專利名稱：短路檢測(cè)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的說來涉及一種能檢測(cè)短路的設(shè)備。更具體說，本發(fā)明涉及一種供檢測(cè)非間歇性接地短路或接電源短路的電路。
本發(fā)明的電路是出于檢測(cè)出現(xiàn)在輸入端的接地或接電源短路的需要而提供的。
短路指示應(yīng)避免間歇或局部短路指示。
這里“短路”一詞是指接線電阻等于或小于某給定值(例如20千歐)的情況。
這類能精確可靠履行上述功能同時(shí)既簡(jiǎn)單又便宜的電路是本技術(shù)領(lǐng)域不知道的。
本發(fā)明的目的是提供一種能令人滿意地解決上述所有問題的短路檢測(cè)電路。
按照本發(fā)明，上述目的是通過一種具有本說明書所附權(quán)利要求書中所述特征的短路檢測(cè)電路達(dá)到的。
從下面借助附圖以非限制性實(shí)例列舉的詳細(xì)說明可以清楚了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。附圖中

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖2是圖1所示電路的一部分。
本發(fā)明基本上是基于這樣的基本原理提出的向待進(jìn)行短路診斷的輸入端IN加電流IIN。
圖1示出了本發(fā)明電路的方框圖。
從圖1中可以看到電路10，由兩個(gè)電阻器R1及R2、一個(gè)運(yùn)算放大器A1、一個(gè)電阻器Rext、和晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6及T7按圖中所示的方式連接組成，能產(chǎn)生電流IIN進(jìn)入輸入端IN或從輸入端IN出來。
電路20，其作用是控制電流IIN的方向，電路20由一個(gè)例如3伏和2伏的高低閾值電壓VH和VL且?guī)蟋F(xiàn)象的比較器構(gòu)成，包括一個(gè)運(yùn)算放大器CO和兩個(gè)電阻器R3和R4，電路20的輸出控制著一個(gè)由裝在電路10中的MOS(金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管T5組成的開關(guān)；電路30，接端子IN，其作用是借助于分別按圖中所示方式連接的電阻分壓器R5、R6、R7和兩個(gè)比較器C1及C2檢測(cè)端子IN處的電壓何時(shí)處在(例如)4.5伏與5伏之間或地(0伏)與0.5伏之間；以及邏輯電路40，用以在外部選通(GATE)信號(hào)高時(shí)檢測(cè)兩輸入端A和B處的信號(hào)有無變化。在選通信號(hào)的后沿可以產(chǎn)生下列情況1)若信號(hào)A在選通信號(hào)處于高電平的整個(gè)時(shí)間仍然處于高邏輯電平，則向觸發(fā)器F3A(圖2)上加“1”，觸發(fā)器F3A的輸出以F_Vcc表示；若在同一時(shí)間內(nèi)信號(hào)A仍處于低邏輯電平或甚至只變化一次，則向觸發(fā)器F3A加“0”，于是其輸出FVcc變?yōu)椤?”；2)第二觸發(fā)器F3B，其輸出以F_gnd表示，第二觸發(fā)器F3A對(duì)信號(hào)B的反應(yīng)與上述1)點(diǎn)談到信號(hào)A、F_Vcc和談到觸發(fā)器F3A的反應(yīng)一樣。
兩個(gè)如1)點(diǎn)和2)點(diǎn)中所述那樣加載的觸發(fā)器F3A和F3A可以由接外線DIA的相應(yīng)復(fù)位(RESET)端子清零。這在下面將進(jìn)一步說明。
在上述結(jié)構(gòu)的情況下，若輸入端IN與地之間發(fā)生短路，則比較器CO的輸出處于高電平，從而使晶體管T5飽和，于是R1、R2、A1、T1和Rext通過電流反射器T2、T4產(chǎn)生的電流IR會(huì)給輸入端IN發(fā)送大小大致如下的電流IINVccR2/((R1+R2)*Rext)例如，電源電壓Vcc大約為5伏、電阻器Rext為68千歐和電阻器R1、R2的大小例如可產(chǎn)生1.7伏的壓降時(shí)，晶體管T1漏極處的電流為25微安，此同一電流通過電流反射器T2、T4發(fā)送給輸入端IN。
若完全短路，則提供上述電流IIN并不能改變輸入端IN處的電壓，于是比較器C2的輸入端(-)處測(cè)出的電壓低于0.5伏，從而使邏輯電路的輸入端B處于高電平，表明有接地短路。當(dāng)然，這個(gè)指示通過使信號(hào)F_gnd進(jìn)入高電平作為短路指示出來之前是要經(jīng)過核實(shí)以確定其是間歇的抑或是持續(xù)的現(xiàn)象。
然而，在實(shí)際短路和因而有關(guān)電阻不是O的情況下，若其電阻值與晶體管T4送來的電流值(25微安)的乘積不超過比較器C2的閾電壓，則檢測(cè)出這種情況之后只以短路指示出來。在上述實(shí)例中，若此閾值電壓為0.5伏，則輸入端IN與地之間在此情況下可以鑒定為短路的容許最大電阻值為Rcc(最大)＝0.5伏/25微安＝20千歐當(dāng)然，發(fā)送給輸入端IN的電流IIN會(huì)持續(xù)由晶體管T4提供，直到輸入端IN處的電壓低于3伏為止，從而確保輸入端IN處的任何電壓值在地(0伏)與0.5伏之間時(shí)，所提供的電流IIN向外流，即流入地中。
當(dāng)然，為檢測(cè)給定電阻值下實(shí)際接電源Vcc的短路，需要倒轉(zhuǎn)提供給輸入端IN的電流IIN的方向，即電流必須是向內(nèi)流的。這是由帶滯后的比較器CO提供的。輸入端IN處的電壓超過3伏時(shí)，比較器CO的輸出電壓變?yōu)?，這使MOS晶體管T5截止。這樣，由晶體管T6、T7構(gòu)成的電流反射器就能工作，將等于晶體管T4電流的晶體管T3的電流乘以2，于是從晶體管T4的電流減去晶體管T7的電流，從而產(chǎn)生這樣的作用從輸入端IN“提取”(在上述所舉實(shí)例中給出的數(shù)值下)等于25微安(實(shí)際上IIN＝Ic(T4)-Ic(T7)＝25微安-50微安＝-25微安)的電流IIN。當(dāng)然，對(duì)接地短路的評(píng)價(jià)也適用于對(duì)電源Vcc的短路。
在此情況下，確定對(duì)電源Vcc是否短路的閾值是與比較器C1有關(guān)的閾值，即例如低于Vcc的4.5伏或0.5伏。這樣，若對(duì)Vcc短路的電阻乘以由晶體管T7、T4確定的電流IIN(即IIN＝25微安)不超過0.5伏，則比較器C1的輸出會(huì)轉(zhuǎn)入高電壓電平。這就是說，電源Vcc短路容許的最大電阻值和前面所述接地短路的情況一樣相當(dāng)于0.5伏/25微安＝20千歐。
當(dāng)然，邏輯電路40在此情況下也要核實(shí)短路是間歇還是持續(xù)的，這在下面將進(jìn)一步說明。
此外，和談到接地短路時(shí)一樣，輸入端IN處的電壓處在對(duì)電源Vcc短路的各值(Vcc，Vcc-0.5伏)之間之前，由于比較器CO的開關(guān)閾值低至2伏，因而能確保晶體管T5截止，從而可從輸入端IN提取25微安電流。所產(chǎn)生的電流絕對(duì)值的精確度因外電阻Rext的精確度而得到保證，且取決于電源電壓Vcc。這個(gè)與電源電壓的依賴關(guān)系確保了在電源電壓變化的情況下最大短路電阻測(cè)定值的精確度。實(shí)際上Rcc(最大)＝Vs/IIN其中，在接地短路時(shí)Vs＝Vcc*R7/(R5+R6+R7)＝Vcc*K1，或Vcc短路時(shí)Vs＝Vcc*(1-R5/(R5+R6+R7))＝Vcc*K1′的情況下，IIN＝Vcc*R2/((R1+R2)*Rext)＝Vcc*K2/RextRcc(MAX)＝Rext*K1(或K1′)/K2其中K1，K1′和K2是用電路內(nèi)的所有電阻求出的電阻比，電路最好制成為集成電路，以確保其相關(guān)電阻值的高精度。因此，檢測(cè)出的短路電阻最大值實(shí)質(zhì)上取決于外部電阻Rext的精確度，外部電阻Rext的精確度則由用戶按用途選取。
圖2示出了邏輯電路40的一個(gè)實(shí)施例。
由觸發(fā)器F1a-F3a、倒相器I1a和“與非”門N1A組成并檢測(cè)比較器C1來的信號(hào)A且能指示出對(duì)電源Vcc瞬時(shí)短路情況的單元核實(shí)在選通信號(hào)處于高電平時(shí)信號(hào)A是否不變化。若發(fā)生這種情況，觸發(fā)器F3a就加上信號(hào)QN＝“1”，從而使邏輯信號(hào)f_Vcc處于電平“1”，表明短路是對(duì)電源Vcc的短路。若相反發(fā)生了變化，信號(hào)f_Vcc就變?yōu)椤?”。
單元F1b-F3b、I1b和N1b與信號(hào)B和f_gnd相關(guān)的功能都相同。
觸發(fā)器F4和倒相器I2的作用是使檢測(cè)變化的和給存儲(chǔ)故障指示的觸發(fā)器F3a和F3b加載的各電路起作用。
下面詳細(xì)說明檢測(cè)信號(hào)A和有關(guān)計(jì)時(shí)線路中變化的電路(但與信號(hào)B和f_gnd有關(guān)的線路由于其說明與對(duì)信號(hào)A所作的說明類似，因而這里不予說明)。
此電路起作用時(shí)，信號(hào)DIA處于低電平。在這些情況下，無論選通信號(hào)取什么值，觸發(fā)器F4的“清除”信號(hào)(C)總是處于低電平，因而“0”會(huì)儲(chǔ)存起來并在輸出端Q出現(xiàn)。觸發(fā)器F4的輸出Q則驅(qū)動(dòng)觸發(fā)器F1a、F2a(和F1b、F2b)的“清除”輸入端，確保各種不同的觸發(fā)器都加“0”，且其相應(yīng)的輸出端QN處于“1”。
信號(hào)DIA變?yōu)椤?”時(shí)，所述情況不變，且無論信號(hào)A出現(xiàn)什么情況，觸發(fā)器F1a和F2a的輸出QN都不變，但“與非”門NIA的輸出能隨信號(hào)A的值變化，更確切說，輸出是倒了相的信號(hào)A。
選通信號(hào)由于信號(hào)DIA處于高電平之后觸發(fā)器F4的“清除”信號(hào)處于“1”而電平升高時(shí)，“1”存入觸發(fā)器F4中(因D處于“1”)。
觸發(fā)器F4的端子Q處的“1”使觸發(fā)器F1a和F2a的“清除”信號(hào)變?yōu)椤?”，于是可能(在選通信號(hào)變高之后)出現(xiàn)的第一正變化使觸發(fā)器F1a的輸出端QN變0，同樣，可能在選通信號(hào)變高之后出現(xiàn)在信號(hào)A中的第一負(fù)變化使觸發(fā)器F2a的輸出QN變?yōu)椤?”。即使只發(fā)生上述兩個(gè)事件中的一個(gè)，由于來自觸發(fā)器F1a和F2a輸出端QN的兩個(gè)輸入之一會(huì)處于“0”，“與非”門N1a的輸出也被迫成為“1”。
在“與非”門N1a的輸出為“1”的情況下，當(dāng)選通信號(hào)因倒相器I2而下降到“0”(這表明觀測(cè)間歇短路的時(shí)間結(jié)束，此時(shí)間是從選通信號(hào)升至“1”時(shí)開始的)時(shí)，觸發(fā)器F3a的時(shí)鐘輸入端會(huì)有脈沖前沿，從而使“0”加到觸發(fā)器F3a的端子QN中。這樣，即使信號(hào)A中只發(fā)生一個(gè)正變化或負(fù)變化，輸出f_Vcc也仍然為0，表明電源Vcc短路不是持續(xù)的。
但若在同一個(gè)觀測(cè)時(shí)間內(nèi)信號(hào)A沒有變化，則觸發(fā)器F1a和F2a的輸出端QN始終保持為“1”，同時(shí)“與非”門N1a的輸出為倒了相的信號(hào)A，從而使觸發(fā)器F3a將信號(hào)A的值加到端子QN中。若信號(hào)A為“1”，信號(hào)f Vcc也處于1，表明對(duì)電源Vcc的短路是持續(xù)的。
綜上所述，邏輯電路40在選通信號(hào)高時(shí)核實(shí)信號(hào)A和B中是否有那怕是單一的變化，有這種情況時(shí)，輸出f_Vcc和f_gnd就轉(zhuǎn)入并保持在低電平。但若A和B的電平在觀測(cè)期間不變，則它們的電平在輸出f_Vcc和f_gnd上重現(xiàn)出來，表明若A和B(因而f_Vcc和f_gnd)處于低電平，則既沒有接地短路也沒有Vcc短路；若A或B(因而f_Vcc或f_gnd)處于高電平，則發(fā)生了持續(xù)的Vcc或接地短路。
當(dāng)然，本發(fā)明的基本原理是不變的，因此在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求書所述范圍前提下是可以對(duì)上述實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和形式作種種修改的。
權(quán)利要求
1.一種供檢測(cè)電路端子(IN)非間歇性接地(gnd)短路或接直流電壓源(Vcc)短路情況的設(shè)備，其特征在于包括電流發(fā)生裝置(10)，供有選擇地產(chǎn)生預(yù)定強(qiáng)度輸入端子(IN)的電流(IIN)或從該端子(IN)輸出的電流(IIN)；第一電壓比較裝置(20)，與端子(IN)和電流發(fā)生裝置(10)連接，使得電流發(fā)生裝置(10)在端子(IN)與地(gnd)之間的電壓分別高于第一電平和低于第二電平時(shí)分別產(chǎn)生進(jìn)入端子(IN)和從端子(IN)出來的電流(IIN)，所述第一電平高于或等于所述第二電平；第二電壓比較裝置(30)，供端子(IN)與地(gnd)之間的電壓分別接近電源電壓(Vcc)和接近地電位(gnd)時(shí)分別提供第一和第二信號(hào)(A＝1；B＝1)；以及處理電路裝置(40)，接第二比較裝置(30)，供分別檢測(cè)第一或第二信號(hào)(A＝1；B＝1)是否持續(xù)一段預(yù)定時(shí)間(GATE)，在此情況下，分別提供表示端子(IN)對(duì)電源(Vcc)短路或?qū)Φ?gnd)短路的輸出信號(hào)(F_Vcc；F_gnd)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述電流發(fā)生裝置(10)在電壓源(Vcc)與地(gnd)之間包括第一電路分支(T2，T1，Rext)，其中第一晶體管(T2)的集電極-發(fā)射極通路與一個(gè)外部基準(zhǔn)電阻器(Rext)串聯(lián)連接；電路裝置(R1，R2，A1，T1)，用以將小于電源(Vcc)的預(yù)定值電壓加到基準(zhǔn)電阻器(Rēxt)上；第一和第二電流反射器(T4，T7；T3，T6)，接端子(IN)且與第一晶體管(T2)耦合，使得傳送的電流基本上分別等于一倍和兩倍流經(jīng)第一晶體管(T2)的電流(IR)；以及一個(gè)電子開關(guān)(T5)，接所述電流反射器，并由第一電壓比較裝置(20)控制，使得端子(IN)與地(gnd)之間的電壓低于第二電平時(shí)，開關(guān)(T5)導(dǎo)通且使第二電流反射器不起作用，并使流入第一電流反射器(T4)的電流從端子(IN)出來；而在端子(IN)與地(gnd)之間的電壓高于第一電平時(shí)，開關(guān)(T5)切斷且使基本上等于流經(jīng)電流反射器的電流之間差值的電流向內(nèi)流入端子(IN)中。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述電路裝置有一個(gè)電阻分壓器(R1，R2)配置在電壓源(Vcc)與地(gnd)之間，電阻分壓器(R1，R2)的輸出端通過增益大致等于1的放大裝置(A1，T1)接基準(zhǔn)電阻器(Rext)，使流經(jīng)第一電路分支(T2，Rext)的電流實(shí)質(zhì)上只取決于電源電壓(Vcc)和取決于分壓器(R1，R2)及基準(zhǔn)電阻器(Rext)的阻值。
4.如以上任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，第一電壓比較裝置(20)有一個(gè)帶滯后的閾值比較電路(CO，R3，R4)。
5.如以上任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，第二電壓比較裝置(30)包括一個(gè)電阻器串和一對(duì)閾值比較器(C1，C2)，電阻器串由三個(gè)電阻器(R5，R6，R7)連接在電壓源(Vcc)與地(gnd)之間組成，一對(duì)閾值比較器(C1，C2)各自的第一輸入端接電阻器串中間電阻器(R6)的相應(yīng)端子，第二輸入端接端子(IN)。
6.如以上任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述處理電路裝置有一個(gè)帶觸發(fā)器的邏輯電路(40)，邏輯電路有一個(gè)外部控制信號(hào)輸入端(GATE)，外部控制信號(hào)的持續(xù)時(shí)間確定上述預(yù)定時(shí)間。
7.如權(quán)利要求5和6所述的設(shè)備，其特征在于，邏輯電路(40)有兩個(gè)接閾值比較器(C1，C2)輸出端的輸入端(A，B)和兩個(gè)輸出端(F_Vcc；F_gnd)，邏輯電路(40)配置得只有這些信號(hào)在上述預(yù)定時(shí)間期間沒有任何變化時(shí)才在其輸出端提供對(duì)應(yīng)于閾值比較器(C1，C2)輸出的信號(hào)。
全文摘要
一種短路檢測(cè)設(shè)備,包括:電流發(fā)生裝置(10),有選擇地產(chǎn)生預(yù)定強(qiáng)度出或入端子(IN)的電流(I
文檔編號(hào)G01R19/165GK1194379SQ98106070
公開日1998年9月30日 申請(qǐng)日期1998年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月4日
發(fā)明者M·馬祖科, G·馬焦尼 申請(qǐng)人:Sgs-湯姆森微電子有限公司, 馬涅蒂馬雷利股份公司