CN210465661U - 一种USB Type-C接口的检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种USB Type‑C接口的检测电路，包括控制模块及分别和所述控制模块连接的第一检测模块、第二检测模块、第三检测模块和空载检测模块，能够有效地识别到USB‑C to Lightning线缆不带充电设备连接、USB‑C to Lightning线缆带充电设备连接以及无USB‑C to Lightning线缆连接的状态，解决了USB Type‑C接口把USB‑C to Lightning充电线接入误识别为充电设备接入从而开启工作的问题，并且能够在充电设备接入Lightning端时，自动恢复到正常充电状态，而不需要重新拔插线缆。
Description
技术领域
本实用新型涉及USB Type-C接口技术领域，尤其涉及一种USB Type-C接口的检测电路。
背景技术
USB Type-C接口相对传统的USB接口具有支持双面插入，更轻的重量，更纤薄的设计，更小的尺寸，以及可拓展功能性更强等特点，在近年来得到广泛的普及。然而苹果手机平台上仍然沿用着自身成熟的Lightning接口，为了使得Lightning接口的手机能够用Type-C接口的充电器进行充电，苹果公司推出了USB-C to Lightning线缆。这种线缆一端是Type-C公口，另一端是Lightning公口，内置解密认证电路和5.1KΩ的Rd电阻。只要线缆插入到充电器的Type-C口， Type-C口就会进入Attached.SRC工作状态，提供充电电压和电流。此时，处于工作状态的Type-C充电器自身会有一定的电流损耗，通常会在几百微安以上，高者甚至可达几十毫安的级别。另外，线缆中的解密认证电路会从VBUS抽取电流，Rd电阻也会从CC1/CC2上抽取电流，这两个电流构成了USB-C to Lightning线缆的耗电，一般也可达几百微安。
在许多充电的应用场合下，消费者的使用习惯是只插拔手机而不插拔线缆，导致USB-C to Lightning线缆连接着充电器，充电器一直处于工作状态，无法进入低功耗待机模式。在移动电源和车载充电器等一些比较关注待机功耗的领域，长时间百微安级别的电流消耗是不可接受的。因此，针对USB-C to Lightning线缆的应用，改进Type-C 充电接口的插拔控制，寻找一种有效的连接检测方法和检测电路是必要的。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种USB Type-C接口的连接检测方法和检测电路，能够有效地识别到USB-C to Lightning线缆不带充电设备连接、USB-Cto Lightning线缆带充电设备连接以及无USB-C to Lightning线缆连接的状态。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种USB Type-C接口的检测电路，包括控制模块及分别和所述控制模块连接的第一检测模块、第二检测模块、第三检测模块和空载检测模块，所述第一检测模块用于检测充电线连接充电设备同时接入和移出，所述第二检测模块用于检测充电线移出，所述第三检测模块用于检测充电设备接入，所述空载检测模块用于检测充电设备移出，所述控制模块，用于启动和关闭所述第一检测模块、第二检测模块、第三检测模块和空载检测模块。
本实用新型的有益效果有：
本实用新型的一种USB Type-C接口的连接检测方法和检测电路，包括控制模块及分别和所述控制模块连接的第一检测模块、第二检测模块、第三检测模块和空载检测模块，能够有效地识别到USB-C to Lightning线缆不带充电设备连接、USB-C to Lightning线缆带充电设备连接以及无USB-C to Lightning线缆连接的状态，解决了USB Type-C接口把单独的USB-C to Lightning充电线接入误识别为充电设备接入从而开启工作的问题，并且能够在充电设备接入Lightning端时，自动恢复到正常充电状态，而不需要重新拔插线缆。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明，其中：
图1为本实用新型实施例中USB Type-C接口检测电路的结构框图；
图2为本实用新型实施例中USB Type-C接口检测电路的电路图；
图3为基于本实用新型实施例的插拔流程中CC1引脚电压变化波形图；
图4为基于本实用新型实施例的插拔流程中DP引脚电压变化波形图。
具体实施方式
下面将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。
参见图1和图2，本实用新型提供了一种USB Type-C接口的检测电路，包括控制模块及分别和所述控制模块连接的第一检测模块、第二检测模块、第三检测模块和空载检测模块，所述第一检测模块用于检测充电线连接充电设备同时接入和移出，具体的，第一检测模块检测通过检测USB-C to Lightning线缆中Rd电阻的接入来等效判断是否有充电线接入并等效判断为充电设备也同时接入，即如果第一检测模块检测到USB-C to Lightning线缆接入，控制模块会等效视为充电设备也一同接入；所述第二检测模块用于在USB Type-C接口有充电线而无充电设备连接时，检测单独充电线移出，所述第三检测模块用于在USBType-C接口有充电线连接而无充电设备连接时，检测单独充电设备接入，所述空载检测模块用于在USB Type-C接口有充电线和充电设备连接时，检测单独充电设备移出，所述控制模块，用于启动和关闭所述第一检测模块、第二检测模块、第三检测模块和空载检测模块。
所述第一检测模块3，其原理是基于Type-C标准协议中SRC或者DRP角色的连接检测方法，包括第一上拉电流源Ip1、第一可控开关K1、第二可控开关K2、第一比较器Comp1、第一参考电压Vth1_CC 和第二参考电压Vth2_CC，其中Vth1_CC高于Vth2_CC；所述第一上拉电流源Ip1的一端连接电源VCC，另一端连接第一可控开关K1 的一端，所述第一可控开关K1的另一端分别跟USB Type-C接口的 CC1/CC2引脚和第一比较器Comp1的正极输入端连接，所述第一比较器Comp1的输出端和所述控制模块1连接，第一比较器Comp1的负极输入端通过第二可控开关K2连接第一参考电压Vth1_CC和第二参考电压Vth2_CC。
所述第二检测模块4包括第二上拉电流源Ip2、第一可控开关K1、第二可控开关K2、第一比较器Comp1和第一参考电压Vth1_CC；所述第二上拉电流源Ip2的一端连接电源VCC，另一端连接第一可控开关K1的一端，所述第一可控开关K1的另一端分别跟USB Type-C接口的CC1/CC2引脚和第一比较器Comp1的正极输入端连接，所述第一比较器Comp1的输出端和所述控制模块1连接，第一比较器Comp1 的负极输入端通过第二可控开关K2连接第一参考电压Vth1_CC。
所述第三检测模块5包括第三上拉电流源Ip3、第三可控开关K3、第二比较器Comp2和第三参考电压Vth_DP，所述第三上拉电流源Ip3 的一端与电源VCC连接，另一端通过第三可控开关K3与USB Type-C 接口的DP引脚连接，所述第二比较器Comp2的输出端与控制模块1 连接，第二比较器Comp2的正极输入端和DP引脚连接，负极输入端和第三参考电压Vth_DP连接。
所述空载检测模块2包括N沟道开关MOS管、电压放大器Amp、第三比较器Comp3和第四参考电压Vth_CS，所述开关MOS管串接在VBUS功率通路，所述电压放大器Amp的两个输入端分别和所述开关MOS管的漏极和源极相连接，电压放大器Amp的输出端和第三比较器Comp3的正极输入端连接，所述第三比较器Comp3的输出端和所述控制模块1连接，第三比较器Comp3的负极输入端和第四参考电压Vth_CS连接。
所述控制模块1，采用纯逻辑电路实现，负责在不同的工作状态下，对第一检测模块3、第二检测模块4、第三检测模块5和空载检测模块2进行使能控制，并根据第一检测模块3、第二检测模块4、第三检测模块5和空载检测模块2的检测结果，进行相应的状态切换控制。
所述第三检测模块5还包括第四可控开关，所述第四可控开关用于连接USB Type-C接口的DP引脚和DM引脚。
现结合实际使用充电线的插拔流程说明其工作原理，使用USB-C to Lightning线缆的插拔流程如下：第一步Type-C充电接口初始处于无连接态，第二步USB-C toLightning线缆跟苹果手机相连并一起接入Type-C充电接口，第三步拔出苹果手机，第四步插入苹果手机，第五步拔出苹果手机，第六步拔出USB-C to Lightning线缆。图3和图4为本插拔流程对应的CC1和DP引脚的电压变化波形图。
第一步，Type-C充电接口初始处于无充电线连接状态，即状态1，此时Type-C充电接口中的电源模块、VBUS通路开关管理模块处于关闭状态，使能第一检测模块3，第一上拉电流源Ip1把CC1的电压拉到VCC，VCC的电压高于第一参考电压Vth1_CC；
第二步，USB-C to Lightning线缆跟苹果手机相连并一起接入 Type-C充电接口，线缆中的Rd电阻连接到CC1。此时CC1的电压为Ip1*Rd，第一比较器Comp1能识别该电压处于Vth1_CC和 Vth2_CC之间的第一电压范围之内。于是第一检测模块3判断到接入动作，Type-C充电接口的工作状态切换到状态2，即有充电线及充电设备接入的正常充电状态。在状态2中，开启VBUS的POWER通路，给苹果手机提供充电电压和电流，使能第一检测模块3和空载检测模块2。
第三步，拔出苹果手机，流经VBUS通路NMOS管的电流只有 USB-C to Lightning线缆的耗电，一般为几百微安。空载检测模块2 中，电压放大器Amp会把NMOS漏极和源极两端的电压差进行放大得到电压VCS，第三比较器Comp3会识别到电压VCS低于第四参考电压Vth_CS，从而识别出VBUS通路的电流低于空载门限，然后判断到苹果手机的移出。于是，Type-C充电接口的工作状态切换到状态3，关闭第一检测模块3和空载检测模块2，使能第二检测模块4 和第三检测模块5。此时，CC1的电压为Ip2*Rd，位于第一参考电压 Vth1_CC与GND之间的第二电压范围内；第三上拉电流源Ip3把DP 的电压拉到VCC。在状态3期间，关闭Type-C充电接口中的电源模块、VBUS通路开关管理模块以及其他一些不需要工作的内部电路，从而使得Type-C充电接口自身消耗的电流大幅度降低；另外，切断线缆的VBUS供应，使得USB-C to Lightning线缆从VBUS消耗的电流为零，而USB-C to Lightning线缆中Rd电阻消耗的电流为第二上拉电流源Ip2，通常可以控制到在几个微安以内。因此，Type-C充电接口进入了低功耗的工作模式。
第四步，插入苹果手机，苹果手机会在DP和DM两个引脚上产生下拉动作，这下拉的驱动能力比第三上拉电流源Ip3强，可以把 DP的电压拉到第三参考电压Vth_DP与GND之间的第三电压范围之内。于是，第三检测模块5根据第二比较器Comp2的比较结果识别到苹果手机接入，Type-C充电接口切到状态2，开启VBUS的POWER 通路给手机充电，同时使能第一检测模块3和空载检测模块2，CC1 的电压变为Ip1*Rd。
第五步，再次拔出苹果手机，此步Type-C充电接口的状态切换跟第三步表现完全一致。
第六步，拔出USB-C to Lightning线缆。此时，Rd电阻不再跟 CC1连接，第二上拉电流源Ip2把CC1的电压拉到VCC，第一比较器Comp1识别CC1的电压高于第一参考电压Vth1_CC。于是第二检测模块4判断到USB-C to Lightning线缆拔出，Type-C充电接口切换到状态1。
本实施例还可以使用USB-C to USB-C线缆充电，使用USB-C to USB-C线缆的插拔流程如下：第一步Type-C充电接口初始处于无连接态，第二步USB-C to USB-C线缆跟Type-C口充电设备相连并一起接入Type-C充电接口，第三步拔出充电设备，第四步插入充电设备，第五步拔出充电设备，第六步拔出USB-C to USB-C线缆。由于USB-C to USB-C线缆并没有内置Rd电阻，线缆不带充电设备接入Type-C 充电接口时，第一检测模块3不会识别到接入，Type-C充电接口仍然保持在状态1。只有充电设备接入时，Type-C充电接口才会切换到状态2。所以本插拔流程中，Type-C充电接口只在状态1和状态2之间切换，工作流程和插拔体验跟没有采用本发明专利设计方法的 Type-C口的表现完全一样。
本实施例中的第一上拉电流源Ip1、第二上拉电流源Ip2和第二上拉电流源Ip3可以用电阻Rp1、电阻Rp2和电阻Rp3替代实现与本实施例相同的作用。
Claims (6)
1.一种USB Type-C接口的检测电路，其特征在于：包括控制模块(1)及分别和所述控制模块(1)连接的第一检测模块(3)、第二检测模块(4)、第三检测模块(5)和空载检测模块(2)，所述第一检测模块(3)用于检测充电线连接充电设备同时接入和移出，所述第二检测模块(4)用于检测充电线移出，所述第三检测模块(5)用于检测充电设备接入，所述空载检测模块(2)用于检测充电设备移出，所述控制模块(1)，用于启动和关闭所述第一检测模块(3)、第二检测模块(4)、第三检测模块(5)和空载检测模块(2)。
2.根据权利要求1所述的USB Type-C接口的检测电路，其特征在于，所述第一检测模块(3)包括第一上拉电流源Ip1、第一可控开关K1、第二可控开关K2、第一比较器Comp1、第一参考电压Vth1_CC和第二参考电压Vth2_CC；所述第一上拉电流源Ip1的一端连接电源VCC，另一端连接第一可控开关K1的一端，所述第一可控开关K1的另一端分别跟USB Type-C接口的CC1/CC2引脚和第一比较器Comp1的正极输入端连接，所述第一比较器Comp1的输出端和所述控制模块(1)连接，第一比较器Comp1的负极输入端通过第二可控开关K2连接第一参考电压Vth1_CC和第二参考电压Vth2_CC。
3.根据权利要求1所述的USB Type-C接口的检测电路，其特征在于，所述第二检测模块(4)包括第二上拉电流源Ip2、第一可控开关K1、第二可控开关K2、第一比较器Comp1和第一参考电压Vth1_CC；所述第二上拉电流源Ip2的一端连接电源VCC，另一端连接第一可控开关K1的一端，所述第一可控开关K1的另一端分别跟USB Type-C接口的CC1/CC2引脚和第一比较器Comp1的正极输入端连接，所述第一比较器Comp1的输出端和所述控制模块(1)连接，第一比较器Comp1的负极输入端通过第二可控开关K2连接第一参考电压Vth1_CC。
4.根据权利要求1所述的USB Type-C接口的检测电路，其特征在于，所述第三检测模块(5)包括第三上拉电流源Ip3、第三可控开关K3、第二比较器Comp2和第三参考电压Vth_DP，所述第三上拉电流源Ip3的一端与电源VCC连接，另一端通过第三可控开关K3与USB Type-C接口的DP引脚连接，所述第二比较器Comp2的输出端与控制模块(1)连接，第二比较器Comp2的正极输入端和USB Type-C接口的DP引脚连接，负极输入端和第三参考电压Vth_DP连接。
5.根据权利要求1所述的USB Type-C接口的检测电路，其特征在于，所述空载检测模块(2)包括开关MOS管、电压放大器Amp、第三比较器Comp3和第四参考电压Vth_CS，所述开关MOS管串接在VBUS功率通路，所述电压放大器Amp的两个输入端分别和所述开关MOS管的漏极和源极相连接，电压放大器Amp的输出端和第三比较器Comp3的正极输入端连接，所述第三比较器Comp3的输出端和所述控制模块(1)连接，第三比较器Comp3的负极输入端和第四参考电压Vth_CS连接。
6.根据权利要求4所述的USB Type-C接口的检测电路，其特征在于，所述第三检测模块(5)还包括第四可控开关，所述第四可控开关用于连接USB Type-C接口的DP引脚和DM引脚。
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