DE112018007459T5

DE112018007459T5 - Überspannungsschutz für universal-serial-bus-typ-c(usb-c)-verbindersysteme

Info

Publication number: DE112018007459T5
Application number: DE112018007459.5T
Authority: DE
Inventors: Partha Mondal; Arun Khamesra; Hemant Vispute
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2021-01-14
Also published as: US10218129B1; CN112074996B; WO2019199356A1; CN112074996A; US20190319410A1; US10873162B2

Abstract

Eine elektronische Vorrichtung umfasst einen ersten Schalter, der konfiguriert ist, um einen ersten Konfigurationskanal(CC)-Anschluss eines Universal-Serial-Bus-Typ-C(USB-C)-Controllers mit einer VCONN-Versorgung des USB-C-Controllers zu verbinden. Der erste CC-Anschluss des USB-C-Controllers soll direkt mit dem ersten CC-Anschluss eines USB-C-Anschlusses verbunden sein. Die elektronische Vorrichtung umfasst einen zweiten Schalter, der konfiguriert ist, um einen zweiten CC-Anschluss des USB-C-Controllers mit einer Steuerungskanal-Physische-Schicht-Logik (PHY) des USB-C-Controllers zu verbinden. Der zweite CC-Anschluss soll direkt mit dem zweiten CC-Anschluss der USB-C-Buchse verbunden sein. Die elektronische Vorrichtung umfasst eine Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung, die konfiguriert ist, um den ersten Schalter oder den zweiten Schalter zu deaktivieren, wenn eine einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigende Spannung detektiert wird. Der erste Schalter und der zweite Schalter sind jeweils an die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung gekoppelt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine internationale Patentanmeldung der am 25. Juni 2018 angemeldeten US-amerikanischen nichtvorläufigen Patentanmeldung Nr. 16/016,937 , welche die Priorität und den Vorteil der am 11. April 2018 angemeldeten US-amerikanischen vorläufigen Patentanmeldung Nr. 62/655,988 und der am 6. Juni 2018 angemeldeten US-amerikanischen vorläufigen Patentanmeldung Nr. 62/681,513 beansprucht, die alle durch Verweis in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen werden.
TECHNISCHES GEBIET
Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen im Allgemeinen Universal-Serial-Bus(USB)-Typ-C-Verbinder-Teilsysteme und insbesondere einen Überspannungsschutz für USB-Typ-C-Verbinder-Teilsysteme.
HINTERGRUND
Verschiedene elektronische Vorrichtungen (wie z. B. Smartphones, Tablets, Notebook-Computer, Laptop-Computer, Hubs, Ladegeräte, Adapter usw.) sind konfiguriert, um Leistung durch ein Universal-Serial-Bus-Typ-C(USB-C)-Verbindersystem zu übertragen. Zum Beispiel kann in einigen Anwendungen eine elektronische Vorrichtung als Leistungsverbraucher konfiguriert sein, um Leistung durch ein USB-C-Verbindersystem zu empfangen (z. B. zum Laden einer Batterie), während in anderen Anwendungen eine elektronische Vorrichtung als Leistungsversorger konfiguriert sein kann, um einer anderen Vorrichtung, die mit der erstgenannten Vorrichtung durch ein USB-C-Verbindersystem verbunden ist, Leistung bereitzustellen. Elektronische Vorrichtungen sind typischerweise konfiguriert, um Leistung durch Feldeffekttransistoren (Field Effect Transistors, FETs) oder andere ähnliche Schaltvorrichtungen zu übertragen. In einigen Fällen können die FETs anfällig für elektrische Schäden (z. B. Überstromschäden, Überspannungsschäden, Überhitzungsschäden usw.) werden, zum Beispiel aufgrund eines oder mehrerer elektrischer Fehler, die möglicherweise an dem USB-C-Verbindersystem auftreten.
Figurenliste
Die beschriebenen Ausführungsformen und deren Vorteile lassen sich am besten anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Figuren verstehen. Diese Figuren beschränken in keinster Weise Änderungen von Form und Details, die von einem Fachmann an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass vom Wesen und Schutzbereich der beschriebenen Ausführungsformen abgewichen wird.

1 ist ein Blockdiagramm, welches das Integrierte-Schaltung(IC, Integrated Circuit)-Controller-System gemäß den vorliegenden Ausführungsformen veranschaulicht.
2 ist ein detailliertes Diagramm, das ein IC-Controller-System und USB-C-Verbindersysteme gemäß den vorliegenden Ausführungsformen veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm, das eine Ausführungsform eines Überspannungsschutzsystems für USB-C-Verbindersysteme gemäß den vorliegenden Ausführungsformen darstellt.
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens eines Überspannungsschutzschemas für USB-C-Verbindersysteme gemäß den vorliegenden Ausführungsformen.
5 ist ein Blockdiagramm eines SBU-Kreuzschienenschalters für USB-C-Verbindersysteme gemäß den vorliegenden Ausführungsformen.
6 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Einrichtung, die eine oder mehrere der hierin beschriebenen Vorgänge durchführen kann, gemäß den vorliegenden Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin werden verschiedene Ausführungsformen von Techniken zum Überspannungsschutz für USB-C in elektronischen Vorrichtungen beschrieben. Beispiele für solche elektronischen Vorrichtungen sind, ohne darauf beschränkt zu sein, Personalcomputer (z. B. Laptop-Computer, Notebook-Computer usw.), mobile Rechenvorrichtungen (z. B. Tablets, Tablet-Computer, E-Reader-Vorrichtungen usw.), mobile Kommunikationsvorrichtungen (z. B. Smartphones, Mobiltelefone, persönliche digitale Assistenten, Nachrichtenübermittlungsvorrichtungen, Pocket-PCs usw.), Konnektivitäts- und Ladevorrichtungen (z. B. Hubs, Docking-Stationen, Adapter, Ladegeräte usw.), Audio-/Video-/Datenaufzeichnungs- und/oder Wiedergabevorrichtungen (z. B. Kameras, Sprachaufzeichnungsvorrichtungen, Handscanner, Monitore usw.) und andere ähnliche elektronische Vorrichtungen, die USB-Verbinder(schnittstellen) zur Kommunikation und/oder zum Laden einer Batterie benutzen können.
Wie hierin benutzt, wird eine elektronische Vorrichtung oder ein System als „USB-fähig“ bezeichnet, wenn die elektronische Vorrichtung oder das elektronische System mindestens einer Version einer Universal-Serial-Bus(USB)-Spezifikation entspricht. Beispiele für solche USB-Spezifikationen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, die USB-Spezifikations-Revision 2.0, die USB-3.0-Spezifikation, die USB-3.1-Spezifikation und/oder verschiedene Ergänzungen (wie z. B. On-The-Go oder OTG), Varianten und Errata davon. Die USB-Spezifikationen definieren im Allgemeinen die Charakteristiken (z. B. Attribute, Protokolldefinition, Transaktionsarten, Busverwaltung, Programmierschnittstellen usw.) eines differentiellen seriellen Busses, die erforderlich sind, um Standard-Kommunikationssysteme und -Peripheriegeräte zu konzipieren und aufzubauen.
Beispielsweise ist eine USB-fähige elektronische Peripherievorrichtung durch einen USB-Port der Host-Vorrichtung an eine USB-fähige Host-Vorrichtung angeschlossen, um ein USB-fähiges System zu bilden. Ein USB-2.0-Port kann eine Leistungsleitung (z. B. V_BUS) von 5 V, ein differentielles Paar von Datenleitungen (das z. B. als D+ oder DP und D- oder DN bezeichnet werden kann) und eine Erdleitung (z. B. GND) für die Leistungsrückleitung umfassen. Ein USB-3.0-Port stellt auch die V_BUS-, D+-, D-- und GND-Leitungen für eine Abwärtskompatibilität mit USB 2.0 bereit. Darüber hinaus, stellt ein USB-3.0-Port zur Unterstützung eines schnelleren differentiellen Busses (des USB-SuperSpeed-Busses) auch ein differentielles Paar von Senderdatenleitungen (als SSTX+ und SSTX- bezeichnet), ein differentielles Paar von Empfängerdatenleitungen (als SSRX+ und SSRX- bezeichnet), eine Leistungsleitung für Leistung (die z. B. als DPWR bezeichnet werden kann) und eine Erdleitung für die Leistungsrückleitung (die z. B. als DGND bezeichnet werden kann) bereit. Ein USB-3.1-Port stellt die gleichen Leitungen wie ein USB-3.0-Port für die Abwärtskompatibilität mit USB-2.0- und USB-3.0-Kommunikationen bereit, erweitert jedoch die Leistungsfähigkeit des SuperSpeed-Busses durch eine Sammlung von Merkmalen, die als Enhanced SuperSpeed bezeichnet werden.
Eine aufkommende Technologie für USB-Verbinder, USB Typ C genannt, wurde vor kurzem in verschiedenen Versionen der USB-Typ-C-Spezifikation definiert. Die verschiedenen Versionen der USB-Typ-C-Spezifikation definieren USB-Typ-C-Buchsen, -Stecker und -Kabel, die sowohl USB-Kommunikationen als auch die Leistungszufuhr über neuere USB-Leistungszufuhrprotokolle unterstützen können, die zum Beispiel in einer oder mehreren Revisionen der USB-Leistungszufuhr-Spezifikationen (USB-PD(Power Delivery, zu Deutsch Leistungszufuhr)-Spezifikationen definiert sind.
Einige elektronische Vorrichtungen können mit einer spezifischen Version und/oder Variante der USB-Typ-C-Spezifikation konform sein. Wie hierin benutzt, kann sich ein „USB-Typ-C-Teilsystem“ zum Beispiel auf Hardware-Beschaltung beziehen, die durch Firmware und/oder Software in einem Integrierte-Schaltung(IC)-Controller steuerbar sein kann, welcher konfiguriert und betreibbar ist, um die Funktionen durchzuführen und die Anforderungen zu erfüllen, die in mindestens einer Version der USB-Typ-C-Spezifikation spezifiziert sind. Beispiele für solche Typ-C-Funktionen und -Anforderungen können Daten- und andere Kommunikationen gemäß USB 2.0 und USB 3.0/3.1, elektromechanische Definitionen und Leistungsfähigkeitsanforderungen für Typ-C-Kabel, elektromechanische Definitionen und Leistungsfähigkeitsanforderungen für Typ-C-Buchsen, elektromechanische Definitionen und Leistungsfähigkeitsanforderungen für Typ-C-Stecker, Anforderungen für den Typ-C für Vorläufer-Kabelbaugruppen und -Adapter, Anforderungen für Typ-C-basierte Gerätedetektion und Schnittstellenkonfiguration, Anforderungen für eine optimierte Leistungszufuhr für Typ-C-Verbinder usw. umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Gemäß der/den USB-Typ-C-Spezifikation(en) stellt ein Typ-C-Port unter anderem VBUS-, D+-, D--, GND-, SSTX+-, SSTX--, SSRX+- und SSRX--Leitungen bereit.
Darüber hinaus stellt ein Typ-C-Port auch eine Seitenbandbenutzungsleitung (die z. B. als SBU(Sideband Use)-Leitung bezeichnet werden kann) zur Signalisierung von Seitenbandfunktionalität und eine Konfigurationskanalleitung (als CC(Configuration Channel)-Leitung bezeichnet) zur Ermittlung, Konfiguration und Verwaltung von Verbindungen über ein Typ-C-Kabel bereit. Ein Typ-C-Port kann mit einem Typ-C-Stecker und mit einer Typ-C-Buchse assoziiert sein. Zur Vereinfachung der Benutzung sind der Typ-C-Stecker und die Typ-C-Buchse als ein umkehrbares Paar konzipiert, das unabhängig von der Stecker-Buchse-Ausrichtung arbeitet. Somit stellt ein Standard-Typ-C-Verbinder, der als Standard-Typ-C-Stecker oder -Buchse angeordnet ist, unter anderem Pins für vier VBUS-Leitungen, vier Erdungsrückleitungen (GND-Leitungen), zwei D+-Leitungen (DP1 und DP2), zwei D--Leitungen (DN1 und DN2), zwei SSTX+-Leitungen (z. B. SSTXP1 und SSTXP2), zwei SSTX--Leitungen (SSTXN1 und SSTXN2), zwei SSRX+-Leitungen (z. B. SSRXP1 und SSRXP2), zwei SSRX--Leitungen (SSRXN1 und SSRXN2), zwei CC-Leitungen (CC1 und CC2) und zwei SBU-Leitungen (z. B. SBU1 und SBU2) bereit.
Einige elektronische Vorrichtungen können mit einer spezifischen Revision und/oder Variante der USB-PD-Spezifikation konform sein. Die USB-PD-Spezifikation definiert ein Standardprotokoll, das konzipiert ist, um die maximale Funktionalität von USB-fähigen Vorrichtungen zu ermöglichen, indem eine flexiblere Leistungszufuhr dorthin oder von dort weg zusammen mit Datenkommunikationen über ein einziges Typ-C-Kabel durch USB-Typ-C-Ports bereitgestellt wird. Zum Beispiel beschreibt die USB-PD-Spezifikation die Architektur, die Protokolle, das Leistungsversorgungsverhalten, die Parameter und die Verkabelung, welche für die Verwaltung der Leistungszufuhr über USB-Typ-C-Kabel bei einer Leistung bis zu 100 W erforderlich sind. Gemäß der USB-PD-Spezifikation können USB-fähige Vorrichtungen über mehr Strom und/oder höhere oder niedrigere Spannungen über ein USB-Typ-C-Kabel verhandeln, als diese in älteren USB-Spezifikationen definiert sind. Wie hierin benutzt, kann sich ein „USB-PD-Teilsystem“ in einigen Ausführungsformen auf Hardware-Beschaltung beziehen, die durch Firmware und/oder Software in einem Integrierte-Schaltung(IC)-Controller steuerbar sein kann, welcher konfiguriert und betreibbar ist, um die Funktionen durchzuführen und die Anforderungen zu erfüllen, die in mindestens einer Version der USB-Typ-C-Spezifikation spezifiziert sind.
Eine elektronische Vorrichtung benutzt typischerweise eine Leistungsübertragungsschaltung (Leistungspfad), um Leistung zu/von der Vorrichtung zu übertragen. Neben anderen elektronischen Komponenten kann ein Leistungspfad einen oder mehrere Leistungs-FETs umfassen, die auf dem Schaltungspfad in Reihe geschaltet sind, um als Schalter (z. B. als „EIN“-/„AUS“-Schalter) zu arbeiten. Leistungs-FETs unterscheiden sich in einigen wichtigen Charakteristiken von FETs und anderen Typen von Transistor-Schaltvorrichtungen, die für andere Anwendungen, die keine Leistungsübertragung vornehmen, benutzt werden. Als diskrete Halbleiter-Schaltvorrichtung muss ein Leistungs-FET eine große Menge an Strom zwischen seiner Source und seinem Drain führen, während er auf „EIN“ geschaltet ist, einen niedrigen Widerstand von seiner Source zu seinem Drain aufweisen, während er auf „EIN“ geschaltet ist, und hohen Spannungen von seiner Source zu seinem Drain standhalten, während er auf „AUS“ geschaltet ist. Zum Beispiel kann ein Leistungs-FET so charakterisiert werden, dass er in der Lage ist, Ströme im Bereich von einigen hundert Milliampere (z. B. 500-900 mA) bis zu mehreren Ampere (z. B. 3-10 A oder höher) zu führen und Spannungen im Bereich von 12 V bis 40 V (oder höher) über seine Source und seinen Drain hinweg standzuhalten. Zum Beispiel kann der Widerstand zwischen der Source und dem Drain einer Leistungs-FET-Vorrichtung sehr klein sein (z. B. in der Größenordnung von mehreren zehn Milliohm), um zum Beispiel den Leistungsverlust über die Vorrichtung hinweg zu verhindern.
1 veranschaulicht eine beispielhafte Vorrichtung 100, die entsprechend den hierin beschriebenen Techniken zum Überspannungsschutz für USB-C-Schaltungen konfiguriert ist. In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform ist die Vorrichtung 100 ein Integrierte-Schaltung(IC)-Controller-Chip, der auf einem IC-Die hergestellt ist. Zum Beispiel kann der IC-Controller 100 eine Ein-Chip-IC-Vorrichtung aus der Familie der CCGx-USB-Controller sein, die von der Cypress Semiconductor Corporation, San Jose, Kalifornien, entwickelt wurden. In einem weiteren Beispiel kann der IC-Controller 100 eine Ein-Chip-IC sein, die als System-on-Chip (SoC) hergestellt wird.
Neben anderen Komponenten kann der IC-Controller 100 das CPU-Teilsystem 102, die Peripherieverschaltung 114, die Systemressourcen 116, verschiedene Eingabe-/Ausgabeblöcke (E/A-Blöcke) (z. B. 118A-118C) und das USB-Teilsystem 124 umfassen. Darüber hinaus stellt der IC-Controller 100 eine Beschaltung und Firmware, die konfiguriert und betriebsfähig ist, um eine Anzahl von Leistungszuständen 122 zu unterstützen, bereit. Das CPU-Teilsystem 102 kann eine oder mehrere CPUs (Central Processing Units, zu Deutsch zentrale Verarbeitungseinheiten) 104, Flash-Speicher 106, SRAM (Static Random Access Memory) 108 und ROM (Read Only Memory, zu Deutsch Nur-Lese-Speicher) 110 umfassen, die an die Systemverschaltung 112 gekoppelt sind. Die CPU 104 ist ein geeigneter Prozessor, der in einer System-on-Chip-Vorrichtung arbeiten kann. In einigen Ausführungsformen kann die CPU für einen Niedrigleistungsbetrieb mit extensivem Clock-Gating optimiert sein und kann verschiedene interne Controller-Schaltungen umfassen, die den Betrieb der CPU in verschiedenen Leistungszuständen erlauben.
Zum Beispiel kann die CPU einen Aufweck-Interrupt-Controller umfassen, der konfiguriert ist, um die CPU aus einem Schlafzustand aufzuwecken, wodurch die Leistung auf „AUS“ geschaltet werden kann, wenn sich der IC-Chip im Schlafzustand befindet. Der Flash-Speicher 106 kann irgendein Programmspeichertyp (z. B. NAND-Flash, NOR-Flash usw.) sein, der zum Speichern von Daten und/oder Programmen konfigurierbar ist. Der SRAM 108 kann irgendein flüchtiger oder nichtflüchtiger Speichertyp sein, der zum Speichern von Daten und Firmware/Software-Anweisungen, auf die die CPU 104 zugreift, geeignet ist. Der ROM 110 kann irgendeine geeignete Speicherung sein, die zum Speichern von Boot-Routinen, Konfigurationsparametern und anderen System-on-Chip-Firmware-Parametern und -Einstellungen konfigurierbar ist. Die Systemverschaltung 112 ist ein Systembus (z. B. ein Einzel-Pegel- oder Multi-Pegel-Advanced-High-Performance-Bus oder AHB), der als Schnittstelle, welche die verschiedenen Komponenten des CPU-Teilsystems 102 aneinander koppelt, sowie als Daten- und Steuerungsschnittstelle zwischen den verschiedenen Komponenten des CPU-Teilsystems und der Peripherieverschaltung 114 konfiguriert ist.
Die Peripherieverschaltung 114 ist ein peripherer Bus (z. B. Einzel-Pegel- oder Multi-Pegel-AHB), der die primäre Daten- und Steuerungsschnittstelle zwischen dem CPU-Teilsystem 102 und seinen Peripheriegeräten und anderen Ressourcen, wie etwa den Systemressourcen 116, E/A-Blöcken (z. B. 118A-118C) und dem USB-Teilsystem 124, bereitstellt. Die Peripherieverschaltung kann verschiedene Controller-Schaltungen (z. B. direkten Speicherzugriff oder DMA-Controller) umfassen, die programmiert sein können, um Daten zwischen Peripherieblöcken zu übertragen, ohne das CPU-Teilsystem zu belasten. In verschiedenen Ausführungsformen kann jede der Komponenten des CPU-Teilsystems und der Peripherieverschaltung je nach Wahl oder Typ der CPU, des Systembusses und/oder des peripheren Busses unterschiedlich sein.
Die Systemressourcen 116 können verschiedene elektronische Schaltungen umfassen, die den Betrieb des IC-Controllers 100 in seinen verschiedenen Zuständen und Modi unterstützen. Zum Beispiel können die Systemressourcen 116 ein Leistungs-Teilsystem umfassen, das die für jeden Controller-Zustand/-Modus erforderlichen Leistungsressourcen, wie zum Beispiel Spannungs- und/oder Stromreferenzen, Aufweck-Interrupt-Controller (Wake-Up Interrupt Controller, WIC), Power-on-Reset (POR) usw. bereitstellt. In einigen Ausführungsformen kann das Leistungs-Teilsystem der Systemressourcen 116 auch Schaltungen umfassen, die es dem IC-Controller 100 erlauben, Leistung von externen Quellen mit mehreren unterschiedlichen Spannungs- und/oder Strompegeln zu beziehen und/oder diesen bereitzustellen. Die Systemressourcen 116 können auch ein Takt-Teilsystem umfassen, das verschiedene Taktgeber bereitstellt, die von dem IC-Controller 100 benutzt werden, sowie Schaltungen, die verschiedene Controller-Funktionen, wie etwa einen externen Reset, implementieren.
Ein IC-Controller, wie etwa der IC-Controller 100, kann in verschiedenen Ausführungsformen und Implementierungen verschiedene unterschiedliche Typen von E/A-Blöcken und -Teilsystemen umfassen. Zum Beispiel kann in der in 1 veranschaulichten Ausführungsform der IC-Controller 100 die GPIO(General Purpose Input Output)-Blöcke 118A, die TCPWM-Blöcke (Timer/Counter/Pulse-Width-Modulation, zu Deutsch Zeitgeber/Zähler/Pulsbreitenmodulation) 118B, die SCBs (Serial Communication Blocks) 118C und das USB-Teilsystem 124 umfassen. Die GPIOs 118A umfassen Schaltungen, die konfiguriert sind, um verschiedene Funktionen zu implementieren, wie etwa zum Beispiel Pull-ups, Pull-downs, Eingangsschwellenauswahl, Eingangs- und Ausgangspuffer-Aktivierung/Deaktivierung, mit verschiedenen E/A-Pins verbundene Multiplexsignale usw. Die TCPWMs 118B umfassen Schaltungen, die konfiguriert sind, um Zeitgeber, Zähler, Pulsbreitenmodulatoren, Dekodierer und verschiedene andere analoge/gemischte Signalelemente zu implementieren, die konfiguriert sind, um auf Eingangs-/Ausgangssignalen zu arbeiten. Die SCBs 118C umfassen Schaltungen, die konfiguriert sind, um verschiedene serielle Kommunikationsschnittstellen, wie etwa I²C, SPI (serielle Peripherieschnittstelle), UART (universeller asynchroner Empfänger/Sender) usw., zu implementieren.
In gewissen Ausführungsformen kann das USB-Teilsystem 124 gemäß den hierin beschriebenen Techniken zum Überspannungsschutz eingesetzt werden und kann auch Unterstützung für USB-Kommunikationen über USB-Ports sowie andere USB-Funktionalitäten, wie etwa Leistungszufuhr und Batterieladung, bereitstellen. Zum Beispiel kann in verschiedenen Ausführungsformen das USB-Teilsystem 124 ein USB-PD-Teilsystem, ein USB-Typ-C-Teilsystem oder beides sein (z. B. ein USB-Typ-C-Teilsystem, das die USB-PD-Funktionalität unterstützt). Das USB-Teilsystem 124 kann einen Typ-C-Sendeempfänger und eine Physikalische-Schicht-Logik (PHY) umfassen, die als integrierte Basisband-PHY-Schaltung konfiguriert sind, um verschiedene digitale Kodierungs-/Dekodierungsfunktionen (z. B. Biphase-Mark-Code-BMC-Kodierung/Dekodierung, zyklische Redundanzprüfungen (CRC, Cyclical Redundancy Checks) usw.) und analoge Signalverarbeitungsfunktionen, die bei Übertragungen auf der physikalischen Schicht involviert sind, durchzuführen. Das USB-Teilsystem 124 kann als USB-Controller bezeichnet werden.
In gewissen Ausführungsformen kann der IC-Controller 100 (und/oder das USB-Teilsystem 124) auch konfiguriert sein, um auf in einer USB-PD-Spezifikation definierte Kommunikationen, wie zum Beispiel SOP, SOP' und SOP"-Mitteilungsübermittlung, zu reagieren. Wie unten noch weiter erörtert, kann das USB-Teilsystem 124 auch eine Rückstromschutzbeschaltung 126 (z. B. eine chipinterne (On-Chip)-Beschaltung, die als Teil des USB-Teilsystems 124 umfasst ist) und die Überspannungsschutzbeschaltung 128 (z. B. chipinterne Beschaltung, die als Teil des USB-Teilsystems 124 umfasst ist) umfassen, um eine oder mehrere Komponenten des IC-Controllers 100 vor möglichen elektrischen Schäden (z. B. Überstromschäden, Überspannungsschäden, Überhitzungsschäden usw.) aufgrund zum Beispiel eines oder mehrerer elektrischer Fehler, die möglicherweise auf dem IC-Controller 100 auftreten, zu schützen.
Die relativ kleine Größe und der symmetrische Formfaktor einer Typ-C-Buchse und eines Typ-C-Steckers können das Risiko erhöhen, dass CC/SBU-Leitungen aufgrund von Hochspannung (z. B. bis zu 24 V) auf benachbarten V_BUS-Leitungen anfällig für Fehlerströme werden. Sobald die Detektion der Kabelausrichtung abgeschlossen ist, wird eine CC-Leitung zu einer V_CONN-Leitung für die Kabel-/Adapterleistung und die andere CC-Leitung wird für die USB-PD-Kommunikation benutzt. Der Widerstand über einem V_CONN-Leistungsschalter sollte gering sein (z. B. < 500 mΩ), um die maximale Leistungszufuhr von 1,5 W bei 5 V zu unterstützen. Um diesen und anderen Problemen zu begegnen, ist in gewissen Ausführungsformen die Überspannungsschutzbeschaltung 128 (z. B. chipinterne Beschaltung) des USB-Teilsystems 124 konfiguriert, um einen hochspannungstoleranten (z. B. gegenüber 20 V toleranten) internen V_CONN/SBU-Schalter mit schneller Überspannungsdetektion (z. B. wenige Mikrosekunden bis wenige Nanosekunden) bereitzustellen, um den internen V_CONN/SBU-Schalterauf „AUS“ zu schalten, um einen Rückflussstrom durch zum Beispiel einen internen Niedrigimpedanz-Schalter (z. B. < 1 Ω) wie den V_CONN/SBU-Schalterzu vermeiden. Auf diese Weise kann der interne V_CONN/SBU-Schalterein Überspannungsschutzschema bereitstellen, das bereitgestellt werden kann, um zum Beispiel den V_CONN/SBU-Schalterund die V_CONN-Versorgung, den Chipsatztreiber der Seitenbandsignalisierungs(SBU)-Signale vor elektrischen und/oder thermischen Schäden (z. B. Überspannungsschäden, Überhitzungsschäden usw.) zu schützen.
Bezug nehmend auf 2 wird eine detaillierte Ausführungsform eines USB-Teilsystems 200 (z. B. USB-Typ-C-Teilsystem) bereitgestellt. Wie dargestellt, kann das USB-Teilsystem 200 (z. B. USB-Typ-C-Teilsystem) eine Überstrom- und Überspannungsdetektions- und Überstrom- und Überspannungsschutz-Schaltungsstufe 202, eine Gate- und Bulk-Steuerungsschaltungsstufe für den V_CONN-Schalter 204 und eine Gittervorspannungs-Steuerungsschaltungsstufe 206 umfassen. Wie dargestellt, kann die Gate- und Bulk-Steuerungsschaltungsstufe 204 verschiedene elektronische Komponenten umfassen (z. B. Ladungspumpen- und Schaltersteuerungslogik, einen oder mehrere Verstärker, einen oder mehrere Schalter usw.), die verwendet werden können, um zum Beispiel die V_CONN-Leistungs-FETs durch Anlegen einer Gate-Spannung an einen oder mehrere V_CONN-Leistungs-FETs auf „EIN“ zu schalten. In ähnlicher Weise kann die Gittervorspannungs-Steuerungsschaltungsstufe 206 (z. B. einen oder mehrere Leistungsschalter) umfassen, die zum Beispiel zur Bereitstellung von Vorspannungen für Komponenten der Überstrom- und Überspannungsdetektions- und Überstrom- und Überspannungsschutz-Schaltungsstufe 202 verwendet werden können.
Die Überstrom- und Überspannungsdetektions- und Überstrom- und Überspannungsschutz-Schaltung der Stufe 202 kann eine chipinterne Rückstromdetektions- und -schutzschaltung 208, eine Komparatorschaltung 210 und eine Senkenschaltung 212 umfassen. In gewissen Ausführungsformen kann, wie veranschaulicht, die chipinterne Rückstromdetektions- und -schutzschaltung 208 zum Beispiel einen Komparator über einen V_CONN-FET und eine V_CONN-Versorgung hinweg umfassen. Die Gate- und Bulk-Steuerungsschaltungsstufe 204 und die Gittervorspannungs-Steuerungsschaltungsstufe 206 können in einigen Ausführungsformen eingesetzt werden, um die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltungstufe 202 zu unterstützen, um Überspannungsbedingungen zu detektieren und auszugleichen.
Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Überstrom- und Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltungsstufe 202 eine chipinterne Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz- und -Komparator-Beschaltung 210 und eine Senkenschaltung 212 umfassen. Die chipinterne Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz- und -Komparator-Beschaltung 210 kann zum Beispiel einen Komparator über einen V_CONN-FET und eine V_CONN-Versorgung hinweg umfassen. In einigen Ausführungsformen kann während zum Beispiel Überspannungs-Betriebsbedingungen der Komparator (z. B. ein strombasierter Komparator) Überspannungsbedingungen detektieren basierend auf zum Beispiel einem Überspannungsdetektionssignal (z. B. „ovtrip“), das erzeugt wird, wenn die V_CONN-Spannung als um einen konfigurierbaren Spannungsschwellenwert (z. B. „ovtrip-Schwelle“) höher als die VPWR-Knotenspannung detektiert wird. In einer Ausführungsform kann der Komparator (z. B. ein strombasierter Komparator) Überspannungsbedingungen innerhalb einer Reaktionszeit von zum Beispiel etwa 50 ns oder weniger detektieren. Insbesondere kann das Überspannungsdetektionssignal (z. B. „ovtrip“) bereitgestellt werden, um einen internen Isolationsschalter auf „AUS“ zu schalten, um die Möglichkeit des Rückflusses von Strom durch den internen Isolationsschalter zu reduzieren oder im Wesentlichen zu verhindern.
Die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung 210 kann durch Benutzen einer kaskodierten Reihe von NMOS-Transistoren (oder PMOS-Transistoren) derart konstruiert werden, dass während einer Fehlerbedingung, wenn die V_CONN-Spannung über die V_CONN-Versorgungsspannung steigt (oder wenn V_CONN auf eine höhere Spannung auf Systemebene zum VBUS kurzgeschlossen wird), die Differenz zwischen den zwei Spannungen zum Schutz der kaskodierten Transistor-Schalttransistoren N1/2/3/4 in der Schaltungsstufe 206 Gate-Vorspannungen schafft. Das Gate-Erzeugungs-Vorspannungsschema besteht aus einem Widerstandsteiler, der die Spannung VR1, VR2, VR3, VR4 der Schaltungsstufe 202 von dem V_CONN-Pin erzeugt. Der VR1/2/3/4-Widerstandsteiler erzeugt die Vorspannungen Vorspannung n1, Vorspannung n2, Vorspannung n3 und Vorspannung n4 für die kaskodierten Schalter N1, N2, N3, N4 der Stufe 206 durch NMOS-Sourcefolger der Stufe 202. Die Spannungspegel, die durch Vorspannung n1, Vorspannung n2, Vorspannung n3 und Vorspannung n4 erzeugt werden, sind derart, dass sie die von einem Knoten gegebener Technologie für N1/2/3/4 festgelegte Gateoxid-Spannungsgrenze nicht überschreiten (z. B. etwa 5 V in einem 120-nm-Technologie-Knoten). Somit teilen während einer Fehlerbedingung, wenn die V_CONN-Spannung bei 20 V (oder höher als die V_CONN-Versorgungsspannung) liegt, die Vorspannung n1, Vorspannung n2, Vorspannung n3 und Vorspannung n4 die V_CONN-Spannung, um die Gate-Vorspannungen für die Kaskadenschalter N1/2/3/4 der Stufe 206 zu erzeugen, wobei so der Schalter vor Überspannungsbedingungsschäden geschützt wird.
Bezug nehmend auf 3 wird ein übergeordnetes Diagramm eines USB-Teilsystems 300 (z. B. USB-Typ-C-Teilsystem), das ein Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutzschema gemäß den vorliegenden Ausführungsformen umfasst, bereitgestellt. Wie dargestellt, kann das USB-Teilsystem 300 eine Gate- und Bulk-Steuerungsstufe 302 (einschließlich eines N-FET-Isolationsschalters 310), eine Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Vorspannungserzeugungsstufe 304, eine V_GATE- und Schutzvorspannungs-Schaltlogikstufe 306 und eine Anzahl von Kaskoden-N-FET-Schaltern 308 (z. B. N1, N2, N3, N4) umfassen. Jeder der Kaskadenschalter 308 kann als NMOS-Transistor konstruiert sein, der in einer tiefen Superhochspannungs(SHV, Super High Voltage)-N-Wanne platziert ist.
In gewissen Ausführungsformen kann die Gate- und Bulk-Steuerungsstufe 302 zum Beispiel die Spannung auf dem N-FET-Isolationsschalter 310 steuern. Während einer normalen Schalter-„AUS“-Betriebsbedingung können sowohl das Gate als auch der Bulk des N-FET-Isolationsschalters 310 mit GND verbunden werden, um den Schalter auf „AUS“ zu schalten. Andererseits kann während einer normalen Schalter-„EIN“-Betriebsbedingung das Gate des N-FET-Isolationsschalters 310 mit V_CHARGE _PUMP verbunden sein (z. B. bei 5 V während des Betriebs) und der Bulk des N-FET-Isolationsschalters 310 kann lokal verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Vorspannungserzeugungsstufe 304 eingesetzt werden, um Vorspannungen zum Beispiel für die V_GATE- und Schutzvorspannungsschaltlogikstufe 306 bereitzustellen, um Überspannungsbedingungen zu detektieren und zu kompensieren. Zum Beispiel werden während einer 24-V-Fehlerbedingung sowohl das Gate als auch der Bulk des N-FET-Isolationsschalters 310 auf 0 V eingestellt, und somit gäbe es keinen Rückstrom durch den Schalter.
Zum Beispiel kann während Überspannungsbedingungen (z. B. wenn eine V_BUS-Leitung bei 20 V mit CC1/2- oder SBU1/2-Leitungen kurzgeschlossen wird), die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Vorspannungserzeugungsstufe 304 ein Überspannungssignal 312 erzeugen (z. B. „ovtrip“) und adaptive Gate-Vorspannungen (z. B. Vorspannung n1, Vorspannung n2, Vorspannung n3, Vorspannung n4) für die Anzahl der Kaskoden-N-FET-Schalter 308 (z. B. N1, N2, N3, N4) erzeugen. In einigen Ausführungsformen kann die Überspannungsdetektions- und -Überspannungsschutz-Vorspannungserzeugungsstufe 304 zum Beispiel einen oder mehrere analoge Multiplexer (MUX) umfassen, die während zum Beispiel Überspannungsbedingungen zwischen V_CHARGE _PUMP und Schutzspannungsvorspannung (z. B. Vorspannung n1, Vorspannung n2, Vorspannung n3, Vorspannung n4) umschalten.
In gewissen Ausführungsformen kann die Anzahl der Kaskoden-N-FET-Schalter 308 (z. B. N1, N2, N3, N4) bereitgestellt werden, um jedem internen Knoten zum Beispiel eine maximale Spannung von 3 V bis 5 V aufzuschalten (z. B. so nach oben zu begrenzen). Auf diese Weise kann während Überspannungs-Betriebsbedingungen der Komparator (z. B. ein strombasierter Komparator) Überspannungsbedingungen basierend auf zum Beispiel einem Überspannungsdetektionssignal (z. B. „ovtrip“) detektieren, das erzeugt wird, wenn diese V_CONN-Spannung als um einen konfigurierbaren Spannungsschwellenwert (z. B. „ovtrip-Schwelle“) höher als die VPWR-Knotenspannung mit einer im Wesentlichen schnellen Reaktionszeit (z. B. etwa 50 ns oder weniger) detektiert wird. Insbesondere kann das Überspannungsdetektionssignal (z. B. „ovtrip“) bereitgestellt werden, um den N-FET-Isolationsschalter 310 auf „AUS“ zu schalten, um die Möglichkeit des Rückflusses von Strom durch den N-FET-Isolationsschalter 310 zu reduzieren oder im Wesentlichen zu verhindern.
Es wird Bezug genommen auf 4, die ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Bereitstellen einer Überspannungsdetektion und eines Überspannungsschutzes gemäß den vorliegenden Ausführungsformen veranschaulicht. In gewissen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 durch Verarbeitungslogik (z. B. IC-Controller 100 aus 1 und IC-Controller 604 und Typ-C-Buchse 630 aus 6) durchgeführt werden, die Hardware umfassen kann, wie etwa das USB-Teilsystem 200 (z. B. USB-Typ-C-Teilsystem), das oben in Bezug auf 2 erörtert wurde. Tatsächlich kann in einigen Ausführungsformen das Verfahren 400 unter Benutzung von Hardware, Software oder Kombinationen aus Hardware und Software durchgeführt werden.
Das Verfahren 400 kann damit beginnen, dass der IC-Controller 100 eine Ausrichtung eines Steckers detektiert, der mit einer USB-C-Buchse, die an einen USB-C-Controller gekoppelt ist, zusammengefügt ist (Block 402). Das Verfahren 400 kann dann damit fortgesetzt werden, dass der IC-Controller 100 eine Steuerungskanal-PHY des USB-C-Controllers unter Benutzung eines ersten Schalters an einen ersten CC-Anschluss des USB-C-Controllers koppelt (Block 404). Das Verfahren 400 kann dann damit fortgesetzt werden, dass der IC-Controller 100 unter Benutzung eines zweiten Schalters eine V_CONN-Versorgung an einen zweiten CC-Anschluss des USB-C-Controllers koppelt (Block 406). Das Verfahren 400 kann dann damit fortgesetzt werden, dass der IC-Controller 100 den ersten und zweiten SBU-Anschluss des USB-C-Controllers unter Benutzung eines dritten und vierten Schalters an die entsprechenden Anschlüsse eines SBU-Kreuzschienenschalters des USB-C-Controllers koppelt (Block 408). Das Verfahren 400 kann dann damit fortgesetzt werden, dass der IC-Controller 100 detektiert, dass ein Spannungspegel an irgendeinem von den CC- oder SBU-Anschlüssen größer als eine vorgegebene Schwellenmenge ist (Block 410). Das Verfahren 400 kann dann damit enden, dass der IC-Controller 100 den ersten, zweiten, dritten oder vierten Schalter, der dem Anschluss entspricht, auf dem die Überspannung detektiert wurde, ausschaltet (Block 412). Auf diese Weise kann das vorliegende Verfahren 400 ein Überspannungsschutzschema bereitstellen, um zum Beispiel den V_CONN-Schalter und die V_CONN-Versorgung vor elektrischen und/oder thermischen Schäden (z. B. Überspannungsschäden, Überhitzungsschäden usw.) zu schützen.
In gewissen Ausführungsformen, wie in 5 veranschaulicht, kann es nützlich sein, die vorliegenden Techniken in Bezug auf ein Blockdiagramm eines SBU-Kreuzschienenschalters 500, wie in 5 veranschaulicht, zu beschreiben. Zum Beispiel kann der SBU-Kreuzschienenschalter 500 einen SBU-Schalter-MUX (z. B. 2x1-MUX) und einen einzelnen 2x2-Kreuzschienen-SBU-Schalter pro Typ-C-Port umfassen. In einigen Ausführungsformen, wie in 5 ferner veranschaulicht, kann der SBU-Kreuzschienenschalter 500 einen Display-Port- oder Thunderbolt-Block 502 umfassen, der Auswahlen zwischen dem Display-Port- oder Thunderbolt-Modus und die Weiterleitung von Signalen an die passende SBU1 und/oder SUB2 basierend auf der CC(z. B. Typ-C-Stecker)-Ausrichtung (z. B. über eine der beiden Ausrichtungen) erlaubt, wie durch einen Kippausrichtungs-Block 504 bestimmt. In einigen Ausführungsformen können gemäß den vorliegenden Techniken der Fehlerschutzblock 506 des SBU-Kreuzschienenschalters 500 und die Steuerungsschaltungsstufen für V_CONN-Schalter und Gittervorspannungserzeugungslogik (z. B. wie etwa die Stufen 202, 206 des V_CONN-Schalterblocks 200) als Rückstromschutz- und Überspannungsschutzschemas (z. B. für jede Ausrichtung und jede Richtung des Signalpfades implementiert) bereitgestellt werden.
Die hierin beschriebenen Techniken für den Überspannungsschutz können in verschiedenen Typen von USB-Typ-C-Anwendungen verkörpert werden. Beispiele für solche Typ-C-Anwendungen umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: eine DFP(Downstream Facing Port)-USB-Anwendung, in der ein IC-Controller mit einem USB-Typ-C-Teilsystem konfiguriert ist, um einen Downstream-Facing-USB-Port (z. B. in einer USB-fähigen Host-Vorrichtung) bereitzustellen; eine UFP(Upstream Facing Port)-USB-Anwendung, in der ein IC-Controller mit einem USB-TYP-C-Teilsystem benutzt werden kann, um einen Upstream-Facing-USB-Port (z. B. in einem USB-fähigen Peripheriegerät oder Adapter) bereitzustellen; und eine DRP(Dual Role Port)-USB-Anwendung, in der ein IC-Controller mit einem USB-Typ-C-Teilsystem konfiguriert ist, um sowohl DFP- als auch UFP-Anwendungen auf demselben USB-Port zu unterstützen.
6 veranschaulicht ein beispielhaftes System 600, in dem der IC-Controller 604 mit einem USB-Type-C-Teilsystem und einem USB-PD-Teilsystem konfiguriert ist, um eine DRP-Anwendung bereitzustellen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der IC-Controller 604 eine Ein-Chip-IC-Vorrichtung aus der Familie der CCGx-USB-Controller sein, die von der Cypress Semiconductor Corporation, San Jose, Kalifornien, entwickelt wurde. In dem System 600 ist der IC-Controller 604 an die Typ-C-Buchse 630, den Anzeige-Port-Chipsatz 640, den USB-Chipsatz 650, den eingebetteten Controller 660, die Leistungsversorgung 670 und das Ladegerät 680 gekoppelt. Diese Komponenten des Systems 600 können auf einer gedruckten Schaltungsplatte (Printed Circuit Board, PCB) oder einem anderen geeigneten Substrat angeordnet sein und sind durch geeignete Mittel wie leitfähige Leitungen, Leiterbahnen, Busse usw. aneinander gekoppelt.
In gewissen Ausführungsformen kann die Typ-C-Buchse 630 gemäß einer USB-Typ-C-Spezifikation konfiguriert sein, um Konnektivität durch einen Typ-C-Port bereitzustellen. Der Anzeige-Port-Chipsatz 640 ist konfiguriert, um eine DisplayPort-Funktionalität durch die Typ-C-Buchse 630 bereitzustellen. Der USB-Chipsatz 650 ist konfiguriert, um Unterstützung für USB-Kommunikationen (wie z. B. USB-2.0-Kommunikationen) durch die D+/--Leitungen der Typ-C-Buchse 630 bereitzustellen. Der eingebettete Controller 660 ist an den IC-Controller 604 gekoppelt und konfiguriert, um verschiedene Steuerungs- und/oder Datenübertragungsfunktionen im System 600 bereitzustellen. Die Leistungsversorgung 670 kann eine DC/DC-Leistungsquelle umfassen, die an den IC-Controller 604 gekoppelt ist.
In gewissen Ausführungsformen kann, wie zuvor oben erörtert, der IC-Controller 604 eine/n chipinternen Hochspannungs-Überspannungsdetektion und -Überspannungsschutz umfassen, um die Überspannungsschutztechniken wie oben beschrieben vorzunehmen. Zum Beispiel können, wie in 6 veranschaulicht, da die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutzbeschaltung als Teil des IC-Controllers 604 (z. B. chipintern) konstruiert ist, in einigen Ausführungsformen einzelne PHY-Steuerungskanäle die jeweiligen CC1- und CC2-Anschlüsse des IC-Controllers 804 über eine „Direktverbindung“ (z. B. was sich hierin auf eine elektrische Verbindung über eine oder einschließlich einer passiven Komponente wie einen Widerstand oder Kondensator, jedoch ohne jegliche elektrische Verbindung über eine aktive Komponente wie eine Diode oder einen Transistor beziehen kann) an die jeweiligen CC1- und CC2-Anschlüsse der Typ-C-Buchse 630 koppeln.
Insbesondere durch das Ermöglichen, dass die jeweiligen CC1- und CC2-Pins des IC-Controllers 604 direkt (z. B. ohne Benutzung irgendeiner aktiven elektronischen Komponente, was eine weitere Reduzierung der Hardware bedeutet) mit den jeweiligen CC1- und CC2-Pins der Typ-C-Buchse 630 verbunden werden können, und dadurch, dass die Überspannungsdetektion und der Überspannungsschutz als Teil des IC-Controllers 604 (z. B. chipintern) umfasst sind, können die vorliegenden Techniken zum Beispiel die Reaktionszeit, die BOM und den Leistungsverbrauch des Systems 600 reduzieren.
Es sollte sich verstehen, dass verschiedene Ausführungsformen verschiedene Mechanismen bereitstellen können, um die Programmierbarkeit, Rekonfigurierbarkeit und/oder Reprogrammierbarkeit eines IC-Controllers 604 (und seiner verschiedenen Komponenten), der gemäß den hierin beschriebenen Techniken für den Überspannungsschutz arbeitet, zu erleichtern. In der Realität kann die Programmierbarkeit eingesetzt werden, um Schwellen, Flankensteilheit, Stromabfühlungssempfindlichkeit zu ändern und um Bedingungen und Funktionalität nach der Produktion hinzuzufügen (z. B. für Upgrades im Feld). Zum Beispiel können einige Ausführungsformen Konfigurations- und/oder Programmdaten in Logikschaltungen speichern, die durch Benutzung von widerstandsbasierten Sicherungen, die bei der Herstellung des IC-Controllers 604 getrimmt werden, aktiviert/deaktiviert werden. Beispiele für solche Sicherungen umfassen Lasersicherungen, E-Sicherungen und nichtflüchtige Verriegelungen, die einige Charakteristiken von Sicherungen und einige Charakteristiken von nichtflüchtigen Speichern aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann Pin-Strapping benutzt werden, um die Programmierbarkeit des IC-Controllers 604 zu erleichtern. Ein Pin-Strapping-Mechanismus kann das Verbinden (z. B. über Jumper oder PCB-Leiterbahnen) einer Anzahl von Controller-Pins/Anschlüssen mit Leistung oder Erdung involvieren, damit jeder Eingang einen Binärwert an den IC-Controller 604 bereitstellt, wobei die Sammlung der bereitgestellten Eingangswerte als Konfigurationsdaten benutzt wird, um eine oder mehrere Komponenten des IC-Controllers 604 zu konfigurieren oder zu programmieren.
In einigen Ausführungsformen können die Konfigurationsdaten für die Programmierung des IC-Controllers 604 als Widerstandskonfigurationsspeicherung gespeichert werden. Zum Beispiel kann ein Satz von Widerständen zwischen einem Satz von Pins/Anschlüssen des IC-Controllers 604 und Leistung oder Erdung verbunden werden, um eine Spannung oder einen Strom zu schaffen, der von einem ADU gemessen werden kann, um einen Binärwert zu produzieren, um einen oder mehrere Parameter des Controllers zu produzieren. In anderen Ausführungsformen können die Konfigurationsdaten für die Programmierung des IC-Controllers 604 als Masken-ROM oder als Metallmaske bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann ein Chiphersteller eine bestimmte Charge von Chips mit dem IC-Controller 604 individuell einrichten, indem er die Verbindungen vordefinierter interner Knoten zwischen einer „1“ und einer „0“ unter Benutzung einer einzelnen lithografischen Maske, die für diese individuell eingerichtete Konfiguration spezifisch ist, ändert, während andere Masken zwischen den Chargen unverändert bleiben, wodurch individuell eingerichtete Konfigurationsparameter für die bestimmte Charge von Controllern bereitgestellt werden.
Es sollte sich verstehen, dass verschiedene Ausführungsformen verschiedene Typen von Programmierbarkeit für einen IC-Controller 604 (und seine Komponenten), der gemäß den hierin beschriebenen Techniken für den Überspannungsschutz arbeitet, bereitstellen. Beispielsweise können einige Ausführungsformen eine dynamische Programmierbarkeit bereitstellen, bei der Konfigurationsänderungen im Laufe des normalen Betriebs des IC-Controllers 604 umprogrammiert werden, üblicherweise (aber nicht notwendigerweise immer) als Reaktion auf eine Änderung einer oder mehrerer Betriebsbedingungen oder einen externen Befehl und basierend auf zuvor in den Controller einprogrammierten Daten. Andere Ausführungsformen können eine systeminterne Programmierbarkeit benutzen, bei der Konfigurationsänderungen im Laufe des normalen Betriebs des IC-Controllers 804 als Reaktion auf einen externen Befehl und basierend auf neuen Konfigurationsdaten, die in Assoziation mit dem Befehl in den Controller heruntergeladen werden, neu programmiert werden. In einigen Ausführungsformen kann der IC-Controller 804 werksseitig als Teil seiner Herstellung oder als Teil der Herstellung eines Endproduktes (wie z. B. eines Leistungsadapters, einer Steckdose, eines Kfz-Ladegeräts, einer Power-Bank usw.) programmiert werden. Zum Beispiel kann der IC-Controller 804 während der Herstellung unter Benutzung verschiedener Mechanismen, wie etwa im nichtflüchtigen Speicher gespeicherte Firmware-Anweisungen, Pin-Strapping, Widerstandsprogrammierung, laser-getrimmte Sicherungen, NV-Verriegelungen oder OTP-Register, programmiert werden.
Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, beziehen sich Begriffe wie „detektieren“, „abkoppeln“, „koppeln“ oder dergleichen auf Aktionen und Prozesse, die von Rechenvorrichtungen durchgeführt oder implementiert werden, welche Daten, die innerhalb der Register und Speicher der Rechenvorrichtung als physische (elektronische) Größen dargestellt werden, manipulieren und in andere Daten umwandeln, die innerhalb der Speicher oder Register der Rechenvorrichtung oder anderer solcher Informationsspeicherungs-, Übertragungs- oder Anzeigevorrichtungen in ähnlicher Weise als physische Größen dargestellt werden. Auch die Begriffe „erste/r“, „zweite/r“, „dritte/r“, „vierte/r“ usw., soweit hierin benutzt, sind als Bezeichnungen zur Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Elementen gedacht und haben nicht unbedingt eine Aufzählungsbedeutung gemäß ihrer numerischen Bezeichnung.
Die hierin beschriebenen Verfahren und veranschaulichenden Beispiele sind nicht grundsätzlich an einen bestimmten Computer oder eine andere Einrichtung gebunden. Verschiedene Allzweck-Systeme können entsprechend den hierin beschriebenen Lehren benutzt werden, oder es kann sich auch als günstig erweisen, eine noch spezialisiertere Einrichtung zu konstruieren, um die erforderlichen Verfahrensschritte durchzuführen. Die erforderliche Struktur für eine Vielfalt dieser Systeme wird so aussehen, wie in der obigen Beschreibung dargelegt.
Die obige Beschreibung soll veranschaulichend und nicht beschränkend sein. Obwohl die vorliegende Offenbarung mit Verweisen auf spezifische veranschaulichende Beispiele beschrieben wurde, wird erkannt werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt ist. Der Schutzbereich der Offenbarung soll unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche zusammen mit dem vollen Schutzbereich von Äquivalenten, auf den Ansprüche Anrecht haben, bestimmt sein.
Sofern hierin benutzt, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen umfassen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „beinhaltet“, „beinhaltend“, „kann umfassen“ und/oder „umfassend“, sofern hierin benutzt, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, von Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Deshalb dient die hierin benutzte Terminologie nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll keine Einschränkung darstellen.
Es ist auch zu beachten, dass in einigen alternativen Implementierungen die angegebenen Funktionen/Aktionen außerhalb der in den Figuren angegebenen Reihenfolge auftreten können. So können beispielsweise zwei aufeinanderfolgend gezeigte Figuren tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden oder manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, abhängig von der involvierten Funktionalität/den involvierten Aktionen.
Obwohl die Verfahrensvorgänge in einer bestimmten Reihenfolge beschrieben wurden, sollte es sich verstehen, dass zwischen beschriebenen Vorgängen auch andere Vorgänge durchgeführt werden können, beschriebene Vorgänge so angepasst werden können, dass sie zu leicht unterschiedlichen Zeiten erfolgen, oder die beschriebenen Vorgänge in einem System verteilt werden können, welches das Auftreten der Verarbeitungsvorgänge in verschiedenen mit der Verarbeitung verbundenen Intervallen ermöglicht.
Verschiedene Einheiten, Schaltungen oder andere Komponenten können als „konfiguriert, um“ oder „konfigurierbar, um“ eine oder mehrere Aufgaben durchzuführen, beschrieben oder beansprucht werden. In solchen Kontexten wird der Ausdruck „konfiguriert, um“ oder „konfigurierbar, um“ benutzt, um eine Struktur zu implizieren, indem angegeben wird, dass die Einheiten/Schaltungen/Komponenten eine Struktur (z. B. Beschaltung) umfassen, welche die Aufgabe oder Aufgaben während des Betriebs durchführt. Somit kann man sagen, dass die Einheit/Schaltung/Komponente konfiguriert ist, um die Aufgabe durchzuführen, oder konfigurierbar ist, um die Aufgabe durchzuführen, auch wenn die spezifizierte Einheit/Schaltung/Komponente aktuell nicht in Betrieb ist (z. B. nicht eingeschaltet ist). Die Einheiten/Schaltungen/Komponenten, die mit den Wendungen „konfiguriert, um“ oder „konfigurierbar, um“ benutzt werden, umfassen Hardware, zum Beispiel Schaltungen, Speicher, die Programmanweisungen speichern, die zur Implementierung der Vorgänge ausführbar sind, usw. Der Ausdruck, dass eine Einheit/Schaltung/Komponente „konfiguriert ist, um“ eine oder mehrere Aufgaben durchzuführen, oder „konfigurierbar ist, um“ eine oder mehrere Aufgaben durchzuführen, soll für diese Einheit/Schaltung/Komponente ausdrücklich nicht unter 35 U.S.C. 112, Sechster Absatz fallen.
Darüber hinaus kann „konfiguriert, um“ oder „konfigurierbar, um“ generische Strukturen (z. B. eine generische Beschaltung) umfassen, die durch Software und/oder Firmware (z. B. ein FPGA oder einen Allzweck-Prozessor, der Software ausführt) manipuliert werden, um so zu arbeiten, dass sie die betreffende(n) Aufgabe(n) durchführen können. „Konfiguriert, um“ kann auch die Anpassung eines Herstellungsprozesses (z. B. einer Halbleiterfertigungsanlage) zur Fertigung von Vorrichtungen (z. B. integrierte Schaltungen), die zur Implementierung oder Durchführung einer oder mehrerer Aufgaben angepasst sind, umfassen. „Konfigurierbar, um“ ist ausdrücklich nicht für leere Medien, einen unprogrammierten Prozessor oder unprogrammierten generischen Computer oder eine unprogrammierte programmierbare Logikvorrichtung, ein programmierbares Gate-Array oder eine andere unprogrammierte Vorrichtung bestimmt, es sei denn, diese werden von programmierten Medien begleitet, die der unprogrammierten Vorrichtung die Möglichkeit verleihen, konfiguriert zu werden, um die offenbarten Funktion(en) durchzuführen.
Die vorstehende Beschreibung zum Zwecke der Erklärung wurde mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die vorstehenden veranschaulichenden Erörterungen sollen jedoch nicht abschließend sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen beschränken. Viele Modifikationen und Variationen sind im Hinblick auf die oben genannten Lehren möglich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Ausführungsformen und ihre praktischen Anwendungen bestmöglich zu erläutern, damit ein Fachmann die Ausführungsformen und verschiedenen Modifikationen bestmöglich nutzen kann, so wie für die jeweilige erwogene Anwendung geeignet. Dementsprechend sind die vorliegenden Ausführungsformen als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten, und die Erfindung soll nicht auf die hierin angegebenen Angaben beschränkt sein, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs und der Äquivalente der beigefügten Ansprüche geändert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 16/016937 [0001]
US 62/655988 [0001]
US 62/681513 [0001]

Claims

Eine elektronische Vorrichtung, die Folgendes beinhaltet: einen ersten Schalter, der konfiguriert ist, um einen ersten Konfigurationskanal(CC, Configuration Channel)-Anschluss eines Universal-Serial-Bus-Typ-C(USB-C)-Controllers mit einer V_CONN-Versorgung des USB-C-Controllers zu verbinden, wobei der erste CC-Anschluss des USB-C-Controllers konfiguriert ist, um direkt mit dem ersten CC-Anschluss einer USB-C-Buchse verbunden zu werden; einen zweiten Schalter, der konfiguriert ist, um einen zweiten CC-Anschluss des USB-C-Controllers mit einer Steuerungskanal-Physische-Schicht-Logik (PHY) des USB-C-Controllers zu verbinden, wobei der zweite CC-Anschluss direkt mit dem zweiten CC-Anschluss der USB-C-Buchse zu verbinden ist; und eine Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung, die konfiguriert ist, um den ersten Schalter oder den zweiten Schalter zu deaktivieren, wenn an einem Anschluss des ersten Schalters oder des zweiten Schalters eine einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigende Spannung detektiert wird, wobei der erste Schalter und der zweite Schalter jeweils an die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung gekoppelt sind.
Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner Folgendes beinhaltet: einen dritten Schalter, der konfiguriert ist, um einen ersten Seitenbandbenutzungs(SBU)-Anschluss des USB-C-Controllers mit einem SBU-Kreuzschienenschalter des USB-C-Controllers zu verbinden, wobei der erste SBU-Anschluss des USB-C-Controllers konfiguriert ist, um direkt mit einem ersten SBU-Anschluss der USB-C-Buchse verbunden zu werden.
Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der dritte Schalter an die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung gekoppelt ist und wobei die Überspannungsdetektions- und Überspannungschutz-Schaltung ferner konfiguriert ist, um den dritten Schalter zu deaktivieren, wenn an einem Anschluss des dritten Schalters eine einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigende Spannung detektiert wird.
Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 2, die ferner Folgendes beinhaltet: einen vierten Schalter, der konfiguriert ist, um einen zweiten SBU-Anschluss des USB-C-Controllers mit dem SBU-Kreuzschienenschalter des USB-C-Controllers zu verbinden, wobei der zweite SBU-Anschluss des USB-C-Controllers konfiguriert ist, um direkt mit einem zweiten SBU-Anschluss der USB-C-Buchse verbunden zu werden.
Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der vierte Schalter an die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung gekoppelt ist und wobei die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung ferner konfiguriert ist, um den vierten Schalter zu deaktivieren, wenn an einem Anschluss des vierten Schalters eine einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigende Spannung detektiert wird.
Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der erste Schalter, der zweite Schalter, der dritte Schalter und der vierte Schalter jeweils einen Kaskoden-N-Kanal-FET umfassen, der konfiguriert ist, um auf einer Spannung zu arbeiten, die nicht höher ist als die V_CONN-Versorgungsspannung oder eine Gateoxid-Durchbruchspannungsgrenze.
Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die vorgegebene Schwelle eine programmierbare Schwelle beinhaltet.
Ein System, das Folgendes beinhaltet: eine Universal-Serial-Bus-Typ-C(USB-C)-Buchse, die einen ersten Konfigurationskanal(CC)-Anschluss beinhaltet, wobei der erste CC-Anschluss der USB-C-Buchse konfiguriert ist, um direkt mit einem ersten CC-Anschluss eines USB-C-Controllers verbunden zu werden; und einen ersten Schalter, der konfiguriert ist, um einen ersten Konfigurationskanal(CC)-Anschluss eines Universal-Serial-Bus-Typ-C(USB-C)-Controllers mit einer V_CONN-Versorgung des USB-C-Controllers zu verbinden, wobei der erste CC-Anschluss des USB-C-Controllers konfiguriert ist, um direkt mit dem ersten CC-Anschluss einer USB-C-Buchse verbunden zu werden; einen zweiten Schalter, der konfiguriert ist, um einen zweiten CC-Anschluss des USB-C-Controllers mit einer Steuerungskanal-Physische-Schicht-Logik (PHY) des USB-C-Controllers zu verbinden, wobei der zweite CC-Anschluss konfiguriert ist, um direkt mit dem zweiten CC-Anschluss der USB-C-Buchse verbunden zu werden; und eine Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung, die konfiguriert ist, um den ersten Schalter oder den zweiten Schalter zu deaktivieren, wenn an einem Anschluss des ersten Schalters oder des zweiten Schalters eine einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigende Spannung detektiert wird, wobei der erste Schalter und der zweite Schalter jeweils an die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung gekoppelt sind.
System gemäß Anspruch 8, das ferner Folgendes beinhaltet: einen dritten Schalter, der konfiguriert ist, um einen ersten Seitenbandbenutzungs(SBU)-Anschluss des USB-C-Controllers mit einem SBU-Kreuzschienenschalter des USB-C-Controllers zu verbinden, wobei der erste SBU-Anschluss des USB-C-Controllers konfiguriert ist, um direkt mit einem ersten SBU-Anschluss der USB-C-Buchse verbunden zu werden.
System gemäß Anspruch 9, wobei der dritte Schalter an die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung gekoppelt ist und wobei die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung ferner konfiguriert ist, um den dritten Schalter zu deaktivieren, wenn an einem Anschluss des dritten Schalters eine einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigende Spannung detektiert wird.
System gemäß Anspruch 9, das ferner Folgendes beinhaltet: einen vierten Schalter, der konfiguriert ist, um einen zweiten SBU-Anschluss des USB-C-Controllers mit dem SBU-Kreuzschienenschalter des USB-C-Controllers zu verbinden, wobei der zweite SBU-Anschluss des USB-C-Controllers konfiguriert ist, um direkt mit einem zweiten SBU-Anschluss der USB-C-Buchse verbunden zu werden.
System gemäß Anspruch 11, wobei der vierte Schalter an die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung gekoppelt ist und wobei die Überspannungsdetektions- und Überspannungsschutz-Schaltung ferner konfiguriert ist, um den vierten Schalter zu deaktivieren, wenn an einem Anschluss des vierten Schalters eine einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigende Spannung detektiert wird.
System gemäß Anspruch 11, wobei der erste Schalter, der zweite Schalter, der dritte Schalter und der vierte Schalter jeweils einen Kaskoden-N-Kanal-FET umfassen, der konfiguriert ist, um auf einer Spannung zu arbeiten, die nicht höher ist als die V_CONN-Versorgungsspannung oder eine Gateoxid-Durchbruchspannungsgrenze.
System gemäß Anspruch 8, wobei die vorgegebene Schwelle eine programmierbare Schwelle beinhaltet.
Ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Detektieren, durch einen Universal-Serial-Bus-Typ-C(USB-C)-Controller, einer Ausrichtung eines Steckers, der mit einer an den USB-C-Controller gekoppelten USB-C-Buchse zusammengefügt ist; Koppeln einer Steuerungskanal-Physische-Schicht-Logik (PHY) des USB-C-Controllers an einen ersten Konfigurationskanal(CC)-Anschluss des USB-C-Controllers unter Benutzung eines ersten Schalters; Koppeln eines V_CONN-Versorgungsanschlusses an einen zweiten CC-Anschluss des USB-C-Controllers unter Benutzung eines zweiten Schalters; Koppeln eines ersten Seitenbandbenutzungs(SBU)-Anschlusses und eines zweiten SBU-Anschlusses des USB-C-Controllers an einen ersten SBU-Anschluss und einen zweiten SBU-Anschluss eines SBU-Kreuzschienenschalters des USB-C-Controllers unter Benutzung eines dritten Schalters und eines vierten Schalters; Detektieren, dass eine Spannung auf dem ersten CC-Anschluss oder dem zweiten CC-Anschluss größer als eine vorgegebene Schwelle ist; und als Reaktion auf das Detektieren, dass die Spannung größer als die vorgegebene Schwelle ist, Deaktivieren des ersten Schalters oder des zweiten Schalters basierend mindestens teilweise darauf, ob die Spannung einem Anschluss an dem ersten Schalter oder dem zweiten Schalter entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 15, beinhaltend das Koppeln eines ersten Seitenbandbenutzungs(SBU)-Anschlusses und eines zweiten SBU-Anschlusses des USB-C-Controllers an einen ersten SBU-Anschluss und einen zweiten SBU-Anschluss eines SBU-Kreuzschienenschalters des USB-C-Controllers unter Benutzung eines dritten Schalters und eines vierten Schalters.
Verfahren gemäß Anspruch 16, beinhaltend das Detektieren, dass eine Spannung auf dem ersten SBU-Anschluss oder dem zweiten SBU-Anschluss größer als die vorgegebene Schwelle ist.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei, als Reaktion auf das Detektieren, dass die Spannung größer als die vorgegebene Schwelle ist, Deaktivieren des dritten Schalters oder des vierten Schalters basierend mindestens teilweise darauf, ob die Spannung einem Anschluss an dem ersten Schalter oder dem vierten Schalter entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei der erste Schalter, der zweite Schalter, der dritte Schalter und der vierte Schalter jeweils einen Kaskoden-N-Kanal-FET umfassen, der konfiguriert ist, um auf einer Spannung zu arbeiten, die nicht höher ist als die V_CONN-Versorgungsspannung oder eine Gateoxid-Durchbruchspannungsgrenze.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei die vorgegebene Schwelle eine programmierbare Schwelle beinhaltet.