CN104899176B - USB Type‑C接口的识别电路 - Google Patents

USB Type‑C接口的识别电路 Download PDF

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Abstract

一种USB Type‑C接口的识别电路，一端与适配器的5V输出端连接，另一端与的终端设备连接，设有作为隔离开关用的场效应管以及连接在其栅极与漏极之间的限流电阻，还设有控制场效应管导通或关断的第一电子开关，其包括第一开关三极管、第二开关三极管及其集电极限流电阻，以及具有延时功能的级联式电子开关，还设有控制第一开关三极管导通或关断的第二电子开关。识别电路简洁，在布板和选料成本方面有很大的优势，符合USB Type‑C标准要求，可根据终端设备给定的通信信号在标准限定的时间100～200毫秒内进行识别，以判定电源是否给终端设备供电。广泛适用于各种带有C型USB的充电器和仅用于充电的C型USB接口设备。

Description

USB Type-C接口的识别电路
技术领域
本发明涉及接口识别，特别是涉及一种USB Type-C接口的识别电路。
背景技术
通用串行总线也称通用串联接口(Universal Serial Bus，缩略词为USB)Type-C接口，是一种全新的USB接口形式，它伴随最新的USB3.1标准在Intel Developer Forum2014(IDF14)展会上正式对外公开。它集数据传输、视频输出及充电于一身，最大数据传输速度达到10Gbps，接近于高清晰度多媒体接口(High Definition Multimedia Interface，缩略词为HDMI)1.4(10.2Gbps)，可以直接传输4K/30p的影像文件，且支持高频带宽度数字内容保护(High-bandwidth Digital Content Protection，缩略词为HDCP)，插座端的尺寸与原来的Micro USB规格一样小，约为8.3mm×2.5mm，USB Type-C数据线可以通过5A电流，同时还支持超出现有USB供电能力的“USB功率输出(Power Delivery,缩略词为PD)”，提供最大100W的电力，此外，还拥有可反复插拔1万次以上的耐久性，支持从正反两面均可插入的“正反插”功能，对电磁干扰(Electro Magnetic Interference，缩略词为EMI)和射频干扰(Radio Frequency Interference，缩略词为RFI)的耐性更强。依据现行的“USB Type-CSpecification Release 1.1”和“USB Type-C Specification Release 1.0”标准要求，USB Type C适配器即接口转换器Adapter/adaptor与USB Type C的包括硬件或电子接口或信息接口的终端设备需进行识别匹配。电源需要根据终端设备的通信信号并在标准限定的时间100毫秒至200毫秒内判定是否给终端设备供电。现有的USB Type-C接口的识别电路不一，性能各异，有待于进一步改进与完善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种USB Type-C接口的识别电路。
本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种USB Type-C接口的识别电路，一端与USB Type C适配器的5V输出端连接，另一端与USB Type C的终端设备连接，终端设备的第一输入端通过具有隔离作用的第一上拉电阻与USB Type C适配器的5V输出端连接，终端设备的第二输入端通过具有隔离作用的第二上拉电阻与USB Type C适配器的5V输出端连接，终端设备的第一输入端、终端设备的第二输入端在不同应用场合的作用不同，传输的信号包括通信信号和电压信号，第一上拉电阻和第二上拉电阻分别与终端设备的电阻构成分压电路获取终端设备的第一输入端、终端设备的第二输入端的电压信号量值，用于判断终端设备是否正确连接且由识别电路根据电压信号的量值控制USB Type C适配器的5V输出端与充电器的输出端连接或隔离。
这种USB Type-C接口的识别电路的特点是：
设有作为隔离开关用的MOSFET场效应管以及连接在其栅极与漏极之间的限流电阻，MOSFET场效应管的栅极与USB Type C适配器的5V输出端连接，MOSFET场效应管的源极与充电器的输出端连接，所述MOSFET场效应管用于确保充电器的输出端在未接负载和移除负载后处于无功率输出状态，以符合现行的“USB Type-C Specification Release 1.1”和“USB Type-C Specification Release 1.0”标准要求。
还设有控制MOSFET场效应管导通或关断的第一电子开关，所述第一电子开关包括第一开关三极管、第二开关三极管及其集电极限流电阻，以及连接在第一开关三极管的输入电路的构成第一延时支路的第一延时电阻和第一延时电容、连接在第二开关三极管的输入电路的构成第二延时支路的第二延时电阻和第二延时电容组成的具有延时功能的级联式电子开关，第一延时支路和第二延时支路用于分别延迟第一开关三极管、第二开关三极管的导通时间，导通时间设定为100毫秒至200毫秒。
还设有控制第一开关三极管导通或关断的第二电子开关，所述第二电子开关是由两只同类型(NPN或PNP)BJT构成的第一三极管复合管(又称达林顿管)，和第二三极管复合管组成。
所述第一三极管复合管的发射极与终端设备的第一输入端连接，接受终端设备的第一输入端给定的通信信号，由具有延时功能的级联式电子开关在“USB Type-CSpecification Release 1.1”和“USB Type-C Specification Release 1.0”标准限定的时间100毫秒至200毫秒内进行识别，以判定MOSFET场效应管的导通或关断，充电器的输出端与USB Type C适配器的5V输出端是否由MOSFET场效应管连接或隔离，即电源是否给终端设备供电。
所述第二三极管复合管的发射极与终端设备的第二输入端连接，接受终端设备的第二输入端给定的通信信号，由具有延时功能的级联式电子开关在“USB Type-CSpecification Release 1.1”和“USB Type-C Specification Release 1.0”标准限定的时间100毫秒至200毫秒内进行识别，以判定MOSFET场效应管的导通或关断，充电器的输出端与USB Type C适配器的5V输出端是否由MOSFET场效应管连接或隔离，即电源是否给终端设备供电。
本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
还设有由第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻串接组成的参考电压源，第一分压电阻的一端与USB Type C适配器的5V输出端连接，第三分压电阻的一端与GND连接，第一分压电阻的另一端通过第一限流电阻和第三分压电阻的另一端通过第二限流电阻向第一三极管复合管提供第一参考电压，第二限流电阻的两端分别通过第三限流电阻、第四限流电阻向第二三极管复合管提供第二参考电压，第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻和第四限流电阻分别用于限制相应开关三极管的电流，以防影响终端设备的第一输入端、终端设备的第二输入端。
本发明的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。
所述MOSFET场效应管是耐电压大于5.5V的P沟道MOSFET场效应管，耐电流根据客户要求做相应的调整。
所述第一延时电容是介质材料为X7R的温度稳定型陶瓷电容器和介质材料为包括铷、钐的稀有金属氧化物的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器中的一种，以减少温度对延时支路的影响。
所述第二延时电容是介质材料为X7R的温度稳定型陶瓷电容器和介质材料为包括铷、钐的稀有金属氧化物的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器中的一种，以减少温度对延时支路的影响。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明的识别电路简洁，在布板和选料成本方面有很大的优势，符合现行的“USBType-C Specification Release 1.1”和“USB Type-C Specification Release 1.0”标准要求，可根据终端设备给定的通信信号在标准限定的时间100毫秒至200毫秒内进行识别，以判定电源是否给终端设备供电。本发明电路广泛适用于各种带有C型USB的充电器和仅用于充电的C型USB接口设备。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行说明。
一种如图1所示的USB Type-C接口的识别电路，一端与USB Type C适配器的5V输出端连接，另一端与USB Type C的终端设备连接，终端设备的第一输入端CC1通过具有隔离作用的3A(标称值)第一上拉电阻R9与USB Type C适配器的5V输出端连接，终端设备的第二输入端CC2通过具有隔离作用的3A(标称值)第二上拉电阻R6与USB Type C适配器的5V输出端连接，终端设备的第一输入端CC1、终端设备的第二输入端CC2在不同应用场合的作用不同，传输的信号包括通信信号和电压信号，第一上拉电阻R9和第二上拉电阻R6分别与终端设备的电阻构成分压电路获取终端设备的第一输入端CC1、终端设备的第二输入端CC2的电压信号量值，用于判断终端设备是否正确连接且由识别电路根据电压信号的量值控制USBType C适配器的5V输出端与充电器的输出端VBUS连接或隔离。
设有作为隔离开关用的MOSFET场效应管T以及连接在其栅极与漏极之间的限流电阻R16，MOSFET场效应管T是美国万代半导体(Alpha and Omega Semiconductor，缩略词为AOS)公司出品的耐电压大于5.5V的型号为AON7407的P沟道MOSFET场效应管，其栅极与USBType C适配器的5V输出端连接，MOSFET场效应管T的源极与充电器的输出端VBUS连接，MOSFET场效应管T用于确保充电器的输出端VBUS在未接负载和移除负载后处于无功率输出状态，以符合现行的“USB Type-C Specification Release 1.1”和“USB Type-CSpecification Release 1.0”标准要求。
还设有控制MOSFET场效应管T导通或关断的第一电子开关，第一电子开关包括第一开关三极管T1-1、第二开关三极管T1-2及其集电极限流电阻R17，以及连接在第一开关三极管T1-1的输入电路的构成第一延时支路的第一延时电阻R11和第一延时电容C2、连接在第二开关三极管T1-2的输入电路的构成第二延时支路的第二延时电阻R14和第二延时电容C1组成的具有延时功能的级联式电子开关，第一延时支路和第二延时支路用于分别延迟第一开关三极管T1-1、第二开关三极管T1-2的导通时间，导通时间设定为100毫秒至200毫秒。
第一延时电容C1和第二延时电容C2是介质材料为X7R的温度稳定型陶瓷电容器和介质材料为包括铷、钐的稀有金属氧化物的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器中的一种，以减少温度对延时支路的影响。
第一开关三极管T1-1、第二开关三极管T1-2是耐电压大于5.5V、耐电流大于100μA的乐山无线电股份有限公司(Leshan Radio Co.,Ltd.，缩略词为LRC)出品的型号为LMBT3904DW1T1G的开关三极管。
还设有控制第一开关三极管T1-1导通或关断的第二电子开关，第二电子开关是由两只同类型(NPN或PNP)BJT构成的第一三极管复合管(又称达林顿管)T2-1，和第二三极管复合管T2-2组成。
第一三极管复合管T2-1、第二三极管复合管T2-2是耐电压大于5.5V、耐电流大于100μA的乐山无线电股份有限公司(Leshan Radio Co.,Ltd.，缩略词为LRC)出品的型号为LMBT3946DW1T1G的三极管复合管。
第一三极管复合管T2-1的发射极与终端设备的第一输入端CC1连接，接受终端设备的第一输入端CC1给定的通信信号，由具有延时功能的级联式电子开关在“USB Type-CSpecification Release 1.1”和“USB Type-C Specification Release 1.0”标准限定的时间100毫秒至200毫秒内进行识别，以判定MOSFET场效应管T的导通或关断，充电器的输出端VBUS与USB Type C适配器的5V输出端是否由MOSFET场效应管T连接或隔离，即电源是否给终端设备供电。
第二三极管复合管T2-2的发射极与终端设备的第二输入端CC2连接，接受终端设备的第二输入端CC2给定的通信信号，由具有延时功能的级联式电子开关在“USB Type-CSpecification Release 1.1”和“USB Type-C Specification Release 1.0”标准限定的时间100毫秒至200毫秒内进行识别，以判定MOSFET场效应管T的导通或关断，充电器的输出端VBUS与USB Type C适配器的5V输出端是否由MOSFET场效应管T连接或隔离，即电源是否给终端设备供电。
还设有由第一分压电阻R1、第二分压电阻R2和第三分压电阻R3串接组成的参考电压源，第一分压电阻R1的一端与USB Type C适配器的5V输出端连接，第三分压电阻R3的一端与GND连接，第一分压电阻R1的另一端通过第一限流电阻R4和第三分压电阻R3的另一端通过第二限流电阻R5向第一三极管复合管T2-1提供第一参考电压V1，第二限流电阻R5的两端分别通过第三限流电阻R7、第四限流电阻R8向第二三极管复合管T2-2提供第二参考电压V2，第一限流电阻R4、第二限流电阻R5、第三限流电阻R7和第四限流电阻R8分别用于限制相应开关三极管的电流，以防影响终端设备的第一输入端CC1、终端设备的第二输入端CC2。
本具体实施方式的识别工作过程如下：
当终端设备的第一输入端CC1和终端设备的第二输入端CC2同时无信号接入时，第一三极管复合管T2-1和第二三极管复合管T2-2处于关断状态，MOSFET场效应管T处于关断状态，此时充电器的输出端VBUS与USB Type C适配器的5V输出端由MOSFET场效应管T隔离，充电器的输出端VBUS处于待机模式，降低待机功耗。
当终端设备的第一输入端CC1或/和终端设备的第二输入端CC2有0.85V～2.6V电压信号接入时，第一三极管复合管T2-1和第二三极管复合管T2-2，以及第一开关三极管T1-1、第二开关三极管T1-2相继导通，由第一延时电阻R11和第一延时电容C2组成的第一延时电路，以及第二延时电阻R14和第二延时电容C1组成的第二延时电路工作，MOSFET场效应管T在在设定的延迟时间100毫秒至200毫秒内导通，此时USB Type C适配器的5V输出端通过第一MOSFET场效应管T1与充电器的输出端VBUS连接，充电器的输出端VBUS通过C型USB向终端设备供电。
当终端设备第一输入端CC1或/和终端设备的第二输入端CC2的通信信号接入时间小于设定的延迟时间100毫秒至200毫秒，第一开关三极管T1-1、第二开关三极管T1-2的输出无法使MOSFET场效应管T导通，此时充电器的输出端VBUS与USB Type C适配器的5V输出端由MOSFET场效应管T隔离。
当终端设备的第一输入端CC1和终端设备的第二输入端CC2有同时小于0.8V电压信号接入时，第一三极管复合管T2-1和第二三极管复合管T2-2未能导通，导致MOSFET场效应管T处于关断状态，此时充电器的输出端VBUS与USB Type C适配器的5V输出端由MOSFET场效应管T隔离。
当终端设备的第一输入端CC1有小于0.8V电压信号接入，而终端设备的第二输入端CC2没有电压信号接入时，或者当终端设备第一输入端CC1没有电压信号接入，而终端设备的第二输入端CC2有小于0.8V电压信号接入时，MOSFET场效应管T处于关断状态，此时充电器的输出端VBUS与USB Type C适配器的5V输出端由MOSFET场效应管T隔离。
当终端设备的第一输入端CC1有大于2.75V电压信号接入，而终端设备的第二输入端CC2没有电压信号接入时，或者当终端设备的第一输入端CC1没有接入，终端设备的第二输入端CC2大于2.75V时，MOSFET场效应管T处于关断状态，此时充电器的输出端VBUS与USBType C适配器的5V输出端由MOSFET场效应管T隔离。
本具体实施方式的相关输入/输出端的电压如下：
5V输入 CC1 CC2 充电器输出电压VBUS
4.75～5.5V 悬空 悬空 0V
4.75～5.5V 悬空 <0.8V 0V
4.75～5.5V <0.8v 悬空 0V
4.75～5.5V <0.8V <0.8V 0V
4.75～5.5V 0.85～2.6V 悬空 4.75～5.5V
4.75～5.5V 0.85～2.6V <0.8V 4.75～5.5V
4.75～5.5V 0.85～2.6V 0.85～2.6V 4.75～5.5V
4.75～5.5V 悬空 0.85～2.6V 4.75～5.5V
本具体实施方式的识别电路简洁，在布板和选料成本方面有很大的优势，符合现行的“USB Type-C Specification Release 1.1”和“USB Type-C Specification Release1.0”标准要求，可根据终端设备给定的通信信号在标准限定的时间100毫秒至200毫秒内进行识别，以判定电源是否给终端设备供电。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种USB Type-C接口的识别电路，一端与USB Type C适配器的5V输出端连接，另一端与USB Type C的终端设备连接，终端设备的第一输入端通过具有隔离作用的第一上拉电阻与USB Type C适配器的5V输出端连接，终端设备的第二输入端通过具有隔离作用的第二上拉电阻与USB Type C适配器的5V输出端连接，终端设备的第一输入端、终端设备的第二输入端在不同应用场合的作用不同，传输的信号包括通信信号和电压信号，第一上拉电阻和第二上拉电阻分别与终端设备的电阻构成分压电路获取终端设备的第一输入端、终端设备的第二输入端的电压信号量值，用于判断终端设备是否正确连接且由识别电路根据电压信号的量值控制USB Type C适配器的5V输出端与充电器的输出端连接或隔离，其特征在于：
设有作为隔离开关用的MOSFET场效应管以及连接在其栅极与漏极之间的限流电阻，MOSFET场效应管的栅极与USB Type C适配器的5V输出端连接，MOSFET场效应管的源极与充电器的输出端连接，所述MOSFET场效应管用于确保充电器的输出端在未接负载和移除负载后处于无功率输出状态，以符合现行的“USB Type-C Specification Release 1.1”和“USBType-C Specification Release 1.0”标准要求；
还设有控制MOSFET场效应管导通或关断的第一电子开关，所述第一电子开关包括第一开关三极管、第二开关三极管及其集电极限流电阻，以及连接在第一开关三极管的输入电路的构成第一延时支路的第一延时电阻和第一延时电容、连接在第二开关三极管的输入电路的构成第二延时支路的第二延时电阻和第二延时电容组成的具有延时功能的级联式电子开关，第一延时支路和第二延时支路用于分别延迟第一开关三极管、第二开关三极管的导通时间，导通时间设定为100毫秒至200毫秒；
还设有控制第一开关三极管导通或关断的第二电子开关，所述第二电子开关是由两只同类型BJT构成的第一三极管复合管和第二三极管复合管组成；
所述第一三极管复合管的发射极与终端设备的第一输入端连接，接受终端设备的第一输入端给定的通信信号，由具有延时功能的级联式电子开关在“USB Type-CSpecification Release 1.1”和“USB Type-C Specification Release 1.0”标准限定的时间100毫秒至200毫秒内进行识别，以判定MOSFET场效应管的导通或关断，充电器的输出端与USB Type C适配器的5V输出端是否由MOSFET场效应管连接或隔离，即电源是否给终端设备供电；
所述第二三极管复合管的发射极与终端设备的第二输入端连接，接受终端设备的第二输入端给定的通信信号，由具有延时功能的级联式电子开关在“USB Type-CSpecification Release 1.1”和“USB Type-C Specification Release 1.0”标准限定的时间100毫秒至200毫秒内进行识别，以判定MOSFET场效应管的导通或关断，充电器的输出端与USB Type C适配器的5V输出端是否由MOSFET场效应管连接或隔离，即电源是否给终端设备供电。
2.如权利要求1所述的USB Type-C接口的识别电路，其特征在于：
还设有由第一分压电阻、第二分压电阻和第三分压电阻串接组成的参考电压源，第一分压电阻的一端与USB Type C适配器的5V输出端连接，第三分压电阻的一端与GND连接，第一分压电阻的另一端通过第一限流电阻和第三分压电阻的另一端通过第二限流电阻向第一三极管复合管提供第一参考电压，第二限流电阻的两端分别通过第三限流电阻、第四限流电阻向第二三极管复合管提供第二参考电压，第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻和第四限流电阻分别用于限制相应开关三极管的电流，以防影响终端设备的第一输入端、终端设备的第二输入端。
3.如权利要求1或2所述的USB Type-C接口的识别电路，其特征在于：
所述MOSFET场效应管是耐电压大于5.5V的P沟道MOSFET场效应管，耐电流根据客户要求做相应的调整。
4.如权利要求3所述的USB Type-C接口的识别电路，其特征在于：
所述第一延时电容是介质材料为X7R的温度稳定型陶瓷电容器和介质材料为包括铷、钐的稀有金属氧化物的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器中的一种，以减少温度对延时支路的影响。
5.如权利要求4所述的USB Type-C接口的识别电路，其特征在于：
所述第二延时电容是介质材料为X7R的温度稳定型陶瓷电容器和介质材料为包括铷、钐的稀有金属氧化物的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器中的一种，以减少温度对延时支路的影响。
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