CN110988571B - 负载插入检测电路、系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种负载插入检测电路、系统和方法，该电路包括端口、比较器、电流处理模块、上拉模块、退出充电处理模块、下拉模块和触发器，其中端口用于连接负载，端口经由电流处理模块连接至比较器的一端，端口处设置有预设电压；当负载连接至端口时，比较器基于来自电流处理模块的经处理电流和基准电流来输出比较器的输出信号，上拉模块用于对端口电压进行上拉，触发器用于输出表征负载接入的第一信号；以及当负载从端口断开时，退出充电处理模块用于输出脉冲信号，下拉模块用于将端口电压调制在预设电压的预设范围内，触发器用于输出表征负载断开的第二信号。根据本发明实施例，可以检测出负载是插入还是断开状态，提高检测精度。

Description

负载插入检测电路、系统和方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体地，本发明涉及一种负载插入检测电路、系统和方法。

背景技术

在一个充电系统(例如，电池充电器、手机充电器、移动电源、车载充电器等)中，为了可以正确地使能系统的充电动作，需要对负载的“插入”状态进行检测。

图1示出了现有的负载插入检测电路的示意图，传统的对负载的“插入”状态进行检测的方法是通过使用一个专用端口，该端口中具有一个可以和弹片相连的引脚。其中，当端口悬空时，该引脚没有和弹片接触，从而其初始状态被上拉为一个高电平；当端口有负载插入时，机械外力使得弹片和引脚接触并连接至地。因此，端口从悬空到有负载插入，使得该引脚的电压从高电平变为低电平。该电压的变化可以作为负载插入的指示信号，进而可以检测到负载插入。

由于系统成本和尺寸的限制，负载插入检测方法迫切需要采用电子检测电路来实现。但应注意的是，电子检测电路存在诸多缺陷。例如，检测电路应该覆盖较大的负载变化范围，因为负载可以等效为几千欧姆至几十兆欧姆。然而，现有技术中，电子检测电路无法区分“空载”和大的负载电阻的状态，检测精度不高。

发明内容

为了解决现有技术中的一个或多个问题，本发明实施例提供了一种负载插入检测电路、系统和方法，通过上拉模块对端口电压进行上拉，通过下拉模块将端口电压调制在预设电压附近，通过电流处理模块对电流进行处理以使得比较器基于经处理电流和基准电流来输出比较器的输出信号，进而检测出负载是插入还是断开，在一定程度上提高了检测精度。

第一方面，本发明实施例提供一种负载插入检测电路，其特征在于，包括端口、比较器、电流处理模块、上拉模块、退出充电处理模块、下拉模块和触发器；其中，端口用于连接负载，端口经由电流处理模块连接至比较器的一输入端，比较器的另一输入端用于接收基准电流，并且其中，端口处设置有预设电压；当负载连接至端口时，比较器基于来自电流处理模块的经处理电流和基准电流来输出比较器的输出信号，上拉模块基于比较器的输出信号对端口电压进行上拉以维持比较器的输出信号，并且触发器基于比较器的输出信号来输出表征负载接入的第一信号；以及当负载从端口断开时，退出充电处理模块基于负载电流来输出脉冲信号，下拉模块基于比较器的输出信号和脉冲信号来将端口电压调制在预设电压的预设范围内，并且触发器基于脉冲信号来输出表征负载断开的第二信号。

根据本发明实施例提供的负载插入检测电路，退出充电处理模块包括退出充电检测电路和屏蔽脉冲发生器，退出充电检测电路用于基于负载电流来输出逻辑脉宽信号，屏蔽脉冲发生器用于基于逻辑脉宽信号来输出脉冲信号。

根据本发明实施例提供的负载插入检测电路，上拉模块包括上拉控制电路和上拉电路；其中，上拉控制电路包括缓冲器，上拉电路包括串联连接的第一开关和第一电阻；并且其中，缓冲器的一端连接至比较器的输出端，缓冲器的另一端连接至第一开关，端口连接至第一电阻；以使得上拉控制电路基于比较器的输出信号来控制上拉电路对端口电压进行上拉。

根据本发明实施例提供的负载插入检测电路，下拉模块包括下拉控制电路和下拉电路，负载插入检测电路还包括电容；其中，下拉控制电路包括第一反相器、第二反相器和第一与门，下拉电路包括串联连接的第二开关和第二电阻；并且其中，第一反相器的输入端连接至比较器的输出端，第二反相器的输入端连接至退出充电处理模块的输出端，第一反相器和第二反相器的输出端均连接至第一与门的输入端，第一与门的输出端连接至第二开关，端口的一端用于经由电容连接至负载，端口的另一端连接至第二电阻；以使得下拉控制电路基于比较器的输出信号和脉冲信号来控制下拉电路对电容进行放电，进而将端口电压调制在预设电压的预设范围内。

根据本发明实施例提供的负载插入检测电路，电流处理模块包括电流检测电路和电流放大电路，其中，电流检测电路包括偏置模块和第一晶体管，并且电流放大电路包括第一晶体管和第二晶体管；其中，第一晶体管的栅极连接至第二晶体管的栅极，第一晶体管和第二晶体管的源极连接至电源电压，并且第一晶体管的漏极连接至端口和偏置模块的一端，偏置模块的另一端接地，第二晶体管的漏极连接至比较器的一端，比较器的另一端连接至基准模块的一端，基准模块的另一端接地，基准模块用于产生基准电流。

根据本发明实施例提供的负载插入检测电路，第一晶体管包括P型金属氧化物半导体晶体管，第二晶体管包括P型金属氧化物半导体晶体管。

根据本发明实施例提供的负载插入检测电路，还包括信号处理模块、计时器和第二与门；其中，信号处理模块的第一输入端连接至比较器的输出端，信号处理模块的第二输入端连接至退出充电处理模块的输出端，信号处理模块的输出端连接至计时器的复位端；第二与门的第一输入端连接至比较器的输出端，第二与门的第二输入端连接至计时器的输出端；触发器的时钟输入端连接至第二与门的输出端，触发器的清零端连接至退出充电处理模块的输出端；其中，比较器和计时器用于当负载充满且未被拔出时，不会导致触发器输出表征负载插入的第一信号。

根据本发明实施例提供的负载插入检测电路，信号处理模块包括延迟子模块、第三反相器和或门；其中，延迟子模块的输入端连接至比较器的输出端，延迟子模块的输出端连接至或门的一输入端，退出充电处理模块的输出端经由第三反相器连接至或门的另一输入端，或门的输出端连接至计时器的复位端。

第二方面，本发明实施例提供了一种负载插入检测系统，包括如第一方面所述的负载插入检测电路。

第三方面，本发明实施例提供了一种用于负载插入检测电路的负载插入检测方法，负载插入检测电路包括端口、比较器、电流处理模块、上拉模块、退出充电处理模块、下拉模块和触发器，负载插入检测方法包括由负载插入检测电路执行以下操作：在负载插入检测电路空载的情况下，在与负载连接的端口处设置有预设电压；当负载连接至端口时，基于来自电流处理模块的经处理电流和基准电流使得比较器来输出比较器的输出信号，基于比较器的输出信号使得上拉模块对端口电压进行上拉以维持比较器的输出信号，并且基于比较器的输出信号使得触发器来输出表征负载接入的第一信号；以及当负载从端口断开时，基于负载电流使得退出充电处理模块来输出脉冲信号，基于比较器的输出信号和脉冲信号使得下拉模块将端口电压调制在预设电压的预设范围内，并且基于脉冲信号使得触发器来输出表征负载断开的第二信号。

根据本发明实施例提供的负载插入检测方法，负载插入检测电路还包括计时器，负载插入检测方法还包括：当负载充满且未从端口断开时，若负载电流大于上拉电流并且负载电流减去上拉电流得到的电流经过电流处理模块处理得到的电流大于基准电流，则比较器输出高电平，并且计时器被重置，使得计时器输出低电平，从而不会导致触发器输出第一信号。

根据本发明实施例提供的负载插入检测方法，负载插入检测电路还包括计时器，负载插入检测方法还包括：当负载充满且未从端口断开时，若负载电流小于上拉电流，则端口电压被上拉至大于预设电压，使得电流处理模块输出低电平，进而使得比较器输出低电平，基于比较器的输出信号使得上拉模块断开，并且计时器开始计数，在计时器计满之前，负载电流将端口电压调制在预设电压的预设范围内，使得电流处理模块开始工作；其中，若经电流处理模块处理的负载电流大于基准电流，则比较器输出高电平，并且计时器被重置，使得计时器输出低电平，基于计时器的输出信号使得不会导致触发器输出第一信号。

根据本发明实施例提供的负载插入检测方法，负载插入检测电路还包括计时器，负载插入检测方法还包括：当负载充满且未从端口断开时，若负载电流小于上拉电流，则端口电压被上拉至大于预设电压，使得电流处理模块输出低电平，进而使得比较器输出低电平，基于比较器的输出信号使得上拉模块断开，并且计时器开始计数，在计时器计满之前，负载电流将端口电压调制在预设电压的预设范围内，使得电流处理模块开始工作；其中，若经电流处理模块处理的负载电流小于基准电流，则比较器输出低电平，并且计时器开始计数直至计满为止，使得计时器输出高电平，基于比较器的输出信号使得不会导致触发器输出第一信号。

本发明实施例提供的负载插入检测电路、系统和方法，可以检测出负载是插入还是断开，在一定程度上提高了检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了现有的负载插入检测电路的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的负载插入电测电路的结构示意图；

图3示出了在屏蔽时间期间端口电压的变化情况的曲线示意图；

图4示出了如图2所示的负载插入检测电路的具体示例的结构示意图；

图5示出了根据本发明另一实施例的负载插入检测电路的结构示意图；

图6示出了如图5所示的负载插入检测电路的具体示例的结构示意图；

图7示出了根据本发明一个实施例的负载插入检测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合具体示例对本发明实施例进行详细地描述，以便于更好地理解本发明。

参考图2，图2示出了根据本发明一个实施例的负载插入电测电路的结构示意图。

作为一个示例，如图2所示，该负载插入检测电路可以包括端口、比较器、电流处理模块110、上拉模块120、退出充电处理模块130、下拉模块140和触发器。

作为一个示例，端口的一端可以经由电容C1连接至负载，端口的另一端可以连接至电流处理模块110的输入端，并且在端口处可以设置有预设电压，电流处理模块110的输出端可以连接至比较器的正相输入端，比较器的负相输入端用于接收基准电流，比较器的输出端可以连接至触发器的时钟输入端，比较器的输出端还可以经由上拉模块120连接至电流处理模块110的输入端，并且比较器的输出端还可以经由下拉模块140连接至电流处理模块110的输入端，并且其中，上拉模块120的一端可以连接至电源电压，下拉模块140的一端可以接地。

其中，电流处理模块110在端口处设置了预设电压Vinit(例如，2.5V)。

此外，退出充电处理模块130的输入端可以连接至负载，退出充电处理模块130的输出端可以连接至触发器的清零端，并且退出充电处理模块130的输出端还可以连接至下拉模块140。

当负载连接至端口时(例如，负载插入)，比较器基于来自电流处理模块110的经处理电流和基准电流Iref来输出比较器的输出信号，上拉模块120基于比较器的输出信号对端口电压进行上拉以维持比较器的输出信号，并且触发器基于比较器的输出信号来输出表征负载接入的第一信号。

当负载从端口断开时(例如，负载被拔出)，退出充电处理模块130基于负载电流来输出脉冲信号，下拉模块基于比较器的输出信号和脉冲信号来将端口电压调制在预设电压的预设范围内，并且触发器基于脉冲信号来输出表征负载断开的第二信号。

作为一个示例，当负载连接至端口时，负载的等效电阻会从电流处理模块110中抽取一个电流，接下来电流处理模块110将处理该电流，并且通过比较器将经处理的电流与基准电流Iref进行比较。其中，如果经处理的电流大于基准电流，则比较器将输出高电平(例如，逻辑“1”)，并且在比较器输出高电平时，上拉模块开始工作以使得上拉模块用于对端口电压进行上拉以维持比较器的输出信号处于高电平，防止比较器输出低电平，并且基于比较器的输出信号来触发触发器，使得触发器输出表征负载插入的第一信号，即Det_out＝1，表示充电系统检测到插入动作。

作为一个示例，当负载从端口断开时，此时负载电流很小甚至为0，退出充电处理模块130检测到该负载电流小于预设阈值，则触发退出充电处理模块130开始工作，由退出充电处理模块130来输出低电平脉冲信号clr(例如，100ms的脉宽)，利用该脉冲信号来重置触发器，使得触发器输出表征负载拔出的第二信号，即Det_out＝0，表示负载已经充满并且允许充电系统等待下一次插入检测。

此外，当负载从端口断开时，当比较器的输出稳定的情况下，比较器的输出信号为低电平，在比较器的输出为低电平并且clr为低电平的情况下，下拉模块140开始工作，以使得下拉模块140对端口外部的电容C1进行放电，直至端口处的电压达到Vinit。这样系统便回到了上面描述的初始状态，该检测过程一直重复下去。

通过本发明实施例提供的上述负载插入检测电路，可以检测出负载是接入还是断开状态，在一定程度上提高了测量精度。

具体地，电流处理模块110可以包括电流检测电路和电流放大电路，上拉模块120可以包括上拉电路和上拉控制电路，下拉模块140可以包括下拉电路和下拉控制电路，并且退出充电处理模块130可以包括退出充电检测电路和屏蔽脉冲发生器。

作为一个示例，再次参考图2，上拉电路和下拉电路串联连接在电源电压与地之间，并且上拉电路和下拉电路之间的公共端点可以连接至端口，端口可以经由电容C1连接至负载，并且上拉电路和下拉电路之间的公共端点还可以经由电流检测电路和电流放大电路连接至比较器的正相输入端，比较器的负相输入端可以用于接收基准电流，比较器的输出端可以连接至触发器的时钟输入端，比较器的输出端可以经由上拉控制电路连接至上拉电路，比较器的输出端还可以经由下拉控制电路连接至下拉电路。

此外，在一些实施例中，退出充电检测电路的输入端可以连接至负载，在这种情况下，退出充电检测电路中内置有负载电流检测模块，进而通过内置电流检测模块对负载电流进行检测，在其他实施例中，退出充电检测电路的输入端可以经由负载电流检测模块连接至负载，进而通过外置负载电流检测模块对负载电流进行检测，本发明对此不做限制，并且退出充电检测电路的输出端可以连接至屏蔽脉冲发生器的输入端，屏蔽脉冲发生器的输出端可以连接至触发器的清零端。

作为一个示例，当负载连接至端口时，负载的等效电阻会从电流检测电路中抽取一个电流，接下来电流放大电路将放大该电流，并且通过比较器将经放大的电流与基准电流Iref进行比较。其中，如果经放大的电流大于基准电流，则比较器将输出高电平(例如，逻辑“1”)，上拉控制电路对比较器的输出信号进行处理得到Vpup，当Vpup变为高电平(例如，逻辑“1”)时，则上拉电路开始工作以对端口电压进行上拉，从而维持比较器的输出信号处于高电平，防止比较器输出低电平，并且基于比较器的输出信号Comp_out来触发触发器，使得触发器输出表征负载插入的第一信号，即Det_out＝1，表示充电系统检测到插入动作。

应该注意的是，等效上拉电流值大于基准电流值，这是因为只有当经放大的电流值大于基准电流值时，比较器的输出才为高电平，故当等效上拉电流值大于基准电流值时，比较器的输出必然为高电平。

当负载从端口断开时，退出充电检测电路基于负载电流开始工作，由退出充电检测电路来输出逻辑脉宽信号，屏蔽脉冲发生器基于该逻辑脉宽信号来输出脉冲信号，并且下拉电路用于将端口电压调制在预设电压的预设范围内，触发器基于该脉冲信号来输出表征负载拔出的第二信号。

作为一个示例，当负载从端口断开时，此时负载电流很小甚至为0，在退出充电检测电路中内置有负载电流检测模块的实施例中，若退出充电检测电路检测到该负载电流小于预设阈值，则触发退出充电检测电路开始工作以产生逻辑脉宽信号，在退出充电检测电路与负载之间连接有负载电流检测模块的实施例中，若负载电流检测模块检测到该负载电流小于预设阈值，则触发退出充电检测电路开始工作以产生逻辑脉宽信号，进而由屏蔽脉冲发生器基于该逻辑脉宽信号来产生低电平脉冲信号clr(例如，100ms的脉宽)，利用该脉冲信号来重置触发器，使得触发器输出表征负载断开的第二信号，即Det_out＝0，表示负载已经充满并且允许充电系统等待下一次插入检测。

作为一个示例，当负载从端口断开时，当比较器的输出稳定时，比较器的输出信号为低电平，该比较器的输出信号和脉冲信号经过下拉控制电路处理变为Vpdwn，当Vpdwn为高电平时，下拉电路开始工作以对端口外部的电容C1进行放电，直至端口处的电压达到Vinit。这样系统便回到了上面描述的初始状态，该检测过程一直重复下去。

应当注意的是，在屏蔽时间期间下拉电路和上拉电路可以交替对端口产生作用，使得端口电压被调制在Vinit附近，如图3所示，其调制的波形幅度和时间受电容C1的容值影响，其中屏蔽时间是指Tblk对应的时间。

参考图4，图4示出了如图2所示的负载插入检测电路的具体示例的结构示意图。

作为一个示例，如图4所示，上拉控制电路可以包括缓冲器，上拉电路可以包括串联连接的开关SW1和电阻R1，当比较器输出高电平时，开关SW1导通，进而上拉电路开始工作。

作为一个示例，如图4所示，下拉控制电路可以包括第一反相器、第二反相器和第一与门，下拉电路可以包括串联连接的开关SW2和电阻R2。

其中，第一反相器的输入端可以连接至比较器的输出端，第二反相器的输入端可以连接至屏蔽脉冲发生器的输出端，第一反相器和第二反相器的输出端均连接至第一与门的输入端，第一与门的输出端可以连接至开关SW2。

当负载从端口断开时，在比较器的输出稳定的情况下，比较器的输出信号为低电平，Comp_out的反相信号与clr的反相信号相与产生信号Vpdwn，当Vpdwn为逻辑1时，开关SW2导通，进而下拉电路开始工作，以使得下拉电路对端口外部的电容C1进行放电，直至端口处的电压达到Vinit。这样系统便回到了上面描述的初始状态，该检测过程一直重复下去。

参考图5，图5示出了根据本发明另一实施例的负载插入检测电路的结构示意图。

作为一个示例，图5所示的负载插入检测电路除了包括前述实施例中包含的各个组件之外，还可以包括信号处理模块、计时器和第二与门，其中信号处理模块的第一输入端可以连接至比较器的输出端，信号处理模块的第二输入端可以连接至退出充电处理模块的输出端，信号处理模块的输出端可以连接至计时器的复位端；第二与门的第一输入端可以连接至比较器的输出端，第二与门的第二输入端可以连接至计时器的输出端；触发器的时钟输入端可以连接至第二与门的输出端，触发器的清零端可以连接至退出充电处理模块的输出端；其中比较器和计时器可以用于当负载充满且未被拔出时，不会导致触发器输出表征负载插入的第一信号。

为了简单起见，与前述实施例中相同的组件在此不再进行描述。

作为一个示例，当没有负载插入时，即在空闲状态下，上拉电路和下拉电路均不工作，电流检测电路检测到的电流为0，故比较器的输出信号Comp_out为低电平。并且计时器开始计数直至计满为止。当计时器的输出Det_en＝1时，表示计时器计满并且允许负载插入检测的信号传输进来。否则，当计时器的输出Det_en＝0时，表示不允许负载插入检测的信号传输进来。因此，当计时器的输出Det_en＝1时，系统等待下一次插入动作。

当负载插入时，类似于前述实施例中描述的，比较器将经放大的电流与基准电流Iref进行比较。其中，如果经放大的电流大于基准电流，则比较器将翻转并且Comp_out变为逻辑1，该输出信号经上拉控制电路(例如，缓冲器)驱动后变为Vpup，当Vpup变为1时，开关SW1导通，上拉电路开始工作，从而利用上拉电路对端口电压进行上拉以维持比较器的输出信号处于高电平，防止其变为低电平。

同时，由于计时器的输出Det_en＝1，则比较器的Comp_out的上升沿可以通过第二与门，并且触发触发器(例如，D触发器)来锁存状态Det_out＝1。当Det_out＝1时，表示充电系统检测到插入动作。

类似于前述实施例中描述的，当负载从端口断开时，退出充电检测电流检测到负载电流小于预设阈值而输出一个逻辑脉宽信号到屏蔽脉冲发生器，屏蔽脉冲发生器由此产生一个低电平宽脉冲信号clr来重置D触发器，使得Det_out变为逻辑0，表示负载已经充满，允许充电系统等待下一次插入检测。

同时，低电平宽脉冲信号clr和比较器的输出信号Comp_out经由信号处理模块的处理得到经处理的信号，将经信号处理模块处理得到的信号输入计时器的复位端，第二与门将对比较器的输出信号Comp_out和计时器的输出信号Det_en相与得到的信号输入触发器中，使得Det_out变为逻辑0，表示负载已经充满，允许充电系统等待下一次插入检测。并且利用下拉电路对端口电压进行调制的过程类似于前述实施例，在此不再详述。

通过本发明实施例提供的上述负载插入检测电路，可以通过利用比较器的输出信号和计时器的输出信号来控制触发器的输出信号，使得在充电动作结束后，负载依然保持连接至端口的情况下，能够识别出负载依然插入的同时不会再次误检测到负载再次插入，具体细节将在下面进行描述。

现有技术中，针对充电动作结束后，负载依然保持连接至端口的情况，无法在识别出负载依然插入的同时不会再次误检测到负载再次插入。

在本发明实施例中，如果负载充满了，但还没有从端口断开时，负载依然会拉一个很小的电流。以上实施例中描述的负载从端口断开检测机制对这种状态依然有效，但是需要考虑三个方面，具体如下：

首先，负载电流大于由开关SW1和电阻R1形成的上拉电流，负载电流减去由开关SW1和电阻R1形成的上拉电流并且经过电流检测和放大之后形成的电流大于基准电流，此时比较器的输出信号Comp_out将变为逻辑1。但是这种情况不会被认为是负载连接至端口，因为在屏蔽时间内计时器一直被重置，使得Det_en为逻辑0，从而阻止比较器的输出去触发D触发器。接下来，由开关SW1和电阻R1形成的上拉电路对端口电压进行上拉。当残余的负载电流大于上拉电流时，使得端口电压小于预设电压Vinit，比较器的输出信号Comp_out保持为逻辑1，而Det_en将一直保持为逻辑0。因此，系统不会误检测，不会判断负载连接至端口而再次开启充电动作。

其次，负载电流小于开关SW1和电阻R1形成的上拉电流，端口电压被上拉至大于初始电压Vinit的电压值。这样会使得电流检测电路的输出为逻辑0，从而电流放大电路的输出也为逻辑0，从而导致比较器的输出信号Comp_out也变为逻辑0。然后上拉电路会被断开，计时器开始计时。在计时器计满之前，由于还是上拉电路被断开，即上拉电流变为0，负载电流会再次将端口电压拉低至Vinit附近，这时电流检测电路再次工作。应该注意的是，如果经放大的负载电流大于参考电流，则会使得比较器的输出信号Comp_out变为逻辑1，并且重置计时器，接下来上拉电路再次被导通。该过程重复持续进行，而信号Det_en始终为逻辑0，故不会发生负载插入的误检测。上面描述的过程重复进行直至负载被断开。

再次，负载电流小于开关SW1和电阻R1形成的上拉电流，端口电压被上拉至大于初始电压Vinit的电压值。这样会使得电流检测电路的输出为逻辑0，从而电流放大电路的输出也为逻辑0，从而导致比较器的输出信号Comp_out也变为逻辑0。然后上拉电路会被断开，计时器开始计时。在计时器计满之前，由于还是上拉电路被断开，即上拉电流变为0，负载电流会再次将端口电压拉低至Vinit附近，这时电流检测电路再次工作。应该注意的是，如果经放大的负载电流小于参考电流，则会使得比较器的输出信号Comp_out维持为逻辑0，使得计时器计数直至计满为止。然后信号Det_en变为逻辑1。然而，由于比较器的输出没有上升沿信号。因此，D触发器不会被触发。除非负载被拔出后再次将负载插入，因此也不会发生误检测。

通过以上结合实施例进行的分析和描述，只有在负载拔出之后，本发明实施例提供的负载插入检测电路、系统和方法才会允许检测下一次的插入动作。因此，本发明实施例提供的负载插入检测电路、系统和方法能够有效无误地检测到负载的物理插入动作。

参考图6，图6示出了如图5所示的负载插入检测电路的具体示例的结构示意图。

作为一个示例，如图6所示，信号处理模块包括延迟子模块、第三反相器和或门；其中，延迟子模块的输入端可以连接至比较器的输出端，延迟子模块的输出端可以连接至或门的一输入端，屏蔽脉冲发生器的输出端可以经由第三反相器连接至或门的另一输入端，或门的输出端可以连接至计时器的复位端。其工作原理与前述实施例相同，在此不再详述。

作为一个示例，如图6所示，电流处理模块包括电流检测电路和电流放大电路，其中，电流检测电路包括偏置模块(例如Ibias模块)和第一晶体管(例如PMOS晶体管M1)，并且电流放大电路包括第一晶体管(例如，PMOS晶体管M1)和第二晶体管(例如，PMOS晶体管M2)；其中，第一晶体管的栅极连接至第二晶体管的栅极，第一晶体管和第二晶体管的源极连接至电源电压，并且第一晶体管的漏极连接至端口和偏置模块的一端，偏置模块的另一端接地，第二晶体管的漏极连接至比较器的一端，比较器的另一端连接至基准模块的一端，基准模块的另一端接地，基准模块用于产生基准电流。

其中，二极管形式连接的晶体管M1和电流检测电路的偏置电流Ibias共同确定了端口处的预设电压为：

V_init＝V_dd-V_gs (1)

其中，V_gs为M1的栅源电压。

M1和M2的电流比例1：k实现了电流的放大。并且当I_ref满足如下公式时，比较器的输出将翻转：

I_ref<k×(I_load+I_bias) (2)

因此在插入检测电路中，选择适当的I_bias和I_ref可以定义最小的可检测的负载电流。例如，I_bias＝0.5uA，I_ref＝4uA，并且k＝4，表示最大可检测的负载电阻为1.25兆欧姆。

此外，本发明实施例还提供了一种负载插入检测系统，该负载插入检测系统可以包括前述实施例中描述的任意一种负载插入检测电路。

参考图7，图7示出了根据本发明一个实施例的负载插入检测方法的流程示意图。其中，负载插入检测电路包括端口、比较器、电流处理模块、上拉模块、退出充电处理模块、下拉模块和触发器，该负载插入检测方法700包括由所述负载插入检测电路执行以下操作：

S710，在负载插入检测电路空载的情况下，在与负载连接的端口处设置有预设电压。

S720，当负载连接至端口时，基于来自电流处理模块的经处理电流和基准电流使得比较器来输出比较器的输出信号，基于比较器的输出信号使得上拉模块对端口电压进行上拉以维持比较器的输出信号，并且基于比较器的输出信号使得触发器来输出表征负载接入的第一信号。

S730，当负载从端口断开时，基于负载电流使得退出充电处理模块来输出脉冲信号，基于比较器的输出信号和脉冲信号使得下拉模块将端口电压调制在预设电压的预设范围内，并且基于脉冲信号使得触发器来输出表征负载断开的第二信号。

根据本发明实施例的负载插入检测方法的其他细节与以上结合图1至图6描述的根据本发明实施例的负载插入检测电路类似，在此将不再赘述。

综上，通过本发明实施例提供的负载插入检测电路、系统和方法，通过上拉模块对端口电压进行上拉，通过下拉模块将端口电压调制在预设电压附近，通过电流处理模块对电流进行处理以使得比较器基于经处理电流和基准电流来输出比较器的输出信号，进而检测出负载是插入还是断开，在一定程度上提高了检测精度。

此外，通过本发明实施例提供的负载插入检测电路、系统和方法，针对负载已经充满但未与端口断开的情况，还能够识别负载依然插入的同时不会再次误检测到负载再次插入。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种负载插入检测电路，其特征在于，包括端口、比较器、电流处理模块、上拉模块、退出充电处理模块、下拉模块和触发器，所述下拉模块包括下拉控制电路和下拉电路，所述负载插入检测电路还包括电容；其中

端口用于连接负载，所述端口经由所述电流处理模块连接至所述比较器的一输入端，所述比较器的另一输入端用于接收基准电流，并且其中，所述端口处设置有预设电压；

当负载连接至所述端口时，所述比较器基于来自所述电流处理模块的经处理的负载电流和基准电流来输出所述比较器的输出信号，所述上拉模块基于所述比较器的输出信号对端口电压进行上拉以维持所述比较器的输出信号，并且所述触发器基于所述比较器的输出信号来输出表征负载接入的第一信号；以及

当负载从所述端口断开时，所述退出充电处理模块基于负载电流来输出脉冲信号，所述下拉模块基于所述比较器的输出信号和所述脉冲信号来将所述端口电压调制在所述预设电压的预设范围内，并且所述触发器基于所述脉冲信号来输出表征负载断开的第二信号；

所述下拉控制电路基于所述比较器的输出信号和所述脉冲信号来控制所述下拉电路对所述电容进行放电，进而将所述端口电压调制在所述预设电压的预设范围内。

2.根据权利要求1所述的负载插入检测电路，其特征在于，所述退出充电处理模块包括退出充电检测电路和屏蔽脉冲发生器，所述退出充电检测电路用于基于所述负载电流来输出逻辑脉宽信号，所述屏蔽脉冲发生器用于基于所述逻辑脉宽信号来输出所述脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的负载插入检测电路，其特征在于，所述上拉模块包括上拉控制电路和上拉电路；其中

所述上拉控制电路包括缓冲器，所述上拉电路包括串联连接的第一开关和第一电阻；并且其中

所述缓冲器的一端连接至所述比较器的输出端，所述缓冲器的另一端连接至所述第一开关，所述端口连接至所述第一电阻；

以使得所述上拉控制电路基于所述比较器的输出信号来控制所述上拉电路对所述端口电压进行上拉。

4.根据权利要求1所述的负载插入检测电路，其特征在于，

所述下拉控制电路包括第一反相器、第二反相器和第一与门，所述下拉电路包括串联连接的第二开关和第二电阻；并且其中

所述第一反相器的输入端连接至所述比较器的输出端，所述第二反相器的输入端连接至所述退出充电处理模块的输出端，所述第一反相器和所述第二反相器的输出端均连接至所述第一与门的输入端，所述第一与门的输出端连接至所述第二开关，所述端口的一端用于经由所述电容连接至负载，所述端口的另一端连接至所述第二电阻。

5.根据权利要求1所述的负载插入检测电路，其特征在于，所述电流处理模块包括电流检测电路和电流放大电路，其中，所述电流检测电路包括偏置模块和第一晶体管，并且所述电流放大电路包括所述第一晶体管和第二晶体管；其中

所述第一晶体管的栅极连接至所述第二晶体管的栅极，所述第一晶体管和所述第二晶体管的源极连接至电源电压，并且所述第一晶体管的漏极连接至端口和所述偏置模块的一端，所述偏置模块的另一端接地，所述第二晶体管的漏极连接至所述比较器的一端，所述比较器的另一端连接至基准模块的一端，所述基准模块的另一端接地，所述基准模块用于产生所述基准电流。

6.根据权利要求5所述的负载插入检测电路，其特征在于，所述第一晶体管包括P型金属氧化物半导体晶体管，所述第二晶体管包括P型金属氧化物半导体晶体管。

7.根据权利要求1所述的负载插入检测电路，其特征在于，还包括信号处理模块、计时器和第二与门；其中

所述信号处理模块的第一输入端连接至所述比较器的输出端，所述信号处理模块的第二输入端连接至所述退出充电处理模块的输出端，所述信号处理模块的输出端连接至所述计时器的复位端；

所述第二与门的第一输入端连接至所述比较器的输出端，所述第二与门的第二输入端连接至所述计时器的输出端；

所述触发器的时钟输入端连接至所述第二与门的输出端，所述触发器的清零端连接至所述退出充电处理模块的输出端；其中

所述比较器和所述计时器用于当负载充满且未被拔出时，不会导致所述触发器输出所述第一信号。

8.根据权利要求7所述的负载插入检测电路，其特征在于，所述信号处理模块包括延迟子模块、第三反相器和或门；其中

所述延迟子模块的输入端连接至所述比较器的输出端，所述延迟子模块的输出端连接至所述或门的一输入端，所述退出充电处理模块的输出端经由所述第三反相器连接至所述或门的另一输入端，所述或门的输出端连接至所述计时器的复位端。

9.一种负载插入检测系统，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的负载插入检测电路。

10.一种用于负载插入检测电路的负载插入检测方法，其特征在于，所述负载插入检测电路包括端口、比较器、电流处理模块、上拉模块、退出充电处理模块、下拉模块和触发器，所述下拉模块包括下拉控制电路和下拉电路，所述负载插入检测电路还包括电容，所述负载插入检测方法包括由所述负载插入检测电路执行以下操作：

在所述负载插入检测电路空载的情况下，在与负载连接的端口处设置有预设电压；

当负载连接至所述端口时，基于来自所述电流处理模块的经处理的负载电流和基准电流使得所述比较器来输出所述比较器的输出信号，基于所述比较器的输出信号使得所述上拉模块对端口电压进行上拉以维持所述比较器的输出信号，并且基于所述比较器的输出信号使得所述触发器来输出表征负载接入的第一信号；以及

当负载从所述端口断开时，基于负载电流使得所述退出充电处理模块来输出脉冲信号，基于所述比较器的输出信号和所述脉冲信号使得所述下拉模块将所述端口电压调制在所述预设电压的预设范围内，并且基于所述脉冲信号使得所述触发器来输出表征负载断开的第二信号；

基于所述比较器的输出信号和所述脉冲信号使得所述下拉控制电路来控制所述下拉电路对所述电容进行放电，进而将所述端口电压调制在所述预设电压的预设范围内。

11.根据权利要求10所述的负载插入检测方法，其特征在于，所述负载插入检测电路还包括计时器，所述负载插入检测方法还包括：

当负载充满且未从所述端口断开时，若负载电流大于上拉电流并且所述负载电流减去所述上拉电流得到的电流经过所述电流处理模块处理得到的电流大于所述基准电流，则所述比较器输出高电平，并且所述计时器被重置，使得所述计时器输出低电平，从而不会导致所述触发器输出所述第一信号。

12.根据权利要求10所述的负载插入检测方法，其特征在于，所述负载插入检测电路还包括计时器，所述负载插入检测方法还包括：

当负载充满且未从所述端口断开时，若负载电流小于上拉电流，则端口电压被上拉至大于所述预设电压，使得所述电流处理模块输出低电平，进而使得所述比较器输出低电平，基于所述比较器的输出信号使得所述上拉模块断开，并且所述计时器开始计数，在所述计时器计满之前，所述负载电流将所述端口电压调制在所述预设电压的预设范围内，使得所述电流处理模块开始工作；其中

若经所述电流处理模块处理的负载电流大于所述基准电流，则所述比较器输出高电平，并且所述计时器被重置，使得所述计时器输出低电平，基于所述计时器的输出信号使得不会导致所述触发器输出所述第一信号。

13.根据权利要求10所述的负载插入检测方法，其特征在于，所述负载插入检测电路还包括计时器，所述负载插入检测方法还包括：

当负载充满且未从所述端口断开时，若负载电流小于上拉电流，则端口电压被上拉至大于所述预设电压，使得所述电流处理模块输出低电平，进而使得所述比较器输出低电平，基于所述比较器的输出信号使得所述上拉模块断开，并且所述计时器开始计数，在所述计时器计满之前，所述负载电流将所述端口电压调制在所述预设电压的预设范围内，使得所述电流处理模块开始工作；其中

若经所述电流处理模块处理的负载电流小于所述基准电流，则所述比较器输出低电平，并且所述计时器开始计数直至计满为止，使得所述计时器输出高电平，基于所述比较器的输出信号使得不会导致所述触发器输出所述第一信号。

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