CN103558495B - 一种多通道线路通断检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道线路通断检测装置，通过多通道模拟选择开关与n个二选一模拟开关的组合控制选择，可以任何i、j两个连接端i、j之间的电子线路进行测量，提高了检测的灵活性。同时，如果需要测量反向电阻值，只需要将多通道模拟选择开关，选择第j个输出端输出，而第i个二选一模拟开关选择接地输入端，其他二选一模拟开关均选择与多通道模拟选择开关的输出端连接的输入端即可实现。本发明中使用模拟开关做切换电路切换时间极短，通常小于1微秒，在需要多通道线路检测的复杂电子产品中，通道切换时间短这一特性尤为重要。此外，本发明的结构为差值计算，克服了模拟开关内阻对检测结果的影响。

Description

一种多通道线路通断检测装置

技术领域

本发明属于电子线路检测技术领域，更为具体地讲，涉及一种多通道线路通断检测装置。

背景技术

电子产品的电子电路都越来越复杂，这些复杂电子产品中的大量电子线路的短路、断路检测一直是质量检测的重点。随着人们对电子产品质量要求的不断提高，线路短路、断路的100％全检已经成为电子行业质量检测环节发展的必然趋势。对于电子线路的通断检测，最简单常用的方式是使用万用表测量线路的两端，通过万用表相应档位下是否发出声音或者通过电阻值读数大小来判断线路的通断情况，这种检测方法效率低，且多通道检测时复制困难。另外有些线路通断检测装置可以针对某一特定的电子产品的电子线路进行线路通断检测，而这些测量方法几乎没有灵活性可言。同时也有很多使用继电器做多通道切换的装置，因为继电器导通和关断时间的限制使得测量时间变长，这些方法均不能满足大多数复杂电子产品的电子线路通断检测需要。因此，设计一种具有高速、高灵活性的多通道线路通断检测装置是至关重要的。

对电子线路进行通断检测，就是对线路两端的电阻值检测，对检测的电阻值进行阈值判断，电阻大于某个阈值为断路，电阻小于某个阈值为短路，检测装置主要有两种方法：硬件阈值判断和软件可设定阈值判断。

现有的单通道线路通断检测技术主要采用以下方法：将被测电阻(电子线路)与已知阻值的标准电阻串联，使用电压基准源在被测电阻(电子线路)和已知电阻串联的这条支路两端加上固定电压，通过AD采样被测电阻(电子线路支路)和已知电阻的分压值大小来计算出电阻值大小，进而通过与相应阈值的比较来获得电子线路通断信息。在多通道线路通断检测中，常采用微型继电器做通道切换。

在某些情况下，被测电子线路的正向电阻值和反向电阻值并不相同，现有的通断检测方案在电子线路连接好以后不能控制电流流向，所以不能一次性测量出被测电子线路的正向电阻值和反向电阻值。

在现有技术中，多通道线路通断检测方案，在电子线路已经连接好以后，不能做到任意两路之间的测量，对于复杂的电子产品的电子线路检测中灵活性不足，往往需要根据不同的被电子产品重新定制检测装置。

现有的采用继电器做多通道检测切换的装置中，继电器导通和关断时间较长，通常为几个毫秒，使得测量时间较长。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种多通道线路通断检测装置，以实现电子线路正反电阻值测量，检测电子线路通断的同时，提高检测效率和检测的灵活性。

为实现以上目的，本发明多通道线路通断检测装置，包括：

一恒流源，输出用于检测的直流电流；

其特征在于，还包括：

一多通道模拟选择开关，该开关具有一个输入端和n个输出端，输入端与恒流源连接，恒流源输出的直流电流从输入端输入，然后根据多通道模拟选择开关的选择，输出到相应的一个输出端；

n个二选一模拟开关，每个二选一开关具有两个输入端和一个输出端，两个输入端中的一个输入端与多通道模拟开关的一个输出端，另一个输入端接地；输出端与多通道线路通断检测装置的电子线路连接端连接；各个二选一模拟开关与多通道模拟选择开关的输出端连接的输入端逐个与多通道模拟选择开关的输出端连接：

带有计算能力的数据采集系统，该系统包括两个通道选择端口和一个电压采样接口；其中，一通道选择端口用于控制多通道模拟选择开关，选择第i个输出端输出，另一通道选择端口则用于控制多个二选一模拟开关，让第j个二选一模拟开关选择接地输入端，其他二选一模拟开关均选择与多通道模拟选择开关的输出端连接的输入端，用于检测多通道线路通断检测装置电子线路连接端i、j之间的电子线路；电压采样接口包括n个采样端口，分别连接到n个二选一模拟开关的输出端；

带有计算能力的数据采集系统先根据第i、j采样端口采集的电压V_i、V_j进行以下计算，得到连接在连接端i、j之间的电子线路的电阻值RL_ij：

${\mathrm{RL}}_{ij}=\frac{V_i-V_j}{I_a}$

其中，I_a为恒流源输出的直流电流；

然后，将电阻值RL_ij与内部设定的阈值进行比较，得到连接端i、j之间的电子线路的通断状态。

本发明的目的是这样实现的：

本发明多通道线路通断检测装置，通过多通道模拟选择开关与n个二选一模拟开关的组合控制选择，可以对任何i、j两个连接端i、j之间的电子线路进行测量，提高了检测的灵活性。同时，如果需要测量反向电阻值，只需要将多通道模拟选择开关，选择第j个输出端输出，而第i个二选一模拟开关选择接地输入端，其他二选一模拟开关均选择与多通道模拟选择开关的输出端连接的输入端即可实现。本发明中使用模拟开关做切换电路切换时间极短，通常小于1微秒，在需要多通道线路检测的复杂电子产品中，通道切换时间短这一特性尤为重要。此外，本发明采用差值计算方法，克服了模拟开关内阻对检测结果的影响。

附图说明

图1是本发明多通道线路通断检测装置一种具体实施方式原理图；

图2是图1所示多通道线路通断检测装置电子线路测量原理图；

图3是图1所示多通道线路通断检测装置电子线路反向电阻值测量原理图；

图4是图1所示多通道线路通断检测装置模拟开关全部断开时的原理图；

图5是图1所示多通道线路通断检测装置在没有二极管分流电路时的波形实例图；

图6是图1所示多通道线路通断检测装置的波形实例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

在本实施例中，如图1所示，本发明多通道线路通断检测装置包括恒流源1、多通道模拟选择开关2、n个二选一模拟开关3、一个带有计算能力的数据采集系统4、DCDC隔离电源5以及接口保护电路6。在一次性连接好电子线路后，可以实现任意两个连接端之间的短路和断路检测，并可以通过控制电流流向来实现正向和反向电阻的同时测量，测量结果可以精确量化，被测物出现短路和断路故障时，该装置可以定位故障到具体的电子线路。

本发明通过单片机系统或其它带有计算能力的数据采集系统4，通过模拟开关通道选择端口，控制多通道模拟选择开关2和n个二选一模拟开关3与被测电子产品相应电子线路构成电流回路。回路构成后，直流电流从内部电源正一VCC1经可调的恒流源1、多通道模拟选择开关2和n个二选一模拟开关3、被电子产品相应电子线路、n个二选一模拟开关3后流回内部电源地端GND。在直流电流稳定后，电压采样接口从相应通道的电压采样点即第i、j采样端口采集电压，根据采样的电压值和已知的电流值，通过伏安法计算出对应的被测电子线路电阻值大小，将测得的电子线路电阻值大小与软件内设定的相应阈值比较，得到连接端i、j之间的电子线路的通断状态。如大于断路阈值为断开(检测断开时)小于短路阈值为短路即接通(检测接通时)。将计算的电阻值以及检测的状态通过通讯接口传至显示设备或者直接通过其它人机交互方式表达信息。

在本实施例中，本发明通过外部电源正端+Vout和外部电源负端OUTGND供电，经过DCDC隔离电源5转换为内部电源，即正端+Vin和负端GND。内部电源正端经过稳压源或电源电平转换电路转换为内部电源正一VCC1以及内部电源正二VCC2。本发明多通道线路通断检测装置电源地平面与外部电源地彻底隔离，避免通道检测电流和电源供电之间的回路干扰。

将本发明多通道线路通断检测装置与被测电子线路连接，如图2所示，连接端1即i＝1，连接端15即j＝15之间电子线路的等效负载电阻即电子线路的电阻值为RL_1-15，系统开始对等效负载电阻RL_1-15进行测量。

首先控制多通道模拟选择开关2和第1、15二选一模拟开关按照图2所示设置，其它所有二选一模拟开关向第16二选一模拟开关一样连接，此时构成图2所示电流回路7，其他如图2所示的回路8由于二选一模拟开关16没有接地，无法构成电流回路。因为有恒流源流出的直流电流I_a从该电流回路7通过，所以第1个二选一模拟开关输出端的电压为V₁＝(r_ON+RL_1-15)×I_a，r_ON为二选一模拟开关的导通内阻,第15个二选一模拟开关输出端的电压为：

V₁₅＝r_ON×I_a,

所以 ${\mathrm{RL}}_{1-15}=\frac{V_1-V_{15}}{I_a}.$

通过上述公式可以看出，1：通过调节可控恒流源1的直流电流I_a，可以调节被测电子线路电阻值范围；2、r_ON的存在不影响电子线路的电阻值的精确测量，即模拟开关存在不确定的内阻对测量结果无影响。同样的，控制模拟开关如图3所示，构成电流回路9，此电流回路9与电流回路7相同，只是电流方向相反，等效电子线路的电阻值计算方法同上叙述，计算出RL_15-1。

这样，如图2、3所示，切多通道模拟选择开关2和n个二选一模拟开关3，可以实现任意两路被测电子线路的电阻值测量。

如图4所示，本发明多通道线路通断检测装置还包括二极管分流电路120，其正端与恒流源1直流电流输出端连接，负端与内部电源正二VCC2连接，内部电源正一VCC1为恒流源1供电。

控制全部模拟开关多通道模拟选择开关2、n个二选一模拟开关3即控制模拟开关处于不使能状态，恒流源1输出直流电流I_a会流向二极管分流电路120，该支路对于通道之间的高速切换具有重要作用，如果去掉该电路120，在通道切换前会存在先切断所有电流回路的情况，此时可调恒流源1停止工作，在完成通道切换后，新的电流回路构成，可调恒流源1重新开始工作，因为恒流源1存在启动时间，所以带有计算能力的数据采集系统4需要等待恒流源1稳定后才可以进行电压采样，降低了系统工作频率。无二极管分流电路120时电流稳定时间如图5所示，在模拟开关使能后，即新的电流回路完成后，需要等待15us后电流才稳定。其中，波形135为二选一模拟开关i输出端电压波形，波形136为二选一模拟开关i输出端相对应的通道选择端口信号波形。有二极管分流电路时，即使模拟开关全部断开，电流仍旧可以通过二极管分流电路120流向内部电源正二VCC2，可调恒流源1始终处于工作状态，工作波形如图6所示，在与图6所示数据同等实验条件下，电流稳定时间1us(模拟开关导通所需时间)，其中，波形140为二选一模拟开关i输出端电压波形，波形141为二选一模拟开关i输出端相对应的通道选择端口信号波形。大多数恒流源电路，I_a越小则启动时间越长，I_a大小又直接影响系统电阻值测量范围，因为二极管分流电路120可以完全消除恒流源1的启动时间，保证了装置的高速测量特性和测量范围可调，所以是非常重要的。内部电源正二VCC2可以根据所需要的测量范围设定，基本条件是：内部电源二VCC2电压值、二极管分流电路120的正向导通压降和可调恒流源1最小电压差的和要小于内部电源正一VCC1电压值。

多通道模拟选择开关2和n个二选一模拟开关3如图2、3所示连通，尽管与电子线路一起构成了相应的电流回路，但当直流电流I_a与电流回路上所有的电阻值的乘积大于内部电源正二VCC2加二极管分流电路120正向导通压降时，直流电流I_a会流经二极管分流电路120，此带有计算能力的数据采集系统4计算出的被测电子线路电阻值等于电阻测量范围的最大值。即直流电流I_a与电流回路上所有的电阻值的乘积需要小于内部电源正二VCC2加二极管分流电路正向导通压降。

接口保护电路6是为了防止被测电子线路在通电的情况下，电压值超过多通道通断检测装置的电压采样接口和模拟开关的电压承受能力，进而损坏装置。

在本实施例中，DCDC隔离电源5的作用和好处在于，在实际测试系统中，外部电源负端经常与被测电子线路的电源地连通，如果外部电源负端OUTGND也同时与内部电源负端GND连通，连接端1和连接端15分别与被测电子线路的两条地线路联通，此时对连接端1和连接端15之间的线路进行通断检测，即使连接端15连接的电子线路存在断路故障，电流也可以通过连接端1流出，并通过电源地流回，构成电流回路，此时连接端1对应采样端口就会有符合正常情况的电压存在，而连接端15对应采样端口电压接近0v，如不做特殊判断处理，带有计算能力的数据采集系统将会误检测被测电子线路仍旧是通路，产生检测错误，所以在外部电源和内部电源之间添加DCDC隔离电源5，可以在测量过程中切断任何非通道之间的所有电流回路，避免多支路分流所引入的检测错误。DCDC隔离电源15的使用，使得本发明装置与被电子线路地平面即使连通也可以正常使用，增加了使用灵活性。

本发明的创新点在于：

1、本发明巧妙地通过不同功能的模拟开关组合，配合可控恒流源，形成了可以程控的任意两路电子线路之间的短路、断路检测，且在不需要重新安装线路的情况下可以完成正向电阻和反向电阻的同时测量。

2、采样后，采用两个采样电压值做减法的计算方式，完全去除电流回路中存在的内阻所带来的测量值影响，保证了系统测量精度。

3、二极管分流电路的使用，完全消除了恒流源的启动时间，另外配合高速模拟开关做通道切换，保证了系统测量的高速性。

4、DCDC隔离电源的使用，使得本发明装置与被测电子线路地平面即使连通也可以正常使用，增加了使用灵活性。

5、可以通过调节恒流源的恒流大小，直接改变测量范围大小，根据不同的应用场合可以灵活调节，使用方便。

与现有技术相比，本发明具有以下的优点：

1、可以多通道进行任意电子线路之间的电阻值测量，进而实现短路和断路判断，针对不同的应用场合，应用灵活性极强。

2、可以在连接好线路后，一次性完成正向电阻值和反向电阻值的测量，不需要重新接线，检测指标多。

3、测量时间极短，在对复杂系统的检测应用中，即使有非常多的通道需要检测，也可以在极短的时间内完成全部测试，大幅度提高质量检测效率。

4、隔离电源和可调恒流源的使用，极大地增加了系统使用的方便性和对不同应用场合的适应能力。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种多通道线路通断检测装置，包括：

一恒流源，输出用于检测的直流电流；

其特征在于，还包括：

一多通道模拟选择开关，该开关具有一个输入端和n个输出端，输入端与恒流源连接，恒流源输出的直流电流从输入端输入，然后根据多通道模拟选择开关的选择，输出到相应的一个输出端；

n个二选一模拟开关，每个二选一模拟开关具有两个输入端和一个输出端，两个输入端中的一个输入端与多通道模拟选择开关的一个输出端连接，另一个输入端接地；输出端与多通道线路通断检测装置的电子线路连接端连接；各个二选一模拟开关与多通道模拟选择开关的输出端连接的输入端逐个与多通道模拟选择开关的输出端连接；

带有计算能力的数据采集系统，该系统包括两个通道选择端口和一个电压采样接口；其中，一通道选择端口用于控制多通道模拟选择开关，选择第i个输出端输出，另一通道选择端口则用于控制多个二选一模拟开关，让第j个二选一模拟开关选择接地输入端，其他二选一模拟开关均选择与多通道模拟选择开关的输出端连接的输入端，用于检测多通道线路通断检测装置电子线路连接端i、j之间的电子线路；电压采样接口包括n个采样端口，分别连接到n个二选一模拟开关的输出端；

带有计算能力的数据采集系统先根据第i、j采样端口采集的电压V_i、V_j进行以下计算，得到连接在连接端i、j之间的电子线路的电阻值RL_ij：

${\mathrm{RL}}_{ij}=\frac{V_i-V_j}{I_a},$

其中，I_a为恒流源输出的直流电流；

然后，将电阻值RL_ij与内部设定的阈值进行比较，得到连接端i、j之间的电子线路的通断状态。

2.根据权利要求1所述的多通道线路通断检测装置，其特征在于，还包括二极管分流电路，其正端与恒流源直流电流输出端连接，负端与内部电源正二VCC2连接，内部电源正一VCC1为恒流源供电；

内部电源正二VCC2根据所需要的测量范围设定，基本条件是：内部电源正二VCC2电压值、二极管分流电路的正向导通压降和恒流源最小电压差的和要小于内部电源正一VCC1电压值，并且直流电流I_a与电流回路上所有的电阻值的乘积需要小于内部电源正二VCC2加二极管分流电路正向导通压降。

3.根据权利要求2所述的多通道线路通断检测装置，其特征在于，还包括DCDC隔离电源；

外部电源正端+Vout和外部电源负端OUTGND供电，经过DCDC隔离电源转换为内部电源；内部电源正端经过稳压源或电源电平转换电路转换为内部电源正一VCC1以及内部电源正二VCC2。