在于，所述第一插入检测电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端连接智能卡的第一连接器的控制引脚，第一电阻的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的控制智能卡带电热拔插的装置，其特征在于，所述第二插入检测电路包括第二电阻，所述第二电阻的一端连接电源端，第二电阻的另一端连接第二连接器的检测引脚和电源控制模块；

所述第一连接器与第二连接器插接时，第一连接器的控制引脚与第二连接器的检测引脚对应连接。

4.根据权利要求3所述的控制智能卡带电热拔插的装置，其特征在于，所述第一电阻的阻值为1KΩ，第二电阻的阻值为10KΩ。

5.根据权利要求1所述的控制智能卡带电热拔插的装置，其特征在于，所述发光模块为单色激光发生器。

6.根据权利要求1所述的控制智能卡带电热拔插的装置，其特征在于，所述光路检测模块包括：

用于对平行光线进行聚拢产生明暗相间的条纹的透镜；

用于根据暗条纹与法线之间的距离的变化值检测智能卡拔出状态的光电传感器；

所述光电传感器连接电源控制模块，所述透镜设置在光电传感器与第二缝隙之间。

7.根据权利要求1所述的控制智能卡带电热拔插的装置，其特征在于，所述电源控制模块包括：

用于对第二插入检测电路输出的电平信号进行延迟反向输出的延迟反向电路；

用于根据延迟反向电路或光路检测模块输出的控制信号启闭对智能卡供电的电源开关；

所述电源开关连接延迟反向电路。

8.根据权利要求7所述的控制智能卡带电热拔插的装置，其特征在于，所述延迟反向电路包括PMOS管、电容、第三电阻和CMOS缓冲器，所述PMOS管的源极连接电源端，PMOS管的栅极连接第二插入检测电路的输出端，所述PMOS管的漏极通过第三电阻连接电容的一端和CMOS缓冲器的输入端，电容的另一端接地，CMOS缓冲器的输出端连接电源开关的控制端。