CN1530837A - 通用串行总线电源电路的仿真测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用串行总线(USB)电源电路的仿真测试设备，包含：电源开关电路、一个以上不同料件的USB电源电路及与USB电源电路数量相同的负载电路；每个USB电源电路包含：5VCC第一电源模块106、5VSB第二电源模块、供电切换电路；电源开关电路产生的开关信号同时控制每个电源电路1是否输出电源信号，每个供电切换电路根据第一电源模块106有无电源信号输出，控制该电源电路1是否为负载电路供电。本发明的仿真测试设备实现了在各种外界条件都相同的情况下，客观的比较各种USB电源电路性能，及准确地评估不同方法和料件对电压下降的影响，使它们的优缺点更加明晰。

Description

通用串行总线电源电路的仿真测试设备

技术领域

本发明涉及电路测试领域，特别涉及一种通用串行总线(USB)电源电路的仿真测试设备。

背景技术

在计算机领域中，通用串行总线设备(USB设备)由于支持热插拔、扩展方便、传输速度较快等优点而得到越来越广泛的应用。出现了优盘、USB硬盘、USB光驱、USB软驱等等形形色色的USB设备。各种设备所耗电流各不相同，最大的超过了500mA。它们的电源主要是主板上提供的5VCC电源，而USB设备要求提供的电压是4.75v，这样在供电线路上的压降就不能超过250mV。又由于大多数USB设备支持唤醒功能，因此计算机在进入休眠状态后，计算机电源提供一个5VSB电源继续为USB设备供电。但计算机电源所提供的这个5VSB的电流较小，不能满足正常使用时的要求，因此需要一个切换的电路，当计算机进入休眠时，单独由5VSB来供电，当计算机由休眠状态回到正常使用状态时，切换到由5VCC来供电。

目前，计算机主板设计中对USB电源设计的方法大概有两种：1.传统的从5VCC通过一个二极管接到5VSB，再通过一个过流过压保护元件和一个电磁辐射抑制元件为USB设备供电；2.通过南桥或者ACPI控制器来控制与其相连的两个MOS管，且两个MOS管分别与5VCC和5VSB相连，以达到5VCC和5VSB切换的目的，其他的与第一种方式相同。这两种主要方法，加上还可以更换过流过压保护元件和电磁辐射抑制元件。这样组合出来就有很多种方法。因为不同厂家、不同批次的印刷电路板(PCB)有不同的参数，所以不能客观地评价不同方法和不同料件的USB电源的优缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种通用串行总线(USB)电源电路的仿真测试设备，以便于在各种外界条件都相同的情况下，客观地比较各种USB电源电路的性能，使它们的优缺点更加明晰。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种通用串行总线(USB)电源电路的仿真测试设备，其特征在于，该设备包含：电源开关电路、一个以上不同料件的USB电源电路及与USB电源电路数量相同的负载电路；其中，

每个USB电源电路包含：提供与计算机主板提供的5VCC相同电源的第一电源模块、提供与计算机电源提供的5VSB相同电源的第二电源模块、供电切换电路；第一电源模块与电源开关电路相连；

所述的电源开关电路将自身产生的开、关电信号同时发送给每个USB电源电路中的第一电源模块，控制第一电源模块是否输出电源信号；

供电切换电路与一个负载电路相连，且第一电源模块和第二电源模块通过供电切换电路相接；每个供电切换电路根据与其相连的第一电源模块有无电源信号输出，控制该第一电源模块是否为与其相连的负载电路供电。

所述USB电源电路可以为：供电切换电路为传统料件的USB电源电路，其第一电源模块通过一个二极管连接到第二电源模块。

所述USB电源电路也可以为：供电切换电路为南桥或者ACPI控制器的USB电源电路。

当所述USB电源电路为ACPI控制器USB电源电路时，该测试设备上可以提供一个ACPI控制器转接槽和与之相连的两个MOS管，且两个MOS管分别与第一电源模块和第二电源模块相连，由通过该ACPI控制器转接槽外接的ACPI控制器芯片控制两个MOS管实现供电切换。

所述的每个USB电源电路可以进一步包含过流保护电路、电磁辐射抑制电路；该过流保护电路输入端与供电切换电路相连，输出端与电磁辐射抑制电路相连，电磁辐射抑制电路与所述的一个负载电路相连。

所述的负载电路可以为一个USB接口，其在测试过程中连接USB设备负载。

该设备可以进一步包含多个能够提供与计算机主板提供的5VCC相同电源的，且具有不同走线宽度的普通电源电路，且上述普通电源电路直接连接一个USB接口，该USB接口在测试过程中连接USB设备负载。

所述的每个普通电源电路可以进一步包含过流保护电路、电磁辐射抑制电路；该过流保护电路输入端与5VCC电源相连，输出端与电磁辐射抑制电路相连，电磁辐射抑制电路与所述的USB接口相连。

所述的电源开关电路可以进一步包含开关电路和上电时序模拟电路，该开关电路与上电时序模拟电路相连，上电时序模拟电路与每个USB电源电路中的电源电路1相连；该上电时序模拟电路用于模拟计算机主板在开关机时序中的上、掉电信号和控制信号。

所述的上电时序模拟电路可以进一步包含：去抖滤波电路、反相电路1-反相电路5、可调延时电路1-可调延时电路2；去抖滤波电路接收电源开关电路发送的开关信号，该开关信号经过反相电路1后，产生用于控制ACPI控制器的S5#信号；该开关信号再经过反相电路2和可延时电路1延时后，产生用于控制ACPI控制器的S3#信号；该开关信号再经过反相电路4和可延时电路2延时后，再经过反相电路5，产生电源上、掉电信号发送给每个USB电源电路中的电源电路1。

该设备可以进一步包含一个电源接口，其与电源开关电路相连；通过该电源接口连接的一个计算机电源为所述的第一电源模块、第二电源模块、普通电源电路提供电源。

由本发明的技术方案可见，本发明的这种通用串行总线(USB)电源电路的仿真测试设备，将不同方法和不同料件的USB电源电路设置在同一块PCB板上，实现了在各种外界条件都相同的情况下，客观的比较各种USB电源电路性能，及准确地评估不同方法和料件对电压下降的影响，使它们的优缺点更加明晰。

附图说明

图1为本发明仿真测试设备的一个较佳实施例的结构框图；

图2为图1所示实施例中的上电时序模拟电路的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。

本发明的通用串行总线(USB)电源电路的仿真测试设备，将不同方法和不同料件的USB电源电路设置在同一块PCB板上，可以在各种外界条件都相同的情况下，客观地比较各种USB电源性能。

参见图1，图1为本发明仿真测试设备的一个较佳实施例的结构框图。本实施例的仿真测试设备包含：电源开关电路1、两个不同走线长度和宽度的直接由VCC为USB负载电路供电的普通电源电路2、一个传统方式的USB电源电路3、一个ACPI控制器控制的USB电源电路4、每个USB电源电路连接一个负载电路，在本实施例中负载电路是USB接口114，USB接口114在测试过程中连接USB设备负载，即将USB接口114引出一个固定的电流，然后测试线路上的电压降。

其中，电源开关电路1包含了开关电路102和上电时序模拟电路103。

两个普通电源电路2、传统方式的USB电源电路3、ACPI控制器控制的USB电源电路4中，都包含了一个过流过压保护电路112和一个电磁辐射抑制电路113，在本实施例中过流过压保护电路112采用的是一个保险(FUSE)，电磁辐射抑制电路113采用的是一个磁珠。

两个普通电源电路2中：VCC电路104通过过流过压保护电路112和电磁辐射抑制电路113与USB接口114相连，可以用来测试不同走线宽度或长度下线路的电压降。

传统方式的USB电源电路3中：VCC电路106与VSB电路107通过传统方式切换电路110相连，本实施例中VCC是通过反相隔离二极管与VSB相连，然后通过过流过压保护电路112和电磁辐射抑制电路113与USB接口114相连，可以用来测试二极管、保险(FUSE)及磁珠的电压降。

ACPI控制器控制的USB电源电路4中：VCC电路108与VSB电路109通过ACPI控制器转接槽111相连，ACPI控制器转接槽111在测试过程中连接一个ACPI控制器，该ACPI控制器连接了两个MOS管，且两个MOS管分别与第一电源模块和第二电源模块相连，由该ACPI控制器控制两个MOS管实现供电切换，然后通过过流过压保护电路112和电磁辐射抑制电路113与USB接口114相连，可以用来测试MOS管上的电压降以及用ACPI控制器进行切换过程中电压变化是否平滑。

其中，ACPI控制器的转接槽，可以采用双列直插的方式，插不同的ACPI控制器进行测试。根据目前通用的几种ACPI控制器芯片的引脚分布，本实施例中转接槽的引脚定义如表一：

5VSB	12V
		C1	S3#
C2	S5#
		CHRPMP	PW-OK
5VDLEN#	5VDRV
		SS	5VSBDRV
Reserved1	5VSEN
		Reserved2	5VDRV#
Reversed3	5VSBDRV#
		GND	Reversed4

            表一

引脚中的Reversed1-4是预留引脚，可以接上拉电阻、下拉电阻或者电容。因为在不同芯片中，驱动MOS管的信号有些是高有效，有些是低有效，因此驱动电压有5VDRV、5VSBDRV和反相后的5VDRV#、5VSBDRV#，以满足不同芯片的需要，其它引脚定义与ACPI控制器芯片的引脚定义相同。

由于FUSE和磁珠、还有双MOS管的封装都比较单一，所以本实施例不为它们设计转接槽，在测试时直接焊上进行测试。

本实施例中该设备还包含了一个电源接口101，其与一个计算机电源相连，同时与两个不同走线长度和宽度的普通电源电路2中的VCC电路104相连，且分别与传统方式的USB电源电路3和ACPI控制器控制的USB电源电路4中的VCC电路106、108和VSB电路107、109相连；该计算机电源通过上述连接为本设备提供5VCC和5VSB电源，该电源始终提供5VSB电源，由电源开关电路1控制是否提供5VCC电源。

电源接口101与电源开关电路1中的上电时序模拟电路103相连，开关电路102与上电时序模拟电路103相连，上电时序模拟电路103用于产生上、掉电信号并发送给电源接口101，且上电时序模拟电路103产生S5#信号和S3#信号和上电信号通过ACPI控制器转接槽111发送给与之相连的ACPI控制器。

这样，当开关电路102处于关闭状态时，电源接口101只将VSB电源提供给传统方式的USB电源电路3中的VSB电路107，和ACPI控制器控制的USB电源电路4中的VSB电路109，即传统方式的USB电源电路3和和ACPI控制器控制的USB电源电路4中都由VSB电路109为USB接口114供电。

当开关电路102打开时，其产生电源开信号，先发送给上电时序模拟电路103，上电时序模拟电路103产生ACPI控制器控制信号：S5#信号和S3#信号通过ACPI控制器转接槽111发送给ACPI控制器，上电时序模拟电路103经过延时后，产生上电信号分别通过ACPI控制器转接槽111发送给ACPI控制器，和通过电源接口101发送给计算机电源。计算机电源根据该信号输出VCC电源信号，该VCC电源信号分别发送给VCC电路104、VCC电路106、VCC电路109。

此时，传统方式的USB电源电路3同时由VCC电路106和VSB电路107供电；ACPI控制器控制的USB电源电路4中，ACPI控制器收到上电信号后，切换为由VCC电路108供电；两个不同走线长度和宽度的普通电源电路2，上电工作。

当开关电路102关闭时，其产生电源关信号，先发送给上电时序模拟电路103，上电时序模拟电路103产生ACPI控制器控制信号：S5#信号和S3#信号通过ACPI控制器转接槽111发送给ACPI控制器，ACPI控制器收到S5#信号和S3#信号后，切换为由VSB电路109供电。同时，发送给上电时序模拟电路103的电源关信号经过延时后，产生掉电信号，通过电源接口101发送给计算机电源。计算机电源根据该信号停止输出VCC电源信号。

此时，传统方式的USB电源电路3由VSB电路107供电；ACPI控制器控制的USB电源电路4由VSB电路109供电；两个不同走线长度和宽度的普通电源电路2，掉电停止工作。

上述过程中，上电时序模拟电路103模拟了计算机主板在开关机时序中的上、掉电信号和S5#及S3#控制信号。参见图2，图2为图1所示实施例中的上电时序模拟电路的结构框图。其包含：去抖滤波电路201、反相电路202、反相电路203、反相电路205、反相电路206、反相电路208、可调延时电路204、可调延时电路207；去抖滤波电路201接收开关电路102发送的开关信号，该开关信号经过反相电路202后，产生用于控制ACPI控制器的S5#信号；该开关信号再经过反相电路203和可延时电路204延时后，产生用于控制ACPI控制器的S3#信号；该开关信号再经过反相电路206和可延时电路207延时后，再经过反相电路208，产生电源上电、掉信号通过电源接口101发送给计算机电源，该上电信号同时发送给ACPI控制器。本实施例中可以通过调节可调延时电路，调整S3#信号、S5#信号、电源上、掉电信号之间的延时大小。

由上述的实施例可见，本发明的这种通用串行总线(USB)电源电路的仿真测试设备，将不同方法和不同料件的USB电源电路设置在同一块PCB板上，实现了在各种外界条件都相同的情况下，客观的比较各种USB电源性能，及准确地评估不同方法和料件对电压下降的影响，使它们的优缺点更加明晰。

Claims (11)

1、一种通用串行总线(USB)电源电路的仿真测试设备，其特征在于，该设备包含：电源开关电路、一个以上不同料件的USB电源电路及与USB电源电路数量相同的负载电路；其中，

每个USB电源电路包含：提供与计算机主板提供的5VCC相同电源的第一电源模块、提供与计算机电源提供的5VSB相同电源的第二电源模块、供电切换电路；第一电源模块与电源开关电路相连；

所述的电源开关电路将自身产生的开、关电信号同时发送给每个USB电源电路中的第一电源模块，控制第一电源模块是否输出电源信号；

供电切换电路与一个负载电路相连，且第一电源模块和第二电源模块通过供电切换电路相接；每个供电切换电路根据与其相连的第一电源模块有无电源信号输出，控制该第一电源模块是否为与其相连的负载电路供电。

2、如权利要求1所述的仿真测试设备，其特征在于，所述USB电源电路为：供电切换电路为传统料件的USB电源电路，其第一电源模块通过一个二极管连接到第二电源模块。

3、如权利要求1所述的仿真测试设备，其特征在于，所述USB电源电路为：供电切换电路为南桥或者ACPI控制器的USB电源电路。

4、如权利要求3所述的仿真测试设备，其特征在于：当所述USB电源电路为ACPI控制器USB电源电路时，该测试设备上提供一个ACPI控制器转接槽和与之相连的两个MOS管，且两个MOS管分别与第一电源模块和第二电源模块相连，由通过该ACPI控制器转接槽外接的ACPI控制器芯片控制两个MOS管实现供电切换。

5、如权利要求1、2、3或4所述的仿真测试设备，其特征在于：所述的每个USB电源电路进一步包含过流保护电路、电磁辐射抑制电路；该过流保护电路输入端与供电切换电路相连，输出端与电磁辐射抑制电路相连，电磁辐射抑制电路与所述的一个负载电路相连。

6、如权利要求5所述的仿真测试设备，其特征在于：所述的负载电路为一个USB接口，其在测试过程中连接USB设备负载。

7、如权利要求1所述的仿真测试设备，其特征在于：该设备进一步包含多个能够提供与计算机主板提供的5VCC相同电源的，且具有不同走线宽度的普通电源电路，且上述普通电源电路直接连接一个USB接口，该USB接口在测试过程中连接USB设备负载。

8、如权利要求7所述的仿真测试设备，其特征在于：所述的每个普通电源电路进一步包含过流保护电路、电磁辐射抑制电路；该过流保护电路输入端与5VCC电源相连，输出端与电磁辐射抑制电路相连，电磁辐射抑制电路与所述的USB接口相连。

9、如权利要求1或7所述的仿真测试设备，其特征在于：所述的电源开关电路进一步包含开关电路和上电时序模拟电路，该开关电路与上电时序模拟电路相连，上电时序模拟电路与每个USB电源电路中的电源电路1相连；该上电时序模拟电路用于模拟计算机主板在开关机时序中的上、掉电信号和控制信号。

10、如权利要求9所述的仿真测试设备，其特征在于，所述的上电时序模拟电路进一步包含：去抖滤波电路、反相电路1-反相电路5、可调延时电路1-可调延时电路2；去抖滤波电路接收电源开关电路发送的开关信号，该开关信号经过反相电路1后，产生用于控制ACPI控制器的S5#信号；该开关信号再经过反相电路2和可延时电路1延时后，产生用于控制ACPI控制器的S3#信号；该开关信号再经过反相电路4和可延时电路2延时后，再经过反相电路5，产生电源上、掉电信号发送给每个USB电源电路中的电源电路1。

11、如权利要求7所述的仿真测试设备，其特征在于：该设备进一步包含一个电源接口，其与电源开关电路相连；通过该电源接口连接的一个计算机电源为所述的第一电源模块、第二电源模块、普通电源电路提供电源。