TW201812314A - 用於微控制器單元及天線的兩階段自我測試電路 - Google Patents

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Abstract

揭示一種系統。該系統包含一天線及一處理器。該處理器具有至少四個埠：一第一輸入埠，其經耦合至連續性組件之一第一部分；一第一輸出埠，其經串聯耦合至經耦合至該天線之該第一部分之一第一電阻器，且經由一第二電阻器而耦合至接地；一第二輸出埠，其係透過一第三電阻器耦合至該天線之該第一部分；及一第二輸入埠，其經耦合至該天線之一第二部分，且係透過一第四電阻器耦合至接地。該處理器可操作以啟動及撤銷啟動該等適當埠，以使該處理器處於三個操作模式中之一者：一AC偵測模式、一AC自我測試模式，及一連續性測試模式。

Description

用於微控制器單元及天線的兩階段自我測試電路
電業工作者通常必須從事於電線工作，且電業工作者需要確保線未通電或不帶電。因此，在工作開始之前測試一線是否係通電的變得謹慎及必要。一電業工作者將使用一非接觸電壓(「NCV」)偵測器來測試該線是否通電。此等非接觸電壓偵測器係有用的，此係因為不需要為了告知該線之電壓狀態而接觸該線。然而，非接觸電壓偵測器可遭受失敗，其可產生危險誤否定結果。例如，非接觸電壓偵測器可在天線處具有弱電池或斷線。習知非接觸電壓偵測器無法偵測許多此等故障條件，導致對電業工作者之潛在不安全工作條件。
根據35 U.S.C. § 119(e)之規定，申請者主張2016年8月16日申請之美國臨時申請案第62/375,563號之權利，該案之全文係以引用的方式併入本文中。 已設計一兩階段自我測試設備及方法用於測試NCV偵測器。儘管將相對於NCV偵測器論述此實施例，然此測試裝置可經併入至其他測試設備中，包含(但不限於)例如鉗型表(clamp meter)及多功能表(multimeter)。由於此技術可經併入至廣範圍之關鍵電路及組件中，所以其可為使用者提供增加安全保證。 所揭示實施例於兩個獨立階段中執行AC信號路徑測試及天線連續性驗證。此允許獨立地最佳化各階段以產生最可靠結果。該AC信號路徑測試可在不關注來自一自我測試源之長平行跡線與一印刷電路板上之偵測電路之間的耦合的情況下執行一更關鍵敏感度測試。當注入一模擬AC測試信號至該天線中時，該天線連續性驗證可使用高於在先前技術系統中可行之一測試電流。此較高測試電流將比先前技術系統更有效偵測至該印刷電路板之邊緣天線連接。本實施例採用一微控制器單元(「MCU」)或處理器連同電阻器及一天線，以電容地耦合至待測試是否AC電壓存在之導體。一處理器具有複數個埠。當該系統係在一AC偵測模式中時，一第一埠係用作一輸入，用於來自該天線之AC電壓偵測。當該系統係在一AC自我測試模式中時，一第二埠可被用以注入一信號通過一電阻器且至該第一埠中。當在一連續性測試模式中時，一第三埠及一第四埠連同一對電阻器可被用以注入一信號通過該天線。因此，該系統可在兩個不同測試模式中操作：該AC自我測試模式及該連續性測試模式。該系統可在標稱AC偵測操作模式期間週期性地進入此等模式達短時間週期(例如小於2毫秒)，或可由一終端使用者觸發該等測試模式。 該系統包含一天線及一處理器。該處理器具有複數個埠：一第一輸入埠，其經耦合至該天線之一第一部分；一第一輸出埠，其經串聯耦合至經耦合至該天線之該第一部分之一第一電阻器，且係經由一第二電阻器耦合至接地；一第二輸出埠，其係透過一第三電阻器耦合至該天線之該第一部分；及一第二輸入埠，其經耦合至該天線之一第二部分，且係透過一第四電阻器耦合至接地。該處理器可操作以啟動及撤銷啟動該等適當埠，以使該處理器處於三個操作模式中之一者：一AC偵測模式、一自我測試模式，及一連續性測試模式。 一替代系統包含一天線及一處理器。該處理器具有複數個埠：一第一輸入埠，其經耦合至該天線之一第一部分；一第一輸出埠，其經串聯耦合至一第一電阻器及一第二電阻器至接地，其中該第一電阻器及該第二電阻器之接點係直接或透過一第五電阻器耦合至該天線之該第一部分；一第二輸出埠，其係透過一第三電阻器耦合至該天線之該第一部分；及一第二輸入埠，其經耦合至該天線之一第二部分，且係透過一第四電阻器直接或透過一開關耦合至接地。該處理器可操作以啟動及撤銷啟動該等適當埠，以使該處理器處於三個操作模式中之一者：一AC偵測模式、一自我測試模式，及一連續性測試模式。 亦揭示一種藉由在複數個模式(包含一操作模式)中操作來測試與使用天線之方法。該方法在三個模式之一者中操作。在一第一模式中，將來自一第一輸出埠之一AC信號注入至在該天線之一第一腿部處之電路中，且在一第一輸入埠處偵測該AC信號之存在。在一第二模式中，將來自一第二輸出埠之一電壓注入通過該天線，且在一第二輸入埠處偵測該電壓之一部分之存在。在一第三模式中，於該第一輸入埠處接收來自該天線之一信號。 亦揭示另一系統。此系統包括：一天線，其具有一第一部分及一第二部分；及一處理器。該處理器具有：一第一輸入埠，其經耦合至該天線之該第一部分；一第一輸出埠，其經串聯耦合至經耦合至該天線之該第一部分之一第一電阻器，且係經由一第二電阻器耦合至接地；及一第二輸出埠，其係透過一第三電阻器耦合至該天線之該第二部分。 所揭示之一額外系統具有：一天線，其具有一第一部分及一第二部分；及一處理器。該處理器具有：一第一輸入埠，其經耦合至該天線之該第一部分；一第一輸出埠，其經串聯耦合至經耦合至該天線之該第一部分之一第一電阻器，且係經由一第二電阻器耦合至接地；一第二輸出埠，其係透過一第三電阻器耦合至該天線之一第二部分；及一第二輸入埠，其經耦合至該天線之該第一部分，且係透過一第四電阻器耦合至接地。 前述概述及以下實例實施例兩者均僅為實例及例示性，且不應視作限制如所描述及主張之本發明之範疇。進一步言之，可提供除本文中所闡述之特徵及/或變化外之特徵及/或變化。例如，本發明之實施例可係關於實例實施例中所描述之各種特徵組合及子組合。實例實施例 以下詳細描述係指附圖。在任何可能之情況下，相同元件符號用於圖式及以下描述中以係指相同或相似元件。儘管可描述本發明之實施例，但修改、改編、及其他實施方案係可能的。例如，可對圖式中所圖解說明之元件進行替代、新增、或修改，且本文所描述之方法可藉由替代、重排序、或將階段新增至所揭示之方法而修改。據此，以下詳細說明不限制本發明。代替地，本發明之適當範疇由隨附申請專利範圍界定。 圖1繪示一非接觸電壓偵測器100及自我測試電路之一實施例。測試系統100包括一處理器105，其具有輸入I1、輸出O1、輸入I2，及輸出O2。該處理器可為一微處理器、微控制器、數位信號處理器，或由相等類比及/或數位電路替換以影響該電路之所要效能。輸入I1經耦合至處理器105中之一開關S1 110，且經耦合至天線150之一第一部分。輸出O1經耦合至處理器105中之一開關S2 120，且係經由電阻器R1 160耦合至天線150之該第一部分及輸入I1。電阻器R1 160亦係在相同於經耦合至天線150之節點處經由電阻器R2 170耦合至接地。輸出O2與電阻器R3 180經串聯通過天線150而耦合至輸入I2，且係透過電阻器R4 190耦合至接地。輸出O2亦經耦合至開關S3 130，而輸入I2亦經耦合至開關S4 140。 輸入1經由開關S1 110用以偵測AC電壓。輸出O1經由開關S2 120係用以輸出一自我測試電壓。輸出O2係用以提供一連續性源電壓。且，輸入I2係用以偵測通過天線150之連續性。將在下文在圖2至圖4中更加詳細描述此電路之使用。 圖2繪示在一AC偵測模式中操作之非接觸電壓偵測器100及自我測試電路之一實施例。當在AC偵測模式中操作時，開關S2 120、S3 130及S4 140全部斷開；開關S1 110閉合。在AC偵測模式中，若存在一AC電壓經電容地耦合至該天線，則其由處理器105接收，且該AC電壓可被指示給使用者。該指示可係呈所偵測電壓之光、聲音及/或一顯示之形式。 圖3繪示在一AC自我測試模式中操作之非接觸電壓偵測器100及自我測試電路之一實施例。在AC自我測試模式中，開關S1 110及S2 120閉合；開關S3 130及S4 140斷開。當自我測試該AC信號路徑時，此第二埠可經組態為一數位輸出埠。埠S2 120經交替地耦合於電池電壓(或一些其他升壓或降壓電池電壓)與電路公共端(circuit common)之間。此產生一模擬AC信號，其係經由電阻器R1 160應用於埠I1。該AC信號亦將流動通過電阻器R2 170至接地。電阻器R1 160及R2 170經定大小以提供一所要測試振幅。不同於先前技術系統，此模擬AC自我測試信號不流動通過該天線。處理器105將經由開關S1 110檢查所接收信號，以判定該AC自我測試是否成功或已失敗。若該AC自我測試失敗，則可由一光、一蜂鳴器或一些其他指示通知該單元之使用者。另外，該單元在AC偵測模式中之操作可能被去能，且通知該使用者。 圖4繪示在一連續性測試模式中操作之非接觸電壓偵測器100及自我測試電路之一實施例。在連續性測試模式中，開關S1 110及S2 120斷開；開關S3 130及S4 140閉合。埠O2為該天線之源提供連續性測試信號。此埠經耦合至電池電壓或在處理器105內部之一些升壓或降壓電池電壓。埠O2係經由電阻器R3 180耦合至天線150之該第一部分。基於埠O2處之該輸出電壓及電阻器R3 180及R4 190之相對大小，將接著由處理器105經由輸入I2及開關S4 140來偵測一預期電壓值。該第一天線部分與該印刷電路板之間或該第二天線部分與該印刷電路板之間的連接失敗將導致與在輸入I2處量測之預期值之一偏移。可使用大於標稱注入信號若干量值級之一測試電流來進行此連續性測試，且可在找到邊緣連接中產生一更可靠及更一致結果。此係對無法檢查通過該天線之連續性之先前技術系統之一改良，因此若該天線或探針在先前技術系統中切斷，該等先前技術系統可仍通過一自我測試。 圖5係類似於圖1之具增加敏感度、減小電路負載及促進組件選擇之改良的非接觸電壓偵測器100及自我測試電路之一實施例。熟習此項技術者將理解，電阻器R2 170及R4 190具有非常高值以避免減小偵測電路之敏感度。新增具有一更電阻值之R5 200消除可由在建立AC自我測試信號之量值中選擇R1 160及R2 170之方便值所致的敏感度減小。新增開關S5 210而隔離電阻器R4 190，惟當正執行該連續性測試除外。在所有模式中斷開(惟在該連續性測試除外)之開關S5 210可為一類比開關、一場效電晶體或任何其他合適低洩漏離散或整合組件。可由輸出O2或其他方便構件啟動。熟習此項技術者將理解，新增電阻器R5 200及開關S5 210不改變對圖2至圖4參考中所揭示之操作之基本原理。 圖6係類似於圖5之非接觸電壓偵測器100及自我測試電路之一實施例，惟顛倒用於該連續性測試模式之天線連接除外。埠O2經由電阻器R3 180而耦合至天線150之該第二部分，而非該第一部分。另外，由與開關S5 210串聯之電阻器R4 190組成之該等連續性測試模式組件連同輸入I2耦合至該天線之該第一部分，而非該第二部分。不自先前描述改變包含所有五個開關之操作之該連續性測試模式之操作。 圖7係類似於圖6之非接觸電壓偵測器100及自我測試電路之一實施例，惟輸入I1正執行AC電壓偵測功能及連續性偵測功能兩者除外。此具有於處理器105上需要少一個輸入之優點。在此實施例中，不使用輸入I2且輸入I1上之開關S1 110在所有操作模式中閉合且因此係選用的。開關S2 120及S3 130如先前所描述而操作：當在一AC自我測試模式中操作時，開關S2 120閉合且開關S3 130斷開；且當在一連續性測試模式中操作時，開關S2 120斷開且開關S3 130閉合。 系統100之一使用者可透過使用機械開關、按鈕或其他方法而容易地在操作模式之間切換。系統100可自一第一操作模式轉變至任何其他操作模式。然而，若該系統使自我測試模式或連續性測試模式失敗，則系統100可無法啟用且不能進入AC偵測模式。 當一使用者已使該系統處於AC偵測模式中時，該系統亦可週期性地進入該等測試模式之任一者或兩者達非常短持續時間。依此方式，甚至在操作期間，該系統亦可週期性地檢查(例如每兩秒)其完整性。透過此特徴，當該使用者使該系統處於AC偵測模式中時，其可初始地執行一AC自我測試及一連續性測試。接著，將進入至AC偵測模式中且週期地(例如每兩秒)短暫地(約毫秒)進入該AC自我測試模式及該連續性偵測模式之任一者或兩者中。依此方式，該系統將週期性地檢查其完整性。 可在包括離散電子元件之一電路、含有邏輯閘之封包或整合電子晶片、利用一微處理器之一電路中或在含有電子元件或微處理器之一單一晶片上實踐本發明之實施例。亦可使用能夠執行邏輯運算(諸如，例如AND、OR及NOT)之其他技術實踐本發明之實施例，包含(但不限於)機械、光學及量子技術。另外，可在一通用電腦內或在任何其他電路或系統中實踐本發明之實施例。貫穿以上論述，已參考開關，熟習此項技術者在閱讀本發明後將瞭解亦可使用主動組件，諸如運算放大器或電晶體。 儘管說明書包含實例，但由以下申請專利範圍指示本發明之範疇。此外，儘管已以專用於結構特徵及/或方法行為之語言描述本說明書，但申請專利範圍不限於以上所描述之特徵或行為。確切而言，以上所描述之特定特徵及行為被揭示為本發明之實施例之實例。 前文概述若干實施例之特徵使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應明白，其等可容易將本揭露用作用於設計或修改其他製程及結構的一基礎以實行相同目的及/或達成本文中所介紹之實施例之相同優點。熟習此項技術者亦應認知，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。
100‧‧‧非接觸電壓偵測器
105‧‧‧處理器
110‧‧‧開關S1
120‧‧‧開關S2
130‧‧‧開關S3
140‧‧‧開關S4
150‧‧‧天線
160‧‧‧電阻器R1
170‧‧‧電阻器R2
180‧‧‧電阻器R3
190‧‧‧電阻器R4
200‧‧‧電阻器R5
210‧‧‧開關S5
I1‧‧‧輸入
I2‧‧‧輸入
O1‧‧‧輸出
O2‧‧‧輸出
經併入於本發明中且構成本發明之一部分之附圖繪示本發明之各種實施例。在圖中： 圖1繪示一非接觸電壓偵測器100及自我測試電路之一實施例。 圖2繪示在一AC偵測模式中操作之非接觸電壓偵測器100及自我測試電路之一實施例。 圖3繪示在一AC自我測試模式中操作之非接觸電壓偵測器100及自我測試電路之一實施例。 圖4繪示在一連續性測試模式中操作之非接觸電壓偵測器100及自我測試電路之一實施例。 圖5繪示具修改以改良敏感度、減小電路負載及促進組件選擇之非接觸電壓偵測器100及自我測試電路之一實施例。 圖6係一非接觸電壓偵測器及自我測試電路之一第二實施例。 圖7係類似一非接觸電壓偵測器及自我測試電路之一第三實施例。

Claims (21)

  1. 一種系統，其包括： 一天線，其具有一第一部分及一第二部分；及 一處理器，其具有： 一第一輸入埠，其經耦合至該天線之該第一部分； 一第一輸出埠，其經串聯耦合至經耦合至該天線之該第一部分之一第一電阻器，且係經由一第二電阻器耦合至接地； 一第二輸出埠，其係透過一第三電阻器耦合至該天線之該第一部分；及 一第二輸入埠，其經耦合至該天線之該第二部分，且係透過一第四電阻器耦合至接地。
  2. 如請求項1之系統，其中當該處理器係在一AC偵測模式中時，該第一輸入埠係在作用中，且該第一輸出埠、該第二輸出埠及該第二輸入埠係在非作用中。
  3. 如請求項1之系統，其中當該處理器係在一AC自我測試模式中時，該第一輸入埠及該第一輸出埠兩者係在作用中，而該第二輸出埠及該第二輸入埠兩者係在非作用中。
  4. 如請求項3之系統，其中一交流電壓經放置於該第一輸出埠上。
  5. 如請求項4之系統，其中該第一輸入埠偵測該交流電壓之存在。
  6. 如請求項4之系統，其中當該第一輸入埠無法偵測一交流電壓之存在時，指示一自我測試失敗。
  7. 如請求項1之系統，其中當該處理器係在一連續性測試模式中時，該第一輸入埠及該第一輸出埠兩者係在非作用中，而該第二輸出埠及該第二輸入埠兩者係在作用中。
  8. 如請求項7之系統，其中一電壓經放置於該第二輸出埠上。
  9. 如請求項8之系統，其中於該第二輸入埠處偵測到該電壓之一部分。
  10. 如請求項8之系統，其中當於該第二輸入埠處偵測到該電壓之一錯誤部分時，指示一連續性失敗。
  11. 一種測試一天線之方法，其包括： 在一第一模式中，將來自一第一輸出埠之一AC信號注入至該天線之一第一部分處之電路中，且在一第一輸入埠處偵測該AC信號之存在；及 在一第二模式中，將來自一第二輸出埠之一電壓注入通過該天線之該第一部分，且在一第二輸入埠處偵測該天線之一第二部分上之該電壓之存在。
  12. 如請求項11之方法，進一步包括在該第一模式中，當於該第一輸入埠處未偵測到一AC信號，提供一AC自我測試已失敗之一指示。
  13. 如請求項11之方法，進一步包括在一第二模式中，當該於該第二輸入埠未以一預期電壓接收電壓之該部分時，提供一連續性測試已失敗之一指示。
  14. 一種系統，其包括： 一天線，其具有一第一部分及一第二部分；及 一處理器，其具有： 一第一輸入埠，其經耦合至該天線之該第一部分； 一第一輸出埠，其經串聯耦合至經耦合至該天線之該第一部分之一第一電阻器，且係經由一第二電阻器耦合至接地；及 一第二輸出埠，其係透過一第三電阻器耦合至該天線之該第二部分。
  15. 如請求項14之系統，其中當該處理器係在一AC偵測模式中時，該第一輸入埠係在作用中，且該第一輸出埠及該第二輸出埠係在非作用中。
  16. 如請求項14之系統，其中當該處理器係在一AC自我測試模式中時，該第一輸入埠及該第一輸出埠兩者係在作用中，而該第二輸出埠係在非作用中。
  17. 如請求項16之系統，其中一交流電壓經放置於該第一輸出埠上。
  18. 如請求項17之系統，其中該第一輸入埠偵測該交流電壓之存在。
  19. 如請求項17之系統，其中當該第一輸入埠無法偵測一交流電壓之存在時，指示一自我測試失敗。
  20. 如請求項14之系統，其中當該處理器係在一連續性測試模式中時，該第一輸入埠及該第二輸出埠兩者係在作用中，而該第一輸出埠係在非作用中。
  21. 一種系統，其包括： 一天線，其具有一第一部分及一第二部分；及 一處理器，其具有： 一第一輸入埠，其經耦合至該天線之該第一部分； 一第一輸出埠，其經串聯耦合至經耦合至該天線之該第一部分之一第一電阻器，且係經由一第二電阻器耦合至接地； 一第二輸出埠，其係透過一第三電阻器耦合至該天線之一第二部分；及 一第二輸入埠，其經耦合至該天線之該第一部分，且係透過一第四電阻器耦合至接地。
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