CN116148586B - Usb设备拔出检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例中提供了一种USB设备拔出检测电路，属于集成电路技术领域，该电路包括：第一电压信号端，所述第一电压信号端与所述USB设备的系统供压电路连接；第二电压信号端，所述第二电压信号端与第一USB端口的第一输出电压端连接；压差放大电路，所述压差放大电路的两个输入端分别与所述第一电压信号端和所述第二电压信号端连接，用于放大所述第一电压信号端和所述第二电压信号端之间的电压信号，形成放大电压，以便于基于所述放大电压判断所述第一USB端口上的设备是否处于拨出状态。采用本方案，能够提高USB设备拔出检测的灵敏度。

Description

USB设备拔出检测电路

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种USB设备拔出检测电路。

背景技术

近年来，各类便携式智能产品得到了极大的普及，如平板电脑、智能手机和移动电源等。这些便携式产品都带有USB口,产品通过USB传输数据和供电,当A口和C口都有插入时，放电设备自动进入低功率放电状态。当A口设备拔出时，需要有检测机制发现此状态，并将C口恢复到快充状态。

现有技术中针对此问题，存在检测精度不高的问题，很难检测出小于50mA放电电流，特别是当受电设备为1C即80mA<耳挂耳机>时，甚至无法对其充电。现有技术还易受到温漂的影响，进一步恶化检测精度，进而导致检测结果不够准确。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种USB设备拔出检测电路，至少部分解决现有技术中存在的问题。

本发明实施例提供了一种USB设备拔出检测电路，包括：

第一电压信号端，所述第一电压信号端与所述USB设备的系统供压电路连接；

第二电压信号端，所述第二电压信号端与第一USB端口的第一输出电压端连接；

压差放大电路，所述压差放大电路的两个输入端分别与所述第一电压信号端和所述第二电压信号端连接，用于放大所述第一电压信号端和所述第二电压信号端之间的电压信号，形成放大电压，以便于基于所述放大电压判断所述第一USB端口上的设备是否处于拨出状态。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：

第一电阻，所述第一电阻设置在所述第一电压信号端和所述压差放大电路的第一输入端；

第二电阻，所述第二电阻设置在所述第二电压信号端和所述压差放大电路的第二输入端。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：

第三电阻，所述第三电阻设置在所述压差放大电路的输出端；

模拟数字转换器，所述模拟数字转换器通过计算所述第三电阻两端的电压差，形成数字形式描述的电压值，所述电压值用于描述所述放大电压。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述压差放大电路还包括：

运算放大器，所述运算放大器具有两个输入端和一个输出端；

第一三极管，所述第一三极管的集电极与所述第一电阻连接，所述第一三极管的基极与运算放大器的输出端连接，所述第一三极管的发射极与所述第三电阻连接。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：

第一电容，所述第一电容设置在所述第一电压信号端和所述压差放大电路的第一输入端；

第二电容，所述第二电容设置在所述第二电压信号端和所述压差放大电路的第二输入端。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：

第三电容，所述第三电容设置在所述压差放大电路的第一输入端和第一输出端之间；

第四电容，所述第四电容设置在所述压差放大电路的第二输入端和第二输出端之间。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：

模拟数字转换器，所述模拟数字转换器通过计算压差放大电路的第一输出端和第二输出端之间的电压差，形成数字形式描述的电压值，所述电压值用于描述所述放大电压。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，在一个CHOP周期内，所述模拟数字转换器分别在CHOP为高和CHOP为低采样得到第一采样值和第二采样值，将第一采样值和第二采样值进行数据做差，用以消除运放失调电压与CDS复位噪声的影响。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：

比较器，所述比较器的两个输入端分别于所述压差放大电路的两个输出端连接，用以根据所述压差放大电路的两个输出端的电压输出生成比较结果。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：

选择开关，所述选择开关与所述比较器的输出端连接，用于根据所述比较结果选择与不同的参考电压进行连接；

第五电容，所述第五电容与所述选择开关和所述压差放大电路的第一输入端连接；

第六电容，所述第六电容与所述选择开关和所述压差放大电路的第二输入端连接。

本发明实施例中第一电压信号端，所述第一电压信号端与所述USB设备的系统供压电路连接；第二电压信号端，所述第二电压信号端与第一USB端口的第一输出电压端连接；压差放大电路，所述压差放大电路的两个输入端分别与所述第一电压信号端和所述第二电压信号端连接，用于放大所述第一电压信号端和所述第二电压信号端之间的电压信号，形成放大电压，以便于基于所述放大电压判断所述第一USB端口上的设备是否处于拨出状态。采用本方案，能够非常灵敏的检测设备的拔出，可满足低功率设备充放电，可精确检测其小电流，不受温度和噪声的影响，且实现成本很低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种USB设备拔出检测电路示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种USB设备拔出检测电路示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种USB设备拔出检测电路示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种USB设备拔出检测电路示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

参见图1、图2、图3及图4，本发明实施例提供了一种USB设备拔出检测电路，包括：

第一电压信号端，所述第一电压信号端与所述USB设备的系统供压电路连接；

第二电压信号端，所述第二电压信号端与第一USB端口的第一输出电压端连接；

压差放大电路，所述压差放大电路的两个输入端分别与所述第一电压信号端和所述第二电压信号端连接，用于放大所述第一电压信号端和所述第二电压信号端之间的电压信号，形成放大电压，以便于基于所述放大电压判断所述第一USB端口上的设备是否处于拨出状态。

通过上述方案，能够对第一电压信号端和第二电压信号端之间的电压进行有效放大，提高了USB端口是否处于拔出状态的判断精度。

在实际的应用中，如图1所示，小功率设备DEVICE A从USB TPYE A口取电，大功率设备DEVICE C从USB TPYE C口取电；设备DEVICE C通过PD协议与放电设备通信。当器件A与C都插入时，VSYS（USB设备的系统供压电路）自动降低为5V，低功率输出。当器件A充满后，需要检测机制将VOUT1（第一输出电压）开关管关闭，并恢复与器件C通信，自动进入高功率放电状态。本发明意在检测器件A小功率受电设备受电电流小于10mA时，关断VOUT1高压开关。VOUT1高压开关导通阻抗10mΩ，意味着需要在VOUT1比VSYS低100uV时，才能关断此开关，此微弱信号增加了检测的难度。

参见图2，根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：第一电阻R1，所述第一电阻R1设置在所述第一电压信号端和所述压差放大电路的第一输入端；第二电阻R2，所述第二电阻R2设置在所述第二电压信号端和所述压差放大电路的第二输入端。

通过设置第一电阻和第二电阻，能够VSYS和VOUT1的电压形成的电流进行限流，起到保护作用。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：第三电阻R3，所述第三电阻R3设置在所述压差放大电路的输出端；模拟数字转换器ADC，所述模拟数字转换器通过计算所述第三电阻R3两端的电压差，形成数字形式描述的电压值，所述电压值用于描述所述放大电压。通过这种方式，能够采用数字形式直接的测量电压差，以便于基于电压差判断USB端口是否处于拔出状态。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述压差放大电路还包括：运算放大器，所述运算放大器具有两个输入端和一个输出端；第一三极管，所述第一三极管的集电极与所述第一电阻连接，所述第一三极管的基极与运算放大器的输出端连接，所述第一三极管的发射极与所述第三电阻连接。

放大器放大VSYS和VOUT1之间压差，在电阻R3上产生电压VDET，通过ADC读取VDET电压大小即可判断出设备是否拔出。

参见图3，根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：

第一电容C1，所述第一电容设置在所述第一电压信号端和所述压差放大电路的第一输入端；第二电容C2，所述第二电容设置在所述第二电压信号端和所述压差放大电路的第二输入端。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：第三电容C3，所述第三电容设置在所述压差放大电路的第一输入端和第一输出端之间；第四电容C4，所述第四电容设置在所述压差放大电路的第二输入端和第二输出端之间。

图3中C1与C2采用MOM电容，提高电路耐压特性。通过设置C1与C3电容比值N(N>>1)，放大VSYS和VOUT1之间压差，在输出端产生电压VDET，通过ADC读取VDET电压大小即可判断出设备是否拔出。此方案运放采用低压器件，降低了占用芯片面积。在一个CHOP周期，ADC分别在CHOP为高和CHOP为低采样得到ADC_DATA1和ADC_DATA2，将两次数据做差，即可消除运放失调电压与CDS复位噪声的影响。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：模拟数字转换器，所述模拟数字转换器通过计算压差放大电路的第一输出端和第二输出端之间的电压差，形成数字形式描述的电压值，所述电压值用于描述所述放大电压。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，在一个CHOP周期内，所述模拟数字转换器分别在CHOP为高和CHOP为低采样得到第一采样值和第二采样值，将第一采样值和第二采样值进行数据做差，用以消除运放失调电压与CDS复位噪声的影响。

参见图4，根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：比较器CP，所述比较器CP的两个输入端分别于所述压差放大电路的两个输出端连接，用以根据所述压差放大电路的两个输出端的电压输出生成比较结果。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述检测电路还包括：选择开关K，所述选择开关与K所述比较器CP的输出端连接，用于根据所述比较结果选择与不同的参考电压进行连接；第五电容Cf1，所述第五电容Cf1与所述选择开关K和所述压差放大电路AP的第一输入端连接；第六电容Cf2，所述第六电容Cf2与所述选择开关K和所述压差放大电路的第二输入端连接。

图4中的方案直接用ADC量化VSYS与VOUT1之间的压差，如图4所示。通过设置CS与CF电容比值N(N>>1)，实现N*(VSYS-VOUT1)在ADC参考电压上的量化。同样Cs1与Cs2采用MOM电容，提高电路耐压特性。电路其他部分采用低压器件，降低了所需芯片面积，仅仅增加比较器和开关即可数字量化出电压值，而无需额外ADC设计。为避免一阶调制器可能出现的输入相关idle tone，在积分器输入端引入dither，即可实现高精度分辨率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种USB设备拔出检测电路，其特征在于，包括：

第一电压信号端，所述第一电压信号端与所述USB设备的系统供压电路连接；

第二电压信号端，所述第二电压信号端与第一USB端口的第一输出电压端连接；

压差放大电路，所述压差放大电路的两个输入端分别与所述第一电压信号端和所述第二电压信号端连接，用于放大所述第一电压信号端和所述第二电压信号端之间的电压信号，形成放大电压，以便于基于所述放大电压判断所述第一USB端口上的设备是否处于拨出状态；

第一电阻，所述第一电阻设置在所述第一电压信号端和所述压差放大电路的第一输入端；

第二电阻，所述第二电阻设置在所述第二电压信号端和所述压差放大电路的第二输入端；

第三电阻，所述第三电阻设置在所述压差放大电路的输出端；

模拟数字转换器，所述模拟数字转换器通过计算所述第三电阻两端的电压差，形成数字形式描述的电压值，所述电压值用于描述所述放大电压；

运算放大器，所述运算放大器具有两个输入端和一个输出端；

第一三极管，所述第一三极管的集电极与所述第一电阻连接，所述第一三极管的基极与运算放大器的输出端连接，所述第一三极管的发射极与所述第三电阻连接。

2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：

第一电容，所述第一电容设置在所述第一电压信号端和所述压差放大电路的第一输入端；

第二电容，所述第二电容设置在所述第二电压信号端和所述压差放大电路的第二输入端。

3.根据权利要求2所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：

第三电容，所述第三电容设置在所述压差放大电路的第一输入端和第一输出端之间；

第四电容，所述第四电容设置在所述压差放大电路的第二输入端和第二输出端之间。

4.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：

模拟数字转换器，所述模拟数字转换器通过计算压差放大电路的第一输出端和第二输出端之间的电压差，形成数字形式描述的电压值，所述电压值用于描述所述放大电压。

5.根据权利要求4所述的检测电路，其特征在于：

在一个CHOP周期内，所述模拟数字转换器分别在CHOP为高和CHOP为低采样得到第一采样值和第二采样值，将第一采样值和第二采样值进行数据做差，用以消除运放失调电压与CDS复位噪声的影响。

6.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：

比较器，所述比较器的两个输入端分别于所述压差放大电路的两个输出端连接，用以根据所述压差放大电路的两个输出端的电压输出生成比较结果。

7.根据权利要求6所述的检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括：

选择开关，所述选择开关与所述比较器的输出端连接，用于根据所述比较结果选择与不同的参考电压进行连接；

第五电容，所述第五电容与所述选择开关和所述压差放大电路的第一输入端连接；

第六电容，所述第六电容与所述选择开关和所述压差放大电路的第二输入端连接。