CN111130328A - 介面电路以及控制介面电路内的开关电路的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明披露一种介面电路以及控制介面电路内的开关电路的方法，该介面电路包含有一开关电路、一过压检测电路以及一控制信号产生电路。在该介面电路的操作中，该开关电路用以自一输入端点接收一输入信号，并选择性地将该输入信号传送至一内部电路；该过压检测电路用以检测该输入信号的一电压准位是否高于一临界值，并据以产生至少一过压信号；以及该控制信号产生电路用以根据该至少一过压信号以产生一控制信号以控制该开关电路，以控制该开关电路处于至少三种不同的状态的其中之一。

Description

介面电路以及控制介面电路内的开关电路的方法
技术领域
本发明是有关于介面电路，尤指一种具有过压保护的介面电路。
背景技术
传统的通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)连接头中，为了避免突发的高压通过连接头的输入端点传送到内部的低压元件，连接头内部的介面电路会设有一个开关电路以相关的过压保护电路，以在有高压发生的时候瞬间快速地关闭该开关电路来避免内部的低压元件受到损坏。然而，快速关闭该开关电路的缺点是容易被噪声干扰而误将开关元件关闭，举例来说，过压保护电路可能在连接头的输入端点稍有电压突波的情形下便会关闭开关电路，因而导致信号传输中断，进而造成相关电路运作不正常的问题。另一方面，如果延长过压保护电路的反应速度，则又有可能增加后端低压元件受损的风险。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种介面电路及控制介面电路内的开关电路的方法，其可以避免开关电路因为稍有电压突波便关闭，且仍然可以有效地保护后端低压电路，以解决先前技术中所述的问题。
在本发明的一个实施例中，披露了一种介面电路，其包含有一开关电路、一过压检测电路以及一控制信号产生电路。在该介面电路的操作中，该开关电路用以自一输入端点接收一输入信号，并选择性地将该输入信号传送至一内部电路；该过压检测电路用以检测该输入信号的一电压准位是否高于一临界值，并据以产生至少一过压信号；以及该控制信号产生电路用以根据该至少一过压信号以产生一控制信号以控制该开关电路，以控制该开关电路处于至少三种不同的状态的其中之一。
在本发明的另一个实施例中，披露了一种控制一介面电路内的开关电路的方法，其中该开关电路用以自一输入端点接收一输入信号，并选择性地将该输入信号传送至一内部电路，且该方法包含有：检测该输入信号的一电压准位是否高于一临界值，并据以产生至少一过压信号；以及根据该至少一过压信号以产生一控制信号以控制该开关电路，以控制该开关电路处于至少三种不同的状态的其中之一。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的介面电路的示意图。
图2为本发明一实施例的过压检测电路以及控制信号产生电路的操作示意图。
图3为本发明一实施例的共模电压以及控制信号的示意图。
图4示出了本发明一实施例的介面电路遇到噪声干扰时过压检测电路以及控制信号产生电路的操作示意图。
图5为根据本发明另一实施例的介面电路的示意图。
图6为根据本发明一实施例的控制一介面电路内的开关电路的方法的流程图。
具体实施方式
图1为根据本发明一实施例的介面电路100的示意图。如图1所示，介面电路100包含了两个输入端点N1、N2、包含两个晶体管M1、M2的开关电路110、一过压检测电路120、一控制信号产生电路130以及一内部电路140，其中控制信号产生电路130包含了一共模电压产生电路132以及一电压调节器134。在本实施例中，介面电路100是为符合USB 3.0规格的介面电路，且介面电路100是制作在一USB连接头中以接收来自另一装置的输入信号V1、V2(本实施例中为差动信号)，并通过开关电路110选择性地将输入信号V1、V2传送至后端的内部电路140，但本发明并不以此为限。
在介面电路100的操作中，在正常状况下，参考图2所示的时间0～t1的区间，输入信号V1、V2的电压准位在一范围之内(即，没有过压)，此时共模电压产生电路132会根据输入信号V1、V2以产生一共模电压VCM，其中共模电压VCM可以是输入信号V1、V2的平均值，接着电压调节器134将共模电压VCM提升一第一电压准位VPUMP1后产生一控制信号Vc，以控制开关电路110中的晶体管M1、M2处于导通状态。在本实施例中，第一电压准位VPUMP1可以是较高的电压值，例如5伏特，而控制信号Vc则作为晶体管M1、M2的闸极控制电压，即在正常状况下晶体管M1、M2具有很高的闸极电压以确保开关电路110可以顺利导通以让输入信号V1、V2传送至后端的内部电路140。
接着，当过压检测电路120开始检测到输入信号V1、V2的电压准位高于一临界值VTH时，例如图2所示的时间点t1，此时过压检测电路120会产生一第一过压信号OVP1至电压调节器134，且电压调节器134会将共模电压VCM改为提升一第二电压准位VPUMP2后产生控制信号Vc，以控制开关电路110中的晶体管M1、M2处于导通状态。在本实施例中，第二电压准位VPUMP2可以是较低的电压值，例如2伏特，即当过压检测电路120开始检测到输入信号V1、V2的电压准位高于临界值VTH时，电压调节器134所产生的控制信号Vc可以视为能够让晶体管M1、M2导通的较低闸极电压，此时开关电路110仍然可以让输入信号V1、V2传送至后端的内部电路140。
在本实施例中，过压检测电路120可以检测输入信号V1、V2的共模电压是否高于临界值VTH以产生第一过压信号OVP1，且共模电压产生电路132所输出的共模电压VCM是具有一上限值，以使得晶体管M1、M2可以顺利地被施加较低的闸极电压。具体来说，参考图3所示出的共模电压VCM以及控制信号Vc的示意图，当输入信号V1、V2的共模电压超过上限值VUL之后，共模电压产生电路132所输出的共模电压VCM仅会等于上限值VUL而不会持续增加；此外，当输入信号V1、V2的共模电压高于临界值VTH时电压调节器134所提升的电压准位会由第一电压准位VPUMP1改变为第二电压准位VPUMP2。
接着，在一预设时间之后，例如20纳秒(nano-second)之后，如果过压检测电路120检测到输入信号V1、V2的电压准位仍然高于临界值VTH时，例如图2所示的时间点t2，此时过压检测电路120会产生一第二过压信号OVP2至电压调节器134，且电压调节器134会产生控制信号Vc以使得晶体管M1、M2处于未导通状态，即关闭开关电路110以避免内部电路140的低压元件受到高电压准位的输入信号V1、V2的损坏。在本实施例中，此时控制信号Vc是为一接地电压，但本发明并不以此为限。另外，在本实施例及以下的叙述中，过压检测电路120是否产生第一过压信号OVP1及第二过压信号OVP2，其判断条件可以是输入信号V1、V2任一电压准位高于临界值VTH或输入信号V1、V2皆高于临界值VTH，然本发明不以此为限。
此外，如果在该预设时间之后过压检测电路120检测到输入信号V1、V2的电压准位低于临界值VTH时，则代表先前过压检测电路120所检测到的过压状况可能仅是噪声干扰，因此电压调节器134会重新切换回将共模电压VCM提升第一电压准位VPUMP1，以使得晶体管M1、M2具有较高的闸极电压。
如上所述，由于过压检测电路120开始检测到输入信号V1、V2的电压准位高于临界值VTH时，控制信号产生电路130仅会施加较低的闸极电压至晶体管M1、M2而不会立即将晶体管M1、M2关闭，因此可以避免后端的内部电路140因为一些噪声干扰而无法接收到输入信号V1、V2的情形。此外，由于过压检测电路120检测到输入信号V1、V2的电压准位高于临界值VTH时会晶体管M1、M2会被施加较低的闸极电压，因此，如果后续过压检测电路120持续检测到输入信号V1、V2的电压准位高于临界值VTH时，即介面电路100可能真的遭受到高电压的输入干扰，则控制信号产生电路130也可以迅速地将晶体管M1、M2关闭，以避免内部电路140受到损害。
图4示出了本发明一实施例的介面电路100遇到噪声干扰时的示意图。如图4所示，假设在时间点t1时过压检测电路120开始检测到输入信号V1、V2的电压准位高于临界值VTH时，则过压检测电路120会产生第一过压信号OVP1至电压调节器134以将共模电压VCM改为提升第二电压准位VPUMP2后产生控制信号Vc；接着，在时间点t1’时过压检测电路120检测到输入信号V1、V2的电压准位不高于临界值VTH，因此过压检测电路120便停止产生第一过压信号OVP1至电压调节器134(例如，第一过压信号OVP1变为低电压准位)。在本实施例中，由于时间点t1～t1’的时间差小于产生第二过压信号OVP2的该预设时间(例如，前述的20纳秒)，因此过压检测电路120不会产生第二过压信号OVP2，且电压调节器134会重新切换回将共模电压VCM提升第一电压准位VPUMP1，以使得晶体管M1、M2具有较高的闸极电压。
图1所示的控制信号产生电路130所包含的共模电压产生电路132以及电压调节器134仅是一示例说明，而并非是作为本发明的限制。在本发明的其他实施例中，控制信号产生电路130可以采用其他元件及计算方式来产生控制信号Vc，只要控制信号产生电路130可以在接收到第一过压信号OVP1时降低控制信号Vc的电压准位，并在接收到第二过压信号OVP2时产生控制信号Vc来关闭晶体管M1、M2，其内部电路的设计可以有不同的实施方式，相关设计上的变化均应属于本发明的范畴。
需注意的是，在图1所示的实施例是以差动输入信号V1、V2来做为说明，但本发明的介面电路的控制方法可以应用到单端输入的部分。如图5所示，一介面电路500包含了一输入端点N1、一作为开关电路的晶体管M1、一过压检测电路520、一控制信号产生电路530以及一内部电路540。由于介面电路500与图1所示的介面电路100的差异仅在于单端信号以及差动信号，而本领域技术人员在阅读过图1所示的实施例后应能了解到过压检测电路520、控制信号产生电路530以及晶体管M1的操作，故相关细节不再赘述。
图6为根据本发明一实施例的控制一介面电路内的开关电路的方法的流程图。参考以上实施例所披露的内容，流程如下所述。
步骤600：流程开始。
步骤602：检测一输入信号的一电压准位是否高于一临界值，若是，流程进入步骤604；若否，则流程停在步骤602以持续检测输入信号的该电压准位是否高于该临界值。
步骤604：降低施加在一开关电路的晶体管闸极电压，但晶体管仍然维持导通状态，以使得该输入信号可以通过该开关电路传送至一内部电路。
步骤606：在一预设时间之后判断该输入信号的该电压准位是否仍然高于该临界值，若是，流程进入步骤608；若否，则流程回到步骤602。
步骤608：关闭该开关电路，以使得该输入信号无法通过该开关电路传送至该内部电路。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
符号说明
100、500 介面电路
110 开关电路
120、520 过压检测电路
130、530 控制信号产生电路
132 共模电压产生电路
134 电压调节器
140、540 内部电路
600～608 步骤
M1、M2 晶体管
N1、N2 输入端点
OVP1 第一过压信号
OVP2 第二过压信号
V1、V2 输入信号
Vc 控制信号
VCM 共模电压
VPUMP1 第一电压准位
VPUMP2 第二电压准位
VTH 临界值
VUL 上限值。

Claims (10)

1.一种介面电路，包含有：
一开关电路，用以自一输入端点接收一输入信号，并选择性地将该输入信号传送至一内部电路；
一过压检测电路，用以检测该输入信号的一电压准位是否高于一临界值，并据以产生至少一过压信号；以及
一控制信号产生电路，耦接于该过压检测电路，用以根据该至少一过压信号以产生一控制信号以控制该开关电路，以控制该开关电路处于至少三种不同的状态的其中之一。
2.根据权利要求1所述的介面电路，其中，当该过压检测电路检测到该输入信号的该电压准位不高于该临界值时，该控制信号产生电路产生该控制信号以控制该开关电路处于一第一状态；当该过压检测电路检测到该输入信号的该电压准位高于该临界值时，产生一第一过压信号以使得该控制信号产生电路产生该控制信号以控制该开关电路处于一第二状态；以及在该开关电路被控制处于该第二状态的一预设时间之后，该过压检测电路检测该输入信号的该电压准位是否高于该临界值时，以决定是否产生一第二过压信号以使得该控制信号产生电路产生该控制信号以控制该开关电路处于一第三状态。
3.根据权利要求2所述的介面电路，其中，在该开关电路被控制处于该第二状态的该预设时间之后，如果该过压检测电路检测该输入信号的该电压准位是高于该临界值，则产生该第二过压信号以使得该控制信号产生电路产生该控制信号以控制该开关电路处于该第三状态；以及如果该过压检测电路检测该输入信号的该电压准位是不高于该临界值，则该控制信号产生电路产生该控制信号以控制该开关电路回到该第一状态。
4.根据权利要求2所述的介面电路，其中，该开关电路包含一晶体管，且该第一状态是指该晶体管被施加一第一闸极电压而处于导通状态，该第二状态是指该晶体管被施加不同于该第一闸极电压的一第二闸极电压而处于导通状态，且该第三状态是指该晶体管被施加一第三闸极电压而处于未导通状态。
5.根据权利要求4所述的介面电路，其中，该第二闸极电压介于该第一闸极电压以及该第三闸极电压之间。
6.根据权利要求1所述的介面电路，其中，该输入信号为一差动信号，且该控制信号产生电路包含有：
一共模电压产生电路，用以根据该输入信号以产生该输入信号的一共模电压；以及
一电压调节器，耦接于该共模电压产生电路，用以根据该共模电压以及该至少一过压信号以产生该控制信号以控制该开关电路。
7.根据权利要求6所述的介面电路，其中，该共模电压产生电路所输出的该共模电压是被限制在一上限值。
8.根据权利要求6所述的介面电路，其中，当该过压检测电路检测到该差动信号的至少一信号的电压准位不高于该临界值时，该电压调节器根据该共模电压来产生该控制信号以控制该开关电路处于一第一状态；当该过压检测电路检测到该差动信号的该至少一信号的该电压准位高于该临界值时，产生一第一过压信号以使得该电压调节器根据该共模电压来产生该控制信号以控制该开关电路处于一第二状态；以及在该开关电路被控制处于该第二状态的一预设时间之后，该过压检测电路检测该差动信号的该至少一信号的该电压准位是否高于该临界值时，以决定是否产生一第二过压信号以使得该电压调节器产生该控制信号以控制该开关电路处于一第三状态。
9.根据权利要求8所述的介面电路，其中，该开关电路包含一晶体管，且该第一状态是指该晶体管被施加一第一闸极电压而处于导通状态，该第二状态是指该晶体管被施加一第二闸极电压而处于导通状态，且该第三状态是指该晶体管被施加一第三闸极电压而处于未导通状态；其中，该第一闸极电压是由该电压调节器将该共模电压提升一第一电压准位后所产生，而该第二闸极电压是由该电压调节器将该共模电压提升低于该第一电压准位的一第二电压准位后所产生。
10.一种控制一介面电路内的开关电路的方法，其中，该开关电路用以自一输入端点接收一输入信号，并选择性地将该输入信号传送至一内部电路，且该方法包含有：
检测该输入信号的一电压准位是否高于一临界值，并据以产生至少一过压信号；以及
根据该至少一过压信号以产生一控制信号以控制该开关电路，以控制该开关电路处于至少三种不同的状态的其中之一。
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