CN115516725A - 用于连接器端口的过电压保护方案 - Google Patents

Abstract

本公开的某些方面总体上涉及用于为耦合到诸如USB‑C端口之类的连接器端口的电路提供过电压保护的方法和装置。用于在连接器端口和对应于连接器端口的信号节点之间的过电压保护的一个示例电路通常包括：第一开关，具有用于耦合到连接器端口的第一端子和用于耦合到信号节点的第二端子；与第一开关并联耦合的第一电阻元件；耦合在信号节点和参考电势节点之间的第一瞬态保护电路；以及控制电路，具有耦合到信号节点的输入并且具有耦合到第一开关的控制输入的第一输出。

Description

用于连接器端口的过电压保护方案

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年5月20日提交的美国申请No.17/325,463的优先权，该申请要求于2020年5月22日提交的美国临时申请No.63/029,322的权益和优先权，两者全部内容均在此通过引用明确并入本文，如同在下文中充分阐述并用于所有适用目的。

技术领域

本公开的某些方面总体上涉及电子电路，并且更具体地涉及过电压保护电路和技术。

背景技术

电子电路被设计成在其中的不同节点处以某些最大电压操作。当电路节点处的电压超过最大电压限制时，这种状况被称为过电压，并且可能对电路有害。过电压事件可以是恒定的(例如，直流(DC)过电压)或瞬态的(例如，电压尖峰)。过电压保护设备可以被用来保护电路免受过电压事件的影响。

发明内容

本公开的系统、方法和设备各自具有若干方面，在这些方面中没有单个的一个方面单独地对其期望的属性负责。在不限制如所附权利要求所表达的本公开的范围的情况下，现在将简要地讨论一些特征。在考虑了这个讨论之后，特别是在阅读了标题为“具体实施方式”的章节之后，人们将理解本公开的特征如何提供包括为连接器端口提供过电压保护并且可以针对多个连接器端口进行期望缩放的电路在内的优点。

本公开的某些方面总体上涉及用于为耦合到诸如USB或USB-C端口之类的连接器端口的电路提供过电压保护的技术和装置。

本公开的某些方面提供了一种用于在连接器端口和对应于连接器端口的信号节点之间的过电压保护(OVP)的电路。OVP电路通常包括：第一开关，具有用于耦合到连接器端口的第一端子和用于耦合到信号节点的第二端子；与第一开关并联耦合的第一电阻元件；耦合在信号节点和参考电势节点之间的第一瞬态保护电路；以及控制电路，具有耦合到信号节点的输入，并且具有耦合到第一开关的控制输入的第一输出。

本公开的某些方面提供了一种在连接器端口和对应于连接器端口的信号节点之间提供过电压保护的方法。该方法通常包括：响应于第一电压超过第一瞬态保护电路的钳位电压，利用第一瞬态保护电路将信号节点处的第一电压抑制到第二电压，其中第一瞬态保护电路耦合在信号节点和参考电势节点之间。该方法还包括利用控制电路将第二电压与参考电压进行比较，该控制电路具有耦合到信号节点的输入，并且具有耦合到第一开关的控制输入的第一输出，其中第一开关具有耦合到连接器端口的第一端子，具有耦合到信号节点的第二端子，并且与第一电阻元件并联耦合。该方法还包括基于比较来利用控制电路断开第一开关。

为了实现前述和相关目的，一个或多个方面包括在下文中充分描述并且在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了一个或多个方面的某些说明性特征。然而，这些特征仅指示可以被采用的各个方面的原理的多种方式中的一些方式。

附图说明

为了可以以详细理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考各方面来获得上文简要概括的更具体的描述，这些方面中的一些方面在附图中被图示。然而，要注意，附图仅图示了本公开的某些典型方面，并且因此不应被认为是对本公开范围的限制，因为该描述可以承认其他同样有效的方面。

图1图示了根据本公开的某些方面的包括过电压保护(OVP)电路的示例设备的框图。

图2是图示了经由用于一些连接器引脚的可选OVP而被连接到连接器插口的各种组件的示例框图。

图3是根据本公开的某些方面的示例OVP电路的电路图。

图4是图示了根据本公开的某些方面的图3的OVP电路在过电压事件之前、期间和之后的各种电压波形的示例时序图。

图5是根据本公开的某些方面的另一个示例OVP电路的电路图。

图6是图示了根据本公开的某些方面的用于为对应于连接器端口的信号节点提供OVP的示例操作的流程图。

为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图所共有的相同元件。设想在一个方面中公开的元件可以有益地用于其他方面而无需具体叙述。

具体实施方式

本公开的某些方面提供用于过电压保护的过电压保护电路(OVP)和技术。具有输入-输出(I/O)连接器(诸如通用串行总线(USB)类型C插口)的某些设备可以采用各种OVP方案来防止对耦合到I/O连接器的集成电路(IC)造成电气过应力(EOS)损坏。某些OVP方案可能过于复杂和/或昂贵，而无法为I/O连接器上的多个引脚提供OVP。本公开的某些方面比本文描述的其他OVP方案提供相对更便宜的OVP技术和装置(就成本和电路板面积而言)，提供合适的瞬态和DC过电压保护，并且提供更少的引脚/迹线数。

在下文中参考附图更全面地描述了本公开的各个方面。然而，本公开可以以许多不同的形式来体现，并且不应被解释为限于贯穿本公开所呈现的任何特定结构或功能。相反，提供这些方面是为了使本公开透彻和完整，并将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。基于本文的教导，本领域技术人员应当了解，本公开的范围旨在覆盖本文所公开的本公开的任何方面，无论是独立于本公开的任何其他方面而被实现、还是与本公开的任何其他方面进行组合而被实现。例如，可以使用本文阐述的任意数量的方面来实现装置或实践方法。此外，本公开的范围旨在覆盖这样的装置或方法，其使用附加于或不同于本文阐述的本公开的各个方面的其他结构、功能性、或者结构和功能性来实践。应当理解，本文所公开的本公开的任何方面都可以通过权利要求的一个或多个要素来体现。

本文中所使用的词语“示例性”意指“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何方面不必被解释为优于其他方面或比其他方面有优势。

如本文中所使用的，动词“连接”的各种时态中的术语“与……连接”可以意指元件A直接连接到元件B，或者其他元件可以连接在元件A和B之间(即，元件A与元件B间接连接)。在电气组件的情况下，术语“与……连接”在本文中也可以被用来意指使用导线、迹线或其他导电材料来电连接元件A和B(以及在它们之间电连接的任何组件)。

示例设备

应当理解，本公开的各方面可以被用于多种应用中。虽然本发明不限于此，但是本文所公开的电路可以被用于许多装置中，诸如计算机、通信系统、电视机、诸如音乐播放器和麦克风之类的音频设备、相机设备、以及测试设备。仅作为示例，旨在被包括在本公开范围内的通信系统包括蜂窝无线电话通信系统、卫星通信系统、双向无线电通信系统、单向寻呼机、双向寻呼机、个人通信系统(PCS)、个人数字助理(PDA)等等。

图1图示了在其中可以实现本公开的各方面的示例设备100。设备100可以是电池供电的设备，诸如蜂窝电话、PDA、手持设备、无线设备、膝上型计算机、平板电脑、智能电话、可穿戴设备等。

设备100可以包括控制设备100的操作的处理器104。处理器104也可以被称为中央处理单元(CPU)。可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)两者的存储器106向处理器104提供指令和数据。存储器106的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器(NVRAM)。处理器104通常基于存储在存储器106内的程序指令来执行逻辑和算术运算。

在某些方面，设备100还可以包括外壳108，外壳108可以包括发射器110和接收器112以允许在设备100和远程位置之间发射和接收数据。对于某些方面，发射器110和接收器112可以被组合成收发器114。一个或多个天线116可以被附接或以其他方式耦合到外壳108，并且电连接到收发器114。设备100还可以包括(未示出)多个发射器、多个接收器和/或多个收发器。

设备100还可以包括信号检测器118，信号检测器118可以被用于对由收发器114接收的信号的电平进行检测和量化。信号检测器118可以检测诸如总能量、每个副载波每个符号的能量、和功率谱密度等等之类的信号参数。设备100还可以包括用于在处理信号中使用的数字信号处理器(DSP)120。

设备100还可以包括电池122，电池122被用来为设备100的各种组件供电。设备100还可以包括功率管理集成电路(功率管理IC或PMIC)124，以用于管理从电池到设备100的各种组件的功率。PMIC124可以为设备执行各种功能，诸如直流(DC)到DC转换、电池充电、电源选择、电压缩放、功率排序等。在某些方面，PMIC 124可以包括电池充电电路(例如，主-从电池充电电路)或其他开关模式电源。设备100的各种组件可以通过总线系统126而耦合在一起，总线系统126可以包括附加于数据总线的功率总线、控制信号总线、和/或状态信号总线。

对于某些方面，设备100可以具有用于接收和/或输出数据和/或功率的输入/输出(I/O)模块128。在某些方面，I/O模块128可以包括连接器130，诸如通用串行总线(USB)类型-A(USB-A)插口或USB类型-C(USB-C)插口。连接器130的引脚可以经由总线系统126和/或I/O模块128的信号线而被路由到处理器104和/或PMIC124，这些组件中的至少一些可以包括过电压保护电路，如本文进一步描述。

过电压保护电路示例

DC过电压和浪涌电压故障状况可能发生在设备(例如设备100)的连接器(诸如USB-A或USB-C插口)的一个或多个引脚处。如图2的框图200中所图示，可以采用过电压保护(OVP)方案，以防止对具有用于耦合到连接器引脚的各种信号节点的芯片组集成电路(IC)造成电气过应力(EOS)损坏。例如，可以在USB-C端口204的某些引脚和音频编码器/解码器(编解码器)206的引脚之间实现OVP方案202，音频编码器/解码器(编解码器)206被用于模拟耳机音频输出(例如，耳机左(HPL)引脚208或耳机右(HPR)引脚210)或输入(例如，感测引脚212或麦克风(MIC)引脚214)的。作为附加示例，除总线电源(V_BUS)引脚外，客户可能还期望差分对正(DP)引脚216(例如，Dp1或Dp2)、差分对负(DN)引脚218(例如，Dn1或Dn2)、和/或边带使用(SBU)引脚(例如，SBU1 220或SBU2222)能承受由于各种故障条件(诸如V_BUS短路，其在某些情况下可能达到20V)引起的高电压(例如±20V)。在某些情况下，可以在USB-C端口204的DP和DN引脚216、218与应用处理器224的引脚(例如，对应的DP和DN引脚226、228)之间实现OVP方案202，应用处理器224被用于运行操作系统中的应用。由于要保护的引脚的较高数量和信号完整性问题，可能期望最小化或至少减少实现OVP方案所涉及的控制引脚和迹线的数量。

一个示例OVP方案使用单独的外部IC来实现连接器(例如，USB-C插口)和芯片组IC之间的USB数据/音频切换。该外部IC还在某些信号线上提供内置OVP。然而，就成本和电路板面积而言，这种外部IC是一种昂贵的解决方案。

另一个示例OVP方案用于浪涌保护(例如，瞬态浪涌)，其中可以释放有限电荷以防止IC引脚处的高电压。然而，当电路试图以低电阻对DC电压进行钳位(clamp)时，由于功耗非常大，因此实现这种浪涌保护方案的电路无法保护IC免受高DC电压的影响。

又一OVP方案提供基于外部场效应晶体管(FET)的保护，其中外部FET被用作连接器端口和信号线之间的开关。在该方案中，控制电路感测连接器端口处的电压，并基于感测到的电压来控制FET开关。与外部保护IC相比，这是一种便宜得多的解决方案。然而，对于引脚指定用于过电压保护的每个连接器引脚，该方案需要使用两个引脚(例如，OVP驱动和OVP感测)和对应的迹线(“导线”)。如上所述，由于用于保护USB-C和信号完整性问题的引脚数量相对较多，因此可能希望最小化或至少减少实现OVP方案所涉及的控制引脚和迹线的数量。

本公开的某些方面提供了相对便宜(就成本和电路板面积而言)的OVP技术和装置，与上述的示例OVP方案相比，本公开的某些方面提供的OVP技术和装置提供合适的瞬态和DC过电压保护，并提供更少的引脚/迹线数。本文所述的OVP技术和装置可以以期望的成本和面积针对连接器的多个引脚实现OVP。

图3是根据本公开的某些方面的示例OVP电路300的电路图。虽然图3图示了用于单个连接器端口302(诸如DP引脚216)的OVP电路，但是应当理解OVP电路可以被复制以用于连接器的其他端口(诸如DN引脚218、SBU1 220和/或SBU2 222)。连接器端口302可以是USB-C端口，诸如DP引脚216、DN引脚218、SBU1 220和/或SBU2 222。

OVP电路300可以包括开关304，开关304连接在连接器端口302(例如，DP、DN或SBU端口，具有被标记为“Vconn”的电压)和信号节点306(被标记为“CDC”，其指代连接器DC电压)之间，开关304对应于或旨在将信号携带到连接器端口或从连接器端口携带信号。在一些方面，开关304可以具有用于耦合到连接器端口302的第一端子(例如，漏极)和用于耦合到信号节点306的第二端子(例如，源极)。OVP电路300可能缺少耦合到在开关304的第一端子和连接器端口302之间的节点的感测线。在没有感测线的情况下，OVP电路300可以提供期望的迹线数和面积，这进而可以提供期望的制造成本。开关304可以由晶体管来实现，诸如n型金属氧化物半导体场效应晶体管(n-MOSFET或NMOS晶体管)M1。开关304可以在正常操作期间(诸如当信号节点的电压在正常操作电压内时)闭合并且在过电压事件期间断开，如本文关于图4进一步描述的。在一些方面，NMOS晶体管M1可以具有用于提供过电压保护的合适的击穿电压，诸如至少20V的击穿电压。电阻器308(具有电阻“R1”)可以与开关304并联连接。电阻器308可以具有合适的电阻，以在过电压事件期间在连接器端口302和信号节点306之间提供电压降，如本文关于图4进一步描述的。作为示例，电阻器308可以具有20kΩ的电阻。

OVP电路300还可以包括瞬态电压抑制器(TVS)310，瞬态电压抑制器(TVS)310可以通过瞬态电压抑制二极管(例如，具有28V的钳位电压的单向TVS二极管)来实现。TVS 310可以并联耦合在耦合到连接器端口302(并且耦合到开关304)的节点和参考电势节点312(例如，电气接地)之间。当Vconn超过TVS 310的击穿电压时，TVS 310可以将瞬态过电压分流到接地。

OVP电路300还可以包括第一瞬态保护电路314，第一瞬态保护电路314耦合在电路的信号节点306和参考电势节点312(例如，电接地)之间。第一瞬态保护电路314可以例如通过回弹式钳位件SBC1来实现，如图3中所图示的，或者通过其他电压钳位结构(例如被用于静电放电(ESD)保护的电压钳位结构)来实现。例如，第一瞬态保护电路314可以通过与电阻元件串联耦合的一个或多个二极管、或者通过与阻容式(RC)钳位件串联的一个或多个二极管来实现。第一瞬态保护电路314可以提供针对瞬态过电压的附加保护。当信号节点306处的电压超过回弹式钳位件(例如，寄生双极结型晶体管(BJT)的n-MOSFET)的击穿电压时，第一瞬态保护电路314可以将过电压下拉(或者上拉，具体取决于过电压的极性)到特定的保持电压。

OVP电路300还可以包括控制电路316。控制电路316可以具有输入323和输出324，输入323耦合到信号节点306，输出324耦合到开关304的控制输入(例如，栅极)。控制电路316可以包括比较器318(被标记为“A1”)，比较器318用于将信号节点306与参考电压节点320处的参考电压(被标记为“Vref”)进行比较。Vref可以是可编程的或可配置的。例如，在OVP触发之前，Vref可能等于3.3V，并且在触发之后可能会被更改为30mV。在某些方面，Vref可以低于第一瞬态保护电路的保持电压。对于某些方面，控制电路316还可以包括反相器322(被标记为“I1”)，反相器322耦合在比较器的输出324(具有被标记为“Vcomp”的输出电压)和开关304的控制输入(例如，晶体管M1的栅极，具有被标记为“Vg_ovp”的电压)之间。在一些方面，反相器322的输出可以被认为是控制电路316的第一输出。由于比较器318检测过电压可能存在延迟，所以第一瞬态保护电路314可以将过电压下拉到保持电压，直到比较器318检测到信号节点306上的过电压并断开开关304(例如，使晶体管M1截止)，如本文关于图4进一步描述的。

对于某些方面，控制电路316可以具有单个输出，诸如比较器318的输出。在这种情况下，晶体管M1可以被实现为耗尽型FET，该耗尽型FET所具有的栅极耦合到输出比较器318的输出，并且不需要使用反相器322(即，可以用短路来取代)。

对于某些方面，OVP电路300还可以包括第二瞬态保护电路328，第二瞬态保护电路328耦合在开关304的控制输入和参考电势节点312之间。如上所述，可以例如通过回弹式钳位件SBC2(如图3中所示)、或者由与电阻元件串联耦合的一个或多个二极管来实现第二瞬态保护电路328。第二瞬态保护电路328可以限制开关304的控制输入处的电压，以使得任何过电压都不会泄漏到信号节点306。

对于某些方面，OVP电路300还可以包括与在信号节点306和参考电势节点312之间的另一个开关332串联耦合的电阻器330(具有电阻“R2”)。如所图示，可以通过NMOS晶体管M2来实现另一个开关332。另一个开关332的控制输入(例如晶体管M2的栅极)可以耦合到比较器318的输出324。在某些方面，比较器318的输出324可以被认为是控制电路316的第二输出，以使得控制电路316的第二输出耦合到另一个开关332的控制输入。在某些方面，控制电路316的第二输出可以与控制电路316的第一输出相同。在其他方面，控制电路316的第二输出可以例如经由反相器322而被耦合到控制电路316的第一输出。在某些方面，电阻器330可以具有大约300Ω的电阻R2并且/或可以是可调节的。在某些情况下，电阻器308可以具有比电阻器330的第二电阻R2大至少一个数量级的第一电阻R1。

对于某些方面，开关304、电阻器308和TVS 310全部都可以在集成电路(IC)外部，而OVP电路300的其他组件可以在IC内部。例如，信号节点306可以包括IC的引脚。OVP电路300可以仅包括IC的单个附加引脚326，以用于连接器端口302的过电压保护，其中单个附加引脚326耦合在控制电路316的输出和开关304的控制输入之间。也就是说，IC可以具有用于连接器端口302的过电压保护的两个引脚：用于信号节点306的一个引脚和用于开关304的控制输入的另一个引脚326。这两个引脚可以提供IC的所期望的迹线数和面积，这继而又可以提供IC的期望制造成本。在某些方面，IC可以是片上系统(SoC)，例如包括应用处理器224、音频编解码器206和OVP电路300的内部组件(诸如第一瞬态保护电路314、控制电路316、第二瞬态保护电路328、电阻器330和/或另一个开关332)。

在操作中，FET M1被用来防止高压(例如，20V)。图4是图示了根据本公开的某些方面的图3的OVP电路300在过电压事件之前、期间和之后的CDC、Vcomp、Vg_ovp和Vconn电压波形的示例时序图400。如图所示，各种电压波形(CDC、Vcomp、Vg_ovp和Vconn)被描绘为随时间变化的电压。在t1之后不久开始的阶段1(402)期间，当Vconn经历过电压事件(例如，电压突然增加到20V)时，回弹式钳位件SBC1和SBC2启动(kick in)并将Vg_ovp和IC引脚CDC上的瞬态电压限制到它们各自的保持电压(例如，<～4.7V)。在t1和t2之间的阶段2(404)期间，高阻电阻器308连同回弹式钳位件SBC1将CDC引脚电压限制到SBC保持电压。在控制电路延迟(例如，由于比较器318和反相器322造成的～200ns)之后，阶段3(406)在t2处开始。在从t2到t3的阶段3(406)期间，Vg_ovp通过转变为逻辑高信号的Vcomp以及将其反相为逻辑低信号的反相器322而被拉至接地(0V)，以使得NMOS晶体管M1被截止，并且CDC引脚与连接器端口302断开连接，以保护CDC引脚免受Vconn的过电压状况。同样由于Vcomp转变为逻辑高信号，NMOS晶体管M2导通并将CDC引脚电压拉至接地。只要Vconn*R2/(R1+R2)＞Vref，控制电路316就维持该状态。在过电压事件在t3处停止之后，阶段4(408)开始。在阶段4期间的控制电路延迟之后，控制电路使晶体管M2截止并且使晶体管M1导通，在t4处结束阶段4。

在某些方面，OVP电路可以为正电压和/或负电压提供过电压保护。例如，图5是根据本公开的某些方面的另一个示例OVP电路500的电路图。OVP电路500可以被用于支持正和负信号电压及瞬态浪涌状况两者的连接器引脚。OVP电路500可以包括双向电压钳位电路510(例如，反向串联的两个单向TVS二极管，如所图示)。当Vconn的幅度超过TVS二极管中的任一TVS二极管的击穿电压时，双向电压钳位电路510可以将瞬时正或负过电压分流到接地。

OVP电路500还可以包括控制电路516，控制电路516具有第一比较器518A、第二比较器518B和逻辑或门534，控制电路516可以有效地取代图3中的比较器318。逻辑或门534可以具有输出536，输出536耦合到控制电路516的输出。第一比较器518A可以具有耦合到信号节点306的第一输入523A、被配置为接收第一参考电压(例如，Vr+，其可以是正电压)的第二输入520A(也被称为“第一参考电压节点”)、以及耦合到逻辑或门的第一输入538的输出524A。第二比较器518B可以具有耦合到信号节点306的第一输入523B、被配置为接收第二参考电压(例如，Vr-，其可以是负电压)的第二输入520B(也被称为“第二参考电压节点”)、以及耦合到逻辑或门534的第二输入540的输出524B。第一比较器518A可以检测相对于第一参考电压的正过电压(例如，＞Vr+)并且关断开关304，而第二比较器518B可以检测相对于第二参考电压的负过电压(例如，＜Vr-)并且关断开关304。以这种方式，控制电路可以检测信号节点306处的电压幅度是否大于或等于第一参考电压的幅度或第二参考电压的幅度。

虽然为了便于理解在图3和图5中描绘的示例在本文中关于为正电压或为正电压和负电压提供OVP来描述，但是本公开的各方面也可以被应用于仅防止负过电压的OVP电路。

图6是图示了根据本公开的某些方面的用于为对应于连接器端口(例如，连接器端口302)的信号节点(例如，信号节点306)提供OVP的示例操作600的流程图。操作600可以例如由OVP电路(例如OVP电路300或OVP电路500)来执行。

操作600可以开始于框602，其中响应于第一电压超过第一瞬态保护电路的钳位电压，第一瞬态保护电路(例如，第一瞬态保护电路314)可以将信号节点(例如，信号节点306)处的第一电压抑制到第二电压。第一瞬态保护电路可以耦合在信号节点和参考电势节点(例如，参考电势节点312)之间。在框604处，控制电路(例如，控制电路316)可以将第二电压与参考电压(例如，Vref)进行比较。控制电路可以具有耦合到信号节点的输入(例如，输入323)和耦合到第一开关(例如，开关304)的控制输入的第一输出(例如，输出324)。第一开关可以具有耦合到连接器端口的第一端子和耦合到信号节点的第二端子，并且第一开关可以与第一电阻元件(例如，电阻器308)并联耦合。在框606处，控制电路可以基于比较来断开第一开关。例如，比较可以涉及检测到第二电压的幅度大于或等于参考电压的幅度。

在可选的框608处，控制电路可以基于第二电压和参考电压之间的另一比较来闭合第一开关。在这种情况下，可以通过与第一开关并联耦合的第一电阻元件来感测用于另一比较的第二电压。换言之，第一电阻元件可以被用来监测连接器端口，直到过电压状态消失，从而第一开关随后可以被闭合。

关于框602，第一瞬态保护电路可以响应于第一电压超过第一瞬态保护电路的钳位电压(的幅度)而启动对第一电压的抑制。对于正电压或负电压，可以在框602处抑制第一电压。在一些方面，钳位电压可以是回弹式钳位件的击穿电压。第一瞬态保护电路可以将过电压下拉(或上拉)到与第一瞬态保护电路相关联的某些保持电压。

在某些方面，第二瞬态保护电路(例如，第二瞬态保护电路328)可以被用来抑制瞬态电压以免对第一开关施加电应力。例如，操作600还可以包括：响应于第三电压超过第二瞬态保护电路的钳位电压，第二瞬态保护电路将第一开关的控制输入处的第三电压抑制到第四电压。第二瞬态保护电路可以耦合在第一开关的控制输入和参考电势节点之间。

在某些方面，第二开关(例如，另一个开关332)可以被用来进一步抑制信号节点处的电压。例如，操作600还可以包括：控制电路基于比较(例如，检测到第二电压的幅度大于或等于参考电压的幅度)来闭合第二开关。第二开关可以与在信号节点和参考电势节点之间的第二电阻元件(例如，电阻器330)串联耦合。控制电路的输出可以耦合到第二开关的控制输入。

在某些方面，可以利用比较器(例如，比较器318)来执行比较。例如，框604处的比较可以包括：比较器将第二电压与参考电压进行比较。在这种情况下，比较器可以具有耦合到信号节点的第一输入、具有接收参考电压的第二输入、并且具有耦合到控制电路的第一输出的输出。

在某些方面，由比较器输出的控制电压可以利用反相器(例如反相器322)来反相。例如，在框606处断开第一开关可以包括：将比较器的反相输出施加到第一开关的控制输入。

在一些方面，比较器的参考电压可以不同于第一瞬态保护电路的保持电压。例如，保持电压的幅度可以大于参考电压，以使得控制电路能够触发第一开关的断开。

在某些方面，TVS(例如，TVS 310，其可以由TVS二极管来实现)可以被用来进一步抑制瞬态电压。例如，在框602处抑制第一电压还可以包括：利用耦合在第一开关的第一端子和参考电势节点之间的TVS二极管将第一电压抑制到第二电压。

在某些方面，第一电阻元件可以被用来监测连接器引脚处的电压，直到过电压状况结束。控制电路可以基于第二电压和参考电压之间的另一比较来闭合第一开关。例如，可以通过与第一开关并联耦合的第一电阻元件和/或通过与第二开关串联耦合的第二电阻元件来感测用于另一比较的第二电压。关于操作600，在框604处比较第二电压可以包括：至少部分地基于与第一开关并联耦合的第一电阻元件两端的第一电压降，并且在某些情况下，基于与第二开关串联耦合的第二电阻元件两端的第二电压降，来比较第二电压和参考电压。控制电路可以比较Vconn*R2/(R1+R2)是否大于参考电压(Vref)。当Vconn*R2/(R1+R2)大于参考电压时，控制电路可以断开第一开关，并且当Vconn*R2/(R1+R2)小于或等于参考电压时，控制电路可以闭合第一开关。

在一些方面，控制电路可以在过电压事件停止时闭合第一开关。作为示例，控制电路可以基于比较来闭合第一开关，诸如检测到第二电压的幅度小于参考电压的幅度。

关于框608，例如，如本文关于图4所述，在阶段4之后，如果第二电压低于基于参考电压的某个阈值，则控制电路可以闭合第一开关。例如，如果Vconn*R2/(R1+R2)小于或等于Vref，则控制电路可以闭合第一开关，并且在某些情况下，控制电路可以断开第二开关。

示例方面

除了上述各个方面之外，各方面的具体组合也在本公开的范围内，其中一些在下文详述：

方面1：一种用于在连接器端口和对应于连接器端口的信号节点之间的过电压保护(OVP)的电路，所述OVP电路包括：第一开关，具有用于耦合到所述连接器端口的第一端子和用于耦合到所述信号节点的第二端子；与所述第一开关并联耦合的第一电阻元件；耦合在所述信号节点和参考电势节点之间的第一瞬态保护电路；以及控制电路，所述控制电路具有耦合到所述信号节点的输入，并且具有耦合到所述第一开关的控制输入的第一输出。

方面2：根据方面1所述的OVP电路，还包括在所述第一开关的所述控制输入和所述参考电势节点之间的第二瞬态保护电路。

方面3：根据方面2所述的OVP电路，其中所述第一瞬态保护电路或所述第二瞬态保护电路中的至少一个瞬态保护电路包括回弹式钳位件。

方面4：根据方面2所述的OVP电路，其中所述第一瞬态保护电路或所述第二瞬态保护电路中的至少一个瞬态保护电路包括与阻容式(RC)钳位件串联耦合的至少一个二极管。

方面5：根据方面1-4中任一项所述的OVP电路，还包括在所述信号节点和所述参考电势节点之间串联耦合的第二电阻元件和第二开关，其中所述控制电路的第二输出耦合到所述第二开关的控制输入。

方面6：根据方面5所述的OVP电路，其中所述第一电阻元件具有比所述第二电阻元件的第二电阻大至少一个数量级的第一电阻。

方面7：根据方面1-6中任一项所述的OVP电路，其中所述控制电路包括比较器，所述比较器具有耦合到所述信号节点的第一输入，具有耦合到参考电压节点的第二输入，并且具有耦合到所述控制电路的输出的输出。

方面8：根据方面7所述的OVP电路，其中所述控制电路还包括反相器，所述反相器具有耦合到所述比较器的输出的输入，并且具有耦合到所述控制电路的所述第一输出的输出。

方面9：根据方面7或8所述的OVP电路，还包括在所述信号节点和所述参考电势节点之间串联耦合的第二电阻元件和第二开关，其中所述比较器的输出耦合到所述第二开关的控制输入。

方面10：根据方面7-9中任一项所述的OVP电路，其中所述参考电压节点处的参考电压的幅度低于所述第一瞬态保护电路的保持电压的幅度。

方面11：根据方面1-10中任一项所述的OVP电路，其中所述连接器端口是USB-C端口。

方面12：根据方面11所述的OVP电路，其中所述USB-C端口是差分对正(DP)端口、差分对负(DN)端口或边带使用(SBU)端口。

方面13：根据方面1-12中任一项所述的OVP电路，其中所述OVP电路缺少感测线，所述感测线耦合到所述第一开关的所述第一端子和所述连接器端口之间的节点。

方面14：根据方面1-13中任一项所述的OVP电路，其中所述第一开关包括n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，所述NMOS晶体管具有作为所述第一开关的所述第一端子的漏极，具有作为所述第一开关的所述第二端子的源极，并且具有作为所述第一开关的控制输入的栅极。

方面15：根据方面14所述的OVP电路，其中所述NMOS晶体管的击穿电压至少为20V。

方面16：根据方面1-15中任一项所述的OVP电路，其中：所述控制电路是集成电路(IC)的一部分；所述第一开关在所述IC外部；所述信号节点包括所述IC的引脚；所述OVP电路仅包括所述IC的单个附加引脚以用于所述连接器端口的所述过电压保护；以及所述单个附加引脚耦合在所述控制电路的所述第一输出和所述第一开关的控制输入之间。

方面17：根据方面16所述的OVP电路，其中所述第一电阻元件在所述IC外部。

方面18：根据方面16或17所述的OVP电路，其中所述第一瞬态保护电路在所述IC内部。

方面19：根据方面1-18中任一项所述的OVP电路，还包括耦合在所述第一开关的所述第一端子和所述参考电势节点之间的瞬态电压抑制(TVS)二极管。

方面20：根据方面1-6或10-19中任一项所述的OVP电路，其中所述控制电路包括：逻辑或门，具有耦合到所述控制电路的所述第一输出的输出；第一比较器，具有耦合到所述信号节点的第一输入，具有被配置为接收第一参考电压的第二输入，并且具有耦合到所述逻辑或门的所述第一输入的输出；以及第二比较器，所述第二比较器具有耦合到所述信号节点的第一输入，具有被配置为接收第二参考电压的第二输入，并且具有耦合到所述逻辑或门的所述第二输入的输出。

方面21：根据方面5或6所述的OVP电路，其中所述控制电路的所述第二输出与所述控制电路的所述第一输出相同。

方面22：根据方面5或6所述的OVP电路，其中所述控制电路的所述第二输出耦合到所述控制电路的所述第一输出。

方面23：一种在连接器端口和对应于所述连接器端口的信号节点之间提供过电压保护的方法，所述方法包括：响应于第一电压超过第一瞬态保护电路的钳位电压，利用所述第一瞬态保护电路将所述信号节点处的所述第一电压抑制到第二电压，其中所述第一瞬态保护电路耦合在所述信号节点和参考电势节点之间；利用控制电路将所述第二电压与参考电压进行比较，所述控制电路具有耦合到所述信号节点的输入，并且具有耦合到第一开关的控制输入的第一输出，其中所述第一开关具有耦合到所述连接器端口的第一端子，具有耦合到所述信号节点的第二端子，并且与第一电阻元件并联耦合；并且基于所述比较来利用所述控制电路断开所述第一开关。

方面24：根据方面23所述的方法，还包括：利用在所述第一开关的所述控制输入和所述参考电势节点之间耦合的第二瞬态保护电路，响应于第三电压超过所述第二瞬态保护电路的钳位电压，将所述第一开关的所述控制输入处的所述第三电压抑制到第四电压。

方面25：根据方面23或24所述的方法，还包括基于所述比较，利用所述控制电路闭合第二开关，其中所述第二开关与在所述信号节点和所述参考电势节点之间的第二电阻元件串联耦合，并且其中所述控制电路的第二输出耦合到所述第二开关的控制输入。

方面26：根据方面25所述的方法，其中闭合所述第二开关包括：基于所述比较检测到所述第二电压的带下大于或等于所述参考电压的幅度而闭合所述第二开关。

方面27：根据方面23-26中任一项所述的方法，其中所述比较包括：利用比较器将所述第二电压与所述参考电压进行比较，所述比较器具有耦合到所述信号节点的第一输入、具有接收所述参考电压的第二输入、并且具有耦合到所述控制电路的所述第一输出的输出。

方面28：根据方面27所述的方法，其中断开所述第一开关包括将所述比较器的反相输出施加到所述第一开关的控制输入。

方面29：根据方面23-28中任一项所述的方法，其中所述参考电压不同于所述第一瞬态保护电路的保持电压。

方面30：根据方面23-29中任一项所述的方法，其中抑制所述第一电压包括：利用耦合在所述第一开关的所述第一端子和所述参考电势节点之间的瞬态电压抑制(TVS)二极管，将所述第一电压抑制到所述第二电压。

方面31：根据方面23-30中任一项所述的方法，还包括：利用所述控制电路基于所述第二电压和所述参考电压之间的另一比较来闭合所述第一开关，其中用于所述另一比较的所述第二电压通过与所述第一开关并联耦合的所述第一电阻元件来感测。

方面32：根据方面23-31中任一项所述的方法，其中断开所述第一开关包括：基于检测到所述第二电压的幅度大于或等于所述参考电压的幅度的比较，断开所述第一开关。

上述方法的各种操作可以通过能够执行对应功能的任何合适的装置来执行。该装置可以包括各种硬件和/或软件组件和/或模块，包括但不限于电路、专用集成电路(ASIC)或处理器。通常，在有附图中所图示的操作的情况下，这些操作可能具有对应的具有相似编号的对应装置加功能(means-plus-function)组件。

如本文中所使用的，术语“确定”涵盖多种动作。例如，“确定”可以包括计算(calculating)、计算(computing)、处理、导出、调查、查找(例如，在表格、数据库或其他数据结构中查找)、确认等等。此外，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等等。此外，“确定”可以包括解决、选择、挑选、建立等等。

如本文中所使用的，提及项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包括单个成员。例如，“a、b或c中的至少一个”旨在覆盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c、以及具有多个相同要素的任何组合(例如，a-a、a-a-a、a-a-b、a-a-c、a-b-b、a-c-c、b-b、b-b-b、b-b-c、c-c和c-c-c或任何其他顺序的a、b和c)。

本文所公开的方法包括用于实现所述方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可以彼此互换。换言之，除非指定步骤或动作的特定顺序，否则在不脱离权利要求的范围的情况下可以修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。

应当理解，权利要求不限于以上说明的精确配置和组件。在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对上述方法和装置的布置、操作和细节进行各种修改、改变和变化。

Claims (30)

1.一种过电压保护(OVP)电路，用于在连接器端口和对应于所述连接器端口的信号节点之间的OVP，所述OVP电路包括：

第一开关，具有第一端子和第二端子，所述第一端子用于耦合到所述连接器端口，所述第二端子用于耦合到所述信号节点；

第一电阻元件，与所述第一开关并联耦合；

第一瞬态保护电路，耦合在所述信号节点和参考电势节点之间；以及

控制电路，具有耦合到所述信号节点的输入，并且具有耦合到所述第一开关的控制输入的第一输出。

2.根据权利要求1所述的OVP电路，还包括第二瞬态保护电路，所述第二瞬态保护电路耦合在所述第一开关的所述控制输入和所述参考电势节点之间。

3.根据权利要求2所述的OVP电路，其中所述第一瞬态保护电路或所述第二瞬态保护电路中的至少一个瞬态保护电路包括回弹式钳位件。

4.根据权利要求2所述的OVP电路，其中所述第一瞬态保护电路或所述第二瞬态保护电路中的至少一个瞬态保护电路包括与阻容式(RC)钳位件串联耦合的至少一个二极管。

5.根据权利要求1所述的OVP电路，还包括在所述信号节点和所述参考电势节点之间串联耦合的第二电阻元件和第二开关，其中所述控制电路的第二输出耦合到所述第二开关的控制输入。

6.根据权利要求5所述的OVP电路，其中所述第一电阻元件具有第一电阻，所述第一电阻比所述第二电阻元件的第二电阻大至少一个数量级。

7.根据权利要求1所述的OVP电路，其中所述控制电路包括比较器，所述比较器具有耦合到所述信号节点的第一输入，具有耦合到参考电压节点的第二输入，并且具有耦合到所述控制电路的所述第一输出的输出。

8.根据权利要求7所述的OVP电路，其中所述控制电路还包括反相器，所述反相器具有耦合到所述比较器的输出的输入，并且具有耦合到所述控制电路的所述第一输出的输出。

9.根据权利要求8所述的OVP电路，还包括在所述信号节点和所述参考电势节点之间串联耦合的第二电阻元件和第二开关，其中所述比较器的输出耦合到所述第二开关的控制输入。

10.根据权利要求7所述的OVP电路，其中所述参考电压节点处的参考电压的幅度低于所述第一瞬态保护电路的保持电压的幅度。

11.根据权利要求1所述的OVP电路，其中所述连接器端口是USB-C端口。

12.根据权利要求11所述的OVP电路，其中所述USB-C端口是差分对正(DP)端口、差分对负(DN)端口、或边带使用(SBU)端口。

13.根据权利要求1所述的OVP电路，其中所述OVP电路缺少感测线，所述感测线耦合到在所述第一开关的所述第一端子和所述连接器端口之间的节点。

14.根据权利要求1所述的OVP电路，其中所述第一开关包括n型金属氧化物半导体(NMOS)晶体管，所述NMOS晶体管具有作为所述第一开关的所述第一端子的漏极，具有作为所述第一开关的所述第二端子的源极，并且具有作为所述第一开关的所述控制输入的栅极。

15.根据权利要求14所述的OVP电路，其中所述NMOS晶体管的击穿电压至少为20V。

16.根据权利要求1所述的OVP电路，其中：

所述控制电路是集成电路(IC)的一部分；

所述第一开关在所述IC外部；

所述信号节点包括所述IC的引脚；

所述OVP电路仅包括所述IC的单个附加引脚以用于所述连接器端口的所述过电压保护；并且

所述单个附加引脚耦合在所述控制电路的所述第一输出和所述第一开关的所述控制输入之间。

17.根据权利要求16所述的OVP电路，其中所述第一电阻元件在所述IC外部。

18.根据权利要求16所述的OVP电路，其中所述第一瞬态保护电路在所述IC内部。

19.根据权利要求1所述的OVP电路，还包括耦合在所述第一开关的所述第一端子和所述参考电势节点之间的瞬态电压抑制(TVS)二极管。

20.根据权利要求1所述的OVP电路，其中所述控制电路包括：

逻辑或门，具有耦合到所述控制电路的所述第一输出的输出；

第一比较器，具有耦合到所述信号节点的第一输入，具有耦合到所述第一参考电压节点的第二输入，并且具有耦合到所述逻辑或门的第一输入的输出；以及

第二比较器，具有耦合到所述信号节点的第一输入，具有耦合到所述第二参考电压节点的第二输入，并且具有耦合到所述逻辑或门的第二输入的输出。

21.一种在连接器端口和对应于所述连接器端口的信号节点之间提供过电压保护的方法，所述方法包括：

响应于第一电压超过第一瞬态保护电路的钳位电压，利用所述第一瞬态保护电路将所述信号节点处的所述第一电压抑制到第二电压，其中所述第一瞬态保护电路耦合在所述信号节点和参考电势节点之间；

利用控制电路将所述第二电压与参考电压进行比较，所述控制电路具有耦合到所述信号节点的输入，并且具有耦合到第一开关的控制输入的第一输出，其中所述第一开关具有耦合到所述连接器端口的第一端子，具有耦合到所述信号节点的第二端子，并且与第一电阻元件并联耦合；以及

基于所述比较来利用所述控制电路断开所述第一开关。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括：利用在所述第一开关的所述控制输入和所述参考电势节点之间耦合的第二瞬态保护电路，响应于第三电压超过所述第二瞬态保护电路的钳位电压，将所述第一开关的所述控制输入处的所述第三电压抑制到第四电压。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括基于所述比较，利用所述控制电路闭合第二开关，其中所述第二开关与在所述信号节点和所述参考电势节点之间的第二电阻元件串联耦合，并且其中所述控制电路的第二输出耦合到所述第二开关的控制输入。

24.根据权利要求23所述的方法，其中闭合所述第二开关包括：基于检测到所述第二电压的幅度大于或等于所述参考电压的幅度的所述比较，而闭合所述第二开关。

25.根据权利要求21所述的方法，其中所述比较包括：利用比较器将所述第二电压与所述参考电压进行比较，所述比较器具有耦合到所述信号节点的第一输入，具有接收所述参考电压的第二输入，并且具有耦合到所述控制电路的所述第一输出的输出。

26.根据权利要求25所述的方法，其中断开所述第一开关包括将所述比较器的反相输出施加到所述第一开关的所述控制输入。

27.根据权利要求21所述的方法，其中所述参考电压不同于所述第一瞬态保护电路的保持电压。

28.根据权利要求21所述的方法，其中抑制所述第一电压包括：利用耦合在所述第一开关的所述第一端子和所述参考电势节点之间的瞬态电压抑制(TVS)二极管，将所述第一电压抑制到所述第二电压。

29.根据权利要求21所述的方法，还包括：利用所述控制电路，基于所述第二电压和所述参考电压之间的另一比较，来闭合所述第一开关，其中用于所述另一比较的所述第二电压通过与所述第一开关并联耦合的所述第一电阻元件来感测。

30.根据权利要求21所述的方法，其中断开所述第一开关包括：基于检测到所述第二电压的幅度大于或等于所述参考电压的幅度的所述比较，断开所述第一开关。

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