CN106059553B - 一种USB Type-C EMCA线缆中Ra电阻的实现装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种USB Type‑C EMCA线缆中Ra电阻的实现装置，包括依次电性连接的电阻体、连接开关、连接控制电路和VCONN上电检测电路，VCONN上电检测电路和电阻体分别与USB Type‑C公口的VCONN端口连接，连接开关与地连接；连接开关，用于连接电阻体和地，控制VCONN端口经电阻体到地导通与关断；VCONN上电检测电路，用于检测VCONN的上电状态，并向连接控制电路输出上电有效信号VCONNOK；连接控制电路，用于通过VCONN上电检测电路提供的VCONNOK信号，控制所述连接开关的导通与关闭状态。本发明了解决纯电阻Ra的功耗问题。
Description
技术领域
本发明涉及USB Type-C接口技术领域，具体涉及一种USB Type-C EMCA线缆中Ra电阻的实现装置。
背景技术
随着电子技术的发展，USB接口在电子设备中充当着数据传输和电能传送的双重重要角色。据统计，每年至少有超过20亿台拥有USB接口的设备出货。传统USB接口一直是Type-A和Type-B的天下，而且“USB永远插不准”成为了一个世界性的难题。自苹果公司在2015年3月9日发布了全新MacBook以后，USB Type-C接口引起了整个电子产业界的广泛关注。Type-C接口最大的特点是支持双面插入，正反面随便插，解决了上面所述的世界性难题。Type-C的亮点还在于更加纤薄的设计、更快的传输速度（最高10Gbps）以及更强悍的电能传输（最高100W）。此外，不仅仅是电源接口和USB接口，DP接口、HDMI接口与VGA接口也可以统一用Type-C来承载。
USB Type-C协议规定，所有全功能（Full-Featured）的Type-C线缆和电流承载能力大于3A的Type-C线缆都需要电子标识（Electronically Marked），带电子标识的线缆称为EMCA（Electronically Marked Cable Assembly）。电子标识通过存储着线缆各种属性信息的E-Marker芯片来实现。E-Marker由来自Type-C母口中不作插拔连接的那根CC pin提供的VCONN供电。在提供VCONN之前，该CC pin需要检测到线缆中存在约1000欧姆的对地连接电阻Ra。
通常，Ra是采用纯电阻的实现方式，即在Type-C线缆中的VCONN线对地连接一个约1000欧姆的电阻。这种实现方式简单实用，但是VCONN上电后，该电阻会白白耗费掉几mA的电流，不利于整个Type-C接口系统的功耗管理。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明提供了一种USB Type-C EMCA线缆中Ra电阻的实现装置，解决纯电阻Ra的功耗问题，该装置在Type-C插拔检测时，表现为一个约1000欧姆的对地连接电阻，VCONN上电后，则表现为一个无穷大的电阻。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种USB Type-C EMCA线缆中Ra电阻的实现装置，包括依次电性连接的电阻体、连接开关、连接控制电路和VCONN上电检测电路，所述VCONN上电检测电路和所述电阻体分别与USB Type-C公口的VCONN端口连接，所述连接开关与地连接；
所述电阻体，为纯电阻；
所述连接开关，用于连接电阻体和地，控制VCONN端口经电阻体到地的通路的导通与关断；
所述VCONN上电检测电路，用于检测VCONN的上电状态，并且向所述连接控制电路输出上电有效信号VCONNOK；
所述连接控制电路，用于通过VCONN上电检测电路提供的VCONNOK信号，控制所述连接开关的导通与关闭状态，使得其VCONN端口上电之前导通，VCONN端口上电之后关闭。
所述电阻体的阻值为1000欧姆，，允许的偏差为±20%。
所述连接开关为耗尽型NMOS管或本征NMOS管。
所述连接控制电路包括与非门、和与非门输出端连接的反相器，与非门第一输入端连接外部时钟信号，第二端连接VCONN上电检测电路的输出端，与非门的输出端串联第一电容，第一电容的另一端并联第一PMOS管栅极和第一NMOS管栅极，所述第一PMOS管漏极连接第一NMOS管漏极，所述第一PMOS管源极和第二PMOS管源极接地，所述第一NMOS管源极和第二NMOS管源极均与第三电容相连，第三电容另一端接地，所述第二PMOS管的漏极连接第二NMOS管漏极，并与第一PMOS管的栅极相连，所述第二PMOS栅极连接第二NMOS管栅极，并通过第二电容连接在反相器输出端，第二PMOS管栅极还连接第一PMOS管漏极，所述第二NMOS管源极还分别连接第一电阻第一端和连接开关第一端，所述第一电阻第二端连接所述电阻体的第一端，所述电阻体第二端与连接开关第二端连接，所述电阻体第一端连接与VCONN端口连接，所述连接开关的源极接地。
所述第一开关第一端为NMOS管栅极端，所述NMOS管漏极连接电阻体第二端，所述NMOS管源极接地。
所述上电检测电路包括第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第二电阻、第四电容和施密特反相器；所述第四PMOS管源极连接第二电阻第一端，所述第二电阻第二端、所述第三PMOS源极、所述第五PMOS管源极、所述第六PMOS管源极连接VCONN端，所述第三PMOS管栅极和漏极及所述第四PMOS管栅极与所述第四NMOS管漏极相连，所述第四PMOS管漏极、所述第五NMOS管漏极、所述第五NMOS管栅极和所述第四NMOS管栅极相互连接，所述第五NMOS管漏极还分别连接第五PMOS管栅极、第六NMOS管栅极和第七NMOS管栅极，所述第五PMOS管漏极连接第六NMOS管漏极，所述第七NMOS管源极连接第八NMOS管漏极，所述第七NMOS管漏极分别连接第五PMOS管漏极和施密特反相器的输入端，所述第八NMOS管的栅极连接所述施密特反相器的输出端，所述施密特反相器的输出端还分别连接第六PMOS管栅极和第九NMOS管栅极，所述第六PMOS管漏极连接第九NMOS管漏极，所述VCONNOK端连接在第六PMOS管的漏极端，所述第七NMOS管漏极和所述第八NMOS管源极之间并联第四电容，所述第四NMOS管源极、所述第五NMOS管源极、所述第六NMOS管源极、所述第八NMOS管源极和所述第九NMOS管源极接地。
本发明的有益效果为： 为USB Type-C EMCA线缆提供一种Ra电阻的实现装置，解决纯电阻Ra的功耗问题，该装置有利于整个Type-C接口系统的低功耗管理。
附图说明
图1为本发明具体实施例的结构示意图；
图2为本发明具体实施例的电阻体、连接开关和连接控制电路的连接电路结构示意图；
图3为本发明具体实施例的VCONN上电检测电路的电路结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种USB Type-C EMCA线缆中Ra电阻的实现装置，包括依次电性连接的电阻体Ra、连接开关、连接控制电路和VCONN上电检测电路，VCONN上电检测电路和所述电阻体分别与USB Type-C公口的VCONN端口连接，所述连接开关与地连接；
电阻体Ra，为纯电阻，电阻体Ra的阻值为1000欧姆，允许的偏差为±20%。
连接开关，用于连接电阻体和地，控制VCONN端口经电阻体到地的通路的导通与关断，连接开关作为电阻体和地连接的载体，其工作状态决定了VCONN经电阻体到地的通路的导通与关断。连接开关需要在无供电的情况下保持导通，通常用耗尽型NMOS管实现，也可以用阈值电压为负的本征（Native）NMOS管实现。
VCONN上电检测电路，用于检测VCONN的上电状态，并且向连接控制电路输出上电有效信号VCONNOK。
连接控制电路，用于通过VCONN上电检测电路提供VCONNOK信号，控制所述连接开关的导通与关闭状态，使得其VCONN端口上电之前导通，VCONN端口上电之后关闭。
如图2所示，连接控制电路包括与非门、和与非门输出端连接的反相器，与非门第一输入端连接外部时钟信号OSC，第二端连接VCONNOK上电检测电路的输出端，与非门的输出端串联第一电容C1，C1的另一端并联PM1的栅极和NM1的栅极，PM1漏极连接NM1漏极，PM1源极和第二PMOS管PM2源极接地，NM1源极和第二NMOS管NM2 源极均与第三电容C3相连，C3另一端接地，PM2的漏极连接NM2管漏极，并与PM1的栅极相连，PM2栅极连接NM2栅极，并通过第二电容C2连接在反相器输出端，PM2栅极还连接PM1漏极，NM2源极还分别连接第一电阻R1第一端和连接开关第一端，R1第二端连接电阻体Ra的第一端，Ra第二端与连接开关第二端连接，Ra第一端连接与VCONN端口连接，连接开关的源极接地。
本实施例的连接开关第一端为NMOS管NM3栅极端，NM3漏极连接电阻体Ra第二端，NM3源极接地。
其中，Ra阻值约为1000欧姆,NM3为连接开关，用耗尽型NMOS管或者阈值电压为负的本征NMOS管实现。NM3的导通电阻与Ra阻值之和在800欧姆~1200欧姆范围内。图中虚线左侧为连接控制电路。电阻R1的作用是，在Type-C插拔检测时，利用VCONN灌入的弱电流使得CONTROL信号电压大于零，以确保NM3处于导通状态。VCONN上电后，PM1、PM2、NM1、NM2、C1、C2、C3、与非门和反相器构成交叉耦合的电荷泵，产生负电压的CONTROL信号，关闭NM3，从而切断VCONN——Ra——NM3——地的通路，以节省功耗。其中OSC信号为时钟信号，VCONNOK在VCONN上电时由低电平变为高电平。CK及其反相信号为交叉耦合电荷泵的驱动信号。
如图3所示，上电检测电路包括第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第五PMOS管PM5、第六PMOS管PM6、第四NMOS管NM4、第五NMOS管NM5、第六NMOS管NM6、第七NMOS管NM7、第八NMOS管NM8、第九NMOS管NM9、第二电阻R2、第四电容C4和施密特反相器；PM4源极连接R2第一端，R2第二端、PM3源极、PM5、PM6源极连接VCONN端，PM3栅极和漏极及PM4栅极与NM4漏极相连，PM4漏极、NM5漏极、NM5栅极和NM4栅极相互连接，NM5漏极还分别连接PM5栅极、NM6栅极和NM7栅极，PM5漏极连接NM6漏极，NM7源极连接NM8漏极，NM7漏极分别连接PM5漏极和施密特反相器的输入端，NM8的栅极连接施密特反相器的输出端，施密特反相器的输出端还分别连接PM6栅极和NM9栅极，PM6漏极连接NM9漏极，VCONNOK端连接在PM6的漏极端，NM7漏极和NM8源极之间并联第四电容C4，NM4源极、NM5源极、NM6源极、NM8源极和NM9源极接地。
其中，PM3、PM4、NM4、NM5和R2组成一个偏置电流源，其产生的电流通过NM5镜像到NM6和NM7。PM5和NM6的栅极连接在一起，随着VCONN的电压上升，PM5的上拉能力大于NM6的下拉能力，A点的电压逐渐上升。当A点电压高于施密特反相器的翻转电压时，VCONNOK信号由低变成高。NM7和NM8用于设置迟滞。
需要说明的是，以上所述只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种USB Type-C EMCA线缆中Ra电阻的实现装置，其特征在于：包括依次电性连接的电阻体、连接开关、连接控制电路和VCONN上电检测电路，所述VCONN上电检测电路和所述电阻体分别与USB Type-C公口的VCONN端口连接，所述连接开关与地连接；
所述电阻体，为纯电阻；
所述连接开关，用于连接电阻体和地，控制VCONN端口经电阻体到地的通路的导通与关断；所述VCONN上电检测电路，用于检测VCONN的上电状态，并且向所述连接控制电路输出上电有效信号VCONNOK；VCONNOK信号在VCONN端口上电时由低电平变为高电平；
所述连接控制电路，用于通过VCONN上电检测电路提供的VCONNOK信号，控制所述连接开关的导通与关闭状态，使得其VCONN端口上电之前导通，VCONN端口上电之后关闭；
其中，所述连接控制电路包括与非门、和与非门输出端连接的反相器，与非门第一输入端连接外部时钟信号，第二端连接VCONN上电检测电路的输出端，与非门的输出端串联第一电容，第一电容的另一端并联第一PMOS管栅极和第一NMOS管栅极，所述第一PMOS管漏极连接第一NMOS管漏极，所述第一PMOS管源极和第二PMOS管源极接地，所述第一NMOS管源极和第二NMOS管源极均与第三电容相连，第三电容另一端接地，所述第二PMOS管的漏极连接第二NMOS管漏极，并与第一PMOS管的栅极相连，所述第二PMOS栅极连接第二NMOS管栅极，并通过第二电容连接在反相器输出端，第二PMOS管栅极还连接第一PMOS管漏极，所述第二NMOS管源极还分别连接第一电阻第一端和连接开关第一端，所述第一电阻第二端连接所述电阻体的第一端，所述电阻体第二端与连接开关第二端连接，所述电阻体第一端连接与VCONN端口连接，所述连接开关的源极接地；
所述连接开关第一端为NMOS管栅极端，所述NMOS管漏极连接电阻体第二端，所述NMOS管源极接地。
2.如权利要求1所述的USB Type-C EMCA线缆中Ra电阻的实现装置，其特征在于：所述电阻体的阻值为1000欧姆，允许的偏差为±20％。
3.如权利要求1所述的USB Type-C EMCA线缆中Ra电阻的实现装置，其特征在于：所述连接开关为耗尽型NMOS管或本征NMOS管。
4.如权利要求1所述的USB Type-C EMCA线缆中Ra电阻的实现装置，其特征在于：所述上电检测电路包括第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第二电阻、第四电容和施密特反相器；所述第四PMOS管源极连接第二电阻第一端，所述第二电阻第二端、所述第三PMOS源极、所述第五PMOS管源极、所述第六PMOS管源极连接VCONN端，所述第三PMOS管栅极和漏极及所述第四PMOS管栅极与所述第四NMOS管漏极相连，所述第四PMOS管漏极、所述第五NMOS管漏极、所述第五NMOS管栅极和所述第四NMOS管栅极相互连接，所述第五NMOS管漏极还分别连接第五PMOS管栅极、第六NMOS管栅极和第七NMOS管栅极，所述第五PMOS管漏极连接第六NMOS管漏极，所述第七NMOS管源极连接第八NMOS管漏极，所述第七NMOS管漏极分别连接第五PMOS管漏极和施密特反相器的输入端，所述第八NMOS管的栅极连接所述施密特反相器的输出端，所述施密特反相器的输出端还分别连接第六PMOS管栅极和第九NMOS管栅极，所述第六PMOS管漏极连接第九NMOS管漏极，所述VCONNOK端连接在第六PMOS管的漏极端，所述第七NMOS管漏极和所述第八NMOS管源极之间并联第四电容，所述第四NMOS管源极、所述第五NMOS管源极、所述第六NMOS管源极、所述第八NMOS管源极和所述第九NMOS管源极接地。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 519000 a401, Tsinghua Science Park, No. 101, University Road, Tangjiawan, high tech Zone, Zhuhai, Guangdong Applicant after: Zhuhai Zhirong Technology Co.,Ltd. Address before: 519000 a401, Tsinghua Science Park, No. 101, University Road, Tangjiawan, high tech Zone, Zhuhai, Guangdong Applicant before: ZHUHAI SMART WARE TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |