DE112019002151T5 - Stromsteuerung und -schutz für universal-serial-bus-typ-c(usb-c)-verbindersysteme - Google Patents

Stromsteuerung und -schutz für universal-serial-bus-typ-c(usb-c)-verbindersysteme Download PDF

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usb
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Ramakrishna Venigalla
Arun Khamesra
Hemant Vispute
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Abstract

Eine elektronische Vorrichtung umfasst einen Leistungsschalter, der konfiguriert ist, um eine Spannung an einem ersten Anschluss zu empfangen. Der erste Anschluss ist mit einem Spannungsregler gekoppelt. Der Leistungsschalter ist auch konfiguriert, um die Spannung einem zweiten Anschluss bereitzustellen. Der zweite Anschluss ist mit einem VBUS-Anschluss eines Universal-Serial-Bus-Typ-C(USB-C)-Verbinders gekoppelt. Die elektronische Vorrichtung umfasst auch eine Schutzschaltung, die eine Vergleichskomponente beinhaltet, die mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss gekoppelt ist. Die Vergleichskomponente ist konfiguriert, um eine erste Spannung an dem ersten Anschluss zu detektieren und eine zweite Spannung an dem zweiten Anschluss zu detektieren. Die Schutzschaltung ist konfiguriert, um zu bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet, und den Betrieb des Leistungsschalters als Reaktion auf das Bestimmen, dass sich die zweite Spannung innerhalb der Schwellenspannung der ersten Spannung befindet, anzupassen.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
  • Diese Patentanmeldung ist eine internationale Patentanmeldung der nicht provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 16/145,779 , eingereicht am 28. September 2018, die die Priorität und den Vorteil der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/662,096 , eingereicht am 24. April 2018, der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/668,682 , eingereicht am 8. Mai 2018, und der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/721,398 , eingereicht am 22. August 2018, beansprucht, die hierin alle durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hiermit einbezogen sind.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen allgemein Universal-Serial-Bus(USB)-Typ-C-Verbinderteilsysteme und insbesondere einen Schutz vor umgekehrtem Strom und eine Stromsteuerung für USB-Typ-C-Verbinderteilsysteme.
  • STAND DER TECHNIK
  • Verschiedene elektronische Vorrichtungen (wie etwa z. B. Smartphones, Tablets, Notebook-Computer, Laptop-Computer, Hubs, Ladegeräte, Adapter etc.) sind konfiguriert, um Leistung über ein USB-C-Verbindersystem zu übertragen. Beispielsweise kann in einigen Anwendungen eine elektronische Vorrichtung als ein Leistungsverbraucher konfiguriert sein, um Leistung über ein USB-C-Verbindersystem zu empfangen (z. B. zum Batterieladen), während in anderen Anwendungen eine elektronische Vorrichtung als ein Leistungsbereitsteller konfiguriert sein kann, um einer anderen Vorrichtung, die mit ihr über ein USB-C-Verbindersystem verbunden ist, Leistung bereitzustellen. Elektronische Vorrichtungen sind typischerweise konfiguriert, um Leistung über Feldeffekttransistoren (FETs) oder andere ähnliche Schaltvorrichtungen zu übertragen. In einigen Fällen können die FETs beispielsweise aufgrund eines oder mehrerer elektrischer Fehler, die möglicherweise an dem USB-C-Verbindersystem auftreten, elektrische Schäden (z. B. Schäden durch Überstrom, Schäden durch Überspannung, Schäden durch Überhitzung, Schäden durch umgekehrten Strom und so weiter) erleiden.
  • Figurenliste
  • Die beschriebenen Ausführungsformen und die diesbezüglichen Vorteile werden am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen verstanden. Diese Zeichnungen begrenzen in keiner Weise Form- und Detailänderungen, die durch einen Fachmann an den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dabei von dem Geist und Umfang der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen.
    • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein IC-Controller-System (IC = Integrated Circuit, integrierte Schaltung) in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung illustriert.
    • 2 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Pin-Layout für Pins, die in einem USB-C-Verbinder oder einer USB-C-Buchse eingeschlossen sein können, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung illustriert.
    • 3A ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Leistungsschaltung in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung illustriert.
    • 3B ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Leistungsschaltung in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung illustriert.
    • 3C ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Leistungsschaltung in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung illustriert.
    • 3D ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Leistungsschaltung in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung illustriert.
    • 4 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Leistungsschaltung in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung illustriert.
    • 5A ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Schutzes vor umgekehrtem Strom für USB-C-Verbindersysteme in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 5B ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Begrenzen von Strom für USB-C-Verbindersysteme in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 6A ist ein Blockdiagramm eines SBU-Kreuzschienenschalters für USB-C-Verbindersysteme in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 6B ist ein Blockdiagramm eines DP/DM-Schalters für USB-C-Verbindersysteme in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
    • 7 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Einrichtung, die eine oder mehrere der hierin beschriebenen Operationen durchführen kann, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Es werden hierin verschiedene Ausführungsformen von Techniken zum Schutz vor umgekehrtem Strom und zur Stromsteuerung für USB-C Verbindersysteme in elektronischen Vorrichtungen beschrieben. Beispiele solcher elektronischen Vorrichtungen umfassen, ohne darauf begrenzt zu sein, Personal Computer (z. B. Laptop-Computer, Notebook-Computer und so weiter), mobile Rechenvorrichtungen
    (z. B. Tablets, Tablet-Computer, E-Reader-Vorrichtungen und so weiter), mobile Kommunikationsvorrichtungen (z. B. Smartphones, Mobiltelefone, Personal Digital Assistants, Nachrichtenübermittlungsvorrichtungen, Taschen-PCs und so weiter), Konnektivitäts- und Ladevorrichtungen (z. B. Hubs, Andockstationen, Adapter, Ladegeräte etc.), Audio-/Video-/Datenaufzeichnungs-
    und/oder -wiedergabevorrichtungen (z. B. Kameras, Sprachaufzeichnungsgeräte, tragbare Scanner, Monitore und so weiter) und andere ähnliche elektronische Vorrichtungen, die USB-Verbinder (-Schnittstellen) zum Kommunizieren und/oder Batterieladen verwenden können.
  • Eine USB-fähige elektronische Vorrichtung oder ein USB-fähiges elektronisches System kann mindestens einem Release einer Universal-Serial-Bus(USB)-Spezifikation entsprechen. Beispiele solcher USB-Spezifikationen umfassen, ohne darauf begrenzt zu sein, die USB-Spezifikation Revision 2.0, die USB-3.0-Spezifikation, die USB-3.1-Spezifikation und/oder verschiedene Ergänzungen (wie etwa z. B. On-The-Go oder OTG), Versionen und Errata davon. Die USB-Spezifikationen definieren allgemein die Eigenschaften (z. B. Attribute, Protokolldefinition, Transaktionstypen, Busverwaltung, Programmierschnittstellen etc.) eines differentiellen seriellen Busses, die erforderlich sind, um standardmäßige Kommunikationssysteme und -peripherieeinheiten zu gestalten und zu erstellen. Eine USB-fähige Peripherievorrichtung wird beispielsweise an eine USB-fähige Host-Vorrichtung über einen USB-Port der Host-Vorrichtung angeschlossen, um ein USB-fähiges System zu bilden. Ein USB-2.0-Port umfasst eine Leistungsspannungsleitung von 5 V (als VBUS gekennzeichnet), ein differentielles Paar Datenleitungen (als D+ bzw. DP und D- bzw. DN gekennzeichnet) und eine Masseleitung zur Leistungsrückführung (als MASSE gekennzeichnet). Ein USB-3.0-Port stellt auch die Leitungen VBUS, D+, D- und MASSE für eine Rückwärtskompatibilität mit USB 2.0 bereit. Zusätzlich stellt ein USB-3.0-Port, um einen schnelleren differentiellen Bus (den USB-SuperSpeed-Bus) zu unterstützen, auch ein differentielles Paar Senderdatenleitungen (als SSTX+ und SSTX- gekennzeichnet), ein differentielles Paar Empfängerdatenleitungen (als SSRX+ und SSRXgekennzeichnet), eine Leistungsleitung für die Leistung (als DPWR gekennzeichnet) und eine Masseleitung zur Leistungsrückführung (als DMASSE gekennzeichnet) bereit. Ein USB-3.1-Port stellt für die Rückwärtskompatibilität mit USB-2.0- und USB-3.0-Kommunikationen die gleichen Leitungen wie ein USB-3.0-Port bereit, erweitert aber das Leistungsverhalten des SuperSpeed-Busses durch eine Reihe von Merkmalen, die als Enhanced SuperSpeed bezeichnet werden.
  • Eine neuere Technologie für USB-Verbinder, die USB-Typ-C genannt wird, ist in verschiedenen Releases und/oder Versionen der USB-Typ-C-Spezifikation definiert (wie etwa z. B. dem Release 1.0 vom 11. August 2014, dem Release 1.1 vom 3. April 2015 etc.). Die USB-Typ-C-Spezifikation definiert eine USB-Typ-C-Buchse, einen USB-Typ-C-Stecker und USB-Typ-C-Kabel, die USB-Kommunikationen sowie eine Leistungslieferung (PD, Power Delivery) über neuere USB-Leistungslieferungsprotokolle, die in verschiedenen Revisionen/Versionen der USB-PD-Spezifikation definiert sind, unterstützen können. Beispiele für USB-Typ-C-Funktionen und -Anforderungen können, ohne darauf begrenzt zu sein, Daten- und andere Kommunikationen gemäß USB 2.0 und USB 3.0/3.1, elektromechanische Definitionen und Leistungsverhaltensanforderungen für Typ-C-Kabel, elektromechanische Definitionen und Leistungsverhaltensanforderungen für Typ-C-Buchsen, elektromechanische Definitionen und Leistungsverhaltensanforderungen für Typ-C-Stecker, Anforderungen für Typ-C-zu-Vorgängerkabelbaugruppen und -adapter, Anforderungen für Typ-C-basierte Vorrichtungsdetektion und Schnittstellenkonfiguration, Anforderungen für optimierte Leistungslieferung für Typ-C-Verbinder etc. umfassen. Gemäß der/den USB-Typ-C-Spezifikation(en) stellt ein Typ-C-Port unter anderem die Leitungen VBUS, D+, D-, MASSE, SSTX+, SSTX-, SSRX+ und SSRX- bereit. Zusätzlich stellt ein Typ-C-Port auch eine Leitung zur Seitenbandverwendung (als SBU (Sideband Use) gekennzeichnet) zum Signalisieren einer Seitenbandfunktionalität und einen Konfigurationskanal (als CC (Configuration Channel) gekennzeichnet) zum Entdecken, Konfigurieren und Verwalten von Verbindungen über ein Typ-C-Kabel bereit. Ein Typ-C-Port kann mit einem Typ-C-Stecker und/oder einer Typ-C-Buchse assoziiert sein. Um die Verwendung zu erleichtern, sind der Typ-C-Stecker und die Typ-C-Buchse als ein reversibles Paar gestaltet, das unabhängig von der Stecker-Buchse-Orientierung arbeitet. Ein standardmäßiger USB-Typ-C-Verbinder, der als standardmäßige(r) Typ-C-Stecker oder -Buchse angeordnet ist, stellt daher unter anderem Pins für vier VBUS-Leitungen, vier Masserückleitungen (MASSE-Leitungen), 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 Vorrichtungen können einer spezifischen Revision und/oder Version der USB-PD-Spezifikation (wie etwa z. B. Revision 1.0, Revision 2.0 etc. oder späteren Revisionen /Versionen davon) entsprechen. Die USB-PD-Spezifikation definiert ein Standardprotokoll, das so gestaltet ist, dass es die maximale Funktionalität USB-fähiger Vorrichtungen ermöglicht, indem es zusammen mit Datenkommunikationen über ein einziges USB-Typ-C-Kabel über USB-Typ-C-Ports eine flexiblere Leistungslieferung bereitstellt. Die USB-PD-Spezifikation beschreibt auch die Architektur, die Protokolle, das Leistungsversorgungsverhalten, die Parameter und die Verkabelung, die zum Verwalten der Leistungslieferung über USB-Typ-C-Kabel mit bis zu 100 W Leistung notwendig sind. Gemäß der USB-PD-Spezifikation können Vorrichtungen mit USB-Typ-C-Ports (wie etwa z. B. USB-fähige Vorrichtungen) einen höheren Strom und/oder höhere oder niedrigere Spannungen über ein USB-Typ-C-Kabel aushandeln, als dies in älteren USB-Spezifikationen (wie etwa z. B. der USB-2.0-Spezifikation, der USB-3.1-Spezifikation, der USB-Batterieladespezifikation Rev. 1.1/1.2 etc.) erlaubt ist. Beispielsweise definiert die USB-PD-Spezifikation die Anforderungen für einen Leistungslieferungsvertrag (PD-Vertrag), der zwischen einem Paar USB-fähiger Vorrichtungen ausgehandelt werden kann. Der PD-Vertrag kann sowohl den Leistungspegel als auch die Richtung der Leistungsübertragung, die für beide Vorrichtungen passend sind, spezifizieren und kann auf Anfrage durch eine beliebige der Vorrichtungen und/oder als Reaktion auf verschiedene Vorkommnisse und Bedingungen, wie etwa Leistungsrollenwechsel, Datenrollenwechsel, Kaltstart, Ausfall der Leistungsquelle etc., dynamisch neu ausgehandelt werden.
  • Eine elektronische Vorrichtung verwendet typischerweise eine Leistungsübertragungsschaltung (einen Leistungspfad), um Leistung zu/von der Vorrichtung zu übertragen. Neben anderen elektronischen Komponenten kann ein Leistungspfad einen oder mehrere Leistungs-FETs umfassen, die in dem Schaltungspfad in Reihe gekoppelt sind, um als Schalter zu arbeiten (z. B. als „EIN“-/„AUS“-Schalter). Einige wichtige Eigenschaften unterscheiden Leistungs-FETs von FETs und anderen Typen von Transistorschaltervorrichtungen, die für andere Anwendungen, die nicht der Leistungsübertragung dienen, verwendet werden. Als eine diskrete Halbleiterschaltvorrichtung kann ein Leistungs-FET während des „EIN“-Zustands eine große Menge an Strom zwischen seiner Source und seiner Drain führen, kann während des „EIN“-Zustands einen geringen Widerstandswert zwischen seiner Source und seiner Drain aufweisen und kann während des „AUS“-Zustands hohen Spannungen zwischen seiner Source und seiner Drain widerstehen. Beispielsweise kann ein Leistungs-FET als dafür geeignet charakterisiert sein, Ströme im Bereich von einigen hundert Milliampere (z. B. 500-900 mA) bis zu einigen Ampere (z. B. 3-5 A oder höher) zu führen und Spannungen im Bereich von 12 V bis 40 V (oder höher) zwischen seiner Source und seiner Drain zu widerstehen. Beispielsweise kann der Widerstandswert zwischen der Source und der Drain eines Leistungs-FETs sehr klein sein, um beispielsweise den Leistungsverlust an der Vorrichtung zu verhindern. Die hierin offenbarten Beispiele, Implementierungen und Ausführungsformen können unterschiedliche Typen von Schaltern, Transistoren und FETs verwenden, wie etwa Metall-Oxid-FETs (MOSFETs), nFETs (z. B. N-Typ-MOSFETs), pFETs (z. B. P-Typ-MOSFETs), FETs mit erweiterter Drain, Schalter mit erweiterter Drain etc.
  • 1 illustriert eine beispielhafte Halbleitervorrichtung, die in Übereinstimmung mit den hierin beschriebenen Techniken zum Stromschutz und zur Stromsteuerung konfiguriert ist. In der in 1 illustrierten Ausführungsform ist die Vorrichtung 100 ein IC-Controller, der auf einem einzelnen Halbleiter-Die gefertigt ist. Beispielsweise kann der IC-Controller 100 eine Einzelchip-IC-Vorrichtung aus der Familie von CCGx-USB-Controllern sein, die von Cypress Semiconductor Corporation, San Jose, Kalifornien, entwickelt wurde. In einem anderen Beispiel kann der IC-Controller 100 eine Einzelchip-IC sein, die als ein System-on-Chip (SoC) hergestellt ist. In anderen Ausführungsformen kann der IC-Controller ein Multi-Chip-Modul sein, das in einem einzelnen Halbleitergehäuse verkapselt ist. Neben anderen Komponenten umfasst der IC-Controller 100 ein CPU-Teilsystem 102, eine Peripherieanbindung 114, Systemressourcen 116, verschiedene Eingangs-/Ausgangs(E/A)-Blöcke 118 (z. B. 118A-118C) und ein USB-PD-Teilsystem 120.
  • Das CPU-Teilsystem 102 umfasst eine oder mehrere CPUs (Central Processing Units, zentrale Verarbeitungseinheiten) 104, einen Flash-Speicher 106, einen SRAM (Static Random Access Memory, statischer Direktzugriffsspeicher) 108 und einen ROM (Read Only Memory, Festwertspeicher) 110, die mit einer Systemanbindung 112 gekoppelt sind. Die CPU 104 ist ein geeigneter Prozessor, der in einer IC- oder einer SoC-Vorrichtung arbeiten kann. In einigen Ausführungsformen kann die CPU für einen Betrieb mit niedriger Leistung mit umfassendem Clock-Gating optimiert sein und kann verschiedene interne Controller-Schaltungen umfassen, die es der CPU erlauben, mit verschiedenen Leistungszuständen zu arbeiten. Beispielsweise kann die CPU einen Aufweck-Unterbrechungs-Controller umfassen, der konfiguriert ist, um die CPU aus einem Schlafzustand aufzuwecken, wodurch erlaubt wird, die Leistung auszuschalten, wenn sich der IC-Chip im Schlafzustand befindet. Der Flash-Speicher 106 ist ein nichtflüchtiger Speicher (z. B. NAND-Flash, NOR-Flash etc.), der für das Speichern von Daten, Programmen und/oder anderen Firmware-Anweisungen konfiguriert ist. Der Flash-Speicher 106 ist innerhalb des CPU-Teilsystems 102 eng gekoppelt, um Zugriffszeiten zu verbessern. Der SRAM 108 ist ein flüchtiger Speicher, der für das Speichern von Daten und Firmware-Anweisungen, auf die die CPU 104 zugreift, konfiguriert ist. Der ROM 110 ist ein Festwertspeicher (oder ein anderes geeignetes Speicherungsmedium), der für das Speichern von Hochfahrroutinen, Konfigurationsparametern und anderen Firmware-Parametern und -Einstellungen konfiguriert ist. Die Systemanbindung 112 ist ein Systembus (z. B. ein Einzelebene- oder Mehrfachebenen-Advanced-High-Performance-Bus oder AHB), der sowohl als eine Schnittstelle, die die verschiedenen Komponenten des CPU-Teilsystems 102 miteinander koppelt, als auch als eine Daten- und Steuerungsschnittstelle zwischen den verschiedenen Komponenten des CPU-Teilsystems und der Peripherieanbindung 114 konfiguriert ist.
  • Die Peripherieanbindung 114 ist ein Peripheriebus (z. B. ein Einzelebene- oder Mehrfachebenen-AHB), der die primäre Daten- und Steuerungsschnittstelle zwischen dem CPU-Teilsystem 102 und seinen Peripherieeinheiten und anderen Ressourcen, wie etwa den Systemressourcen 116, den E/A-Blöcken 118 und dem USB-PD-Teilsystem 120, bereitstellt. Die Peripherieanbindung 114 kann verschiedene Controller-Schaltungen (z. B. DMA-Controller (DMA = Direct Memory Access, direkter Speicherzugriff)) umfassen, die programmiert sein können, um Daten zwischen Peripherieblöcken ohne Belastung des CPU-Teilsystems 102 zu übertragen. In verschiedenen Ausführungsformen kann jede der Komponenten des CPU-Teilsystems und der Peripherieanbindung je nach Auswahl oder Typ der CPU, des Systembusses und/oder des Peripheriebusses unterschiedlich sein.
  • Die Systemressourcen 116 umfassen verschiedene elektronische Schaltungen, die den Betrieb des IC-Controllers 100 in seinen verschiedenen Zuständen und Modi unterstützen. Beispielsweise können die Systemressourcen 116 ein Leistungsteilsystem umfassen, das die Leistungsressourcen bereitstellt, die für jeden Controller-Zustand/-Modus erforderlich sind, wie etwa beispielsweise Spannungs- und/oder Stromreferenzen, Aufweck-Unterbrechungs-Controller (WIC, Wake-up Interrupt Controller), Power-On-Reset (POR) etc. In einigen Ausführungsformen kann das Leistungsteilsystem auch Schaltungen umfassen, die es dem IC-Controller 100 erlauben, Leistung mit diversen unterschiedlichen Spannungs- und/oder Strompegeln von externen Quellen zu beziehen und/oder diesen bereitzustellen und einen Controller-Betrieb mit diversen Leistungszuständen (z. B. Tiefschlaf-, Schlaf- und aktive Zustände) zu unterstützen. Die Systemressourcen 116 können auch ein Taktteilsystem, das verschiedene Takte, die von dem IC-Controller 100 verwendet werden, bereitstellt, sowie Schaltungen, die verschiedene Controller-Funktionen, wie etwa ein externes Reset, implementieren, umfassen.
  • Ein IC-Controller, wie etwa der IC-Controller 100, kann verschiedene unterschiedliche Typen von E/A-Blöcken und Teilsystemen in verschiedenen Ausführungsformen und Implementierungen umfassen. Beispielsweise umfasst der IC-Controller 100 in der in 1 illustrierten Ausführungsform die GPIO-Blöcke (GPIO = General Purpose Input Output, Allzweckeingang/-ausgang) 118a, die TCPWM-Blöcke (TCPWM = Timer/Counter/Pulsweitenmodulation) 118b, die SCBs (Serial Communication Blocks, serielle Kommunikationsblöcke) 118c und das USB-PD-Teilsystem 120. Die GPIOs 118a umfassen Schaltungen, die konfiguriert sind, um verschiedene Funktionen zu implementieren, wie etwa beispielsweise Pull-up, Pull-down, Eingangsschwellenauswahl, Eingangs- und Ausgangspuffer-Aktivierung/-Deaktivierung, mit verschiedenen E/A-Pins verbundene Multiplex-Signale etc. Die TCPWMs 118b umfassen Schaltungen, die konfiguriert sind, um Zeitgeber (Timer), Zähler (Counter), Pulsweitenmodulatoren, Decodierer und verschiedene andere Analog-/ Mischsignalelemente zu implementieren, die konfiguriert sind, um an Eingangs-/ Ausgangssignalen zu arbeiten. Die SCBs 118c umfassen Schaltungen, die konfiguriert sind, um verschiedene serielle Kommunikationsschnittstellen zu implementieren, wie etwa beispielsweise 12C, SPI (Serial Peripheral Interface, serielle Peripherieschnittstelle), UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, universeller asynchroner Empfänger/Transmitter), CAN(Controller Area Network)-Schnittstelle, CXPI (Clock eXtension Peripheral Interface) etc.
  • Das USB-PD-Teilsystem 120 stellt die Schnittstelle zu einem USB-Typ-C-Port bereit und ist konfiguriert, um USB-Kommunikationen sowie andere USB-Funktionalitäten, wie etwa Leistungslieferung und Batterieladen, zu unterstützen. Das USB-PD-Teilsystem 120 umfasst die ESD-Schutzschaltungen (ESD = Electro-Static Discharge, elektrostatische Entladung), die an einem Typ-C-Port erforderlich sind. Das USB-PD-Teilsystem 120 umfasst auch einen Typ-C-Sendeempfänger und eine physische Schichtlogik (PHY), die als eine integrierte Basisband-PHY-Schaltung konfiguriert sind, um verschiedene digitale Codierungs-/Decodierungsfunktionen (z. B. Biphase-Mark-Code(BMC)-Codierung/-Decodierung, zyklische Redundanzprüfungen (CRC, Cyclic Redundancy Checks) etc.) und analoge Signalverarbeitungsfunktionen, die an physischen Schichtübertragungen beteiligt sind, durchzuführen. Das USB-PD-Teilsystem 120 stellt auch die Abschlusswiderstände (RP und RD) und ihre Schalter bereit, wie sie durch die USB-PD-Spezifikation gefordert werden, um eine Verbindungsdetektion, eine Steckerorientierungsdetektion und Leistungslieferungsrollen über ein Typ-C-Kabel zu implementieren. Der IC-Controller 100 (und/oder sein USB-PD-Teilsystem 120) kann auch konfiguriert sein, um auf Kommunikationen zu reagieren, die in einer USB-PD-Spezifikation definiert sind, wie etwa beispielsweise SOP-, SOP'- und SOP''-Nachrichtenüberm ittl u ngen.
  • Neben anderen Schaltkreisen kann das USB-PD-Teilsystem 120 ferner Folgendes umfassen: einen Analog-Digital-Wandler (ADC, Analog-to-Digital Converter) zum Umwandeln verschiedener analoger Signale in digitale Signale; einen Fehlerverstärker (ERROR AMP) zum Steuern der an die VBUS-Leitung angelegten Leistungsquellenspannung mittels eines PD-Vertrags; einen Hochspannungsregler (HV REG) zum Umwandeln der Leistungsquellenspannung in die exakte Spannung (z. B. 3-5 V), die zum Versorgen des IC-Controllers 100 mit Leistung erforderlich ist; einen Stromerfassungsverstärker (CSA, Current Sense Amplifier) und eine Schaltung zum Schutz vor Überspannung (OVP-Schaltkreis, OVP = Over-Voltage Protection) zum Bereitstellen eines Schutzes vor Überstrom und Überspannung an der VBUS-Leitung mit konfigurierbaren Schwellen und Reaktionszeiten; einen oder mehrere Gate-Treiber (GATE DRV, Gate Drivers) zum Steuern der Leistungsschalter, die die Bereitstellung von Leistung über die VBUS-Leitung ein- und ausschalten; und eine Kommunikationskanal-PHY(CC BB PHY)-Logik zum Unterstützen von Kommunikationen über eine Typ-C-Kommunikationskanal(CC)-Leitung.
  • In USB-PD-Anwendungen können die VBUS-Anschlüsse während eines Fehlers auf Systemebene eine Bedingung mit umgekehrtem Strom erleiden. Bei dieser Fehlerbedingung können Ampereströme zurück in eine Leistungsquelle, wie etwa einen Spannungsregler, fließen. Der umgekehrte Strom kann daher zu elektrischen und/oder thermischen Schäden (z. B. Schäden durch Überstrom, Schäden durch Überhitzung und so weiter) an der Leistungsquelle führen. In einigen Ausführungsformen kann eine Leistungsschaltung einen Schutz vor umgekehrtem Strom während eines Fehlers auf Systemebene umfassen. Daher können die vorliegenden Techniken einen umgekehrten Stromfluss detektieren und dann einen Schalter ausschalten, um potentielle elektrische und/oder thermische Schäden aufgrund eines umgekehrten Stroms zu vermeiden.
  • Schutz vor umgekehrtem Strom und Stromsteuerung
  • 2 ist ein Diagramm, das ein beispielhaftes Pin-Layout 200 für Pins (z. B. Anschlüsse, Leitungen, Drähte, Leiterbahnen etc.), die in einem USB-C-Stecker oder einer USB-C-Buchse eingeschlossen sein können, in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung illustriert. Das Pin-Layout 200 umfasst zwei Sätze Pins, Satz 210 und Satz 220. Von links nach rechts umfasst der Satz 210 einen MASSE-Pin, einen TX1+- und einen TX1--Pin, einen VBUS-Pin, einen CC1-Pin, einen D+-Pin, einen D--Pin, einen SBU1-Pin, einen VBUS-Pin, einen RX2--Pin, einen RX2+-Pin und einen MASSE-Pin. TX1+ und TX1- in dem Satz 210 können auch als SSTX1+- bzw. TTTX1--Pin bezeichnet werden. Von links nach rechts umfasst der Satz 220 einen MASSE-Pin, einen RX1+- und einen RX1--Pin, einen VBUS-Pin, einen SBU2-Pin, einen D--Pin, einen D+-Pin, einen CC2-Pin, einen VBUS-Pin, einen TX2--Pin, einen TX2+-Pin und einen MASSE-Pin. TX2+ und TX2- in dem Satz 220 können auch als SSTX2+- bzw. TTTX2--Pin bezeichnet werden.
  • In einigen Ausführungsformen können die Größe und der symmetrische Formfaktor des USB-Teilsystems 200 (z. B. eines USB-Typ-C-Teilsystems) die Gefahr erhöhen, dass einer oder mehrere von den VCONN-, CC- und SBU-Pins Fehlerströme aufgrund benachbarter VBUS-Pins mit hoher Spannung (z. B. bis zu 24 V) erleiden. Wird ein USB-C-Verbinder beispielsweise schräg aus einer USB-C-Buchse entfernt, kann dies dazu führen, dass die VCONN-, CC- oder SBU-Pins (z. B. Leitungen, Anschlüsse, Leiterbahnen etc.) mit den VBUS-Pins kurzgeschlossen werden. Die VBUS-Pins können Spannungen bis zu 25 V aufweisen. Es kann jedoch sein, dass die CC- oder SBU-Pins nicht in der Lage sind, die höhere Spannung zu tolerieren, die von den CC- oder SBU-Pins. Dies kann in einem großen Spannungsfluss von den VBUS-Pins zu den VCONN-, CC- oder SBU-Pins resultieren, was andere Vorrichtungen, Schaltungen, Komponenten, Module etc., die mit den VCONN-, CC- oder SBU-Pins gekoppelt sind, beschädigen kann.
  • 3A ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Leistungsschaltung 300A in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung illustriert. In einer Ausführungsform kann die Leistungsschaltung 300A von einem USB-Controller getrennt sein (kann z. B. eine Schaltung, Vorrichtung, Komponente oder ein Modul sein, die/das von einem USB-Controller getrennt ist). In einer anderen Ausführungsform kann die Leistungsschaltung 300A Teil eines USB-Controllers sein (kann z. B. Teil eines Beispiels des USB-PD-Teilsystems 120 sein, das oben in Zusammenhang mit 1 diskutiert wird). Die Leistungsschaltung 300A umfasst einen Spannungsregler 305, einen Leistungs- (oder Last-)schalter 301, eine Schutzschaltung 310, eine Stromsteuerungsschaltung 320 und einen VBUS-Anschluss 302. Der Spannungsregler ist mit einem ersten Anschluss des Schalters 301 gekoppelt. Der VBUS-Anschluss 302 ist mit einem zweiten Anschluss des Schalters 301 gekoppelt. Die Schutzschaltung 310 ist mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Schalters 301 gekoppelt. Die Schutzschaltung 310 ist auch über einen Widerstand R1 mit dem Schalter 301 (z. B. mit einem Gate des Schalters 301) gekoppelt. Die Stromsteuerungsschaltung 320 kann den Strom, der durch den Schalter 301 fließt, begrenzen. Beispielsweise kann die Stromsteuerungsschaltung 320 dabei helfen, sicherzustellen, dass der Strom, der durch den Schalter 301 fließt, kleiner als oder gleich einem Schwellenstrom ist, wie weiter unten genauer erläutert.
  • In einer Ausführungsform kann der Spannungsregler 305 einem ersten Anschluss des Schalters 301 eine Spannung oder einen Strom bereitstellen. Der Schalter 301 kann dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 die Spannung oder den Strom bereitstellen, wenn der Schalter 301 eingeschaltet, aktiviert, offen etc. ist. Der Schalter 301 kann ebenso dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 die Spannung oder den Strom nicht bereitstellen, wenn der Schalter 301 ausgeschaltet, deaktiviert, geschlossen etc. ist. Der Schalter 310 kann dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 etwas Spannung oder Strom bzw. eine Teilspannung oder einen Teilstrom bereitstellen, wenn der Schalter 301 teilweise eingeschaltet, teilweise aktiviert, teilweise offen etc. ist.
  • In einer Ausführungsform kann die Schutzschaltung 310 Hardware (z. B. eine oder mehrere Schaltungen), Software, Firmware oder eine Kombination daraus sein und konfiguriert sein, um eine Bedingung mit umgekehrtem Strom (z. B. eine Bedingung, eine Situation, einen Umstand etc., in der/dem Strom von dem VBUS-Anschluss 302 zu dem Spannungsregler 305 fließt) zu detektieren. Die Schutzschaltung 310 kann auch konfiguriert sein, um zu bestimmen, ob die Leistungsschaltung 300 nahe an einer Bedingung mit umgekehrtem Strom ist, wie weiter unter genauer erläutert.
  • In einer Ausführungsform kann die Schutzschaltung 310 die Spannung an dem ersten Anschluss (z. B. eine erste Spannung) detektieren und die Spannung an dem zweiten Anschluss (z. B. eine zweite Spannung) detektieren. Die Schutzschaltung 310 kann bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet. Beispielsweise kann die Schutzschaltung 310 bestimmen, ob die zweite Spannung größer als die erste Spannung ist. In einem anderen Beispiel kann die Schutzschaltung 310 bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb eines Bereichs der ersten Spannung befindet oder kleiner ist.
  • In einer Ausführungsform kann die Schutzschaltung 310, wenn sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet, den Betrieb des Schalters 301 anpassen. Beispielsweise kann die Schutzschaltung 310 den Schalter 301 deaktivieren. In einem anderen Beispiel kann die Schutzschaltung 310 die Einschaltdauer des Schalters 301 anpassen. Das Anpassen der Einschaltdauer des Schalters 301 kann das Aktivieren des Schalters 301 für eine Zeitspanne und das Deaktivieren des Schalters 301 für eine Zeitspanne umfassen. Beispielsweise kann der Schalter 301 für 8 Millisekunden (ms) aktiviert und für 2 ms deaktiviert werden (kann z. B. eine Einschaltdauer von 80 % aufweisen). In einem weiteren Beispiel kann die Schutzschaltung 310 den Schalter 301 teilweise aktivieren. Beispielsweise kann die Schutzschaltung 310 den Schalter 301 so teilweise aktivieren, dass der Schalter 301 erlaubt, dass 90 % des Stroms oder der Spannung, der/die normalerweise durch den Schalter 301 hindurchgeht, zu dem VBUS-Anschluss 302 hindurchgehen. In einer anderen Ausführungsform kann die Schutzschaltung 310, wenn sich die zweite Spannung nicht innerhalb einer Schwelle der ersten Spannung befindet, das Anpassen des Betriebs des Schalters 301 unterlassen. Beispielsweise kann die Schutzschaltung 310 die Einschaltdauer des Schalters 301 nicht variieren, den Schalter 301 nicht teilweise aktivieren, den Schalter 301 nicht deaktivieren etc.
  • Die Schutzschaltung 310 kann verwendet werden, um dem Gate des Schalters 301 eine Spannung (VPUMP) bereitzustellen oder diese zu steuern. In einigen Ausführungsformen kann die Spannung (VPUMP) um die 5 V betragen, es können jedoch in anderen Ausführungsformen andere Spannungen verwendet werden. Die Schutzschaltung 310 kann konfiguriert sein, um den Betrieb einer oder mehrerer Ladungspumpen zu steuern und um den Betrieb des Schalters 301 zu steuern. Beispielsweise kann die Schutzschaltung 310 Ladungspumpen verwenden, um dem Gate des Schalters 301 die Spannung VPUMP bereitzustellen, um den Schalter 301 zu öffnen. Das Öffnen des Schalters 301 kann das Fließen von Strom durch den Schalter 301 erlauben. Das Öffnen des Schalters 301 kann auch als Aktivieren des Schalters 301, Einschalten des Schalters 301 etc. bezeichnet werden. In einem anderen Beispiel kann die Schutzschaltung 310 damit aufhören, dem Gate des Schalters 301 eine Spannung bereitzustellen, um den Schalter zu schließen. Das Schließen des Schalters 301 kann das Fließen von Strom durch den Schalter 301 verhindern. Das Schließen des Schalters 301 kann auch als Deaktivieren des Schalters 301, Ausschalten des Schalters 301 etc. bezeichnet werden. Das teilweise Öffnen des Schalters 301 kann das Fließen von etwas Strom durch den Schalter 301 erlauben. Das teilweise Öffnen des Schalters 301 kann auch als teilweises Aktivieren des Schalters 301, teilweises Schließen des Schalters 301, teilweises Deaktivieren des Schalters 301 etc. bezeichnet werden.
  • Wie oben diskutiert, können die Leistungsschaltung 300A und die Schutzschaltung 310 Teil eines USB-Controllers sein. Das Einschließen der Leistungsschaltung 300A und der Schutzschaltung 310 als Teil des USB-Controllers erlaubt es, den Gesamtwiderstandswert des Schalters 301 zu reduzieren. Das Reduzieren des Gesamtwiderstandwerts des Schalters 301 kann es der Leistungsschaltung 300A oder einer Vorrichtung, die mit der Leistungsschaltung 300A gekoppelt ist, erlauben, mit mehr Leistungseffizienz zu arbeiten (z. B. weniger Leistung zu verwenden). Das Einschließen der Leistungsschaltung 300A und der Schutzschaltung 310 als Teil des USB-Controllers kann auch die Kosten der Vorrichtung reduzieren.
  • 3B ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Leistungsschaltung 300B in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung illustriert. In einer Ausführungsform kann die Leistungsschaltung 300B von einem USB-Controller getrennt sein (kann z. B. eine Schaltung, Vorrichtung, Komponente oder ein Modul sein, die/das von einem USB-Controller getrennt ist). In einer anderen Ausführungsform kann die Leistungsschaltung 300B Teil eines USB-Controllers sein (kann z. B. Teil eines Beispiels des USB-PD-Teilsystems 120 sein, das oben in Zusammenhang mit 1 diskutiert wird). Die Leistungsschaltung 300B umfasst einen Spannungsregler 305, einen Schalter 301, eine Schutzschaltung 310 und einen VBUS-Anschluss 302. Der Spannungsregler ist mit einem ersten Anschluss des Schalters 301 gekoppelt. Der VBUS-Anschluss 302 ist mit einem zweiten Anschluss des Schalters 301 gekoppelt.
  • In einer Ausführungsform kann der Spannungsregler 305 einem ersten Anschluss des Schalters 301 eine Spannung oder einen Strom bereitstellen. Der Schalter 301 kann dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 die Spannung oder den Strom bereitstellen, wenn der Schalter 301 eingeschaltet, aktiviert, offen etc. ist. Der Schalter 301 kann ebenso dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 die Spannung oder den Strom nicht bereitstellen, wenn der Schalter 301 ausgeschaltet, deaktiviert, geschlossen etc. ist. Der Schalter 310 kann dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 etwas Spannung oder Strom bzw. eine Teilspannung oder einen Teilstrom bereitstellen, wenn der Schalter 301 teilweise eingeschaltet, teilweise aktiviert, teilweise offen etc. ist.
  • Die Schutzschaltung umfasst eine Vergleichskomponente 331, die mit einer Gate-Steuerungskomponente 325 gekoppelt ist. Die Vergleichskomponente 331 ist über einen Widerstandsteiler 333 und eine Clipper-Schaltung 332 (z. B. eine Diode, einen diodenverbundenen Feldeffekttransistor (FET) etc.) mit dem ersten Anschluss gekoppelt. Die Vergleichskomponente 331 ist auch mit dem zweiten Anschluss über einen Widerstandsteiler 333 und eine Clipper-Schaltung 332 gekoppelt. Die Clipper-Schaltungen 332 können Schäden an der Vergleichskomponente 331 verhindern, indem sie die Spannung, die der Vergleichskomponente 331 bereitgestellt wird, begrenzen. In einer Ausführungsform kann die Vergleichskomponente 331 ein Komparator, ein digitaler Komparator, ein Größenordnungskomparator, ein Operationsverstärker (Op-Amp) oder eine andere Vorrichtung, eine andere Schaltung, ein anderes Modul, eine andere Komponente etc. sein, die/das mehrere Spannungen vergleichen kann. Die Gate-Steuerungskomponente 325 ist über einen Widerstand R1 mit dem Schalter 301 (z. B. mit einem Gate des Schalters 301) gekoppelt.
  • In einer Ausführungsform kann die Schutzschaltung 310 Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination daraus sein und konfiguriert sein, um eine Bedingung mit umgekehrtem Strom zu detektieren. Die Vergleichskomponente 331 kann die Spannung an dem ersten Anschluss (z. B. eine erste Spannung) detektieren und die Spannung an dem zweiten Anschluss (z. B. eine zweite Spannung) detektieren. Die Vergleichskomponente 331 kann bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet. Beispielsweise kann die Vergleichskomponente 331 bestimmen, ob die zweite Spannung, die an dem zweiten Anschluss (der mit dem VBUS-Anschluss 302 gekoppelt ist) detektiert wird, größer ist als die erste Spannung, die an dem ersten Anschluss (der mit dem Spannungsregler 305 gekoppelt ist) detektiert wird. Wenn die an dem zweiten Anschluss detektierte zweite Spannung größer ist als die an dem ersten Anschluss detektierte erste Spannung, dann ist in der Leistungsschaltung 300B eine Bedingung mit umgekehrtem Strom aufgetreten (fließt z. B. Strom von dem VBUS-Knoten 302 zu dem Spannungsregler 305).
  • Die Gate-Steuerungskomponente 325 kann Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination daraus sein und konfiguriert sein, um den Betrieb des Schalters 301 anzupassen. In einer Ausführungsform kann die Gate-Steuerungskomponente 325, wenn sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet (wenn z. B. die zweite Spannung größer als die erste Spannung ist), den Betrieb des Schalters 301 anpassen. Beispielsweise kann die Gate-Steuerungskomponente 325 den Schalter 301 deaktivieren. Die Gate-Steuerungskomponente 325 kann verwendet werden, um dem Gate des Schalters 301 eine Spannung (VPUMP) bereitzustellen oder diese zu steuern. Die Gate-Steuerungskomponente 325 kann konfiguriert sein, um den Betrieb einer oder mehrerer Ladungspumpen zu steuern und um den Betrieb des Schalters 301 zu steuern. Beispielsweise kann die Gate-Steuerungskomponente 325 Ladungspumpen verwenden, um dem Gate des Schalters 301 die Spannung VPUMP bereitzustellen, um den Schalter 301 zu öffnen. In einem anderen Beispiel kann die Gate-Steuerungskomponente 325 damit aufhören, dem Gate des Schalters 301 eine Spannung bereitzustellen, um den Schalter zu schließen. Das Schließen des Schalters 301 kann das Fließen von Strom durch den Schalter 301 verhindern. Das Schließen des Schalters 301 kann auch als Deaktivieren des Schalters 301, Ausschalten des Schalters 301 etc. bezeichnet werden.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Steuerungskomponente 325, wenn sich die zweite Spannung nicht innerhalb einer Schwelle der ersten Spannung befindet, das Anpassen des Betriebs des Schalters 301 unterlassen. Beispielsweise kann die Steuerungskomponente 325 die Gate-Steuerung des Schalters 301 nicht variieren, den Schalter 301 nicht teilweise aktivieren, den Schalter 301 nicht deaktivieren etc.
  • Die Leistungsschaltung 300B umfasst auch eine Vergleichskomponente 335. Die Vergleichskomponente 335 kann die Spannung von dem ersten Anschluss empfangen und kann die an dem ersten Anschluss empfangene Spannung mit einer Referenzspannung Vref vergleichen. Wenn die Spannung an dem ersten Anschluss höher als Vref ist, kann dies darauf hinweisen, dass eine Bedingung mit umgekehrtem Strom aufgetreten ist (dass z. B. die Spannung an dem zweiten Anschluss höher als die Spannung an dem ersten Anschluss ist). Die Vergleichskomponente 335 kann ein Überspannung_detektiert-Signal an die Gate-Steuerungskomponente 325 ausgeben. Die Gate-Steuerungskomponente 325 kann den Schalter 301 ausschalten oder deaktivieren, wenn das Überspannung_detektiert-Signal darauf hinweist, dass die zweite Spannung höher als die erste Spannung ist (dass z. B. eine Überstrombedingung aufgetreten ist).
  • In einer Ausführungsform kann die Schutzschaltung 310 Teil eines USB-Controllers sein. Beispielsweise können die Gate-Steuerungskomponente 325, die Vergleichskomponente 331, die Vergleichskomponente 335, die Clipper-Schaltungen 332 und die Widerstandsteiler 333 Teil des USB-Controllers sein.
  • 3C ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Leistungsschaltung 300C in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung illustriert. In einer Ausführungsform kann die Leistungsschaltung 300C von einem USB-Controller getrennt sein (kann z. B. eine Schaltung, Vorrichtung, Komponente oder ein Modul sein, die/das von einem USB-Controller getrennt ist). In einer anderen Ausführungsform kann die Leistungsschaltung 300C Teil eines USB-Controllers sein (kann z. B. Teil eines Beispiels des USB-PD-Teilsystems 120 sein, das oben in Zusammenhang mit 1 diskutiert wird). Die Leistungsschaltung 300C umfasst einen Spannungsregler 305, einen Schalter 301, eine Schutzschaltung 310 und einen VBUS-Anschluss 302. Der Spannungsregler ist mit einem ersten Anschluss des Schalters 301 gekoppelt. Der VBUS-Anschluss 302 ist mit einem zweiten Anschluss des Schalters 301 gekoppelt.
  • In einer Ausführungsform kann der Spannungsregler 305 einem ersten Anschluss des Schalters 301 eine Spannung oder einen Strom bereitstellen. Der Schalter 301 kann dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 die Spannung oder den Strom bereitstellen, wenn der Schalter 301 eingeschaltet, aktiviert, offen etc. ist. Der Schalter 301 kann ebenso dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 die Spannung oder den Strom nicht bereitstellen, wenn der Schalter 301 ausgeschaltet, deaktiviert, geschlossen etc. ist. Der Schalter 310 kann dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 etwas Spannung oder Strom bzw. eine Teilspannung oder einen Teilstrom bereitstellen, wenn der Schalter 301 teilweise eingeschaltet, teilweise aktiviert, teilweise offen etc. ist.
  • Die Schutzschaltung umfasst eine Vergleichskomponente 331, die mit einer Einschaltdauerkomponente 335 gekoppelt ist. Die Vergleichskomponente 331 ist über einen Widerstandsteiler 333 und eine Clipper-Schaltung 332 (z. B. eine Diode, einen diodenverbundenen Feldeffekttransistor (FET) etc.) mit dem ersten Anschluss gekoppelt. Die Vergleichskomponente 331 ist auch mit dem zweiten Anschluss über einen Widerstandsteiler 333 und eine Clipper-Schaltung 332 gekoppelt. Die Clipper-Schaltungen 332 können Schäden an der Vergleichskomponente 331 verhindern, indem sie die Spannung, die der Vergleichskomponente 331 bereitgestellt wird, begrenzen. In einer Ausführungsform kann die Vergleichskomponente 331 ein Komparator, ein Op-Amp oder eine andere Vorrichtung, eine andere Schaltung, ein anderes Modul, eine andere Komponente etc. sein, die/das mehrere Spannungen vergleichen kann. Die Einschaltdauerkomponente 335 ist über einen Widerstand R1 mit dem Schalter 301 (z. B. mit einem Gate des Schalters 301) gekoppelt.
  • In einer Ausführungsform kann die Schutzschaltung 310 Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination daraus sein und konfiguriert sein, um eine Bedingung mit umgekehrtem Strom zu detektieren. Die Vergleichskomponente 331 kann die Spannung an dem ersten Anschluss (z. B. eine erste Spannung) detektieren und die Spannung an dem zweiten Anschluss (z. B. eine zweite Spannung) detektieren. Die Vergleichskomponente 331 kann bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet. Beispielsweise kann die Vergleichskomponente 331 bestimmen, ob die zweite Spannung, die an dem zweiten Anschluss (der mit dem VBUS-Anschluss 302 gekoppelt ist) detektiert wird, größer ist als die erste Spannung, die an dem ersten Anschluss (der mit dem Spannungsregler 305 gekoppelt ist) detektiert wird. Wenn die an dem zweiten Anschluss detektierte zweite Spannung größer ist als die an dem ersten Anschluss detektierte erste Spannung, dann ist in der Leistungsschaltung 300C eine Bedingung mit umgekehrtem Strom aufgetreten (fließt z. B. Strom von dem VBUS-Knoten 302 zu dem Spannungsregler 305).
  • Die Vergleichskomponente 331 kann auch bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb eines oder mehrerer Spannungsbereiche (z. B. Schwellenbereiche) der ersten Spannung befindet. Beispielsweise kann sich die zweite Spannung innerhalb von 1 Millivolt (mV) bis 10 mV von der ersten Spannung befinden (kann die zweite Spannung z. B. 1 mV bis 10 mV kleiner als die erste Spannung sein). In einem anderen Beispiel kann sich die zweite Spannung innerhalb von 31 mV bis 40 mV von der ersten Spannung befinden (kann die zweite Spannung z. B. 31 mV bis 40 mV kleiner als die erste Spannung sein). In einem weiteren Beispiel kann sich die zweite Spannung innerhalb von 61 mV bis 70 mV von der ersten Spannung befinden (kann die zweite Spannung z. B. 61 mV bis 70 mV kleiner als die erste Spannung sein).
  • Die Einschaltdauerkomponente 335 kann Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination daraus sein und konfiguriert sein, um den Betrieb des Schalters 301 anzupassen. Die Einschaltdauerkomponente 335 kann verwendet werden, um dem Gate des Schalters 301 eine Spannung (VPUMP) bereitzustellen oder diese zu steuern. Die Einschaltdauerkomponente 335 kann konfiguriert sein, um den Betrieb einer oder mehrerer Ladungspumpen zu steuern und um die Einschaltdauer des Schalters 301 zu steuern. Beispielsweise kann die Einschaltdauerkomponente 335 Ladungspumpen verwenden, um dem Gate des Schalters 301 die Spannung VPUMP bereitzustellen, um den Schalter 301 zu öffnen. In einem anderen Beispiel kann die Einschaltdauerkomponente 335 damit aufhören, dem Gate des Schalters 301 eine Spannung bereitzustellen, um den Schalter zu schließen. Das Schließen des Schalters 301 kann das Fließen von Strom durch den Schalter 301 verhindern. Das Schließen des Schalters 301 kann auch als Deaktivieren des Schalters 301, Ausschalten des Schalters 301 etc. bezeichnet werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Einschaltdauerkomponente 335, wenn sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet (wenn z. B. die zweite Spannung größer als die erste Spannung ist), den Betrieb des Schalters 301 anpassen. Beispielsweise kann die Einschaltdauerkomponente 335 die Einschaltdauer des Schalters 301 anpassen. Das Anpassen der Menge an Zeit, während der der Schalter 301 aktiviert ist, kann als Anpassen der Einschaltdauer des Schalters 301 bezeichnet werden. Wenn der Schalter 301 beispielsweise eine Einschaltdauer von 75 % aufweist, dann kann der Schalter 301 während 75 % der Zeit aktiviert sein.
  • In einer Ausführungsform kann die Einschaltdauerkomponente 335 die Einschaltdauer des Schalters 301 basierend darauf anpassen, ob sich die zweite Spannung innerhalb eines oder mehrerer Spannungsbereiche (z. B. Schwellenbereiche) der ersten Spannung befindet. Die Einschaltdauerkomponente 335 kann den Schalter 301 basierend auf unterschiedlichen Spannungsbereichen mit unterschiedlichen Einschaltdauern betreiben. Wenn die zweite Spannung beispielsweise 61 mV bis 70 mV kleiner als die erste Spannung ist, kann die Einschaltdauerkomponente 335 den Schalter 301 mit einer Einschaltdauer von 90 % betreiben. Wenn in einem anderen Beispiel die zweite Spannung 1 mV bis 10 mV kleiner als die erste Spannung ist, kann die Einschaltdauerkomponente 335 den Schalter 301 mit einer Einschaltdauer von 20 % betreiben (ist der Schalter 301 z. B. 80 % der Zeit deaktiviert). Wenn in einem weiteren Beispiel die zweite Spannung höher als die erste Spannung ist, kann die Einschaltdauerkomponente 335 den Schalter komplett deaktivieren (kann den Schalter
    z. B. mit einer Einschaltdauer von 0 % betreiben). Das Variieren der Einschaltdauer des Schalters 301 kann es der Leistungsschaltung 300C erlauben, eine plötzliche oder abrupte Deaktivierung des Schalters 301 zu vermeiden. Dies kann es mit der Leistungsschaltung 300 gekoppelten Komponenten erlauben, solange weiterzuarbeiten, bis der Schalter 301 komplett deaktiviert oder geschlossen ist.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Steuerungskomponente 325, wenn sich die zweite Spannung -innerhalb einer Schwelle der ersten Spannung befindet, das Anpassen des Betriebs des Schalters 301 unterlassen. Beispielsweise kann die Steuerungskomponente 325 die Einschaltdauer des Schalters 301 nicht variieren, den Schalter 301 nicht teilweise aktivieren, den Schalter 301 nicht deaktivieren etc.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Einschaltdauerkomponente 335 programmierbar sein. Beispielsweise kann die Einschaltdauerkomponente 335 Eingaben, Signale, Nachrichten, Pakete, Rahmen etc. empfangen, die auf unterschiedliche Spannungsbereiche hinweisen können. Die Eingaben, Signale, Nachrichten, Pakete, Rahmen etc. können auch auf die Einschaltdauern für die unterschiedlichen Bereiche hinweisen. In anderen Ausführungsformen kann die Vergleichskomponente 331 ebenfalls programmierbar sein. Beispielsweise kann die Vergleichskomponente 331 programmiert sein, um unterschiedliche Spannungen zu detektieren.
  • In einer Ausführungsform kann die Schutzschaltung 310 Teil eines USB-Controllers sein. Beispielsweise können die Einschaltdauerkomponente 335, die Vergleichskomponente 331, die Clipper-Schaltungen 332 und die Widerstandsteiler 333 Teil des USB-Controllers sein.
  • 3D ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Leistungsschaltung 300D in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der Offenbarung illustriert. In einer Ausführungsform kann die Leistungsschaltung 300D von einem USB-Controller getrennt sein (kann z. B. eine Schaltung, Vorrichtung, Komponente oder ein Modul sein, die/das von einem USB-Controller getrennt ist). In einer anderen Ausführungsform kann die Leistungsschaltung 300D Teil eines USB-Controllers sein (kann z. B. Teil eines Beispiels des USB-PD-Teilsystems 120 sein, das oben in Zusammenhang mit 1 diskutiert wird). Die Leistungsschaltung 300D umfasst einen Spannungsregler 305, einen Schalter 301, eine Schutzschaltung 310 und einen VBUS-Anschluss 302. Der Spannungsregler ist mit einem ersten Anschluss des Schalters 301 gekoppelt. Der VBUS-Anschluss 302 ist mit einem zweiten Anschluss des Schalters 301 gekoppelt.
  • In einer Ausführungsform kann der Spannungsregler 305 einem ersten Anschluss des Schalters 301 eine Spannung oder einen Strom bereitstellen. Der Schalter 301 kann dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 die Spannung oder den Strom bereitstellen, wenn der Schalter 301 eingeschaltet, aktiviert, offen etc. ist. Der Schalter 301 kann ebenso dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 die Spannung oder den Strom nicht bereitstellen, wenn der Schalter 301 ausgeschaltet, deaktiviert, geschlossen etc. ist. Der Schalter 310 kann dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 etwas Spannung oder Strom bzw. eine Teilspannung oder einen Teilstrom bereitstellen, wenn der Schalter 301 teilweise eingeschaltet, teilweise aktiviert, teilweise offen etc. ist.
  • Die Schutzschaltung umfasst eine Vergleichskomponente 331, die mit einer Stromquelle 345 gekoppelt ist. Die Vergleichskomponente 331 ist über einen Widerstandsteiler 333 und eine Clipper-Schaltung 332 (z. B. eine Diode, einen diodenverbundenen Feldeffekttransistor (FET) etc.) mit dem ersten Anschluss gekoppelt. Die Vergleichskomponente 331 ist auch mit dem zweiten Anschluss über einen Widerstandsteiler 333 und eine Clipper-Schaltung 332 gekoppelt. Die Clipper-Schaltungen 332 können Schäden an der Vergleichskomponente 331 verhindern, indem sie die Spannung, die der Vergleichskomponente 331 bereitgestellt wird, begrenzen. In einer Ausführungsform kann die Vergleichskomponente 331 ein Komparator, ein Op-Amp oder eine andere Vorrichtung, eine andere Schaltung, ein anderes Modul, eine andere Komponente etc. sein, die/das mehrere Spannungen vergleichen kann. Die Stromquelle 345 ist über einen Widerstand R1 mit dem Schalter 301 (z. B. mit einem Gate des Schalters 301) gekoppelt.
  • In einer Ausführungsform kann die Schutzschaltung 310 Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination daraus sein und konfiguriert sein, um eine Bedingung mit umgekehrtem Strom zu detektieren. Die Vergleichskomponente 331 kann die Spannung an dem ersten Anschluss (z. B. eine erste Spannung) detektieren und die Spannung an dem zweiten Anschluss (z. B. eine zweite Spannung) detektieren. Die Vergleichskomponente 331 kann bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet. Beispielsweise kann die Vergleichskomponente 331 bestimmen, ob die zweite Spannung, die an dem zweiten Anschluss (der mit dem VBUS-Anschluss 302 gekoppelt ist) detektiert wird, größer ist als die erste Spannung, die an dem ersten Anschluss (der mit dem Spannungsregler 305 gekoppelt ist) detektiert wird. Wenn die an dem zweiten Anschluss detektierte zweite Spannung größer ist als die an dem ersten Anschluss detektierte erste Spannung, dann ist in der Leistungsschaltung 300D eine Bedingung mit umgekehrtem Strom aufgetreten (fließt z. B. Strom von dem VBUS-Knoten 302 zu dem Spannungsregler 305).
  • Die Vergleichskomponente 331 kann auch bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb eines oder mehrerer Spannungsbereiche (z. B. Schwellenbereiche) der ersten Spannung befindet. Beispielsweise kann sich die zweite Spannung innerhalb von 1 Millivolt (mV) bis 10 mV von der ersten Spannung befinden (kann die zweite Spannung z. B. 1 mV bis 10 mV kleiner als die erste Spannung sein). In einem anderen Beispiel kann sich die zweite Spannung innerhalb von 31 mV bis 40 mV von der ersten Spannung befinden (kann die zweite Spannung z. B. 31 mV bis 40 mV kleiner als die erste Spannung sein). In einem weiteren Beispiel kann sich die zweite Spannung innerhalb von 61 mV bis 70 mV von der ersten Spannung befinden (kann die zweite Spannung z. B. 61 mV bis 70 mV kleiner als die erste Spannung sein).
  • Die Stromquelle 345 kann Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination daraus sein und konfiguriert sein, um den Betrieb des Schalters 301 anzupassen. Die Stromquelle 345 kann verwendet werden, um dem Gate des Schalters 301 eine Spannung (VPUMP) bereitzustellen oder diese zu steuern. Die Stromquelle 345 kann konfiguriert sein, um den Betrieb einer oder mehrerer Ladungspumpen zu steuern und um den Schalter 301 teilweise zu aktivieren oder teilweise zu deaktivieren. Beispielsweise kann die Stromquelle 345 Ladungspumpen verwenden, um dem Gate des Schalters 301 die Spannung VPUMP bereitzustellen, um den Schalter 301 zu öffnen. In einem anderen Beispiel kann die Stromquelle 345 VPUMP reduzieren, um den Schalter 301 teilweise zu aktivieren oder teilweise zu öffnen. Das teilweise Schließen oder teilweise Deaktivieren des Schalters 301 kann es erlauben, dass etwas (z. B. ein Prozentsatz) von dem Strom oder der Spannung von dem Spannungsregler 305 durch den Schalter zu dem VBUS-Knoten 302 fließt. Das komplette Schließen des Schalters 301 kann das Fließen von Strom durch den Schalter 301 verhindern. Das komplette Schließen des Schalters 301 kann auch als Deaktivieren des Schalters 301, Ausschalten des Schalters 301 etc. bezeichnet werden.
  • In einer Ausführungsform kann die Stromquelle 345, wenn sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet (wenn z. B. die zweite Spannung größer als die erste Spannung ist), den Betrieb des Schalters 301 anpassen. Beispielsweise kann die Stromquelle 345 den Schalter 301 auf unterschiedliche Grade teilweise aktivieren oder teilweise öffnen.
  • In einer Ausführungsform kann die Stromquelle 345 den Grad oder das Ausmaß der Öffnung des Schalters 301 basierend darauf anpassen, ob sich die zweite Spannung innerhalb eines oder mehrerer Spannungsbereiche (z. B. Schwellenbereiche) der ersten Spannung befindet. Beispielsweise kann die Stromquelle 345 den Schalter 301 basierend auf unterschiedlichen Spannungsbereichen auf unterschiedliche Grade oder Ausmaße öffnen. Wenn die zweite Spannung beispielsweise 61 mV bis 70 mV kleiner als die erste Spannung ist, kann die Stromquelle 345 den Schalter 301 auf 90 % teilweise öffnen (kann z. B. erlauben, dass 90 % des Stroms oder der Spannung von dem Spannungsregler 305 durch den Schalter 301 gehen). Wenn in einem anderen Beispiel die zweite Spannung 1 mV bis 10 mV kleiner als die erste Spannung ist, kann die Stromquelle 345 den Schalter 301 auf 20 % teilweise öffnen (kann z. B. erlauben, dass 20 % des Stroms oder der Spannung von dem Spannungsregler 305 durch den Schalter 301 gehen). Wenn in einem weiteren Beispiel die zweite Spannung höher als die erste Spannung ist, kann die Stromquelle 345 den Schalter 301 komplett deaktivieren (kann z. B. erlauben, dass 0 % des Stroms oder der Spannung von dem Spannungsregler 305 durch den Schalter 301 gehen). Das teilweise Aktivieren des Schalters 301 kann es der Leistungsschaltung 300D erlauben, eine plötzliche oder abrupte Deaktivierung des Schalters 301 zu vermeiden. Dies kann es mit der Leistungsschaltung 300 gekoppelten Komponenten erlauben, solange weiterzuarbeiten, bis der Schalter 301 komplett deaktiviert oder geschlossen ist.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Steuerungskomponente 325, wenn sich die zweite Spannung nicht innerhalb einer Schwelle der ersten Spannung befindet, das Anpassen des Betriebs des Schalters 301 unterlassen. Beispielsweise kann die Steuerungskomponente 325 die Einschaltdauer des Schalters 301 nicht variieren, den Schalter 301 nicht teilweise aktivieren, den Schalter 301 nicht deaktivieren etc.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Stromquelle 345 programmierbar sein. Beispielsweise kann die Stromquelle 345 Eingaben, Signale, Nachrichten, Pakete, Rahmen etc. empfangen, die auf unterschiedliche VPUMP-Spannungen hinweisen können, die dem Gate des Schalters 301 bereitgestellt werden können. Die Eingaben, Signale, Nachrichten, Pakete, Rahmen etc. können auch auf die unterschiedlichen Spannungsbereiche hinweisen, die mit den unterschiedlichen VPUMP-Spannungen assoziiert sind. In anderen Ausführungsformen kann die Vergleichskomponente 331 ebenfalls programmierbar sein. Beispielsweise kann die Vergleichskomponente 331 programmiert sein, um unterschiedliche Spannungen zu detektieren.
  • In einer Ausführungsform kann die Schutzschaltung 310 Teil eines USB-Controllers sein. Beispielsweise können die Stromquelle 345, die Vergleichskomponente 331, die Clipper-Schaltungen 332 und die Widerstandsteiler 333 Teil des USB-Controllers sein.
  • 4 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Leistungsschaltung 400 in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung illustriert. In einer Ausführungsform kann die Leistungsschaltung 400 von einem USB-Controller getrennt sein (kann z. B. eine Schaltung, Vorrichtung, Komponente oder ein Modul sein, die/das von einem USB-Controller getrennt ist). In einer anderen Ausführungsform kann die Leistungsschaltung 400 Teil eines USB-Controllers sein (kann z. B. Teil eines Beispiels des USB-PD-Teilsystems 120 sein, das oben in Zusammenhang mit 1 diskutiert wird). Die Leistungsschaltung 400 umfasst einen Spannungsregler 305, eine Referenzstromquelle 455, einen Schalter 301, eine Stromsteuerungsschaltung 320 und einen VBUS-Anschluss 302. Der Spannungsregler ist mit einem ersten Anschluss des Schalters 301 gekoppelt. Der VBUS-Anschluss 302 ist mit einem zweiten Anschluss des Schalters 301 gekoppelt. In einer Ausführungsform kann die Stromsteuerungsschaltung 320 Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination daraus sein und konfiguriert sein, um zu detektieren, wenn der Strom von dem Spannungsregler 305 größer als ein Schwellenstrom ist, und um den Strom von dem Spannungsregler 305, der durch den Schalter 301 fließt, zu begrenzen oder zu reduzieren. Wenn der Strom von dem Spannungsregler 305 größer als ein Schwellenstrom ist, kann dies als eine Überstrombedingung bezeichnet werden (z. B. eine Bedingung, bei der mehr als der Schwellenstrom durch den Schalter 301 fließt). Der Schwellenstrom kann programmierbar sein und kann von einer mit einem USB-Controller gekoppelten Vorrichtung empfangen werden (z. B. einer Vorrichtung, die Strom von dem Spannungsregler 305 empfängt).
  • In einer Ausführungsform kann der Spannungsregler 305 einem ersten Anschluss des Schalters 301 eine Spannung oder einen Strom bereitstellen. Der Schalter 301 kann dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 die Spannung oder den Strom bereitstellen, wenn der Schalter 301 eingeschaltet, aktiviert, offen etc. ist. Der Schalter 301 kann ebenso dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 die Spannung oder den Strom nicht bereitstellen, wenn der Schalter 301 ausgeschaltet, deaktiviert, geschlossen etc. ist. Der Schalter 310 kann dem zweiten Anschluss und dem VBUS-Anschluss 302 etwas Spannung oder Strom bzw. eine Teilspannung oder einen Teilstrom bereitstellen, wenn der Schalter 301 teilweise eingeschaltet, teilweise aktiviert, teilweise offen etc. ist.
  • In einer Ausführungsform kann die Referenzstromquelle 455 einen Referenzstrom bereitstellen, der verwendet werden kann, um den Strom von dem Spannungsregler 305 zu begrenzen. Beispielsweise kann der Strom von dem Spannungsregler 305 mit dem durch die Referenzstromquelle 455 generierten Referenzstrom verglichen werden. Die Referenzstromquelle 455 kann programmierbar sein. Beispielsweise kann der durch die Referenzstromquelle 455 generierte Strom durch Programmierung geändert/angepasst werden.
  • Die Stromsteuerungsschaltung 320 umfasst eine Vergleichskomponente 431, die mit einer Stromquelle 445 gekoppelt ist. Die Vergleichskomponente 431 ist mit dem Spannungsregler 305 und der Referenzstromquelle 455 gekoppelt. Die Vergleichskomponente 431 ist auch mit der Gate-Stromquelle 445 gekoppelt. Die Komponente 431 ist auch über den Reihenwiderstandswert RSENSE verbunden, der zum Erfassen der Stromrichtung verwendet werden kann. Wenn eine Bedingung mit umgekehrtem Strom auftritt, fließt der Strom von dem Anschluss 302 zu dem Spannungsregler 305. In einigen Ausführungsformen kann die Vergleichskomponente 431 bewirken, dass der Schalter 301 deaktiviert oder ausgeschaltet wird. In anderen Ausführungsformen kann die Vergleichskomponente 431 bewirken, dass der Schalter 301 teilweise aktiviert wird (z. B. teilweise eingeschaltet wird, basierend auf der Größenordnung der Spannung an RSENSE). Obwohl in 4 eine Gate-Stromquelle 445 illustriert ist, kann zum Anpassen des Betriebs des Schalters 301 eine Gate-Steuerungskomponente (z. B. die in 3B illustrierte Gate-Steuerungskomponente 325) oder eine Einschaltdauerkomponente (z. B. die in 3C illustrierte Einschaltdauerkomponente 335) verwendet werden. In einer Ausführungsform kann die Vergleichskomponente 431 ein Stromerfassungsverstärker (CSA) oder eine andere Vorrichtung, eine andere Schaltung, ein anderes Modul, eine andere Komponente etc. sein, die/das mehrere Ströme vergleichen kann. Die Gate-Stromquelle 445 ist über einen Widerstand R1 mit dem Schalter 301 (z. B. mit einem Gate des Schalters 301) gekoppelt.
  • Die Vergleichskomponente 431 kann den Strom von dem Spannungsregler 305 und den Strom von der Referenzstromquelle 455 detektieren. Wenn der Strom von dem Spannungsregler 305 größer als der Referenzstrom ist, kann die Vergleichskomponente 431 Signale, Nachrichten, Bits etc. an die Gate-Stromquelle 445 ausgeben, um darauf hinzuweisen, dass der Strom von dem Spannungsregler 305 größer als der Referenzstrom ist. Wenn der Strom von dem Spannungsregler 305 kleiner als oder gleich dem Referenzstrom ist, kann die Vergleichskomponente 431 Signale, Nachrichten, Bits etc. an die Gate-Stromquelle 445 ausgeben, um darauf hinzuweisen, dass der Strom von dem Spannungsregler 305 kleiner als oder gleich dem Referenzstrom ist.
  • Die Gate-Stromquelle 445 kann Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination daraus sein und konfiguriert sein, um den Betrieb des Schalters 301 anzupassen. Die Gate-Stromquelle 445 kann verwendet werden, um dem Gate des Schalters 301 eine Spannung (VPUMP) bereitzustellen oder diese zu steuern. Die Gate-Stromquelle 445 kann konfiguriert sein, um den Betrieb einer oder mehrerer Ladungspumpen zu steuern und um den Schalter 301 teilweise zu aktivieren oder teilweise zu deaktivieren. Beispielsweise kann die Gate-Stromquelle 445 Ladungspumpen verwenden, um dem Gate des Schalters 301 die Spannung VPUMP bereitzustellen, um den Schalter 301 zu öffnen. In einem anderen Beispiel kann die Gate-Stromquelle 445 VPUMP reduzieren, um den Schalter 301 teilweise zu aktivieren oder teilweise zu öffnen. Das teilweise Schließen oder teilweise Deaktivieren des Schalters 301 kann es erlauben, dass etwas (z. B. ein Prozentsatz) von dem Strom oder der Spannung von dem Spannungsregler 305 durch den Schalter zu dem VBUS-Knoten 302 fließt. Dies kann es der Gate-Stromquelle 445 erlauben, die Menge an Spannung, die durch den Schalter 301 fließt, zu reduzieren oder zu begrenzen.
  • In einer Ausführungsform kann die Gate-Stromquelle 445 den Schalter 301 teilweise aktivieren, bis der Strom, der durch den Schalter 301 fließt, für eine Zeitspanne kleiner als oder gleich dem Referenz- oder dem Schwellenstrom ist (der durch die Referenzstromquelle 455 generiert wird). Die Zeitspanne kann anpassbar oder programmierbar sein. Wenn der durch den Schalter 301 fließende Strom für eine Zeitspanne kleiner als oder gleich dem Referenzstrom (z. B. dem Schwellenstrom) ist, kann die Gate-Stromquelle 445 den Schalter 301 weiter aktivieren oder öffnen, bis der Schalter 301 komplett aktiviert oder geöffnet ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Gate-Stromquelle 445 programmierbar sein. Beispielsweise kann die Gate-Stromquelle 445 Eingaben, Signale, Nachrichten, Pakete, Rahmen etc. empfangen, die auf unterschiedliche VPUMP-Spannungen hinweisen können, die dem Gate des Schalters 301 bereitgestellt werden können. Die Eingaben, Signale, Nachrichten, Pakete, Rahmen etc. können auch auf die unterschiedlichen Spannungsbereiche hinweisen, die mit den unterschiedlichen VPUMP-Spannungen assoziiert sind. In anderen Ausführungsformen kann die Vergleichskomponente 431 ebenfalls programmierbar sein. Beispielsweise kann die Vergleichskomponente 431 programmiert sein, um unterschiedlichen Strom zu detektieren.
  • In einer Ausführungsform kann die Stromsteuerungsschaltung 320 Teil eines USB-Controllers sein. Beispielsweise können die Gate-Stromquelle 445 und die Vergleichskomponente 431 Teil des USB-Controllers sein.
  • In einer Ausführungsform kann die Stromsteuerungsschaltung 320 eine oder mehrere von einer Gate-Steuerungskomponente (z. B. ähnlich der in 3B illustrierten Gate-Steuerungskomponente 325), einer Einschaltdauerkomponente (z. B. ähnlich der in 3C illustrierten Einschaltdauerkomponente 335) umfassen. Die Gate-Steuerungskomponente kann den Schalter 301 aktivieren oder deaktivieren, wie oben diskutiert. Das Deaktivieren des Schalters 301 kann die Überstrombedingung reduzieren oder eliminieren. Die Einschaltdauerkomponente kann die Einschaltdauer des Schalters 301 ändern, wie oben diskutiert. Das Anpassen der Einschaltdauer des Schalters 301 kann den Widerstandswert des Schalters effektiv erhöhen kann die Überstrombedingung reduzieren oder eliminieren.
  • In unterschiedlichen Ausführungsformen können eine oder mehrere von der Schutzschaltung 310, der Stromsteuerungsschaltung 320, der Gate-Steuerungskomponente 325, der Vergleichskomponente 331, der Einschaltdauerkomponente 335, der Stromquelle 345, der Referenzstromquelle 455, der Vergleichskomponente 431 und der Gate-Stromquelle 445 auf verschiedene unterschiedliche Weisen programmiert werden. Beispielsweise kann ein nichtflüchtiger Speicher oder eine Anordnung von Speicherungselementen verwendet werden, um Konfigurationsdaten, wie etwa Konfigurationen oder Einstellungen für die Gate-Stromquelle 445, zu speichern. In verschiedenen Implementierungen und Ausführungsformen können die Konfigurationsdaten in einer geeigneten flüchtigen und/oder nichtflüchtigen Speicherung gespeichert werden, die Folgendes umfassen kann, ohne darauf begrenzt zu sein: eine Anordnung von Speicherungselementen, einen umprogrammierbaren Flash-Speicher, umprogrammierbare oder OTP-Register (OTP = One-Time-Programmable, einmalig programmierbar), eine RAM-Anordnung und eine Anordnung von Daten-Flops. In einigen Ausführungsformen können die Firmware-Anweisungen und ihre Daten On-Chip gespeichert werden, während in anderen Ausführungsformen einige (oder alle) der Firmware-Anweisungen und ihrer Daten in einem externen Speicher (z. B. einem seriellen EEPROM) gespeichert werden können und dort direkt ausgeführt werden können oder vor der Ausführung oder bei bestimmten betrieblichen Ereignissen (z. B. bei einem Einschalten der Leistung oder einem Reset) gelesen und in den flüchtigen Speicher des IC-Controllers 100 geladen werden können.
  • Es versteht sich, dass verschiedene Ausführungsformen verschiedene Mechanismen bereitstellen können, um die Rekonfigurierbarkeit und/oder die Umprogrammierbarkeit eines USB-Controllers (und seiner verschiedenen Komponenten) zu gestatten, der in Übereinstimmung mit den hierin beschriebenen Techniken arbeitet. Beispielsweise können einige Ausführungsformen Konfigurations- und/oder Programmdaten in logischen Schaltungen speichern, die unter Verwendung von widerstandsbasierten Sicherungen, die bei Herstellung des USB-Controllers getrimmt werden, aktiviert/deaktiviert werden. Beispiele solcher Sicherungen umfassen Lasersicherungen, eFuses und nichtflüchtige Latches, die einige Eigenschaften von Sicherungen und einige Eigenschaften nichtflüchtiger Speicher aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann Pin-Strapping verwendet werden, um die Programmierbarkeit des USB-Controllers zu gestatten. Ein Pin-Strapping-Mechanismus kann das Verbinden (z. B. über Brücken oder PCB-Leiterbahnen) einer Anzahl von Controller-Pins/-Anschlüssen mit Leistung oder Masse einbeziehen, sodass jeder Eingang dem USB-Controller einen Binärwert bereitstellt, wobei die Reihe der bereitgestellten Eingangswerte als Konfigurationsdaten verwendet werden, um eine oder mehrere Komponenten des Controllers zu konfigurieren oder zu programmieren. In einigen Ausführungsformen können die Konfigurationsdaten zum Programmieren des USB-Controllers als eine Widerstandskonfigurationsspeicherung gespeichert werden. Beispielsweise kann ein Satz Widerstände zwischen einem Satz Pins/Anschlüsse des USB-Controllers und Leistung oder Masse verbunden sein, um eine Spannung oder einen Strom zu erzeugen, die/der durch einen Analog-Digital-Wandler gemessen werden kann, um einen Binärwert zu produzieren und so einen oder mehrere Parameter des Controllers zu konfigurieren. In anderen Ausführungsformen können die Konfigurationsdaten zum Programmieren des USB-Controllers als ein Masken-ROM oder eine Metallmaske bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein Chiphersteller eine bestimmte Charge von USB-Controller-Chips individuell anpassen, indem er unter Verwendung einer einzelnen lithographischen Maske, die für diese individuelle Konfiguration spezifisch ist, die Verbindungen vordefinierter interner Knoten zwischen einer „1“ und einer „0“ ändert, während andere Masken von Charge zu Charge unverändert bleiben, sodass für die bestimmte Charge von Controllern individuelle Konfigurationsparameter bereitgestellt werden.
  • Es versteht sich, dass verschiedene Ausführungsformen verschiedene Typen von Programmierbarkeit für einen USB-Controller (und seine Komponenten), der in Übereinstimmung mit den hierin beschriebenen Techniken arbeitet, bereitstellen können. Beispielsweise können einige Ausführungsformen eine dynamische Programmierbarkeit bereitstellen, bei der Konfigurationsänderungen im Laufe des normalen Betriebs des USB-Controllers umprogrammiert werden, gewöhnlich (aber nicht unbedingt immer) als Reaktion auf eine Änderung einer oder mehrerer Betriebsbedingungen oder einen externen Befehl und basierend auf Daten, die zuvor in dem Controller programmiert wurden. Andere Ausführungsformen können eine In-System-Programmierbarkeit verwenden, bei der Konfigurationsänderungen im Laufe des normalen Betriebs des USB-Controllers als Reaktion auf einen externen Befehl und basierend auf neuen Konfigurationsdaten, die in Assoziation mit dem Befehl in den Controller heruntergeladen werden, umprogrammiert werden. In einigen Ausführungsformen kann der USB-Controller als Teil seiner Herstellung oder als Teil der Herstellung eines Endprodukts
    (z. B. eines Leistungsadapters, einer Wandsteckdose, eines Autoladegeräts, einer Powerbank etc.) im Werk programmiert werden. Beispielsweise kann der IC-Controller während der Herstellung unter Verwendung verschiedener Mechanismen programmiert werden, wie etwa in einem nichtflüchtigen Speicher gespeicherter Firmware-Anweisungen, Pin-Strapping, Programmierung von Widerständen, durch Laser getrimmter Sicherungen, nichtflüchtiger Latches oder OTP-Register.
  • 5A ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500A zum Bereitstellen eines Schutzes vor umgekehrtem Strom für USB-C-Verbindersysteme in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren 500A kann durch eine Verarbeitungslogik durchgeführt werden, die Hardware (z. B. Schaltkreise, eine dedizierte Logik, eine programmierbare Logik, einen Prozessor, eine Verarbeitungsvorrichtung, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Mehrkernprozessor, ein System-on-Chip (SoC) etc.), Software (z. B. Anweisungen, die auf einer Verarbeitungsvorrichtung laufen/ausgeführt werden), Firmware (z. B. Mikrocode) oder eine Kombination daraus beinhalten kann. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 500A durch ein USB-PD-Teilsystem (z. B. das in 1 illustrierte USB-PD-Teilsystem 120), einen USB-Controller, eine Schutzschaltung etc. durchgeführt werden.
  • Das Verfahren 500A kann in Block 505 mit dem Empfangen eines Stroms an einem ersten Anschluss und dem Bereitstellen des Stroms für den zweiten Anschluss über einen Schalter beginnen. Der erste Anschluss kann mit einem Spannungsregler gekoppelt sein und der zweite Anschluss kann mit einem VBUS-Anschluss eines USB-C-Verbinders gekoppelt sein. In Block 510 kann das Verfahren 500A eine erste Spannung an dem ersten Anschluss und eine zweite Spannung an einem zweiten Anschluss detektieren. In Block 515 kann das Verfahren 500A bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet. Beispielsweise kann das Verfahren 500A bestimmen, ob die zweite Spannung größer als die erste Spannung ist, wie oben diskutiert. In einem anderen Beispiel kann das Verfahren 500A bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb eines Bereichs von Spannungen befindet, wie oben diskutiert.
  • Wenn sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwelle der ersten Spannung befindet, kann das Verfahren 500A den Betrieb des Schalters in Block 520 anpassen. Beispielsweise kann das Verfahren 500A den Schalter deaktivieren (z. B. schließen), wie oben diskutiert. In einem anderen Beispiel kann das Verfahren 500A den Schalter teilweise aktivieren, wie oben diskutiert. Wenn sich die zweite Spannung nicht innerhalb einer Schwelle der ersten Spannung befindet, kann das Verfahren 500A das Anpassen des Betriebs des Schalters unterlassen. Beispielsweise kann das Verfahren 500A erlauben, dass der Schalter komplett offen bleibt.
  • 5B ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500B zum Begrenzen von Strom für USB-C-Verbindersysteme in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren 500B kann durch eine Verarbeitungslogik durchgeführt werden, die Hardware (z. B. Schaltkreise, eine dedizierte Logik, eine programmierbare Logik, einen Prozessor, eine Verarbeitungsvorrichtung, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Mehrkernprozessor, ein System-on-Chip (SoC) etc.), Software (z. B. Anweisungen, die auf einer Verarbeitungsvorrichtung laufen/ausgeführt werden), Firmware (z. B. Mikrocode) oder eine Kombination daraus beinhalten kann. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 500B durch ein USB-PD-Teilsystem (z. B. das in 1 illustrierte USB-PD-Teilsystem 120), einen USB-Controller, eine Stromsteuerungsschaltung etc. durchgeführt werden.
  • Das Verfahren 500B kann in Block 555 mit dem Empfangen eines Stroms an einem ersten Anschluss und dem Bereitstellen des Stroms für den zweiten Anschluss über einen Schalter beginnen. Der erste Anschluss kann mit einem Spannungsregler gekoppelt sein und der zweite Anschluss kann mit einem VBUS-Anschluss eines USB-C-Verbinders gekoppelt sein. In Block 560 kann das Verfahren 500B, ob der an dem ersten Anschluss empfangene Strom größer als ein Referenzstrom ist, wie oben diskutiert.
  • Wenn der an dem ersten Anschluss empfangene Strom größer als ein Referenzstrom ist, kann das Verfahren 500B in Block 565 den durch den Schalter fließenden Strom reduzieren. Beispielsweise kann das Verfahren 500B den Schalter teilweise aktivieren, wie oben diskutiert. Wenn der an dem ersten Anschluss empfangene Strom nicht größer als ein Referenzstrom ist, kann es das Verfahren 500B in Block 570 unterlassen, den durch den Schalter fließenden Strom zu reduzieren. Beispielsweise kann das Verfahren 500B erlauben, dass der Schalter komplett offen bleibt.
  • In Block 575 kann das Verfahren 500B bestimmen, ob der Strom für eine Zeitspanne (z. B. 1 ms, 100 ms, 1 Sekunde etc.) unter dem Schwellenstrom geblieben ist. Wenn der Strom für die Zeitspanne unter dem Schwellenstrom geblieben ist, kann das Verfahren 500 in Block 580 den normalen Stromfluss für den Schalter wiederaufnehmen.
  • 6A ist ein Blockdiagramm eines SBU-Kreuzschienenschalters 600 für USB-C-Verbindersysteme in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. 6B ist ein Blockdiagramm eines DP/DM-Schalters 608 für USB-C-Verbindersysteme in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In gewissen Ausführungsformen, wie durch 6A und 6B illustriert, kann es nützlich sein, die vorliegenden Techniken mit Bezug auf ein Blockdiagramm eines SBU-Kreuzschienenschalters 600, wie durch 6A illustriert, und ein Blockdiagramm eines DP/DM-Schalters 608, wie in 6B illustriert, zu beschreiben. Beispielsweise kann der SBU-Kreuzschienenschalter 600 einen SBU-Schalter-MUX
    (z. B. 2x1-MUX) und einen einzelnen 2x2-Kreuzschienen-SBU-Schalter für den Type-C-Port umfassen. Wie durch 6A weiter illustriert, kann der SBU-Kreuzschienenschalter 600 in einigen Ausführungsformen einen Display-Port(DP)- oder Thunderbolt(TBT)-Block 602 umfassen, der das Auswählen zwischen dem Display-Port- oder dem Thunderbolt-Modus und das Weiterleiten von Signalen an den geeigneten SBU1 und/oder SBU2 basierend auf einer CC-Orientierung (z. B. einer Orientierung eines Typ-C-Steckers)
    (z. B. über eine beliebige der Orientierungen), wie durch einen Wechselorientierungsblock 604 bestimmt, erlaubt. In einigen Ausführungsformen in Übereinstimmung mit den vorliegenden Techniken können der Fehlerschutzblock 606 des SBU-Kreuzschienenschalters 600 und der Chg/Det-Block 610 des DP/DM-Schalters 608 die Überstromschutzkonzepte oder -funktionalitäten wie hierin diskutiert bereitstellen (z. B. für jede Orientierung und jede Signalpfadrichtung implementiert).
  • Beispielhafte USB-Typ-C-Anwendungen
  • Die hierin beschriebenen Techniken zum Schutz vor Überstrom und Überspannung können in diversen unterschiedlichen Typen von USB-Typ-C-Anwendungen verkörpert sein. Beispiele solcher Typen von Typ-C-Anwendungen umfassen, ohne darauf begrenzt sein zu müssen: eine DFP-USB-Anwendung (DFP = Downstream Facing Port, stromabwärts zeigender Port), bei der ein IC-Controller mit einem USB-Typ-C-Teilsystem konfiguriert ist, um einen stromabwärts zeigenden USB-Port bereitzustellen (z. B. in einer USB-fähigen Host-Vorrichtung); eine UFP-USB-Anwendung (UFP = Upstream Facing Port, stromaufwärts zeigender Port), bei der ein IC-Controller mit einem USB-Typ-C-Teilsystem dazu genutzt werden kann, einen stromaufwärts zeigenden USB-Port bereitzustellen (z. B. in einer USB-fähigen Peripherievorrichtung oder einem USB-fähigen Adapter); und eine DRP-USB-Anwendung (DRP = Dual Role Port, Doppelrollen-Port), bei der ein IC-Controller mit einem USB-Typ-C-Teilsystem konfiguriert ist, um sowohl DFP- als auch UFP-Anwendungen an demselben USB-Port zu unterstützen.
  • 7 illustriert ein beispielhaftes System 700, in dem der IC-Controller 704 mit einem USB-PD-Teilsystem konfiguriert ist, um eine DRP-Anwendung bereitzustellen. In einem Ausführungsbeispiel kann der IC-Controller 704 eine Einzelchip-IC-Vorrichtung aus der Familie von CCGx-USB-Controllern sein, die von Cypress Semiconductor Corporation, San Jose, Kalifornien, entwickelt wurde. In dem System 700 ist der IC-Controller 704 mit einer Typ-C-Buchse 730, mit einem Display-Port-Chipsatz 740, mit einem USB-Chipsatz 750, mit einem eingebetteten Controller 760, mit einer Leistungsversorgung 770 und mit einem Ladegerät 780 gekoppelt. Diese Komponenten des Systems 700 können auf einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) oder einem anderen geeigneten Substrat angeordnet sein und sind durch geeignete Mittel, wie etwa leitfähige Leitungen, Leiterbahnen, Busse etc., miteinander gekoppelt.
  • In gewissen Ausführungsformen kann die Typ-C-Buchse 730 in Übereinstimmung mit einer USB-Typ-C-Spezifikation konfiguriert sein, um Konnektivität über einen Typ-C-Port bereitzustellen. Der Display-Port-Chipsatz 740 ist konfiguriert, um eine DisplayPort-Funktionalität über die Typ-C-Buchse 730 bereitzustellen. Der USB-Chipsatz 750 ist konfiguriert, um Unterstützung für USB-Kommunikationen (wie etwa
    z. B. USB-2.0.Kommunikationen) über die D+/D--Leitungen der Typ-C-Buchse 730 bereitzustellen. Der eingebettete Controller 760 ist mit dem IC-Controller 704 gekoppelt und ist konfiguriert, um verschiedene Steuerungs- und/oder Datenübertragungsfunktionen in dem System 700 bereitzustellen. Die Stromversorgung 770 kann eine DC/DC-Leistungsquelle umfassen, die mit dem IC-Controller 704 gekoppelt ist.
  • In gewissen Ausführungsformen kann, wie oben bereits diskutiert, der IC-Controller 704 einen Schaltkreis zur Detektion und zum Schutz vor Überstrom umfassen, um die Überstromtechniken wie oben beschrieben umzusetzen. In einigen Ausführungsformen können beispielsweise, wie in 7 illustriert, da der Schaltkreis zur Detektion und zum Schutz vor Überstrom als Teil des IC-Controllers 704 (z. B. On-Chip) hergestellt ist, singuläre PHY-Steuerungskanäle den jeweiligen CC1- und CC2-Anschluss des IC-Controllers 704 über eine „direkte Verbindung“ (was hierin z. B. eine elektrische Verbindung über eine passive Komponente oder eine solche umfassend bezeichnen kann, wie etwa einen Widerstand oder einen Kondensator, jedoch ohne jegliche elektrische Verbindung über eine aktive Komponente, wie etwa eine Diode oder einen Transistor) mit dem jeweiligen CC1- und CC2-Anschluss der Typ-C-Buchse 730 koppeln.
  • Insbesondere können die vorliegenden Techniken dadurch, dass sie es ermöglichen, dass der jeweilige CC1- und CC2- Anschluss des IC-Controllers 704 direkt (z. B. ohne die Nutzung einer aktiven elektronischen Komponente, was eine weitere Reduzierung von Hardware bedeutet) mit dem IC-Controller 704 mit dem jeweiligen CC1- und CC2-Anschluss der Typ-C-Buchse 730 verbunden wird, und dadurch, dass der Schaltkreis zur Detektion und zum Schutz vor Überstrom als Teil des IC-Controllers 704 (z. B. On-Chip) hergestellt ist, beispielsweise die Reaktionszeit, die Stückliste und den Leistungsverbrauch des Systems 700 reduzieren. Dies kann auch Schäden verhindern oder reduzieren, die an dem IC-Controller 704 und an einer anderen Vorrichtung oder anderen Komponenten, die mit dem IC-Controller gekoppelt sein können, verursacht werden.
  • Sofern nicht ausdrücklich anderweitig spezifiziert, beziehen sich Begriffe wie etwa „empfangen“, „bereitstellen“, „detektieren“, „bestimmen“, „anpassen“, „aktivieren“, „deaktivieren“, „unterlassen“, „vergleichen“ oder dergleichen auf Aktionen und Prozesse, die durch Rechenvorrichtungen durchgeführt oder implementiert werden, die Daten, die innerhalb der Register und Speichern der Rechenvorrichtung als physikalische (elektronische) Größen dargestellt sind, manipulieren und in andere Daten umformen, die auf ähnliche Weise als physikalische Größen innerhalb der Speicher oder Register der Rechenvorrichtung oder sonstiger derartiger Vorrichtungen zur Speicherung, Übertragung oder Anzeige von Informationen dargestellt werden. Auch sind die Begriffe „erste(r)“, „zweite(r)“, „dritte(r)“, „vierte(r)“ etc., wie sie hierin verwendet werden, als Markierungen zu verstehen, um zwischen unterschiedlichen Elementen zu unterscheiden, und müssen nicht unbedingt eine ordinale Bedeutung gemäß ihrer numerischen Bezeichnung aufweisen.
  • Die hierin beschriebenen Verfahren und illustrativen Beispiele sind nicht von Natur aus mit irgendeinem bestimmten Computer oder irgendeiner bestimmten anderen Einrichtung verbunden. Verschiedene Universalsysteme können in Übereinstimmung mit den hierin beschriebenen Lehren verwendet werden oder es kann sich als zweckdienlich herausstellen, spezialisiertere Einrichtungen herzustellen, um die erforderlichen Verfahrensschritte durchzuführen. Die erforderliche Struktur für viele verschiedene dieser Systeme wird anhand der oben stehenden Beschreibung ersichtlich.
  • Die oben stehende Beschreibung ist als illustrativ und nicht einschränkend zu verstehen. Obwohl die vorliegende Offenbarung mit Bezugnahmen auf spezifische illustrative Beispiele beschrieben wurde, wird anerkannt werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die beschriebenen Beispiele begrenzt ist. Der Umfang der Offenbarung sollte mit Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche zusammen mit dem vollen Umfang von Äquivalenten, zu denen die Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden.
  • Die Singularformen „ein, eine“ und „der, die, das“, wie sie hierin verwendet werden, sollen auch die Pluralformen umfassen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes besagt. Ferner versteht es sich, dass die Begriffe „beinhaltet“, „beinhalten“, „kann umfassen“ und/oder „umfassen“, wenn sie hierin verwendet werden, das Vorhandensein genannter Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber das Vorhandensein oder den Zusatz einer oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen. Deshalb dient die hierin verwendete Terminologie lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll nicht begrenzend sein.
  • Es ist auch anzumerken, dass in einigen alternativen Implementierungen die angemerkten Funktionen/Vorgänge in einer anderen Reihenfolge als der in den Figuren angemerkten auftreten können. Beispielsweise können zwei Figuren, die aufeinander folgend gezeigt sind, tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden oder abhängig von den beteiligten Funktionalitäten/Vorgängen manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.
  • Obwohl die Operationen des Verfahrens in einer spezifischen Reihenfolge beschrieben wurden, versteht es sich, dass andere Operationen zwischen beschriebenen Operationen durchgeführt werden können, dass beschriebene Operationen angepasst werden können, sodass sie zu leicht unterschiedlichen Zeitpunkten auftreten, oder dass die beschriebenen Operationen in einem System verteilt sein können, was das Auftreten der Verarbeitungsoperationen in verschiedenen, mit der Verarbeitung assoziierten Abständen ermöglicht.
  • Verschiedene Einheiten, Schaltungen oder andere Komponenten können als „konfiguriert, um“ oder „konfigurierbar, um“ eine Aufgabe oder Aufgaben durchzuführen, beschrieben oder beansprucht sein. In solchen Zusammenhängen wird der Ausdruck „konfiguriert, um“ oder „konfigurierbar, um“ verwendet, um eine Struktur zu implizieren, indem darauf hingewiesen wird, dass die Einheiten/Schaltungen/Komponenten eine Struktur (z. B. Schaltkreise) umfassen, die die Aufgabe(n) im Betrieb durchführt. Als solches kann die Einheit/Schaltung/Komponente als für die Durchführung der Aufgabe konfiguriert oder für die Durchführung der Aufgabe konfigurierbar bezeichnet werden, auch wenn die spezifizierte Einheit/Schaltung/Komponente aktuell nicht betriebsfähig ist (z. B. nicht eingeschaltet ist). Die zusammen mit der Ausdrucksweise „konfiguriert, um“ oder „konfigurierbar, um“ verwendeten Einheiten/Schaltungen/Komponenten umfassen Hardware - beispielsweise Schaltungen, Speicher, die ausführbare Programmanweisungen zur Implementierung der Operation speichern, etc. Wenn angeführt wird, dass eine Einheit/Schaltung/Komponente „konfiguriert ist, um“ eine oder mehrere Aufgaben durchzuführen, oder „konfigurierbar ist, um“ eine oder mehrere Aufgaben durchzuführen, soll hiermit ausdrücklich nicht 35 U.S.C. 112, Paragraph 6, für diese Einheit/Schaltung/Komponente geltend gemacht werden.
  • Zusätzlich kann „konfiguriert, um“ oder „konfigurierbar, um“ eine generische Struktur (z. B. einen generischen Schaltkreis) umfassen, die durch Software und/oder Firmware (z. B. eine FPGA oder einen Universalprozessor, der Software ausführt) manipuliert wird, um auf eine Art und Weise zu arbeiten, die fähig ist, die jeweilige(n) Aufgabe(n) durchzuführen. „Konfiguriert, um“ kann auch das Adaptieren eines Herstellungsprozesses (z. B. einer Halbleiterfertigungsanlage) umfassen, um Vorrichtungen (z. B. integrierte Schaltungen) zu fertigen, die adaptiert sind, um eine oder mehrere Aufgaben zu implementieren oder durchzuführen. „Konfigurierbar, um“ soll sich ausdrücklich nicht auf leere Medien, einen unprogrammierten Prozessor oder unprogrammierten generischen Computer oder eine unprogrammierte programmierbare Logikvorrichtung, programmierbare Gatteranordnung oder andere unprogrammierte Vorrichtung beziehen, es sei denn, dass diese von programmierten Medien begleitet werden, die der unprogrammierten Vorrichtung die Fähigkeit verleihen, so konfiguriert zu werden, dass sie die offenbarte(n) Funktion(en) durchführt.
  • Zum Zwecke der Erläuterung wurde die vorausgehende Beschreibung mit Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben. Die oben stehenden illustrativen Diskussionen sollen jedoch nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die exakten offenbarten Formen begrenzen. Im Hinblick auf die oben stehenden Lehren sind viele Modifikationen und Variationen möglich. Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Ausführungsformen und ihre praktischen Anwendungen am besten zu erläutern und um dadurch andere Fachleute zu befähigen, die Ausführungsformen und verschiedenen Modifikationen, wie sie für die betrachtete besondere Verwendung geeignet sind, am besten zu nutzen. Demgemäß sind die vorliegenden Ausführungsformen als illustrativ und nicht einschränkend aufzufassen und ist die Erfindung nicht auf die hierin aufgeführten Details zu begrenzen, sondern sie kann vielmehr innerhalb des Umfangs und der Äquivalente der angehängten Ansprüche modifiziert 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.
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Claims (20)

  1. Eine elektronische Vorrichtung, die Folgendes beinhaltet: einen Leistungsschalter, der für Folgendes konfiguriert ist: Empfangen einer Spannung an einem ersten Anschluss, wobei der erste Anschluss mit einem Spannungsregler gekoppelt ist; Bereitstellen der Spannung für einen zweiten Anschluss, wobei der zweite Anschluss mit einem VBUS-Anschluss eines Universal-Serial-Bus-Typ-C(USB-C)-Verbinders gekoppelt ist; und eine Schutzschaltung, die eine Vergleichskomponente beinhaltet, die mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss gekoppelt ist, wobei: die Vergleichskomponente für Folgendes konfiguriert ist: Detektieren einer ersten Spannung an dem ersten Anschluss; und Detektieren einer zweiten Spannung an dem zweiten Anschluss; und die Schutzschaltung für Folgendes konfiguriert ist: Bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet; und Anpassen des Betriebs des Leistungsschalters als Reaktion auf das Bestimmen, dass sich die zweite Spannung innerhalb der Schwellenspannung der ersten Spannung befindet.
  2. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schutzschaltung zum Anpassen des Betriebs des Leistungsschalters für Folgendes konfiguriert ist: Deaktivieren des Leistungsschalters.
  3. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schutzschaltung zum Bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb der Schwellenspannung der ersten Spannung befindet, für Folgendes konfiguriert ist: Bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb eines Bereichs von Schwellenspannungen befindet.
  4. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Schutzschaltung zum Anpassen des Betriebs des Leistungsschalters für Folgendes konfiguriert ist: Anpassen einer Einschaltdauer des Leistungsschalters basierend auf dem Bereich von Schwellenspannungen.
  5. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Schutzschaltung zum Anpassen des Betriebs des Leistungsschalters für Folgendes konfiguriert ist: teilweises Aktivieren des Leistungsschalters basierend auf dem Bereich von Schwellenspannungen.
  6. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die Schutzschaltung ferner eine Einschaltdauerkomponente beinhaltet, die mit der Vergleichskomponente gekoppelt ist; und die Einschaltdauerkomponente konfiguriert ist, um eine Einschaltdauer des Leistungsschalters anzupassen.
  7. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die Schutzschaltung ferner eine Stromquelle beinhaltet, die mit einem ersten Gate des Leistungsschalters gekoppelt ist; und die Stromquelle konfiguriert ist, um den Leistungsschalter teilweise zu aktivieren.
  8. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Vergleichskomponente eine programmierbare Vergleichskomponente beinhaltet.
  9. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schutzschaltung ferner für Folgendes konfiguriert ist: Unterlassen des Anpassens des Betriebs des Leistungsschalters als Reaktion auf das Bestimmen, dass sich die zweite Spannung innerhalb der Schwellenspannung der ersten Spannung befindet.
  10. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schutzschaltung konfiguriert ist, um eine Bedingung mit umgekehrtem Strom zu detektieren.
  11. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner Folgendes beinhaltet: eine Stromsteuerungsschaltung, die mit dem ersten Anschluss gekoppelt ist, wobei die Stromsteuerungsschaltung für Folgendes konfiguriert ist: Bestimmen, ob ein durch den Leistungsschalter fließender Strom größer als ein Schwellenstrom ist; und Reduzieren des durch den Leistungsschalter fließenden Stroms als Reaktion auf das Bestimmen, dass sich der durch den Leistungsschalter fließende Strom innerhalb des Schwellenstroms befindet.
  12. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei: die Stromsteuerungsschaltung ferner eine Stromquelle beinhaltet, die mit einem ersten Gate des Leistungsschalters gekoppelt ist; und die Stromquelle konfiguriert ist, um den Leistungsschalter teilweise zu aktivieren.
  13. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Stromsteuerungsschaltung einen Stromerfassungsverstärker beinhaltet, der mit dem ersten Anschluss und einer Referenzstromquelle gekoppelt ist.
  14. Elektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei: der Stromerfassungsverstärker einen programmierbaren Verstärker beinhaltet; und die Referenzstromquelle eine programmierbare Stromquelle beinhaltet.
  15. Ein System, das Folgendes beinhaltet: einen Universal-Serial-Bus-Typ-C(USB-C)-Verbinder; und einen Leistungsschalter, der für Folgendes konfiguriert ist: Empfangen einer Spannung an einem ersten Anschluss, wobei der erste Anschluss mit einem Spannungsregler gekoppelt ist; Bereitstellen der Spannung für einen zweiten Anschluss, wobei der zweite Anschluss mit einem VBUS-Anschluss des Universal-Serial-Bus-Typ-C(USB-C)-Verbinders gekoppelt ist; und eine Schutzschaltung, die eine Vergleichskomponente beinhaltet, die mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss gekoppelt ist, wobei: die Vergleichskomponente für Folgendes konfiguriert ist: Detektieren einer ersten Spannung an dem ersten Anschluss; und Detektieren einer zweiten Spannung an dem zweiten Anschluss; und die Schutzschaltung für Folgendes konfiguriert ist: Bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet; und Anpassen des Betriebs des Leistungsschalters als Reaktion auf das Bestimmen, dass sich die zweite Spannung innerhalb der Schwellenspannung der ersten Spannung befindet.
  16. System gemäß Anspruch 15, das ferner Folgendes beinhaltet: eine Stromsteuerungsschaltung, die mit dem ersten Anschluss gekoppelt ist, wobei die Stromsteuerungsschaltung für Folgendes konfiguriert ist: Bestimmen, ob ein durch den Leistungsschalter fließender Strom größer als ein Schwellenstrom ist; und Reduzieren des durch den Leistungsschalter fließenden Stroms als Reaktion auf das Bestimmen, dass sich der durch den Leistungsschalter fließende Strom innerhalb des Schwellenstroms befindet.
  17. Ein Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Empfangen, durch einen Leistungsschalter, einer Spannung an einem ersten Anschluss, wobei der erste Anschluss mit einem Spannungsregler gekoppelt ist; Bereitstellen, durch den Leistungsschalter, der Spannung für einen zweiten Anschluss, wobei der zweite Anschluss mit einem VBUS-Anschluss eines Universal-Serial-Bus-Typ-C(USB-C)-Verbinders gekoppelt ist; Detektieren einer ersten Spannung an dem ersten Anschluss; Detektieren einer zweiten Spannung an dem zweiten Anschluss; Bestimmen, ob sich die zweite Spannung innerhalb einer Schwellenspannung der ersten Spannung befindet; und Anpassen des Betriebs des Leistungsschalters als Reaktion auf das Bestimmen, dass sich die zweite Spannung innerhalb der Schwellenspannung der ersten Spannung befindet.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Anpassen des Betriebs des Leistungsschalters Folgendes beinhaltet: Deaktivieren des Leistungsschalters.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Anpassen des Betriebs des Leistungsschalters Folgendes beinhaltet: Anpassen einer Einschaltdauer des Leistungsschalters.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Anpassen des Betriebs des Leistungsschalters Folgendes beinhaltet: teilweises Aktivieren des Leistungsschalters basierend.
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