CN109378808B - 一种低成本的用于热插拔检测端口的保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低成本的用于热插拔检测端口的保护电路，包括限流电路、电压钳位电路、和负压耦合电路，限流电路包括连接在热插拔检测端口中的热插拔信号输入口与热插拔信号输出口之间的第一电阻器；电压钳位电路包括三极管和第二电阻器和第三电阻器，三极管的集电极连接到所述热插拔信号输出口，三极管的发射极接GND端；第二电阻器的一端和第三电阻器的一端分别连接到所述三极管的基极，第二电阻器的另一端连接到热插拔信号输出口，第三电阻器的另一端接GND端；负压耦合电路包括由第四电阻器和第一电容器串联而成的串联电路，串联电路的一端连接到热插拔信号输入口，并且串联电路的另一端连接到三极管的基极。

Description

一种低成本的用于热插拔检测端口的保护电路
本案是以申请号为201710718434.9，申请日为2017年08月21日，名称为《用于热插拔检测端口的保护电路》的专利申请为母案的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种HDMI电路领域，尤其涉及一种低成本的用于热插拔检测端口的保护电路。
背景技术
现有技术中，用于HDMI电路的热插拔检测(HOT PLUG DETECTION)端口的保护电路往往利用ESD器件或稳压二极管来实现。但是ESD器件的标准更高，价格很贵，另外稳压二极管响应速度慢并且容易出现故障，因此需要一种改进的保护电路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种成本低具有更好的保护作用的用于热插拔检测端口的保护电路。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于热插拔检测端口的保护电路，包括限流电路、电压钳位电路、和负压耦合电路，所述限流电路包括连接在热插拔检测端口中的热插拔信号输入口与热插拔信号输出口之间的第一电阻器；所述电压钳位电路包括三极管和第二电阻器和第三电阻器，所述三极管的集电极连接到所述热插拔信号输出口，所述三极管的发射极接GND端；所述第二电阻器的一端和所述第三电阻器的一端分别连接到所述三极管的基极，所述第二电阻器的另一端连接到所述热插拔信号输出口，所述第三电阻器的另一端接GND端；所述负压耦合电路包括由第四电阻器和第一电容器串联而成的串联电路，所述串联电路的一端连接到所述热插拔信号输入口，并且串联电路的另一端连接到所述三极管的基极。
本发明的有益效果在于：采用三极管加电阻电容的方式，代替昂贵的ESD器件，降低了成本，并且同样实现HPD检测的功能；利用RC负压耦合电路进一步实现了负压ESD测试功能。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的保护电路的电路构造图；
图2为根据本发明的实施例的保护电路的应用框图。
标号说明：
1、限流电路；2、电压钳位电路；3、负压耦合电路；R1、第一电阻器；R2、第二电阻器；R3、第三电阻器；R4、第四电阻器；
Q1、晶体管；GND、GND端；C1、第一电容器；C2、第二电容器；HPD_IN、信号输入口；HPD_OUT、信号输出口；10、HPD检测保护电路；11、CPU；12、链接器；13、显示器。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
如图1所示，本发明的实施例提出了一种用于热插拔检测端口的保护电路，包括限流电路1、电压钳位电路2、和负压耦合电路3，所述限流电路1包括连接在热插拔检测端口中的热插拔信号输入口HPD_IN与热插拔信号输出口HPD_OUT之间的第一电阻器R1；所述电压钳位电路2包括三极管Q1和第二电阻器R2和第三电阻器R3，所述三极管Q1的集电极连接到所述热插拔信号输出口HPD_OUT，所述三极管Q1的发射极接GND端GND；所述第二电阻器R2的一端和所述第三电阻器R3的一端分别连接到所述三极管Q1的基极，所述第二电阻器R2的另一端连接到所述热插拔信号输出口HPD_OUT，所述第三电阻器R3的另一端接GND端；所述负压耦合电路3包括由第四电阻器R4和第一电容器C1串联而成的串联电路，所述串联电路的一端连接到所述热插拔信号输入口HPD_IN，并且串联电路的另一端连接到所述三极管Q1的基极。
从图2可看出，用于热插拔检测端口的保护电路10连接CPU11与链接器12之间。链接器12为用于插入HDMI插头的HDMI插座。在CPU11与链接器12之间具有用于传输I2C信号等信号的线路，还包括用于传输HPD检测信号的信号线。而该信号线的位于CPU一侧的端口称为用于HPD检测信号输出口HPD_OUT，而位于链接器12一侧的端口被称为HPD检测信号输入口HPD_IN。而HDMI线缆用于连接链接器12与显示器13。
在保护电路10中，利用晶体管Q1、第二电阻器R2、第三电阻器R3组成电压钳位电路2，在信号输入口HPD_IN上具有5V正电压时(例如在来自显示器的HDMI线缆被插入链接器12时)，5V正电压经由第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3的分压，不足以使得晶体管Q1被导通(即Q1处于截止状态)，即晶体管Q1的基极上的电压不够大，从而信号输出口HPN_OUT提供正电压信号给CPU，从而CPU可检测到HDMI线缆被插入。
而当HPD_IN输入口具有大于5V的正电压或静电输入时，通过电阻器R1、R2、R3的分压后，在晶体管Q1处的电压足以使得晶体管导通，从而晶体管将HPD_OUT端口拉低，从而该电压钳位电路可以保护CPU的GPIO口(即HPD_OUT连接到的CPU端口)，不被来自HPD_IN的高电压损伤。
另外，该保护电路利用第一电容C1和第四电阻器R4组成的串联电路来作为负压耦合电路，以将负压静电荷泄放电流引入晶体管Q1，以Q1导通实现检测。具体地，当在GND端上做负压测试时，相对于大地(地球)，PCB上的GND端的电位(事实上整片电路板包括电源整体电位都会随着GND同向变化)负向突变，由于HPD_OUT与HPD_IN之间的连接是高阻的(由于第一电阻器R1的存在)，所以当电路板上的GND端的电位负向突变时HDMI线缆中HPD信号线的导体电位不能突变，而是通过CPU内部的ESD电路、第一电阻器R1和线缆中的HPD信号线构成一个电流泄放通路，于是在第一电阻器R1上会形成一个电位差。而该电位差可通过第四电阻器R4对第一电容器C1进行充电，从而该负压耦合电路3通过第一电容器C1和第四电阻器R4将第一电阻器R1上的电位差引入晶体管Q1。而在C1上的充电电压达到晶体管Q1的基极的导通电压时，Q1的C-E导通，在HPD_OUT端上产生一个低电平脉冲，从而实现负压保护的功能。
而用户在拔HDMI线缆时，如果人体存在静电，则如上保护电路10也起到ESD保护的作用。
在进一步实施例中，所述负压耦合电路3还包括第二电容器C2，所述第二电容器C2连接在所述热插拔信号输入口HPD_IN与GND端之间。第二电容器C2可用于对HPD_IN端口的输入信号进行滤波，以降低信号干扰。在可选示例中，所述第二电容器的电容值为1nF。
在进一步实施例中，所述第一电阻器R1的阻值在500欧姆到2K欧姆之间。
在进一步实施例中，所述第二电阻器R2的阻值在40K欧姆到50K欧姆之间，所述第三电阻器的阻值在5K欧姆到20K欧姆之间。
而该保护电路中的电压钳位电路中的钳位电压大约为：(R2+R3)/R3*0.55V(三极管导通的门限值为0.7V，这里选择0.55V作为三极管导致的门限电压)；而目前HDMI HPD的电压参数范围是2.7V～5.3V，CPU的GPIO电压是3.3V。因此适当调整R2、R3的电阻阻值满足检测要求。
在进一步实施例中，所述第四电阻器R4的阻值在1K欧姆到5K欧姆之间，所述第一电容器C1的电容值在50nF到200nF之间。通过适当选择R4和C1的值，可以更好地实现引流作用。
请参照图1，本发明的实施例一为：
一种用于热插拔检测端口的保护电路，包括限流电路1、电压钳位电路2、和负压耦合电路3，所述限流电路1包括连接在热插拔检测端口中的热插拔信号输入口HPD_IN与热插拔信号输出口HPD_OUT之间的第一电阻器R1；所述电压钳位电路2包括三极管Q1和第二电阻器R2和第三电阻器R3，所述三极管Q1的集电极连接到所述热插拔信号输出口HPD_OUT，所述三极管Q1的发射极接GND端；所述第二电阻器R2的一端和所述第三电阻器R3的一端分别连接到所述三极管Q1的基极，所述第二电阻器R2的另一端连接到所述热插拔信号输出口HPD_OUT，所述第三电阻器R3的另一端接GND端；所述负压耦合电路3包括由第四电阻器R4和第一电容器C1串联而成的串联电路，所述串联电路的一端连接到所述热插拔信号输入口HPD_IN，并且串联电路的另一端连接到所述三极管Q1的基极。
所述负压耦合电路3还包括第二电容器C2，所述第二电容器C2连接在所述热插拔信号输入口HPD_IN与GND端之间，所述第二电容器的电容值为1nF。进一步地，第一电阻器R1的阻值为1K欧姆，第二电阻器R2的阻值为43K欧姆，第三电阻器的阻值为10K欧姆，第四电阻器R4的阻值为2.2K欧姆，第一电容器C1的电容值为100nF。
综上所述，本发明提供的用于热插拔检测端口的保护电路采用三极管加电阻电容的方式，代替昂贵的ESD器件，降低了成本，并且同样实现HPD检测的功能；利用负压耦合电路配合三极管进一步实现了负压ESD测试功能，具有很好的实用价值。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种低成本的用于热插拔检测端口的保护电路，包括限流电路、电压钳位电路、和负压耦合电路，
所述限流电路包括连接在热插拔检测端口中的热插拔信号输入口与热插拔信号输出口之间的第一电阻器；
所述电压钳位电路包括三极管和第二电阻器和第三电阻器，所述三极管的集电极连接到所述热插拔信号输出口，所述三极管的发射极接GND端；
所述第二电阻器的一端和所述第三电阻器的一端分别连接到所述三极管的基极，所述第二电阻器的另一端连接到所述热插拔信号输出口，所述第三电阻器的另一端接GND端；
所述负压耦合电路包括由第四电阻器和第一电容器串联而成的串联电路，所述串联电路的一端连接到所述热插拔信号输入口，并且串联电路的另一端连接到所述三极管的基极；
所述第一电阻器的阻值在500欧姆到2K欧姆之间；
所述第二电阻器的阻值在40K欧姆到50K欧姆之间，所述第三电阻器的阻值在5K欧姆到20K欧姆之间；
所述第四电阻器的阻值在1K欧姆到5K欧姆之间，所述第一电容器的电容值在50nF到200nF之间。
2.根据权利要求1所述的低成本的用于热插拔检测端口的保护电路，其特征在于，所述负压耦合电路还包括第二电容器，所述第二电容器连接在所述热插拔信号输入口与GND端之间。
3.根据权利要求2所述的低成本的用于热插拔检测端口的保护电路，其特征在于，所述第二电容器的电容值为1nF。
4.根据权利要求1所述的低成本的用于热插拔检测端口的保护电路，其特征在于，所述第二电阻器的阻值为43K欧姆，所述第三电阻器的阻值为10K欧姆。
5.根据权利要求1所述的低成本的用于热插拔检测端口的保护电路，其特征在于，所述第四电阻器的阻值为2.2K欧姆，所述第一电容器的电容值为100nF。
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