CN110854805A - 用于确保通用串行总线接口中的电力输送的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种确保设备和对方设备之间的通用串行总线USB接口中的电力输送的方法，该设备包括端口控制器和USB插座。该方法包括端口控制器尝试使用USB插座的至少一个引脚来检测USB插座中发生漏电流的异常状态；以及当检测到异常状态时，端口控制器断开连接在USB插座的电力引脚和设备的内部电路之间的开关，并且确定进入与对方设备分离的未附接状态。

Description

用于确保通用串行总线接口中的电力输送的设备和方法
相关申请的交叉引用
本公开要求于2018年8月20日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0096825的优先权，其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开涉及一种通用串行总线(USB)接口，并且更具体地涉及一种用于确保USB接口中的电力输送的设备和方法。
背景技术
通用串行总线(USB)(或USB标准)是用于定义电缆、连接器和用于设备间通信的通信协议的标准。USB接口广泛用于各种应用。USB定义了电力传输的标准以及用于发送和接收数据的协议，并且USB电力输送(PD)定义了诸如20V和5A的高电力输送。然而，当导电异物进入USB插座或者当USB电缆中发生短路时，在用作通过USB接口供电的电源的设备中会发生过量电力消耗，设备会损坏，并且USB插座和USB插头也会损坏。
发明内容
本发明构思的实施例提供了一种通用串行总线(USB)接口，并且更具体地，提供了稳定执行USB接口中的电力输送的设备和方法。
本发明构思的实施例提供了一种确保设备和对方设备之间的通用串行总线(USB)接口中的电力输送的方法，该设备包括端口控制器和USB插座。该方法包括端口控制器尝试通过使用USB插座的至少一个引脚来检测USB插座中发生漏电流的异常状态；以及，当检测到异常状态时，端口控制器断开连接在USB插座的电力引脚和设备的内部电路之间的开关，并且确定进入与对方设备分离的未附接状态。
本发明构思的实施例还提供了一种提供通用串行总线(USB)接口的设备，该设备包括USB插座，USB插座包括：电力引脚；开关，连接在电力引脚和设备的内部电路之间；以及端口控制器，被配置为通过使用USB插座的至少一个引脚来检测USB插座中发生漏电流的异常状态，并且当检测到异常状态时，断开开关并且确定进入与对方设备分离的未附接状态。
本发明构思的实施例还提供了一种设备的端口控制器，其中端口控制器被配置为通过使用设备的USB插座中的与USB插座的电力引脚不同的至少一个引脚来检测USB插座中发生漏电流的异常状态，以及响应于检测到异常状态，产生用于断开连接在电力引脚和设备的内部电路之间的开关的开关控制信号。
附图说明
通过以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得明确并且更容易理解，在附图中：
图1示出了根据本发明构思的实施例的USB设备的框图；
图2示出了根据本发明构思的实施例的图1的USB插座的示例的框图；
图3示出了根据本发明构思的实施例的示出通过USB接口相连的USB设备的框图；
图4示出了根据本发明构思的实施例的图1的开关的示例的图；
图5示出了根据本发明构思的实施例的确保USB接口处的电力输送的方法的流程图；
图6示出了根据本发明构思的实施例的执行USB接口处的连接和断开的方法的流程图；
图7示出了根据本发明构思的实施例的检测异常状态的方法的流程图；
图8A示出了根据本发明构思的实施例的检测异常状态的方法的流程图；
图8B示出了根据本发明构思的实施例的检测异常状态的另一方法的流程图；
图9示出了根据本发明构思的实施例的检测异常状态的方法的流程图；
图10示出了根据本发明构思的实施例的检测异常状态的方法的流程图；以及
图11示出了根据本发明构思的实施例的处理异常状态的方法的流程图。
具体实施方式
现在详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记指代类似的元件。在这点上，实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为限于本文所阐明的描述。因此，以下仅通过参考附图来描述实施例，以说明本说明书的方面。本文中所使用的术语“和/或”包括相关联列出项目中的一个或多个的任意和所有组合。诸如“......中的至少一个”之类的表述当在元件列表之前时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。
如在本发明构思领域中常见的，可以根据执行所描述的一个或多个功能的块来描述和示出实施例。在本文中可以称为单元或模块等的这些块通过诸如逻辑门、集成电路、微处理器、微控制器、存储器电路、无源电子组件、有源电子组件、光学组件、硬连线电路之类的模拟和/或数字电路物理地实现，并且可以可选地由固件和/或软件驱动。例如，电路可以体现在一个或多个半导体芯片中，或者体现在诸如印刷电路板之类的衬底支撑件上。构成块的电路可以由专用硬件或由处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)来实现，或者由用于执行该块的一些功能的专用硬件和用于执行该块的其他功能的处理器的组合来实现。在不脱离本发明构思的范围的情况下，实施例的每个块可以物理地分成两个或更多个交互和分立的块。类似地，在不脱离本发明构思的范围的情况下，实施例的块可以物理地组合成更复杂的块。
图1示出了根据本发明构思的实施例的USB设备100的框图，并且图2示出了根据本发明构思的实施例的示出图1的USB插座110的示例的框图。USB设备100是能够经由USB接口与其他设备通信的任意设备，并且可以是固定设备(例如，台式计算机、服务器或经由USB接口通信的任何其他固定设备)，可以是移动设备(例如，膝上型计算机、移动电话、平板PC或经由USB接口通信的任何其他移动设备)，或者可以是包括在上述设备中并且提供USB接口的组件。如图1所示，USB设备100包括USB插座110、端接电路120、端口控制器130、电力电路140、主控制器150、信号产生器160和开关170。
USB插座110可以耦接到USB电缆或USB插头，USB电缆或USB插头为USB实体的一部分，用于与对方USB实体连接。USB插座110可以包括多个暴露的引脚，并且可以经由多个暴露的引脚发送或接收信号。例如，如图2所示，USB插座110可以包括用于发送传输信号TX+和TX-(即，信号TX1+、TX1-、TX2+和TX2-)的引脚、用于接收接收信号RX+和RX-(即，信号RX1+、RX1-、RX2+和RX2-)的引脚、用于通道构成信号CC1和CC2的引脚、用于VBUS电压V_BUS(即，VBUS)的引脚、以及用于接地电压(即，GND)的引脚。在一些实施例中，USB插座110可以具有根据USB Type-CTM标准的引脚排列(如图2所示)，但是其他实施例不限于USB Type-CTM引脚排列。在图2中，引脚被表示为引脚A1至A12和B1至B12。
当在USB插头未耦接到USB插座110期间有异物进入USB插座110时，或者当耦接到USB插座110的USB电缆中发生短路时，USB插座110中包括的两个或更多个引脚可以彼此电连接。彼此不正确电连接的引脚可以引发漏电流，可以使经由USB接口进行的通信中断，并且可以损坏USB设备100。特别地，当USB设备100是便携式设备或是便携式设备中包括的组件时，诸如水和金属之类的导电材料可以容易地进入USB插座110中，因此可以发生过量电力消耗和/或可以损坏USB设备100。特别是，在建立了USB实体彼此附接的附接状态时，即使可以发生漏电流，USB Type-CTM标准也不会进行调节或采取措施来解决漏电流，直到USB实体处于USB实体彼此分离的未附接状态为止。在本文中，附接状态可以指代USB设备100(或端口控制器130)确定USB设备100连接到对方USB实体的状态。未附接状态可以指代USB设备100(或端口控制器130)确定USB设备100与对方USB实体分离的状态。
本发明构思的USB设备100可以检测可以发生漏电流的异常状态，并且可以在检测到异常状态时停止通过USB插座110进行电力输送。例如，当检测到异常状态时，开关170可以将USB插座110中的接收VBUS电压V_BUS或输出VBUS电压V_BUS的电力引脚与电力电路140电分离。因此，可以减少USB设备100中的不必要的电力消耗，并且可以保护USB设备100不会因过大的漏电流而损坏。在下文中将主要描述由于异物进入USB插座110而发生漏电流，但是应该理解，在其他情况下，漏电流也可以因其他各种因素而发生，并且本发明构思也适用于这类其他情况。
端接电路120可以由端口控制器130控制，并且可以根据USB要求为USB插座110提供端接。例如，端接电路120可以在端口控制器130的控制下向USB插座110发送通道构成信号CC1和CC2或向端口控制器130发送通道构成信号CC1和CC2。端接电路120还可以在端口控制器130的控制下将来自电力电路140的VCONN电压提供到USB插座110，以便为有源电缆供电。
端口控制器130可以通过与端接电路120通信来控制端接电路120，并且可以根据通过端接电路120接收的信号来控制USB接口。端口控制器130可以控制通过USB插座110提供给外部或从外部接收的端口电力，或者可以根据USB要求来处理通道构成信号CC1和CC2。根据一些实施例，端口控制器130可以是通过逻辑综合实现的逻辑块、处理器、包含在存储由处理器执行的指令的存储器中的软件块、或其组合。根据一些实施例，端口控制器130可以被称为电力输送集成电路(PDIC)。此外，根据一些实施例，端接电路120和端口控制器130可以包括在一个集成电路中，并且这种集成电路可以被称为PDIC。
根据一些实施例，端口控制器130可以检测可以发生漏电流的异常情况。例如，如随后将参考图7所描述的，端口控制器130可以将测试信号施加到至少一个引脚，从该至少一个引脚接收对测试信号的响应，并且基于接收到的响应来检测异常状态。此外，如随后将参考图9所描述的，端口控制器130可以检测USB插座110中包括的两个引脚之间的阻抗，并且可以基于检测到的阻抗来检测异常状态。
电力电路140可以经由开关170电连接到USB插座110的电力引脚。根据一些实施例，当USB设备100支持上行端口(UFP)时，电力电路140可以通过开关170从USB插座110的电力引脚接收VBUS电压V_BUS，并且还可以将由VBUS电压V_BUS供应的电力分配到USB设备100的其他组件。根据一些实施例，当USB设备100支持下行端口(DFP)时，电力电路140可以通过开关170将VBUS电压V_BUS提供给USB插座110的电力引脚。根据一些实施例，USB设备100可以支持能够在源端(source)(或主机)和宿端(sink)(或设备)之间切换的双角色端口(DRP)。此外，电力电路140可以产生为有源电缆供电的VCONN电压，并且将VCONN电压提供给端接电路120。可以通过端接电路120在端口控制器130的控制下进行的操作，将VCONN电压提供给USB插座110的CC1引脚(例如，图2的A5)或CC2引脚(例如，图2的B5)。在本说明书中，像VBUS电压V_BUS和VCONN电压那样传输电力的正供电电压可以被称为电源电压。
开关170可以连接在USB插座110中包括的电力引脚和电力电路140之间，并且可以根据从端口控制器130提供的开关控制信号SW接通或断开。例如，响应于激活的开关控制信号SW，开关170可以接通，因此，电力引脚和电力电路140(也是USB设备100的内部电路)可以彼此电连接。另一方面，响应于去激活的开关控制信号SW，开关170可以断开，因此，电力引脚和电力电路140可以电断开。如下面参考图5所述，端口控制器130可以在检测到异常状态时断开开关170，从而防止由于供电电压发生漏电流。
主控制器150可以产生传输信号TX+和TX-，或者可以处理接收信号RX+和RX-，并且可以与端口控制器130通信。例如，主控制器150可以包括USB端口管理器，并且USB端口管理器可以通过与端口控制器130通信来操作端口策略和USB PD(电力输送)协议。USB接口的状态机可以由主控制器150和端口控制器130共同实现。
主控制器150可以从端口控制器130接收检测信号DET，并且根据检测信号DET执行所需的操作。在一些实施例中，当从端口控制器130接收到指示USB插座110中发生异常状态的激活的检测信号DET时，主控制器150可以产生警报控制信号CTRL，并且将警报控制信号CTRL提供给信号产生器160，使得信号产生器160产生警报信号S_ALA。此外，根据一些实施例，端口控制器130可以通过响应于激活的检测信号DET控制电力电路140来停止产生供电电压。
信号产生器160可以根据从主控制器150提供的警报控制信号CTRL产生可以被USB设备100的用户识别的警报信号S_ALA。根据一些实施例，警报信号S_ALA可以是声音，并且信号产生器160可以包括例如用于输出声音的扬声器和/或蜂鸣器。根据一些实施例，警报信号S_ALA可以是可见信号，并且信号产生器160可以包括显示组件，例如，液晶显示器(LCD)和/或像发光器件(LED)那样的灯。当信号产生器160包括显示组件时，可以根据警报控制信号CTRL在显示组件上显示警报窗口。此外，根据一些实施例，警报信号S_ALA可以是USB设备100的振动，并且信号产生器160可以包括产生振动的组件(例如，电机)。
参考图2，USB插座110′可以具有符合USB Type-CTM的结构。USB插座110′可以具有对称的引脚排列，因此，USB插座110′和USB插头可以以任何方向彼此正常耦接。USB插座110′可以包括TX1+引脚A2、TX1-引脚A3、RX1+引脚B11、RX1-引脚B10、TX2+引脚B2、TX2-引脚B3、RX2+引脚A11和RX2-引脚A10，来作为数据总线。USB插座110′可以包括VBUS引脚A4、A9、B4和B9作为电力总线，其中，CC1引脚A5或CC2引脚B5可以根据USB插座110′与USB插头耦接的方向来传输VCONN电压。此外，USB插座110′可以包括两个边带用途(SBU)的引脚A8和B8，分别用于SBU1和SBU2，并且包括两个配置通道(CC)引脚A5和B5。CC1引脚A5和CC2引脚B5可以统称为CC引脚。与USB插座110′不同，与USB插座110′耦接的USB插头可以包括一个通道配置引脚CC，并且可以包括专用VCONN引脚。USB插座110′还包括作为第一差分对D+和D-的引脚A6和A7、以及作为第二差分对D+和D-的引脚B6和B7。最后，USB插座110′可以包括设置在外侧的四个接地引脚A1、A12、B1和B12。四个VBUS引脚A4、A9、B4和B9可以在USB插座110′内或在图1的端接电路120处彼此电连接(即，四个VBUS引脚A4、A9、B4和B9可以具有相等电位)。四个接地引脚A1、A12、B1和B12也可以在USB插座110′内或在图1的端接电路120处彼此电连接。
如上所述，当异物进入USB插座110′或者在连接到USB插座110′的USB电缆中发生短路时，可以发生漏电流，特别是当在电力引脚(即，VBUS引脚A4、A9、B4和B9，以及提供VCONN电压的CC1引脚A5或CC2引脚B5)和其他引脚(例如，接地引脚A1、A12、B1和B12)之间形成电路径时，漏电流可以显著增加。
图3示出了根据本发明构思的实施例的示出通过USB接口相连的第一USB设备100a和第二USB设备100b的框图。详细地，图3示出了用作源端(或主机)的第一USB设备100a(即，USB设备1)和用作宿端(或设备)的第二USB设备100b(即，USB设备2)，其中第一USB设备100a和第二USB设备100b经由电缆200(即，USB接口)彼此连接。上面参考图1描述的USB设备100可以用作如图3的第一USB设备100a的源端，或者可以用作如第二USB设备100b的宿端。
参考图3，第一USB设备100a包括USB插座110a、端口控制器130a、AC/DC转换器140a和开关170a。为了将VBUS电压V_BUS提供给第二USB设备100b，AC/DC转换器140a可以根据AC电压产生VBUS电压V_BUS，其是DC电压。根据一些实施例，第一USB设备100a可以包括电池，并且为了根据DC电压产生VBUS电压V_BUS，可以包括DC/DC转换器或线性调节器而不是AC/DC转换器140a。
端口控制器130a可以通过开关控制信号SWa控制开关170a。当发生异常状态时，端口控制器130a可以产生去激活的开关控制信号SWa，因此，由于开关170a断开，AC/DC转换器140a(即第一USB设备100a的内部电路)和VBUS引脚可以断开，并且AC/DC转换器140a产生的VBUS电压V_BUS可以不通过USB插座110a的VBUS引脚输出。因此，可以防止由于VBUS电压V_BUS引起的漏电流。
第二USB设备100b可以包括USB插座110b、端口控制器130b、充电器140b和开关170b。充电器140b可以根据从第一USB设备100a提供的VBUS电压V_BUS对第二USB设备100b中包括的电池充电。根据一些实施例，第二USB设备100b可以包括用于根据从第一USB设备100a提供的VBUS电压V_BUS来产生一个或多个供电电压的电路(例如，电压调节器)，该一个或多个供电电压用于向第二USB设备100b中包括的其他组件供电。
端口控制器130b可以通过开关控制信号SWb控制开关170b。当发生异常状态时，端口控制器130b可以产生去激活的开关控制信号SWb，因此，由于开关170b断开，充电器140b(即第二USB设备100b的内部电路)和VBUS引脚可以断开，并且从第一USB设备100a提供的VBUS电压V_BUS可以不提供给充电器140b和第二USB设备100b的其他内部电路。因此，可以防止由于VBUS电压V_BUS引起的漏电流。
在下文中，将主要参考用作如图3的第一USB设备100a的源端的USB设备来描述一个或多个实施例。然而，应该理解，其他实施例可以适用于用作如图3的第二USB设备100b的宿端的USB设备。
图4示出了根据本发明构思的实施例的图1的开关170的示例的图。如上面参考图1所述，图4的开关170′可以从端口控制器130接收开关控制信号SW，并且可以根据开关控制信号SW接通或断开。
参考图4，开关170′包括串联连接在第一端子P1和第二端子P2之间的第一晶体管T1和第二晶体管T2。开关控制信号SW可以被提供给第一晶体管T1和第二晶体管T2的控制端子P3和P4，并且第一端子P1和第二端子P2可以根据开关控制信号SW彼此电连接。尽管图4示出了开关170′包括两个N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，但是根据一些实施例，开关170′可以包括P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管，或者可以包括彼此并联连接的NMOS晶体管和PMOS晶体管。在一些实施例中，开关170′可以包括串联连接在第一端子P1和第二端子P2之间的多于两个的晶体管。
如图4所示，开关控制信号SW可以包括第一开关控制信号SW1和第二开关控制信号SW2。根据一些实施例，图1的端口控制器130可以在不同的时间点接通或断开第一晶体管T1和第二晶体管T2。例如，端口控制器130可以产生第一开关控制信号SW1和第二开关控制信号SW2，使得第二晶体管T2在第一晶体管T1接通之后接通。类似地，端口控制器130可以产生第一开关控制信号SW1和第二开关控制信号SW2，使得第一晶体管T1在第二晶体管T2断开之后断开。
图5示出了根据本发明构思的实施例的确保USB设备100和对方USB设备之间的USB接口处的电力输送(PD)的方法的流程图。例如，图5的方法可以由图1的端口控制器130执行，以下将参考图1来描述图5。
在操作S12中，执行用于尝试检测异常状态的操作。如上面参考图1所述，异常状态可以指代USB插座110中可以发生漏电流的状态，并且与异常状态不同的状态可以称为正常状态。端口控制器130可以以各种方式检测异常状态。例如，如本申请人的美国专利申请No.15/981,157、No.16/025,335、No.16/053,155和韩国专利申请KR 10-2018-0062092(这几个专利通过引用整体并入本文中)中所公开的那样，端口控制器130可以检测异常状态。下面将参考图7至图10描述端口控制器130检测异常状态的操作的示例。在一些实施例中，当在某一时间段内没有信号发送/接收时，可以执行操作S12。例如，在开关170接通之后执行检测未附接状态的操作，并且当在没有检测到未附接状态之后的某一时间段内没有信号发送/接收时，可以执行操作S12。当在操作S12中检测到异常状态时，在操作S14中，执行用于断开开关170和确定USB实体(即，USB设备100和对方USB设备)进入未附接状态的操作。如上面参考图1和图3所述，开关170可以在USB插座110中包括的电力引脚和USB设备100的内部电路(即电力电路140)之间，并且端口控制器130可以在检测到异常状态时断开开关170，以防止发生漏电流和/或漏电流造成的损坏。此外，端口控制器130可以断开开关170并确定进入彼此分离的未附接状态。例如，即使当USB设备100处于通过电缆连接到对方USB设备的附接状态时，如果检测到异常状态，开关170也可以切换到断开。也就是说，常规上，当满足USB Type-CTM标准规定的分离条件时，USB设备100将进入未附接状态。相反，在本发明构思的实施例中，当检测到异常状态时，开关170断开，并且USB实体也进入未附接状态。这里，如所描述的，异常状态可以指代在USB插座110中发生漏电流的状态。换句话说，可以在分离条件中新包括检测到异常状态。
图6示出了根据本发明构思的实施例的执行USB接口处的连接和断开的方法的流程图。如下文中参考图6所述，可以向执行连接和断开的常用方法增加用于确定是否存在异常状态的至少一个操作。例如，图6的方法可以由图1的USB设备100执行，以下将参考图1来描述图6。
参考图6，在操作S20中，执行用于确定USB插座110中是否存在异常状态的操作。也就是说，即使处于USB设备100未连接到对方USB设备的未附接状态，也可以执行用于确定是否存在异常状态的操作，即，用于尝试检测异常状态的操作。根据一些实施例，可以以预设间隔执行操作S20，或者换言之，可以以预设周期重复操作S20。如图6所示，当检测到异常状态时(S20中的是)，周期性地或非周期性地重复操作S20。否则，当未检测到异常状态时(S20中的否)，随后执行操作S21。
在操作S21中，执行用于确定USB设备100是否处于连接到对方USB设备的附接状态的操作。例如，USB设备100可以通过使用通道构成信号CC1和CC2来确定USB设备100是否处于连接到对方USB设备的附接状态。例如，当USB设备100通过通道构成信号CC1和CC2之一识别到对方USB设备的同步CC终端Rd时，USB设备100可以识别出对方USB设备被连接作为宿端。如图6所示，当USB设备100不处于附接状态时(S21中的否)，随后执行操作S20。否则，当USB设备100处于附接状态时(S21中的是)，此后立即执行操作S22。
在操作S22中，执行用于确定USB插座110中是否存在异常状态的操作。与操作S20不同，可以执行用于确定附接状态下是否存在异常状态的操作，即，用于尝试检测异常状态的操作。如图6所示，当检测到异常状态时(S22中的是)，随后执行操作S20。否则，当未检测到异常状态时(S22中的否)，随后执行操作S23。
在操作S23中，执行用于接通开关170的操作。因此，当满足附接状态和正常状态两者时，开关170可以接通，结果，VBUS电压V_BUS可以被提供给对方USB设备。因此，当USB插座110处于异常状态时，可以防止通过USB插座110的电力引脚输出VBUS电压V_BUS。
在操作S24中，执行用于确定USB设备100是否处于与对方USB设备分离的未附接状态的操作。例如，USB设备100可以通过使用通道构成信号CC1和CC2来确定USB设备100是否处于与对方USB设备分离的未附接状态。例如，当USB设备100未能通过通道构成信号CC1和CC2之一识别到同步CC终端Rd时，可以确定USB设备100处于未附接状态。如图6所示，当确定USB设备100处于未附接状态时(S24中的是)，则随后执行操作S30。否则，当确定USB设备100不处于未附接状态时(S24中的否)，随后执行操作S25。
当在操作S24中确定USB设备100不处于未附接状态(或者确定其处于附接状态)时，在操作S25中执行用于启用定时器的操作。例如，可以重置并运行定时器。定时器中断可以用于周期性地确定是否存在异常状态。当中断发生时，确定是否存在异常状态。在操作S25之后，可以并行地执行操作S28和操作S26。
在操作S26中，执行电力协商。在电力协商期间，USB设备100和对方USB设备可以确定VBUS电压V_BUS的大小、电流的大小以及其他条件。接下来，在设置了在操作S26中确定的条件之后，在操作S27中执行用于发送和接收消息的操作。
与操作S26和操作S27并行地，在操作S28中确定是否发生定时器中断。例如，确定定时器是否不计时(go off)。当没有发生中断时(S28中的否)，重复操作S28。当发生中断时(S28中的是)，执行操作S29。在操作S29中，执行用于确定是否存在异常状态的操作。也就是说，端口控制器130可以在附接状态下通过USB接口进行正常通信期间周期性地尝试检测异常状态。当检测到异常状态时(S29中的是)，随后执行操作S30。
当在操作S24中确定未附接状态时或者在操作S29中确定异常状态时，在操作S30中执行用于断开开关170的操作。由于在操作S23中接通开关170并且在操作S24中确定USB设备100处于未附接状态，因此在操作S30中开关170断开，停止通过电力引脚输出VBUS电压V_BUS。此外，由于在操作S29中确定存在异常状态，因此在操作S30中开关170断开，停止通过电力引脚输出VBUS电压V_BUS。在操作S30之后，执行操作S20。
图7示出了根据本发明构思的实施例的检测异常状态的方法的流程图。例如，图7的方法可以是图5的操作S12以及图6的操作S20、操作S22、操作S29的示例。根据一些实施例，图7的方法可以由图1的端口控制器130执行，以下将参考图1来描述图7。
参考图7，在操作S40中，执行用于将测试信号施加到至少一个引脚的操作。根据一些实施例，端口控制器130可以直接将测试信号施加到USB插座100中包括的引脚之中不同于电力引脚的任意引脚，或者可以控制端接电路120向所述任意引脚施加测试信号。例如，端口控制器130可以将测试信号施加到CC1引脚、CC2引脚、D+引脚、D-引脚、SBU1引脚、SBU2引脚、TX1+引脚、TX1-引脚、TX2+引脚、TX2-引脚、RX1+引脚、RX1-引脚、RX2+引脚和RX2-引脚中的至少一个引脚。随后将参考图8A和图8B描述操作S40的示例。
在操作S50中，执行用于基于对测试信号的响应来确定是否存在异常状态的操作。例如，端口控制器130可以从至少一个引脚接收对测试信号的响应，并且可以基于接收到的响应来确定(即检测)是否存在异常状态。随后将参考图8A和图8B描述操作S50的示例。
图8A和图8B示出了根据本发明构思的实施例的检测异常状态的方法的流程图。例如，图8A的方法包括作为图7的操作S40和操作S50的相应示例的操作S40a和操作S50a，并且图8B的方法包括作为图7的操作S40和操作S50的相应示例的操作S40b和操作S50b。具体地，在图8A中，可以通过对至少一个引脚充电来检测异常状态，而在图8B中，可以通过对至少一个引脚放电来检测异常状态。在下文对图8A和图8B的描述中，可以省略重复的描述。
参考图8A，操作S40a包括多个操作，包括操作S41a、操作S43a、操作S45a、操作S47a和操作S49a。在操作S41a中，执行用于下拉第一引脚的操作。例如，端口控制器130可以通过使用端接电路120中包括的开关电路、电阻和/或电流源来下拉第一引脚。根据一些实施例，第一引脚可以是USB插座110中包括的引脚之中不同于电力引脚的任意引脚。
在操作S43a中，执行用于重置定时器和检测第一引脚的电压V1的操作。操作S43a中检测到的第一引脚的电压V1可以称为第一电压V1。由于在操作S41a中下拉第一引脚，因此第一电压V1可以具有相对低的水平。如下所述，可以重置定时器，使得第一引脚的电压在某个等待时间期间从第一电压V1上升。
在操作S45a中，执行用于上拉第一引脚的操作。例如，端口控制器130可以通过使用端接电路120中包括的开关电路、电阻和/或电流源来上拉第一引脚。因此，第一引脚的电压可以从第一电压V1逐渐上升。
在操作S47a中，执行用于确定等待时间是否已经过去的操作。如图8A所示，当等待时间尚未过去时(S47a中的否)，可以再次执行操作S47a。否则，当等待时间已经过去时(S47a中的是)，随后执行操作S49a。也就是说，端口控制器130等待直到在操作S43a中已重置的定时器超时为止，并且当定时器超时时，执行操作S49a。
在操作S49a中，执行用于检测第一引脚的电压V2的操作。操作S49a中检测到的电压可以称为第二电压V2。在等待时间期间，第一引脚的电压可以从第一电压V1上升到第二电压V2，因此第二电压V2可以具有比第一电压V1的水平高的水平。当USB插座110中没有异物(即，正常状态)时，第一引脚可以处于开路状态，因此第一引脚的电压可以在第一引脚被上拉时相对快速地上升。另一方面，当USB插座110中存在异物(即，异常状态)时，第一引脚可以由于异物而具有增加的电容值，因此第一引脚的电压可以在第一引脚被上拉时相对缓慢地上升。
如图8A所示，操作S50a包括多个操作，即操作S52a、操作S54a、操作S56a和操作S58a。在操作S52a中，执行用于计算充电斜率的操作。例如，端口控制器130可以通过将第二电压V2和第一电压V1之间的差除以等待时间来计算充电斜率。如上所述，在正常状态下，由于第一引脚的电压可以相对快速地上升，因此充电斜率可以具有相对大的值。相反，在异常状态下，第一引脚的电压可以相对缓慢地上升，因此充电斜率可以具有相对小的值。
在操作S54a中，执行用于将充电斜率与第一参考值进行比较的操作。当充电斜率大于第一参考值时(即，当第一引脚的电压相对快速地上升时)(S54a中的是)，确定没有异物接触第一引脚，因此在操作S56a中确定为正常状态。另一方面，当充电斜率少于第一参考值时(即，当第一引脚的电压相对缓慢地上升时)(S54a中的否)，确定有异物接触第一引脚，因此在操作S58a中可以确定为异常状态。
参考图8B，操作S40b包括多个操作，包括操作S41b、操作S43b、操作S45b、操作S47b和操作S49b。在操作S41b中，执行用于上拉第二引脚的操作。例如，端口控制器130可以通过使用端接电路120中包括的开关电路、电阻和/或电流源来上拉第二引脚。根据一些实施例，第二引脚可以是USB插座110中包括的引脚之中不同于电力引脚的任意引脚。
在操作S43b中，执行用于重置定时器和检测第二引脚的电压V1的操作。操作S43b中检测到的第二引脚的电压V1可以称为第一电压V1。由于在操作S41b中上拉第二引脚，因此第一电压V1可以具有相对高的水平。如下所述，可以重置定时器，使得第二引脚的电压在某个等待时间期间从第一电压V1下降。
在操作S45b中，执行用于下拉第二引脚的操作。例如，端口控制器130可以通过使用端接电路120中包括的开关电路、电阻和/或电流源来下拉第二引脚。因此，第二引脚的电压可以从第一电压V1逐渐下降。
在操作S47b中，执行用于确定等待时间是否已经过去的操作。如图8B所示，当等待时间尚未过去时(S47b中的否)，可以再次执行操作S47b。相反，当等待时间已经过去时(S47b中的是)，随后执行操作S49b。也就是说，端口控制器130等待直到在操作S43b中已重置的定时器超时为止，并且当定时器超时时，执行操作S49b。
在操作S49b中，执行用于检测第二引脚的电压V2的操作。在操作S49b中检测到的电压可以称为第二电压V2。在等待时间期间，第二引脚的电压可以从第一电压V1下降到第二电压V2，因此第二电压V2可以具有比第一电压V1的水平低的水平。当USB插座110中没有异物(即，正常状态)时，第二引脚可以处于开路状态，因此第二引脚的电压可以在第二引脚被下拉时相对快速地下降。另一方面，当USB插座110中存在异物(即，异常状态)时，第二引脚可以由于异物而具有增加的电容值，因此第二引脚的电压可以在第二引脚被下拉时相对缓慢地下降。
如图8B所示，操作S50b包括多个操作，即，操作S52b、操作S54b、操作S56b和操作S58b。在操作S52b中，执行用于计算放电斜率的操作。例如，端口控制器130可以通过将第一电压V1和第二电压V2之间的差除以等待时间来计算放电斜率。如上所述，在正常状态下，由于第二引脚的电压可以相对快速地下降，因此放电斜率可以具有相对大的值。相反，在异常状态下，第二引脚的电压可以相对缓慢地下降，因此放电斜率可以具有相对小的值。
在操作S54b中，执行用于将放电斜率与第二参考值进行比较的操作。当放电斜率大于第二参考值时(即，当第二引脚的电压相对快速地下降时)(S54b中的是)，确定没有异物接触第二引脚，因此在操作S56b中确定为正常状态。另一方面，当放电斜率少于第二参考值时(即，当第二引脚的电压相对缓慢地下降时)(S54b中的否)，确定有异物接触第二引脚，因此在操作S58b中确定为异常状态。
图9示出了根据本发明构思的实施例的检测异常状态的方法的流程图。例如，图9的方法可以是图5的操作S12以及图6的操作S20、操作S22、操作S29的示例。根据一些实施例，图9的方法可以由图1的端口控制器130执行，以下将参考图1来描述图9。
参考图9，在操作S60中，执行用于检测两个引脚之间的阻抗的操作。根据一些实施例，为了检测阻抗，端口控制器130可以将电压和/或电流直接施加在USB插座110中包括的引脚之中不同于电力引脚的任何两个引脚之间，或者可以控制端接电路120向所述任何两个引脚之间施加电压和/或电流。例如，端口控制器130可以将测试信号施加到CC1引脚、CC2引脚、D+引脚、D-引脚、SBU1引脚、SBU2引脚、TX1+引脚、TX1-引脚、TX2+引脚、TX2-引脚、RX1+引脚、RX1-引脚、RX2+引脚和RX2-引脚中的至少一个引脚。随后将参考图10描述操作S60的示例。
在操作S70中，执行用于基于阻抗来确定是否存在异常状态的操作。例如，当检测到的阻抗低时，端口控制器130可以识别出在两个引脚之间发生短路，从而确定异常状态。另一方面，当检测到的阻抗高时，端口控制器130可以识别出两个引脚之间没有发生短路，从而确定正常状态。以下将参考图10描述操作S70的示例。
图10示出了根据本发明构思的实施例的检测异常状态的方法的流程图。例如，图10的方法包括作为图9的操作S60和操作S70的相应示例的操作S60′和操作S70′。具体地，图10示出了检测第三引脚和接地引脚(例如，图2的接地引脚)之间的阻抗的方法。
参考图10，操作S60′包括多个操作，即，操作S62、操作S64和操作S66。在操作S62中，执行用于上拉第三引脚的操作。例如，端口控制器130可以通过使用端接电路120中包括的开关电路、电阻和/或电流源来上拉第三引脚。接下来，在操作S64中，执行用于检测第三引脚的电压的操作。由于在操作S62中上拉了第三引脚，因此第三引脚的电压可以取决于第三引脚与接地电位之间的阻抗。在操作S66中，执行用于估计第三引脚和接地引脚之间的阻抗的操作。例如，当通过上拉电阻上拉了第三引脚时，端口控制器130可以基于上拉电阻的电阻值和第三引脚的电压来估计第三引脚和接地引脚之间的阻抗。此外，当通过电流源上拉了第三引脚时，端口控制器130可以基于电流源的电流和第三引脚的电压来估计第三引脚和接地引脚之间的阻抗。
在操作S70′中，执行用于产生检测信号DET的操作。例如，当估计的阻抗低时，端口控制器130可以产生激活的检测信号DET。另一方面，当估计的阻抗高时，端口控制器130可以产生去激活的检测信号DET。
图11示出了根据本发明构思的实施例的处理异常状态的方法的流程图。详细地，当分别在图5的操作S12以及图6的操作S20、操作S22、操作S29中确定异常状态时，随后执行图11的方法。例如，当在图6的操作S20中确定异常状态时，可以执行图11的操作S81、操作S82和操作S83，然后可以执行图6的操作S20。根据一些实施例，图11的方法可以由图1的USB设备100执行，以下将参考图1来描述图11。
在操作S81中，执行用于输出激活的检测信号DET的操作。例如，端口控制器130可以在检测到异常状态时产生激活的检测信号DET，并且主控制器150可以通过从端口控制器130接收激活的检测信号DET来识别异常状态。
在操作S82中，执行用于引起主控制器150的中断的操作。例如，检测信号DET可以引起主控制器150的中断。也就是说，主控制器150可以被配置为响应于激活的检测信号DET而进入中断状态。如上参考附图所述，异常状态可以引起漏电流，并且可以由于漏电流造成过量电力消耗和损坏。因此，主控制器150可以通过中断来处理激活的检测信号DET。
在操作S83中，执行用于输出警报信号S_ALA的操作。例如，主控制器150可以响应于激活的检测信号DET来输出控制信号CTRL，使得信号产生器160产生警报信号S_ALA。因此，USB设备100的用户可以识别异常状态的发生并采取必要的措施。
应当理解的是，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文中描述的实施例。对每个实施例中的特征或方面的描述一般应当被看作可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。
尽管已参考附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (20)

1.一种确保设备和对方设备之间的通用串行总线USB接口中的电力输送的方法，所述设备包括端口控制器和USB插座，所述方法包括：
所述端口控制器尝试通过使用所述USB插座的至少一个引脚来检测所述USB插座中发生漏电流的异常状态；以及
当检测到所述异常状态时，所述端口控制器断开连接在所述USB插座的电力引脚和所述设备的内部电路之间的开关，并且确定进入与所述对方设备分离的未附接状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个引脚是所述USB插座中的与电力引脚不同的任何引脚。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述USB插座被配置为支持USB Type-CTM标准，
所述电力引脚是VBUS引脚，以及
所述至少一个引脚包括CC1引脚、CC2引脚、D+引脚、D-引脚、SBU1引脚、SBU2引脚、TX1+引脚、TX1-引脚、TX2+引脚、TX2-引脚、RX1+引脚、RX1-引脚、RX2+引脚和RX2-引脚中的至少一个引脚。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述尝试检测异常状态包括：
将测试信号施加到所述至少一个引脚；以及
基于来自所述至少一个引脚的对所述测试信号的响应来检测所述异常状态。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述尝试检测异常状态包括：
检测所述USB插座的两个引脚之间的阻抗，所述两个引脚包括所述至少一个引脚；以及
基于检测到的阻抗来检测所述异常状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述尝试检测异常状态是以预设周期重复的。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：所述端口控制器检测连接到所述对方设备的附接状态，
其中，在检测到所述附接状态之后立即执行所述尝试检测异常状态。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：当检测到所述附接状态并且未检测到所述异常状态时，所述端口控制器接通所述开关。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：在所述开关接通之后，所述端口控制器检测与所述对方设备分离的未附接状态，
其中，当在未检测到所述未附接状态之后的某一时间段内没有信号发送/接收时，执行所述尝试检测异常状态。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：当所述异常状态发生时，所述端口控制器输出激活的检测信号。
11.一种被配置为提供通用串行总线USB接口的设备，所述设备包括：
USB插座，包括电力引脚；
开关，连接在所述电力引脚和所述设备的内部电路之间；以及
端口控制器，被配置为通过使用所述USB插座的至少一个引脚来检测所述USB插座中发生漏电流的异常状态，并且当检测到所述异常状态时，断开所述开关并且确定进入与对方设备分离的未附接状态。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述USB插座被配置为支持USB Type-CTM标准，
所述电力引脚是VBUS引脚，以及
所述至少一个引脚包括CC1引脚、CC2引脚、D+引脚、D-引脚、SBU1引脚、SBU2引脚、TX1+引脚、TX1-引脚、TX2+引脚、TX2-引脚、RX1+引脚、RX1-引脚、RX2+引脚和RX2-引脚中的至少一个引脚。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述开关包括串联连接在所述电力引脚和所述内部电路之间的两个或更多个晶体管，并且每个晶体管包括连接到所述端口控制器的控制端子。
14.根据权利要求11所述的设备，其中，所述端口控制器被配置为在发生所述异常状态时输出激活的检测信号，
所述设备还包括主控制器，所述主控制器被配置为响应于所述激活的检测信号而进入中断状态。
15.根据权利要求14所述的设备，还包括信号产生器，所述信号产生器被配置为输出能够被所述设备的用户识别的信号，
其中，所述主控制器被配置为响应于所述激活的检测信号控制所述信号产生器输出所述能够被用户识别的信号。
16.一种设备的端口控制器，
其中，所述端口控制器被配置为通过使用所述设备的USB插座中的与所述USB插座的电力引脚不同的至少一个引脚来检测所述USB插座中发生漏电流的异常状态，以及响应于检测到所述异常状态，产生用于断开连接在所述电力引脚和所述设备的内部电路之间的开关的开关控制信号。
17.根据权利要求16所述的端口控制器，其中，所述电力引脚是VBUS引脚，以及
所述至少一个引脚包括CC1引脚、CC2引脚、D+引脚、D-引脚、SBU1引脚、SBU2引脚、TX1+引脚、TX1-引脚、TX2+引脚、TX2-引脚、RX1+引脚、RX1-引脚、RX2+引脚和RX2-引脚中的至少一个引脚。
18.根据权利要求16所述的端口控制器，其中，所述端口控制器还被配置为在检测到所述设备连接到对方设备的附接状态之后立即尝试检测所述异常状态。
19.根据权利要求18所述的端口控制器，其中，所述端口控制器还被配置为当检测到所述附接状态且未检测到所述异常状态时接通所述开关。
20.根据权利要求19所述的端口控制器，其中，所述端口控制器还被配置为在所述开关接通之后检测所述设备与所述对方设备分离的未附接状态，并且当在未检测到所述未附接状态之后的某一时间段内没有信号发送或接收时，检测所述异常状态。
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