一种基于电容检测原理的防揭检测系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于电容检测原理的防揭检测系统及方法。该系统包括一防揭保护装置、一安全检测电路；所述防揭保护装置包括导电触头与安全触点，所述导电触头与恒压源连接，所述安全触点连接至所述安全检测电路，所述导电触头与安全触点分体设置，以构成一感应电容；所述安全检测电路用于对安全触点进行充放电以及充放电时间检测，以判断安全触点与导电触头的接触情况。本发明利用电容检测开关原理替代传统的机械式检测开关原理，既可实现防揭的目的，又能克服现有装置易误触发，同时对结构结合精度要求较高的缺点。
【专利说明】
一种基于电容检测原理的防揭检测系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于电容检测原理的防揭检测系统及方法。
【背景技术】
[0002] 作为金融信息化产业中的重要一环，用于金融交易的计算机及P0S产品等电子设 备，其内部电路板中往往需要存储类似于密钥及密码这样具有高度敏感性的数据。随着电 子工业及计算机产业的高速发展，金融IT化已经深入到社会的各个领域。因此敏感数据被 窃取的问题，已越来越引起全社会的高度重视。
[0003] 近些年来，安全电子设备行业内已经开始普及一种可有效检测侵入式攻击的方 法，该检测方法的基本原理是:在电子设备内部设置机械式安全检测开关，机械式安全检测 开关由安全触点与导电触头构成。正常情况下，由于安全触点与导电触头在机械结构上紧 密压合，安全触点上的信号可正常通过导电触头保持连接。当入侵者打开电子设备时，安全 触点与导电触头的电气连接被破坏，安全触点上的信号断开。于是设备检测到机械式安全 开关被触发，并激活对应操作，如销毁设备中的敏感数据，记录侵入相关信息等。
[0004] 该检测方法简单有效，但存在一个难题，即无法有效避免机械式安全开关引起的 误触发。无论导电触头是采用导电炭粒还是锅仔等器件，均要求导电触头与安全触点之间 保持紧密连接。因此设备在使用、存储、运输过程中，均有可能由于振动、环境温湿度变化等 原因，导致导电触头与安全触点之间出现短暂分离，进而导致设备销毁密钥且无法继续工 作，为用户带来意外且不必要的经济损失，也增加了厂家的维护工作。
[0005] 业内为了降低机械式开关误触发引起的风险，目前主要解决方案有两种： 一种是在机械结构设计上，增大导电触头及安全触点之间的连接应力。即通过紧配合， 将导电触头死死按在安全触点上。这样即便是遇到较激烈的磕碰，也无法使导电触头与安 全触点脱离。但这种设计由于刻意增大了电路板上的结构应力，最终会提高设备在长期使 用过程中的失效概率，此外由于该方案对组装结构精度很敏感，也对生产一致性和产线管 控能力提出了一定要求。
[0006] 另一种是在硬件电路设计上，对安全触点上的信号做滤波处理，通过控制滤波时 间长度，一般可以避免绝大多数由于振动（如磕碰和跌落）引起的误触发。但是由于该方案 无法区分由振动引起的意外情况以及由入侵者主动拆机引起的信号中断，实际上在降低误 触发风险的同时，也降低了设备的安全防护能力。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于电容检测原理的防揭检测系统及方法，本发明利 用电容检测开关原理替代传统的机械式检测开关原理，既可实现防揭的目的，又能克服现 有装置易误触发，同时对结构结合精度要求较高的缺点。
[0008] 为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种基于电容检测原理的防揭检测系统， 包括一防揭保护装置、一安全检测电路;所述防揭保护装置包括导电触头与安全触点，所述 导电触头与恒压源连接，所述安全触点连接至所述安全检测电路，所述导电触头与安全触 点分体设置，以构成一感应电容;所述安全检测电路用于对安全触点进行充放电以及充放 电时间检测，以判断安全触点与导电触头的接触情况。
[0009] 在本发明一实施例中，所述安全检测电路包括控制电路及与该控制电路连接的充 放电电路，所述控制电路通过充放电电路周期性对安全触点进行充放电，同时控制电路通 过对安全触点的充放电时间进行检测，从而判断安全触点与导电触头的接触情况。
[0010] 在本发明一实施例中，所述导电触头为导电炭粒或锅仔，所述安全触点为一覆铜 焊盘。
[0011] 在本发明一实施例中，所述充放电电路包括回滞比较电路及推挽放大电路，所述 回滞比较电路的控制端与控制电路连接，所述回滞比较电路的输入端与安全触点、推挽放 大电路的输出端连接，所述回滞比较电路的输出端与推挽放大电路的输入端连接，以构成 RC振荡回路。
[0012] 在本发明一实施例中，所述控制电路判断安全触点与导电触头的接触情况的具体 方式如下： 通过控制电路设置回滞比较电路的门限电压V1、V2,并根据滞比较器的门限电压VI、 V2,以及RC振荡回路的振动频率
，设置计数器报警阈值其中C 为安全触点与导电触头所构成的感应电容容值;而后，启动安全检测电路； 待安全触点、回滞比较电路及推挽放大电路构成的RC振荡回路振荡稳定后，对RC振荡 回路的频率进行统计； 根据频率统计结果，得到RC振荡回路的振荡周期数N，并与计数器报警阈值进 行比较， 若，则表明安全触点与导电触头的接触情况良好； 若则表明安全触点与导电触头的接触情况有异。
[0013]本发明还提供了一种基于电容检测原理的防揭检测方法，包括如下步骤， S1:提供一防揭保护装置、一安全检测电路，所述防揭保护装置包括导电触头与安全触 点，所述导电触头与恒压源连接，所述安全触点连接至所述安全检测电路，所述导电触头与 安全触点分体设置，以构成一感应电容； S2:通过所述安全检测电路对安全触点进行周期性充放电，并对安全触点进行充放电 时间检测； S3:根据对安全触点的充放电时间检测，得出充放电周期，通过与控制电路设置的预定 安全周期阈值进行比较，若充放电周期超出预定安全周期阈值范围，则判断导电触头与安 全触点接触情况有异常，最后重新执行步骤S2。
[0014] 在本发明一实施例中，所述导电触头为导电炭粒或锅仔，所述安全触点为一覆铜 焊盘。
[0015] 在本发明一实施例中，所述安全检测电路包括控制电路及与该控制电路连接的充 放电电路，所述控制电路通过充放电电路周期性对安全触点进行充放电，同时控制电路通 过对安全触点的充放电时间进行检测，从而判断安全触点与导电触头的接触情况。
[0016] 在本发明一实施例中，所述充放电电路包括回滞比较电路及推挽放大电路，所述 回滞比较电路的控制端与控制电路连接，所述回滞比较电路的输入端与安全触点、推挽放 大电路的输出端连接，所述回滞比较电路的输出端与推挽放大电路的输入端连接，以构成 RC振荡回路。
[0017] 在本发明一实施例中，所述步骤S3判断安全触点与导电触头的接触情况的具体方 式如下： 通过控制电路设置回滞比较电路的门限电压V1、V2,并根据滞比较器的门限电压VI、 V2,以及RC振荡回路的振动频率
，设置计数器报警阈值其中C 为安全触点与导电触头所构成的感应电容容值;而后，启动安全检测电路； 待安全触点、回滞比较电路及推挽放大电路构成的RC振荡回路振荡稳定后，对RC振荡 回路的频率进行统计； 根据频率统计结果，得到RC振荡回路的周期变化值，即振荡周期数N，并与计数器报警 阈值进行比较， 若，则表明安全触点与导电触头的接触情况良好； 若~< ，则表明安全触点与导电触头的接触情况有异。
[0018] 相较于现有技术，本发明具有以下有益效果： 本发明降低了安全开关误触发的风险，同时还可不降低设备的安全保护能力，本发明 检测方法利用电容检测开关原理替代传统的机械式检测开关原理，既可实现防揭的目的， 又能克服现有装置易误触发，同时对结构结合精度要求较高的缺点。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明基于电容检测原理的防揭保护装置结构示意图。
[0020] 图2为图1的俯视图。
[0021] 图3为图1的立体图。
[0022] 图4为本发明安全检测电路拓扑示意图。
[0023]图5为本发明一实施例RC振荡电路在防揭保护装置连接时振荡波形示意图。
[0024] 图6为本发明一实施例RC振荡电路在防揭保护装置断开时振荡波形示意图。
[0025] 图中：1为PCB板，2为连接恒压源信号的焊盘，3为导电触头，4为安全触点。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0027] 本发明的一种基于电容检测原理的防揭检测系统，包括一防揭保护装置、一安全 检测电路;所述防揭保护装置包括导电触头3与安全触点4,所述导电触头3与连接恒压源信 号的焊盘2(恒压源信号一般是电源信号或地信号)连接，所述安全触点4连接至所述安全检 测电路，所述导电触头3与安全触点4分体设置，以构成一感应电容;所述安全检测电路用于 对安全触点进行充放电以及充放电时间检测，以判断安全触点与导电触头的接触情况。所 述安全检测电路包括控制电路及与该控制电路连接的充放电电路，所述控制电路通过充放 电电路周期性对安全触点进行充放电，同时控制电路通过对安全触点的充放电时间进行检 测，从而判断安全触点与导电触头的接触情况。
[0028] 所述导电触头3为导电炭粒或锅仔，所述安全触点4为一覆铜焊盘。
[0029] 所述充放电电路包括回滞比较电路及推挽放大电路，所述回滞比较电路的控制端 与控制电路连接，所述回滞比较电路的输入端与安全触点、推挽放大电路的输出端连接，所 述回滞比较电路的输出端与推挽放大电路的输入端连接，以构成RC振荡回路。所述控制电 路判断安全触点与导电触头的接触情况的具体方式如下： 通过控制电路设置回滞比较电路的门限电压V1、V2,并根据滞比较器的门限电压VI、 V2,以及RC振荡回路的振动频率
，设置计数器报警阈值獲^^，其中C 为安全触点与导电触头所构成的感应电容容值;而后，启动安全检测电路； 待安全触点、回滞比较电路及推挽放大电路构成的RC振荡回路振荡稳定后，对RC振荡 回路的频率进行统计； 根据频率统计结果，得到RC振荡回路的振荡周期数N，并与计数器报警阈值进 行比较， 若则表明安全触点与导电触头的接触情况良好； 若，则表明安全触点与导电触头的接触情况有异。
[0030] 本发明还提供了一种基于电容检测原理的防揭检测方法，包括如下步骤， S1:提供一防揭保护装置、一安全检测电路，所述防揭保护装置包括导电触头3与安全 触点4,所述导电触头3与连接恒压源信号的焊盘2(恒压源信号一般是电源信号或地信号） 连接，所述安全触点4连接至所述安全检测电路，所述导电触头3与安全触点4分体设置，以 构成一感应电容； S2:通过所述安全检测电路对安全触点4进行周期性充放电，并对安全触点4进行充放 电时间检测； S3:根据对安全触点4的充放电时间检测，得出充放电周期，通过与控制电路设置的预 定安全周期阈值进行比较，若充放电周期超出预定安全周期阈值范围，则判断导电触头3与 安全触点4接触情况有异常，最后重新执行步骤S2。
[0031] 所述导电触头为导电炭粒或锅仔，所述安全触点为一覆铜焊盘。
[0032] 所述安全检测电路包括控制电路及与该控制电路连接的充放电电路，所述控制电 路通过充放电电路周期性对安全触点进行充放电，同时控制电路通过对安全触点的充放电 时间进行检测，从而判断安全触点与导电触头的接触情况。所述充放电电路包括回滞比较 电路及推挽放大电路，所述回滞比较电路的控制端与控制电路连接，所述回滞比较电路的 输入端与安全触点、推挽放大电路的输出端连接，所述回滞比较电路的输出端与推挽放大 电路的输入端连接，以构成RC振荡回路。
[0033] 所述步骤S3判断安全触点与导电触头的接触情况的具体方式如下： 通过控制电路设置回滞比较电路的门限电压V1、V2,并根据滞比较器的门限电压VI、 V2,以及RC振荡回路的振动频率
，设置计数器报警阈值遲^_，其中C 为安全触点与导电触头所构成的感应电容容值;而后，启动安全检测电路； 待安全触点、回滞比较电路及推挽放大电路构成的RC振荡回路振荡稳定后，对RC振荡 回路的频率进行统计； 根据频率统计结果，得到RC振荡回路的周期变化值，即振荡周期数N，并与计数器报警 阈值进行比较， 若，则表明安全触点与导电触头的接触情况良好； 若则表明安全触点与导电触头的接触情况有异。
[0034]以下为本发明的具体实施例。
[0035] 实施例一:如图1-6所示，基于电容检测原理的防揭检测系统，由防揭保护装置、安 全检测电路(图4所示)构成;如图1-3所示，防揭保护装置包括导电触头(本实施例中采用导 电炭粒)与安全触点（本实施例中为布放在电路板内层的覆铜焊盘），导电触头与安全触点 之间由电路板基材隔开，以构成一感应电容;导电触头与地信号连接，安全触点连接至安全 检测电路； 假设该感应电容的容值为t以导电触头为导电炭粒为例，由于导电炭粒底面为平面， 且安全触点同样为一平面，则该感应电容可近似视为一平行板电容器。则根据平行板电容 器的定义，该感应电容的容值C为：
其中，s为安全触点与导电触头之间介质的介电常量，由于正常情况下，该介质由PCB板 的绝缘部分(FR4基材及阻焊油墨）以及空气构成，故可视为恒定值，故该感应电容的容值?：， 只和导电触头与安全触点的等效面积Α以及二者间距??相关。任何改变安全触点与导电触头 相对位置的动作，最后都会体现在容值C的变化上。
[0036] 检测容值的方法目前有很多种，本实施例中采用利用感应电容器与电阻，组成一 个RC振荡电路。通过测量RC振荡电路的频率来间接得到容值。具体如下： 将安全触点连接至回滞比较电路输入端，回滞比较电路输出端接推挽放大电路，推挽 放大电路输出端接回回滞比较电路输入端，从而构成一个正反馈振荡回路。
[0037] 则该振荡回路的振荡频率Ρ为：
其中，?为该振荡回路上的静态电流，为回滞比较电路的门限电压衿和垮的差值。由 于回滞比较电路的门限电压衿和％已经确定，所以可寻找一中间值< 作 为统计振荡频率的门限电压。
[0038] 通过一个标准时钟源驱动一个计数器，对统计振荡器的周期数If进行统计，经标准 时钟源频率换算后，即可得到振荡回路上的振荡频率F，从而反推出静电容检测开关的 等效电容值e 5以获取其接触情况。
[0039] 相反的，通过对标准时钟源频率，回滞比较电路的门限值矜和以及计数器报 警阈值#等参数的配置，即可对静电容检测开关的检测灵敏度进行定制，从而实现在不降 低设备安全防护能力的前提下，降低检测开关误触发的风险。
[0040] 上述基于电容检测原理的防揭检测系统的具体检测方法如下： 首先通过对软硬件进行调节，设置好安全检测电路的标准时钟源频率，回滞比较电路 的门限电压&和玲，以及中间值，计数器报警阈值然后启动 检测。
[0041 ]检测时，首先使能由安全触点、回滞比较电路、以及推挽放大电路构成的RC振荡回 路，待RC振荡回路上振荡稳定后，开始对RC振荡回路的频率进行统计。统计时既可统计一个 周期的时间，也可统计多个周期的时间。最后将RC振荡器振荡周期数#，与预设的计数器 报警阈值 进行比较： 若RC振荡电路波形如图5所示，采样结果Ν>1_，则说明安全触点接触情况良好； 若RC振荡电路波形如图6所示，采样结果，则说明安全触点接触情况有异。 [0042]该实施例的优点是，由于基于静电容原理的安全检测方法属于非接触式检测，因 此对导电触头与安全触点之间的接触压力并不敏感，即便由于受到外部环境的影响，导电 触头与安全触点之间产生了微小的间隙，也不会导致安全检测电路的误触发。且由于该防 揭保护装置的电容量与导电触头和安全触点间的投影重叠面积呈线性变化关系，相比导电 触头和安全触点间的垂直间距更不敏感，因此也能容忍一定装配上的误差。
[0043]以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作 用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于电容检测原理的防掲检测系统，其特征在于:包括一防掲保护装置、一安全 检测电路;所述防掲保护装置包括导电触头与安全触点，所述导电触头与恒压源连接，所述 安全触点连接至所述安全检测电路，所述导电触头与安全触点分体设置，W构成一感应电 容;所述安全检测电路用于对安全触点进行充放电W及充放电时间检测，W判断安全触点 与导电触头的接触情况。2. 根据权利要求1所述的一种基于电容检测原理的防掲检测系统，其特征在于:所述安 全检测电路包括控制电路及与该控制电路连接的充放电电路，所述控制电路通过充放电电 路周期性对安全触点进行充放电，同时控制电路通过对安全触点的充放电时间进行检测， 从而判断安全触点与导电触头的接触情况。3. 根据权利要求1所述的一种基于电容检测原理的防掲检测系统，其特征在于:所述导 电触头为导电炭粒或锅仔，所述安全触点为一覆铜焊盘。4. 根据权利要求2所述的一种基于电容检测原理的防掲检测系统，其特征在于:所述充 放电电路包括回滞比较电路及推挽放大电路，所述回滞比较电路的控制端与控制电路连 接，所述回滞比较电路的输入端与安全触点、推挽放大电路的输出端连接，所述回滞比较电 路的输出端与推挽放大电路的输入端连接，W构成RC振荡回路。5. 根据权利要求4所述的一种基于电容检测原理的防掲检测系统，其特征在于:所述控 制电路判断安全触点与导电触头的接触情况的具体方式如下： 通过控制电路设置回滞比较电路的口限电压VI、V2,并根据滞比较器的口限电压VI、 V2，W及RC振荡回路的振动频羣设置计数器报警阔其中C为 安全触点与导电触头所构成的感应电容容值;而后，启动安全检测电路； 待安全触点、回滞比较电路及推挽放大电路构成的RC振荡回路振荡稳定后，对RC振荡 回路的频率进行统计； 根据频率统计结果，得到RC振荡回路的振荡周期数N，并与计数器报警阔值进 行比较， 若贝懐明安全触点与导电触头的接触情况良好； 若则表明安全触点与导电触头的接触情况有异。6. -种基于电容检测原理的防掲检测方法，其特征在于:包括如下步骤， S1:提供一防掲保护装置、一安全检测电路，所述防掲保护装置包括导电触头与安全触 点，所述导电触头与恒压源连接，所述安全触点连接至所述安全检测电路，所述导电触头与 安全触点分体设置，W构成一感应电容； S2:通过所述安全检测电路对安全触点进行周期性充放电，并对安全触点进行充放电 时间检测； S3:根据对安全触点的充放电时间检测，得出充放电周期，通过与控制电路设置的预定 安全周期阔值进行比较，若充放电周期超出预定安全周期阔值范围，则判断导电触头与安 全触点接触情况有异常，最后重新执行步骤S2。7. 根据权利要求6所述的一种基于电容检测原理的防掲检测方法，其特征在于:所述导 电触头为导电炭粒或锅仔，所述安全触点为一覆铜焊盘。8. 根据权利要求6所述的一种基于电容检测原理的防掲检测方法，其特征在于:所述安 全检测电路包括控制电路及与该控制电路连接的充放电电路，所述控制电路通过充放电电 路周期性对安全触点进行充放电，同时控制电路通过对安全触点的充放电时间进行检测， 从而判断安全触点与导电触头的接触情况。9. 根据权利要求8所述的一种基于电容检测原理的防掲检测方法，其特征在于:所述充 放电电路包括回滞比较电路及推挽放大电路，所述回滞比较电路的控制端与控制电路连 接，所述回滞比较电路的输入端与安全触点、推挽放大电路的输出端连接，所述回滞比较电 路的输出端与推挽放大电路的输入端连接，W构成R讶辰荡回路。10. 根据权利要求9所述的一种基于电容检测原理的防掲检测方法，其特征在于:所述 步骤S3判断安全触点与导电触头的接触情况的具体方式如下： 通过控制电路设置回滞比较电路的口限电压VI、V2,并根据滞比较器的口限电压VI、 V2，W及RC振荡回路的振动频弓设置计数器报警阔值，其中C为 安全触点与导电触头所构成的感应电容容值;而后，启动安全检测电路； 待安全触点、回滞比较电路及推挽放大电路构成的RC振荡回路振荡稳定后，对RC振荡 回路的频率进行统计； 根据频率统计结果，得到RC振荡回路的周期变化值，即振荡周期数N，并与计数器报警 阔值进行比较， 若N>-?w&??，贝懐明安全触点与导电触头的接触情况良好； 若，则表明安全触点与导电触头的接触情况有异。
【文档编号】G06F21/86GK106096463SQ201610400135
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】夏晓昊, 肖锋, 吴冬周
【申请人】福建联迪商用设备有限公司