CN113395090B - 用于usb pd通信的bmc信号接收电路及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子电路技术领域，具体的说是涉及一种用于USB PD通信的BMC信号接收电路及其实现方法。本发明电路结构非常简单，采用了带通滤波器采样的方法，将CC线上的BMC信号采样，然后叠加到一个共模电压上，并且和参考电压比较，转换成一个数字信号，完成BMC信号的接收。本发明能够接收不同等级的功率传输情况下的USB PD通信BMC信号，从而完成PD通信，同时可以有效解决不同电源电压工作下比较器工作点偏移的问题。

Description

用于USB PD通信的BMC信号接收电路及其实现方法
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，具体的说是涉及一种用于USB PD通信的BMC信号接收电路及其实现方法。
背景技术
在集成电路USB PD(Power Delivery)通信的BMC信号传输过程当中，作为信号接收端，必须准确无误地接收每一个比特的信号，但是考虑到PD通信时，电源线和地线上是有很大的电流，从而会造成较大的压降，使得USB CC线上的BMC信号失真。
发明内容
本发明针对上述问题，提出一种在USB接口上进行不同等级的功率传输时，都能够准确接收到BMC信号的信号接收电路及其实现方法。
本发明的技术方案是：
用于USB PD通信的BMC信号接收电路，如图1所示，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一传输门、第二传输门、比较器和基准电流源；第一电阻的一端连接USB的CC引脚，USB的CC引脚输出BMC信号，第一电阻的另一端通过第一电容后接地；第一电阻和第一电容的连接点依次通过第二电容和第二电阻后接地；第二电容和第二电阻的连接点接第二PMOS管的漏极，将第二电容、第二电阻和第二PMOS管漏极的连接点定义为节点B；第二PMOS管的源极接电源VDD，其栅极接第一PMOS管的漏极，第一PMOS管的源极接电源VDD，其栅极与漏极互连，第一PMOS管的漏极接基准电流源的一端，基准电流源的另一端接地；第三PMOS管的源极接电源VDD，其栅极接第一PMOS管的漏极，第三PMOS管的漏极依次通过第五电阻、第四电阻和第三电阻后接地，将第三PMOS管与第五电阻的连接点定义为节点C，将第四电阻与第三电阻的连接点定义为节点A；节点B连接比较器的同相输入端，节点C通过第一传输门连接比较器的反向输入端，节点A通过第二传输门连接比较器的反向输入端，比较器的输出端为信号接收电路的输出端。
本发明的方案，采用了带通滤波器采样的方法，将CC线上的BMC信号采样，然后叠加到一个共模电压上，并且和参考电压比较，转换成一个数字信号，完成BMC信号的接收。
用于USB PD通信的BMC信号接收电路的实现方法，包括：
S1、通过由第一电阻和第一电容构成的低通滤波器对USB的CC引脚输入的BMC信号进行滤波，由第一电阻和第一电容的连接点输出滤波后的信号；
S2、通过由第二电容、第二电阻和第二PMOS管构成的高频滤波器对低通滤波器输出的信号进行滤波，由节点B输出滤波后的信号；节点B的电压INP为INP＝I_M2*R1+|Vpeak_ac|，其中，I_M2为第二PMOS管的电流，R1为第二电阻的阻值，|Vpeak_ac|为BMC输入信号经过低通和高通滤波器之后交流信号的峰值或者谷值的绝对值；
S3、令第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管的尺寸相同，则第一PMOS管的电流I_M1、第二PMOS管电流I_M2、第三PMOS管电流I_M3和基准电流源电流Iref相等；令R1＝R2+R3，R3＝R4＝δR，其中，R2为第三电阻的阻值，R3为第四电阻的阻值，R4为第五电阻的阻值，δR用于在计算中指代R3和R4的阻值，则节点A的电压VREFL为VREFL＝I_M3*R2＝Iref*R2＝Iref*R1-Iref*R3＝Iref*R1-Iref*δR，节点C的电压VREFH为VREFH＝I_M2*(R2+R3+R4)＝Iref*R1+Iref*R4＝Iref*R1+Iref*δR；通过比较器判断INP信号幅值是否在-Iref*δR～+Iref*δR电压范围，若是，则比较器输出1，否则比较器输出0。
上述方案中，INP信号为峰值为2*|Vpeak_ac|，共模电压为I_M2*R1，信号频率为CC引脚输入信号的频率，通过比较器比较判断INP信号幅值是否落在-Iref*δR～+Iref*δR电压范围。如果INP信号峰峰值超过-Iref*δR～+Iref*δR电压范围，即|Vpeak_ac|≥Iref*δR，比较器输出结果BMC_IN＝1，如果INP信号峰峰值没有超过Iref*δR电压范围，即|Vpeak_ac|<Iref*δR，比较器输出结果BMC_IN＝0，达到接收BMC信号的目的。
本发明的有益效果是：本发明电路结构非常简单，可以准确接收不同等级的功率传输情况下的BMC信号；本发明将叠加的共模电压设置成Iref*R1，可以有效解决不同电源电压工作下比较器工作点偏移的问题。
附图说明
图1为本发明的电路原理图；
图2为本发明实际应用中信号时序示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明的电路由R1～R4，RLPF，CLPF，CHPF，以及Iref和MOS管M1,M2,M3，还有传输门和比较器构成。CC引脚为BMC信号输入，经过RLPF连接到CLPF，CLPF另一端接地，构成低通滤波网络，滤除BMC信号的高频噪声。低通滤波网络输出节点接CHPF一端，CHPF另一端接电阻R1和MOS管M2的漏端的公共节点B，CHPF和R1与M2饱和区小信号电阻R_M2并联等效电阻组成高频滤波网络，将BMC信号的峰峰值Vpeak_ac采样出来，然后叠加到节点B上。R2和R3串联，中间节点为A，R3和R4串联，中间节点为C，其中R1＝R2+R3，R3＝R4。电流源Iref正端接MOS管M1的漏端和栅端，M1的源端接电源VDD，电流源Iref负端接地，MOS管M2漏端接R1,源端接电源VDD，栅端接M1栅端，MOS管M3漏端接R4,源端接电源VDD，栅端接M1栅端，M1,M2,M3尺寸相同，组成一组电流镜，保证I_M1＝I_M2＝I_M3＝Iref。节点A电压为VREFL,节点C电压为VREFH。节点A和C通过两个传输门接到比较器负端INN，节点B连接到比较器正端输入INP，比较器输出为BMC_IN。
如图2所示，分别由四组信号组成，BMC信号为CC引脚上的输入信号，实线为较小功率传输时的信号，虚线为较大功率传输时由于传输线的压降导致BMC信号的共模电平有偏移；BMC_AC信号为BMC信号经过低通滤波网络和高通滤波网络后采样出来的交流信号，幅度为Vpeak_ac；INP信号为BMC_AC信号叠加到共模电平Iref*R1上后的输出信号，该信号共模电平为Iref*R1，幅度为Vpeak_ac；BMC_IN信号是比较器输出信号，由于INP信号幅度超过了Iref*R1，所以BMC_IN信号为最终采样后的BMC信号。
综上，本发明提供一种能够接收不同等级的功率传输情况下的USB PD通信BMC信号，从而完成PD通信。同时，本发明将叠加的共模电平设置成Iref*R1，用比较简单的电路可以有效解决不同电源电压工作下，比较器工作点偏移的问题。

Claims (2)

1.用于USB PD通信的BMC信号接收电路，其特征在于，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第一传输门、第二传输门、比较器和基准电流源；第一电阻的一端连接USB的CC引脚，USB的CC引脚输出BMC信号，第一电阻的另一端通过第一电容后接地；第一电阻和第一电容的连接点依次通过第二电容和第二电阻后接地；第二电容和第二电阻的连接点接第二PMOS管的漏极，将第二电容、第二电阻和第二PMOS管漏极的连接点定义为节点B；第二PMOS管的源极接电源VDD，其栅极接第一PMOS管的漏极，第一PMOS管的源极接电源VDD，其栅极与漏极互连，第一PMOS管的漏极接基准电流源的一端，基准电流源的另一端接地；第三PMOS管的源极接电源VDD，其栅极接第一PMOS管的漏极，第三PMOS管的漏极依次通过第五电阻、第四电阻和第三电阻后接地，将第三PMOS管与第五电阻的连接点定义为节点C，将第四电阻与第三电阻的连接点定义为节点A；节点B连接比较器的同相输入端，节点C通过第一传输门连接比较器的反向输入端，节点A通过第二传输门连接比较器的反向输入端，比较器的输出端为信号接收电路的输出端。
2.用于如权利要求1所述的USB PD通信的BMC信号接收电路的实现方法，其特征在于，包括：
S1、通过由第一电阻和第一电容构成的低通滤波器对USB的CC引脚输入的BMC信号进行滤波，由第一电阻和第一电容的连接点输出滤波后的信号；
S2、通过由第二电容、第二电阻和第二PMOS管构成的高频滤波器对低通滤波器输出的信号进行滤波，由节点B输出滤波后的信号；节点B的电压INP为INP＝I_M2*R1+|Vpeak_ac|，其中，I_M2为第二PMOS管的电流，R1为第二电阻的阻值，|Vpeak_ac|为BMC输入信号经过低通和高通滤波器之后交流信号的峰值或者谷值的绝对值；
S3、令第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管的尺寸相同，则第一PMOS管的电流I_M1、第二PMOS管电流I_M2、第三PMOS管电流I_M3和基准电流源电流Iref相等；令R1＝R2+R3，R3＝R4＝δR，其中，R2为第三电阻的阻值，R3为第四电阻的阻值，R4为第五电阻的阻值，δR用于在计算中指代R3和R4的阻值，则节点A的电压VREFL为VREFL＝I_M3*R2＝Iref*R2＝Iref*R1-Iref*R3＝Iref*R1-Iref*δR，节点C的电压VREFH为VREFH＝I_M2*(R2+R3+R4)＝Iref*R1+Iref*R4＝Iref*R1+Iref*δR；通过比较器判断INP信号幅值是否在-Iref*δR～+Iref*δR电压范围，若是，则比较器输出1，否则比较器输出0。
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