DE102011003279B4

DE102011003279B4 - System und Verfahren zum Testen einer Schaltung

Info

Publication number: DE102011003279B4
Application number: DE102011003279.7A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hammerschmidt; Jens Barrenscheen
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: DE102011003279A1; US9188645B2; US20110187376A1; US8339139B2; US20140009162A1

Abstract

Sensor (302; 402; 502) zum Schaltungstesten, wobei der Sensor folgende Merkmale aufweist:
einen ersten Anschluss (2), der konfiguriert ist, um mit einem ersten Knoten einer ersten Schaltung (308, 310; 406; 504) über einen ersten Kondensator (314; 414; 508, 510) gekoppelt zu sein;
einen zweiten Anschluss (2), der konfiguriert ist, um mit einem zweiten Knoten der ersten Schaltung (308, 310; 406; 504) gekoppelt zu sein;
einen dritten Anschluss (R), der konfiguriert ist, um mit dem zweiten Knoten der ersten Schaltung (308, 310; 406; 504) über einen dritten Kondensator (312; 412; 508, 512) gekoppelt zu sein;
zumindest einen Sender und zumindest einen Empfänger, der einen ersten Übertragungsfaktor zwischen dem ersten Anschluss (2) und dem zweiten Anschluss misst (1),
wobei der zumindest eine Sender und der zumindest eine Empfänger ferner einen zweiten Übertragungsfaktor zwischen dem dritten Anschluss (R) und dem zweiten Anschluss (1) misst;
wobei der Sensor ferner bestimmt, dass die erste Schaltung in einem ersten Zustand ist, wenn ein Verhältnis des ersten Übertragungsfaktors zu dem zweiten Übertragungsfaktor über einer ersten Schwelle ist; und
wobei der Sensor ferner bestimmt, dass die erste Schaltung in einem zweiten Zustand ist, wenn das Verhältnis des ersten Übertragungsfaktors zu dem zweiten Übertragungsfaktor unter der ersten Schwelle ist.

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Komponenten und insbesondere auf ein System und Verfahren zum Testen einer Schaltung.
Bei vielen elektronischen Anwendungen werden Schalter verwendet, um einen Stromfluss in einem System zu steuern. Bei Hochspannungssystemen, wie z. B. Beleuchtungssystemen und elektrischen Maschinen, kann eine Mehrzahl von Schaltern verwendet werden, um Hochspannungs- und Hochstromwege während des Systembetriebs zu aktivieren und deaktivieren. Bei sicherheitskritischen Anwendungen, wie z. B. Aufzügen und elektrischen Fahrzeugen und öffentlichen Verkehrsmitteln jedoch wird der Zustand der Schaltkomponenten getestet und diagnostiziert, um unterschiedliche Typen von Systemausfällen zu erfassen und zu beseitigen. Wenn z. B. ein ausgefallener Schalter erfasst wird, wenn ein Elektroauto eingeschaltet wird, kann eine eingebaute Steuerung in dem Elektroauto verhindern, dass das Auto startet, sowie eine Meldung in dem Speicher des Autos protokollieren, die den Schalterausfall anzeigt, so dass der Hersteller oder Mechaniker des Autos später über die Quelle des Ausfalls unterrichtet werden kann.
In Systemen, wo Schalter in Reihe verbunden sind, z. B. bei Hochspannungssystemen, wird eine galvanisch isolierte Schaltungsanordnung verwendet, um den Zustand von jedem einzelnen Schalter zu bestimmen, da die Verbindungspunkte der Schalter auf jeglichem Potential in dem System sein können. Ferner wird eine isolierte diagnostische Fähigkeit in Fällen verwendet, wo die Leistungskomponenten und die Steuerkomponenten sich nicht auf dasselbe Massepotential beziehen oder sogar isoliert sind, wie z. B. in dem Fall von Elektrofahrzeugen, wo die Masse, die zur Referenzierung des Elektromotors verwendet wird, und andere Hochspannungsmaschinen von der Masse isoliert sind, die zum Referenzieren der Schaltungsanordnung und Niedrigleistungsmikroelektronik verwendet wird.
Im Fall von hohen Strömungen und/oder Spannungen werden mechanische Schalter, wie z. B. Relais, verwendet, da ihre Leitungsverluste kleiner sind als die Leitungsverluste von Halbleiterschaltern. Um einen Schaltzustand für ein Relais zu erfassen, wird die Kenntnis verwendet, ob die Leistungskontakte offen oder geschlossen sind. Zum Beispiel sind bei herkömmlichen isolierten Schaltererfassungsvorrichtungen, wie z. B. einem kraftgeleitetem Kontaktrelais, Leistungskontakte mechanisch mit einem Erfassungskontakt gekoppelt, der parallel zu dem Leistungskontakt geöffnet und geschlossen wird. In einigen Fällen jedoch erhöht diese mechanische Kopplung die Größe und die Komplexität für die Herstellung eines Relais, besonders wenn das Relais hermetisch zur Lichtbogenunterdrückung abgedichtet ist.
In einigen Systemen werden auch Sicherungen zum Steuern des Stromflusses verwendet. In dem Fall eines Überlastzustands brennt eine Sicherung durch, was eine Leerlaufschaltung erzeugt, wodurch ein weiterer Stromfluss verhindert wird. Ein Überlastzustand in dem System kann aufgrund einer abnormalen Funktion einiger Komponenten auftreten oder kann aus anderen Gründen auftreten, wie z. B. schwerem externen Laden. Wenn ein System ohne Rücksicht auf den Zustand einer Sicherung betrieben wird, kann ein zusätzlicher Schaden an dem System entstehen. Es werden Systeme und Verfahren zur Sicherungs- und Schalterzustandsdiagnostik benötigt.
Die US 5 096 147 A beschreibt eine in eine Steuerung eingebaute Schaltung zur Überwachung von Schaltungskontakten der Steuerung mittels eines Impedanznetzwerks und einer Signalquelle, die ein hochfrequentes Niederleistungssignal bereitstellt, um eine Schalterstellung zu bestimmen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor zum Schaltungstesten, ein System zum Vororttesten von Schaltern und ein Verfahren zum Testen von zumindest einem Schalter mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1a-1b ein Ausführungsbeispiel von Batterieschaltersystemen;
2a-2c ein Ausführungsbeispiel von Topologien für eine Schalterzustandsbestimmung;
3a-3c weitere Ausführungsbeispiele von Topologien zur Schalterzustandsbestimmung;
4a-4c Ausführungsbeispiele von Schaltersensoren, die den Zustand von in Reihe verbundenen Schaltern bestimmen;
5 ein Ausführungsbeispiel eines Schaltersensors für eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB; printed circuit board);
6 ein Ausführungsbeispiel eines Schaltermesssystems;
7 ein Ausführungsbeispiel eines Schaltermesssystems;
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schaltermesssystems;
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schaltermesssystems;
10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schaltermesssystems;
11 ein Ausführungsbeispiel eines Sende-/Empfangsgeräts (Sender und Empfänger); und
12 ein Ausführungsbeispiel eines Sensorsystems mit mehreren Sensoren.

Entsprechende Bezugszeichen und Symbole in unterschiedlichen Figuren beziehen sich allgemein auf entsprechende Teile, außer anderweitig angegeben. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung klar dazustellen und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. Um bestimmte Ausführungsbeispiele klarer darzustellen, kann ein Buchstabe, der Abweichungen von derselben Struktur, dem Material oder dem Prozessschritt anzeigt, einer Figumummer folgen.
Die Herstellung und Verwendung von Ausführungsbeispielen wird nachfolgend detaillierter erörtert. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare Erfindungskonzepte liefert, die in einer großen Vielzahl von spezifischen Kontexten verkörpert sein können. Die spezifischen Ausführungsbeispiele, die erörtert werden, sind nur darstellend für spezifische Möglichkeiten, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und schränken den Schutzbereich der Erfindung nicht ein.
Die vorliegende Erfindung wird im Hinblick auf Ausführungsbeispiele in einem spezifischen Kontext, nämlich im Hinblick auf Systeme und Verfahren zum Testen von Schaltvorrichtungen in einer Schaltung, beschrieben. Ausführungsbeispiele dieser Erfindung können auch an Systeme und Verfahren angewendet werden, die sich auf andere Formen eines Schaltungstestens beziehen.
1a stellt ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, das sich auf ein Batteriesystem richtet, das eine Hochspannungsbatterie 110 aufweist, in Reihe mit einer Sicherung 118 und Schaltern 120 und 122. Die Schalter 120 und 122, die durch Anschlusspaare C+, C- bzw. D+, D- gesteuert werden, verbinden und trennen die Verbindungsanschlüsse HV+ und HV- von der Batterie 110. Bei einigen Ausführungsbeispielen isolieren die Schalter 120 und 122 die Batterie 110 von den Anschlüssen HV+ und HV-, wenn eine verbundene Last (nicht gezeigt) abgeschaltet oder deaktiviert wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Last z. B. abgeschaltet oder deaktiviert, wenn das System einer Wartung unterzogen wird. Die Sicherung 118 unterbricht den Stromleitweg der Batterie 110 in dem Fall einer Stromüberlastbedingung. Der Sensor 102 überwacht den Zustand der Sicherung 118 über Anschlüsse 150 und 152, der Sensor 104 überwacht den Zustand des Schalters 120 über die Anschlüsse 154 und 156 und der Sensor 106 überwacht den Zustand des Sensorschalters 122 über Anschlüsse 158 und 160. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind Schalter 120 und 122 durch einpolige Relais implementiert. Alternativ können andere Schaltertypen verwendet werden.
1b stellt ein Ausführungsbeispiel eines Batteriesystems dar, das die Batterie 110 mit den Anschlüssen HV+ und HV- über den doppelpoligen Schalter 134 verbindet, gesteuert durch das Anschlusspaar E+, E-. Der Ausführungsbeispielsensor 106 erfasst den Zustand des Abschnitts des Schalters 134, der die Batterie 110 mit HV- über die Anschlüsse 158 und 160 verbindet Der Ausführungsbeispielsensor 132 erfasst den Zustand der Sicherung 188 über die Anschlüsse 162 und 154 und erfasst den Zustand des Abschnitts des Schalters 134, der die Batterie 110 mit dem Anschluss HV+ über die Anschlüsse 164 und 166 verbindet. Bei einigen Ausführungsbeispiel z. B., wo die Batterieanschlussverbindungen HV+ und HV- in unmittelbarer Nähe sind, kann der doppelpolige Schalter 134 verwendet werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen, wo Anschlussverbindungen HV+ und HV- nicht in unmittelbarer Nähe sind, können unabhängige Schalter 120 und 122 (1a) verwendet werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Wert von zumindest einer Kapazität, der durch den Schalter moduliert wird, erfasst. Wenn der Schalter geschlossen ist, ist die resultierende Kapazität, ersichtlich an dem Eingang des Schalters, größer als die Kapazität, wenn der Schalter offen ist. Bei Ausführungsbeispielen wird die geänderte Kapazität erfasst durch Messen einer AC-Antwort durch den Schalter.
2a - c stellen verschiedene Ausführungsbeispieltopologien für eine Schalterzustandsbestimmung basierend auf einem kapazitiven Erfassen dar. In 2a wird der Schalter 208 durch den Sensor 202 über isolierenden Kondensatoren 204 und 206 überwacht Der Schalter 208 stellt jegliche Art von Schalter dar, wie z. B. einen einfachen mechanischen Schalter, ein Relais, eine Sicherung etc. Alternativ kann der Schalter 208 ein Übergang (z. B. pn-Übergang) eines Transistors oder eines FET-Kanals sein oder eine andere Komponente, die eine Kapazität moduliert. Bei einem Ausführungsbeispiel erzeugt der Sensor 202 ein AC-Testsignal an dem Anschluss 1 und empfängt das AC-Testsignal an dem Anschluss 2. Wenn die Größe des empfangenen Testsignals größer ist als eine vorbestimmte Schwelle, wird bestimmt, dass der Schalter 208 geschlossen ist Wenn andererseits die Größe kleiner ist als eine vorbestimmte Schwelle, wird bestimmt, dass der Schalter 208 offen ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das AC-Signal bei einer Amplitude von ungefähr einigen Volt übertragen, mit einem Frequenzbereich von einigen hundert kHz bis zu mehreren MHz. Alternativ können andere Amplituden und Frequenzen verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein absoluter Teil eines erfassten Übertragungsfaktors von Anschluss 1 zu Anschluss 2 mit einer Schwelle verglichen, die durch den Sensor 202 definiert ist Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Schwelle gemäß einem typischen Anwendungssatz vordefiniert, der an nichtflüchtigen Speicherorten (Flash, EEPROM, chipintegrierte Sicherungen etc.) nach einer Lernphase gespeichert wird, oder durch externe Komponenten konfiguriert (z. B. externes R).
2b stellt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, wo der Schalter 208 durch den Sensor 202 überwacht wird. Der Sensor 202 ist mit dem Schalter 208 über den Kondensator 206 an Anschluss 2 gekoppelt und über eine direkte Verbindung mit dem Schalter 208 an Anschluss 1. Bei Ausführungsbeispielen, wo eine Isolation zwischen dem Sensor und der überwachten Vorrichtung nicht notwendig ist, z. B. wo der Sensor selbst eine unabhängige Leistungsversorgung aufweist und eine Kommunikation zwischen dem Sensor und der Systemsteuerungseinheit bereits isoliert ist, kann eine direkte Verbindung zu dem Sensor 202 hergestellt sein.
2c stellt ein Ausführungsbeispiel einer Schalterzustandssensortopologie dar, gerichtet auf einen einpoligen Umschaltschalter (SPDT-Schalter; single pole double throw) 226. Der Sensor 212 ist mit einem gemeinsamen Knoten des Schalters 226 über Anschluss 1 gekoppelt. Sensoranschlüsse 3 und 2 sind mit den verbleibenden Knoten des Schalters über Kondensatoren 206 bzw. 228 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein AC-Signal von Anschluss 1 übertragen und durch Anschlüsse 3 und 2 empfangen. Wenn die Größe des empfangenen Signals an Anschluss 2 größer ist als die Größe des empfangenen Signals an Knoten 3, dann wird bestimmt, dass der Schalter in einem ersten Zustand ist. Wenn andererseits die Größe des empfangenen Signals an Anschluss 3 größer ist als die Größe des empfangenen Signals an Knoten 2, wird bestimmt, dass der Schalter in dem anderen Zustand ist. Alternativ können die Größen der empfangenen Signale, die an Knoten 3 und 2 empfangen werden, jeweils mit einer vorbestimmten Schwelle verglichen werden, um unabhängig zu bestimmen, ob jeglicher der Kopplungswege in einem Hochimpedanzzustand oder einem Niedrigimpedanzzustand ist, z. B. in Fällen, wo ein Multiplexer überwacht wird. 2c stellt Anschluss 1 dar, der direkt mit dem Schalter 226 gekoppelt ist. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann Anschluss 1 mit dem Schalter 226 über einen Kondensator gekoppelt sein.
3a - 3b stellen verschiedene Ausführungsbeispiele von Topologien zur Schalterzustandsbestimmung basierend auf dem kapazitiven Erfassen unter Verwendung eines zusätzlichen Sensorreferenzanschlusses dar. 3a stellt Sensor 302 dar, gekoppelt mit Schalter 308. Wie die Ausführungsbeispiele, die in 2a gezeigt sind, sind Anschlüsse 1 und 2 des Sensors 302 mit jedem Knoten des Schalters 308 über Kondensatoren 310 und 314 gekoppelt Zusätzlich dazu weist der Sensor 302 einen Referenzanschluss R gekoppelt mit der linken Seite des Schalters 308 auf (selbe Seite wie Anschluss 1). Während der Operation bestimmt der Sensor 302 einen ersten Übertragungsfaktor zwischen Anschluss 1 und Anschluss 2 und einen zweiten Übertragungsfaktor zwischen Anschluss 1 und Anschluss R. Ein Übertragungsfaktor beschreibt die Beziehung zwischen dem übertragenen Signal zu dem empfangenen Signal und weist Informationen über Dämpfung (Größe) und Phase auf. Wenn das Verhältnis des ersten Übertragungsfaktors zu dem zweiten Übertragungsfaktor größer ist als eine vorbestimmte Schwelle, wird bestimmt, dass der Schalter 308 geschlossen ist. Wenn andererseits das Verhältnis des ersten Übertragungsfaktors zu dem zweiten Übertragungsfaktor geringer ist als eine vorbestimmte Schwelle, wird bestimmt, dass der Schalter 308 offen ist. Bei einem Ausführungsbeispiel werden der Referenzanschluss R und der Kondensator 312 verwendet, um Drifteffekte der Schaltung zu kompensieren. Da das Verhältnis von AC-Antworten beim Bestimmen des Zustands des Schalters 308 verwendet wird, ist die Messschwelle nicht so empfindlich für die absoluten Werte der Schaltungselemente, wie z. B. Kondensatoren 310, 312 und 314 oder interne Referenzen. Das Messen des Verhältnisses von AC-Antworten kompensiert ferner Drifteffekte in den Erfassungskomponenten und/oder Referenzen z. B. aufgrund von Alterung, Temperatur und Versorgungsspannung.
Bei einigen Ausführungsbeispielen werden Drifteffekte bzw. Mitnahmeeffekte kompensiert, wenn Drifteffekte unterschiedlich für Erfassungselemente und Referenzen sind. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Abschnitte des ersten Übertragungsfaktors mit Abschnitten des zweiten Übertragungsfaktors verglichen. Wenn die Abschnitte ein ähnliches Driftverhalten zeigen, ist weniger Aufwand zur Kompensation erforderlich.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Übertragungsfaktor im Hinblick auf Spannungsgewinn, Stromgewinn, Transkonduktanz oder Transresistenz gemessen werden. Zum Beispiel, bei einem Ausführungsbeispiel, das die Transresistenz misst, überträgt der Sender einen AC-Strom und der Empfänger misst eine empfangene Spannung. Alternativ kann die Kapazität zwischen Knoten unter Verwendung von hierin beschriebenen Techniken sowie Techniken, die in der Technik bekannt sind, gemessen werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind Kondensatoren 310, 312 und 314 derart dimensioniert, dass die Gesamtkapazität der Kondensatoren 310 und 312 zwischen den Anschlüssen 1 und R größer ist als die Gesamtkapazität der Kondensatoren 310 und 314 zwischen den Anschlüssen 1 und 2, wenn der Schalter 308 offen ist, aber kleiner ist, wenn der Schalter 308 geschlossen ist. Alternativ können andere Verhältnisse und Beziehungen zwischen Kondensatoren verwendet werden. 3b stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem der Anschluss 1 direkt mit dem Schalter 308 gekoppelt ist.
3c stellt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, wo der Zustand eines SPDT-Schalters oder -Multiplexers bestimmt wird. Der SPDT-Schalter 310 ist mit dem Sensor 320 über den Kondensator 312 an Anschluss R gekoppelt, über Kondensator 314 an Anschluss 2 und über Kondensator 316 an Anschluss 3 gekoppelt Der Anschluss 1 ist mit einer direkten Verbindung zu dem Schalter 310 gezeigt, jedoch kann bei alternativen Ausführungsbeispielen Anschluss 1 mit Schalter 310 über einen Kondensator gekoppelt sein. Während der Operation wird eine erste AC-Größenantwort A₁₂ zwischen Anschluss 1 und Anschluss 2 gemessen, eine Referenz-AC-Größenantwort A_1R wird zwischen Anschluss 1 und R gemessen, und eine zweite AC-Größenantwort A₁₃ wird zwischen Anschlüssen 1 und 3 gemessen. Es wird bestimmt, dass Schalter 310 in einem ersten Zustand ist, wenn A₁₂/A_1R größer ist als A₁₃/A_1R. Auf ähnliche Weise wird bestimmt, dass der Schalter 310 in einem zweiten Zustand ist, wenn das Verhältnis A_12/A_1R kleiner ist als A₁₃/A_1R.
4a und 4b stellen Ausführungsbeispiele von Schaltersensoren dar, die den Zustand von in Reihe verbundenen Schaltern bestimmen. 4a stellt ein Ausführungsbeispiel von Sensor 402 dar, der mit den Schaltern 404 und 406 gekoppelt ist. Der Schalter 406 ist mit dem Sensor 402 über Kondensatoren 410, 412 und 414 mit Anschlüssen 1, R bzw. 2 gekoppelt. Der Schalter 404 ist mit dem Sensor 402 über die Kondensatoren 410, 412 und 408 mit Anschlüssen 1, R bzw. 2' gekoppelt. Die Anschlüsse 1 und R sind mit einem gemeinsamen Punkt zwischen den Schaltern 404 und 406 gekoppelt. Während der Operation wird der Übertragungsfaktor A₁₂ zwischen Anschluss 1 und Anschluss 2 gemessen, ein Übertragungsfaktor A_1R wird zwischen Anschluss 1 und R gemessen und ein Übertragungsfaktor A_12' wird zwischen den Anschlüssen 1 und 2' gemessen. Es wird bestimmt, dass Schalter 406 geöffnet ist, wenn A₁₂/A_1R eine Schwelle überschreitet, und geschlossen ist, wenn A₁₂/A_1R die Schwelle nicht überschreitet. Auf ähnliche Weise wird bestimmt, dass Schalter 404 offen ist, wenn A_12'/A_1R eine Schwelle überschreitet, und geschlossen ist, wenn A_12'/A_1R die Schwelle nicht überschreitet. Bei Ausführungsbeispielen werden Messungen für A₁₂, A_12' und A_1R parallel unter Verwendung von separaten Erfassungsschaltungen, seriell unter Verwendung einer einzelnem Erfassungsschaltung oder durch eine Kombination von beiden ausgeführt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann der Sensor 402 erweitert werden, um die mehr als zwei Schalter zu messen, die einen gemeinsamen Knoten gemeinschaftlich verwenden werden, der mit Anschlüssen 1 und R verbunden ist. 4b stellt ein Ausführungsbeispiel des Schaltersensors dar für in Reihe verbundene Schalter, bei dem Anschluss 1 direkt mit einem gemeinsamen Punkt zwischen Schalter 404 und 406 gekoppelt ist.
5 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem der Zustand eines Schalters 504, der auf der gedruckten Schaltungsplatine (PCB; printed circuit board) 502 befestigt ist, durch den Sensor 506 gemessen wird. Die Anschlüsse 1, 2 und R sind mit dem Schalter 504 über die Kapazität der PCB 502 gekoppelt. Zum Beispiel sind die Elektrode 512 und 514, die mit den Anschlüssen 1 bzw. R gekoppelt sind, auf einer Seite der PCB gegenüberliegend der Spur 508 angeordnet, die mit einem Ende des Schalters 504 gekoppelt ist. Auf ähnliche Weise ist die Elektrode 510, die mit dem Anschluss 2 gekoppelt ist, ebenfalls auf einer Seite der PCB gegenüberliegend zu der Spur 516 gekoppelt, die mit dem anderen Ende des Schalters 504 gekoppelt ist. Der Sensor arbeitet, wie oben in Hinblick auf das Ausführungsbeispiel von 3a beschrieben ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird eine elektrische Isolierung zwischen dem Schalter 504 und dem Sensor 506 erreicht durch Platzieren der Komponenten auf einer PCB (printed circuit board; gedruckte Schaltungsplatine). Wenn eine minimale Distanz zwischen den Hochspannungsteilen und dem Sensor beibehalten wird, ist eine Isolation sichergestellt. Die minimale Distanz hängt von der Isolationsfähigkeit des Materials und der Maximalspannung ab, die blockiert werden sollte. Kopplungselemente sind durch geometrische Überlappung von Hochspannungsteilen (hier gezeigt auf der Oberseite der PCB) und Erfassungselementen (auf der Unterseite) hergestellt. Die PCB selbst stellt die galvanische Isolierung bei einigen Ausführungsbeispielen sicher.
Aufgrund von geringen Kopplungseffekten zwischen den überlappenden Bereichen auf der Oberseite und auf der unteren Seite der PCB und der resultierenden geringen Kapazität sind Ausführungsbeispielsstrukturen, die den Referenzanschluss R verwenden, vorteilhaft, da das Verhältnis zwischen zwei Übertragungsfaktoren berücksichtigt wird, was Drifteffekte kompensiert. Ferner reduziert die sehr geringe Kopplung die induzierten Spannungen in dem Sensor in dem Fall des Schaltens unter Lastbedingungen oder wenn eine Sicherung durchbrennt. Bei einigen Ausführungsbeispielen, aufgrund der geringen Kopplung, sind Schutzelemente in Bezug auf standardmäßige elektrostatische Entladung (ESD-Schutzelemente; ESD = electro static discharge) des Sensorchips wie z. B. jene, die auf standardmäßigen kostengünstigen Niedrigspannungshalbleiterprozessen vorhanden sind, stark genug, um einem ernsten ESD-Ereignis in dem Schalter zu widerstehen, der gemessen werden soll. Daher sind bei einigen Ausführungsbeispielen keine zusätzlichen ESD-Schutzeinrichtungen in dem Sensorchip notwendig. Bei alternativen Ausführungsbeispielen, wo die Kopplung größer ist und/oder die ESD-Ereignisse ernster sind, kann ein zusätzlicher ESD-Schutz erforderlich sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung basiert die Bestimmung von Schalterzuständen auf der Messung von Verschiebungsströmen (shift currents) zwischen dielektrisch isolierten Elektroden der Sensoranordnung und leitenden Abschnitten eines Schalters, der überwacht wird. Elektroden werden durch ein AC-Signal stimuliert und Verschiebungsströme werden in Verbindungen auf jeder Seite einer Sicherung, eines Schalters oder eines Relais injiziert. Verschiebungsströme können verschiedene Rückwege zurück zu einer stimulierenden Quelle nehmen. Diese Rückwege werden durch die Schalterposition oder den Sicherungszustand beeinflusst. Ein geschlossener Schalterzustand führt einen Niedrigimpedanz-Leitweg zwischen den Kontakten der überwachten Vorrichtung ein, während ein offener Schalter eine hohe Impedanz und/oder elektrische Isolierung bietet, wodurch eine erwartete Änderung in den Rückwegen der Verschiebungsströme erfassbar ist. Hier unterscheidet sich der Übertragungsfaktor der Wege und die Unterschiede können verwendet werden, um den Zustand eines Schalters zu erfassen. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird eine Verschiebung in den Rückwegen in dem Stimulationsweg gemessen, der mit einer Injektionselektrode verbunden ist, die eine Elektrode ist, die mit einer AC-Signalquelle verbunden ist, oder wird unter Verwendung eines zusätzlichen Empfängers erfasst, der mit einem Punkt auf der anderen Seite des Schalters gekoppelt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Kopplung des Empfängers mit der Schaltung durch einen direkten galvanischen Kontakt oder kapazitiv durch eine zweite Elektrode realisiert. Abhängig von der Amplitude des Verschiebungsstroms wird eine Bestimmung ausgeführt, ob der Schalter geöffnet oder geschlossen ist.
6 stellt ein Ausführungsbeispiel des Messsystems 600 dar. Die Sensor-IC 602 weist einen Empfänger 604 auf, der mit einer ersten Seite des Schalters 620 über den Kondensator CC1 gekoppelt ist, und einen Sender 606, der mit einer zweiten Seite des Schalters 620 über einen Kondensator CC2 gekoppelt ist Der Schalter 620 koppelt Schaltung 1 mit Schaltung 2. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann Schaltung 1 eine Leistungsversorgung sein und Schaltung 2 kann eine Last sein. Die Impedanz ZL1 stellt die Impedanz zwischen Schaltung 1 und Schalter 620 dar, Impedanz ZL2 stellt die Impedanz zwischen Schalter 620 und Schaltung 2 dar. Die Impedanzen ZL1', ZL2' und ZL3 stellen die Masseimpedanzen von Schaltung 1, Schaltung 2 und IC 602 zu GND dar.
Gemäß 6 bestehen drei Rückwege für einen Strom, der an dem Sender erzeugt wird:

1. CC2 → Schalter 620 → CC1 → Empfänger 604;
2. CC2 → Schalter 620 → ZL1 → Schaltung 1 → ZL1' → ZL3; und
3. CC2 → ZL2 → Schaltung 2 → ZL2' → ZL3.

Wenn Schalter 620 geschlossen ist und die Impedanz von Weg 1 niedrig im Vergleich zu Weg 2 und Weg 3 parallel ist, wird angenommen, dass ein erfassbarer Strom an dem Empfänger 604 gemessen werden kann. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn ein AC-Signal geeignet im Hinblick auf Frequenz und Amplitude ausgewählt ist Ferner kann die Impedanz der Wege 2 und 3 eingestellt werden durch Einführen der Impedanz ZL3, wenn nötig. Wenn der Schalter 620 offen ist, ist der Strom entlang Weg 1 aufgrund einer parasitären kapazitiven Kopplung zwischen den unterbrochenen Teilen des Schalters 620, wodurch die Kopplung zwischen CC1 und CC2 reduziert wird. Bei Ausführungsbeispielen ist der Strom in dem parasitären Rückweg, wenn der Schalter offen ist, geringer als der Strom in Weg 1, wenn der Schalter geschlossen ist Unterschiede bei gemessenen Strömen können sich direkt auf den Zustand des Schalters beziehen und sind bei einigen Ausführungsbeispielen zum Überwachen des Schalters verwendbar. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Schalterzustände bestimmt durch Vergleichen der Messung mit einer Schwelle. Wenn z.B. der gemessene Strom durch Weg 1 über der Schwelle ist, wird bestimmt, dass Schalter 620 offen ist Wenn andererseits der Strom durch Weg 1 unter der Schwelle ist, wird bestimmt, dass Schalter 620 offen ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Impedanzen von Schaltung 1, Schaltung 2 und den anderen ZLs nicht berücksichtigt (siehe 6). Zumindest eine Seite des Schalters ist durch einen Kondensator abgekoppelt, da die Spannung zwischen den Kontakten eines Schalters ohne weiteres die Spannungsfähigkeit der Sensorvorrichtung überschreiten können, insbesondere wenn der Schalter unter induktiven Lastbedingungen geöffnet wird, aufgrund der Verdrahtung.
7 stellt ein Ausführungsbeispiel des Messsystems 700 dar. Die Sensor-IC 702 weist einen Empfänger 706 auf, der mit einer ersten Seite des Schalters 620 über den Kondensator CC1 gekoppelt ist, einen Sender 708, der mit der ersten Seite des Schalters 620 über den Kondensator CC3 gekoppelt ist, und einen Sender 704, der mit der zweiten Seite des Schalters 620 über den Kondensator CC2 gekoppelt ist. Der Schalter 620 koppelt Schaltung 1 mit Schaltung 2. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann Schaltung 1 eine Leistungsversorgung sein und Schaltung 2 kann eine Last sein. Impedanz ZL1 stellt die Impedanz zwischen Schaltung 1 und Schalter 620 dar, die Impedanz ZL2 stellt die Impedanz zwischen Schalter 620 und Schaltung 2 dar. Die Impedanzen ZL1', ZL2' und ZL3 stellen die Masseimpedanzen von Schaltung 1, Schaltung 2 bzw. IC 702 zu GND dar.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das in 7 gezeigt ist, bestimmt die IC 702 die Entscheidungsschwelle unter Verwendung einer Referenzmessung, wodurch die Bestimmung des Zustands des Schalters 620 unabhängig von der Herstellungsausbreitung von CC1 und CC2 gemacht wird. In diesem Fall ist CC3 kleiner ausgewählt als CC2, was z. B. erreicht werden kann durch Skalieren des Elektrodenbereichs bei PCB-Implementierungen. Dies erzeugt einen Zustand, wo der Strom, der an dem Empfänger 706 gemessen wird, während der Stimulation mit dem Sender 704, wenn der Schalter geschlossen ist, größer ist als der Strom, der während der Übertragung mit dem Sender 708 gemessen wird. In diesem Fall ist bestimmt, dass der Schalter geschlossen ist, wenn der Strom, der von dem Sender 704 gemessen wird, höher ist als eine entsprechende Messung unter Verwendung eines Senders 708. Wenn dies nicht der Fall ist, wird bestimmt, dass der Schalter 620 offen ist.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel werden Kapazitäten CC1, CC2 und CC3 skaliert durch Ändern der Distanz zwischen den Kopplungselektroden an beiden Sendern, anstatt den Bereich der Elektroden einzustellen. In diesem Fall ist die Distanz zwischen dem Schalterstromweg und der Elektrode an dem Sender 704 geringer als die Distanz der Elektrode an dem Sender 708. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Skalierung erreicht durch Skalieren der Stimulusspannungen, die aus den Sendern 704 und 708 ausgegeben werden, anstatt die Geometrien der Kondensatoren CC1, CC2 und CC3 einzustellen. Alternativ kann eine Kombination aus geometrischen und Spannungsskalierungsverfahren verwendet werden.
8 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Messsystems 800 dar, das ähnlich ist zu Ausführungsbeispiel 700 aus 7, mit dem Zusatz eines geschlossenen Scheinschalters (dummy switch) 810, der in Reihe zu dem Kondensator CC3 gekoppelt ist. Der Widerstand des Scheinschalters 810 kompensiert den Widerstand in dem Schalter 620. Zum Beispiel kann bei Ausführungsbeispielen, wo der Schalterwiderstand des Schalters 620 nicht vernachlässigbar ist, der hohe Schalterwiderstand das gemessene Verhältnis des übertragenen Stroms durch CC2 und des übertragenen Stroms durch CC3 beeinflussen. Bei einigen Ausführungsbeispielen weist der Scheinschalter 810 ähnliche Impedanzcharakteristika auf wie der Schalter 620 oder ist aus demselben Typ Schalter hergestellt Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Scheinwiderstand 810 unter Verwendung eines Widerstands implementiert sein. Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist der Scheinwiderstand 810 größer als die Maximalwiderstände des Schalters 620.
9 stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Messsystems 810 dar, das ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel 800 von 7 ist, außer dass die Sende- und Empfangsrichtungen ausgetauscht wurden. Anstatt zwei Sender und einen Empfänger zu haben, hat die IC 802 einen einzelnen Sender 806, der mit CC1 gekoppelt ist, und zwei Empfänger 804 und 808, die mit CC2 bzw. CC3 gekoppelt sind. Dadurch, dass zwei Empfänger vorliegen, können beide Messungen durch CC2 und CC3 gleichzeitig ausgeführt werden, wodurch bei einigen Ausführungsbeispielen die Erfassungszeit reduziert wird.
10 stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel des Messsystems 860 dar, das ähnlich zu Ausführungsbeispiel 700 aus 7 ist, außer dass die Kondensatoren CC1, CC2, CC3 und der Scheinschalter 810 auf der IC 820 angeordnet sind. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist der Scheinschalter 810 optional und kann weggelassen werden, insbesondere in Fällen, in denen der geschlossene geschaltete Widerstand des Schalters 620 sehr gering ist.
11 stellt ein Ausführungsbeispiel des Sende-/Empfangsgeräts 900 dar, das Signale Send 1 und Send 2 überträgt und ein Signal Receive empfängt. Der Sendeweg umfasst einen Taktgenerator 910, der mit dem Mustergenerator 908 gekoppelt ist. Der Mustergenerator 908 teilt ein Taktsignal, das durch Takt 910 geliefert wird, und liefert ein Mustersignal zu der Flankensteuerungsschaltung 906, die eine Flankensteilheitssteuerung zu Stromquellen 902 und 904 liefert, um ein Trapezsignal an den Signalen Send 1 und Send 2 zu erzeugen. Der Empfangsweg umfasst einen Verstärker 918, gefolgt von Prozessor 920. Eine optionale Empfangsschaltermatrix 914 und ein Phasenadapter 912 werden bei einem Ausführungsbeispiel eines synchronen Demodulationsschemas verwendet.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines Trapezoids haben Signale gesteuerte Anstiegs- und Abfallzeiten. Eine gemultiplexte Senderausgabe kann erreicht werden durch Schalten einer Stromquelle zum Laden oder Entladen der ausgewählten Ausgabe über die Schaltermatrix 916. Bei einem Ausführungsbeispiel verwendet der Empfänger ein synchrones Demodulationsschema basierend auf demselben Muster, das angelegt ist, um die Sendesequenz zu steuern. Die Phasen des Musters können an unterschiedliche Verzögerungen angepasst sein, die durch die unterschiedlichen Impedanzen der unterschiedlichen Messwege verursacht werden, um ein demoduliertes Signal mit maximaler Signalenergie zu erzeugen. Die Demodulation selbst wird ausgeführt durch Kreuzschalten des eingehenden Messstroms zwischen den invertierenden und nicht-invertierenden Eingang der folgenden Signalverarbeitungskette unter Verwendung der Schaltermatrix 914. Bei einem Ausführungsbeispiel verwendet die Schaltermatrix 914 eine synchrone Gleichrichtung. Der demodulierte Strom wird bei einigen Ausführungsbeispielen in eine Spannung umgewandelt und nachfolgend verstärkt, gefiltert und A/D-gewandelt. Alternativ kann das A/D weggelassen werden und die Schalterbestimmung kann über analoge Verarbeitung ausgeführt werden. Schließlich wird eine Bestimmung über den Zustand des überwachten Schalters ausgeführt und zu der Schnittstelle geleitet, die durch das Signal Output dargestellt ist.
12 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Systems dar, bei dem eine beliebige Anzahl von Sensoren 930, 932 und 934 mit der Systemsteuerung 942 über einen Zeitgebungsmechanismus und eine Schnittstelle 940 gekoppelt ist. Die Sensoren 930, 932 und 934 sind gemäß hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen implementiert. Um den Leistungsverbrauch und die Interferenz zwischen den Sensoren 930, 932 und 934 zu minimieren, werden nicht alle Sensoren gleichzeitig aktiviert. Zeitgebungsmechanismus und Schnittstelle 940, gesteuert durch die Systemsteuerung 942, aktiviert und empfängt die Ergebnisse von den Sensoren 930, 932 und 934. Bei einem Ausführungsbeispiel sind der Zeitgebungsmechanismus und die Schnittstelle 940 konfiguriert, um jeweils einen Sensor auf eine zyklische Suchweise (round robin) zu aktivieren. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird ein Teilsatz oder eine begrenzte Anzahl der Sensoren gleichzeitig aktiviert, wie durch den Zeitgebungsmechanismus definiert ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel können Verzögerungsinformationen als zusätzliche Eingabe zur Schalterüberwachung verwendet werden, wenn der Stromweg eine unterschiedliche Verzögerungscharakteristik im Fall des offenen und des geschlossenen Schalters aufweist, z. B. in Fällen, wo Signalwege über die Versorgungsquelle oder die verbundene Last lange Leitungen oder Spulen umfassen. Alternativ kann eine I/Q-Demodulation verwendet werden, um zusätzliche Informationen über den absoluten Wert und die Phasenbeziehung des Eingangsstroms und der Sendesequenz zu erhalten. Die I/Q-Demodulation ersetzt die Anpassung der Verzögerungszeit für die Demodulation.
Vorteile von einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfassen die Erfassung eines Schaltzustands unabhängig von dem Spannungspegel an den Schaltkontakten. Sensoren bestimmter Ausführungsbeispiele sind daher mit Schaltern auf jeglichem Spannungspotential in einem System betreibbar. Ferner bieten einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung optional eine galvanische Isolierung der Erfassungsschaltung von der Leistungsschaltung für den Fall, wo die Leistungsseite eines Systems und die Steuerseite nicht auf dasselbe Massepotential bezogen sind. Bei einigen vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist der Schaltersensor nicht empfindlich gegenüber Spannungspegeln an den Leistungskontakten des Schalters, z. B. in dem Fall einer hohen statischen Spannung und schneller Übergänge. Bei einigen Ausführungsbeispielen beziehen sich Vorteile einer kapazitiven Kopplung zwischen dem Sensor und Kontakten des Schalters, der bewertet wird, auf die Spannung über einen offenen Schalter, da eine geringe Kopplungskapazität die Spannung über den Sensor einschränkt, sogar wenn der Schalter mit hohen Spannungen arbeitet.
Ein anderer Vorteil von einigen Ausführungsbeispielen ist, dass jeder Schalter oder jede Sicherung in einem Mehrschaltersystem unabhängig von anderen Schaltern und Sicherungen in dem System analysiert werden kann.
Bei einigen vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist der Schaltererfassungsmechanismus sowohl mit als auch ohne Strom betreibbar, der durch den Schalter oder die Sicherung fließt. Ferner kann bei Ausführungsbeispielen, wo kein parasitärer Stromweg von dem Schaltersensor vorliegt, der Sensor unter Lastbedingungen oder Überlastbedingungen betreibbar bleiben. Ferner können Ausführungsbeispielsensoren betrieben werden, während das System läuft, sowie wenn Abschnitte des Systems abgeschaltet sind oder sogar von der Leistungsversorgung abgetrennt sind. Bei einigen vorteilhaften Ausführungsbeispielen wird kein wesentlicher Strom in dem Leistungsschalter durch die diagnostische Einrichtung induziert.
Bei einigen Ausführungsbeispielen, wo eine langsame Schaltfähigkeit von Relais oder Sicherungen vorliegt, kann der Schaltersensor auch langsam arbeiten.
Ein anderer Vorteil von einigen Ausführungsbeispielen sind niedrige Herstellungskosten. Zum Beispiel werden Kosten bei Ausführungsbeispielen gespart, die kein Trimmen erfordern. Ferner werden niedrigere Stücklistenkosten z. B. bei Ausführungsbeispielen erreicht, die keine Hochspannungskomponenten innerhalb des Schaltersensors verwenden, da kostengünstige Niedrigspannungshalbleiterprozesse verwendet werden können, um die Sensoren herzustellen.
Fachleute auf dem Gebiet werden ferner ohne weiteres erkennen, dass die Materialien und Verfahren variiert werden können, während sie innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung verbleiben. Es wird ferner daraufhingewiesen, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte, abgesehen von den spezifischen Kontexten, liefert, die zum Darstellen der Ausführungsbeispiele verwendet werden. Dementsprechend sollen die angehängten Ansprüche innerhalb ihres Schutzbereichs solche Prozesse, Maschinen, Herstellungsweisen, Materialzusammensetzungen, Einrichtungen, Verfahren oder Schritte umfassen.

Claims

Sensor (302; 402; 502) zum Schaltungstesten, wobei der Sensor folgende Merkmale aufweist: einen ersten Anschluss (2), der konfiguriert ist, um mit einem ersten Knoten einer ersten Schaltung (308, 310; 406; 504) über einen ersten Kondensator (314; 414; 508, 510) gekoppelt zu sein; einen zweiten Anschluss (2), der konfiguriert ist, um mit einem zweiten Knoten der ersten Schaltung (308, 310; 406; 504) gekoppelt zu sein; einen dritten Anschluss (R), der konfiguriert ist, um mit dem zweiten Knoten der ersten Schaltung (308, 310; 406; 504) über einen dritten Kondensator (312; 412; 508, 512) gekoppelt zu sein; zumindest einen Sender und zumindest einen Empfänger, der einen ersten Übertragungsfaktor zwischen dem ersten Anschluss (2) und dem zweiten Anschluss misst (1), wobei der zumindest eine Sender und der zumindest eine Empfänger ferner einen zweiten Übertragungsfaktor zwischen dem dritten Anschluss (R) und dem zweiten Anschluss (1) misst; wobei der Sensor ferner bestimmt, dass die erste Schaltung in einem ersten Zustand ist, wenn ein Verhältnis des ersten Übertragungsfaktors zu dem zweiten Übertragungsfaktor über einer ersten Schwelle ist; und wobei der Sensor ferner bestimmt, dass die erste Schaltung in einem zweiten Zustand ist, wenn das Verhältnis des ersten Übertragungsfaktors zu dem zweiten Übertragungsfaktor unter der ersten Schwelle ist.
Sensor gemäß Anspruch 1, bei dem der zweite Anschluss (1) konfiguriert ist, um mit dem zweiten Knoten der ersten Schaltung (308; 406; 504) über einen zweiten Kondensator (310; 410; 508, 512) gekoppelt zu sein.
Sensor gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem ein erster des zumindest einen Senders mit dem ersten Anschluss (2) gekoppelt ist; ein zweiter des zumindest einen Senders mit dem dritten Anschluss (R) gekoppelt ist; der zumindest eine Empfänger mit dem zweiten Anschluss (1) gekoppelt ist.
Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem: ein erster des zumindest einen Empfängers mit dem ersten Anschluss (2) gekoppelt ist; ein zweiter des zumindest einen Empfängers mit dem dritten Anschluss (R) gekoppelt ist; und der zumindest eine Sender mit dem zweiten Anschluss (1) gekoppelt ist.
Sensor gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der Sensor auf einer integrierten Schaltung angeordnet ist.
Sensor gemäß Anspruch 5, bei dem der zumindest eine Kondensator auf der integrierten Schaltung angeordnet ist.
Sensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem: die Schaltung (308; 406; 504) einen Schalter aufweist; der Schalter in dem ersten Zustand geschlossen ist; und der Schalter in dem zweiten Zustand offen ist.
Sensor (702; 802; 820) zum Schaltertesten, wobei der Sensor folgende Merkmale aufweist: einen ersten Anschluss, der konfiguriert ist, um mit einem ersten Knoten eines ersten Schalters (620) gekoppelt zu sein; einen zweiten Anschluss, der konfiguriert ist, um mit einem zweiten Knoten des ersten Schalters (620) gekoppelt zu sein; einen dritten Anschluss, der konfiguriert ist, um mit dem zweiten Knoten des ersten Schalters (620) gekoppelt zu sein; und zumindest einen Sender (704, 708; 804) und zumindest einen Empfänger (706; 804, 806), die einen ersten Übertragungsfaktor zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss messen, wobei der zumindest eine Sender (704, 708; 804) und der zumindest eine Empfänger (706; 804, 806), ferner einen zweiten Übertragungsfaktor zwischen dem dritten Anschluss und dem zweiten Anschluss messen, wobei der Sensor bestimmt, dass der erste Schalter geschlossen ist, wenn ein Verhältnis des ersten Übertragungsfaktors zu dem zweiten Übertragungsfaktor über einer ersten Schwelle ist; und der Sensor bestimmt, dass der erste Schalter offen ist, wenn das Verhältnis des ersten Übertragungsfaktors zu dem zweiten Übertragungsfaktor unter der ersten Schwelle ist.
Sensor gemäß Anspruch 8, der ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Kondensator (CC2), der zwischen den ersten Anschluss des Sensors (702; 802; 820) und den ersten Knoten des ersten Schalters (620) gekoppelt ist; und einen dritten Kondensator (CC3) , der zwischen den dritten Anschluss des Sensors (702; 802; 820) und den zweiten Knoten des ersten Schalters gekoppelt ist.
Sensor gemäß Anspruch 9, bei dem: zumindest ein Kondensator (702; 802; 820) eine erste Elektrode aufweist, die mit einem Knoten des ersten Schalters über ein Dielektrikum gekoppelt ist, das ein Material der gedruckten Schaltungsplatine (PCB) aufweist.
Sensor gemäß Anspruch 9 oder 10, der ferner einen Scheinschalter (810) aufweist, der in Reihe mit dem dritten Kondensator (CC3) gekoppelt ist.
Sensor gemäß Anspruch 11, bei dem der Scheinschalter (810) eine Impedanz des ersten Schalters (620) annähert, wenn der erste Schalter (620) geschlossen ist.
Sensor gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, der ferner einen zweiten Kondensator aufweist, der zwischen den zweiten Anschluss des Sensors und den zweiten Knoten des ersten Schalters gekoppelt ist.
Sensor gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem: der Sensor ferner einen vierten Anschluss aufweist, der konfiguriert ist, um mit einem ersten Knoten eines zweiten Schalters gekoppelt zu sein, und der dritte Anschluss ferner konfiguriert ist, um mit einem zweiten Knoten des zweiten Schalters gekoppelt zu sein; der zumindest eine Sender und der zumindest eine Empfänger ferner einen dritten Übertragungsfaktor zwischen dem vierten Anschluss und dem zweiten Anschluss misst; der Sensor ferner bestimmt, dass der zweite Schalter geschlossen ist, wenn ein Verhältnis des dritten Übertragungsfaktors zu dem zweiten Übertragungsfaktor über einer zweiten Schwelle ist; und der Sensor ferner bestimmt, dass der erste Schalter offen ist, wenn das Verhältnis des dritten Übertragungsfaktors zu dem zweiten Übertragungsfaktor unter der zweiten Schwelle ist.
Sensor gemäß Anspruch 14, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten Kondensator, der zwischen den ersten Anschluss des Sensors und den ersten Knoten des ersten Schalters gekoppelt ist; einen zweiten Kondensator, der zwischen den zweiten Anschluss des Sensors und den zweiten Knoten des ersten Schalters gekoppelt ist; einen dritten Kondensator, der zwischen den dritten Anschluss des Sensors und den zweiten Knoten des ersten Schalters gekoppelt ist; und einen vierten Kondensator, der zwischen den vierten Anschluss des Sensors und den ersten Knoten des zweiten Schalters gekoppelt ist.
System zum Vor-Ort-Testen von Schaltern, wobei das System folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Sensoren (930-934) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, die konfiguriert sind, um mit einer Mehrzahl von Schaltern gekoppelt zu sein; und eine Steuerung (941), die mit der Mehrzahl der Sensoren (930-934) gekoppelt ist, wobei die Steuerung (914) konfiguriert ist, um zu einer Zeit jeweils ein Teilsatz der Mehrzahl der Sensoren (930-934) zu aktivieren.
Verfahren zum Testen von zumindest einem Schalter, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Messen eines ersten AC-Übertragungsfaktors durch einen ersten Signalweg, wobei der erste Signalweg einen ersten Reihenkondensator und einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss des zumindest einen Schalters aufweist; Messen eines zweiten AC-Übertragungsfaktors durch einen zweiten Signalweg, wobei der zweite Signalweg den ersten Anschluss des zumindest einen Schalters und einen zweiten Reihenkondensator aufweist; Bestimmen, dass der zumindest eine Schalter geschlossen ist, wenn ein Verhältnis des ersten AC-Übertragungsfaktors zu dem zweiten AC-Übertragungsfaktor größer ist als eine Schwelle; Bestimmen, dass der zumindest eine Schalter geschlossen ist, wenn das Verhältnis des ersten AC-Übertragungsfaktors zu dem zweiten AC-Übertragungsfaktor kleiner ist als die Schwelle.
Verfahren gemäß Anspruch 17, das ferner das Bestimmen der Schwelle aufweist, was folgende Schritte aufweist: Messen eines ersten Verhältnisses der ersten AC-Übertragung zu der zweiten AC-Übertragung, wenn der zumindest eine Schalter offen ist; Messen eines zweiten Verhältnisses der ersten AC-Übertragung zu der zweiten AC-Übertragung, wenn der zumindest eine Schalter geschlossen ist; Bestimmen, dass die Schwelle zwischen dem ersten Verhältnis und dem zweiten Verhältnis ist.
Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, bei dem der erste und der zweite Signalweg ferner einen dritten Reihenkondensator aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 19, bei dem: das Messen des ersten AC-Übertragungsfaktors folgende Schritte aufweist: Übertragen eines AC-Testsignals zu dem ersten Anschluss des zumindest einen Schalters, Empfangen des AC-Testsignals von dem zweiten Anschluss des zumindest einen Schalters über den ersten Reihenkondensator; und Messen des zweiten AC-Übertragungsfaktors, das folgende Schritte aufweist: Übertragen eines AC-Testsignals zu dem ersten Anschluss des zumindest einen Schalters, Empfangen des AC-Testsignals von dem ersten Anschluss des zumindest einen Schalters über den zweiten Reihenkondensator.
Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem: das Übertragen des AC-Testsignals zu dem ersten Anschluss das Übertragen eines Stroms aufweist; und das Empfangen des AC-Testsignals von dem zweiten Anschluss das Empfangen einer Spannung aufweist.