KR101274821B1 - 전자 장치, 개방 회로 검출 시스템, 및 개방 회로의 검출 방법 - Google Patents

전자 장치, 개방 회로 검출 시스템, 및 개방 회로의 검출 방법 Download PDF

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Abstract

개방 회로 검출 시스템은 기생 커패시터의 특성 임피던스에 의해 유발된 가상 그라운드를 통해 전기 신호를 획득하고, 이 전기 신호에 따라 목적 회로가 개방되어 있는지를 결정하기 위해 목적 회로에 연결하도록 구성된다.

Description

전자 장치, 개방 회로 검출 시스템, 및 개방 회로의 검출 방법{ELECTRONIC DEVICE, AND OPEN CIRCUIT DETECTING SYSTEM, DETECTING METHOD THEREOF}
본 발명은 일반적으로 회로 검출 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 전자 장치, 검출 시스템 및 개방 회로를 위한 방법에 관한 것이다.
개방 회로(open circuit)를 검출하기 위한 2개의 시스템이 있는데, 하나는 교류("AC") 검출 시스템이고, 다른 하나는 직류("DC") 검출 시스템이다.
개방 회로를 검출하는 교류 검출 시스템은 도 1에 예시되어 있다. 시험 대상 목적 회로는 등가 저항과 이 등가 저항에 직렬로 연결된 등가 커패시터와 같다. 목적 회로가 전기적으로 개방되어 있는지 아닌지를 결정하기 위해서, AC 소스는 목적 회로의 한쪽 끝과 그라운드(ground) 사이에 연결된다. 목적 회로의 다른 끝은 검출 모듈의 한쪽 끝에 연결된다. 이러한 검출 시스템은 물리적 그라운드 루프를 갖는다. AC 소스에 의해 발생된 AC 신호는 목적 회로를 통해 검출 모듈로 전송된다. 따라서, 검출 모듈은 AC 신호의 주파수 또는 크기에 기초하여 목적 회로의 상태를 결정할 수 있다.
개방 회로를 검출하는 직류 검출 시스템은 도 2에 예시되어 있다. 시험 대상 목적 회로는 등가 저항으로 나타낼 수 있다. 목적 회로의 상태를 결정하기 위해서, DC 소스에 의해 발생된 DC 신호는 목적 회로의 한쪽 끝에 인가된다. 목적 회로의 다른 끝은 검출 모듈의 한쪽 끝에 연결된다. DC 소스의 한쪽 끝과 검출 모듈의 다른 끝은 또한 그라운드에 연결된다. 이러한 검출 시스템은 물리적 그라운드 루프를 갖는다. 검출 모듈은 DC 신호의 전류 또는 DC 신호의 전압을 획득하여 목적 회로가 개방되어 있는지를 결정할 수 있다.
통상적인 검출 시스템은 물리적인 그라운드 루프를 갖는다. 시스템 내의 다수의 와이어들은 검출 시스템에 영향을 미칠 수 있다. 그 결과, 검출 시스템은 항상 목적 회로의 진정한 상태를 확인할 수 없다. 교류 검출 시스템에서 와이어들에 의해 발생되는 등가 저항은 클 수 있다. 공식 V(noise) = I(noise) * Z(line)에 따라, 미약한 노이즈(I(noise))는 저항(Z( line ))을 통해 흐르는 동안 큰 간섭 신호(V( noise ))가 될 것이다. 이러한 문제에 대한 한가지 해결책은 필터 모듈을 추가하는 것이다. 그러나, 오직 특정한 주파수만 이 필터 모듈에 의해 필터링 될 수 있다. 필터가 주어진 신호로부터 원치 않은 주파수들을 제거하는데 유용하지만, 신호에 있는 일부 원하는 주파수들도 신호로부터 또한 제거되어, 원하는 기능들의 손실을 야기한다. 더욱이, 목적 회로의 용량이 작으면, AC 신호의 주파수는 반드시 증가되어야 한다. 주파수에서 이러한 증가는 기생 용량 및 루프 임피던스로 인해 AC 신호의 잠재적인 저하를 일으킬 것이다. 추가의 보상 회로가 이러한 원치 않은 효과를 제거하기 위해 필요할 수 있다. DC 시스템에서 가늘고 긴 그라운딩 와이어들은 전압을 감소시키는 것은 물론 시스템 노이즈를 증가시킨다. 높은 정확도를 보장하기 위해서, 전압 진폭 및 샘플링 해상도의 레벨은 반드시 이러한 시스템에서 증가되어야 한다.
본 발명은 앞서 언급된 문제들을 해결한다.
본 발명의 목적은 목적 회로의 특정한 기능을 이용함으로써 목적 회로의 상태를 결정하고, 다양한 회로 소자 및 이들의 서로 간의 상호작용에 의해 발생된 노이즈에도 불구하고 이러한 결정을 수행하는 것이다.
개방 회로 검출 시스템은 기생 커패시터의 특성 임피던스에 의해 유발된 가상 그라운드를 통해 전기 신호를 획득하고, 이 전기 신호에 따라 목적 회로가 개방되어 있는지를 결정하기 위해 목적 회로에 연결하도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 개방 회로 검출 시스템에 의해 획득된 전기 신호는 정상 회로(normal circuit)에 있는 기생 커패시터의 용량이 개방 회로에 있는 기생 커패시터의 용량보다 크다는 것을 나타낸다.
바람직한 실시예에서, 개방 회로 검출 시스템은 목적 회로에 연결되어 기생 커패시터의 용량을 테스트하는 테스트 유닛 및 테스트 유닛에 연결되어 기생 커패시터의 상태를 반영하는 샘플링 유닛을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 테스트 유닛은 기생 커패시터를 충전하는 버스트 펄스(burst pulse)를 발생시키도록 구성되고, 샘플링 유닛은 충전된 기생 커패시터를 방전시키도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 버스트 펄스의 상승 에지(rising edge)는 버스트 펄스의 하강 에지(falling edge) 이전에 있다.
바람직한 실시예에서, 개방 회로 검출 시스템은 충전 및 방전 효과를 증폭하기 위해, 목적 회로, 테스트 유닛, 및 샘플링 유닛에 연결된 표유 용량(stray capacitance) 부스팅 유닛(boosting unit)을 더 포함한다.
바람직한 실시예에서, 표유 용량 부스팅 유닛은 절연 게이트 양극성 트랜지스터, 트라이오드, 또는 달링턴 트랜지스터이다.
바람직한 실시예에서, 샘플링 유닛은 샘플링 저항이다.
바람직한 실시예에서, 개방 회로 검출 시스템은 샘플링 유닛에 연결되어 전기 신호를 식별 신호로 변환시키도록 구성된 신호 처리 유닛을 더 포함한다.
바람직한 실시예에서, 신호 처리 유닛은 전기 신호를 기생 커패시터의 용량에 대응하는 다수의 펄스로 변환시키도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 신호 처리 유닛은 인버터, 인버터에 연결된 비교기, 및 비교기에 연결된 "AND" 게이트를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 개방 회로 검출 시스템은 테스트 유닛, 표유 용량 부스팅 유닛, 샘플링 유닛, 및 신호 처리 유닛을 포함하고, 샘플링 유닛은 샘플링 저항이고, 신호 처리 유닛은 인버터, 인버터에 연결된 비교기, 및 비교기에 연결된 "AND" 게이트를 포함하고, 테스트 유닛의 한쪽 끝은 전원에 연결되고, 테스트 유닛의 다른 끝은 표유 용량 부스팅 유닛의 제1 입력에 연결되고, 표유 용량 부스팅 유닛의 제2 입력은 목적 회로에 연결되고, 표유 용량 부스팅 유닛의 출력은 샘플링 저항의 한쪽 끝에 연결되고, 샘플링 저항의 다른 끝은 그라운드에 연결되고, 인버터의 입력은 표유 용량 부스팅 유닛 및 샘플링 저항의 공통점에 연결되고, 인버터의 출력은 비교기의 음극 단자에 연결되고, 비교기의 양극 단자는 기준 전압을 수용하도록 구성되고, 비교기의 출력은 "AND" 게이트의 제1 입력에 연결되고, "AND" 게이트의 제2 입력은 게이트 펄스를 수용하도록 구성되고, "AND" 게이트의 출력은 기생 커패시터의 용량에 대응하는 다수의 펄스를 출력시키는데 이용된다.
개방 회로를 검출하는 방법은, 기생 커패시터의 특성 임피던스에 의해 유발된 가상 그라운드를 통해 전기 신호를 획득하는 단계; 및 전기 신호에 따라 목적 회로가 개방되어 있는지를 결정하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 전기 신호는 정상 회로에 있는 기생 커패시터의 용량이 개방 회로에 있는 기생 커패시터의 용량보다 크다는 것을 나타낸다.
개방 회로를 검출하는 방법은, 기생 커패시터의 특성 임피던스를 통해 가상 그라운드에 기생 커패시터를 연결하는 단계; 기생 커패시터의 용량을 테스트하고 기생 커패시터의 용량을 나타내는 전기 신호를 발생하는 단계; 및 전기 신호에 따라 목적 회로가 개방되어 있는지를 결정하는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 전기 신호는 정상 회로에 있는 기생 커패시터의 용량이 개방 회로에 있는 기생 커패시터의 용량보다 크다는 것을 나타낸다.
바람직한 실시예에서, 테스트하는 단계는, 기생 커패시터를 충전하는 버스트 펄스를 발생하는 단계, 및 전기 신호를 발생시키기 위해 샘플링 유닛을 통해 기생 커패시터를 방전시키는 단계를 포함한다.
바람직한 실시예에서, 방법은, 전기 신호를 식별 신호로 변환하는 단계; 및 식별 신호에 따라 목적 회로가 개방되어 있는지를 결정하는 단계를 더 포함한다.
전자 장치는 목적 회로 및 개방 회로 검출 시스템을 포함한다. 개방 회로 검출 시스템은 기생 커패시터의 특성 임피던스에 의해 유발된 가상 그라운드를 통해 전기 신호를 획득하고, 전기 신호에 따라 목적 회로가 개방되어 있는지 또는 개방 회로 검출 시스템에 전기적으로 연결되지 않았는지를 결정하기 위해 목적 회로에 연결된다.
본 발명에 따르면, 개방 회로 검출 시스템 및 방법을 제공하는 것이 가능하다.
도면들의 구성요소들은 반드시 일정한 비율로 그려질 필요는 없으나, 대신에 본 발명의 원리를 명확하게 나타내기 위한 배치를 강조한다.
도 1은 개방 회로를 검출하는 종래의 교류 검출 시스템의 기능적 블록도이다.
도 2는 개방 회로를 검출하는 종래의 직류 검출 시스템의 기능적 블록도이다.
도 3은 개방 회로 검출 시스템의 제1 실시예의 기능적 블록도이다.
도 4는 개방 회로 검출 시스템의 제2 실시예의 기능적 블록도이다.
도 5는 개방 회로 검출 시스템의 제3 실시예의 기능적 블록도이다.
도 6은 개방 회로 검출 시스템의 제3 실시예의 회로도이다.
도 7은 개방 회로 검출 시스템의 순서도이다.
도 8은 개방 회로 검출 방법의 제1 실시예의 흐름도이다.
도 9는 개방 회로 검출 방법의 제2 실시예의 흐름도이다.
다음 개시내용은 예로서 제시된 것으로, 유사한 참조 번호가 유사한 요소를 나타내는 첨부 도면으로 제한되지 않는다. 본 발명의 "어떤" 또는 "하나의" 실시예에 대한 참조는 반드시 동일한 실시예에 대한 것이 아니고, 이러한 참조는 적어도 하나를 의미한다는 것을 유념해야 한다.
도 3을 참조하면, 개방 회로 검출 시스템(110)의 제1 실시예가 예시된다.
개방 회로 검출 시스템(110)의 한쪽 끝은 그라운드에 연결되고, 개방 회로 검출 시스템(110)의 다른 끝은 목적 회로(120)에 연결된다. 개방 회로 검출 시스템(110)은 개방 회로를 검출하는 기능을 갖는 회로 또는 장치이다.
목적 회로(120)는 개방 회로가 존재할 수 있는 시험 대상 회로 또는 장치이다. 정상 회로에서, 목적 회로(120)의 한쪽 끝은 개방 회로 검출 시스템(110)에 연결되고, 목적 회로(120)의 다른 끝은 기생 커패시터(130)의 특성 임피던스에 의해 유발된 가상 그라운드에 연결된다. 기생 커패시터(130)는 회로의 컨덕터들 사이, 컨덕터들 또는 컴포넌트와 그라운드 사이, 또는 물리적인 실체가 없는 컴포넌트들의 사이에 존재하는 용량이다. 설명의 편의를 위해, 기생 커패시터(130)는 목적 회로(120)의 모든 기생 커패시터를 나타내도록 제작된다.
물리적 법칙에 따라, 용량은 회로에서 컨덕터들의 길이에 비례한다. 정상 회로에 있는 기생 커패시터(130)는 개방 회로에 있는 기생 커패시터(130)보다 큰데, 왜냐하면 정상 회로의 컨덕터가 개방 회로의 컨덕터보다 길기 때문이다. 용량이 결정되면, 회로의 상태는 경험자 또는 기계에 의해 발견될 수 있다. 그러므로, 개방 회로 검출 시스템(110)은 전기 신호를 유발하기 위해 배치되고, 이 전기 신호는 정상 회로에 있는 기생 커패시터(130)의 용량이 개방 회로에 있는 기생 커패시터(130)의 용량보다 크다는 것을 나타내는데 이용된다.
특정 주파수 상에서 작동하기 때문에, 기생 커패시터(130)는 특성 임피던스에 의해 가상 그라운드에 연결된다. 다시 말하면, 기생 커패시터(130)는 실제로는 그라운드에 연결되지 않지만, 기생 커패시터(130)와 그라운드 사이의 전위차는 0이다. 개방 회로 검출 시스템(110)은 기준 전위 하에서 작동하기 시작하고, 목적 회로(120)의 회로가 개방되어 있음을 나타내는 전기 신호를 제공한다.
도 4를 참조하면, 개방 회로 검출 시스템(210)의 제2 실시예가 예시된다. 기생 커패시터(230)는 회로의 컨덕터들 사이, 컨덕터들과 그라운드 사이, 컴포넌트들과 그라운드 사이, 또는 물리적인 실체가 없는 컴포넌트들의 사이에 존재하는 용량이다. 설명의 편의를 위해, 기생 커패시터(230)는 목적 회로(220)의 모든 기생 커패시터를 나타내도록 제작된다.
물리적 법칙에 따라, 용량은 컨덕터들의 길이에 비례한다. 정상 회로에 있는 기생 커패시터(230)는 개방 회로에 있는 기생 커패시터(230)보다 큰데, 왜냐하면 정상 회로의 컨덕터가 개방 회로의 컨덕터보다 길기 때문이다. 용량이 결정되면, 회로의 상태는 경험자 또는 기계에 의해 발견될 수 있다. 그러므로, 개방 회로 검출 시스템(210)은 전기 신호를 유발하기 위해 배치되고, 이 전기 신호는 정상 회로에 있는 기생 커패시터(230)의 용량이 개방 회로에 있는 기생 커패시터(230)의 용량보다 크다는 것을 나타내는데 이용된다. 정상 회로에서, 개방 회로 검출 시스템(210)의 한쪽 끝은 그라운드에 연결되고, 개방 회로 검출 시스템(210)의 다른 쪽 끝은 목적 회로(220)에 연결된다.
개방 회로 검출 시스템(210)은 개방 회로를 검출하는 기능을 갖는 회로 또는 장치이다. 개방 회로 검출 시스템(210)은 목적 회로(220)에 연결된 테스트 유닛(212), 테스트 유닛(212)에 연결된 샘플링 유닛(214), 및 샘플링 유닛(214)에 연결된 신호 처리 유닛(216)을 포함한다.
테스트 유닛(212)은 기생 커패시터(230)의 용량을 테스트하는데 이용된다. 테스트 유닛(212)은 기생 커패시터(230)를 충전함으로써 기생 커패시터(230)의 용량을 테스트하거나, 기생 커패시터(230)를 포함하는 공진 회로를 테스트한다. 테스트 유닛(212)이 동일한 테스트 신호를 제공하면, 개방 회로 및 정상 회로의 충전 시간 상수 또는 방전 시간 상수는 상이한 기생 커패시터 때문에 상이할 수 있다.
샘플링 유닛(214)은 기생 커패시터(230)의 상태를 반영한다. 샘플링 유닛(214)은 샘플링 저항 또는 샘플링 기능을 갖는 다른 회로일 수 있다. 용이하게 관찰될 수 있는 전기 신호가 샘플링 유닛(214)에 의해 샘플링된다. 목적 회로(220)에 관해, 개방 회로의 충전 시간 상수는 정상 회로의 충전 시간 상수보다 작다. 용량이 결정되면, 회로의 상태는 경험자 또는 기계에 의해 발견될 수 있다. 마찬가지로, 기생 커패시터(230)는 테스트 유닛(212)에 의해 충전된 이후에 샘플링 유닛(214)을 통해 방전한다. 용이하게 관찰될 수 있는 전기 신호가 샘플링 유닛(214)에 의해 샘플링된다. 목적 회로(220)에 관해, 정상 회로에 있는 기생 커패시터(230)는 개방 회로에 있는 기생 커패시터(230)보다 크다. 용량이 결정되면, 회로의 상태는 경험자 또는 기계에 의해 발견될 수 있다. 유사하게, 공진 주파수는 상이한 기생 커패시터, 동일한 저항, 및 동일한 인덕터를 포함하는 상이한 공진 회로에서 각기 다르다. 샘플링 유닛(214)은 테스트 유닛(212) 및 기생 커패시터(230)를 포함하는 공진 회로로부터 공진 신호를 획득한다. 용량이 결정되면, 회로의 상태는 경험자 또는 기계에 의해 발견될 수 있다.
자동화를 구현하기 위해서, 신호 처리 유닛(216)이 도입되어 전기 신호를 기계가 용이하게 인식할 수 있는 식별 신호로 변환한다. "AND", "OR", "NOT", 및 비교 동작 또는 다른 신호들과의 조합이 신호 처리 유닛(216)에 의해 수행되어 샘플링 유닛(214)으로부터 획득된 전기 신호를 기계가 용이하게 인식할 수 있는 식별 신호로 변환한다. 식별 신호는 식별 신호가 획득된 이후에 계산 또는 디스플레이를 위해 컴퓨터, 디지털 신호 처리기(DSP), ARM(advanced RISC machine) 등에 전송된다.
특정 주파수 상에서 작동하기 때문에, 기생 커패시터(230)는 특성 임피던스에 의해 가상 그라운드에 연결된다. 다시 말하면, 기생 커패시터(230)는 실제로는 그라운드에 연결되지 않지만, 기생 커패시터(230)와 그라운드 사이의 전위차는 0이다. 개방 회로 검출 시스템(210)은 기준 전위가 획득된 이후에 작동하기 시작한다. 개방 회로 검출 시스템(210)은 목적 회로(220)가 개방되어 있는지를 발견하기 위해 목적 회로(220)를 검사한다. 테스트 유닛(212)은 기생 커패시터(230)를 충전함으로써 기생 커패시터(230)의 용량을 테스트하거나, 기생 커패시터(230)를 포함하는 공진 회로를 테스트하기 시작한다. 목적 회로(220)에 관해, 정상 회로에 있는 기생 커패시터(230)는 개방 회로에 있는 기생 커패시터(230)보다 크다. 샘플링 유닛(214)은 기생 커패시터(230)가 샘플링 유닛(214)을 통해 방전될 때 전기 신호를 제공한다. 바람직하게, 전기 신호는 기계가 관찰 및 처리하기가 용이하다. 자동화를 실현하기 위해, 신호 처리 유닛(216)은 전기 신호를 기계가 용이하게 인식할 수 있는 식별 신호로 변환한다. "AND", "OR", "NOT", 및 비교 동작 또는 다른 신호들과의 조합이 신호 처리 유닛(216)에 의해 수행되어 샘플링 유닛(214)으로부터 획득된 전기 신호를 기계가 용이하게 인식할 수 있는 식별 신호로 변환한다. 식별 신호는 계산 또는 디스플레이를 위해 컴퓨터에 전송되고, 이에 따라 목적 회로(220)의 상태가 컴퓨터에 의해 제공될 수 있다.
도 5 및 6을 참조하면, 개방 회로 검출 시스템(310)의 제3 실시예가 예시된다. 개방 회로 검출 시스템(310)의 한쪽 끝은 그라운드에 연결되고, 개방 회로 검출 시스템(310)의 다른 끝은 목적 회로(320)에 연결된다. 기생 커패시터(330)는 회로의 컨덕터들 사이, 컨덕터들과 그라운드 사이, 컴포넌트들과 그라운드 사이, 또는 물리적인 실체가 없는 컴포넌트들의 사이에 존재하는 용량이다. 설명의 편의를 위해, 기생 커패시터(330)는 목적 회로(320)의 모든 기생 커패시터를 나타내도록 제작된다. 설명의 편의를 위해, 검출은 오직 기생 커패시터(330)에만 관련되고, 목적 회로(320)는 도 6에서 생략된다. 더욱이, 기생 커패시터(330)는 그 자신의 저항을 가지므로, 기생 커패시터(330)를 나타내는 등가 커패시터 및 등가 저항이 도 6에서 일렬로 연결된다.
개방 회로 검출 시스템(310)은 개방 회로를 검출하는 기능을 갖는 회로 또는 장치이다. 개방 회로 검출 시스템(310)은 테스트 유닛(312), 테스트 유닛(312)과 기생 커패시터(330)에 연결된 표유 용량 부스팅 유닛(313), 표유 용량 부스팅 유닛(313)에 연결된 샘플링 유닛(314), 및 샘플링 유닛(314)에 연결된 신호 처리 유닛(316)을 포함한다.
테스트 유닛(312)은 버스트 펄스를 발생시키기 위한 것이다. 테스트 유닛(312)의 한쪽 끝은 전원에 연결되고, 테스트 유닛(312)의 다른 끝은 표유 용량 부스팅 유닛(313)의 제1 입력에 연결된다. 테스트 유닛(312)은 표유 용량 부스팅 유닛(313)을 통해 기생 커패시터(330)에 전기적으로 연결된다. 그러므로, 테스트 유닛(312)은 표유 용량 부스팅 유닛(313)을 통해 기생 커패시터(330)를 충전한다.
표유 용량 부스팅 유닛(313)은 충전 효과 및 방전 효과를 증폭시키기 위해 구성된다. 이것은 절연 게이트 양극성 트랜지스터, 트랜지스터, 달링턴 트랜지스터 또는 증폭 기능을 갖는 다른 회로일 수 있다. 표유 용량 부스팅 유닛(313)의 제1 입력은 테스트 유닛(312)에 연결되고, 표유 용량 부스팅 유닛(313)의 제2 입력은 기생 커패시터(330)에 연결되며, 표유 용량 부스팅 유닛(313)의 출력은 샘플링 유닛(314)과 신호 처리 유닛(316)의 공통점에 연결된다. 예시적인 실시예에서, 표유 용량 부스팅 유닛(313)은 트랜지스터이고, 표유 용량 부스팅 유닛(313)의 제1 입력은 트랜지스터의 에미터(emitter)이며, 표유 용량 부스팅 유닛(313)의 제2 입력은 트랜지스터의 베이스(base)이고, 표유 용량 부스팅 유닛(313)의 출력은 트랜지스터의 컬렉터(collector)이다. 테스트 유닛(312)에 의해 발생된 버스트 펄스는 트랜지스터의 에미터와 트랜지스터의 베이스를 통해 기생 커패시터(330)를 충전한다. 에미터-베이스 접합(emitter-base junction)은 기생 커패시터(330)의 전압이 프리셋 전압으로 상승할 때까지 순방향 바이어스된다(forward biased). 트랜지스터의 직선 영역에서 작동하기 때문에, 트랜지스터는 활성 모드에 있으므로, 충전 효과 및 방전 효과는 증폭된다. 그러면, 샘플링 유닛(314)를 통한 방전 전류의 흐름은 전압 신호를 형성한다.
샘플링 유닛(314)은 기생 커패시터(330)의 상태를 반영한다. 샘플링 유닛(314)은 샘플링 저항 또는 샘플링 기능을 갖는 다른 회로일 수 있다. 샘플링 유닛(314)의 한쪽 끝은 표유 용량 부스팅 유닛(313)과 신호 처리 유닛(316)의 공통점에 연결되고, 샘플링 유닛(314)의 다른 끝은 그라운드에 연결된다. 기생 커패시터(330)의 방전 전류는 표유 용량 부스팅 유닛(313)으로부터 샘플링 유닛(314)을 경유해 그라운드로 흐르고, 전압 신호는 표유 용량 부스팅 유닛(313)과 샘플링 유닛(314)의 공통점으로부터 샘플링된다. 결국, 전압 신호는 신호 처리 유닛(316)으로 전송된다.
신호 처리 유닛(316)은 인버터(3162), 인버터(3162)에 연결된 비교기(3164), 및 비교기(3164)에 연결된 "AND" 게이트(3166)를 포함한다.
인버터(3162)의 입력은 표유 용량 부스팅 유닛(313)과 샘플링 유닛(314)의 공통점에 연결되고, 인버터(3162)의 출력은 비교기(3164)의 음극 단자에 연결된다. 인버터(3162)는 샘플링 유닛(314)에 의해 제공된 전압 신호를 뒤집는다. 인버터(3162)는 비교적 높은 입력 임피던스를 가지므로, 전압 신호에 사소한 영향을 미친다.
기준 전압이 비교기(3164)의 양극 단자에 인가되고, 비교기(3164)의 음극 단자는 인버터(3162)의 출력에 연결된다. 양극 단자에서의 전압이 음극 단자에서의 전압보다 높을 때, 즉, 기준 전압이 인버터(3162)의 출력 전압보다 높을 때, 비교기(3164)의 출력 전압은 하이-레벨(high-level)이다. 그렇지 않으면, 비교기(3164)의 출력 전압은 로우-레벨(low-level)이다.
"AND" 게이트(3166)의 제1 입력은 비교기(3164)에 연결되고, "AND" 게이트(3166)의 제2 입력은 게이트 펄스를 수용하는데 이용된다. "AND" 게이트(3166)의 제1 입력 및 "AND" 게이트(3166)의 제2 입력 모두가 하이-레벨일 때만, "AND" 게이트(3166)의 출력이 하이-레벨이다. 즉, "AND"게이트(3166)의 제1 입력이 하이-레벨이면, "AND" 게이트(3166)의 출력은 게이트 펄스를 출력한다. 그렇지 않으면, "AND" 게이트(3166)의 제1 입력이 로우-레벨이면, "AND" 게이트(3166)는 어떤 신호도 출력하지 않을 것이다.
순서도는 개방 회로 검출 시스템(310)의 이러한 실시예에서 작동의 진행을 기술하기 위해 이하에 조합된다.
도 7을 참조하면, 특정 주파수 상에서 작동하기 때문에, 기생 커패시터(330)는 특성 임피던스에 의해 가상 그라운드에 연결된다. 다시 말하면, 기생 커패시터(330)는 실제로 그라운드에 연결되지 않지만, 기생 커패시터(130)와 그라운드 사이의 전위차는 0이다. 개방 회로 검출 시스템(310)은 기준 전위 하에서 작동하기 시작한다. 개방 회로 검출 시스템(310)은 회로가 개방되어 있는지를 발견하기 시작한다.
테스트 유닛(312)은 버스트 펄스(410)를 발생한다. 버스트 펄스(410)는 상승 에지가 하강 에지 이전에 있는 구형파 신호이다. 버스트 펄스(410)가 하이-레벨이면, 인버터(3162), 비교기(3164), 및 "AND" 게이트는 인에이블된다. 버스트 펄스(410)는 기생 커패시터(330)를 충전한다. 등가 저항이 낮은 경우에, 충전 프로세스는 짧은 시간 내에 완료된다. 방전 전류는 표유 용량 부스팅 유닛(313)에 의해 증폭되어, 샘플링 유닛(314)으로 흐른다. 그러면, 방전 전류는 샘플링 유닛(314)에서 전압 신호를 형성한다. 전압 신호는 인버터(3162)에 의해 인버터 출력 신호(420)로 변경된다. 인버터 출력 신호(420)는 비교기(3164)의 음극 단자로 전송되어, 비교기(3164)의 양극 단자로 전송된 기준 전압(402)과 비교된다. 비교기(3164)의 양극 단자에서 기준 전압(402)이 비교기(3164)의 음극 단자에서 인버터 출력 신호(420)의 전압보다 높으면, 비교기(3164)의 출력 전압은 하이-레벨이다. 그렇지 않으면, 비교기(3164)의 출력 전압은 로우-레벨이다. 비교기(3164)의 출력 신호와 게이트 펄스의 "AND" 동작이 수행된다. 비교기(3164)의 출력이 하이-레벨이면, "AND" 게이트(3166)의 출력은 게이트 펄스를 출력한다. 그렇지 않으면, 비교기(3164)의 출력이 로우-레벨이면, "AND" 게이트(3166)는 어떤 신호도 출력하지 않을 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, 정상 회로의 기생 커패시터(330)는 개방 회로의 기생 커패시터(330)보다 큰데, 설명의 편의를 목적으로, 정상 회로의 기생 커패시터(330)를 큰 커패시터로 부른다. 그와 반대로, 개방 회로의 기생 커패시터(330)를 작은 커패시터로 부른다. 커패시터의 방전 특성 때문에, 인버터 출력 신호(420)는 느리게 상승한다. 인버터 출력 신호(420)에 있는 큰 커패시터의 신호 라인(422)은 인버터 출력 신호(420)에 있는 작은 커패시터의 신호 라인(424)보다 더욱 느리게 상승한다. 따라서, 큰 커패시터 비교기 출력 신호(430)의 듀티비(duty ratio)는 작은 커패시터 비교기 출력 신호(440)의 듀티비보다 크다. "AND" 게이트(3166)의 제1 입력으로 전송되는 비교기(3164)의 출력 신호와 "AND" 게이트(3166)의 제2 입력으로 전송되는 게이트 펄스(450) 사이의 "AND" 동작이 수행된다. 큰 커패시터 비교기 출력 신호(430)의 듀티비가 작은 커패시터 비교기 출력 신호(440)의 듀티비보다 큰 경우, 큰 커패시터 "AND" 게이트 출력 신호(460)의 펄스의 수는 작은 커패시터 "AND" 게이트 출력 신호(470)의 펄스의 수보다 많다. 펄스의 수는 계산 또는 디스플레이를 위해 컴퓨터, 디지털 신호 처리기(DSP), ARM(advanced RISC machines) 등과 같은 프로세서에 전송된다.
도 8을 참조하면, 개방 회로 검출 방법의 제1 실시예가 예시된다.
단계(S810)는 기생 커패시터의 특성 임피던스에 의해 유발된 가상 그라운드를 통해 전기 신호를 획득하는 단계를 나타낸다. 다시 말하면, 기생 커패시터는 실제로 그라운드에 연결되지 않지만, 기생 커패시터와 그라운드 사이의 전위차는 0이다. 개방 회로 검출 시스템은 기준 전위 하에서 작동하기 시작하고, 목적 회로의 회로가 개방되어 있음을 나타내는 전기 신호가 획득된다. 기생 커패시터를 직접적으로 관찰할 수 없는 경우, 기생 커패시터는 용이하게 관찰될 수 있는 전기 신호를 발생시키기 위해 충전된다.
단계(S820)는 전기 신호에 따라 목적 회로가 개방되어 있는지를 결정하는 단계를 나타낸다. 전기 신호가 결정되면, 회로의 상태는 경험자 또는 기계에 의해 발견될 수 있다. 더욱 구체적으로, 전기 신호는 정상 회로에 있는 기생 커패시터의 용량이 개방 회로에 있는 기생 커패시터의 용량보다 크다는 것을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 개방 회로 검출 방법의 제3 실시예가 예시된다.
단계(S910)는 기생 커패시터의 특성 임피던스를 통해 가상 그라운드에 기생 커패시터를 연결시키는 단계를 나타낸다. 특정 주파수 상에서 작동하기 때문에, 기생 커패시터는 특성 임피던스에 의한 가상 그라운드에 연결된다. 다시 말하면, 기생 커패시터는 실제로 그라운드에 연결되지 않지만, 기생 커패시터와 그라운드 사이의 전위차는 0이다.
단계(S920)는 기생 커패시터의 용량을 테스트하고 기생 커패시터의 용량을 나타내는 전기 신호를 발생시키는 단계를 나타낸다. 기생 커패시터를 직접적으로 관찰할 수 없는 경우, 기생 커패시터는 용이하게 관찰될 수 있는 전기 신호를 발생시키도록 충전된다.
단계(S930)는 전기 신호를 식별 신호로 변환하는 단계를 나타낸다. 자동화를 실현하기 위해, 신호 처리 유닛은 전기 신호를 식별 신호로 변환하도록 부가된다. "AND", "OR", "NOT" 및 비교 동작 또는 다른 신호와의 조합이 변환 과정에 이용될 수 있다.
단계(S940)에서는 식별 신호에 따라 목적 회로가 개방되어 있는지를 결정한다. 바람직하게, 식별 신호가 획득된 이후에, 식별 신호는 계산 또는 디스플레이를 위해 컴퓨터로 전송된다. 결국, 목적 회로의 상태가 발견된다. 앞서 기술된 바와 같이, 정상 회로에 있는 기생 커패시터의 용량은 개방 회로에 있는 기생 커패시터의 용량보다 크다.
개방 회로 검출 시스템 및 방법은 휴대폰, 랩톱 컴퓨터, PDA 등과 같은 전자 장치에서 이용될 수 있다. 개방 회로 검출 시스템이 전자 장치에 통합되면, 목적 회로는 전자 장치의 임의의 다른 부분일 수 있다. 개방 회로 검출 시스템은 기생 커패시터의 특성 임피던스에 의해 유발된 가상 그라운드를 통해 전기 신호를 획득하고, 전기 신호에 따라 목적 회로가 개방되어 있는지 개방 회로 검출 시스템에 전기적으로 연결되지 않았는지를 결정하기 위해 목적 회로에 연결된다. 개방 회로 검출 시스템에 의해 획득된 전기 신호는, 목적 회로가 내부적으로 개방되어 있거나 개방 회로 검출 시스템에 전기적으로 연결되지 않으면, 정상 회로에 있는 기생 커패시터의 용량이 개방 회로에 있는 기생 커패시터의 용량보다 크다는 것을 나타낸다. 터치 패널을 구비한 휴대폰을 예로 하면, 개방 회로 검출 시스템은 칩에 집적될 수 있고, 목적 회로는 글래스 상의 플렉스 케이블 또는 전도성 트레이스일 수 있다. 글래스 상의 플렉스 케이블 또는 전도성 트레이스가 내부적으로 개방되어 있거나 칩에 전기적으로 연결되지 않으면, 기생 커패시터는 정상 상태의 기생 커패시터보다 작을 것이다.
본 발명이 구조적인 기능 및/또는 방법론적인 행동에 특유한 언어로 기술되었지만, 첨부된 특허청구 범위에 정의된 본 발명은 기술된 특정한 기능 또는 행동으로 제한되는 것이 아님이 이해될 것이다. 게다가, 특정한 기능 및 행동은 청구되는 발명을 구현하는 샘플 형태로서 기술된다.
110, 210, 310: 개방 회로 검출 시스템
120, 220, 320: 목적 회로
130, 230, 330: 기생 커패시터
212, 312: 테스트 유닛
214, 314: 샘플링 유닛
216, 316: 신호 처리 유닛
313: 표유 용량 부스팅 유닛

Claims (20)

  1. 개방 회로 검출 시스템에 있어서,
    상기 개방 회로 검출 시스템은, 기생 커패시터의 특성 임피던스에 의해 유발되는 가상 그라운드를 통해 전기 신호를 획득하고, 상기 전기 신호에 따라 목적 회로가 개방되어 있는지를 결정하기 위해 상기 목적 회로에 접속하도록 구성되어 있으며,
    상기 개방 회로 검출 시스템은,
    상기 목적 회로에 접속되고 상기 기생 커패시터의 용량을 테스트하며, 상기 기생 커패시터를 충전하기 위한 충전 전류를 제공하도록 구성되는 테스트 유닛;
    상기 목적 회로에 접속되며 상기 충전된 기생 커패시터를 방전하도록 구성되는 샘플링 유닛; 및
    상기 기생 커패시터의 방전 전류를 증폭하기 위해 상기 목적 회로 및 상기 샘플링 유닛 사이에 접속되어 있는 표유 용량(stray capacitance) 부스팅 유닛(boosting unit)을 포함하는 것인, 개방 회로 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개방 회로 검출 시스템에 의해 획득된 상기 전기 신호는 정상 회로에서 상기 기생 커패시터의 용량이 개방 회로에서 상기 기생 커패시터의 용량보다 크다는 것을 나타내는 것인, 개방 회로 검출 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 테스트 유닛은 상기 기생 커패시터를 충전하기 위한 버스트 펄스(burst pulse)를 발생시키도록 구성되고, 상기 샘플링 유닛은 상기 표유 용량 부스팅 유닛과 상기 그라운드 사이에 접속되어 있는 것인, 개방 회로 검출 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버스트 펄스의 상승 에지(rising edge)는 상기 버스트 펄스의 하강 에지(falling edge) 이전에 있는 것인, 개방 회로 검출 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 표유 용량 부스팅 유닛은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor), 트라이오드(Triode), 또는 달링턴 트랜지스터(Darlington Transistor)인 것인, 개방 회로 검출 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 샘플링 유닛은 샘플링 저항 또는 샘플링 회로들인 것인, 개방 회로 검출 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 샘플링 유닛에 접속되고 상기 전기 신호를 식별 신호로 변환시키도록 구성된 신호 처리 유닛을 더 포함하는, 개방 회로 검출 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛은 상기 전기 신호를 상기 기생 커패시터의 용량에 대응하는 다수의 펄스로 변환시키도록 구성되는 것인, 개방 회로 검출 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 신호 처리 유닛은,
    인버터;
    상기 인버터에 접속되는 비교기; 및
    상기 비교기에 접속되는 "AND" 게이트
    를 포함하는 것인, 개방 회로 검출 시스템.
  12. 제2항에 있어서,
    신호 처리 유닛을 포함하고,
    상기 샘플링 유닛은 샘플링 저항이고,
    상기 신호 처리 유닛은 인버터, 상기 인버터에 접속되는 비교기, 및 상기 비교기에 접속되는 "AND" 게이트를 포함하고,
    상기 테스트 유닛의 일단은 전원에 연결되고, 상기 테스트 유닛의 다른 일단은 상기 표유 용량 부스팅 유닛의 제1 입력에 연결되고, 상기 표유 용량 부스팅 유닛의 제2 입력은 상기 목적 회로에 접속되고, 상기 표유 용량 부스팅 유닛의 출력은 상기 샘플링 저항의 일단에 연결되고, 상기 샘플링 저항의 다른 일단은 상기 그라운드에 연결되고, 상기 인버터의 입력은 상기 표유 용량 부스팅 유닛 및 상기 샘플링 저항의 공통점에 연결되고, 상기 인버터의 출력은 상기 비교기의 음극 단자에 연결되고, 상기 비교기의 양극 단자는 기준 전압을 수용하도록 구성되고, 상기 비교기의 출력은 상기 "AND" 게이트의 제1 입력에 연결되고, 상기 "AND" 게이트의 제2 입력은 게이트 펄스를 수용하도록 구성되고, 상기 "AND" 게이트의 출력은 상기 기생 커패시터의 용량에 대응하는 다수의 펄스를 출력시키는데 이용되는 것인, 개방 회로 검출 시스템.
  13. 개방 회로를 검출 방법에 있어서,
    목적 회로의 기생 커패시터스를 충전하는 단계;
    상기 기생 회로를 방전하는 단계로서, 상기 기생 회로의 방전 전류는 표유 용량 부스팅 유닛에 의해 증폭되는 것인, 상기 기생 회로 방전 단계;
    샘플링 유닛에 의해 상기 기생 커패시터의 상기 증폭된 방전 전류의 전기 신호를 획득하는 단계; 및
    상기 목적 회로가 개방되어 있는지 여부를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 결정 단계는, 상기 획득된 전기 신호를 참조 전기 신호와 비교하는 단계를 포함하는 것인, 개방 회로 검출 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전기 신호는 정상 회로에서 상기 기생 커패시터의 용량이 개방 회로에서 상기 기생 커패시터의 용량보다 크다는 것을 나타내는 것인, 개방 회로 검출 방법.
  15. 개방 회로 검출 방법에 있어서,
    목적 회로의 기생 커패시터를 이 기생 커패시터의 특성 임피던스를 통해 가상 그라운드에 접속하는 단계;
    상기 기생 커패시터의 용량을 테스트하는 단계;
    상기 기생 커패시터의 용량을 획득하는 단계; 및
    상기 목적 회로가 개방되어 있는지 여부를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 테스트 단계는, 상기 기생 커패시터를 충전하고 이 기생 커패시터를 방전하는 단계를 포함하고,
    상기 결정 단계는, 상기 획득된 기생 커패시터 용량을 정상 회로에서 상기 기생 커패시터의 표준 용량과 비교하는 단계를 포함하는 것인, 개방 회로 검출 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 비교 단계에서,
    정상 회로에서 상기 기생 커패시터의 표준 용량이 상기 기생 커패시터의 연산된 용량보다 크다는 비교 결과는, 상기 목적 회로가 개방되어 있음을 나타내는 것인, 개방 회로 검출 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 테스트 단계는,
    상기 기생 커패시터를 충전하기 위한 버스트 펄스를 테스트 유닛에 의해 발생시키는 단계;
    샘플링 유닛에 의해 상기 기생 커패시터를 방전시키는 단계; 및
    상기 기생 커패시터를 충전 및 방전하기 위한 전류들을 표유 용량 부스팅 유닛에 의해 증폭하는 단계
    를 포함하는 것인, 개방 회로 검출 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 결정 단계는,
    상기 기생 커패시터의 용량을 전기 신호로 변환하는 단계;
    상기 전기 신호를 식별 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 식별 신호에 따라 상기 목적 회로가 개방되어 있는지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것인, 개방 회로 검출 방법.
  19. 전자 장치에 있어서,
    목적 회로; 및
    개방 회로 검출 시스템
    을 포함하고,
    상기 개방 회로 검출 시스템은, 기생 커패시터의 특성 임피던스에 의해 유발된 가상 그라운드를 통해 전기 신호를 획득하고, 상기 전기 신호에 따라 상기 목적 회로가 개방되어 있는지 또는 상기 개방 회로 검출 시스템에 전기적으로 연결되지 않았는지 여부를 결정하기 위해 상기 목적 회로에 연결되어 있고,
    상기 개방 회로 검출 시스템은,
    상기 목적 회로에 접속되고, 상기 기생 커패시터의 용량을 테스트하며, 상기 기생 커패시터를 충전하도록 구성되는 테스트 유닛;
    상기 테스트 유닛에 접속되고, 상기 기생 커패시터의 상태를 반영하며, 상기 충전된 기생 커패시터를 방전하도록 구성되는 샘플링 유닛; 및
    상기 목적 회로, 상기 테스트 유닛 및 상기 샘플링 유닛에 접속되어, 충전 및 방전 효과를 증폭하기 위한 표유 용량 부스팅 유닛을 포함하는 것인, 전자 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 테스트 유닛은 상기 기생 커패시터를 충전하기 위한 버스트 펄스를 발생시키도록 구성되고, 상기 샘플링 유닛은 상기 충전된 기생 커패시터를 방전하도록 구성되는 것인, 전자 장치.
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