CN106291210B - Usb接口检测器、检测方法、usb连接器及电子设备 - Google Patents

Usb接口检测器、检测方法、usb连接器及电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种USB接口检测器、检测方法、USB连接器及电子设备。该检测方法可用于安装在电子设备中的USB连接器。根据电子设备的操作模式，对USB接口中的第一和第二引脚进行上拉或下拉；在所述上拉或下拉之后，检测第一和第二引脚处的电压是否发生横跨参考电压的变化；以及当检测到所述变化时，提供与第二设备的连接/分离相关的指示。

Description

USB接口检测器、检测方法、USB连接器及电子设备
技术领域
本申请示例性实施例涉及用于检测主机(DFP)和从机(UFP)的USB连接器的方法及装置以及包括该装置的USB连接器和电子设备。
背景技术
USB连接器已被广泛地应用于诸如电源适配器、移动电源、笔记本电脑、手机、平板电脑之类的电子设备中，以实现充电以及数据传输等功能。
最近发布的C型通用串行总线(USB Type-C)电缆和连接器规范中定义了一种新的符合USB 3.1协议的C型USB连接器。在功能和性能方面，C型USB连接器与目前广泛应用的B型USB连接器相比，具有更高的数据速率、更高的可配置充电电流，并且支持USB插头沿双方向插入USB插座。
在结构方面，C型USB插座接口与A型和B型USB插座接口的区别之一在于，其包括两个配置通道(CC)引脚，其功能被定义为辅助进行下行端口到上行端口(DFP-to-UFP)连接/分离检测、USB插头取向检测、初始DFP-to-UFP(主从)关系检测、USB Type-C VBUS引脚的电流检测等等。
但是，目前尚未发现利用两个CC引脚进行USB接口的连接/分离检测的有效解决方案。
在背景技术中公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。
发明内容
示例性实施例提供用于一种USB接口的检测器及检测方法，其能够利用USB接口的两个CC引脚进行USB接口的连接/分离检测。这种检测器用于安装在主从机的USB连接器中。
根据一个示例性实施例，提供一种USB接口检测方法，用于安装在第一设备中的USB连接器，该方法包括：根据第一设备的操作模式，对USB连接器中的第一和第二引脚进行上拉或下拉；在所述上拉或下拉之后，检测第一和第二引脚处的电压是否发生横跨参考电压的变化；以及当检测到所述变化时，提供与第二设备的连接/分离相关的指示。
根据另一示例性实施例，提供一种USB接口检测器，用于安装在第一设备中的USB连接器，包括：第一和第二检测端，分别连接到USB连接器的第一和第二引脚；端接电路，被配置为对第一和第二检测端进行上拉或下拉；比较器电路，包括第一和第二比较器，被配置为在所述上拉或下拉之后检测第一和第二引脚处的电压是否发生横跨参考电压的变化，以及响应于检测到所述变化而提供指示；以及输出端，被配置为输出所述指示。
这部分旨在提供对本专利申请的主题的概述。这部分并非旨在提供本发明的排他性的或详尽的说明。本文包括了详细的描述，以提供关于本专利申请的进一步信息。
附图说明
在附图中(这些附图不一定是按照比例绘制的)，相同的数字能够描述不同视图中的相似部件。具有不同字母后缀的相同数字能够表示相似部件的不同示例。附图通过示例而非限制的方式概括地示例了本申请中讨论的各个实施例。
图1a示出了USB Type-C插座的接口的功能信号引脚的示意图，图1b示出了USBType-C插头的接口的功能信号引脚的示意图。
图2示出了根据本发明各个实施例的USB接口检测器的示意性框图。
图3示出了根据本发明各个实施例的USB接口检测方法的流程图。
图4示出了根据本发明实施例的USB接口检测器的一个具体应用示例的示意图。
图5a和5b示出了本发明实施例的USB接口检测器在DFP+ACC模式下的工作原理的示意图。
图6示出了根据本发明实施例的USB接口检测方法的流程图。
图7a和7b示出了本发明实施例的USB接口检测器在UFP模式下的工作原理的示意图。
图8示出了根据本发明实施例的USB接口检测方法的流程图。
图9示出了根据本发明一个实施例的USB接口检测器的具体结构图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可能认识的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
为了便于理解本发明的技术方案，在下文中，首先对本发明中使用的技术术语进行解释。
下行端口DFP(Downstream Facing Port)设备，可以理解为主机(Host)。典型的DFP设备是电源适配器，因为它永远都只是供电。
上行端口UFP(Upstream Facing Port)设备，可以理解为从机(Device)，典型的UFP设备是U盘，移动硬盘，因为它们永远都是被读写数据和被供电。
双角色端口DRP(Dual Role Port)设备，DRP设备也可以在DFP设备与UFP设备间动态切换，既可以做DFP设备(Host)，也可以做UFP设备(Device)。典型的DRP设备是电脑(可以作为U盘的主机，也可以作为被充电的UFP设备，具有OTG(on-the-go)功能的手机(可以作为被充电和被读写数据的设备，也可以作为主机为其他设备提供电源或者读写U盘数据)，移动电源(可通过单个USB Type-C接口放电和充电)。
调试附件(debug accessory)模式，为电子设备作为DFP设备操作时，一种特殊的USB接口连接模式，其通常用于在电子设备出厂之前，由设备制造商通过将调试附件连接(attach)到电子设备的USB接口上，以对电子设备进行调试。
音频适配器附件(audio adapter accessory)模式，为电子设备作为DFP设备操作时，一种特殊的USB接口连接模式。这是一种为USB连接器的功能扩展所预留的模式。
图1a示出了USB Type-C插座的接口的功能信号引脚的示意图，图1b示出了USBType-C插头的接口的功能信号引脚的示意图。
如图1a和1b所示，USB Type-C插座的接口包括两个CC引脚，即CC1引脚和CC2引脚，用于连接主机(DFP设备)和从机(UFP设备)的USB Type-C电缆仅包括一条CC信号线，USBType-C插头的接口仅包括一个CC引脚。
为了检测主机(DFP)和从机(UFP)的状态，在初始时，主机的CC1和CC2引脚，被上拉电流拉到电源电压，从机被下拉电阻Rd下拉到地电压。当DFP检测到CC1或CC2端的电压在Vref2和Vref3之间时，表明UFP已经连接到DFP。此时DFP会给UFP提供VBUS，当UFP检测到VBUS电压后，UFP会检测到连接到DFP的状态。然后UFP通过检测CC1和CC2端的电压范围来确认主机给从机提供的充电电流。
此外，针对直连附件模式定义了DFP可见的CC引脚上的两种特殊端接：针对音频适配器附件模式的Ra/Ra和针对调试附件模式的Rd/Rd。
表1从DFP角度来看的端口状态
Figure BSA0000117200600000041
根据本发明各个实施例的USB接口检测器，可用在DFP设备中、UFP设备和DRP设备(其在连接到UFP设备时作为DFP设备操作，在连接到DFP设备时作为UFP设备操作)中。当USB接口检测器所在设备作为DFP设备操作时，USB接口检测器对两个引脚进行上拉，优选地，利用上拉电流源进行上拉，并利用至少两个比较器，优选地为四个比较器，具体地，检测两个引脚中的至少一个处的电压是否降低至其未端接(unterminated)电压以下，以确定USB接口是否被连接(attached)；在确定USB接口被连接时，进一步检测降低的电压所处的电压区间，以确定该连接是否为UFP连接以及连接的取向，可选地，确定该连接是否为音频适配器附件连接或调试附件连接。当USB接口检测器所在设备作为UFP设备操作时，USB接口检测器为两个引脚提供下拉电阻，并利用至少两个比较器，优选地为四个比较器进行检测，具体地，检测两个引脚之一处的电压是否提升至其未端接电压以上，以确定是否存在DFP连接(DFP attached)以及连接的取向；优选地，在确定存在DFP连接时，进一步检测DFP设备所供给的上拉电流的大小，从而确定DFP设备通过VBUS供给的充电电流的大小。
在下文中，将参考附图描述根据示例性实施例的USB接口检测器及检测方法。虽然在说明书中，参照USB Type-C接口来描述本发明提出的检测器和检测方法，但是本领域技术人员可以认识到，根据本发明的检测器和检测方法并不限于USB Type-C的场景，而是能够应用于任何未来与USB Type-C连接器相兼容的USB连接器。
图2示出了根据本发明各个实施例的USB接口检测器的示意性框图。如图2所示，该USB接口检测器200，用于安装在第一设备中的USB连接器，包括：第一和第二检测端201和202，分别连接到USB连接器的第一和第二信号引脚CC1和CC2；端接电路203，被配置为对第一和第二检测端201和202进行上拉或下拉；比较器电路204，包括第一和第二比较器(未示出)，被配置为在所述上拉或下拉之后检测第一和第二引脚处的电压是否发生横跨参考电压的变化，以及响应于检测到所述变化而提供与第二设备的连接/分离相关的指示；以及输出端205，被配置为输出所述指示。
在一个示例中，端接电路203被配置为当第一设备作为DFP设备操作时，为第一和第二检测端分别提供上拉电流源(或上拉电阻)，当第一设备作为UFP设备进行操作时，将第一和第二检测端分别连接到下拉电阻。
在一个示例中，该USB接口检测器进一步包括数字控制电路206，被配置为根据第一设备的操作模式(DFP或UFP)，控制端接电路203对所述第一和第二引脚的上拉或下拉，向所述比较器电路204提供使能信号，以及设置所述比较器电路204的参考电压的大小。
在一个示例中，比较器电路204还包括：第三和第四比较器(未示出)，被配置为各自将第一或第二检测端的电压与设置的参考电压进行比较，并且比较器电路204进一步被配置为通过这四个比较器的比较的结果提供与所述第二设备的类型相关的指示或提供与第二设备供给的充电电流的大小相关的指示。
在一个示例中，USB接口检测器200还包括选择电路207，其连接在数字控制电路206与比较器电路204之间，被配置为根据数字控制电路提供的选择信号将第一和第二检测端201和202中的至少一个接入到比较器电路204。
在一个示例中，该USB接口检测器200可被包含在一集成电路中。
图3示出了根据本发明各个实施例的USB接口检测方法300的流程图。可以利用如图2所示的USB接口检测器来实现该检测方法300。该检测方法300可包括以下步骤：
在步骤302，根据第一设备的操作模式，对USB连接器中的第一和第二引脚进行上拉或下拉。在步骤304，在所述上拉或下拉之后，检测第一和第二引脚处的电压是否发生横跨参考电压的变化。在步骤306，当检测到所述变化时，提供与第二设备的连接/分离相关的指示。
在一个示例中，当第一设备作为DFP设备操作时，例如利用上拉电流源将第一和第二引脚处的电压上拉至高于第一参考电压，该上拉之后得到的电压即为DFP的未端接电压。通过分别将第一和第二引脚处的电压与第一参考电压进行比较，来检测第一和第二引脚中的至少一个处的电压是否降低至第一参考电压以下；当检测到所述降低时，表明有一下拉电阻连接到第一和/或第二引脚处，因而提供与接口连接相关的指示。
在一个示例中，当第一设备作为DFP设备操作时，在检测到接口连接之后，进入检测接口分离的状态。具体地，可以检测第一和/或第二引脚处的电压是否提升至第一参考电压以上；当检测到所述提升时，提供与接口分离相关的指示。
在一个示例中，当第一设备作为UFP设备操作时，例如利用下拉电阻将第一和第二引脚处的电压下拉至低于第四参考电压，该下拉之后得到的电压即为UFP的未端接电压。通过分别将第一和第二引脚处的电压与第四参考电压进行比较，来检测第一和第二引脚之一处的电压是否提升至第四参考电压以上；当检测到所述提升时，表明有一上拉电流连接到第一或第二引脚处，因而提供与接口连接相关的指示。
在一个示例中，当第一设备作为UFP设备操作时，在检测到接口连接之后，进入检测接口分离的状态。具体地，检测检测第一或第二引脚处的电压是否降低至第四参考电压之下；以及当检测到所述降低时，提供与接口分离相关的指示。
图4示出了在利用旅行充电器为手机充电的应用场景下，根据本发明的USB接口检测器的部分内部器件及其连接关系的示意图，其中USB接口检测器被实现为一芯片，旅行充电器和手机中各自设有一USB插座及相应的USB接口检测芯片。每个USB插座中具有CC1和CC2引脚。USB接口检测芯片针对CC1引脚和CC2引脚中的每一个包括上拉电流源、下拉电阻和单刀双掷开关。
在本应用场景下，旅行适配器作为DFP操作，手机作为UFP操作。因此可将旅行适配器中的USB接口检测芯片设置为DFP模式，将手机中的USB接口检测芯片设置为UFP模式。其中，USB接口检测芯片的操作模式可以由设备商(例如，生产旅行适配器的厂商或生产手机的厂商进行设置)。
在这种情况下，旅行适配器侧的USB接口检测芯片被配置为通过开关将两个上拉电流源连接到CC1引脚和CC2引脚，从而将旅行适配器侧的USB插座中的CC1引脚和CC2引脚的电压拉高。在一个示例中，这两个上拉电流源所提供的电流的大小取决于该旅行适配器所能提供的充电电流。假如USB电源的充电电流的标称值包括900mA、1.5A和3A，与之相对应的上拉电流的大小分别为80uA、180uA和330uA。
手机侧的USB接口检测芯片被配置为通过开关将CC1引脚和CC2引脚分别连接到一下拉电阻，从而将手机侧的USB插座中的CC1引脚和CC2引脚的电压拉低。在一个实施例中，下拉电阻的值为5.1kΩ。
旅行充电器中的USB插座和手机中的USB插座通过USB电缆及其两端的USB插头相连。如上所述，由于USB插头中仅有一个CC引脚，当两个USB插头中的CC引脚分别与旅行充电器的USB插座中的CC2引脚和手机的USB插座中的CC2引脚相连时，形成目前如图4所示的连接状态，即旅行充电器的USB插座中的CC2引脚与手机的USB插座中的CC2引脚通过USB电缆相连。
当旅行充电器与手机相连接时，从旅行充电器的针对CC2引脚的上拉电流源到手机的针对CC2引脚的下拉电阻形成通路，从而将旅行充电器的CC2引脚和手机的CC2引脚拉至一定的电压，该电压的值等于电流源供给的电流值乘以下拉电阻的阻值。从旅行充电器(DFP)的角度来说，其CC2引脚被拉低；旅行充电器中的USB接口检测芯片在DFP模式下操作，根据CC2引脚被拉低到某一电压范围，检测到目前USB插座的状态为UFP连接(UFPattached)以及连接取向对应于CC2引脚。从手机(UFP)的角度来说，其CC2引脚被拉高；手机中的USB接口检测芯片在UFP模式下操作，根据CC2引脚被拉高到某一电压范围，检测到目前USB插座的状态为DFP连接(DFP attached)以及连接取向对应于CC2引脚。
如此一来，旅行充电器和手机中的USB接口检测芯片都实现了对USB接口连接和连接取向的检测。
在本具体示例中，以旅行充电器和手机为例进行了具体说明；当然，还可以设想到其它应用场景，例如移动电源和手机、旅行充电器和电脑、电脑和U盘等等。在本具体示例中，在DFP模式下，使用上拉电流源对CC1和CC2引脚进行上拉；在其它示例中，也可以采用其它方式对CC1和CC2引脚进行上拉，例如，利用上拉电阻。
在图4中已结合旅行充电器和手机的具体示例对在DFP模式和UFP模式下USB接口检测器的连接/分离状态检测进行了描述。需要注意的是，USB接口检测器的模式不限于这两种模式，根据需要，可以将USB接口检测器的模式设置为下列模式中的任一种：DFP、UFP、DFP+ACC、UFP+ACC、DRP以及DRP+ACC。其中，ACC表示附件，例如在DFP+ACC模式下，不仅能够实现对USB插座的UFP连接和分离的检测，还能实现调试附件连接的检测和音频适配器附件连接的检测。DRP模式下的USB接口检测器按照预设的任务周期在DFP模式和UFP模式之间轮换，在处于DFP模式时，提供上拉电流以检测CC1和CC2引脚的下拉，在处于UFP模式时，提供下拉电阻以检测CC1和CC2引脚的上拉。因此，在下面的描述中，以DFP+ACC模式和UFP模式为例，来描述根据本发明各个实施例的USB接口检测器所能实现的基本功能和优选功能。
图5a和5b示出了本发明一个实施例的USB接口检测器在DFP+ACC模式下的工作原理的示意图。在该实施例中，比较器电路包括四个比较器comp_3a、comp_1p5a、comp_usb和comp_ra。
在图5a示出了在第一阶段USB接口检测器的工作原理。如图5a所示，在第一阶段(即空闲/初始阶段)，比较器comp_3a、comp_1p5a被使能，其比较输入端(在图中示出为正输入端)分别与CC2、CC1引脚相连，参考输入端(在图中示出为负输入端)接入第一参考电压。为了节省功耗，禁用比较器comp_usb和comp_ra。如果CC1和CC2引脚是悬空的(即USB插座处于分离状态)，则比较器comp_3a、comp_1p5a的比较输入端被上拉电流源上拉至高电平，输出逻辑高电平(“1”)。当在CC1和/或CC2引脚处出现下拉电阻Ra或Rd时，则比较器comp_3a和/或comp_1p5a的输出端被拉至逻辑低电平(“0”)。
具体来说，如果将上拉电流设置为80uA，Ra为1kΩ，Rd为5.1kΩ，则VRa＝0.080V，VRd＝0.408V；如果将上拉电流设置为180uA，Ra为1kΩ，Rd为5.1kΩ，则VRa＝0.18V，VRd＝0.918V；如果将上拉电流设置为330uA，Ra为1kΩ，Rd为5.1kΩ，则VRa＝0.33V，VRd＝1.683V。因此，在第一参考电压为2.6V，CC1和/或CC2引脚处出现下拉电阻Ra或Rd时，则比较器comp_3a和/或comp_1p5a的输出端被拉至逻辑低电平(“0”)。如果仅比较器comp_3a的输出端被拉至逻辑低电平，这表明USB插头的CC引脚与USB插座的CC2引脚相连，即取向与CC2引脚对应；如果仅比较器comp_1p5a的输出端被拉至逻辑低电平，这表明USB插头的CC引脚与USB插座的CC1引脚相连，即取向与CC1引脚对应；如果比较器comp_3a和comp_1p5a的输出端都被拉至逻辑低电平，这表明目前可能有调试附件或音频适配器附件的插入，不区分取向。
因此，USB接口检测器在第一阶段实现了USB插头的连接和取向的检测。
在第一阶段检测到连接之后，如图5b所示，DFP+ACC模式下的USB接口检测器进入第二阶段。在第二阶段，所有的比较器都被使能，比较器comp_3a和comp_usb的比较输入端连接到CC2引脚，比较器comp_1p5a和comp_ra的输入端连接到CC1引脚，各个比较器的参考输入端的参考电压V3a、V1p5a、Vdef、Vra可以按照下表所示方式进行设置。需要注意的是，在实际应用中，参考电压的设置不限于下表中所示的电压值，可以根据上拉电流的值和不同连接设备的CC引脚下拉电阻值来设置各个比较器的参考电压值。
表2在DFP+ACC模式下第二阶段比较器的参考电压
上拉电流 V3a V1p5a Vdef Vra
80uA 1.6V 1.6V 0.2V 0.2V
180uA 1.6V 1.6V 0.4V 0.4V
330uA 2.6V 2.6V 0.8V 0.8V
当comp_3a＝0、comp_usb＝1、comp_1p5a＝0，comp_ra＝1时，表明Rd/Rd连接到CC1和CC2引脚，即调试附件连接到USB插座。
当所有比较器的输出都为0时，表明Ra/Ra连接到CC1和CC2引脚，即音频适配器附件连接到USB插座。
当comp_3a＝comp_usb＝1、comp_1p5a＝0，comp_ra＝1时，表明CC2引脚处于断开状态，Rd连接到CC1引脚，即UFP设备连接到USB插座。此时为了节省功耗可禁用针对CC2引脚的比较器comp_3a和comp_usb(例如，设置en_comp<3>＝0and en_comp<1>＝0)。
因此，DFP+ACC模式下的USB接口检测器在第二阶段实现了对连接设备的类型的检测。此外，在第二阶段，DFP+ACC模式下的检测器为VBUS引脚设置了可允许的充电电流，以供所连接的设备检测该充电电流。
基于上面对USB接口检测器DFP+ACC模式下的工作原理的描述，在本发明的一个实施例中，提供了一种在DFP+ACC模式下的USB接口检测方法的流程图。如图6所示，该示例USB接口检测方法600包括：
在步骤601，将第一和第二引脚处的电压VCC1和VCC2上拉至高于第一参考电压Vref1(例如，上拉至高电平)。在步骤602，通过分别将第一和第二引脚处的电压VCC1和VCC2与第一参考电压进行比较，来检测第一和第二引脚中的至少一个处的电压VCC1和VCC2是否降低至第一参考电压Vref1以下。在步骤603，将第一和第二引脚处的电压VCC1和VCC2与低于第一参考电压的第二和第三参考电压Vref2和Vref3分别进行比较。在步骤604，当第一和第二引脚中的仅一个处的电压高于第二参考电压Vref2，另一个引脚处的电压低于第二参考电压Vref2且高于第三参考电压Vref3时，表明Rd连接到第一或第二引脚处，提供与UFP连接和连接取向相关的指示。在步骤605，当第一和第二引脚处的电压VCC1和VCC2均低于第二参考电压Vref2且高于第三参考电压Vref3时，表明Rd/Rd连接到第一和第二引脚处，提供与调试附件连接相关的指示。在步骤606，当第一和第二引脚处的电压VCC1和VCC2均低于第二参考电压Vref2且低于第三参考电压Vref3时，表明Ra/Ra连接到第一和第二引脚处，提供与音频适配器附件连接相关的指示。
在一个示例中，可以利用第一、第二、第三、第四比较器同时进行与第二和第三参考电压的比较，可以利用第一、第二、第三、第四比较器中的两个同时进行第一和第二引脚处的电压与第一参考电压的比较。其中，利用多个比较器并行工作可以提高检测速率。当第一、第二、第三、第四比较器中的两个比较器被使用时，可以禁用其余两个比较器以节省功耗。
图7a和7b示出了本发明一个实施例的USB接口检测器在UFP模式下的工作原理的示意图。在该实施例中，比较器电路包括四个比较器comp_3a、comp_1p5a、comp_usb和comp_ra。
在图7a示出了在第一阶段USB接口检测器的工作原理。如图7a所示，在第一阶段(即空闲/初始阶段)，比较器comp_usb和comp_ra被使能，其比较输入端(在图中示出为正输入端)分别与CC2、CC1引脚相连，参考输入端(在图中示出为负输入端)接入参考电压。为了节省功耗，禁用比较器comp_3a和comp_1p5a。如果CC1和CC2引脚是悬空的(即USB接口处于分离状态)，则比较器comp_usb和comp_ra的比较输入端被下拉电阻下拉至低电平，输出逻辑低电平(“0”)。当在CC2或CC1引脚处出现上拉电流时，则比较器comp_usb或comp_ra的输出端被拉至逻辑高电平(“1”)。
具体来说，如果将上拉电流设置为80uA，Rd为5.1kΩ，则VRd＝0.408V；如果将上拉电流设置为180uA，Rd为5.1kΩ，则VRa＝0.18V，VRd＝0.918V；如果将上拉电流设置为330uA，Rd为5.1kΩ，则VRd＝1.683V。因此，在参考电压为0.2V，CC2或CC1引脚处出现下拉电阻Rd时，则比较器comp_usb或comp_ra的比较输入端电压高于0.2V，因此其输出端被拉至逻辑高电平(“1”)。如果比较器comp_usb的输出端被拉至逻辑高电平，这表明USB插头的CC引脚与USB插座的CC2引脚相连，即取向与CC2引脚对应；如果比较器comp_ra的输出端被拉至逻辑高电平，这表明USB插头的CC引脚与USB插座的CC1引脚相连，即取向与CC1引脚对应。
因此，USB接口检测器在第一阶段实现了USB接口连接和取向的检测。换句话说，当USB接口检测器在第一阶段检测到连接时，认为USB接口检测器在第一阶段检测出有电流注入CC1引脚或CC2引脚。
在第一阶段检测到连接之后，如图7b所示，UFP模式下的USB接口检测器进入第二阶段。在第二阶段，所有的比较器都被使能，并且所有的比较器的输入端连接到处于连接状态的CC引脚。例如，当在第一阶段比较器comp_usb的输出端被拉至逻辑高电平时，则在第二阶段将所有的比较器的比较输入端连接到CC2引脚；当在第一阶段比较器comp_ra的输出端被拉至逻辑高电平时，则在第二阶段将所有的比较器的比较输入端连接到CC1引脚。如图7b所示，目前将所有的比较器的比较输入端连接到CC1引脚，在各个比较器的参考输入端提供不同的参考电压V3a、V1p5a、Vdef、Vra，各个参考电压的值可以按照下表所示方式进行设置。需要注意的是，在实际应用中，参考电压的设置不限于下表中所示的电压值，可以根据上拉电流的值和CC引脚的下拉电阻值来设置各个比较器的参考电压值。
表3UFP设备的比较器参考电压与检测出的上拉电流之间的对应关系
Figure BSA0000117200600000131
通过比较，可以检测出UFP设备被供给的充电电流的大小。例如，当comp_ra＝1、comp_usb＝0、comp_1p5a＝0、comp_3a＝0时，表明DFP设备(主机)提供80uA的上拉电流，因此DFP设备通过VBUS引脚提供900mA的充电电流。当comp_ra＝1、comp_usb＝1、comp_1p5a＝0、comp_3a＝0时，表明DFP设备(主机)提供180uA的上拉电流，因此DFP设备通过VBUS端口提供1.5A的充电电流。当comp_ra＝1、comp_usb＝1、comp_1p5a＝1、comp_3a＝0时，表明DFP设备(主机)提供330uA的上拉电流，因此DFP设备通过VBUS端口提供3A的充电电流。
因此，USB接口检测器在第二阶段实现了对从所连接的DFP设备(host)供给的充电电流的大小的检测。
基于上面对USB接口检测器UFP模式下的工作原理的描述，在本发明的一个实施例中，提供了一种在UFP模式下的USB接口检测方法的流程图。如图8所示，该示例USB接口检测方法800包括以下步骤。
在步骤801，利用下拉电阻将第一和第二引脚处的电压VCC1和VCC2下拉至低于第四参考电压Vref4(例如，下拉至本地地电势)。在步骤802，通过分别将第一和第二引脚处的电压VCC1和VCC2与第四参考电压Vref4进行比较，来检测第一和第二引脚之一处的电压VCC1或VCC2是否提升至第四参考电压Vref4以上。在步骤803，当检测到所述提升时，将提升的电压VCC1或VCC2与高于第四参考电压Vref4的第五、第六、第七、第八参考电压Vref5、Vref6、Vref7、Vref8分别进行比较。在步骤804，根据与第五、第六、第七、第八参考电压Vref5、Vref6、Vref7、Vref8比较的结果提供与第二设备向第一设备提供的充电电流的大小相关的指示。
在一个示例中，当第一设备作为UFP设备操作时，在第一阶段，利用第一、第二、第三、第四比较器中的两个同时进行第一和第二引脚处的电压与第四参考电压的比较，同时禁用其余两个比较器；在第二阶段，利用第一、第二、第三、第四比较器同时进行与第四、第五、第六和第七参考电压的比较。其中，利用多个比较器并行工作可以提高检测速率。
如上所述，在除了DFP+ACC模式和UFP模式之外，USB接口检测器在其它模式下的USB接口检测方法根据USB接口检测器所在设备作为DFP还是UFP操作以及是否支持ACC模式检测而各自有所区别。但是，本领域技术人员可以想到，可以利用根据本发明的USB接口检测器，参考如图5和7所述的USB接口检测器的工作原理，对图6和8所示的检测方法进行拆分和组合，来实现其它模式下的USB接口检测方法。
图9示出了根据本发明一个实施例的USB接口检测器的具体结构图。该USB接口检测器实现为位于USB插座中的内部芯片901，其与USB插座接口902以及处理器903相连接，该处理器903可以为USB插座所在设备的处理器，也可以为外部设备的处理器。该芯片901包括分别与CC1和CC2引脚相连的第一输入端CC1和第二输入端CC2、用于与处理器903进行通信的I2C总线端口SDA和SCL、用于输出检测信号的中断端口INT_N、端接电路9011、比较器电路9012、选择电路9013和数字控制电路9014。
在一个示例中，数字控制电路9014为现场可编程门阵列(FPGA)。数字控制电路9014中可包括寄存器，用户(例如，设备商)可将处理器编程为通过12C总线在寄存器中设置芯片901的模式为DFP、UFP、DRP、DFP+ACC、UFP+ACC、DRP+ACC模式中的一种。另外，当设备有可能作为DFP操作时(即芯片901的模式为DFP、DRP、DFP+ACC、或DRP+ACC)或者在UFP+ACC模式下(芯片在UFP+ACC模式是上拉下拉周期性切换的，如果负载CC1和CC2端是下拉Rd/Rd或者Ra/Ra则芯片表现为上拉。如果负载端是DFP，则芯片表现为下拉)，还可以在寄存器中设置上拉电流的值。
在图9中，上拉电流的值用信号线host_cur<1：0>表示。当host_cur<1：0>＝00时，表示上拉电流为0uA，即当前不提供上拉电流；当host_cur<1：0>＝01时，表示上拉电流为80uA，即该设备为提供默认充电电流的DFP设备；当host_cur<1：0>＝10时，表示上拉电流为180uA，即该设备为提供1.5A充电电流的DFP设备；当host_cur<1：0>＝11时，表示上拉电流为330uA，即该设备为提供3A充电电流的DFP设备。可以利用信号线host_cur<1：0>来控制端接电路9011中的上拉电流源提供的上拉电流的大小。
数字控制电路9014还可以向端接电路9011输出开关控制信号pu_en1、pu_en2、pd_en1和pd_en2。当设备作为DFP操作时，这些开关控制信号控制端接电路9011中的开关将上拉电流源与输入端CC1、CC2(即USB插座接口中的CC1和CC2引脚)相连，并将下拉电阻Rd与输入端CC1、CC2(即USB插座接口中的CC1和CC2引脚)断开。当设备作为UFP操作时，这些开关控制信号控制端接电路9011中的开关将上拉电流源与输入端CC1、CC2(即USB插座接口中的CC1和CC2引脚)断开，并将下拉电阻Rd与输入端CC1、CC2(即USB插座接口中的CC1和CC2引脚)相连。在本实施例中，数字控制电路904提供四个开关控制信号，端接电路9011包括四个开关；本领域技术人员可以想到，在其它实施例中，可以使用不同数目的开关控制信号和开关来实现CC1和CC2引脚的端接。
比较器电路9012包括四个并行操作的比较器comp_3a、comp_1p5a、comp_usb和comp_ra。数字控制电路9014提供使能控制信号en_comp<3：0>来使能或禁用每个比较器。在本发明中，在某些阶段禁用部分比较器可节省功耗。在对图5a和5b以及图7a和7b的描述中对何时使能和禁用比较器进行了详细的解释，因此在此不再赘述。每个比较器的参考输入端在不同的模式下在不同的阶段被提供不同的参考电压，用于检测的参考电压值可以参考表4，详情可参考对图5a和5b以及图7a和7b的描述，因此在此不再赘述。各个参考电压可以通过数字控制电路9014控制参考电压产生电路(未示出)来产生，在此不再赘述。
表4针对各种设备的比较器参考电压
设备的操作模式 Host_cur1 Host_cur2 电流 Vra Vdef V1p5a V3a
UFP-VDD有效 X X N/A 0.2 0.66 1.23 2.11
DFP-默认电流 0 1 80uA 0.2 N/A N/A 1.6
DFP-1.5A电流 1 0 180uA 0.4 N/A N/A 1.6
DFP-3.0A电流 1 1 330uA 0.8 N/A N/A 2.6
选择电路9013用于根据数字控制电路9014提供的选择信号cc_sel<3：0>将比较器电路9012中的各个比较器的选择输入端选择性地连接到第一输入端或第二输入端(即CC1引脚或CC2引脚)以实现CC1和/或CC2引脚的电压与各个参考电压的比较。具体的选择性连接操作可以参照针对图5a和5b以及图7a和7b的描述，在此不再赘述。
比较器comp_3a、comp_1p5a、comp_usb和comp_ra的输出端连接到数字控制电路9014。在一个示例中，当比较的结果发生变化时，数字控制电路9014可以通过端口INT_N向处理器903请求中断，以输出检测结果。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
尽管结合当前被认为是实际的示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解本发明不限于所公开的实施例，相反地，本发明意在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同设置。

Claims (17)

1.一种通用串行总线USB接口检测方法，用于安装在第一设备中的USB连接器，该方法包括：
在下行端口DFP操作模式中，使用端接电路将USB连接器中的第一引脚的电压和第二引脚的电压上拉至高于第一参考电压；
在第一阶段期间使能第一比较器和第二比较器，所述第一阶段包括：
使用所述第一比较器将所述第一引脚的电压与所述第一参考电压进行比较；
使用所述第二比较器将所述第二引脚的电压与所述第一参考电压进行比较；
响应于所述第一引脚的电压或所述第二引脚的电压中的至少一个小于所述第一参考电压，在第二阶段期间使能第三比较器和第四比较器，所述第二阶段包括：
使用所述第一比较器和所述第四比较器将所述第一引脚的电压与第二参考电压和第三参考电压进行比较，使用所述第二比较器和所述第三比较器将所述第二引脚的电压与所述第二参考电压和所述第三参考电压进行比较；以及
基于所述第二阶段期间所述第一比较器的输出、所述第二比较器的输出、所述第三比较器的输出和所述第四比较器的输出，在输出端提供与所述第一设备和第二设备的连接或分离相关的指示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三参考电压低于所述第二参考电压，以及所述第二参考电压低于所述第一参考电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二阶段包括：
使用所述第一比较器将所述第一引脚的电压与所述第二参考电压进行比较；
使用所述第四比较器将所述第一引脚的电压与所述第三参考电压进行比较；
使用所述第二比较器将所述第二引脚的电压与所述第二参考电压进行比较；以及
使用所述第三比较器将所述第二引脚的电压与所述第三参考电压进行比较。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提供指示包括：
响应于所述第一引脚的电压大于所述第二参考电压、所述第二引脚的电压大于所述第三参考电压以及所述第二引脚的电压小于所述第二参考电压，提供与第一设备和上行端口UFP连接和第一连接取向相关的指示。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提供指示包括：
响应于所述第二引脚的电压大于所述第二参考电压、所述第一引脚的电压大于所述第三参考电压以及所述第一引脚的电压小于所述第二参考电压，提供与第一设备和上行端口UFP连接和第二连接取向相关的指示。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提供指示包括：
响应于所述第一引脚的电压大于所述第三参考电压但小于所述第二参考电压，并且所述第二引脚的电压大于所述第三参考电压但小于所述第二参考电压，提供与调试附件连接相关的指示。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提供指示包括：
响应于所述第一引脚的电压小于所述第二参考电压且小于所述第三参考电压，并且所述第二引脚的电压小于所述第二参考电压且小于所述第三参考电压，提供与音频适配器附件连接相关的指示。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第一阶段期间禁用所述第三比较器和所述第四比较器。
9.一种通用串行总线USB接口检测器，用于安装在第一设备中的USB连接器，包括：
第一检测端和第二检测端，分别连接到USB连接器的第一引脚和第二引脚；
端接电路，被配置为在下行端口DFP操作模式中，对所述第一引脚的电压和所述第二引脚的电压进行上拉，以及在上行端口UFP操作模式中，对所述第一引脚的电压和所述第二引脚的电压进行下拉；
比较器电路，包括在第一阶段和第二阶段期间可操作的多个比较器，所述多个比较器包括第一比较器、第二比较器、第三比较器和第四比较器，所述多个比较器中的每一个比较器选择性地耦接到所述第一引脚或所述第二引脚，所述多个比较器中的每一个比较器耦接到不同的参考电压，所述多个比较器中的至少一个比较器在所述第一阶段期间被禁用；
其中，在所述第一阶段期间，所述第一比较器被配置为将所述第一引脚的电压与第一参考电压进行比较，并且所述第二比较器被配置为将所述第二引脚的电压与所述第一参考电压进行比较，
其中，在所述第二阶段期间，所述第一比较器、所述第二比较器、所述第三比较器和所述第四比较器中的每一个被配置为将所述第一引脚的电压或所述第二引脚的电压与不同的参考电压进行比较；选择电路，被配置为选择性地将所述第一引脚或所述第二引脚耦接到所述多个比较器中的每一个比较器；以及
数字控制电路，耦接到所述多个比较器的输出端，所述数字控制电路被配置为接收基于由所述多个比较器所执行的比较的结果的指示。
10.根据权利要求9所述的USB接口检测器，其中，所述指示是指与第二设备的连接或分离相关的指示。
11.根据权利要求9所述的USB接口检测器，其中，所述比较器电路用于根据所述第二阶段期间的比较结果，提供与第二设备的类型相关的指示或与被供给的充电电流的大小相关的指示。
12.根据权利要求9所述的USB接口检测器，其中，所述数字控制电路被配置为：
根据所述第一设备的操作模式，控制所述端接电路对所述第一引脚和所述第二引脚的上拉或下拉；
向所述选择电路提供选择信号；
在所述第二阶段期间向所述多个比较器中的每一个比较器提供相应的使能信号；以及
设置所述比较器电路的所述多个比较器的各参考电压。
13.根据权利要求9所述的USB接口检测器，其中，所述端接电路被配置为：
当第一设备处于DFP操作模式时为所述第一检测端和所述第二检测端各自提供一上拉电流源；以及
当第一设备处于UFP操作模式时将所述第一检测端和所述第二检测端各自连接到一下拉电阻。
14.一种通用串行总线USB接口检测的方法，用于安装在第一设备中的USB连接器，该方法包括：
在上行端口UFP操作模式中，使用端接电路将USB连接器中的第一引脚的电压和第二引脚的电压下拉至低于第一参考电压；
在第一阶段期间使能第一比较器和第二比较器，所述第一阶段包括：
使用所述第一比较器将所述第一引脚的电压与所述第一参考电压进行比较；
使用所述第二比较器将所述第二引脚的电压与所述第一参考电压进行比较；
响应于所述第一引脚的电压或所述第二引脚的电压中的至少一个高于所述第一参考电压，在第二阶段期间使能第三比较器和第四比较器，所述第二阶段包括：
使用所述第一比较器、所述第二比较器、所述第三比较器和所述第四比较器将所述第一引脚的电压与多个参考电压中的每一个进行比较；以及
基于所述第二阶段期间所述第一比较器的输出、所述第二比较器的输出、所述第三比较器的输出和所述第四比较器的输出，在输出端提供与被供给的充电电流的大小相关的指示。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第二阶段中的所述多个参考电压包括第二参考电压、第三参考电压、第四参考电压和第五参考电压。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二阶段包括：
使用所述第一比较器将所述第一引脚的电压与所述第二参考电压进行比较；
使用所述第二比较器将所述第一引脚的电压与所述第三参考电压进行比较；
使用所述第三比较器将所述第一引脚的电压与所述第四参考电压进行比较；以及
使用所述第四比较器将所述第一引脚的电压与所述第五参考电压进行比较。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第三比较器和所述第四比较器在所述第一阶段期间被禁用。
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