CN113885638B

CN113885638B - 一种增加mps功能的pd电路及在pd电路上增加mps功能的方法

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Publication number: CN113885638B
Application number: CN202111488414.XA
Authority: CN
Inventors: 李龙弟
Original assignee: Hangzhou Jiewei Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Jiewei Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2041-12-08
Also published as: CN113885638A

Abstract

本发明公开了一种增加mps功能的pd电路及在pd电路上增加mps功能的方法。在原有的运算放大器和分级电路基础上，还增加了编程电压选通模块、或非门、以及电流镜模块，编程电压选通模块选通分级编程电压信号或mps编程电压信号，在分级使能时，实现原分级的功能，在分级关闭、mps使能时，实现mps的功能。电流镜模块镜像分级电路的电流，与参考电流进行比较，并通过负反馈方式调整mps编程电压信号的电平高低，使分级电阻上的电流最终稳定在10mA。本发明的方案无需在原有pd电路上增加mps管脚，不会增加die尺寸，并且能够降低pd芯片的温升。

Description

一种增加mps功能的pd电路及在pd电路上增加mps功能的方法

技术领域

本发明涉及PoE领域，尤其是一种复用cls pin（管脚）增加mps功能的pd电路，以及一种在pd电路上复用cls pin增加mps功能的方法。

背景技术

IEEE802.3af/at标准规定，pd设备正常上电后至少要消耗10mA的电流，否则PSE会检测到维持功率特征的电流不足而掉电。现有的pd电路如图1所示，其中cls管脚电压跟随V_class管脚的电压。

针对上述问题，现有解决方案1提供了一种pd芯片TPS2372，其增加MPS管脚，用于产生MPS电流编程电压。但是，由于其需要增加额外的MPS管脚以及对应的电阻R_mps，无法兼容没有MPS管脚的方案；除此之外，其也增加了die的尺寸，增加了芯片的制作成本。

还有一种解决方案2，其通过在电源的输出端接电阻，作为假负载，消耗一定的电流，来满足MPS的要求。然而，由于其增加了负载，增加了系统的工作电流，降低了供电效率。

除此之外，另一种解决方案3提供了一种pd芯片MAX5988，其将所需的MPS电流集成到芯片内部。也正因为这样，其需要在芯片内部设计对应的电路获得电流，增加了die尺寸；并且，MPS电流流经芯片内部，增加了芯片的升温。

综上所述，在现有pd芯片上预增加mps功能，目前的解决方案要么需要增加额外的管脚，要么需要增加die尺寸，手段均有较大改进必要。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种增加mps功能的pd电路，以及在pd电路上增加mps功能的方法，实现在原pd电路基础上，无需增加mps管脚而增加mps功能。

本发明采用的技术方案如下：

一种增加mps功能的pd电路，包括编程电压选通模块、电压跟随模块和电流镜模块；

所述编程电压选通模块被配置为：分别接入分级编程电压信号V_class、mps编程电压信号V_mps和分级使能信号en_cls；响应于分级使能信号en_cls的电平高或低，输出分级编程电压信号V_class或者mps编程电压信号V_mps；

所述电压跟随模块的一个输入端连接所述编程电压选通模块的输出端，所述电压跟随模块被配置为：另一输入端的电压跟随连接所述编程电压选通模块的输入端的电压；所述电压跟随模块的控制端响应于分级使能信号en_cls的电平高或低而选择接入分级使能信号en_cls或mps时钟信号mps_clk；

所述电压跟随模块的输出端连接于分级电路的电流控制端；

所述电流镜模块连接所述分级电路，所述电流镜模块上设置有参考点，所述参考点的电流固定，所述电流镜模块被配置为：采样所述分级电路的电流；所述电流镜模块上的比较电路比较采样的电流与所述参考点的电流的大小；所述比较电路的输出端连接所述编程电压选通模块接入mps编程电压信号V_mps的一端。

进一步的，所述电流镜模块与所述分级电路的阻抗比为设定值。即，电流镜模块根据设定的比例镜像分级电路的电流。

进一步的，所述编程电压选通模块包括电压选通电路，所述电压选通电路的一个输入端接入分级编程电压信号V_class，另一输入端接入mps编程电压信号V_mps，所述电压选通电路的控制端接入分级使能信号en_cls。

进一步的，所述电压跟随模块包括运算放大器和或非门，所述或非门的两输入端分别接入分级使能信号en_cls和mps时钟信号mps_clk，所述或非门的输出端接所述运算放大器的使能端；所述运算放大器的反相输入端连接所述编程电压选通模块的输出端；所述运算放大器的输出端连接所述分级电路的电流控制端；所述分级电路包括分级电阻R_cls，所述运算放大器的同相输入端连接所述分级电阻R_cls的高电势端。

进一步的，所述电流镜模块包括MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4，所述MOS管M2镜像连接所述分级电路，所述MOS管M3与所述MOS管M2串联，所述MOS管M4镜像连接所述MOS管M3；所述MOS管M4的高电势端连接所述参考点，所述编程电压选通模块接入mps编程电压信号V_mps的一端连接于所述MOS管M4的高电势端。

本发明还提供了一种在pd电路上增加mps功能的方法，所述pd电路包括运算放大器和分级电路，所述运算放大器的输出端连接所述分级电路的电流控制端，所述运算放大器的同相输入端跟随反相输入端的电压；方法包括：

受分级使能信号en_cls的电平高或低的控制，在所述运算放大器的反相输入端选择性加载分级编程电压信号V_class或mps编程电压信号V_mps；

受分级使能信号en_cls的电平高或低的控制，在所述运算放大器的使能端选择性加载分级使能信号en_cls或mps时钟信号mps_clk；

采样分级电路的电流，在采样的电流与设定的参考电流不对应时，调整mps编程电压信号V_mps的电压大小。

进一步的，通过镜像所述分级电路的电流采样所述分级电路的电流。

进一步的，判断采样的电流与设定的参考电流是否对应的方法为：判断采样的电流是否与设定的参考电流相等；或者，判断采样的电流是否为设定的参考电流的预定倍数。

进一步的，所述调整mps编程电压信号V_mps的电压大小，包括：

在采样的电流较设定的参考电流大时，降低mps编程电压信号V_mps的电压；

在采样的电流较设定的参考电流小时，升高mps编程电压信号V_mps的电压。

进一步的，参考电流为流过设定的参考点的电流，将参考点的电势作为mps编程电压信号V_mps；通过采样分级电路的电流，拉低或升高参考点的电位，以实现调整mps编程电压信号V_mps的电压大小。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的pd电路，在pd芯片不增加额外的管脚和外围电路的情况下增加MPS功能，并且可以和没有MPS功能的pd芯片实现pin2pin，减少更换成本。

2、本发明的pd电路复用了classification（分级）模块，而不需要另外设计Imps电阻驱动模块，不用增加die 的尺寸。

3、本发明pd电路不用增加额外的管脚，因此，也不需要增加管脚的esd防护设计，不用增加die的尺寸。

4、本发明的pd电路的mps功能设计的是周期性开关，而非常开，提升了工作效率。

5、mps电流通过分级电阻流向地，在分级电阻上产生的热量是在pd芯片外部，减少了芯片的温升。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是现有pd电路结构图。

图2是本发明复用cls pin增加mps功能的pd电路结构图。

图中，1为编程电压选通模块，2为电压跟随模块，3为电流镜模块，mux为电压选通电路，vin1为电压选通电路的一个输入端，vin2为电压选通电路的另一输入端，Amp为运算放大器，NOR为或非门，en_amp为运算放大器的使能端，cls为运算放大器的同相输入端，vin为运算放大器的反相输入端。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

一种复用cls pin增加mps功能的pd电路，如图2所示，包括编程电压选通模块1、电压跟随模块2和电流镜模块3。

编程电压选通模块1被配置为：分别接入分级编程电压信号V_class、mps编程电压信号V_mps和分级使能信号en_cls，响应于分级使能信号en_cls的电平高或低，输出分级编程电压信号V_class或者mps编程电压信号V_mps。

电压跟随模块2的一个输入端连接所述编程电压选通模块1的输出端，电压跟随模块2被配置为：另一个输入端的电压跟随连接所述编程电压选通模块1的输入端的电压。电压跟随模块2的控制端响应于分级使能信号en_cls的电平高或低而选择接入分级使能信号en_cls或mps时钟信号mps_clk。电压跟随模块2的输出端连接于分级电路的电流控制端，分级电路的电流的大小与电流控制端电压的大小成正相关关系。

电流镜模块3连接分级电路，电流镜模块3被配置为：根据设定比例镜像该分级电路的电流；电流镜模块3上设置有表征分级电路电流大小的参考点，该参考点的电流I_{mps_th}为固定值；比较电路将电流镜模块3镜像的电流与参考点的电流I_{mps_th}的比较结果作为mps编程电压信号V_mps反馈到编程电压选通模块1。

编程电压选通模块1在分级使能信号en_cls的作用下，选择性输出分级编程电压信号V_class或者mps编程电压信号V_mps。在一些实施例中，分级使能信号en_cls为高电平时，编程电压选通模块1将分级编程电压信号V_class输出到后级电压跟随模块2的输入端，反之，在分级使能信号en_cls为低电平时，编程电压选通模块1将mps编程电压信号V_mps输出到后级电压跟随模块2的输入端。

电压跟随模块2中，一个输入端的电压受控跟随另一输入端（连接编程电压选通模块的输入端）：

当分级使能信号en_cls为高电平时，电压跟随模块2接入的是分级编程电压信号V_class，则电压跟随模块2的另一端跟随的是分级编程电压信号V_class，实现了原classification的功能。

当分级使能信号en_cls为低电平时，电压跟随模块2接入的是mps编程电压信号V_mps，则电压跟随模块2的另一输入端跟随的是mps编程电压信号V_mps；另一输入端是否跟随mps编程电压信号V_mps由mps时钟信号mps_clk决定，具体如下：

在mps时钟信号mps_clk为低电平时，电压跟随模块2关断，无信号输出。

在mps时钟信号mps_clk为高电平时，另一输入端跟随mps编程电压信号V_mps，pd电路工作如下：

通过电流镜模块3采样流过分级电路的电流，比较分级电路的电流的大小和I_{mps_th}的大小，然后调整负反馈的mps编程电压信号V_mps的值，进而调整编程电压选通模块1接入的电压值，电压跟随模块2跟随的电压也随之调整，从而调整分级电路的电流。负反馈调整后，流过电流镜模块3的电流等于I_{mps_th}，通过电流镜模块3的电流镜像作用，则分级电路的电流稳定在10mA。电流镜模块3镜像的电流大小，通常为分级电路电流大小的1/K，即，分级电路的电流大小为I_{mps_th}的K倍。

当分级电路消耗的电流大于10mA（即固定值）时，电流镜模块3镜像到的电流大于I_{mps_th}，则反馈给编程电压选通模块1的mps编程电压信号V_mps的值降低，对应的，电压跟随模块2跟随的电压降低，流过分级电路的电流变小。以此通过负反馈调整分级电路的电流最后稳定在10mA。

同样的道理，当分级电路消耗的电流小于10mA时，电流镜模块3镜像到的电流小于I_{mps_th}，则反馈给编程电压选通模块1的mps编程电压信号V_mps的值升高，对应的，电压跟随模块2跟随的电压升高，流过分级电路的电流变大。以此通过负反馈调整分级电路的电流最后稳定在10mA。

实施例二

本实施例公开了一种具体的复用cls pin增加mps功能的pd电路的结构，如图2所示，该pd电路包括编程电压选通模块1、电压跟随模块2和电流镜模块3。

编程电压选通模块1包括电压选通电路mux，该电压选通电路mux的一个输入端vin1接入分级编程电压信号V_class，另一输入端vin2接入mps编程电压信号V_mps，电压选通电路mux的控制端接入分级使能信号en_cls。当分级使能信号en_cls为高时，分级编程电压信号V_class从电压选通电路mux输出，接到后级；当分级使能信号en_cls为低时，mps编程电压信号V_mps从电压选通电路mux输出，接到后级。

电压跟随模块2包括运算放大器Amp和或非门NOR，或非门NOR的两输入端分别接入分级使能信号en_cls和mps时钟信号mps_clk，或非门NOR的输出端接运算放大器Amp的使能端en_amp。运算放大器Amp的反相输入端vin连接电压选通电路mux的输出端，运算放大器Amp的输出端连接MOS管M1的栅极，MOS管M1的漏极接工作电压vdd，源极串联有分级电阻R_cls，MOS管M1经电阻R_cls接地，工作电压vdd、MOS管M1和分级电阻R_cls构成了分级电路，MOS管M1的栅极作为该分级电路的电流控制端，运算放大器Amp输出的电压高低决定流过分级电阻R_cls的电流大小。运算放大器Amp的同相输入端cls连接于MOS管M1和电阻R_cls之间。

电流镜模块3包括MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4，MOS管M2和MOS管M4的漏极均连接工作电压vdd。MOS管M2的栅极连接MOS管M1的栅极，镜像MOS管M1的电流，MOS管M3与MOS管M2串联，MOS管M2经MOS管M3接地，MOS管M3的导通率：MOS管M1的导通率=1：K，即在电路中，流过MOS管M1的电流：流过MOS管M3的电流=K：1；MOS管M4的栅极连接MOS管M3的栅极，镜像MOS管M3的电流，MOS管M4的源极接地，漏极连接电压选通电路mux的输入端vin2。在MOS管M4的漏极与所接入的工作电压vdd之间，设置有参考点，该参考点的电流I_{mps_th}的大小表征分级电阻R_cls流过的电流为10mA。

需要说明的是，本实施例中的MOS管均为NMOS管，也可以采用PMOS管进行对应调整设置和实现同样的功能。

实施例三

本实施例公开了另一种复用cls pin增加mps功能的pd电路，其与实施例二中的复用cls pin增加mps功能的pd电路的电路结构大致相同，唯一不同之处在于，本实施例中，将电压跟随模块2的或非门NOR替换为了其他实现同样功能的模块电路，例如门电路的组合或者软件模块。

实施例四

本实施例公开了另一种复用cls pin增加mps功能的pd电路，其与实施例二中的复用cls pin增加mps功能的pd电路的电路结构大致相同，唯一不同之处在于，在本实施例中，在不违反本发明设计构思的情况下，将全部或部分MOS管替换为了PMOS管，当然，电路也需要进行对应的调整。

实施例五

本实施例公开了一种在pd电路上复用cls pin增加mps功能的方法，涉及的pd电路如图1所示，包括运算放大器Amp和分级电路，运算放大器Amp包括两输入端，一使能端，和一输出端。分级电路包括MOS管M1和分级电阻R_cls，MOS管M1的漏极接工作电压Vdd，源极接分级电阻R_cls，分级电阻R_cls另一端接地。运算放大器Amp的输出端连接分级电路的控制端，即MOS管M1的栅极，运算放大器Amp的同相输入端连接于分级电阻R_cls与MOS管M1之间。

本实施例的方法包括：

在运算放大器Amp的反相输入端加载编程电压信号，具体的，受分级使能信号en_cls的电平高或低的控制，在所述运算放大器Amp的反相输入端选择性加载分级编程电压信号V_class或mps编程电压信号V_mps，包括：在分级使能信号en_cls为高电平时，运算放大器Amp的反相输入端接入分级编程电压信号V_class，反之，在分级使能信号en_cls为低电平时，运算放大器Amp的反相输入端接入mps编程电压信号V_mps。

在运算放大器Amp的使能端加载使能信号，具体的，受分级使能信号en_cls的电平高或低的控制，在所述运算放大器Amp的使能端选择性加载分级使能信号en_cls或mps时钟信号mps_clk，包括：在分级使能信号en_cls为高电平时，运算放大器Amp的使能端接入分级使能信号en_cls，反之，在分级使能信号en_cls为低电平时，运算放大器Amp的使能端接入mps时钟信号mps_clk。

也就是说，当分级使能时，分级使能信号en_cls=1，运算放大器Amp接入的是分级编程电压信号V_class，其同相输入端跟随的是分级编程电压信号V_class，实现原classification的功能。当分级关闭时，分级使能信号en_cls=0，运算放大器Amp接入的是mps编程电压信号V_mps，其同相输入端预跟随的是mps编程电压信号V_mps，而是否跟随mps编程电压信号V_mps，由mps时钟信号mps_clk决定。

通过镜像电路、采样电路、等效电路等，采样分级电路的电流，与设定的参考电流进行比较，在采样的电流与设定的参考电流不相等时，调整mps编程电压信号V_mps的电压大小。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种增加mps功能的pd电路，其特征在于，包括编程电压选通模块、电压跟随模块和电流镜模块；

所述电压跟随模块的输出端连接于分级电路的电流控制端；

2.如权利要求1所述的增加mps功能的pd电路，其特征在于，所述电流镜模块与所述分级电路的阻抗比为设定值。

3.如权利要求1所述的增加mps功能的pd电路，其特征在于，所述编程电压选通模块包括电压选通电路（mux），所述电压选通电路（mux）的一个输入端（vin1）接入分级编程电压信号V_class，所述电压选通电路（mux）的另一输入端（vin2）接入mps编程电压信号V_mps，所述电压选通电路（mux）的控制端接入分级使能信号en_cls。

4.如权利要求1所述的增加mps功能的pd电路，其特征在于，所述电压跟随模块包括运算放大器（Amp）和或非门（NOR），所述或非门（NOR）的两输入端分别接入分级使能信号en_cls和mps时钟信号mps_clk，所述或非门（NOR）的输出端接所述运算放大器（Amp）的使能端（en_amp）；所述运算放大器（Amp）的反相输入端（vin）连接所述编程电压选通模块的输出端；所述运算放大器（Amp）的输出端连接所述分级电路的电流控制端；所述分级电路包括分级电阻R_cls，所述运算放大器（Amp）的同相输入端（cls）连接所述分级电阻R_cls的高电势端。

5.如权利要求1所述的增加mps功能的pd电路，其特征在于，所述电流镜模块包括MOS管M2、MOS管M3和MOS管M4，所述MOS管M2镜像连接所述分级电路，所述MOS管M3与所述MOS管M 2串联，所述MOS管M4镜像连接所述MOS管M3；所述MOS管M4的高电势端连接所述参考点，所述编程电压选通模块接入mps编程电压信号V_mps的一端连接于所述MOS管M4的高电势端。

6.一种在pd电路上增加mps功能的方法，所述pd电路包括运算放大器（Amp）和分级电路，所述运算放大器（Amp）的输出端连接所述分级电路的电流控制端，所述运算放大器（Amp）的同相输入端跟随反相输入端的电压；其特征在于，方法包括：

受分级使能信号en_cls的电平高或低的控制，在所述运算放大器（Amp）的反相输入端选择性加载分级编程电压信号V_class或mps编程电压信号V_mps；

受分级使能信号en_cls的电平高或低的控制，在所述运算放大器（Amp）的使能端（en_amp）选择性加载分级使能信号en_cls或mps时钟信号mps_clk；

7.如权利要求6所述的在pd电路上增加mps功能的方法，其特征在于，通过镜像所述分级电路的电流采样所述分级电路的电流。

8.如权利要求6所述的在pd电路上增加mps功能的方法，其特征在于，判断采样的电流与设定的参考电流是否对应的方法为：判断采样的电流是否与设定的参考电流相等；或者，判断采样的电流是否为设定的参考电流的预定倍数。

9.如权利要求6所述的在pd电路上增加mps功能的方法，其特征在于，所述调整mps编程电压信号V_mps的电压大小，包括：

10.如权利要求9所述的在pd电路上增加mps功能的方法，其特征在于，参考电流为流过设定的参考点的电流，将参考点的电势作为mps编程电压信号V_mps；通过采样分级电路的电流，拉低或升高参考点的电位，以实现调整mps编程电压信号V_mps的电压大小。