CN111443625A - 一种用于串行总线连接器的腐蚀保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于减少USB连接器CC引脚腐蚀的腐蚀保护电路，包括耦合到第一电源或第一下拉电阻器的第一节点，耦合到CC引脚的第二节点，耦合到第二节点的第二电源以及第二下拉电阻器。检测电路将第一节点处的电压与第一参考电压进行比较。检测电路还将第二节点处的电压与第二和第三参考电压进行比较。当第一节点处的电压大于第一参考电压时，控制逻辑电路响应于第二节点处的电压小于第三参考电压并且大于第二参考电压而产生腐蚀检测信号。
Description
技术领域
本发明涉及串行总线技术，并且更特别地，涉及通用串行总线(USB)Type-C连接器电路。
背景技术
USB Type-C连接器包括插座和插头。图1示出了传统的USB Type-C连接器插座10。USB Type-C连接器插座10提供两对电源引脚(Vbus)，两对接地引脚(GND)，两对不同的数据总线引脚(D+/-)，四对高速数据总线引脚(TX和RX)，两个边带使用引脚(SBU1，SUB2)和两个配置通道引脚(CC1，CC2)。
图2示出了传统的USB Type-C连接器插头20。USB Type-C连接器插头20提供两对电源引脚(Vbus)，两对接地引脚(GND)，四对高速数据总线引脚(TX和RX)，两个边带使用引脚(SBU1，SUB2)，一对数据总线引脚(D+/-)和一个配置通道引脚(CC)。另外，插头20包括电压连接引脚(Vconn)以向插头20内的电路提供电力。当插头20插入插座10中时，插座10中的一个CC引脚(CC1或CC2)通过电缆连接到插头20中的CC引脚以建立信号方向。插座10中的另一个CC引脚(CC1或CC2)被提供为Vconn，用于为插头20内的电路供电。
在USBType-C连接器中，配置通道引脚(CC引脚)通常用于检测电缆连接和分离、插头方向(即，插入上侧或下侧)，以及建立Vbus电流。CC引脚还用于发送和接收USB电力传输(PD)通信消息，以建立允许电压和电流水平的电力类型。
图3示出了具有CC/PD控制器32的传统USB连接器电路30。CC/PD控制器32通过上拉电阻(Rp)控制连接到电源(例如，5V的电源电压)，或通过下拉电阻(Rd)控制CC引脚(CC1，CC2)连接到地(GND)。当CC引脚中的一个连接到电源时，USB PD标准要求80μA，180μA或330μA作为电源来检测受电器件。但是，当CC引脚被水污染，尤其是盐水污染时，向CC引脚供电导致加速CC引脚的腐蚀。此外，CC/PD控制器32可能将由水或湿气引起的阻抗识别为检测到受电器件，然后通过Vbus引脚提供5V电力，这将加速CC引脚的腐蚀。
图4示出了另一种传统的USB连接器电路40，USB连接器电路40具有控制器42，用于通过检测引脚CC1和CC2上的电压来保护USB连接器电路40免受污染。当检测到引脚CC1或CC2上的电压时，控制器42使用ADC测试端口44(ADC1)将引脚CC1上的电压与第一参考电压进行比较，或使用ADC测试端口46(ADC2)将引脚上CC2的电压与第二参考电压。仅当引脚CC1上的电压不大于第一参考电压时，控制器42指示逻辑处理器48对引脚CC1充电，或者仅当引脚CC2上的电压不大于第二参考电压时，控制器42指示逻辑处理器48对引脚CC2充电。因此，仅当满足特定条件时，Type-C连接器的CC引脚才会通电。于是缩短CC引脚的上电周期，从而增强对Type-C连接器的保护。当一个CC引脚检测到USB Type-C端口时，电路40关闭另一个CC引脚上的电流源，这减少了CC引脚的总电源接通时间。然而，电路40不主动减少CC引脚上的腐蚀。
因此，期望具有用于USB连接器的有效腐蚀保护电路。
发明内容
本发明内容提供了将在具体实施方式中详细说明的简化形式的概念的选择。本发明内容不是为了确定主题的关键特征或必要特征，也不是为了用于限定所主张的主题的范围。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于保护USB连接器的CC引脚的腐蚀保护电路。该电路包括第一节点，第二节点，检测电路，控制逻辑电路和开关。第一节点耦合到第一电源或地。第二节点耦合到CC引脚和第二电源。检测电路包括耦合到第一节点的第一输入，用于将来自第一节点的第一电压信号与第一参考电压进行比较，第二输入耦合到第二节点用于将来自第二节点的第二电压信号与第二参考和第三参考电压进行比较电压。当来自第一节点的电压信号大于第一参考电压时，控制逻辑电路响应于来自第二节点的电压信号小于第三参考电压并且大于第二参考电压输出腐蚀检测信号。开关耦合在第一和第二节点之间，并且当腐蚀检测信号激活时，开关断开以防止电流在第一节点和第二节点之间流动。
在一个实施例中，还将第二电压信号与中间参考电压进行比较，并且当来自第一节点的电压信号小于第一参考电压，并且来自第二节点的电压信号大于中间参考电压时，控制逻辑电路接通开关。
在另一个实施例中，当来自第一节点的电压信号大于第一参考电压并且来自第二节点的电压信号小于第二参考电压时，控制逻辑电路接通开关。
本发明还提供一种具有防腐蚀电路的USB Type-C连接器。USB Type-C连接器包括CC引脚和CC/PD控制器。CC/PD控制器包括连接到电源的第一上拉电阻器和连接到地的第一下拉电阻器。腐蚀保护电路连接在任何一个CC引脚和CC/PD控制之间。腐蚀保护电路包括第一节点，第二节点，检测电路，控制逻辑电路和开关。第一节点耦合到第一电源或地。第二节点耦合到CC引脚和第二电源。检测电路包括耦合到第一节点的第一输入以将来自第一节点的电压信号与第一参考电压进行比较，第二输入耦合到第二节点以将来自第二节点的电压信号与第二和第三参考电压进行比较。当来自第一节点的电压大于第一参考电压时，控制逻辑电路响应于来自第二节点的电压信号大于第二参考电压并且小于第三参考电压产生腐蚀检测信号。开关耦合在第一和第二节点之间。当腐蚀检测信号被激活时，控制逻辑电路断开开关以防止第一节点和第二节点之间的电流流动。
附图说明
所以可以详细地理解本发明以上所记载的特征的方式，依据实施例的本发明特定的描述和以上发明内容，一些实施例在附图中示出。将注意的是，然而，附图只示出了本发明典型的实施例，因此不被认为对范围的限定，因为本发明可能具有其他同样有效的实施例。应当理解的是附图只是示意的和并不是按比例绘制。所主张的主题的优点对于本领域技术人员在阅读本说明书和结果附图的基础上是显而易见的，附图中的标记数字被用于表示如元件，其中：
图1示出了一种传统的USB Type-C连接器插座的示意图；
图2示出了一种传统的USB Type-C连接器插头的示意图；
图3示出了一种传统的USB连接器电路的示意图；
图4示出了另一种传统的具有用于检测CC引脚上的电压的控制器的USB连接器电路的示意图；
图5示出了根据本发明的一个实施例的USB连接器电路的示意图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的腐蚀保护电路的示意图；
图7示出了当检测到腐蚀时图6中的电路的波形图；
图8示出了当USB Type-C连接器作为上行端口时图6中的电路的波形图；
图9示出了当USB Type-C连接器作为下行端口时图6中的电路的波形图；以及
图10示出了根据本发明的一个实施例的保护USB连接器电路免受腐蚀的方法的流程图。
具体实施方式
USB Type-C连接器可以被配置为用作下行端口(DFP)，下行端口(UFP)或双角色端口(DRP)。例如，可以将端口指定为DFP，用于为连接的设备供电。另一方面，连接设备上的端口可以被指定为UFP，用于接受从主机提供的功率。在一些情况下，USB Type-C连接器可以被配置为DRP，其可以作为供电体、受电体或者在两种状态之间交替操作。
参照图5，USB连接器电路500包括第一和第二配置通道引脚CC1/CC2，CC/PD控制器501，以及耦合在配置通道引脚CC1/CC2和CC/PD控制器501之间的腐蚀保护电路502。CC/PD控制器501包括连接到第一电源的第一上拉电阻器Rp，第一电源通常是5V，连接到地的第一下拉电阻器Rd。
图6是更详细地示出腐蚀保护电路502的示意框图。腐蚀保护电路502包括通过CC/PD控制器501中的第一上拉电阻器Rp连接到第一电源的第一节点601，耦合到配置通道引脚CC1/CC2的第二节点602，耦合到第二节点602的第二电源603，并且第二下拉电阻器604连接在第二节点602和地之间。
腐蚀保护电路502还包括检测电路605，其包括控制逻辑电路606，以及耦合在第一和第二节点601和602之间的开关607。在一个实施例中，开关607包括耦合到控制逻辑电路606的控制端子，用于接收控制信号，该控制信号具有断开开关607的第一状态和接通开关607的第二状态。在当前优选的实施例中，第二电源603是电流源，其提供的电流(例如2μA)小于第一电源提供的电流。提供较低的电流可以减少CC引脚的腐蚀。在当前优选实施例中，第二下拉电阻器604的电阻与第一下拉电阻器Rd的电阻相同，其可以是例如约5.1k欧姆。
检测电路605提供在CC引脚上的腐蚀检测。在当前优选实施例中，检测电路605包括第一，第二和第三比较器608，609和610。
第一比较器608接收来自第一节点601的第一电压信号并将第一电压信号与第一参考电压REF1进行比较。第一比较器608产生第一比较信号提供给控制逻辑电路606。第二比较器609接收来自第二节点602的第二电压信号并将第二电压信号与第二参考电压REF2比较。第二比较器609产生第二比较信号提供给控制逻辑电路606。在一个实施例中，第二比较器609接收第二参考电压REF2和中间参考电压REF2A中的一个并将第二参考电压REF2和中间参考电压REF2A中所选择的一个与第二电压信号进行比较。第三比较器610接收来自第二节点602的第二电压信号并将其与第三参考电压REF3进行比较，并产生提供给控制逻辑电路606的第三比较器输出。
控制逻辑电路606检测VBUS引脚上的电源何时终止并且作为响应，断开开关607。然后控制逻辑电路606使能第一比较器608将第一电压信号与第一参考电压REF1进行比较。当第一电压信号大于第一参考电压REF1时，表示第一节点601通过第一上拉电阻器Rp连接到第一电源。控制逻辑电路606使能第二电源603向CC引脚CC1/CC2供电。控制逻辑电路606还使能第二比较器609将来自第二节点602的第二电压信号与第二参考电压REF2进行比较，并使能第三比较器610将第二电压信号与第三参考电压REF3进行比较。当第二电压信号小于第三参考电压REF3且大于第二参考电压REF2时，则控制逻辑电路606输出腐蚀检测信号表示在CC引脚上检测到腐蚀。当腐蚀检测信号激活时，则关断开关607以防止电流在第一节点601和第二节点602之间流动。
当来自第一节点601的第一电压信号大于第一参考电压REF1时，则控制逻辑电路606使能第二比较器609将第二电压信号与第二参考电压REF2A进行比较。当第二电压信号小于第二参考电压REF2时，表示在CC引脚上没有检测到腐蚀，因此控制逻辑电路606接通开关607以允许电流在第一节点601和第二节点602之间流动。
当第一电压信号小于第一参考电压REF1时，其指示第一节点601通过第一下拉电阻器Rd接地，在这种情况下，控制逻辑电路606将第二节点602通过第二下拉电阻器604耦合到地。控制逻辑电路606还使能第二比较器609将第二电压信号与第二参考电压REF2A进行比较。当第二电压信号大于中间参考电压REF2A时，表示没有检测到腐蚀，因此控制逻辑电路606接通开关607以允许电流在第一节点601和第二节点602之间流动。
图7示出了当检测到腐蚀时图6的电路中的信号的曲线图。波形701示出了第一节点处的电压(第一电压信号INT_CCx)和第一参考电压REF1作为时间的函数。在T1时刻，第一节点电压信号INT_CCx大于第一参考电压。波形702示出第二节点处的电压CCx。在T1时刻，控制逻辑电路606使第二节点602连接到第二电源。于是第二节点电压信号CCx上升并输入到第二比较器609。在T2时刻，第二节点电压信号CCx下降到小于第三参考电压REF3并且大于第二参考电压REF2。在这种情况下，控制逻辑电路606将CC引脚视为被污染(例如水污染)并且开关407被关断(或者如果已经关断，则被保持为关断)。波形703示出了保持低电平的开关607的电压。波形704示出腐蚀检测信号(FLAGB)，其示出控制逻辑电路606将腐蚀检测信号发送到CC/PD控制器501以指示已检测到腐蚀。
图8示出了当USB Type-C连接器作为上行端口时图6的电路的信号的曲线图。波形801示出了第一节点电压信号INT_CCx作为时间的函数，其中CC/PD控制器提供大约5V的电压和大约80μA的电流。当第一节点601连接到CC/PD控制器501中的第一上拉电阻器Rp时，在T1时刻，第一节点电压信号INT_CCx大于第一参考电压REF1。波形802示出第二节点电压信号CCx。在T1时刻，控制逻辑电路606使第二电源603向第二节点602提供大约2μA的电流。在T2时刻，第二节点电压Vccx急剧下降并且保持在低状态持续一段时间，因为外部设备提供对地的下拉电阻。在跳过干扰的2ms防抖时间之后，在T3时刻，控制逻辑电路606将控制信号发送到开关607的控制端以接通或断开开关607。波形803示出开关607的电压，从时间T3到时间T4逐渐上升，在T4时刻电压稳定。
图9示出了当USB Type-C连接器作为下行端口工作时图6的电路的信号曲线图。波形901示出了第一节点电压信号INT_CCx作为时间的函数，其中第一节点601通过第一下拉电阻器Rd接地。在T1时刻，第一节点电压信号INT_CCx小于第一参考电压REF1。波形902示出第二节点电压信号CCx。在T1时刻，控制逻辑电路606使第二节点602通过第二下拉电阻器接地。在T2时刻，第二节点电压信号CCx上升并保持在高电平一段时间，表示外部设备已插入并且正在提供电源。在T3时刻，在经过干扰的2ms防抖时间之后，控制逻辑电路606接通开关607。波形903示出开关607的电压信号，其从时间T3到T4逐渐上升，然后在T4时刻稳定。
图10是根据本发明的一个实施例的检测USB连接器的CC引脚上的腐蚀的方法1000的流程图。在方法1000开始之前，开关607断开以防止电流在第一节点601和第二节点602之间流动。在步骤1001，第一节点601从第一电源或地之一接收电压。在步骤1002，将来自第一节点601的电压信号与第一参考电压REF1进行比较。如果第一电压信号大于第一参考电压REF1，则移至步骤1003。在步骤1003，控制逻辑电路606使第二节点602耦合到第二电源603。第二节点602从第二电源603接收电压信号。在步骤1004，将第二节点602处的电压与第二参考电压REF2和第三参考电压REF3进行比较。如果第二电压大于第二参考电压REF2且小于第三参考电压REF3，则移至步骤1005。在步骤1005，控制逻辑电路606输出腐蚀检测信号，并且开关607保持关断。
因此，本发明提供了一种用于USB Type-C连接器的腐蚀保护电路，以检查CC引脚是否被污染，例如被水一样的液体污染。如果检测到腐蚀，则防腐蚀电路可防止电流从USBType-C连接器的CC/PD控制器流向CC引脚。
文中描述主题的“一个”和“这个”和类似的术语(特别是权利要求中)被认为涵盖单数和复数，除非另有指出或在上下文中明确反驳。这里记载的数值范围只是用于表示落入该范围中的离散值的便捷方法，除非另有指出，每个离散值被包括在说明书中，就像分别记载一样。另外，上文的描述只是实施例，并不是为了限制，保护范围由权利要求限定。这里提供的任何和所有的实施例，或举例的术语(如“例如”)的使用，只是为了更好地说明主题，除非另有主张，这不是对主题的范围的限制。在权利要求和说明书中记载的术语“基于”和其它类似短语的使用表示用于产生结果的条件，并不是为了排除产生该结果的其它任何条件。在说明书中的任何术语不被认为表示作为本发明所主张的实施的必要不主张的元素。
这里记载了优选的实施例。当然，那些优选实施例的变化对本领域技术人员在本文记载内容的基础上是显而易见的。本领域技术人员适当地使用这些变化，以及发明人打算以这里所特别记载的不同方式实施所主张的权利要求。因此，所主张的主题包括权利要求所记载的主题的所有修改及其相当是其适用法律允许的。另外，除非特别指出或本文明确反驳，本文涵盖在所有可能的变化中的以上描述的元素的组合。
Claims (10)
1.一种用于通用串行总线(USB)连接器的腐蚀保护电路，包括：
耦合到第一电源或地的第一节点；
耦合到USB连接器的CC引脚和第二电源的第二节点；
检测电路，包括(i)耦合到第一节点的第一输入，用于将来自第一节点的第一电压信号与第一参考电压进行比较，(ii)耦合到第二节点的第二输入，用于将来自第二节点的第二电压信号与第二和第三参考电压比较，以及(iii)当第一电压信号大于第一参考电压时，控制逻辑电路响应于第二电压信号大于第二参考电压且小于第三参考电压而产生腐蚀检测信号；和
耦合在第一和第二节点之间的开关，其中当所述腐蚀检测信号激活时，所述开关断开以防止电流在第一节点和第二节点之间流动。
2.根据权利要求1所述的腐蚀保护电路，其中，所述检测电路包括：(i)第一比较器，其接收来自所述第一节点的所述第一电压信号和所述第一参考电压，并产生提供给所述控制逻辑电路的第一比较器输出信号，(ii)第二比较器，其接收第二电压信号和第二参考电压并产生提供给控制逻辑电路的第二比较器输出信号，以及(iii)第三比较器信号，接收第二电压和第三参考电压并产生第三比较器输出信号提供给控制逻辑电路。
3.根据权利要求1所述的腐蚀防护电路，其中，当第一电压信号大于第一参考电压并且第二电压信号小于第二参考电压时，控制逻辑电路接通开关。
4.根据权利要求1所述的腐蚀防护电路，其中所述开关包括控制端子，所述控制端子耦合到所述控制逻辑电路，用于接收控制信号，所述控制信号具有使所述开关断开的第一状态和使所述开关接通的第二状态。
5.根据权利要求1所述的腐蚀保护电路，还包括连接在第一节点和地之间的第一下拉电阻器，连接在第二节点和地之间的第二下拉电阻，其中第一和第二下拉电阻具有相同的电阻值。
6.根据权利要求1所述的腐蚀保护电路，其中所述第二电源是电流源，其中所述电流源提供的电流小于由第一电源提供的电流。
7.一种通用串行总线(USB)Type-C连接器电路，包括：
CC引脚；
CC/PD控制器，包括连接到第一电源的第一上拉电阻器和连接到地的第一下拉电阻器；
连接在其中一个CC引脚和CC/PD控制器之间的腐蚀保护电路，其中腐蚀保护电路包括：
耦合到第一电源或地的第一节点；
耦合到USB连接器的CC引脚和第二电源的第二节点；
检测电路，包括(i)耦合到第一节点的第一输入，用于将来自第一节点的第一电压信号与第一参考电压进行比较，(ii)耦合到第二节点的第二输入，用于将来自第二节点的第二电压信号与第二和第三参考电压比较，以及(iii)当第一电压信号大于第一参考电压时，控制逻辑电路响应于第二电压信号大于第二参考电压且小于第三参考电压产生腐蚀检测信号；和
耦合在第一和第二节点之间的开关，其中当所述腐蚀检测信号激活时，所述开关断开以防止电流在第一节点和第二节点之间流动。
8.根据权利要求7所述的USB Type-C连接器电路，其中，所述第二电压信号还与中间参考电压进行比较，并且当所述第一电压信号小于所述第一参考电压，并且所述第二电压信号大于中间参考电压时，所述控制逻辑电路接通所述开关。
9.根据权利要求7所述的USBType-C连接器电路，其中，当第一电压信号大于第一参考电压并且第二电压信号小于第二参考电压时，控制逻辑电路接通开关。
10.根据权利要求7所述的USB Type-C连接器电路，其中，所述检测电路包括：(i)第一比较器，其接收来自所述第一节点的所述第一电压信号和所述第一参考电压，并产生提供给所述控制逻辑电路的第一比较器输出信号，(ii)第二比较器，其接收第二电压信号和第二参考电压并产生提供给控制逻辑电路的第二比较器输出信号，以及(iii)第三比较器信号，接收第二电压和第三参考电压并产生第三比较器输出信号提供给控制逻辑电路。
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