CN103532117A

CN103532117A - 一种usb静电保护装置和终端设备

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Publication number: CN103532117A
Application number: CN201310500838.2A
Authority: CN
Inventors: 徐兵; 李志杰; 孙伟
Original assignee: Xiaomi Inc
Current assignee: Beijing Xiaomi Technology Co Ltd; Xiaomi Inc
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: CN103532117B

Abstract

本发明公开了一种USB静电保护装置以及终端设备，包括：静电保护器和开关模块；开关模块的一个输入端与USB静电保护装置外的USB接口的一个引脚连接，并且开关模块的不同输入端连接USB接口的不同引脚，开关模块的控制端与USB接口的总线电压引脚连接；静电保护器通过开关模块与USB接口的各引脚连接，静电保护器的电源输入端与USB接口的总线电压引脚连接；所述USB接口未使用时，开关模块处于打开状态。通过USB接口的总线电压控制静电保护器是否工作以及开关模块的闭合和断开，在USB接口未使用时，开关模块处于断开状态，即使此时静电保护器未工作，也可以防止USB接口对终端设备内部电路和芯片的静电冲击。

Description

一种USB静电保护装置和终端设备

技术领域

本公开涉及USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口技术领域，尤其涉及一种USB静电保护装置和终端设备。

背景技术

通用串行总线是连接电子装置与外部装置的一种串行端口总线标准。USB的特点在于支持能够在电子装置运作时插上或拔除硬件的热插拔以及在新增外部装置时能够自动侦测与配置系统资源的即插即用。因此，USB目前被广泛应用于个人电子装置、移动通讯装置、摄影器材、数字电视及游戏机等多种装置中。

USB接口由于金属外壳，将承受更大的ESD（Electro Static Discharge,静电放电）冲击。ESD主要的两种破坏机制是：由ESD电流产生热量导致芯片烧毁的热失效；由ESD过高电压导致芯片内部绝缘击穿。两种破坏可能在一个芯片中同时发生。USB设备这种支持热插拔的设备在插拔的过程中很容易产生静电，USB接口芯片或者带USB接口的外部设备都要注意ESD防护。

对于终端设备的USB接口，在没有供电的情况下，静电保护器件没有工作因而起不到保护作用，如手机USB接口，在手机关机时，充电器接触手机的一瞬间静电可能通过USB先进入主控芯片，导致主控芯片的损坏。为解决该问题，可采用静电分离器。采用静电分离器时，静电分离器的电路面积较大，防静电效果一般；终端设备未上电时，静电分离器未工作，通过USB接口直接充电时有可能损坏终端设备内部芯片。

发明内容

本公开实施例提供一种USB静电保护装置和终端设备，用于防止静电保护电路未工作时对终端设备内部电路和芯片造成的静电冲击。

为达上述目的，本公开采用以下技术方案：

一种USB静电保护装置，包括：静电保护器和开关模块；开关模块的一个输入端与USB静电保护装置外的USB接口的一个引脚连接，并且开关模块的不同输入端连接USB接口的不同引脚，开关模块的控制端与USB接口的总线电压引脚连接；

静电保护器通过开关模块与USB接口的各引脚连接，静电保护器的电源输入端与USB接口的总线电压引脚连接；

所述USB接口未使用时，开关模块处于打开状态。

通过USB接口的总线电压控制静电保护器是否工作以及开关模块的闭合和断开，实现了在USB接口未使用时，开关模块处于断开状态，即使此时静电保护器未工作，也可以防止USB接口对终端设备内部电路和芯片的静电冲击。

优选的，所述USB接口使用时，开关处于闭合状态。静电保护器因总线电压供电而开始工作，此时可通过静电保护器防止来自USB接口的静电冲击，保护终端设备内部电路和芯片。

优选的，所述开关模块包括一个或多个动合型继电器。

优选的，所述开关模块包括多个金属氧化物半导体MOS晶体管，一个MOS晶体管与USB接口的一个引脚连接。

优选的，所述静电保护器未通过开关模块而直接与USB接口的接地引脚连接。相对于USB接口每个引脚均连接开关模块的方案，可以节省电路成本，降低终端设备功耗。

一种终端设备，包括USB接口以及上述任一所述的USB静电保护装置。

优选的，所述USB接口为USB2.0、USB3.0或者Micro USB接口。本公开提供的USB静电保护装置可适用于所有向下兼容USB2.0标准的接口。

本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。本公开的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开，并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开实施例提供的适用于USB2.0接口的USB静电保护装置的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的采用动合型继电器的USB静电保护装置的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的采用MOS晶体管的USB静电保护装置的结构示意图；

图4是本公开实施例提供的适用于Micro USB接口的USB静电保护装置的结构示意图；

图5是本公开实施例提供的适用于USB3.0接口的USB静电保护装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。

图1是本公开实施例提供的一种USB静电保护装置，该装置包括：静电保护器11和开关模块10。

开关模块10的一个输入端与USB静电保护装置外的USB接口20的一个引脚连接，并且开关模块10的不同输入端连接USB接口20的不同引脚。如图1所示开关模块10的一个输入端与USB接口20的一个引脚连接，其中四个输入端分别连接USB接口20的总线电压引脚VBUS、数据正引脚DATA+、数据负引脚DATA-和接地引脚GND。

开关模块10的控制端与USB接口20的总线电压引脚VBUS连接，通过控制端接收USB接口20的电信号，来控制开关模块10的断开和导通，因此本公开实施例通过USB接口20的总线电压来控制开关模块10的断开和导通，当USB接口20未使用时，开关模块10处于断开状态。

静电保护器11通过开关模块10与USB接口20的各引脚连接，以在USB接口20各引脚与终端设备内部的其它电路之间进行静电防护；静电保护器11的电源输入端与USB接口20的总线电压引脚VBUS连接。本公开实施例中静电保护器11由USB接口20的总线电压进行供电。在USB接口20未使用时，USB接口20的总线电压引脚VBUS未向静电保护器11供电，所以静电保护器11未工作。此时因为USB接口20的总线电压引脚VBUS未上电，开关模块10处于断开状态，因此来自USB接口20的静电冲击不会进入终端设备的内部电路而损坏芯片。

静电保护器11可以通过开关模块10与USB接口20的所有引脚连接。

为了节省电路成本，降低终端设备功耗，静电保护器11可以不通过开关模块10而直接与USB接口20的接地引脚GND连接，USB接口20的接地引脚GND会与终端设备内部的地线连接，因此USB接口20的接地引脚GND不需要静电防护，也不会引起静电冲击，因此静电保护器11与USB接口20的接地引脚GND之间无须通过开关模块10即可以直接连接。更进一步的，静电保护器11通常将产生的静电转移到地线上，USB接口20的接地引脚可以无须连接静电保护器11，而是直接连接终端设备的地线上。

当USB接口20使用时，总线电压引脚VBUS向开关模块10的控制端输出控制电压，使开关模块10相应的输入端与输出端导通。同时总线电压引脚VBUS向静电保护器11的电源输入端供电，静电保护器11开始工作，静电保护器11通过导通的开关模块10与USB接口20的各个引脚连接，从而能够防止来自USB接口20的静电冲击，保护终端设备内部电路及芯片。

开关模块10可以包括未上电时断开、上电后闭合的动合型继电器。如图2所示，动合型继电器的常开触点通电后在电磁吸力的作用下闭合，使USB接口20的各引脚与静电保护器11导通。

所述动合型继电器可以是同时具有多输入端和多输出端的电磁继电器，通电后全部常开触点在电磁吸力作用下可同时闭合，断电后电磁吸力消失各触点可同时恢复断开状态。

或者，开关模块11对USB接口20的各引脚所在通路都设有相应的单输入端和单输出端的电磁继电器，各个电磁继电器的控制端同时连接USB接口20的总线电压引脚VBUS。USB接口20使用时，各个电磁继电器的常开触点在各自的电磁吸力作用下全部闭合。USB接口20未使用时，各个电磁继电器都恢复断开状态。

开关模块11还可以包括金属氧化物半导体（MOS）晶体管。如图3所示，USB接口20各引脚与静电保护器11之间的通路上都设有一个MOS晶体管，各个MOS晶体管的栅极作为控制端连接USB接口20的总线电压引脚VBUS。由于其他引脚的电压小于总线电压，如果将总线电压作为栅极控制电压，则需要使用N沟道MOS晶体管，MOS晶体管的漏极连接USB接口20的引脚，源极连接静电保护器11。在USB接口20工作时，栅极电压UG大于源极电压US从而使MOS晶体管导通，实现USB接口20与静电保护器11的导通。MOS晶体管在断电时截止。对于连接USB接口20的总线电压引脚VBUS与静电保护器的MOS晶体管来说，由于此时栅极控制电压和漏极输入电压均为总线电压，为了在USB接口20通电工作时能够导通，需要使用N沟道耗尽型MOS晶体管，使栅极电压U_G等于源极电压U_S时导通。

本公开实施例通过USB接口20的总线电压控制静电保护器11是否工作以及开关模块10的闭合和断开，实现了在USB接口20未使用时，开关模块10处于断开状态，即使此时静电保护器11未工作，也可以防止USB接口20对终端设备内部电路和芯片的静电冲击；USB接口20使用时，开关模块10闭合，静电保护器11因总线电压供电而开始工作，此时可通过静电保护器11防止来自USB接口20的静电冲击，保护终端设备内部电路和芯片。本公开实施例中的开关模块10不仅限于上述的动合型继电器以及MOS晶体管，其他任何可由输入电压控制自身通断状态的元器件都符合本公开实施例的构思，均在本公开保护范围之内。本公开实施例中的静电保护器11可以是任何具有防护静电冲击功能的静电保护电路或其他器件。

本公开实施例还提供了一种终端设备，包括USB接口以及本公开实施例中所述的USB静电保护装置。本公开实施例提供的USB静电防护装置可适用于各种USB接口类型，如图1中所示的是典型的USB2.0标准接口引脚。

USB接口20为Micro USB接口时，如图4所示，此时Micro USB接口具有五个引脚，分别是总线电压引脚VBUS、数据正引脚DATA+、数据负引脚DATA-、类型标识引脚ID以及接地引脚GND。静电保护器11通过开关模块10与上述五个引脚连接，静电保护器11也可以不通过开关模块10而直接与接地引脚GND连接，或者不与接地引脚GND连接。

USB接口20为USB3.0标准接口时，如图5所示，此时USB3.0接口具有九个引脚，分别是总线电压引脚VBUS、USB2.0数据正引脚DATA+、USB2.0数据负引脚DATA-、电源接地引脚GND、高速接收正引脚SSRX+、高速接收负引脚SSRX-、高速发送正引脚SSTX+、高速发送负引脚SSTX-以及信号接地引脚GND_DRAIN。静电保护器11通过开关模块10与上述九个引脚连接，静电保护器11也可以不通过开关模块10而直接与电源接地引脚GND以及信号接地引脚GND_DRAIN连接，或者不与电源接地引脚GND以及信号接地引脚GND_DRAIN连接。

本公开实施例提供的终端设备，通过USB接口20的总线电压控制静电保护器11是否工作以及开关模块10的闭合和断开，实现了在USB接口20未使用时，开关模块10处于断开状态，即使此时静电保护器11未工作，也可以防止USB接口20对终端设备内部电路和芯片的静电冲击；USB接口20使用时，开关模块10闭合，静电保护器11因总线电压供电而开始工作，此时可通过静电保护器11防止来自USB接口20的静电冲击，保护终端设备内部电路和芯片。同时本公开实施例提供的终端设备可同时具备多种类型的USB接口，对能够向下兼容USB2.0标准的接口均可以起到防止静电冲击的内部电路和芯片的作用。

显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种USB静电保护装置，其特征在于，包括：静电保护器和开关模块；

所述开关模块的一个输入端与USB静电保护装置外的USB接口的一个引脚连接，并且开关模块的不同输入端连接USB接口的不同引脚，开关模块的控制端与USB接口的总线电压引脚连接；

所述静电保护器通过开关模块与USB接口的各引脚连接，静电保护器的电源输入端与USB接口的总线电压引脚连接；

所述USB接口未使用时，开关模块处于打开状态。

2.如权利要求1所述的USB静电保护装置，其特征在于，所述USB接口使用时，开关处于闭合状态。

3.如权利要求1所述的USB静电保护装置，其特征在于，所述开关模块包括一个或多个动合型继电器。

4.如权利要求1所述的USB静电保护装置，其特征在于，所述开关模块包括多个金属氧化物半导体MOS晶体管，一个MOS晶体管与USB接口的一个引脚连接。

5.如权利要求1所述的USB静电保护装置，其特征在于，所述静电保护器未通过开关模块而直接与USB接口的接地引脚连接。

6.一种终端设备，其特征在于，包括USB接口以及权利要求1-6中任一项所述的USB静电保护装置。

7.如权利要求6所述的终端设备，其特征在于，所述USB接口为USB2.0、USB3.0或者Micro USB接口。