CN106301305B - 一种开关矩阵驱动电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关矩阵驱动电路及方法，CPLD芯片，用于接收总线接口发送的指令，并对接收的指令进行译码；继电器驱动芯片，其与CPLD芯片通过线路连接，用于接收CPLD芯片译码后的指令，并通过地址数据SEL译码选择输出有效位来控制相应继电器动作；其中，所述继电器驱动芯片为M组，任一组包括N个驱动芯片，同组驱动芯片共用一个片选CS，不同组的第n个芯片共用一个开关电平信号LVL，所有驱动芯片共用一个地址数据SEL，其中n≤N。本发明的有益效果是：通过合理设计驱动电路，分组共用控制信号，有效解决控制信号共用带来的误操作问题；提高了开关矩阵的设计集成程度，满足自动测试装备小型化设计需求。
Description
技术领域
本发明涉及开关矩阵控制领域，尤其是一种开关矩阵驱动电路及方法。
背景技术
目前，现有的开关矩阵控制方法如图1所示，驱动芯片没有数据选择功能，有多少位的 SEL信号，就只能驱动相同位数的继电器，驱动电路难以有效精简。驱动芯片的控制信号与驱动芯片一一对应，不能共用，每增加一片驱动芯片，则需增加相应的片选及开关电平等控制信号，主控芯片需要多分配许多管脚来控制这些驱动芯片。
传统的大规模开关矩阵，由于继电器及控制电路繁多复杂，难以实现装置的小型化，占用了很多的空间资源，不利于自动测试系统的搭建。
传统的开关矩阵装置，控制线经驱动器增压扩流后直接连到继电器阵列，为达到开关通道的精确控制，驱动电路的所有控制信号都需要单独的控制信号线来控制，占用了非常多的板级资源，使得开关矩阵的可扩展空间非常小，难以适应高速发展的测试需求。
传统的开关矩阵控制方法，无法合理共用驱动芯片的控制信号，控制信号共用会产生大量继电器的误操作，无法实现信号传输和路由的精准控制，无法保证测试系统中信号输入和输出的切换和路由。
传统的开关矩阵控制方法中，需要保持一个继电器控制信号状态时，必须保持其对应的驱动芯片的控制信号状态，长期运行时，造成的功耗损失非常大，而且不利于装置的散热。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种开关矩阵驱动电路及方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种开关矩阵驱动电路，包括：
CPLD芯片，用于接收总线接口发送的指令，并对接收的指令进行译码；
继电器驱动芯片，其与CPLD芯片通过线路连接，用于接收CPLD芯片译码后的指令，并通过地址数据SEL译码选择输出有效位来控制相应继电器动作；
其中，所述继电器驱动芯片为M组，任一组包括N个驱动芯片，同组驱动芯片共用一个片选CS，不同组的第n个芯片共用一个开关电平信号LVL，所有驱动芯片共用一个地址数据SEL，其中n≤N。
优选的，所述开关电平信号LVL和地址数据SEL默认状态均为低电平，通过向驱动芯片的开关电平和地址数据管脚发送时间跨度覆盖片选信号有效时段的高电平脉冲，实现开关电平信号LVL和地址数据SEL由低电平到高电平的跳变，且片选CS无效后，开关电平信号LVL和地址数据SEL由高电平跳变为低电平。上述设计有利于降低整个开关矩阵驱动电路的功耗，减少热量的产生。
优选的，所有驱动芯片共用全局复位信号RESET，全局复位信号RESET有效时，所有驱动芯片的输出被屏蔽。通过设置全局复位信号，使得整个驱动电路无需增加总线控制信号管脚，可在CPLD芯片中判断总线控制信号中片选信号CS的状态，当片选信号CS全有效时，全局复位信号RESTET信号有效，所有驱动芯片共用一个RESET信号，从而实现全局复位的功能。
基于上述开关矩阵驱动电路的驱动方法，当控制第M组中的第n个驱动芯片的第X个输出位时，第M组驱动芯片对应的片选信号置于有效状态，同时第M组内所有驱动芯片的第X位输出位均处于被操作状态，本发明通过改进控制方法解决了非目标输出位被误操作的问题；
具体步骤如下：
步骤一，判断所控继电器对应的驱动芯片A所在的分组，获取驱动芯片A所在的分组编号M；
步骤二，查询步骤一中的第M驱动芯片组中除驱动芯片A外包含的驱动芯片；
步骤三，查询该驱动芯片组内除驱动芯片A外所有驱动芯片的第X输出位；
若该驱动芯片组中第n个驱动芯片的第X位输出位状态为高，则发送的控制代码中开关电平信号LVL(n)对应代码置为1；
若该驱动芯片组中第n个驱动芯片的第X位输出位状态为低，则发送的控制代码中开关电平信号LVL(n)对应代码置为0。
本发明的有益效果是：
1.通过合理设计驱动电路，分组共用控制信号，将控制管脚的使用效率最大化，并且通过状态记录和查询，灵活的发送控制代码，有效解决控制信号共用带来的误操作问题；
2.本发明明显提高了开关矩阵的设计集成程度，减少了控制电路占用的资源和空间，满足自动测试装备的小型化设计需求；
3.本发明具有通用性和可扩展性，适用于任意接口形式的开关矩阵，可根据开关矩阵规模灵活扩展，便于自动测试系统的灵活搭建。
附图说明
图1是现有的开关矩阵控制方法示意图；
图2是本发明提供的开关矩阵驱动电路的结构示意图；
图3是本发明提供的开关矩阵驱动方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
现有技术中，每个驱动芯片均采用单独的片选、开关电平、地址数据来实现操作，然而伴随着开关矩阵规模的扩大，将需要数量巨大的控制信号对开关矩阵进行控制，所以，为最小限度的利用控制电路资源，本发明提供了一种开关矩阵驱动电路及方法，可实现控制电路资源的有效利用。
如图2所示，一种开关矩阵驱动电路，包括：
CPLD芯片，用于接收总线接口发送的指令，并对接收的指令进行译码；
继电器驱动芯片，其与CPLD芯片通过线路连接，用于接收CPLD芯片译码后的指令，并通过地址数据SEL译码选择输出有效位来控制相应继电器动作；所有输出位相互独立，互不影响；
其中，所述继电器驱动芯片为M组，任一组包括N个驱动芯片，同组驱动芯片共用一个片选CS，不同组的第n个芯片共用一个开关电平信号LVL，所有驱动芯片共用一个地址数据SEL，其中n≤N。
开关电平信号LVL用于操作输出位的电平状态，且开关电平信号LVL默认为低电平，片选上升沿时如控制开关打开，则发送高电平脉冲，控制开关断开，则保持低电平；B位地址数据SEL选择信号，默认为低电平，地址数据SEL有效时发送高电平脉冲信号，驱动芯片在片选有效时，读取SEL信号定位所操作的有效输出位，读取LVL信号来决定有效输出位的输出电平。
所述开关电平信号LVL和地址数据SEL默认状态均为低电平，通过向驱动芯片的开关电平和地址数据管脚发送时间跨度覆盖片选信号有效时段的高电平脉冲，实现开关电平信号LVL和地址数据SEL由低电平到高电平的跳变，且片选CS无效后，开关电平信号LVL 和地址数据SEL由高电平跳变为低电平。上述设计有利于降低整个开关矩阵驱动电路的功耗，减少热量的产生。
优选的，所有驱动芯片共用全局复位信号RESET，全局复位信号RESET有效时，所有驱动芯片的输出被屏蔽。通过设置全局复位信号，使得整个驱动电路无需增加总线控制信号管脚，可在CPLD芯片中判断总线控制信号中片选信号CS的状态，当片选信号CS全有效时，全局复位信号RESTET信号有效，所有驱动芯片共用一个RESET信号，从而实现全局复位的功能。
基于上述开关矩阵驱动电路的驱动方法，当控制第M组中的第n个驱动芯片的第X个输出位时，第M组驱动芯片对应的片选信号置于有效状态，同时第M组内所有驱动芯片的第X位输出位均处于被操作状态，本发明通过改进控制方法解决了非目标输出位被误操作的问题；
具体步骤如下：
所有驱动芯片都共用一个地址数据SEL，当需要控制第M组的第n个驱动芯片的第X个输出位时，该组芯片片选信号会被置于有效状态，且由于所有芯片的地址数据都共用，将导致该驱动芯片组内所有驱动芯片的第X位输出都处于被操作状态，所以，需要通过状态查询来决定控制代码中LVL信号每一位的数据的值，设定LVL为高时输出有效位也为高，判断流程如图3所示。先找出同组内的其他驱动芯片，查询出这些芯片的第X位输出位的状态，如组内第n个驱动芯片的第X位为高，其中，开关电平信号表示为LVL(n)，则在发送控制代码时，LVL(n)的对应代码为1，如第X位为低，则在发送控制代码时，LVL (n)的对应代码为0，以此来防止同一片选的芯片的相同SEL信号对应的相同输出位被误操作而改变现有状态。
进一步，操作继电器驱动芯片输出位为有效状态的具体步骤为：
在驱动芯片片选信号有效时，驱动芯片锁存开关电平信号和地址数据状态，通过地址数据信号译码决定操作哪一个输出管脚，开关电平信号决定如何操作(拉高或拉低)该管脚。
设每个驱动芯片的地址数据SEL为B位，每个驱动芯片控制A个继电器，驱动芯片的有效输出位由SEL信号译码决定，输出管脚的数量A的数值为2B，则开关矩阵所需控制线管脚数量为片选数量、开关电平信号数量以及地址数据位数之和，即M+N+B，同时，由于每个驱动芯片控制A个继电器，驱动芯片总数为继电器总数与A的除数，即驱动芯片总数＝继电器总数/A。因此，本发明与图1相比，提高了开关矩阵的设计集成程度，减少了驱动电路占用的资源和空间，满足自动测试设备的小型化需求。
本发明通过将驱动芯片进行合理得分组，将大规模开关矩阵控制转化为“N×M驱动芯片矩阵”的控制，每列共用一个片选信号，每行共用一个开关电平信号，通过片选信号即可定位“驱动芯片矩阵”的分组，即一组对应一列，任一组内每个驱动芯片通过不同的开关电平信号LVL进行控制。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种开关矩阵驱动电路，其特征是，包括：
CPLD芯片，用于接收总线接口发送的指令，并对接收的指令进行译码；
继电器驱动芯片，其与CPLD芯片通过线路连接，用于接收CPLD芯片译码后的指令，并通过地址数据SEL译码选择输出有效位来控制相应继电器动作；
其中，所述继电器驱动芯片为M组，任一组包括N个驱动芯片，同组驱动芯片共用一个片选CS，不同组的第n个芯片共用一个开关电平信号LVL，所有驱动芯片共用一个地址数据SEL，其中n≤N。
2.如权利要求1所述的开关矩阵驱动电路，其特征是，所述开关电平信号和地址数据信号默认状态均为低电平，通过向驱动芯片的开关电平和地址数据管脚发送时间跨度覆盖片选信号有效时段的高电平脉冲实现开关电平信号和地址数据由低电平到高电平的跳变，且片选无效后，开关电平信号和地址数据由高电平跳变为低电平。
3.如权利要求1所述的开关矩阵驱动电路，其特征是，所有驱动芯片共用全局复位信号，全局复位信号有效时，所有驱动芯片的输出被屏蔽，当片选信号全有效时，全局复位信号有效。
4.基于权利要求1至3任一所述的开关矩阵驱动电路的驱动方法，其特征是，当控制第M组中的第n个驱动芯片的第X个输出位时，第M组驱动芯片对应的片选信号置于有效状态，同时第M组内所有驱动芯片的第X位输出位均处于被操作状态；
具体步骤如下：
步骤一，判断所控继电器对应的驱动芯片A所在的分组，获取其所在的分组编号M；
步骤二，查询步骤一中的第M驱动芯片组中除驱动芯片A外包含的驱动芯片；
步骤三，查询该驱动芯片组内除驱动芯片A外所有驱动芯片的第X输出位；
若该驱动芯片组中除驱动芯片A外第n个驱动芯片的第X位输出位状态为高，则发送的控制代码中开关电平信号LVL(n)对应代码置为1；
若该驱动芯片组中除驱动芯片A外第n个驱动芯片的第X位输出位状态为低，则发送的控制代码中开关电平信号LVL(n)对应代码置为0。
5.如权利要求4所述的开关矩阵驱动电路的驱动方法，其特征是，操作继电器驱动芯片输出位为有效状态的具体步骤为：
在驱动芯片片选信号有效时，驱动芯片锁存开关电平信号和地址数据状态，通过地址数据信号译码决定操作的输出管脚，开关电平信号决定操作管脚的方式。
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