CN102692539B - 过压容限电平检测电路、其操作方法及系统 - Google Patents

过压容限电平检测电路、其操作方法及系统 Download PDF

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Abstract

除其它内容以外，本文讨论了过压容限电平检测电路、其操作方法及系统。在一个示例中，检测电路可以包括分压器，其被配置为从连接到所述检测电路的外部设备接收第一电源电压，第一晶体管和第二晶体管，其被配置为从所述分压器接收控制电压并且当所述控制电压超过第一阈值时将输出端连接到地，以及偏置电路，其被配置为对所述第一晶体管进行偏置以设置所述第一阈值。

Description

过压容限电平检测电路、其操作方法及系统
技术领域
本主题包括针对检测电路的装置和方法，具体地说，针对过压容限检测电路的装置和方法。
背景技术
随着移动电子设备变得越来越普及以及设备功能的扩展，设计者已经实现了提供更好用户体验的功能(feature)。对所附接的附件设备进行自动识别是众多此类功能中的一个。然而，为了实现这些功能，可能需要消耗大量的功率并且可能对附件敏感的检测电路，该附件会使该电路遭受到远高于移动设备可以承受的电压的电压。
发明内容
本文尤其讨论了一种检测电路、一种操作检测电路的方法和一种系统。在一个示例中，检测电路可以包括分压器，其被配置为从连接到所述检测电路的外部设备接收第一电源电压，第一晶体管和第二晶体管，其被配置为从所述分压器接收控制电压并且当所述控制电压超过第一阈值时将输出端连接到地，以及偏置电路，其被配置为对所述第一晶体管进行偏置以设置所述第一阈值。
在一个示例中，操作检测电路的方法包括：从与检测电路的分压器相连接的外部设备接收电源电压；第一晶体管的控制节点处和第二晶体管的控制节点处从所述分压器接收控制电压，所述第一晶体管和所述第二晶体管串联连接在所述检测电路的输出端和地之间；当所述控制电压超过第一阈值时，将所述输出端连接到地；以及对所述第一晶体管和所述第二晶体管进行偏置以设置所述第一阈值。
在一个示例中，系统包括端口、连接到所述端口的开关以及如上所述的检测电路。
本发明内容旨在提供对本专利申请的主题的概述，而并非旨在提供对本发明的排他性或穷尽性解释。本发明包括具体实施方式以提供与本专利申请有关的其它信息。
附图说明
在附图(其不一定按比例绘制)中，相似的数字可以描述不同视图中的类似部件。具有不同字母后缀的相似数字可以表示类似部件的不同例子。附图以举例说明而非限制的方式大体地示出了本文中讨论的各个示例。
图1大体示出了根据本主题的示例性检测电路。
图2大体示出了诸如图1中所示的示例之类的检测电路的输出的图形。
图3大体示出了诸如图1中所示的示例之类的检测电路的瞬时波形。
图4大体示出了设定点电阻与输入电压的关系，该输入电压将触发检测电路(例如，图1的示例性电路)的输出的转换。
具体实施方式
包括便携式电子设备在内的电子设备可以包括用于接纳扩展或增强该电子设备的附件设备的端口。这些端口可以包括但不限于例如通用串行总线(USB)端口。这些端口可以包括向附件设备提供功率或者从附件设备接收功率的电源端子。一些设备可以包括允许连接各种不同的附件设备的端口。一些电子设备包括检测电路，所述检测电路用于识别附件或附件的工作状况，所述工作状况例如是与附件端口的电源线或其它端子相连接的外部电压。检测电路可以是有源的，并且即使在附件设备不存在时也消耗功率。对于可以具有受限电源的便携式电子设备而言，此类电路可能会减少设备在给受限电源进行充电或替换受限电源之间的可用间隔。检测电路可以包括更昂贵的高压部件以接纳可以连接到附件端口的各种不同的附件设备。
图1大体示出了示例性的检测电路100。在一个示例中，检测电路100可以包括输出端105，所述输出端105被配置为提供设备被连接到输入端101的指示。在某些示例中，检测电路100可以由诸如蜂窝电话或个人媒体播放器之类的移动电子系统使用。在一些示例中，输入端101可以包括诸如通用串行总线(USB)连接器之类的通信连接器的一部分。在某些示例中，输入端101可以包括通信连接器的电源端子，例如USB连接器的VBUS端子。在一个示例中，输出端105可以指示输入端101上存在的最小阈值电压。
检测电路100可以包括分压器102。分压器102可以包括抽头，所述抽头可以连接到第一晶体管103和第二晶体管104的控制节点。第一晶体管103和第二晶体管104可以串联连接在输出端105和参考电压(例如，地)之间。在一个示例中，输出端105可以连接到上拉电阻106。
检测电路100可以包括偏置电路107。偏置电路107可以包括设定点电阻108和偏置开关109(例如，晶体管)。检测电路100可以检测施加于输入端101的电压电平，在不使用高压部件的情况下，所述电压电平最高为特定工艺的栅氧化层额定值的约四倍，该特定工艺可以是例如制造第一晶体管103和第二晶体管104所使用的工艺。检测电路100可以被配置为使用连接到输入端101的外部电源电压作为电源(power)，使得当附件未被连接到输入端时，检测电路100基本上不消耗功率。
在某些示例中，当施加到输入端101的电压上升时，一比例电压可以施加到第一晶体管103和第二晶体管104的控制节点。该比例电压可以使第一晶体管103和第二晶体管104导通并且将输出端105拉到低逻辑电平，从而提供例如设备被连接到输入端101的指示。在某些示例中，检测电路100可以包括诸如缓冲器或反相器之类的附加逻辑，以将检测电路100与连接到输出端105的其它电路隔离，或者以提供不同的逻辑电平。
在一个示例中，当输入端101处的电压上升时，可以使用在被第一晶体管103和第二晶体管104二者共用的预充电节点111处接收的偏置电压来延迟第一晶体管的导通。例如，预充电节点111可以被偏置到电压VDD-VtQ3，其中，VtQ3是偏置电路107的偏置开关109的阈值电压。当第二晶体管104导通时，源极处的电压可以根据设定点电阻108的函数而下降。从稳态的角度来看，设定点电阻108可以允许非线性地调节阈值。在一个示例中，设定点电阻108可以是可调节的。在某些示例中，较高的设定点电阻可以对应于较低的阈值。因此，在某些示例中，检测电路100的输出端105不仅可以指示设备被连接到端口，而且可以指示输入端101处的电压至少等于或大于最小阈值电压电平。
在一个示例中，电容器110可以用于对高频噪声进行滤除并且控制施加于第一晶体管103和第二晶体管104的控制节点的电压的边沿速率。在某些示例中，可以使用其它无源或有源设备来提供边沿速率控制。在某些示例中，第一晶体管103、第二晶体管104、偏置电路107和上拉电阻106可以包括在集成电路中。在某些示例中，设定点电阻108可以包括半导体电阻器。在某些示例中，该集成电路可以进一步包括诸如电容器110之类的边沿速率控制设备。
图2大体示出了诸如图1中所示的示例性检测电路100之类的示例性检测电路的输出的图形。在纵轴上表示电路的输出，并且在横轴上表示电路的输入。在一个示例中，当输入端101处的电压从零增大时，控制电压(例如，针对第一晶体管102和第二晶体管103的控制电压)上升。当控制电压超过阈值时，第一晶体管103将输出端105连接到地。当输入端101处的电压下降时，控制电压触发第一晶体管103的高阻抗状态。第一晶体管103的高阻抗状态将输出端105与地之间的连接断开，并且上拉电阻器106将输出端105拉到高逻辑状态。
图3大体示出了诸如图1的示例性检测电路100之类的示例性检测电路的瞬时波形，其中，输出端包括反相器。当施加到输入端的电压从0V变换到约5V并且变回到0V时，其可以形成三角波形301。当输入电压上升到约3V以上时，输出波形302可以从逻辑低电平变为逻辑高电平。输出逻辑电平可以保持在高电平直到输入电压变到约2.5V以下为止。第二个三角波形303可以示出与施加于第一晶体管和第二晶体管的控制节点的输入成比例的电压。注意，电路提供了输出相对于输入电压的滞后特性。例如，电路的输出在第一输入电压处从低逻辑转换到高逻辑，并且在第二输入电压处从高逻辑转换到低逻辑。在某些示例中，第二输入电压小于第一输入电压。
图4大体示出了将设定点电阻与输入电压的关系，该输入电压将触发电路(例如，图1的示例性电路)的输出的转换。
补充注释和示例
在示例1中，一种检测电路可以包括分压器，其被配置为从连接到所述检测电路的外部设备接收第一电源电压，第一晶体管和第二晶体管，其被配置为从所述分压器接收控制电压，并且当所述控制电压超过第一阈值时将输出端连接到地，以及偏置电路，其被配置为对所述第一晶体管进行偏置以设置所述第一阈值。
在示例2中，示例1的检测电路可选择地被配置为当所述第一电源电压低于第二阈值时基本上不消耗来自电路电源的功率。
在示例3中，示例1至2中的任意一个或多个的检测电路可选择地包括第一电阻器，所述第一电阻器被配置为当所述第一电源电压低于第二阈值时将所述输出端拉到电路电源电压。
在示例4中，示例1至3中的任意一个或多个的分压器可选择地被配置为接收大于所述第一晶体管和所述第二晶体管的额定工作电压的第一电源电压。
在示例5中，示例1至4中的任意一个或多个的偏置电路可选择地包括电阻器，并且其中，所述第一阈值是使用所述电阻器来设置的。
在示例6中，示例1至5中的任意一个或多个的电阻器可选择地包括半导体电阻器件。
在示例7中，示例1至6中的任意一个或多个的第一阈值的较低值可选择地对应于所述电阻器的较高电阻值。
在示例8中，示例1至7中的任意一个或多个的第一晶体管和第二晶体管可选择地被串联连接在输出端与地之间。示例1至7中的任意一个或多个的偏置电路可选择地包括连接到被所述第一晶体管和所述第二晶体管共用的预充电节点的第三晶体管。示例1至7中的任意一个或多个的第三晶体管的控制节点可选择地连接到输出端。
在示例9中，示例1至8中的任意一个或多个的输出端可选择地被配置为当控制电压增加到第一阈值电压以上时从高逻辑状态转换到低逻辑状态。
在示例10中，示例1至9中的任意一个或多个的输出端可选择地被配置为当所述控制电压减小到第二阈值以下时从低逻辑状态转换到高逻辑状态，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。
在示例11中，集成电路可选择地包括所述分压器、所述第一晶体管和所述第二晶体管以及所述偏置电路。
在示例12中，示例1至11中的任意一个或多个的检测电路可选择地包括电容器，其被配置为控制所述控制电压的转换的边沿速率。
在示例13中，一种操作检测电路的方法可以包括从与检测电路的分压器相连接的外部设备接收电源电压；在第一晶体管的控制节点处和第二晶体管的控制节点处从所述分压器接收控制电压，所述第一晶体管和所述第二晶体管串联连接在所述检测电路的输出端和地之间；当所述控制电压超过第一阈值时，将所述输出端连接到地；以及对所述第一晶体管和所述第二晶体管进行偏置以设置所述第一阈值。
在示例14中，示例1至13中的任意一个或多个的方法可选择地包括调节所述偏置电路的电阻以设置所述第一阈值。
在示例15中，示例1至14中的任意一个或多个的调节电阻可选择地包括增加所述电阻以减小所述第一阈值。
在示例16中，示例1至15中的任意一个或多个的方法可选择地包括当所述控制电压减小到第二阈值以下时断开所述输出端与地之间的连接，其中，所述第二阈值小于所述第一阈值。
在示例17中，一种系统可以包括端口、连接到该端口的开关、检测电路，所述检测电路被配置为使用外部设备的电源电压提供外部设备被连接到端口的指示。所述检测电路可以包括：分压器，其被配置为接收所连接的设备的所述电源电压；串联连接的第一晶体管和第二晶体管，其被配置为从所述分压器接收控制电压，并且当所述控制电压超过第一阈值时将输出端连接到地；以及偏置电路，其被配置为对所述第一晶体管进行偏置以调节所述第一阈值。
在示例18中，示例1至17中的任意一个或多个的开关可选择地包括通用串行总线(USB)开关。
在示例19中，示例1至18中的任意一个或多个的端口可选择地包括USB端口，并且其中，所述外部设备被配置为使用所述USB端口连接到所述检测电路。
在示例20中，示例1至19中的任意一个或多个的第一晶体管和第二晶体管可选择地串联连接到输出端和地之间，偏置电路可选择地包括连接到被所述第一晶体管和所述第二晶体管共用的预充电节点的第三晶体管，并且第三晶体管的控制节点可选择地连接到所述输出端。
示例21可以包括如下主题，或者可以可选择地与示例1至20中的任意一个或多个的任意部分或任意部分的组合相结合以包括如下主题，即，该主题可以包括用于执行示例1至20的功能中的任意一个或多个的模块，或包括当由机器执行时使得机器执行示例1至20的功能中的任意一个或多个的机器可读介质。
上述详细说明书参照了附图，附图也是所述详细说明书的一部分。附图以图解的方式显示了可应用本发明的具体实施例。这些实施例在本发明中被称作“示例”。本发明所涉及的所有出版物、专利及专利文件全部作为本发明的参考内容，尽管它们是分别加以参考的。如果本发明与参考文件之间存在用途差异，则将参考文件的用途视作本发明的用途的补充，若两者之间存在不可调和的差异，则以本发明的用途为准。
在本发明中，与专利文件通常使用的一样，术语“一”或“某一”表示包括一个或多个，但其他情况或在使用“至少一个”或“一个或多个”时应除外。在本发明中，除非另外指明，否则使用术语“或”指无排他性的或者，使得“A或B”包括：“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”。在所附权利要求中，术语“包含”和“在其中”等同于各个术语“包括”和“其中”的通俗英语。同样，在下面的权利要求中，术语“包含”和“包括”是开放性的，即，系统、装置、物品或步骤包括除了权利要求中这种术语之后所列出的那些元件以外的部件的，依然视为落在该条权利要求的范围之内。而且，在下面的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标签，并非对对象有数量要求。
上述说明的作用在于解说而非限制。在其它示例中，上述示例(或示例的一个或多个方面)可结合使用。可以在理解上述说明书的基础上，利用现有技术的某种常规技术来执行其他实施例。遵照37C.F.R.§1.72(b)的规定提供摘要，允许读者快速确定本技术公开的性质。提交本摘要时要理解的是该摘要不用于解释或限制权利要求的范围或意义。同样，在上面的具体实施方式中，各种特征可归类成将本公开合理化。这不应理解成未要求的公开特征对任何权利要求必不可少。相反，本发明的主题可在于的特征少于特定公开的实施例的所有特征。因此，下面的权利要求据此并入具体实施方式中，每个权利要求均作为一个单独的实施例。应参看所附的权利要求，以及这些权利要求所享有的等同物的所有范围，来确定本发明的范围。

Claims (18)

1.一种检测电路，其特征在于，包括：
分压器，其被配置为从连接到所述检测电路的外部设备接收第一电源电压；
第一晶体管，具有第一控制节点；
第二晶体管，具有第二控制节点，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管被配置为分别在所述第一控制节点和所述第二控制节点处从所述分压器接收控制电压，并且当所述控制电压超过第一阈值时将输出端连接到地；以及
偏置电路，其被配置为对所述第一晶体管进行偏置以设置所述第一阈值，其中所述偏置电路包括电阻器，并且其中所述第一阈值是使用所述电阻器来设置的。
2.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述检测电路被配置为当所述第一电源电压低于第二阈值时基本上不消耗来自电路电源的功率。
3.根据权利要求1所述的检测电路，其包括第一电阻器，所述第一电阻器被配置为当所述第一电源电压低于第二阈值时，将所述输出端拉到电路电源电压。
4.根据权利要求3所述的检测电路，其中，所述分压器被配置为接收大于所述第一晶体管和所述第二晶体管的额定工作电压的第一电源电压。
5.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述电阻器包括半导体电阻器件。
6.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述第一阈值的较低值对应于所述电阻器的较高电阻值。
7.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管被串联连接在所述输出端和地之间，
其中，所述偏置电路包括连接到被所述第一晶体管和所述第二晶体管共用的预充电节点的第三晶体管；并且
其中，所述第三晶体管的控制节点连接到所述输出端。
8.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述输出端被配置为当所述控制电压增加到所述第一阈值电压以上时从高逻辑状态转换到低逻辑状态。
9.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述输出端被配置为当所述控制电压减小到第二阈值以下时从低逻辑状态转换到高逻辑状态，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值。
10.根据权利要求1所述的检测电路，其中，所述分压器、所述第一晶体管和所述第二晶体管以及所述偏置电路包括在集成电路中。
11.根据权利要求1所述的检测电路，包括电容器，其被配置为控制所述控制电压的转换的边沿速率。
12.一种操作检测电路的方法，其特征在于，所述方法包括：
从与检测电路的分压器相连接的外部设备接收电源电压；
在第一晶体管的控制节点处和第二晶体管的控制节点处从所述分压器接收控制电压，所述第一晶体管和所述第二晶体管串联连接在所述检测电路的输出端和地之间；
当所述控制电压超过第一阈值时，将所述输出端连接到地；以及
对所述第一晶体管和所述第二晶体管进行偏置以设置所述第一阈值。
13.根据权利要求12所述的方法，包括调节偏置电路的电阻以设置所述第一阈值。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，调节所述电阻包括：增加所述电阻以减小所述第一阈值。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，当所述控制电压减小到第二阈值以下时断开所述输出端与地之间的连接，其中，所述第二阈值小于所述第一阈值。
16.一种电子系统，其特征在于，包括：
端口；
开关，其连接到所述端口；以及
检测电路，其被配置为使用外部设备的电源电压来提供所述外部设备被连接到所述端口的指示，所述检测电路包括：
分压器，其被配置为接收所述外部设备的所述电源电压；
串联连接的第一晶体管和第二晶体管，其被配置为在所述第一晶体管和所述第二晶体管的控制节点处从所述分压器接收控制电压，并且当所述控制电压超过第一阈值时将输出端连接到地；以及
偏置电路，其被配置为对所述第一晶体管进行偏置以调节所述第一阈值。
17.根据权利要求16所述的电子系统，其中，所述开关包括通用串行总线(USB)开关。
18.根据权利要求16所述的电子系统，其中，所述端口包括USB端口，并且其中，所述外部设备被配置为使用所述USB端口连接到所述检测电路。
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