CN105186598A - Usb插入自动识别和供电系统和集成有该系统的芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明的USB插入自动识别和供电系统，它包括供电单元，还包括插入检测单元，其用来检测外设的插入动作，如检测到插入动作就输出控制信号给供电单元，其输出端连接供电单元的输入端；插入检测动作包括检测外设的负载电压和负载电流；供电单元，根据插入检测单元的输出而控制对外设的供电。使用电流检测和电压检测双检测，不管外设的内阻大或者小，都能顺利检测到设备插入，大幅度提供插入检测的兼容性。供电系统的电流不会流过检测系统，不会增加供电系统的损耗，提高了供电系统的效率。

Description

USB插入自动识别和供电系统和集成有该系统的芯片
【技术领域】
本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种带有USB接口的给外设充电的系统。
【背景技术】
近年来，各类便携式智能产品得到了极大的普及，如平板电脑电脑、智能手机和移动电源等。这些便携式产品都带有USB口，产品通过USB传输数据和供电，当设备有USB插入时候，需要自动检测到插入动作。例如移动电源产品主要用来给手机充电，当手机插入到移动电源USB口时候，移动电源需要自动识别插入动作并开启供电系统给手机供电。同时由于手机种类众多，手机电阻值有的大有的小，自动识别系统需要有很好的兼容性。
图1为现有USB插入检测和供电系统。它的工作原理如下：当手机没有插入到移动电源USB口时，移动电源VOUT输出固定高压，USB的地端口(USB_G)被R2电阻下来，USB_G电压等于零，移动电源IC检测到USB_G零电压后从GATE端口输出低电平关闭功率MOS管M1；当手机插入到移动电源USB口时，移动电源VOUT电压输出给手机的USB的VBUS端口，手机负载可以等效于R1和C1组成的负载，电阻R1和电阻R2组成电阻分压串使得USB_G被拉高，移动电源检测到USB_G被拉高，则开启MOS管M1并输出VOUT电压正常给手机供电。
现有USB插入检测和供电系统有几个缺点：
需要功率MOS和两个检测pin脚，方案成本高；
供电系统的电流会流过M1和R2，产生大的损耗，会下降供电系统的效率；
现有检测系统只通过电阻电流方式检测，然而手机种类很多，有些手机电阻很大，现有技术检测不出来，兼容性差。
【发明内容】
有鉴于此，本发明提供一种能自动识别外设插入并给外设供电的系统。
本发明采用如下技术方案，构造USB插入自动识别和供电系统，它包括供电单元，还包括插入检测单元，其用来检测外设的插入动作，如检测到插入动作就输出控制信号给供电单元，其输出端连接供电单元的输入端；插入检测动作包括检测外设的负载电压和负载电流；供电单元，根据插入检测单元的输出而控制对外设的供电。
优选的，插入检测单元包括LDO环路，电压比较器，电流比较器和或逻辑；LDO环路，用于检测外设插入时的负载电压并将该电压输出给电压比较器；电压比较器，用于比较负载电压和参考电压，并将比较结果输出给或逻辑；电流比较器，用于检测外设插入时的负载电流和参考电流，并将比较结果输出给或逻辑；或逻辑，用于将电压比较器和电流比较器的输入进行或运算，并将结果输出给供电单元。
优选的，LDO环路包括运放，MOS管M1和电阻R1；电流比较器包括MOS管M2和电流源I1；运放一输入端连接参考电压Vref,另一输入端连接MOS管M1的1管脚，运放的输出端连接MOS管M1的栅极和MOS管M2的栅极，电源连接MOS管M1的2管脚和MOS管M2的2管脚；电阻R2并联在MOS管M1的1管脚和地之间。外设负载并接在MOS管M1的1管脚和地之间。电流比较器的负输入端连接MOS管M1的1管脚，正输入端连接参考电压(Vref-0.01V),其输出端连接或逻辑的一输入端；电流源I1并联在MOS管M2的1管脚和地之间；或逻辑的另一输入端连接MOS管M2的1管脚，其输出端连接供电单元。
优选的，所述供电单元为直流到直流电压转换器。
本发明还提供一种芯片，它内部集成有上述的USB插入自动识别和供电系统。
本发明的有益技术效果是：
1.使用电流检测和电压检测双检测，不管外设的内阻大或者小，都能顺利检测到设备插入，大幅度提供插入检测的兼容性。
2.供电系统的电流不会流过检测系统，不会增加供电系统的损耗，提高了供电系统的效率。
3.整个检测系统设计在IC内部提高了芯片的集成度，降低方案成本。
【附图说明】
图1现有技术中的USB插入检测和供电系统电路框图；
图2实施例一中的USB插入自动识别和供电系统与外设的电路连接框图；
图3实施例一中的USB插入自动识别和供电系统的电路图。
【具体实施方式】
为了使本专利的技术方案和技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利的具体实施方式进行详细描述。
实施例一：
如图2，本实施例中的USB插入自动识别和供电系统，包括插入检测单元和供电单元。USB插入自动识别和供电系统的输出端通过USB接口与手机或其他USB外围设备(以下简称外设)的输入端连接。
插入检测单元，用来检测外设的插入动作，如检测到插入动作就输出控制信号USBIN给供电单元，其输出端连接供电单元的输入端；插入动作包括检测外设的负载电压和负载电流。插入检测单元包括低压差线性稳压器(以下简称LDO)环路，电压比较器，电流比较器和或逻辑。
LDO环路，用于检测外设插入时的负载电压并将该电压输出给电压比较器。
电压比较器，用于比较负载电压和参考电压，并将比较结果输出给或逻辑。
电流比较器，用于检测外设插入时的负载电流和参考电流，并将比较结果输出给或逻辑。
或逻辑，用于将电压比较器和电流比较器的输入进行或运算，并将结果输出给供电单元。
如图3，LDO环路包括运放，MOS管M1和电阻R1。电流比较器包括MOS管M2和电流源I1。运放一输入端连接参考电压Vref,另一输入端连接MOS管M1的1管脚，运放的输出端连接MOS管M1的栅极和MOS管M2的栅极，电源连接MOS管M1的2管脚和MOS管M2的2管脚。
电阻R2并联在MOS管M1的1管脚和地之间。外设负载并接在MOS管M1的1管脚和地之间。电流比较器的负输入端连接MOS管M1的1管脚，正输入端连接参考电压(Vref-0.01V),其输出端连接或逻辑的一输入端。电流源I1并联在MOS管M2的1管脚和地之间。
或逻辑的另一输入端连接MOS管M2的1管脚，其输出端连接供电单元。
供电单元，根据插入检测单元的输出而控制对外设的供电，其为常规的直流到直流电压转换器。
本实施例中的USB插入自动识别和供电系统的工作原理如下：
在没有外设插入时，LDO环路形成一个负反馈环路，使得Vout端的输出电压等于Vref，由于电压比较器输入正端小于负端，它的输出信号VM为低电平。MOS管M1和M2形成电流镜，流过M2的电流等于M1，在没有外设插入时，M2电流小于电流源电流I1，所以电流比较器输出信号IM也为低电平。或逻辑的两个输入信号都为低电平，所以或逻辑输出信号USBIN为低电平，供电单元不开启，不对外输出电源。
当外设例如手机插入时，有些手机的等效电阻R1比较小，那么R1的电流比较大，流过M1的电流变大；同时M2的电流也变大，并超过电流源电流I1，电流比较器输出IM电压升高到高电平，此时或逻辑输出信号USBIN为高，控制供电单元给外设供电；有些手机的耗电电阻R1很大，如果只通过电流比较器无法检测外设的插入动作，但是本实施例的USB插入自动识别和供电系统还有电压比较路径，因为手机存在寄生电容C1，当手机插入时候，C1电容插入到Vout端，由于电荷分享原理CV＝Q(如果电容C变大，总电荷Q不变的情况下，电压V就变小)，Vout端口电压会被拉低，低于Vref-0.1v，电压比较器输出VM为高电平，或逻辑输出USBIN为高电平，使能供电单元给插入的外设供电，实现插入检测并自动开启供电系统功能。R2的作用是生成偏置电流，流过mos管M1的电流等于Vref/R2。
本实施例的USB插入自动识别和供电系统使用电流检测和电压检测双检测，不管外设的内阻大或者小，都能顺利检测到设备插入，大幅度提供插入检测的兼容性。供电系统的电流不会流过检测系统，不会增加供电系统的损耗，提高了供电系统的效率。
本实施例的USB插入自动识别和供电系统可以把输入检测单元和供电单元集成到一片芯片内部，提高集成度，降低方案成本。
以上所述仅为本专利的优选实施例而已，并不用于限制本专利，对于本领域的技术人员来说，本专利可以有各种更改和变化。凡在本专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利的保护范围之内。

Claims (5)

1.USB插入自动识别和供电系统，它包括供电单元，其特征在于：它还包括插入检测单元，其用来检测外设的插入动作，如检测到插入动作就输出控制信号给供电单元，其输出端连接供电单元的输入端；插入检测动作包括检测外设的负载电压和负载电流；供电单元，根据插入检测单元的输出而控制对外设的供电。
2.如权利要求1所述的USB插入自动识别和供电系统，其特征在于：插入检测单元包括LDO环路，电压比较器，电流比较器和或逻辑；
LDO环路，用于检测外设插入时的负载电压并将该电压输出给电压比较器；
电压比较器，用于比较负载电压和参考电压，并将比较结果输出给或逻辑；
电流比较器，用于检测外设插入时的负载电流和参考电流，并将比较结果输出给或逻辑；
或逻辑，用于将电压比较器和电流比较器的输入进行或运算，并将结果输出给供电单元。
3.如权利要求2所述的USB插入自动识别和供电系统，其特征在于：LDO环路包括运放，MOS管M1和电阻R1；电流比较器包括MOS管M2和电流源I1；
运放一输入端连接参考电压Vref,另一输入端连接MOS管M1的1管脚，运放的输出端连接MOS管M1的栅极和MOS管M2的栅极，电源连接MOS管M1的2管脚和MOS管M2的2管脚；电阻R2并联在MOS管M1的1管脚和地之间。外设负载并接在MOS管M1的1管脚和地之间。电流比较器的负输入端连接MOS管M1的1管脚，正输入端连接参考电压(Vref-0.01V),其输出端连接或逻辑的一输入端；电流源I1并联在MOS管M2的1管脚和地之间；或逻辑的另一输入端连接MOS管M2的1管脚，其输出端连接供电单元。
4.如权利要求1至3任一所述的USB插入自动识别和供电系统，其特征在于：所述供电单元为直流到直流电压转换器。
5.一种芯片，其特征在于：它内部集成有权利要求1至4中任一的USB插入自动识别和供电系统。
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