DE112019001318T5 - Programmierbare gate-treiber-steuerung in der usb-leistungsabgabe - Google Patents

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Abstract

Techniken zur Steuerung von Leistungsschaltern in einem USB-Leistungsabgabe(USB-PD)-System werden hier beschrieben. In einer Beispiel-Ausführungsform beinhaltet ein integrierter Schaltkreis einen programmierbaren Gate-Steuerschaltkreis, der an einen Bereitsteller-Feldeffekttransistor (FET) und einen Verbraucher-FET gekoppelt ist, um Steuersignale an die Bereitsteller- und Verbraucher-FETs als Antwort auf die Systembedingungen und Anwendungsanforderungen des USB-PD-Systems bereitzustellen. Ein Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis kann eine zusätzliche Steuerung der Anstiegsrate für das langsame EIN-Schalten von Bereitsteller- und Verbraucher-FETs bereitstellen.

Description

  • PRIORITÄT
  • Bei dieser Patentanmeldung handelt es sich um eine internationale Patentanmeldung der U.S. Non-Provisional Application No. 15/983,895 , eingereicht am 18. Mai 2018, die die Priorität und die Vorteile der U.S. Provisional Application No. 62/642,282 , eingereicht am 13. März 2018, beansprucht, die hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit in diese Patentanmeldung aufgenommen werden.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft integrierte Schaltkreise, die die Leistungsabgabe an elektronische Geräte steuern.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Verschiedene elektronische Geräte (z. B., wie etwa Smartphones, Tablets, Notebook-Computer, Laptop-Computer, Hubs, Ladegeräte, Adapter usw.) sind konfiguriert, um Leistung über Universal-Serial-Bus(USB)-Verbindungsstecker gemäß den USB-Leistungsabgabeprotokollen zu übertragen, die in verschiedenen Revisionen der Spezifikation der USB-Leistungsabgabe (USB-PD, USB Power Delivery) definiert sind. Beispielsweise kann in einigen Anwendungen ein elektronisches Gerät als Leistungsverbraucher konfiguriert sein, um Leistung über einen USB-Verbindungsstecker zu erhalten (z. B. zum Laden von Batterien), während in anderen Anwendungen ein elektronisches Gerät als Leistungsbereitsteller konfiguriert sein kann, um Leistung an ein anderes Gerät, das über einen USB-Verbindungsstecker damit verbunden ist, bereitzustellen. Die USB-PD-Spezifikation ermöglicht Leistungsbereitstellern und Leistungsverbrauchern jedoch, die Höhe der bereitgestellten Spannungen und Ströme dynamisch zu regeln. Daher müssen die bereitgestellten Spannungen/Ströme unter bestimmten Leistungsabgabebedingungen unter Umständen schnell entladen werden, aber dies könnte das Gerät des integrierten Schaltkreises, das die Bereitstellung solcher Spannungen/Ströme steuert, einer Erwärmung und einem Latch-up aussetzen. In ähnlicher Weise müssen die Lade- und Entladeraten durch Leistungsschalter möglicherweise für eine optimale System-Performance oder um auf Störungsbedingungen zu antworten, gesteuert werden.
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht ein System für ein USB-Gerät zur Verwendung in der USB-Leistungsabgabe gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 2 veranschaulicht ein Gate-Treiber-Steuersystem zur Verwendung in der USB-Leistungsabgabe, einschließlich Leistungsschaltern, die als Bereitsteller- und Verbraucher-Feldeffekttransistoren (FETs) konfiguriert sind, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 3 veranschaulicht Gate-Treiber-Steuerschaltkreise zur Verwendung in der USB-Leistungsabgabe, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 4 veranschaulicht einen logischen Pfad für die Identifizierung und Verarbeitung einer Störungsbedingung in der USB-Leistungsabgabe, gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 5 veranschaulicht den logischen Pfad von 4 mit einer erkannten Störung, gemäß einer Beispiel-Ausführungsform.
    • 6 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines USB-PD-Leistungsadapters für einen Personalcomputer (PC), gemäß einer Beispiel-Ausführungsform.
    • 7 veranschaulicht eine schematische Darstellung einer Ladeleistungsquelle zur Verwendung in der USB-Leistungsabgabe, gemäß einer Beispiel-Ausführungsform.
    • 8 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines USB-PD-Leistungsadapters für Mobiltelefone, gemäß einer Beispiel-Ausführungsform.
    • 9 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines USB-PD-Autoladegeräts, gemäß einer Beispiel-Ausführungsform.
    • 10 veranschaulicht eine schematische Darstellung einer USB-PD-Powerbank, gemäß einer Beispiel-Ausführungsform.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung legt zahlreiche spezifische Details dar, wie etwa Beispiele für spezifische Systeme, Komponenten, Verfahren usw., um ein gutes Verständnis der verschiedenen Ausführungsformen der hierin beschriebenen Techniken zur Steuerung von Leistungsschaltern (auch Leistungs-FETs genannt) in der USB-Leistungsabgabe bereitzustellen. Für einen Fachmann wird es jedoch offensichtlich sein, dass zumindest einige Ausführungsformen ohne diese spezifischen Details umgesetzt werden können. In anderen Fällen werden wohlbekannte Komponenten, Elemente oder Verfahren nicht im Detail beschrieben oder in einem einfachen Blockdarstellungsformat präsentiert, um zu verhindern, dass die hierin beschriebenen Techniken unnötig verschleiert werden. Die im Folgenden erläuterten spezifischen Details sind daher lediglich beispielhaft. Besondere Implementierungen können von diesen beispielhaften Details abweichen und dennoch als im Geist und Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet werden.
  • Die Bezugnahme in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform“, „eine (einzelne) Ausführungsform“, „eine Beispiel-Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“ und „verschiedene Ausführungsformen“ bedeutet, dass ein besonderes Merkmal, eine besondere Struktur, ein besonderer Schritt, ein besonderer Betriebsvorgang oder eine besondere Eigenschaft, die in Verbindung mit der/den Ausführungsform(en) beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ist. Ferner beziehen sich die an verschiedenen Stellen in der Beschreibung vorkommenden Ausdrücke „eine Ausführungsform“, „eine (einzelne) Ausführungsform“, „eine Beispiel-Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“ und „verschiedene Ausführungsformen“ notwendigerweise alle auf die gleiche(n) Ausführungsform(en).
  • Die Beschreibung umfasst Bezugnahmen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der ausführlichen Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen Veranschaulichungen gemäß Ausführungsbeispielen. Diese Ausführungsformen, auf die sich hierin auch als „Beispiele“ bezogen werden kann, sind detailliert genug beschrieben, um es den Fachleuten zu ermöglichen, die hier beschriebenen Ausführungsformen des beanspruchten Gegenstands umzusetzen. Die Ausführungsformen können kombiniert werden, es können andere Ausführungsformen benutzt werden, oder es können strukturelle, logische und elektrische Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Anwendungsbereich und Geist des beanspruchten Gegenstands abzuweichen. Es versteht sich, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen nicht den Anwendungsbereich des Gegenstandes einschränken sollen, sondern vielmehr einem Fachmann ermöglichen sollen, den Gegenstand umzusetzen, herzustellen und/oder zu verwenden.
  • Beschrieben werden hierin verschiedene Ausführungsformen von Techniken zur Steuerung von Leistungsschaltern (auch Leistungs-FETs genannt), die an Leistungsleitungen in elektronischen Geräten bei USB-PD gekoppelt sind. Beispiele für solche elektronischen Geräte umfassen, ohne Einschränkung, Personalcomputer (z. B. Laptop-Computer, Notebook-Computer usw.), mobile Computergeräte (z. B. Tablets, Tablet-Computer, E-Reader-Geräte usw.), mobile Kommunikationsgeräte (z. B. Smartphones, Mobiltelefone, persönliche digitale Assistenten, Messaging-Geräte, Pocket-PCs usw.), Verbindungs- und Ladegeräte (z. B. Hubs, Docking-Stationen, Adapter, Ladegeräte usw.), Audio-/Video-/Datenaufzeichnungs- und/oder Wiedergabegeräte (z. B. Kameras, Sprachaufzeichnungsgeräte, Handscanner, Monitore usw.) und andere ähnliche elektronische Geräte, die USB-Verbindungsstecker (Schnittstellen) zur Kommunikation, zum Laden der Batterie und/oder zur Leistungsabgabe verwenden können.
  • Ein USB-fähiges elektronisches Gerät oder System kann mit mindestens einem Release einer Universal-Serial-Bus(USB)-Spezifikation übereinstimmen. Beispiele für solche USB-Spezifikationen umfassen, ohne Einschränkung, die USB-Spezifikation Revision 2.0, die USB 3.0-Spezifikation, die USB 3.1-Spezifikation und/oder verschiedene Ergänzungen (z. B. wie On-The-Go oder OTG), Versionen und Errata davon. Die USB-Spezifikationen definieren im Allgemeinen die Eigenschaften (z. B. Attribute, Protokolldefinition, Transaktionsarten, Busmanagement, Programmierschnittstellen usw.) eines differenziellen seriellen Busses, die erforderlich sind, um Standardkommunikationssysteme und Peripheriegeräte zu entwerfen und zu bauen. Zum Beispiel wird ein USB-fähiges Peripherie-Gerät an ein USB-fähiges Host-Gerät über einen USB-Port des Host-Gerätes angeschlossen, um ein USB-fähiges System zu bilden. Ein USB 2.0-Port umfasst eine Leistungsspannungsleitung von 5 V (bezeichnet als VBUS), ein differenzielles Datenleitungspaar (bezeichnet als D+ oder DP und D- oder DN) und eine Erdungsleitung für die Leistungsrückführung (bezeichnet als GND). Ein USB 3.0-Port stellt auch die Leitungen VBUS, D+, D- und GND für Abwärtskompatibilität mit USB 2.0 bereit. Um einen schnelleren differenziellen Bus (den USB SuperSpeed-Bus) zu unterstützen, stellt ein USB 3.0-Port außerdem ein differenzielles Paar von Senderdatenleitungen (mit SSTX+ und SSTX- bezeichnet), ein differenzielles Paar von Empfängerdatenleitungen (mit SSRX+ und SSRX- bezeichnet), eine Leistungsleitung für die Leistung (mit DPWR bezeichnet) und eine Erdungsleitung für die Leistungsrückführung (mit DGND bezeichnet) bereit. Ein USB 3.1-Port stellt die gleichen Leitungen wie ein USB 3.0-Port für Abwärtskompatibilität mit USB 2.0- und USB 3.0-Kommunikation bereit, erweitert jedoch die Performance des SuperSpeed-Busses durch eine Sammlung von Merkmalen, auf die sich als Enhanced SuperSpeed bezogen wird.
  • Eine neuere Technologie für USB-Verbindungsstecker, genannt USB-Typ-C, ist in verschiedenen Releases und/oder Versionen der USB-Typ-C-Spezifikation definiert (z. B., wie etwa Release 1.0 vom 11. August 2014, Release 1.1 vom 3. April 2015, usw.). Die USB-Typ-C-Spezifikation definiert Typ-C-Buchse, Typ-C-Stecker und Typ-C-Kabel, die sowohl die USB-Kommunikation als auch die Leistungsabgabe über neuere USB-Leistungsabgabeprotokolle unterstützen können, die in verschiedenen Revisionen/Versionen der USB-PD-Spezifikation definiert sind. Beispiele für USB-Typ-C-Funktionen und -Anforderungen können, ohne Einschränkung, Daten- und andere Kommunikation gemäß USB 2.0 und USB 3.0/3.1, elektromechanische Definitionen und Performance-Anforderungen für Typ-C-Kabel, elektromechanische Definitionen und Performance-Anforderungen für Typ-C-Buchsen, elektromechanische Definitionen und Performance-Anforderungen für Typ-C-Stecker, Anforderungen für Typ-C-zu-Legacy-Kabelbaugruppen und -Adapter, Anforderungen für Typ-C-basierte Geräteerkennung und Schnittstellenkonfiguration, Anforderungen für optimierte Leistungsabgabe für Typ-C-Verbindungsstecker usw. umfassen. Gemäß der/den USB-Typ-C-Spezifikation(en) stellt ein Typ-C-Port u. a. die Leitungen VBUS, D+, D-, GND, SSTX+, SSTX-, SSRX+ und SSRX- bereit. Darüber hinaus stellt ein Typ-C-Port auch eine Leitung für eine Seitenbandverwendung (bezeichnet als SBU, Sideband Use) zur Signalisierung der Seitenbandfunktionalität und eine Leitung für einen Konfigurationskanal (bezeichnet als CC, Configuration Channel) zur Ermittlung, Konfiguration und Verwaltung von Verbindungen über ein Typ-C-Kabel bereit. Ein Typ-C-Port kann mit einem Typ-C-Stecker und/oder einer Typ-C-Buchse verknüpft sein. Aus Gründen der Einfachheit in der Verwendung sind der Typ-C-Stecker und die Typ-C-Buchse als ein umkehrbares Paar konstruiert, das unabhängig von der Ausrichtung von Stecker zu Buchse betrieben wird. So stellt ein Standard-USB-Typ-C-Verbindungsstecker, der als Standard-Typ-C-Stecker oder -Buchse angeordnet ist, unter anderem Stifte für vier VBUS-Leitungen, vier Erdungs-Rückleitungen (GND), zwei D+-Leitungen (DP1 und DP2), zwei D-Leitungen (DN1 und DN2), zwei SSTX+-Leitungen (SSTXP1 und SSTXP2), zwei SSTX-Leitungen (SSTXN1 und SSTXN2), zwei SSRX+-Leitungen (SSRXP1 und SSRXP2), zwei SSRX-Leitungen (SSRXN1 und SSRXN2), zwei CC-Leitungen (CC1 und CC2) und zwei SBU-Leitungen (SBU1 und SBU2) bereit.
  • Einige USB-fähige elektronische Geräte können mit einer spezifischen Revision und/oder Version der USB-PD-Spezifikation konform sein (z. B., wie etwa Revision 1.0, veröffentlicht am 5. Juli 2012, Revision 2.0, veröffentlicht am 11. August 2014, usw., oder spätere Revisionen/Versionen davon). Die USB-PD-Spezifikation definiert ein Standardprotokoll, das entworfen wurde, um die maximale Funktionalität von USB-fähigen Geräten zu ermöglichen, indem eine flexiblere Leistungsabgabe zusammen mit der Datenkommunikation über ein einziges USB-Typ-C-Kabel durch USB-Typ-C-Ports bereitgestellt wird. Die USB-PD-Spezifikation beschreibt auch die Architektur, die Protokolle, das Leistungsversorgungsverhalten, die Parameter und die Verkabelung, die für die Verwaltung der Leistungsabgabe über USB-Typ-C-Kabel mit einer Leistung von bis zu 100 W notwendig sind. Gemäß der USB-PD-Spezifikation können Geräte mit USB-Typ-C-Ports (z. B., wie etwa USB-fähige Geräte) über ein USB-Typ-C-Kabel mehr Strom und/oder höhere oder niedrigere Spannungen aushandeln als in älteren USB-Spezifikationen (z. B. wie etwa der USB 2.0-Spezifikation, der USB 3.1-Spezifikation, der USB-Batterieladespezifikation Rev. 1.1/1.2 usw.) erlaubt sind. Zum Beispiel definiert die USB-PD-Spezifikation die Anforderungen für einen Leistungsabgabevertrag (PD-Vertrag), der zwischen einem Paar USB-fähiger Geräte ausgehandelt werden kann. Der PD-Vertrag kann sowohl den Leistungspegel als auch die Richtung der Leistungsübertragung spezifizieren, die von beiden Geräten berücksichtigt werden können, und kann dynamisch neu ausgehandelt werden (z. B. ohne Ausstecken des Geräts) auf Anfrage eines der beiden Geräte und/oder als Antwort auf verschiedene Ereignisse und Bedingungen, wie etwa Power Role Swap, Data Role Swap, Hard Reset, Ausfall der Leistungsquelle usw.
  • Gemäß der USB-PD-Spezifikation ist ein elektronisches Gerät typischerweise konfiguriert, um Leistung an ein anderes Gerät über einen an einer USB-VBUS-Leitung konfigurierten Leistungspfad abzugeben. Auf das Gerät, das Leistung bereitstellt, wird sich typischerweise als „Bereitsteller“ (oder eine Leistungsquelle) bezogen (oder es umfasst diesen), und auf das Gerät, das Leistung verbraucht, wird sich typischerweise als „Verbraucher“ (oder eine Leistungssenke) bezogen (oder es umfasst diesen). Ein Leistungspfad umfasst typischerweise einen Leistungsschalter, der mit der VBUS-Leitung in Reihe geschaltet ist und konfiguriert ist, um die Abgabe von Leistung ein- und auszuschalten.
  • Eine USB-PD-Leistungsquelle kann konfiguriert sein, um Leistung von einem AC-Leistungsadapter oder von einer anderen AC-Quelle zu beziehen. So können einige Implementierungen als Teil einer AC-zu-DC-Wandlung einen großen Massenkondensator auf der Leistungsquellenseite der VBUS-Leitung verwenden, um die AC-Komponente des Leistungssignals zu entfernen. Ein solcher Massenkondensator kann recht groß sein (z. B. 1 mF bis 6 mF) und seine Entladung kann sehr hohe Ströme auf der VBUS-Leitung verursachen, mit dem Risiko der Erwärmung und des Latch-ups des IC-Controllers. Unter bestimmten Bedingungen ist eine USB-PD-Leistungsquelle erforderlich, um den Massenkondensator (auf der Leistungsquellenseite) und die Spannung auf der Leistungssenkenseite der VBUS-Leitung sehr schnell zu entladen. Es ist jedoch nicht unproblematisch, die Spannung auf der VBUS-Leitung durch Verwenden eines IC-Controllers schnell zu entladen, da die VBUS-Leitung einen Strom von bis zu 5 A bei bis zu 20 V führen kann, was in einer Gesamtleistung von bis zu 100 W resultiert. Das EIN- und AUS-Schalten von Leistungsschaltern (auf die sich auch als Leistungs-FETs bezogen wird) kann einen weiteren Schaltkreisschutz basierend auf der Analyse von Strom- und Spannungsbedingungen und der Erkennung von Störungen ermöglichen.
  • 1 veranschaulicht ein System 100 für ein USB-Gerät zur Verwendung in der USB-Leistungsabgabe. Das System 100 kann ein Peripherie-Subsystem 110 einschließlich einer Anzahl von Komponenten zur Verwendung in der USB-Leistungsabgabe (USB-PD) umfassen. Das Peripherie-Subsystem 110 kann eine Peripherie-Zwischenverbindung 111 einschließlich eines Taktgebungsmoduls, Peripherie-Taktgeber (PCLK, Peripheral Clock) 112 zum Bereitstellen von Timing-Signalen an die verschiedenen Komponenten des Peripherie-Subsystems 110 umfassen. Die Peripherie-Zwischenverbindung 111 kann ein Peripherie-Bus sein, wie etwa ein einstufiger oder mehrstufiger Advanced High Performance Bus (AHB), und kann eine Daten- und Steuerschnittstelle zwischen Peripherie-Subsystem 110, CPU-Subsystem 130 und Systemressourcen 140 bereitstellen. Die Peripherie-Zwischenverbindung 111 kann Controller-Schaltkreise umfassen, wie etwa Direktspeicherzugriffs(DMA,Direct Memory Access)-Controller, die programmiert werden können, um Daten zwischen Peripherie-Blöcken ohne Eingabe durch das, Steuerung von dem oder Belastung für das CPU-Subsystem 130 zu übertragen.
  • Die Peripherie-Zwischenverbindung 111 kann verwendet werden, um Komponenten des Peripherie-Subsystems 110 an andere Komponenten des Systems 100 zu koppeln. An die Peripherie-Zwischenverbindung 111 kann eine Anzahl von Mehrzweck-Eingaben/Ausgaben (GPIOs, General Purpose Inputs/Outputs) 115 zum Senden und Empfangen von Signalen gekoppelt werden. Die GPIOs 115 können Schaltkreise umfassen, die konfiguriert sind, um verschiedene Funktionen wie etwa Pull-up, Pull-down, Auswahl des Eingabeschwellenwerts, Aktivieren/Deaktivieren des Eingabe- und Ausgabepuffers, einfaches Multiplexing usw. zu implementieren. Noch andere Funktionen können von GPIOs 115 implementiert werden. Ein oder mehrere Timer/Zähler/Pulsbreitenmodulator (TCPWM, Timer/Counter/Pulse Width Modulator) 117 kann/können auch an die Peripherie-Zwischenverbindung gekoppelt werden und Schaltungen zur Implementierung von Timer-Schaltkreisen (Timer), Zählern, Pulsbreitenmodulatoren (PWMs), Decodern und anderen digitalen Funktionen umfassen, die mit E/A-Signalen betrieben werden und digitale Signale an Systemkomponenten des Systems 100 bereitstellen können. Das Peripherie-Subsystem 111 kann auch einen oder mehrere serielle Kommunikationsblöcke (SCBs, Serial Communication Blocks) 119 zur Implementierung von seriellen Kommunikationsschnittstellen wie etwa 12C, serielle Peripherie-Schnittstelle (SPI, Serial Peripheral Interface), universellen asynchronen Empfänger/Transmitter (UART, Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), Controller Area Network (CAN), Taktgebererweiterungs-Peripherie-Schnittstelle (CXPI, Clock Extension Peripheral Interface) usw. umfassen.
  • Für USB-Leistungsabgabeanwendungen kann das Peripherie-Subsystem 110 ein USB-Leistungsabgabe-Subsystem 120 umfassen, das an die Peripherie-Zwischenverbindung gekoppelt ist und einen Satz von USB-PD-Modulen 121 zur Verwendung in der USB-Leistungsabgabe beinhaltet. Die USB-PD-Module 121 können über eine USB-PD-Zwischenverbindung 123 an die Peripherie-Zwischenverbindung 111 gekoppelt werden. Die USB-PD-Module 121 können Folgendes umfassen: ein Analog-Digital-Wandlungs(ADC, Analog-to-Digital Conversion)-Modul zur Wandlung verschiedener analoger Signale in digitale Signale; einen Fehlerverstärker (AMP, Error Amplifier) zum Steuern der Leistungsquellenspannung, die per PD-Vertrag mit der VBUS-Leitung alliiert ist; einen Hochspannungs(HV, High-Voltage)-Regler zum Wandeln der Leistungsquellenspannung in eine präzise Spannung (wie etwa 3,5-5 V) zur Leistungsversorgung des Systems 100; einen Low-Side-Strommessverstärker (LSCSA, Low-Side Current Sense Amplifier), ein Überspannungsschutzmodul (OVP, Over Voltage Protection) und ein Überstromschutzmodul (OCP, Over Current Protection) zum Bereitstellen von Überstrom- und Überspannungsschutz auf der VBUS-Leitung mit konfigurierbaren Schwellenwerten und Antwortzeiten; einen oder mehrere Gate-Treiber für externe Leistungsfeldeffekttransistoren (FETs), die in der USB-Leistungsabgabe in Bereitsteller- und Verbraucherkonfigurationen verwendet werden; und ein Kommunikationskanal-PHY(CC BB PHY)-Modul zum Unterstützen der Kommunikation auf einer Typ-C-Kommunikationskanal(CC, Communication Channel)-Leitung. Die USB-PD-Module 121 können auch ein Ladegerät-Erkennungsmodul umfassen, um festzustellen, dass ein Ladeschaltkreis vorhanden und an das System 100 gekoppelt ist, und ein VBUS-Entlademodul zum Steuern der Entladung der Spannung auf dem VBUS. Das Entladesteuermodul kann konfiguriert sein, um an einen Leistungsquellenknoten auf der VBUS-Leitung oder an einen Ausgabe-(Leistungssenke)-Knoten auf der VBUS-Leitung zu koppeln und die Spannung auf der VBUS-Leitung auf den gewünschten Spannungspegel (d. h. den im PD-Vertrag ausgehandelten Spannungspegel) zu entladen. Das USB-Leistungsabgabe-Subsystem 120 kann auch Pads 127 für externe Verbindungen und eine Schutzschaltung gegen elektrostatische Entladung (ESD, Electrostatic Discharge) 129, die an einem Typ-C-Port erforderlich sein kann, umfassen.
  • GPIO 115, TCPWM 117 und SCB 119 können an ein Eingabe/Ausgabe-(E/A)-Subsystem 150 gekoppelt werden, das eine Hochgeschwindigkeits(HS, High Speed)-E/A-Matrix 151 umfassen kann, die an eine Anzahl von GPIOs 153 gekoppelt ist. Die GPIOs 115, TCPWM 117 und SCB 119 können über die HS-E/A-Matrix 151 an die GPIOs 153 gekoppelt werden.
  • Das System 100 kann auch ein Zentralverarbeitungseinheits(CPU, Central Processing Unit)-Subsystem 130 für die Verarbeitung von Kommandos, das Speichern von Programminformationen, und Daten umfassen. Das CPU-Subsystem 130 kann eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten 131 zum Ausführen von Befehlen und zum Lesen aus und Schreiben in Speicherplätze(n) aus einer Anzahl von Speichern umfassen. Die Verarbeitungseinheit 131 kann ein Prozessor sein, der sich für den Betrieb in einem integrierten Schaltkreis (IC, Integrated Circuit) oder einem System-On-Chip(SOC)-Gerät eignet. In einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinheit 131 für einen Betrieb mit geringem Leistungsverbrauch und umfangreichem Clock Gating optimiert sein. In dieser Ausführungsform können verschiedene interne Steuerschaltkreise für den Betrieb der Verarbeitungseinheit in verschiedenen Leistungszuständen implementiert werden. Zum Beispiel kann die Prozessoreinheit 131 einen Wake-up-Interrupt-Controller (WIC) enthalten, der konfiguriert ist, um die Prozessoreinheit aus einem Ruhezustand aufzuwecken, sodass die Leistung abgeschaltet werden kann, wenn sich der IC oder SOC in einem Ruhezustand befindet. Das CPU-Subsystem 130 kann einen oder mehrere Speicher umfassen, einschließlich eines Flash-Speichers 133, eines statischen Direktzugriffsspeichers (SRAM, Static Random Access Memory) 135 und eines Festwertspeichers (ROM, Read-Only Memory) 137. Flash-Speicher 133 kann ein nichtflüchtiger Speicher (NAND-Flash, NOR-Flash usw.) sein, der zum Speichern von Daten, Programmen und/oder anderen Firmware-Befehlen konfiguriert ist. Der Flash-Speicher 133 kann einen Lesebeschleuniger enthalten und die Zugriffszeiten durch Integration in das CPU-Subsystem 130 verbessern. SRAM 135 kann ein flüchtiger Speicher sein, der für das Speichern von Daten und Firmware-Befehlen konfiguriert ist, auf die von der Verarbeitungseinheit 131 zugegriffen werden kann. ROM 137 kann konfiguriert sein, um Boot-up-Routinen, Konfigurationsparameter und andere Firmware-Parameter und -Einstellungen zu speichern, die sich während des Betriebs des Systems 100 nicht ändern. SRAM 135 und ROM 137 können verknüpfte Steuerschaltkreise haben. Die Verarbeitungseinheit 131 und die Speicher können an eine Systemzwischenverbindung 139 gekoppelt sein, um Signale zu und von den verschiedenen Komponenten des CPU-Subsystems 130 zu anderen Blöcken oder Modulen des Systems 100 zu leiten. Die Systemzwischenverbindung 139 kann als Systembus implementiert sein, wie etwa als einstufiger oder mehrstufiger AHB. Die Systemzwischenverbindung 139 kann als Schnittstelle konfiguriert sein, um die verschiedenen Komponenten des CPU-Subsystems 130 aneinander zu koppeln. Die Systemzwischenverbindung 139 kann an die Peripherie-Zwischenverbindung 111 gekoppelt sein, um Signalpfade zwischen den Komponenten des CPU-Subsystems 130 und des Peripherie-Subsystems 110 bereitzustellen.
  • Das System 100 kann auch eine Anzahl von Systemressourcen 140 umfassen, einschließlich eines Leistungsmoduls 141, eines Taktgebermoduls 143, eines Rückstellmoduls 145 und eines Testmoduls 147. Das Leistungsmodul 141 kann ein Ruhe-Steuermodul, ein WIC(Wake-up Interrupt Control)-Modul, ein POR(Power-On-Reset) -Modul, eine Anzahl von Spannungsreferenzen (REF) und ein PWRSYS-Modul umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsmodul 141 Schaltkreise umfassen, die es dem System 100 ermöglichen, Leistung von/an externe(n) Quellen mit unterschiedlichen Spannungs- und/oder Strompegeln zu beziehen und/oder bereitzustellen und den Controller-Betrieb in verschiedenen Leistungszuständen, wie etwa aktiv, Niedrigleistung oder Ruhe, zu unterstützen. In verschiedenen Ausführungsformen können mehr Leistungszustände implementiert werden, während das System 100 den Betrieb zurückdrosselt, um eine(n) gewünschte(n) Leistungsverbrauch oder -ausgabe zu erreichen. Das Taktgebermodul 143 kann ein Taktgebersteuermodul, einen Watchdog-Timer (WDT), einen internen Low-Speed-Oszillator (ILO, Internal Low-Speed Oscillator) und einen internen Hauptoszillator (IMO, Internal Main Oscillator) umfassen. Das Rückstellmodul 145 kann ein Rückstellsteuermodul und ein externes Rückstell(XRES, External Reset)-Modul umfassen. Das Testmodul 147 kann ein Modul zum Steuern und zum Eintritt in einen Testmodus sowie zum Testen von Steuermodulen für analoge und digitale Funktionen (Digitaltest und Analog-DFT) umfassen.
  • Das System 100 kann in einem monolithischen (z. B. einzelnen) Halbleiterplättchen implementiert sein. In anderen Ausführungsformen können verschiedene Teile oder Module des Systems 100 auf unterschiedlichen Halbleiterplättchen implementiert sein. Zum Beispiel können Speichermodule des CPU-Subsystems 130 auf einem Chip oder separat sein. In noch anderen Ausführungsformen können Schaltkreise mit separaten Plättchen in einen einzigen „Chip“ verpackt sein oder separat bleiben und auf einer Schaltkreisplatte (oder in einem USB-Kabelverbindungsstecker) als separate Elemente angeordnet sein.
  • Das System 100 kann in einer Anzahl von Anwendungskontexten implementiert werden, um USB-PD-Funktionalität dafür bereitzustellen. In jedem Anwendungskontext kann ein IC-Controller oder SOC-Implementierungssystem 100 in einem elektronischen Gerät (z. B. einem USB-fähigen Gerät) angeordnet und konfiguriert sein, um Betriebsvorgänge gemäß den hierin beschriebenen Techniken durchzuführen. In einer Beispiel-Ausführungsform kann ein System 100 in einem Personalcomputer (PC)-Leistungsadapter für einen Laptop, ein Notebook usw. angeordnet und konfiguriert sein. In einer anderen Beispiel-Ausführungsform kann das System 100 in einem Leistungsadapter (z. B. einem Wandladegerät) für ein mobiles elektronisches Gerät (z. B. ein Smartphone, ein Tablet usw.) angeordnet und konfiguriert sein. In einer anderen Beispiel-Ausführungsform kann das System 100 in einer Wandsteckdose angeordnet und konfiguriert sein, die konfiguriert ist, um Leistung über (einen) USB-Port(s) vom Typ A und/oder Typ C bereitzustellen. In einer anderen Beispiel-Ausführungsform kann das System 100 in einem Autoladegerät angeordnet und konfiguriert sein, das konfiguriert ist, um Leistung über (einen) USB-Port(s) vom Typ A und/oder Typ C bereitzustellen. In einer weiteren Beispiel-Ausführungsform kann das System 100 in einer Powerbank angeordnet und konfiguriert sein, die aufgeladen werden kann und dann Leistung an ein anderes elektronisches Gerät über einen USB-Port vom Typ A oder Typ C bereitstellen kann. In anderen Ausführungsformen kann ein System wie das System 100 mit der hierin beschriebenen Leistungsschalter-Gate-Steuerschaltung konfiguriert sein und kann in verschiedenen anderen USB-fähigen elektronischen oder elektromechanischen Geräten angeordnet sein.
  • Es versteht sich, dass ein System wie das System 100, das auf einem oder als ein IC-Controller implementiert ist, in verschiedenen Anwendungen angeordnet werden kann, die sich in Bezug auf die Art der verwendeten Leistungsquelle und die Richtung, in der die Leistung geliefert wird, unterscheiden können. Zum Beispiel ist im Falle eines Autoladegeräts die Leistungsquelle eine Autobatterie, die DC-Leistung bereitstellt, während im Falle eines mobilen Leistungsadapters die Leistungsquelle eine AC-Wandsteckdose ist. Weiterhin erfolgt im Falle eines PC-Leistungsadapters der Leistungsabgabefluss von einem Bereitstellergerät zu einem Verbrauchergerät, während im Falle einer Powerbank der Leistungsabgabefluss in beide Richtungen erfolgen kann, je nachdem, ob die Powerbank als Leistungsbereitsteller (z. B. um ein anderes Gerät mit Leistung zu versorgen) oder als Leistungsverbraucher (z. B. um selbst aufgeladen zu werden) betrieben wird. Aus diesen Gründen sollten die verschiedenen Anwendungen des Systems 100 eher in einem veranschaulichenden als in einem einschränkenden Sinne betrachtet werden.
  • 2 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Gate-Treiber-Steuersystems 200. Das Gate-Treiber-Steuersystem 200 kann einen Verbraucher-FET 201 (auf den sich hierin auch als Leistungsschalter bezogen wird), der an einen Batterieladeschaltkreis 205 gekoppelt ist, und einen Bereitsteller-FET 203 (auf den sich hierin auch als Leistungsschalter bezogen wird), der an einen Massenkondensatorknoten 207 gekoppelt ist, umfassen. Verbraucher-FET 201 und Bereitsteller-FET 203 können auch an einen Ausgabeknoten 209 gekoppelt werden. Der Verbraucher-FET 201 und der Bereitsteller-FET 203 können auch Gates (oder Steuerterminals) 202 bzw. 204 aufweisen. Auf Verbraucher-FET 201 und Bereitsteller-FET 203 kann sich in verschiedenen Ausführungsformen als Leistungsschalter bezogen werden. Auf Knoten, wie z. B. Massenkondensatorknoten 207 und Ausgabeknoten 209 und Knoten, die an den Batterieladeschaltkreis 205 gekoppelt sind, kann sich auch als Terminals bezogen werden.
  • Das Gate-Treiber-Steuersystem 200 kann auch Gate-Treiber umfassen, die an die Gates 202 und 204 des Verbraucher-FETs 201 und des Bereitsteller-FETs 203 gekoppelt sind. Der Gate-Treiber 221 kann einen PFET umfassen, der zwischen dem Gate 204 des Bereitsteller-FETs 203 und einem weiteren Gate-Treiber 223 gekoppelt ist, sowie einen Steuerschaltkreis 225 für Pulldown-Strom. Die Steuerschaltung 225 kann als gemeinsame Ressource für beide Gate-Treiber 221 und 223 vorhanden sein oder jeder Gate-Treiber kann unabhängige Steuerschaltkreise einsetzen. Der PFET des Gate-Treibers 221 kann ein Gate umfassen, das an die Gate-Treiber-Steuerlogik 260 gekoppelt ist, um Steuersignale zu empfangen, die den Zustand des PFET definieren. Der Gate-Treiber 221 kann auch einen aktiven PFET-Pullup-Schaltkreis umfassen, der zwischen dem NFET des Gate-Treibers 221 und dem Massenkondensatorknoten 207 gekoppelt ist, der auch entweder an die Quelle oder an den Drain des Bereitsteller-FETs 203 gekoppelt ist. Der aktive PFET-Pullup-Schaltkreis kann ein Gate umfassen, das an die Gate-Treiber-Steuerlogik 260 gekoppelt ist, um Steuersignale zu empfangen, und kann eingebaut sein.
  • Der eingebaute aktive Pullup-Schaltkreis kann bei Erkennung einer Störungsbedingung durch den Spannungsschwellenwertdetektor 230, den Störungsdetektor 240 oder den Spannungsschwellenwertdetektor 257 durch Signale von der Gate-Treiber-Steuerlogik 260 aktiviert werden. Der an die Gate-Treiber-Steuerlogik gekoppelte aktive Pullup-Schaltkreis kann im Falle einer Störungserkennung ein schnelles Ausschalten des Bereitsteller-FETs 203 bereitstellen. Während des normalen Betriebs (wenn keine Störungsbedingung erkannt wird) kann der Gate-Treiber deaktiviert und der Bereitsteller-FET durch ein passives Pullup abgeschaltet werden.
  • Der Gate-Treiber 223 kann einen Drain haben, der an das Gate 202 des Verbraucher-FETs 201 gekoppelt ist, und eine Quelle, die an den Gate-Treiber 221 und einen Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis 225 gekoppelt ist. Der Gate-Treiber 223 kann auch ein Gate umfassen, das an die Gate-Treiber-Steuerlogik 260 zum Empfangen von Steuersignalen gekoppelt ist. Die Gate-Treiber-Steuerlogik kann dem Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis 225, der an die Quelle des Gate-Treibers 223 und den Gate-Treiber 221 gekoppelt ist, auch Steuersignale bereitstellen.
  • Das Gate-Treiber-Steuersystem 200 kann ein Paar von Spannungsschwellenwertdetektoren 230 und 257 umfassen, die an den Massenkondensatorknoten und den Ausgabeknoten gekoppelt sind. Spannungsschwellenwertdetektoren können die Spannung am Massenkondensatorknoten und am Ausgabeknoten überwachen und Eingaben für die Verarbeitung durch die Gate-Treiber-Steuerlogik 260 bereitstellen. In einer Ausführungsform können Signale von Spannungsschwellenwertdetektoren verwendet werden, um den Gate-Treibern 221 und 223 und dem Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis Steuersignale 225 bereitzustellen.
  • Das Gate-Treiber-Steuersystem kann auch einen Störungsdetektor 240 umfassen. Der Störungsdetektor 240 kann an die Ausgänge der Spannungsschwellenwertdetektoren 230 und 257 gekoppelt sein. Er kann auch an einen Strommessdetektor 235 gekoppelt sein. Der Störungsdetektor 240 kann Störungszustände wie Sperrstrom, Überstrom, Überspannung und andere erkennen und die Ergebnisse der Störungserkennung einem Störungsantworts-Steuerlogikmodul 245 bereitstellen. Das Störungsantworts-Steuerlogikmodul 245 kann dann der Gate-Treiber-Steuerlogik 260 Signale bereitstellen, um die Gate-Treiber 221 und 223 sowie den Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis 225 zu steuern.
  • Das Gate-Treiber-Steuersystem 200 kann auch eine CPU zum Senden und Empfangen von Signalen an die verschiedenen Detektoren und Steuerlogikschaltkreise über einen oder mehrere Busse umfassen. In einer Ausführungsform kann die CPU 210 konfiguriert sein, um Eingaben von den verschiedenen Schwellenwertdetektoren, Strommessdetektoren und Störungsdetektoren zu verarbeiten und Befehle für die Datums-Treibersteuerlogik bereitzustellen, anstatt dass die Gate-Treiber-Steuerlogik die Eingaben automatisch (d. h. ohne CPU-Eingabe) verarbeitet.
  • Wenn der Verbraucher-FET 201 ein PFET ist, wird Gate 202 nach unten gezogen (LOW), um den Verbraucher-FET einzuschalten. Um den Verbraucher-FET 201 auszuschalten, wird Gate 202 des PFET nach oben gezogen (HIGH). Der Zustand von Gate 202 wird durch Gate-Treiber 223 eingestellt, und der Pulldown-Strom kann durch den Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis 225 gesteuert werden. Ein schrittweises Erhöhen des Pulldown-Stroms kann den Anlaufstrom zum Verbraucher-FET 201 reduzieren.
  • Die obige Beschreibung bezieht sich auf Verbraucher-FET 201 und Bereitsteller-FET 203 als PFETs. In anderen Ausführungsformen können jedoch einer oder beide von Verbraucher-FET 201 und Bereitsteller-FET 203 NFETs sein. In dieser Ausführungsform kann es notwendig sein, eine Ladungspumpe an den Gates 202 und 204 bereitzustellen, um die notwendige Spannung zum Einschalten von Verbraucher-FET 201 und Bereitsteller-FET 203 bereitzustellen.
  • Verschiedene Elemente des Gate-Treiber-Steuersystems 200 können zusätzliche Programmierbarkeit aufweisen. Die Programmierbarkeit kann verwendet werden, um Schwellenwerte, Anstiegsraten, Strommessungsempfindlichkeit zu ändern und um Bedingungen und Funktionalität nach der Produktion hinzuzufügen (d. h. für Feld-Upgrades). Zum Beispiel können die Spannungsschwellenwertdetektoren 230 und 257 Schwellenwerte haben, die auf der Grundlage programmierter Werte geändert werden können. Der Störungsdetektor 240 kann programmiert sein, um verschiedene Eingaben zur Erkennung einer Störung zu empfangen und diese Eingaben je nach seiner Programmierung unterschiedlich zu behandeln. Ebenso kann die Störungsantworts-Steuerlogik 245 programmiert sein, um unterschiedliche Kommandos an die Gate-Treiber-Steuerlogik 260 bereitzustellen. Und die Gate-Treiber-Steuerlogik 260 kann den Gate-Treibern 221 und 223 Signale sowie Pulldown-Strom-Steuerlogik basierend auf programmierten Werten bereitstellen.
  • Programmierbarkeit kann durch eine von mehreren Verfahren erreicht werden. In einer ersten Ausführungsform können die Einstellungen für die verschiedenen programmierbaren Elemente des Gate-Treiber-Steuersystems 200 in einem nichtflüchtigen Speicher, wie etwa dem Flash-Speicher 133, gespeichert werden. In dieser Ausführungsform können die Konfigurationsdaten in einem Array von Speicherelementen (z. B. Speicherbänke, -plätze usw.) gespeichert werden. Die Programmierbarkeit kann reprogrammierbar sein, wie etwa mit Flash-Speicher 133 oder SRAM 135, oder sie kann einmalig programmierbar (OTP, one time-programmable) sein, wie etwa mit ROM 137. Programmierwerte können aus einem ersten Speicherarray gelesen und in einem Direktzugriffsspeicher (RAM, random access memory) oder Flops gespeichert werden, von wo aus auf die Werte zugegriffen werden kann. In einer anderen Ausführungsform können Programmierwerte direkt aus dem RAM gelesen werden. In verschiedenen Ausführungsformen können Speicherelemente zur Verwendung mit dem Gate-Treiber-Steuersystem 200 auf dem Chip vorhanden sein. In anderen Ausführungsformen können die Programmierwerte jedoch in einem externen Speicher, wie etwa einem elektrisch löschbaren, programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM, electrically erasable programmable read-only memory), gespeichert und vom Gate-Treiber-Steuersystem 200 aus diesem externen Speicher gelesen werden. In einer Ausführungsform können die Werte des externen Speichers gelesen und verwendet werden, um das Gate-Treiber-Steuersystem 200 bei einem Power-On-Reset (POR) zu konfigurieren.
  • Die Programmierbarkeit kann auch durch die Verwendung von Lasersicherungen, E-Sicherungen oder nichtflüchtigen Latches realisiert werden. In diesen Ausführungsformen kann die Konfiguration der Sicherungen und Latches verwendet werden, um geeignete Werte auf 1 oder 0 zu setzen, um Konfigurationsinformationen für das Gate-Treiber-Steuersystem 200 bereitzustellen.
  • In einer anderen Ausführungsform können Eingaben eines Schaltkreises, der das Gate-Treiber-Steuersystem 200 beinhaltet, verwendet werden, um Einstellungen für die verschiedenen programmierbaren Elemente bereitzustellen. In dieser Ausführungsform können Eingänge (oder Pins) an eine Stromversorgung (VDD; 1'; HIGH) oder eine Erdung (VSS; 0'; LOW) gekoppelt sein, um dem Gerät binäre Werte bereitzustellen. Diese Pins können durch Löten (oder anderweitiges Koppeln) eines ICs mit dem Gate-Treiber-Steuersystem an Leiterbahnen, die an diese Spannungen gekoppelt sind, gekoppelt werden. In einer anderen Ausführungsform können die Pins eines Jumpers an den IC gekoppelt sein und über ein Verbindungselement miteinander verbunden werden. In einer weiteren Ausführungsform können Lötpads, die Schaltungselementen entsprechen, die auf der Leiterplatte platziert werden können, verwendet werden, um die notwendigen Verbindungen herzustellen. In dieser Ausführungsform können 0-Ohm-Widerstände (oder Drähte) eine galvanische Kopplung zwischen den Pins des ICs und dem entsprechenden Spannungspotential bereitstellen.
  • In einer anderen Ausführungsform können Widerstandskonfigurationen verwendet werden, um Programmierbarkeit bereitzustellen. In dieser Ausführungsform können ein oder mehrere Widerstände zwischen einem Pin (oder Pins) und Leistung oder Erdung gekoppelt sein, um eine Spannung oder einen Strom an diesem Pin oder diesen Pins zu erzeugen. Die Spannung oder der Strom kann von einem ADC gemessen (oder in einen digitalen Wert umgewandelt) werden, um einen Wert bereitzustellen, der einer Einstellung für einen oder mehrere Parameter des Gate-Treiber-Steuersystems 200 entspricht.
  • 3 veranschaulicht ein Array 300 von Gatetreiber-Steuerschaltkreisen zur Verwendung in der USB-Stromversorgung. Das Array 300 kann einen Gate-Steuerschaltkreis 221 umfassen, der an das Gate eines Leistungsschalters (Bereitsteller-FET) gekoppelt ist. Der Steuerschaltkreis 221 kann ein Paar von Schaltern 321 und 322 beinhalten. Der Schalter 321 kann ein NFET sein, dessen Drain an das Gate des Leistungsschalters gekoppelt ist und dessen Quelle an einen Knoten gekoppelt ist, der von der Gate-Steuerschaltung 223 und dem Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis 225 gemeinsam genutzt wird. Das Gate des Schalters 321 kann an eine Steuerlogik gekoppelt sein, die dem Gate Steuersignale zum Ein- oder Ausschalten des Schalters bereitstellen kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Gate des Schalters 321 mit einem linearen oder diskreten Steuersignal gesteuert werden, um die von der Gate-Steuerschaltung dem Leistungsschalter (Bereitsteller-FET) bereitgestellte Leistung zu modulieren.
  • Der Schalter 322 des Steuerschaltkreises 321 kann ein PFET sein, dessen Quelle an den Massenkondensatorknoten (von 2) und dessen Drain an das Gate eines Leistungsschalters (Bereitsteller-FET) gekoppelt ist. Der Schalter 322 kann als aktiver Pullup-Schaltkreis betrieben werden, um das Gate des Leistungsschalters (Bereitsteller-FET) auszuschalten, wenn das Steuersignal für Schalter 322 bereitgestellt wird.
  • Der Steuerschaltkreis 223 kann ein Schalter oder NFET sein, dessen Quelle an einen zweiten Leistungsschalter (Verbraucher-FET) gekoppelt ist und dessen Drain an einen Knoten (oder Terminal) gekoppelt ist, der von dem Gate-Steuerschaltkreis 221 und dem Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis 225 gemeinsam genutzt wird. Das Gate des Schalters von Steuerschaltkreis 223 kann an eine Steuerlogik gekoppelt sein, die dem Gate Steuersignale zum Ein- oder Ausschalten des Schalters bereitstellen kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Gate des Schalters 321 mit einem linearen oder diskreten Steuersignal gesteuert werden, um die von der Gate-Steuerschaltung dem zweiten Leistungsschalter (Verbraucher-FET) bereitgestellte Steuerung zu modulieren.
  • Der Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis 225 kann sowohl dem Gate-Steuerschaltkreis 221 als auch dem Gate-Steuerschaltkreis 223 die Steuerung des Pulldown-Stroms bereitstellen. Die Pulldown-Steuerung kann mit einer linearen oder diskreten Steuerung des Gates eines Schalters eines Pulldown-Strom-Steuerschaltkreises erreicht werden. Der Pulldown-Steuerschaltkreis 225 kann Steuersignale von der Steuerlogik empfangen, die einen Strompegel am Gate des Schalters bereitstellen, oder er kann dem Gate ein pulsbreitenmoduliertes Signal bereitstellen, um das Gate ein- und auszuschalten, um den gewünschten Pulldown-Strom zu erreichen.
  • Die verschiedenen Steuersignale, die den Schaltungselementen des Arrays 300 bereitgestellt werden, können durch Befehle von einer CPU bereitgestellt werden, sie können von einem externen Gerät empfangen werden, oder sie können durch einen Logikpfad bereitgestellt werden, wenn bestimmte Systembedingungen erkannt werden.
  • 4 ist ein logischer Fluss 400 für Störungssignale, die von der Gate-Treiber-Steuerlogik 260 (von 2) empfangen werden, und die Antwort, die den Gate-Treibern (221 und 223 von 2) bereitgestellt wird. Wenn eine Überspannungsbedingung erkannt wird, wird das Signal in einen Überspannungsschutzfilter 410 eingegeben, um eine gewisse hysteretische Steuerung der Überspannungserkennung bereitzustellen und sicherzustellen, dass die Erkennung kein Duplikat ist. Das heißt, wenn eine Überspannungsbedingung erkannt wird, muss sie nicht erneut erkannt werden, weshalb ein Flankendetektor verwendet wird, um die Änderung des Zustands der Überspannungsbedingung zu erkennen. Wenn der Überspannungsschutz aktiviert ist, wird die Ausgabe des UND-Logikelements 420 auf Hoch gesetzt. Wenn eine Überstrombedingung erkannt wird, wird das Signal in einen Überstromschutzfilter 411 eingegeben, um eine gewisse hysteretische Steuerung der Überstromerkennung bereitzustellen und sicherzustellen, dass die Erkennung kein Duplikat ist. Das heißt, wenn ein Überstromzustand erkannt wird, muss er nicht erneut erkannt werden, weshalb ein Flankendetektor verwendet wird, um die Änderung des Überstrombedingungszustands zu erkennen. Wenn der Überstromschutz aktiviert ist, wird die Ausgabe des UND-Logikelements 421 auf Hoch gesetzt. Die Ausgaben der UND-Logikelemente 420 und 421 werden in das ODER-Logikelement 430 eingegeben, sodass, wenn entweder eine Überspannungsbedingung oder eine Überstrombedingung erkannt wird, die Ausgabe des ODER-Logikelements 430 auf Hoch gesetzt wird. Wenn ein automatischer Antwortmodus aktiviert ist (AUTO_EN), die Ausgabe des ODER-Logikelements 430, eine Überspannungs- oder Überstrombedingung erkannt wird, wird die Ausgabe des UND-Logikelements 440 auf Hoch gesetzt. Ein Verzögerungsschaltkreis 450 wird zwischen der Ausgabe des UND-Logikelements 440 und einer Eingabe des UND-Logikelements 460 geschaltet. Die Ausgabe des UND-Logikelements 440 ist an eine weitere Eingabe des Logikelements 460 gekoppelt. Die Ausgabe des UND-Logikelements 460 kann einem Multiplexer (MUX) 470, dessen Eingaben an ein Ein/Aus-Signal und sein Komplement (d. h. von einem Inverter) gekoppelt sind, Steuersignale bereitstellen. Die Ausgabe des MUX 470 kann einem weiteren MUX 480, der mit Treiber-Steuersignalen (EIN/AUS) gekoppelt ist, Steuersignale bereitstellen, sodass Steuersignale als Antwort auf Überstrom- und Überspannungsbedingungen an den Gate-Treiber gesendet werden.
  • Wenn keine Überspannungsbedingung oder Überstrombedingung erkannt wird, oder wenn das Flankenerkennungssignal nicht zurückgestellt wurde, oder wenn kein automatischer Antwortmodus aktiviert ist, kann die Eingabe des ON-Signals für MUX 470 gewählt werden, und das ON-Treibersignal kann für MUX 480 gewählt werden. In dieser Ausführungsform kann das Gate des Leistungsschalters (z. B. Bereitsteller-FET oder Verbraucher-FET) eingeschaltet werden.
  • 5 veranschaulicht den logischen Fluss 400 von 4, wobei jedoch eine Überstrombedingung erkannt wurde und der Flankendetektor eine Zustandsänderung erkannt hat. In diesem Beispiel wird das AUS-Steuersignal mindestens einem der Gate-Treiber bereitgestellt und das Gate des entsprechenden Leistungsschalters abgeschaltet. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform für eine Überstrombedingung, aber eine Überspannungsbedingung kann mit demselben logischen Fluss evaluiert werden, um die notwendigen Gate-Treiber-Steuersignale bereitzustellen.
  • 6 veranschaulicht einen PC-Leistungsadapter 600 mit Opto-Isolator-Feedback, gemäß einer Beispiel-Ausführungsform. Der IC-Controller 601 kann in einem Chip-Package angeordnet werden und umfasst ein USB-PD-Subsystem, das gemäß den hier beschriebenen Techniken für die Gate-Treiber-Steuerung konfiguriert ist. Der IC-Controller 601 ist konfiguriert, um einen PD-Vertrag mit einem Verbrauchergerät (nicht gezeigt) auszuhandeln, das am USB-Typ-C-Port 610 angeschlossen ist, und um über einen Ausgabe-Pin („CATH/COMP“) die erforderliche VBUS-Spannung zu steuern, die vom Leistungswandler 630 ausgegeben wird. Der USB-Typ-C-Port 640 ist typischerweise mit einem Typ-C-Stecker verknüpft, aber es versteht sich, dass in verschiedenen Ausführungsformen der USB-Typ-C-Port stattdessen mit einer Typ-C-Buchse verknüpft sein kann. Der Leistungswandler 630 ist eine AC-Leistungsquelle und ist an das Kompensationsnetzwerk 650 gekoppelt, bei dem es sich um einen für die Konstruktion des Leistungswandlers spezifischen Widerstand-Kondensator-Schaltkreis (RC(Resistor Capacitor)-Schaltkreis) handeln kann, und das gekoppelt ist, um ein Feedback-Signal von einem Ausgabe-Pin („FB“) des IC-Controllers 601 zu empfangen. Der Leistungswandler 630 kann einen Induktor 637 und einen großen Massenkondensator 635 umfassen, die zwischen einem Eingang des Leistungsschalters 620 und Erdung gekoppelt sind. Der Leistungswandler 630 kann auch ein Feedback-Steuermodul 640 zur Kommunikation über eine Isolationsbarriere hinweg umfassen.
  • Der IC-Controller 601 ist an die VBUS-Leitung 611 gekoppelt und ist zum Steuern des Betriebs und des Zustands von Leistungsschaltern (wie etwa dem Leistungsschalter 620) konfiguriert, wenn Störungsbedingungen erkannt werden, indem dem Gate der Leistungsschalter Steuersignale bereitgestellt werden. Die VBUS-Leitung 601 umfasst den Leistungsschalter 620, der als Ein-/Aus-Schalter-Gerät konfiguriert ist, das durch Signale von einem Ausgabe-Pin („VBUS_P_CTRL“) eines Gate-Treibers im IC-Controller 600 gesteuert wird, ähnlich wie der Gate-Treiber-Steuerschaltkreis 200 in 2. Der Leistungsschalter 620 kann dem Bereitsteller-FET 203 der 2 entsprechen. Auf einer Seite des Leistungsschalters 603 ist ein Leistungsquellenknoten 605 auf der VBUS-Leitung an den Leistungswandler 630 gekoppelt, der den großen Massenkondensatorknoten 635 umfasst, der konfiguriert ist, um die AC-Komponente des Leistungssignals zu entfernen. Der Leistungsquellenknoten 605 ist an einen Eingabe-Pin („VBUS_IN_DIS“) des IC-Controllers 601 gekoppelt. Der „VBUS_IN_DIS“-Pin ist an einen On-Die-Entladeschaltkreis gekoppelt, der konfiguriert ist, um den Strom vom Leistungsquellenknoten 605 nach unten zu ziehen und dadurch seine VBUS-Spannung zu reduzieren. Der On-Die-Entladeschaltkreis kann dem aktiven Pulldown-Schaltkreis 225 der 2 entsprechen. Auf der anderen Seite des Leistungsschalters 620 ist ein Ausgabeknoten 607 auf der VBUS-Leitung an den USB-Typ-C-Port 610 gekoppelt. Der Ausgabeknoten 607 ist an einen weiteren Eingabe-Pin („VBUS_C_DIS“) des IC-Controllers 601 gekoppelt. Der „VBUS_C_DIS“-Pin ist an einen weiteren On-Die-Entladeschaltkreis gekoppelt, der konfiguriert ist, um den Strom vom Ausgabeknoten 607 nach unten zu ziehen und dadurch seine VBUS-Spannung zu reduzieren. Der On-Die-Entladeschaltkreis, der konfiguriert ist, um den Strom vom Ausgabeknoten nach unten zu ziehen, kann der Steuerschaltkreis 225 von 2 sein. Der durch die On-Die-Entladeschaltungen des IC-Controllers 600 nach unten gezogene Strom wird zum Ausgabe-Pin („GND“) des IC-Controllers 601 getrieben. Der Pin „GND“ ist an die Erdungs-GND-Leitung des USB-Typ-C-Ports 610 gekoppelt. Die Entlade-Steuerlogik im IC-Controller 600 ist konfiguriert, um den Betrieb jedes Entladeschaltkreises separat und unabhängig vom anderen zu steuern, indem Aktivierungs- und Steuersignale verwendet werden, die das Timing, die Dauer und die Höhe des Stroms regulieren, der von jedem Entladeschaltkreis durch den IC-Controller geleitet wird.
  • Im Betrieb ist die Richtung des Leistungsflusses auf der VBUS-Leitung 611 vom Leistungswandler 630 zu einem Verbrauchergerät, wie etwa einem Laptop-Computer (nicht gezeigt), das am USB-Typ-C-Port 610 angeschlossen ist. Wenn ein PD-Vertrag mit dem Verbrauchergerät ausgehandelt wird, schaltet der IC-Controller 601 den Leistungsschalter 620 ein, um dem Verbrauchergerät Leistung mit dem/den ausgehandelten Spannungs- und/oder Strompegel(n) bereitzustellen. Ein negativer Spannungsübergang auf der VBUS-Leitung 611 kann benötigt werden, wenn der PD-Vertrag dynamisch neu verhandelt wird, um die VBUS-Spannung und/oder den VBUS-Strom zu senken, z. B. wenn das Verbrauchergerät die Ladung seiner Batterie abgeschlossen hat und nun nur noch Leistung für den Betrieb benötigt. Als Antwort darauf schaltet die Entlade-Steuerlogik im IC-Controller 601 den/die On-Die-Entladeschaltkreis(e) ein, um die VBUS-Spannung an den Knoten 605 und/oder 607 gemäß den hierin beschriebenen Techniken zu reduzieren. Die Entlade-Steuerlogik schaltet die Entladeschaltkreise aus und stoppt die Entladung, wenn die Spannung auf der VBUS-Leitung 611 den für den neuen PD-Vertrag erforderlichen niedrigeren Spannungspegel erreicht.
  • Bei Erkennung von Störungsbedingungen kann ein Steuersignal an den Leistungsschalter 620 gesendet werden, um den Schalter auszuschalten und dadurch den USB-Typ-C-Port 610 vom Leistungswandler 630 zu trennen. Der Leistungsschalter 620 wird abgeschaltet, indem die Ausgabe von VBS_P_CTRL unter VDD getrieben wird. Diese Verbindungstrennung kann durch eine Überspannungsbedingung, eine Überstrombedingung oder andere Bedingungen verursacht werden, die eine Verbindungstrennung des USB-Typ-C-Ports 610 vom Leistungswandler 630 erfordern, um Schaltkreise zu schützen, die an den USB-Typ-C-Port 610 gekoppelt sind. In ähnlicher Weise können die On-Chip-Entladeschaltkreise implementiert werden, um die Anstiegsrate als Antwort auf den Leistungsverbrauch oder andere Parameter einzustellen.
  • 7 veranschaulicht eine Ausführungsform eines primärseitigen Schaltkreises 700 in einer opto-isolierten Leistungsversorgung. Ein Wechselstrom(AC, Alternating Current)-Signal (AC IN) kann einem Brückengleichrichter-Schaltkreis 705 bereitgestellt werden, der dem Induktor 739 (der dem Induktor 639 von 6 entspricht) ein vollweggleichgerichtetes Signal bereitstellt. Das Signal wird dann in Induktor 737 (entspricht Induktor 637 von 6) empfangen, um das Ladesignal für den USB-Leistungsabgabeschaltkreis bereitzustellen (nicht gezeigt). Der primärseitige
    Schaltkreis 700 kann auch Induktor 733 zum Erkennen der Schaltphase des Primärtreibers 710 umfassen, um dem USB-Leistungstreiberschaltkreis Steuersignale über den Isolationsschaltkreis 740 bereitzustellen (was dem Isolationsschaltkreis 640 von 6 entspricht). Der Primärtreiber 710 kann dem Schaltphasenelement 720 auch Steuersignale bereitstellen, um den Induktor 739 zu steuern. Der primärseitige Schaltkreis 700 kann auch in einer Leistungsadapter-Anwendung verwendet werden, die in 8 unten beschrieben wird.
  • 8 veranschaulicht einen USB-PD-Leistungsadapter 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen (z. B., wie etwa ein Wandadapter für ein Mobiltelefon oder eine Wandsteckdose). Der IC-Controller 801 kann in einem Chip-Package angeordnet werden und umfasst ein USB-PD-Subsystem, das gemäß den hierin beschriebenen Techniken zur Störungserkennung und Steuerung von Leistungsschaltern konfiguriert ist. Der IC-Controller 801 ist konfiguriert, um einen PD-Vertrag mit einem Verbrauchergerät (nicht gezeigt) auszuhandeln, das an den USB-Typ-C-Port 810 angeschlossen ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann der USB-Typ-C-Port 810 mit einem Typ-C-Stecker oder einer Typ-C-Buchse verknüpft werden. Der Leistungswandler 840 ist eine Wechselstromquelle und umfasst einen großen Massenkondensator 835, der konfiguriert ist, um die Wechselstromkomponente des auf der VBUS-Leitung 801 bereitgestellten Leistungssignals zu entfernen. Der Leistungswandler 840 kann einen Schalter 830 zur Steuerung des Leistungswandlers durch den sekundären oder integrierten Controller 850 umfassen. Der Leistungswandler 840 ist an den sekundären oder integrierten Controller 850 gekoppelt, der konfiguriert ist, um die vom Leistungswandler 840 bereitgestellte Spannung auf der Grundlage eines Feedback-Signals von einem Ausgabe-Pin („FB“) des IC-Controllers 801 zu steuern. Der IC-Controller 801 kann zwei Betriebsmodi unterstützen, den Konstantspannungsmodus und den Konstantstrommodus (auch als Direktlademodus bezeichnet). Bei entsprechender Verhandlung mit einem Verbrauchergerät über den USB-Typ-C-Port 810 schaltet der IC-Controller 801 zwischen seinen beiden Betriebsmodi um und stellt seinem Ausgabe-Pin das entsprechende Feedback-Signal „FB“ bereit, um den Betrieb des sekundären oder integrierten Controllers 850 zu steuern.
  • Der IC-Controller 801 ist an die VBUS-Leitung 811 gekoppelt und ist zum Steuern des Betriebs und des Zustands von Leistungsschaltern (wie etwa dem Leistungsschalter 820) konfiguriert, wenn Störungsbedingungen erkannt werden, indem dem Gate der Leistungsschalter Steuersignale bereitgestellt werden. Die VBUS-Leitung 811 umfasst den Leistungsschalter 820, der als Ein-/Aus-Schalter-Gerät konfiguriert ist, das durch Signale von einem Ausgabe-Pin („VBUS_P_CTRL“) eines Gate-Treibers im IC-Controller 801 gesteuert wird, der Signale oder Befehle von der On-Chip-Logik oder einer CPU empfängt (wie in 2 behandelt). Auf einer Seite des Leistungsschalters 820 ist ein Leistungsquellenknoten 805 auf der VBUS-Leitung an den Leistungswandler 840 gekoppelt. Der Leistungsquellenknoten 805 ist an einen Eingabe-Pin („VBUS_IN_DIS“) des IC-Controllers 801 gekoppelt. Der „VBUS_IN_DIS“-Pin ist an einen On-Die-Entladeschaltkreis gekoppelt, der konfiguriert ist, um den Strom vom Leistungsquellenknoten 805 nach unten zu ziehen und dadurch seine VBUS-Spannung zu reduzieren. Auf der anderen Seite des Leistungsschalters 820 ist ein Ausgabeknoten 807 auf der VBUS-Leitung an den USB-Typ-C-Port 810 gekoppelt. Der Ausgabeknoten 807 ist an einen weiteren Eingabe-Pin („VBUS_C_DIS“) des IC-Controllers 801 gekoppelt. Der „VBUS_C_DIS“-Pin ist an einen weiteren On-Die-Entladeschaltkreis gekoppelt, der konfiguriert ist, um den Strom vom Ausgabeknoten 807 nach unten zu ziehen und dadurch seine VBUS-Spannung zu reduzieren. Der durch die On-Die-Entladeschaltungen des IC-Controllers 801 nach unten gezogene Strom wird zum Ausgabe-Pin („GND“) des IC-Controllers 801 getrieben. GND ist an die Erdung der GND-Leitung des USB-Typ-C-Ports 810 gekoppelt. Die Entlade-Steuerlogik im IC-Controller 801 ist konfiguriert, um den Betrieb jedes Entladeschaltkreises separat und unabhängig vom anderen zu steuern, indem Aktivierungs- und Steuersignale verwendet werden, die das Timing, die Dauer und die Höhe des Stroms regulieren, der von jedem Entladeschaltkreis durch den IC-Controller geleitet wird.
  • Im Betrieb ist die Richtung des Leistungsflusses auf der VBUS-Leitung 811 vom Leistungswandler 840 zu einem Verbrauchergerät, wie etwa einem Mobiltelefon (nicht gezeigt), das am USB-Typ-C-Port 810 angeschlossen ist. Wenn ein PD-Vertrag mit dem Verbrauchergerät ausgehandelt wird, schaltet der IC-Controller 801 den Leistungsschalter 820 ein, um dem Verbrauchergerät Leistung mit dem/den ausgehandelten Spannungs- und/oder Strompegel(n) bereitzustellen. Ein negativer Spannungsübergang auf der VBUS-Leitung 811 kann benötigt werden, wenn der PD-Vertrag dynamisch neu verhandelt wird, um die VBUS-Spannung und/oder den VBUS-Strom zu senken, z. B. wenn das Verbrauchergerät die Ladung seiner Batterie abgeschlossen hat. Als Antwort darauf schaltet die Entlade-Steuerlogik im IC-Controller 801 den/die On-Die- Entladeschaltkreis(e) ein, um die VBUS-Spannung an den Knoten 805 und/oder 807 zu reduzieren. Die Entlade-Steuerlogik schaltet die Entladeschaltkreise aus und stoppt die Entladung, wenn die Spannung auf der VBUS-Leitung 811 den für den neuen PD-Vertrag erforderlichen niedrigeren Spannungspegel erreicht.
  • Bei Erkennung von Störungsbedingungen kann ein Steuersignal an den Leistungsschalter 820 gesendet werden, um den Schalter auszuschalten und dadurch den USB-Typ-C-Port 810 vom Leistungswandler 830 zu trennen. Diese Verbindungstrennung kann durch eine Überspannungsbedingung, eine Überstrombedingung oder andere Bedingungen verursacht werden, die eine Verbindungstrennung des USB-Typ-C-Ports 810 vom Leistungswandler 830 erfordern, um Schaltkreise zu schützen, die an den USB-Typ-C-Port 810 gekoppelt sind. In ähnlicher Weise können die On-Chip-Entladeschaltkreise implementiert werden, um die Anstiegsrate als Antwort auf den Leistungsverbrauch oder andere Parameter einzustellen.
  • 9 veranschaulicht ein Beispiel-USB-Typ A/Typ C-Autoladegerät 900 mit zwei Ports gemäß einer Beispiel-Ausführungsform. Der IC-Controller 901 kann in einem Chip-Package angeordnet werden und umfasst ein USB-PD-Subsystem, das gemäß den Techniken zum Steuern des Betriebs und des Zustands von Leistungsschaltern (wie etwa dem Leistungsschalter 920) konfiguriert ist, wenn Störungsbedingungen erkannt werden, indem dem Gate der Leistungsschalter Steuersignale bereitgestellt werden. Der IC-Controller 901 ist konfiguriert, um einen PD-Vertrag mit einem Verbrauchergerät (nicht gezeigt) auszuhandeln, das an den USB-Typ-C-Port 910 angeschlossen ist. Der USB-Typ-C-Port 910 ist typischerweise mit einer Typ-C-Buchse verknüpft, aber es versteht sich, dass in verschiedenen Ausführungsformen der USB-Typ-C-Port stattdessen mit einem Typ-C-Stecker verknüpft sein kann. Die Batterie 960 ist eine DC-Leistungsquelle, z. B., wie etwa eine Autobatterie. Die Batterie 960 ist an den Regler 950 gekoppelt, der konfiguriert ist, um die von der Batterie auf der VBUS-Leitung 911 bereitgestellte Spannung auf der Grundlage von Aktivierungs- und Feedback-Signalen von Ausgabe-Pins des IC-Controllers 901 zu steuern. Die Batterie 960 ist auch an den Regler 940 gekoppelt, der konfiguriert ist, um die von der Batterie auf einer VBUS-Leitung zum USB-Typ-A-Port 915 bereitgestellte Spannung zu steuern. Der Regler 940 wird auf der Grundlage von Aktivierungs- und Spannungsauswahlsignalen von Ausgabe-Pins des IC-Controllers 901 gesteuert, um VBUS-Spannungen und -Ströme gemäß älterer USB-Spezifikationen (z. B. wie etwa der USB 2.0-Spezifikation, der USB-Batterieladespezifikation Rev. 1.1/1.2 usw.) bereitzustellen, um USB-fähige Geräte über den USB-Typ-A-Port aufzuladen. In einigen Ausführungsformen kann der IC-Controller 901 mit einer Ladeerkennungssperre für den USB-Typ-A-Port 940 konfiguriert sein und eine Option zum Aktivieren oder Deaktivieren des USB-Typ-A-Ladens bereitstellen.
  • Der IC-Controller 901 ist an die VBUS-Leitung 911 gekoppelt und ist konfiguriert, um den Betrieb und den Zustand von Leistungsschaltern (wie etwa dem Leistungsschalter 920) zu steuern, wenn Störungsbedingungen erkannt werden, indem dem Gate der Leistungsschalter Steuersignale bereitgestellt werden. Die VBUS-Leitung 911 umfasst den Leistungsschalter 903, der als Ein-/Aus-Schalter-Gerät konfiguriert ist, das durch Signale von einem Ausgabe-Pin („VBUS_P_CTRL“) eines Gate-Treibers im IC-Controller 901 gesteuert wird, der Signale oder Befehle von der On-Chip-Logik oder einer CPU empfängt (wie in 2 behandelt). Auf einer Seite des Leistungsschalters 920 ist ein Leistungsquellenknoten 905 auf der VBUS-Leitung an die Batterie 960 gekoppelt. Der Leistungsquellenknoten 905 ist an einen Eingabe-Pin („VBUS_C_DIS“) des IC-Controllers 901 gekoppelt. Der „VBUS_C_DIS“-Pin ist an einen On-Die-Entladeschaltkreis gekoppelt, der konfiguriert ist, um den Strom vom Leistungsquellenknoten 905 nach unten zu ziehen und dadurch seine VBUS-Spannung zu reduzieren. Auf der anderen Seite des Leistungsschalters 920 ist ein Ausgabeknoten 907 auf der VBUS-Leitung an den USB-Typ-C-Port 910 gekoppelt. Ausgabeknoten 907 ist an einen weiteren Eingabe-Pin („VBUS_IN_DIS“) des IC-Controllers 901 gekoppelt. Der „VBUS_IN_DIS“-Pin ist an einen weiteren On-Die-Entladeschaltkreis gekoppelt, der konfiguriert ist, um den Strom vom Ausgabeknoten 907 nach unten zu ziehen und dadurch seine VBUS-Spannung zu reduzieren. Der durch die Steuerschaltkreise des IC-Controllers 901 nach unten gezogene Strom wird zum GND-Pin des IC-Controllers 901 getrieben. Der GND-Pin ist an die Erdung der GND-Leitung des USB-Typ-C-Ports 915 gekoppelt. Die Entlade-steuerlogik im IC-Controller 901 ist konfiguriert, um den Betrieb jedes Entladeschaltkreises separat und unabhängig vom anderen zu steuern, indem Aktivierungs- und Steuersignale verwendet werden, die das Timing, die Dauer und die Höhe des Stroms regulieren, der von jedem Entladeschaltkreis durch den IC-Controller geleitet wird.
  • Im Betrieb ist die Richtung des Leistungsflusses auf der VBUS-Leitung 911 von der Batterie 960 zu einem Verbrauchergerät, wie etwa einem Mobiltelefon (nicht gezeigt), das am USB-Typ-C-Port 910 angeschlossen ist. Wenn ein PD-Vertrag mit dem Verbrauchergerät ausgehandelt wird, schaltet der IC-Controller 901 den Leistungsschalter 903 ein, um dem Verbrauchergerät die Leistung mit dem/den ausgehandelten Spannungs- und/oder Strompegel(n) bereitzustellen. Ein negativer Spannungsübergang auf der VBUS-Leitung 911 kann benötigt werden, wenn der PD-Vertrag dynamisch neu verhandelt wird, um die VBUS-Spannung und/oder den VBUS-Strom zu senken, z. B. wenn das Verbrauchergerät die Ladung seiner Batterie abgeschlossen hat. Als Antwort darauf schaltet die Entlade-Steuerlogik im IC-Controller 901 den/die On-Die-Entladeschaltkreis(e) ein, um die VBUS-Spannung an den Knoten 905 und/oder 907 gemäß den hierin beschriebenen Techniken zu reduzieren. Die Entlade-Steuerlogik schaltet die Entladeschaltkreise aus und stoppt die Entladung, wenn die Spannung auf der VBUS-Leitung 911 den für den neuen PD-Vertrag erforderlichen niedrigeren Spannungspegel erreicht.
  • Bei Erkennung von Störungsbedingungen kann ein Steuersignal an den Leistungsschalter 920 gesendet werden, um den Schalter auszuschalten und dadurch den USB-Typ-C-Port 910 vom Regler zu trennen. Diese Verbindungsstrennung kann durch eine Überspannungsbedingung, eine Überstrombedingung oder andere Bedingungen verursacht werden, die eine Verbindungstrennung des USB-Typ-C-Ports 910 vom Regler 950 erfordern, um Schaltkreise zu schützen, die an den USB-Typ-C-Port 910 gekoppelt sind. In ähnlicher Weise können die On-Chip-Entladeschaltkreise implementiert werden, um die Anstiegsrate als Antwort auf den Leistungsverbrauch oder andere Parameter einzustellen. In anderen Ausführungsformen können Steuersignale vom IC-Controller an den Regler 950 gesendet werden, um den Regler 950 zu deaktivieren und dadurch das Laden zu stoppen.
  • 10 veranschaulicht eine Beispiel-USB-PD-Powerbank-Anwendung 1000 gemäß einer Ausführungsform. Das in 10 veranschaulichte System kann eine USB-Typ A/Typ C-Powerbank mit zwei Ports sein, die konfiguriert ist, um entweder als Stromquelle oder als Stromsenke betrieben zu werden, oder sie kann zwischen diesen beiden Rollen dynamisch wechseln, indem USB-PD-Power Role Swap verwendet wird. Der IC-Controller 1001 kann in einem Chip-Package angeordnet werden und umfasst ein USB-PD-Subsystem, das gemäß den Techniken zum Steuern des Betriebs und des Zustands von Leistungsschaltern (wie etwa Leistungsschalter 1020 und 1022) konfiguriert ist, wenn Störungsbedingungen erkannt werden, indem dem Gate der Leistungsschalter Steuersignale bereitgestellt werden. Bei Betrieb in der Rolle der Leistungsquelle ist der IC-Controller 1001 konfiguriert, um einen PD-Vertrag mit einem Verbrauchergerät (nicht gezeigt) auszuhandeln, das an den USB-Typ-C-Port 1040 angeschlossenen ist. Bei Betrieb als Stromversorgungseinheit ist der IC-Controller 1001 konfiguriert, um das Laden der Batterie 1060 über den USB-Typ-C-Port 1010 zu steuern. Der USB-Typ-C-Port 1010 ist typischerweise mit einer Typ-C-Buchse verknüpft, aber es versteht sich, dass in verschiedenen Ausführungsformen der USB-Typ-C-Port stattdessen mit einem Typ-C-Stecker verknüpft sein kann.
  • Die Batterie 1060 ist eine DC-Leistungsquelle, die eine einzelne Batterie oder einen Batteriepack mit mehreren hintereinander gekoppelten Batterien sein kann. Die Batterie 1060 ist an den Regler 1050 gekoppelt. Wenn der IC-Controller 1001 in der Rolle einer Leistungsquelle betrieben wird, ist der Regler 1050 konfiguriert, um die auf der VBUS-Leitung 1011 bereitgestellte Spannung basierend auf Aktivierungs- und Feedback-Signalen von Ausgabe-Pins des IC-Controllers 1001 zu steuern. Die Batterie 1060 ist auch an den Regler 1040 gekoppelt. Wenn der IC-Controller 1001 in der Rolle einer Leistungsquelle betrieben wird, ist der Regler 1040 konfiguriert, um die von der Batterie auf einer VBUS-Leitung 1012 an den USB-Typ-A-Port 1015 bereitgestellte Spannung zu steuern. Der Regler 1040 wird basierend auf Aktivierungs- und Spannungsauswahlsignalen (VSEL) von Ausgabe-Pins des IC-Controllers 1001 gesteuert, um VBUS-Spannungen und -Ströme gemäß älteren USB-Spezifikationen (z. B. wie etwa der USB 2.0-Spezifikation, der USB-Batterieladespezifikation Rev. 1.1/1.2 usw.) bereitzustellen, um USB-fähige Geräte über den USB-Typ-A-Port aufzuladen. Die Batterie 1060 ist auch an das Batterieladegerät 1035 gekoppelt. Wenn der IC-Controller 1001 in der Rolle einer Leistungssenke betrieben wird, ist das Batterieladegerät 1035 konfiguriert, um die auf der VBUS-Leitung 1011 bereitgestellte Spannung zum Laden der Batterie 1060 basierend auf einem Aktivierungssignal (EN) von einem Ausgabe-Pin des IC-Controllers 1001 zu steuern. In Ausführungsformen, in denen die Batterie ein Multi-Batteriepack ist (z. B., wie etwa ein Laptop-Batteriepack), kann ein Low-Drop-Out (LDO)-Regler 1045 zwischen Batterie 1060 und einem Eingabe-Pin („VDDD“) des IC-Controllers 1001 gekoppelt sein, um dem IC-Controller 1001 Leistung bereitzustellen.
  • Der IC-Controller 1001 ist an die VBUS-Leitung 1011 gekoppelt und ist zum Steuern des Betriebs und des Zustands von Leistungsschaltern (wie etwa Leistungsschalter 1020 und 1022) konfiguriert, wenn Störungsbedingungen erkannt werden, indem dem Gate der Leistungsschalter Steuersignale bereitgestellt werden. Die VBUS-Leitung 1011 umfasst den Leistungsschalter 1020, der als Ein-/Aus-Schalter-Gerät konfiguriert ist, das durch Signale von einem Ausgabe-Pin („VBUS_P_CTRL“) eines Gate-Treibers im IC-Controller 1001 gesteuert wird, der Signale oder Befehle von der On-Chip-Logik oder einer CPU empfängt (wie in 2 behandelt). Auf einer Seite des Leistungsschalters 1020 ist ein Leistungsquellenknoten 1005 auf der VBUS-Leitung 1011 an den Regler 1050 gekoppelt, der wiederum an die Batterie 1060 gekoppelt ist. Der Leistungsquellenknoten 1005 ist an einen Eingabe-Pin („VBUS_C_DIS“) des IC-Controllers 1001 gekoppelt. Der „VBUS_C_DIS“-Pin ist an einen On-Die-Entladeschaltkreis gekoppelt, der konfiguriert ist, um den Strom vom Leistungsquellenknoten 1005 nach unten zu ziehen und dadurch seine VBUS-Spannung zu reduzieren. Auf der anderen Seite des Leistungsschalters 1020 ist ein Ausgabeknoten 1007 auf der VBUS-Leitung an den USB-Typ-C-Port 1010 gekoppelt. Der Ausgabeknoten 1007 ist an einen weiteren Eingabe-Pin („VBUS_IN_DIS“) des IC-Controllers 1001 gekoppelt. Der „VBUS_IN_DIS“-Pin ist an einen weiteren On-Die-Entladeschaltkreis gekoppelt, der konfiguriert ist, um den Strom vom Ausgabeknoten 1007 nach unten zu ziehen und dadurch seine VBUS-Spannung zu reduzieren. Der durch die Steuerschaltkreise des IC-Controllers 1001 nach unten gezogene Strom wird zu einem GND-Pin des IC-Controllers 1001 getrieben. Der GND-Pin ist an die Erdung (GND) des USB-Typ-C-Ports 1010 gekoppelt. Die Entlade-Steuerlogik im IC-Controller 1001 ist konfiguriert, um den Betrieb jedes Entladeschaltkreises separat und unabhängig vom anderen zu steuern, indem Aktivierungs- und Steuersignale verwendet werden, die das Timing, die Dauer und die Höhe des Stroms regulieren, der von jedem Entladeschaltkreis durch den IC-Controller geleitet wird.
  • Wenn der IC-Controller 1001 in der Rolle einer Leistungsquelle betrieben wird, ist die Richtung des Leistungsflusses auf der VBUS-Leitung 1011 von der Batterie 1060 zu einem Verbrauchergerät, wie etwa einem Mobiltelefon (nicht gezeigt), das am USB-Typ-C-Port 1010 angeschlossen ist. Wenn ein PD-Vertrag mit dem Verbrauchergerät ausgehandelt wird, schaltet IC-Controller 1000 den Leistungsschalter 1020 ein und den Leistungsschalter 1022 aus, und die Leistung wird dem Verbrauchergerät mit dem/den ausgehandelten Spannungs- und/oder Strompegel(n) bereitgestellt. Ein negativer Spannungsübergang auf der VBUS-Leitung 1011 kann benötigt werden, wenn der PD-Vertrag dynamisch neu verhandelt wird, um die VBUS-Spannung und/oder den VBUS-Strom zu senken, z. B. wenn das Verbrauchergerät die Ladung seiner Batterie abgeschlossen hat. Als Antwort darauf schaltet die Entlade-Steuerlogik im IC-Controller 1001 den/die On-Die-Entlade-Schaltkreis(e) ein, um die VBUS-Spannung an den Knoten 1005 und/oder 1007 gemäß den hierin beschriebenen Techniken zu reduzieren. Die Entlade-Steuerlogik schaltet die Entladeschaltkreise aus und stoppt die Entladung, wenn die Spannung auf der VBUS-Leitung 1011 den für den neuen PD-Vertrag erforderlichen niedrigeren Spannungspegel erreicht.
  • Der IC-Controller 1001 ist auch an den Leistungsschalter 1022 gekoppelt, um das Laden der Batterie 1060 über den USB-Typ-C-Port 1010 zu steuern, wenn er in der Rolle einer Leistungssenke betrieben wird. Der Leistungsschalter 1022 ist auf der VBUS-Leitung 1011 zwischen dem USB-Typ-C-Port 1010 und dem Batterieladegerät 1035 gekoppelt und ist als Ein-/Aus-Schalter-Gerät konfiguriert, das durch Signale von einem Ausgabe-Pin („VBUS_C_CTRL“) eines Gate-Treibers im IC-Controller 1001 gesteuert wird.
  • Bei Erkennung von Störungsbedingungen kann ein Steuersignal an die Leistungsschalter 1020 und 1022 gesendet werden, um die Schalter auszuschalten und dadurch den USB-Typ-C-Port 1010 über den Regler 1050 von der Batterie 1060 zu trennen. Diese Verbindungsstrennung kann durch eine Überspannungsbedingung, eine Überstrombedingung oder andere Bedingungen verursacht werden, die eine Verbindungstrennung des USB-Typ-C-Ports 1010 von der Batterie 1060 erfordern, um Schaltkreise zu schützen, die an den USB-Typ-C-Port 1010 gekoppelt sind. In ähnlicher Weise können die On-Chip-Entladeschaltkreise implementiert werden, um die Anstiegsrate in Antwort auf den Leistungsverbrauch oder andere Parameter einzustellen.
  • Wenn der IC-Controller 1001 in der Rolle einer Leistungssenke betrieben wird, ist die Richtung des Leistungsflusses auf der VBUS-Leitung 1011 von einem Leistungsadapter (z. B. einem Wandladegerät), der am USB-Typ-C-Port 1010 angeschlossen ist, zur Batterie 1060. Der IC-Controller 1001 schaltet den Leistungsschalter 1022 ein, schaltet den Leistungsschalter 1020 aus und ermöglicht dem Batterieladegerät 1035 das Laden der Batterie 1060. Die Leistung fließt dann auf der VBUS-Leitung 1011 vom USB-Typ-C-Port 1010 zur Batterie 1060 mit der Spannung und dem Strom, die vom Batterieladegerät 1035 eingestellt wurden. Auf diese Weise kann der IC-Controller 1001 seine Betriebsrolle abwechseln, um eine USB-PD DRP-Anwendung in verschiedenen Ausführungsformen zu implementieren.
  • Bei Erkennung von Störungsbedingungen kann ein Steuersignal an den Leistungsschalter 1022 gesendet werden, um den Schalter auszuschalten und dadurch den USB-Typ-C-Port 61010 vom Batterieladegerät 1035 zu trennen. Diese Verbindungstrennung kann durch eine Überspannungsbedingung, eine Überstrombedingung oder andere Bedingungen verursacht werden, die eine Verbindungstrennung des USB-Typ-C-Ports 1010 vom Batterieladegerät 1035 erfordern, um Schaltkreise zu schützen, die an den USB-Typ-C-Port 1010 oder die Batterie 1060 selbst gekoppelt sind. In ähnlicher Weise können die On-Chip-Entladeschaltkreise implementiert werden, um die Anstiegsrate als Antwort auf den Leistungsverbrauch oder andere Parameter einzustellen.
  • Verschiedene Ausführungsformen der hierin beschriebenen Techniken zur Steuerung des Betriebs und des Zustands von Leistungsschaltern (wie etwa Leistungsschalter), wenn Störungsbedingungen erkannt werden, indem dem Gate der Leistungsschalter Steuersignale bereitgestellt werden.
  • Diese Betriebsvorgänge können durch Hardware-Komponenten, digitale Hardware und/oder Firmware und/oder Kombinationen davon durchgeführt und/oder gesteuert werden. Wie hier verwendet, kann der Begriff „gekoppelt sein an“ bedeuten, durch eine oder mehrere dazwischenliegende Komponenten direkt verbunden oder indirekt verbunden zu sein. Jegliches der über verschiedenen On-Die-Busse bereitgestellten Signale kann mit anderen Signalen zeitmultiplexiert und über einen oder mehrere gemeinsame On-Die-Busse bereitgestellt werden. Zusätzlich kann die Zwischenverbindung zwischen Schaltkreiskomponenten oder -blöcken als Busse oder als einzelne Signalleitungen gezeigt werden. Jeder der Busse kann alternativ eine oder mehrere Einzelsignalleitungen sein, und jede der Einzelsignalleitungen kann alternativ Busse sein.
  • Bestimmte Ausführungsformen können als Computerprogrammprodukt implementiert werden, das auf einem nicht-transitorischen, computerlesbaren Medium gespeicherte Befehle umfassen kann, z. B. wie etwa flüchtige und/oder nichtflüchtige Speicher. Diese Befehle können verwendet werden, um ein oder mehrere Geräte zu programmieren, die einen oder mehrere Mehrzweck- oder Spezialprozessoren (z. B., wie etwa CPUs) oder deren Äquivalente (z. B., wie etwa Prozessorkerne, Verarbeitungsmotoren, Mikrocontroller und dergleichen) umfassen, sodass die Befehle, wenn sie von dem/den Prozessor(en) oder deren Äquivalenten ausgeführt werden, das/die Gerät(e) veranlassen, die hierin beschriebenen Betriebsvorgänge für die VBUS-Spannungsentladung durchzuführen. Ein computerlesbares Medium kann auch einen oder mehrere Mechanismen zur Speicherung oder Übertragung von Informationen in einer Form (z. B. Software, Verarbeitungsanwendung usw.) umfassen, die von einer Maschine (z. B., wie etwa einem Gerät oder einem Computer) gelesen werden kann. Das nicht-transitorische computerlesbare Speichermedium kann elektromagnetische Speichermedien (z. B. Disketten, Festplatten und dergleichen), optische Speichermedien (z. B. CD-ROM), magnetooptische Speichermedien, Festwertspeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM), löschbare programmierbare Speicher (z. B. EPROM und EEPROM), Flash-Speicher oder einen anderen heute bekannten oder später entwickelten nicht-transitorischen Medientyp, der zur Speicherung von Informationen geeignet ist, umfassen, ist aber nicht auf diese beschränkt.
  • Obwohl die Betriebsvorgänge des Schaltkreises/der Schaltkreise und des Blocks/der Blöcke hierin in einer besonderen Reihenfolge gezeigt und beschrieben werden, kann in einigen Ausführungsformen die Reihenfolge der Betriebsvorgänge jedes Schaltkreises/Blocks geändert werden, sodass bestimmte Betriebsvorgänge in umgekehrter Reihenfolge oder so durchgeführt werden können, dass bestimmte Betriebsvorgänge, zumindest teilweise, gleichzeitig und/oder parallel zu anderen Betriebsvorgängen durchgeführt werden können. In anderen Ausführungsformen können Befehle oder Teil-Betriebsvorgänge verschiedenartiger Betriebsvorgänge intermittierend und/oder abwechselnd durchgeführt werden.
  • In der vorangehenden Spezifikation wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele davon beschrieben. Es wird jedoch offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom weiteren Geist und Anwendungsbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, abzuweichen. Die Spezifikation und die Zeichnungen sind demgemäß eher in einem veranschaulichenden als in einem einschränkenden Sinne zu betrachten.
  • 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 983895 [0001]
    • US 62/642282 [0001]

Claims (22)

  1. Ein Universal-Serial-Bus(USB)-Leistungsabgabe-Schaltkreis, beinhaltend: einen Bereitsteller-Feldeffekttransistor (FET), beinhaltend: eine Quelle, die an ein erstes Terminal gekoppelt ist, einen Drain, der an ein zweites Terminal gekoppelt ist, und ein Steuerterminal; einen Gate-Treiber, der an das Steuerterminal des Bereitsteller-FETs gekoppelt ist, um Steuersignale an das Steuerterminal bereitzustellen, wobei der Gate-Treiber programmierbar ist, um Steuersignale als Antwort auf Systembedingungen bereitzustellen.
  2. USB-Leistungsabgabeschaltkreis gemäß Anspruch 1, wobei der Gate-Treiber einen aktiven Pull-Up-Widerstand beinhaltet, der als Antwort auf ein Signal von einem Störungserkennungsschaltkreis zugeschaltet wird.
  3. USB-Leistungsabgabeschaltkreis gemäß Anspruch 2, wobei der Störungserkennungsschaltkreis konfiguriert ist, um Störungsbedingungen zu erkennen, die mindestens eine Überspannungsbedingung, eine Überstrombedingung und eine Unterspannungsbedingung und/oder eine Sperrstrombedingung umfassen.
  4. USB-Leistungsabgabeschaltkreis gemäß Anspruch 1, wobei der Bereitsteller-FET einen passiven Pull-Up-Schaltkreis zum Abschalten des Bereitsteller-FETs, wenn der Gate-Treiber deaktiviert ist, beinhaltet.
  5. USB-Leistungsabgabeschaltkreis gemäß Anspruch 1, wobei die Systembedingungen mindestens eine Störungsbedingung beinhalten.
  6. USB-Leistungsabgabeschalkreis gemäß Anspruch 1, wobei eine Ausgabe des Gate-Treibers mit einem digitalen Signal gesteuert wird.
  7. USB-Leistungsabgabeschaltkreis gemäß Anspruch 7, wobei das digitale Signal durch ein pulsbreitenmoduliertes Signal bereitgestellt wird, um Strom durch den Bereitsteller-FET zu steuern.
  8. USB-Leistungsabgabeschaltkreis gemäß Anspruch 1, wobei eine Ausgabe des Gate-Treibers mit einem analogen Signal gesteuert wird.
  9. USB-Leistungsabgabeschaltkreis gemäß Anspruch 8, wobei das analoge Signal ein Strom ist.
  10. Ein Schaltkreis für Universal-Serial-Bus(USB)-Leistungsabgabe, beinhaltend: einen ersten Gate-Treiber, der an ein erstes Gate eines Bereitsteller-Feldeffekttransistors (FET) gekoppelt ist, wobei der erste Gate-Treiber einen aktiven Pull-Up-Schaltkreis beinhaltet; und einen zweiten Gate-Treiber, der an ein zweites Gate eines Verbraucher-FETs gekoppelt ist, wobei der erste und der zweite Gate-Treiber Stromsteuerschaltungen zum Bereitstellen einer analogen Steuerung beinhalten.
  11. Schaltkreis für Universal-Serial-Bus(USB)-Leistungsabgabe gemäß Anspruch 10, wobei der zweite Gate-Treiber Folgendes beinhaltet: einen ersten FET-Gate-Treiber, der einen Drain, der an ein Gate des Bereitsteller-FET gekoppelt ist, und eine Quelle beinhaltet; und einen Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis, der an die Quelle gekoppelt ist, wobei der Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis konfiguriert ist, um einen Pulldown-Strom auf dem ersten Gate-Treiber und dem ersten PFET-Treiber als Antwort auf Steuersignale von einem Steuerschaltkreis zu ändern.
  12. Schaltkreis für USB-Leistungsabgabe gemäß Anspruch 11, wobei die Steuersignale aus dem Steuerschaltkreis einer Pulsbreitenmodulation für digitale Steuerung entsprechen.
  13. Schaltkreis für USB-Leistungsabgabe gemäß Anspruch 11, wobei Steuersignale aus dem Steuerschaltkreis einem Stromsignal für analoge Steuerung entsprechen.
  14. Schaltkreis für USB-Leistungsabgabe gemäß Anspruch 10, wobei der Steuerschaltkreis dem ersten Gate-Treiber Steuersignale als Antwort auf eine Störungsbedingung bereitstellt.
  15. Schaltkreis für USB-Leistungsabgabe gemäß Anspruch 10, wobei: der Bereitsteller-FET zwischen einem Massenkondensator und einem Ausgabeknoten gekoppelt ist; und der Verbraucher-FET zwischen einem Ladeschaltkreis und dem Ausgabeknoten gekoppelt ist.
  16. Ein Universal-Serial-Bus(USB)-Leistungsabgabesystem, beinhaltend: mindestens ein Spannungsschwellenwerterkennungsmodul; ein Störungserkennungsmodul; einen ersten Gate-Treiber-Schaltkreis; einen zweiten Gate-Treiber-Schaltkreis; und Steuerlogik zum Empfangen von Signalen von dem mindestens einen Spannungsschwellenwerterkennungsmodul und Störungserkennungsmodul und zum Bereitstellen von Steuersignalen an den ersten und zweiten Gate-Treiber-Schaltkreis.
  17. USB-Leistungsabgabesystem gemäß Anspruch 16, das ferner ein Störungsantwort-Steuermodul beinhaltet, das an eine Ausgabe des Störungserkennungsmoduls und eine Eingabe der Steuerlogik gekoppelt ist.
  18. USB-Leistungsabgabesystem gemäß Anspruch 16, ferner beinhaltend ein Strommesserkennungsmodul, das an einen Eingang des programmierbaren Störungsdetektors gekoppelt ist.
  19. USB-Leistungsabgabesystem gemäß Anspruch 16, wobei das mindestens eine Spannungsschwellenwerterkennungsmodul Folgendes beinhaltet: ein erstes Spannungsschwellenwerterkennungsmodul, das an einen ersten Knoten eines Bereitsteller-Feldeffekttransistors (FET) gekoppelt ist; und ein zweites Spannungsschwellenwerterkennungsmodul, das an einen zweiten Knoten eines Bereitsteller-FETs gekoppelt ist, wobei der zweite Knoten des Bereitsteller-FETs an einen Ausgabeknoten des USB-Leistungsabgabesystems gekoppelt ist.
  20. USB-Leistungsabgabesystem gemäß Anspruch 16, wobei der erste Gate-Treiber-Schaltkreis einen aktiven Pullup-Schaltkreis beinhaltet.
  21. USB-Leistungsabgabesystem gemäß Anspruch 16, das ferner einen Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis beinhaltet, der an die Steuerlogik gekoppelt ist, wobei der Pulldown-Strom-Steuerschaltkreis zum Bereitstellen eines variablen Pulldown-Stroms an den ersten Gate-Treiber-Schaltkreis und den zweiten Gate-Treiber-Schaltkreis als Antwort auf Steuersignale von der Steuerlogik dient.
  22. USB-Leistungsabgabesystem gemäß Anspruch 16, wobei der erste Gate-Treiber-Schaltkreis und der zweite Gate-Treiber-Schaltkreis NFETs beinhalten.
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