KR101657766B1 - 2선식 도체 시스템에서의 전력 스위칭 - Google Patents

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마틴 케슬러
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아나로그 디바이시즈 인코포레이티드
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Abstract

예시적 실시예에서, 자동차 오디오 버스(A2B) 칩의 전력 스위칭 회로는 트위스트 와이어 페어 버스(A2B 버스) 상에 상호 연결된 복수의 A2B 칩들을 포함하는 양방향 멀티 노드 2선식 도체 시스템에 제공되며, 적어도 하나의 A2B 칩은 마스터의 기능을 하고 나머지 A2B 칩들은 슬레이브들의 기능을 한다. A2B 칩의 전력 스위칭 회로는 전력 스위칭 절차에 따라 순차적으로 A2B 버스에서 다음 다운스트림 A2B 칩을 파워 업하고, 전력 스위칭 회로는 전력 스위칭 절차 전에, 동안, 및 후에 A2B 버스에서 고장들을 검출하도록 구성된다. 각각의 A2B 칩은 다운스트림 A2B 버스 상의 라인 고장들로 인해 시스템 내의 임의의 구성요소들에 대한 손상의 위험, 또는 국부 A2B 칩에서 전력 공급의 붕괴 없이 다음 다운스트림 A2B 칩에 대해 전력을 인에이블한다.

Description

2선식 도체 시스템에서의 전력 스위칭{POWER SWITCHING IN A TWO-WIRE CONDUCTOR SYSTEM}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 35 U.S.C. §119(e) 하에 발명의 명칭이 "A2B Protocol Engine"이고 2013년 7월 8일자로 출원된 미국 임시 출원 일련 번호 제61/843,891호, "Digital Phase Detector"이고 2013년 7월 8일자로 출원된 미국 임시 출원 일련 번호 제61/843,896호, 발명의 명칭이 "Differential Decoder"이고 2013년 7월 8일자로 출원된 미국 임시 출원 일련 번호 제61/843,902호, 발명의 명칭이 "System and Method for Implementing A2B Protocol"이고 2013년 7월 12일자로 출원된 미국 임시 출원 일련 번호 제61/845,542호에 대한 우선권의 이득을 주장하며, 미국 임시 출원들은 이로써 전체적으로 참고문헌에 의해 통합된다. 본 출원은 또한 일부 계속 출원이고 35 U.S.C. §120 하에 5, 2012년 10월 5일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Two-Wire Communication System for High Speed Data and Power Distribution"인 미국 출원 일련 번호 제13/646,397호 및 2012년 10월 5일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Methods for Discovery, Configuration, and Coordinating Data Communications Between Masters and Slave Devices in a Communication System"인 미국 출원 일련 번호 제13/646,382호에 대한 우선권의 이득을 주장한다. 이전 출원들의 개시들은 본 출원의 일부로 간주되고 본 출원의 개시에서 참고문헌에 의해 통합된다.
본 개시는 일반적으로 통신 버스 기술에 관한 것으로, 특히 2선식 도체 시스템에서의 전력 스위칭에 관한 것이다.
2선식 도체 시스템들은 데이터 및 전력 송신의 수단으로 전기 및 전자 분야들에 알려져 있다. 그러한 시스템들은 전형적으로 전력을 2선식 도체들로 드라이브하며, 데이터 전송의 타이밍을 제어하고 데이터를 송신 및 수신하는 컨트롤러를 이용한다. 마스터 칩(또한 마스터 노드로 칭해짐)은 컨트롤러에 의해 제어되고, 마스터 노드는 차례로 하나 이상의 슬레이브 칩들(또한 슬레이브 노드들로 칭해짐)을 제어한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "칩"은 집적 회로를 형성하기 위해 반도전성 재료 위에 에칭되거나 임프린트되는 복합 전자 구성요소 세트 및 그의 인터커넥션들을 포함한다. 일반적으로, 2선식 도체 시스템 상의 통신은 클록 신호를 한 와이어 상에 송신하고 데이터 신호를 다른 와이어 상에 송신하는 것을 수반하며, 클록 신호의 상승 및/또는 하강은 연결된 칩들 사이의 데이터 전송을 표시한다. 2선식 도체 시스템들은 자동차들에서의 제어 시스템들, 오디오 신호 처리, 전화 등과 같은 무수한 응용들에 사용될 수 있다.
본 개시는 일반적으로 2선식 도체 시스템에서의 전력 스위칭에 관한 것이다. 구체적으로, 자동차들(및 센서들 및 다른 주변 칩들을 이용하는 다른 그러한 폐쇄 및/또는 이동 시스템들)에서 마이크로폰들, 카메라들 등과 같은 센서들의 급증은 시스템 복잡성 및 중량의 결과적인 증가, 및 성능 및 신뢰성의 잠재적인 증가와 함께, 과도한 양의 와이어링을 초래할 수 있다. 자동차 오디오 버스(A2B) 통신으로 칭해지는 특정 타입의 2선식 통신은 다양한 센서들 및 센서 제어 칩들 도처에서 데이터 및 전력 송신의 복잡성을 감소시키기 위해 자동차들 및 다른 유사한 시스템들에서 사용될 수 있다.
A2B 버스는 연결된 노드들 사이에 멀티 채널, I2S(Inter-Integrated Circuit sound)/TDM(time division multiplexed) 링크를 제공하는 트위스트 와이어 페어를 포함한다. 그것은 양방향 동기 데이터(예를 들어, 디지털 오디오), 클록 및 동기화 신호들을 단일 차동 와이어 페어에 내장한다. A2B는 직접 점 대 점 연결을 지원하고 상이한 위치들에서의 다수의 데이지 체인 노드들이 TDM 채널 콘텐츠를 기부하고 소모하는 것을 허용한다. A2B 버스는 다운스트림 트래픽(예를 들어, 마스터 노드로부터 마지막 슬레이브 노드로의) 및 업스트림 트래픽(예를 들어, 마스터 노드로의)을 위한 시간을 정하고 동일한 트위스트 와이어 페어를 통해 전력 송신을 허용한다.
A2B 프로토콜에서의 발견 프로세스는 파워 업하는 단계 및 업스트림 통신을 연결된 A2B 데이지 체인에서 하나의 A2B 칩으로부터 다음 다운스트림 A2B 칩으로 연속적으로 설정하는 단계를 포함한다. 각각의 A2B 칩은 다운스트림 A2B 케이블 상의 라인 고장들(또는 다른 에러들)로부터 시스템 내의 임의의 구성요소들에 대한 손상의 위험 없이 다음 다운스트림 A2B 칩에 대해 전력을 적절히 인에이블할 수 있다. 게다가, 다음 다운스트림 A2B 칩의 인에이블링은 국부 A2B 칩(업스트림 데이터 및 제어 통신을 다르게 중단시킬 수 있음)의 전원 공급을 붕괴하지 않을 것이다.
예시적 실시예에서, A2B 칩의 전원 스위칭 회로는 트위스트 와이어 페어 버스(A2B 버스) 상에 상호 연결된 복수의 A2B 칩들을 포함하는 양방향 멀티 노드 2선식 도체 시스템에 제공되며, 적어도 하나의 A2B 칩은 마스터의 기능을 하고 나머지 A2B 칩들은 슬레이브의 기능을 한다. A2B 칩의 전력 스위칭 회로는 전력 스위칭 절차에 따라 순차적으로 A2B 버스에서 다음 다운스트림 A2B 칩을 파워 업한다. 전력 스위칭 회로는 전력 스위칭 절차 전에, 동안, 및 후에 A2B 버스에서 고장들을 검출하도록 구성된다.
도 1은 2선식 도체 시스템에서 전력 스위칭을 위한 예시적 개략도를 예시하는 간략한 블록도이다.
도 2는 시스템의 일 실시예의 예시적 상세들을 예시하는 간략한 블록도이다.
도 3은 시스템의 일 실시예 의 다른 예시적 상세들을 예시하는 간략한 블록도이다.
도 4는 시스템의 일 실시예의 또 다른 예시적 상세들을 예시하는 간략한 블록도이다.
도 5는 시스템의 일 실시예의 또 다른 예시적 상세들을 예시하는 간략한 블록도이다.
도 6은 시스템의 일 실시예의 다른 예시적 상세들을 예시하는 간략한 블록도이다.
도 7은 시스템의 일 실시예와 연관될 수 있는 예시적 동작들을 예시하는 간략한 흐름도이다.
도 1은 2선식 도체 시스템(10)을 예시하는 간략한 블록도이다. 시스템(10)은 복수의 노드들(12(1)-12(N))을 포함한다. 12(1)은 마스터 노드를 나타내며, 마스터 노드는 2선식 통신 프로토콜(예를 들어, A2B 프로토콜)을 사용하여 A2B 버스(14)를 통해 복수의 슬레이브 노드들(12(2)-12(N))과 통신한다. 각각의 슬레이브 노드(12(2)-12(N))는 데이터를 하나 이상의 센서들 또는 다른 주변 칩들(16)로부터/로 판독하고/하거나 기록할 수 있다. 주변 칩들의 예들은 마이크로폰들(mics), mic 어레이들, DAC들(digital to analog converters) 등을 포함한다. 호스트 컨트롤러(18)는 멀티 채널 I2S 및 I2C(Inter-Integrated Circuit) 통신 프로토콜들을 통해 마스터 노드(12(1))와 통신하고 마스터 노드를 제어할 수 있다. 시스템(10)의 실시예들은 각각의 노드를 다음 노드에 연결하는 A2B 버스(14)를 사용하여 제어 정보 및 오디오 데이터가 양방향들로 송신되는 것을 허용할 수 있다. 슬레이브 노드들(12(2)-12(N))은 A2B 버스(14)에 의해 전력 공급될 수도 있다.
마스터 노드(12(1))는 클록 신호(예를 들어, I2S 입력으로부터 유도될 수 있음), 다운스트림 데이터, 네트워크 제어 및 전력의 발신자를 포함하며; 마스터 노드는 호스트 컨트롤러(18)(예를 들어, 마이크로프로세서)에 의해 프로그램되고, 그것은 페이로드를 호스트 컨트롤러(18)로/로부터 수신하고/송신한다. 각각의 슬레이브 노드(12(2)-12(N))는 다운스트림 데이터 프레임들(예를 들어, 가능한 한 콘텐츠의 다수의 동기 데이터 슬롯들을 갖는 특정 노드의 페이로드의 단일 블록)의 가능한 목적지 및 업스트림 데이터 프레임들의 소스를 나타낼 수 있는 어드레스가능 네트워크 연결점을 포함한다. 동기 데이터는 고정 시간 간격(예를 들어, 48 kHz) 및 고정 위상이 2개의 상응하는 트랜지션들을 스페이싱하는(space) 연속적으로 스트리밍된 데이터(예를 들어, 오디오 신호)를 지칭한다.
다양한 실시예들에 따르면, 각각의 A2B 칩(12(1)-12(N))은 상응하는 전력 스위칭 회로에 연결될 수 있으며, 전력 스위칭 회로의 일부는 각각의 A2B 칩(12(1)-12(N)) 내에 위치될 수 있고, 전력 스위칭 회로의 나머지 일부는 각각의 A2B 칩(12(1)-12(N)) 외부에 위치될 수 있다. 각각의 A2B 칩(12(1)-12(N))의 전력 스위칭 회로는 A2B 버스(14) 상의 다음 A2B 칩에 대해 전력을 인에이블할 수 있다. 각각의 A2B 칩(12(1)-12(N))은 순차적으로(예를 들어, 하나씩) 동작될 수 있고 각각의 A2B 칩은 다음 다운스트림 A2B 칩으로부터 분리되도록 파워 업에서 디폴트될 수 있다. 그러한 발견 프로세스는 각각의 A2B 칩(12(1)-12(N))에서 전력 스위칭 회로의 일부로 구현된 전력 스위치에 의해 인에이블될 수 있다. 시스템(10)의 일 실시예에 따르면, A2B 버스(14)의 케이블 상에서 전력을 인에이블하는 것은 기존 전력 및 통신 연결들을 유지하고 임의의 다운스트림 케이블링 고장들을 보고하면서, 임의의 연관된 회로에 대한 영구적 손상 없이 달성될 수 있다. 고장들의 보고는 검출된 고장의 국한 및 고장 타입의 분류를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 전력 스위치는 A2B 체인(예를 들어, A2B 버스(14)에 의해 연결된 A2B 칩들(12(1)-12(N))의 그룹) 내의 다음 다운스트림 A2B 칩으로 다운스트림 전압 전력을 제어할 수 있다. 전력 스위치는 업스트림 마스터 노드(12(1))에 의해 적절하게 프로그래밍된 후에, 각각의 슬레이브 노드(12(2)-12(N))의 내부 로직에 의해 활성화될 수 있다. 전력 스위치는 각각의 A2B 칩(12(2)-12(N))에서의 국부 전력(예를 들어, VIN과 같은 특정 핀에서의 전압에 의해 측정되는 바와 같은)이 파워 업 트랜지션 동안 값들의 미리 결정된 범위에서 사라지지 않도록 각각의 다운스트림 A2B 칩(12(2)-12(N))을 스위치 온하는 프로세스를 제어할 수도 있다.
다양한 실시예들에서, 특정 체크들(예를 들어, 테스트들, 고장 점검 등)은 각각의 A2B 칩(12(2)-12(N)) 상에서 전력을 인에이블하기 전에 특정 라인 고장 상태들에 대해 수행될 수 있다. 예를 들어, A2B 칩들(12(2)-12(N))을 연결하는 케이블들은 외부 환경(예를 들어, 공기, 물, 습도, 온도 차이들, 기계적 충격 등)에 노출될 수 있고 고장들을 경험할 수 있다. 라인 전력 공급을 포함하는 스위칭 메커니즘의 일부는 고장들을 감지하고, 다운스트림 구성요소들로의 전력에 자동적으로 견디어 내고, A2B 버스(14)를 통해 고장을 보고할 수 있다. 따라서, 다양한 실시예들에 따르면, A2B 체인에서의 고장들은 후속 시스템 고장들(예를 들어, 다운스트림 케이블들의 전기적 붕괴 등)을 방지할 만큼 충분히 초기에(예를 들어, 파워 업 동안) 검출될 수 있다. 파워 온 트랜지션이 성공적으로 완료된 후에, 전력 스위치는 완료 상태를 하나 이상의 적절한 상태 플래그들을 통해 마스터 노드(12(1)) 및 호스트 컨트롤러(18)에 다시 표시할 수 있다.
예시적 실시예에서, 전력 스위치의 피처 리스트는 내부 LDMOS(laterally diffused metal oxide semiconductor) 칩에 의한 낮은 파워 온; 400 ㎃의 최대 스위칭 전류; 1.2Ω 미만의 최대 온 저항; 출력 단락 보호; 및 시스템(10)에서 VBAT(예를 들어, 배터리 전압에 연력되는 핀)에 단락되는 VIN를 지원하는 입력 과전압 보호를 포함할 수 있다. 간략화를 위해 소수의 A2B 칩들(12(1)-12(N))만이 본 명세세에 도시되지만, 임의 수의 A2B 칩들이 시스템(10)의 실시예들의 넓은 범위 내에서 유사한 방식으로 상호 연결될 수 있다는 점이 주목될 수 있다. 더욱이, 각각의 슬레이브 노드(12(2)-12(N))는 실시예들의 넓은 범위 내에서 임의 수의 주변 칩들과 통신할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 2는 시스템(10)의 일 실시예에 따른 전력 스위칭 회로의 예시적 상세들을 예시하는 간략한 블록도이다. 다양한 실시예들에서, 시스템(10)은 A2B 버스(14)를 통해 데이터 및 전력을 수신하도록 구성된 예시적 A2B 칩(12)(예를 들어, 슬레이브 노드 또는 마스터 노드)을 포함할 수 있다. A2B 칩(12)의 전력 스위칭 회로는 전력 스위칭 절차에 따라 순차적으로 A2B 버스(14)에서 다음 다운스트림 A2B 칩을 파워 업한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 예시적 A2B 칩(12)과 관련되는 용어 "업스트림"은 마스터 A2B 칩을 향해 지향되는 A2B 체인의 일부를 지칭하며; 예시적 A2B 칩(12)과 관련되는 용어 "다운스트림"은 예시적 A2B 칩(12) 및 마스터 A2B 칩에서 떨어져서 지향되는 A2B 체인의 일부를 지칭한다. 전력은 전력 스위칭 절차 동안 업스트림 방향에서 다운스트림 방향을 향해 흐른다.
다양한 실시예들에서, 전력 스위칭 회로 전력 스위칭 절차 전에, 동안, 및 후에 A2B 버스(14)에서 고장들을 검출하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 전력 스위칭 회로는 전력 스위칭 절차 전에, 동안, 및 후에 그리고 피드백을 스위치 제어 메커니즘에 제공하기 위해 A2B 버스(14)의 다운스트림 케이블(예를 들어, 다음 다운스트림 A2B 칩에 연결되는 케이블, 라인 등)의 조건을 감지할 수 있다. 전력 스위칭 회로는 실질적으로 동시에 국부 전력 및 데이터 통신을 보존하고 다운스트림 A2B 칩에 대한 구속 충전 시간을 제공하면서, 다운스트림 케이블 및 다운스트림 A2B 칩을 점진적으로 충전할 수 있다. 예를 들어, 전력 스위칭 회로는 전력 스위칭 절차 동안 국부 전력 공급 전압을 유지할 수 있다. 전력 스위칭 회로는 마스터 A2B 칩으로부터의 명령에 따라 다운스트림 A2B 칩에 대해 전력을 인에이블할 있다. 일부 실시예들에서, 전력 스위칭 회로는 고장들이 다운스트림 케이블 상에 검출되지 않는다면, 전력 스위칭 절차를 성공적으로 종료하도록 구성된다.
업스트림 결합 회로망(20)은 A2B 버스 케이블로부터의 전력 공급 라인들 및 이 케이블 상의 데이터 라인들을 분리시키고 각각 전력 공급 라인들(22A 및 24A)(각각 업스트림 포지티브 전력 공급 라인 및 네거티브 전력 공급 라인) 및 업스트림 데이터 라인(26A)을 통해 A2B 칩(12)에 개별적으로 전력 및 데이터를 공급할 수 있다. 업스트림 전력 및 데이터가 마스터 A2B 칩에 의해 전송되거나 이것에서 비롯될 수 있다. 다운스트림 결합 회로망(28)은 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)(각각 다운스트림 포지티브 전력 공급 라인 및 네거티브 전력 공급 라인) 및 다운스트림 데이터 라인(26B) 상의 A2B 칩(12)으로부터 전력 및 데이터 신호들을 집합시키고 집합된 신호를 다른 A2B 버스 케이블을 통해 다운스트림 구성요소들(다른 A2B 칩들을 포함할 수 있음)에 제공하도록 구성될 수 있다.
전력 스위치(30)는 다운스트림 포지티브 전력 공급 라인(22B) 상에 제공될 수 있다. 본 명세서에 예시된 예시적 실시예에서, 전력 스위치(30)는 A2B 칩(12)에 의해 제어되는 트랜지스터, 및 다운스트림 결합 회로망(28)을 향해 흐르는 전력을 감지하는 것을 용이하게 하는 전력 감지 라인을 (예를 들어, 라인이 전력의 스위칭에 어떻게 반응하는지를 판단하는 피드백 메커니즘으로서)을 포함한다. 전력 스위치(30)는 A2B 칩(12)의 파워 온 동안 다운스트림 결합 회로망(28)을 분리하는 것을 용이하게 한다. 따라서, 특정 실시예들에서, 전력 스위치(30)가 인에이블 때(예를 들어, 연결됨), 전력 스위칭은 다음 다운스트림 A2B 칩에 대해 인에이블될 수 있으며; 디스에이블될 때, 전력 스위치(30)는 다음 다운스트림 A2B 칩으로부터 파워 업되는 A2B 칩(12)을 분리하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, A2B 칩(12)은 A2B 칩(12)이 파워 온된 후에, 다운스트림 구성요소들을 파워 온하도록 (예를 들어, 제어 비트와 같은 적절한 제어 메커니즘을 통해) 명령될 수 있다. 전력 스위칭 절차에 따르면, 예시적 A2B 칩(12)은 우선 파워 업될 수 있으며, 그 동안 그것이 다운스트림 결합 회로망(28)으로부터 분리된다. A2B 칩(12)이 성공적으로 파워 업된 후에, A2B 칩(12)은 다음 다운스트림 A2B 칩이 파워 업하게 할 수 있다. 다음 다운스트림 A2B 칩의 파워 온 트랜지션 동안, 예시적 A2B 칩(12)의 전력 스위칭 회로는 고장들에 대해 다운스트림 케이블을 감시하고, 고장들이 검출되면 전력 스위칭 절차를 정지시킬 수 있다. 파워 업의 시퀀스는 A2B 체인 상의 실질적으로 모든 A2B 칩들이 파워 업되었을 때까지, 순차적으로 A2B 체인을 계속할 수 있다.
업스트림 결합 회로망(20) 및 다운스트림 결합 회로망(28)은 특정 요구들에 기초하여, 페라이트 비드들, 인덕터들, 커패시터들, 공통 모드 초크들, 및 전자기 적합성, 환경 조건들에 대한 내성(예를 들어, 자동차에서의), 및 다른 바람직한 피처들을 용이하게 하는 다른 전기 구성요소들을 포함할 수 있다. 업스트림 결합 회로망(20) 및 다운스트림 결합 회로망(28)에서의 구성요소들은 시스템(10)이 사용되는 특정 응용에 따라 변화될 수 있다. 시스템(10)의 실시예들은 전력 스위칭 절차에 따라 다음 다운스트림 A2B 칩(하나가 존재한다면)에 대해 전력을 인에이블하기 위해 A2B 칩(12)을 프로그래밍할 수 있다.
도 3을 참조하면, 도 3은 시스템(10)의 일 실시예에 따른 라인 전력 공급의 예시적 상세들을 예시하는 간략한 블록도이다. 시스템(10)의 다양한 실시예들은 명령에 따라 다운스트림 A2B 칩들 상에서 전력을 인에이블하도록 동작하는 다운스트림 전기 케이블들에 결합된 스위치들 및 스위치 제어 회로를 포함할 수도 있다. 스위치들은 포지티브 및 네거티브 터미널들 상에(예를 들어, 포지티브 전력 공급 라인(22A/22B) 및 네거티브 전력 공급 라인(24A/24B)을 따라) 제공될 수 있다. 유입되는 전력 및 데이터 신호들은 A2B 버스(14)를 통해 A2B 칩(12)에 통신될 수 있다. 업스트림 결합 회로망(20)은 착신 신호들의 DC(direct current) 성분(예를 들어, 전력 성분)을 분리해 내는 것을 용이하게 할 수 있는 인덕터들(예를 들어, 또는 페라이트 비드들)(34), 및 착신 신호들의 고주파(예를 들어, 데이터) 성분을 분리해 내는 것을 용이하게 할 수 있는 커패시터들(32)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인덕터들(34)은 고주파 블록들(예를 들어, 트위스트 페어 와이어(14) 상에서 고속 데이터 에너지를 필터링 아웃함)의 역할을 할 수 있고, 커패시터들(32)은 저주파 블록들(예를 들어, 트위스트 페어 와이어(14) 상에서 전력을 필터링 아웃함)의 역할을 할 수 있다. 포지티브 전력 공급 라인(22A/22B)은 전력 신호의 포지티브 부분(예를 들어, 포지티브 극성을 갖는 전력 신호의 부분)을 반송할 수 있고(예를 들어, 송신할 수 있고, 전도할 수 있고 등), 네거티브 전력 공급 라인(24A/24B)은 전력 신호의 네거티브 부분(예를 들어, 네거티브 극성을 갖는 전력 신호의 부분)을 반송할 수 있다. 데이터 신호들은 데이터 라인(26A/26B)(각각, 업스트림/다운스트림) 상에서 반송될 수 있다.
예시적 실시예에서, A2B 칩(12)은 27V 내성 개방 드레인 출력 핀(SWP)을 포함할 수 있으며, 이는 전력 스위치(30)를 턴 온하기 위해 전력 스위칭 절차 시퀀스 내의 적절한 시간에서 낮게 풀링(pull)될 수 있다. A2B 칩(12)에 통합되는 전류 제어 스위칭 소자(36)는 다운스트림 네거티브 전력 공급 라인(24B) 상에서 전력을 감지하는 것을 용이하게 할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "전류 제어 스위칭 소자"는 제어 바이어스가 디바이스의 저항을 스위치의 "오프" 및 "온" 조건들에 상응하는 매우 높거나 매우 낮은 값으로 설정하는 반도체 장치(예를 들어, 트랜지스터)를 포함하며; 저항은 스위치가 "오프"와 "온" 위치 사이에 있을 때, 제어 전류로 변화될 수 있다. 전류 제어 스위칭 소자(36)는 핀(VSS)을 핀(VSSO)(또한 SW로서 지칭됨)에 전기적으로 연결할 수 있다. 접지 소자는 적절히 전류 제어 스위칭 소자(36)에 부착될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전력 스위치(30)는 PMOS(P-type metal-oxide-semiconductor) 트랜지스터를 포함할 수 있고, 전류 제어 스위칭 소자(36)는 NMOS(N-type metal-oxide-semiconductor) 트랜지스터를 포함할 수 있다. 부가적인 적절한 전기 구성요소들은 실시예들의 넓은 범위 내에 포함될 수도 있다. 전류 제어 스위칭 소자(36)는 예를 들어 전류가 특정 값을 초과할 때 단락으로, 또는 전류가 특정 임계값 아래에 있을 때 개방으로 기능하거나 또는 그 역도 또한 마찬가지인 일부 시나리오들에서 스위치로서 기능할 수 있다. 전류 제어 스위칭 소자(36)는 충전 전류(예를 들어, 다운스트림 A2B 칩에 전력을 공급하기 위해 사용되는 전류)를 점진적으로 불러 일으키는 것을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전류 제어 스위칭 소자(36)는 다운스트림 포지티브 공급 라인(22B)에 배치될 수 있고, 전력 스위치(30)는 A2B 칩(12) 내부로 이동될 수 있다. 포지티브 전력 공급 라인(22A)과 네거티브 전력 공급 라인(24A) 사이에 연결되는 선택 다이오드(38)는 A2B 칩(12)에 대한 역 전류 보호를 제공할 수 있다. 다이오드(38)는 다양한 실시예들에 있어서 시스템(10)에서 역 전류를 검출하는 것을 용이하게 할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 스위치들(예를 들어, 전력 스위치(30) 및 전류 제어 스위칭 소자(36)) 둘 다는 전류 제어될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 전력 스위치(30)는 전류 제어될 수 있고, 전류 제어 스위칭 소자(36)는 규칙적인(예를 들어, 통상적인, 전류 제어되지 않는) 스위치일 수 있다. 스위치들 중 적어도 하나(가능하게는 둘 다)는 스위치들의 점진적 턴 온을 보장하기 위해 파워 온 트랜지션 동안 전류 공급원들의 기능을 겸할 수도 있다. 전류의 제어는 디지털 제어 전류 공급원에서의 로직 제어로 구현될 수 있으며, 이는 예를 들어 국부 전력 및 데이터 통신을 보존하는 한편, 또한 전체 데이터 링크 체인의 발견 프로세스를 촉진시키기 위해 다음 A2B 칩에 대한 구속 충전 시간을 제공하면서, 다운스트림 전력 공급 라인들 및 A2B 칩들을 점진적으로 충전하는 것에 균형을 맞추기 위해 최적 충전 속도가 달성될 때까지, 라인 상의 부하에 동적으로 적응될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 핀들(SW(전류 제어 스위칭 소자(36)에 연결됨) 및 SWP(전력 스위치(30)에 연결됨))은 A2B 칩(12)이 외부 스위치를 사용하고 있는지를 나타내는 신호(예를 들어, sw_mode로 칭해지는 비트 값)에 따라 적어도 4개의 동작 모드들 중 하나로 동작할 수 있다. 제한들로서가 아닌 단지 예들로서, sw_mode가 0의 디폴트 값으로 설정될 때, 내부 및 외부 스위치들은 라인 고장 진단 및 국부화를 위해 완전한 라인 분리를 제공하기 위해 핀(SWP)에 의해 제어될 수 있으며; sw_mode가 1의 값으로 설정될 때, 다운스트림 케이블 상의 개방 및 역 배선 진단이 스킵될 수 있고; sw_mode가 2의 값으로 설정될 때, 외부 조절기가 사용될 수 있고, 특정 라인 진단 능력들이 인에이블될 수 있으며; sw_mode가 3의 값으로 설정될 때, A2B 칩(12)은 역 엔지니어링 디버그 및 테스트 모드로 설정될 수 있으며, 진단은 턴 오프되고, 스위치들은 전력 스위칭 절차에서의 다른 정상 스위칭 시퀀스 후에, SW 상의 내부 스위치를 완전히 턴 온하고 SWP를 낮게 풀링하여 외부 전력 스위치(30)를 턴 온함으로써 연결된다. 전력 스위치(30) 및 전류 제어 스위칭 소자(36)를 제어하는 신호들에 대한 적절한 값들 및 동작 모드들은 시스템(10)의 실시예들의 넓은 범위 내에 포함될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 적절한 상태 플래그들은 전력 스위칭 절차에서 특정 이벤트들을 표시하도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 플래그(예를 들어, 시작 플래그)는 전력 스위칭의 시작을 표시하기 위해 로우(예를 들어, 0)에서 하이(예를 들어, 1)로 설정될 수 있고; 제 2 플래그(예를 들어, 완료 플래그)는 전력 스위칭의 완료를 표시하기 위해 하이로 설정될 수 있고; 제 3 플래그(예를 들어, 고장 플래그)는 고장을 표시하기 위해 하이로 설정될 수 있다. 예시적 실시예에서, 고장 플래그는 전력 스위칭 절차가 성공적으로 완료하지 못할 때, 하이로 트랜지션될 수 있다. 활성화된다면, 그것은 시작 플래그가 로우로 될 때까지, 하이를 유지할 수 있다. 완료 플래그는 전력 스위칭 절차가 성공적으로 완료될 때, 하이로 트랜지션될 수 있고, 시작 플래그가 로우로 갈 때까지, 하이를 유지할 수 있다(예를 들어, 다운스트림 케이블이 분리되는 것을 표시함).
일부 실시예들에 따르면, 적절한 고장 코드들은 특정 고장 타입을 표시하는 고장 코드 버스 상에 설정될 수 있다. 예를 들어, 0의 고장 코드는 고장이 검출되지 않는 것을 표시할 수 있고; 1의 고장 코드는 다운스트림 케이블이 접지에 단락되는 것을 표시할 수 있고; 2의 고장 코드는 다운스트림 케이블이 배터리 전압에 단락되는 것을 표시할 수 있고; 3의 고장 코드는 케이블 터미널들이 함께 단락되는 것을 표시할 수 있고; 4의 고장 코드는 개회로를 표시할 수 있고; 5의 고장 코드는 다운스트림 케이블이 역으로 연결되는 것을 표시할 수 있고; 6의 고장 코드는 불명확한 고장을 표시할 수 있는 등등이다. 다양한 고장 코드 설정들은 실시예들의 넓은 범위 내에서 구현될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 적절한 자동 분리 플래그 설정은 위험한 고장이 검출될 때, 전력 스위치(30)를 자동적으로 분리하는 것을 용이하게 할 수 있다. 위험한 고장은 국부 A2B 칩(12), 또는 파워 업되고 있는 다음 다운스트림 A2B 칩(12)에 파괴적일 수 있다. 예시적 실시예에서, 자동 분리 플래그가 인에이블되고(예를 들어, 1로 설정됨) 전력 스위치(30)가 활성으로 연결될 때 고장이 검출되면, 이 때 전력 스위치(30)는 분리될 수 있으며, 완료 플래그(예를 들어, 전력 스위칭 완료를 표시함)는 로우로 갈 수 있으며, 고장 플래그(예를 들어, 고장을 표시함)는 고장 코드 출력 버스 상에 설정되는 적절한 고장 코드로 하이로 트랜지션될 수 있다. 다른 한편, 고장이 검출될 때 자동 분리 플래그가 디스에이블되면(예를 들어, 0으로 설정됨), 완료 플래그는 전력 스위치(30)가 연결을 계속 유지할 수 있으므로, 하이를 유지할 수 있다. 고장 플래그 및 고장 코드 출력들은 고장 정보로 갱신될 수 있지만, 전력 스위치(30)의 분리는 호스트(18), 사용자 개입, 소프트웨어 개입, 또는 다른 메커니즘들에 의해 제어될 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 4는 다양한 실시예들에 따른 A2B 칩(12)과 연관된 전력 스위칭 및 진단 하드웨어를 예시하는 간략한 블록도이다. 전력 공급 조절기(40)는 유입되는(예를 들어, 업스트림 방향으로부터의) 전력 공급 라인들(22A 및 24A)에서 임의의 문제들(예를 들어, 전압 강하)을 감지할 수 있다. 다운스트림 포지티브 전력 공급 라인(22B) 상의 전력 스위치(30)는 포지티브 스위치 드라이버(44)에 의해 구동될 수 있다. 다운스트림 네거티브 전력 공급 라인(24B) 상의 전류 제어 스위칭 소자(36)는 전류를 조절하기 위해 가변 네거티브 전류 싱크 및 스위치(및 일부 실시예들에서 전류 공급원)의 기능을 할 수 있다.
하나 이상의 감지 비교기들(50) 및 다른 구성요소들을 포함하는 진단 모듈(48)은 전력 스위칭 절차 전에, 동안, 및 후에 다운스트림 A2B 버스(14)에서 고장들을 검출하는 것을 용이하게 할 수 있다. 제어 로직(52)은 미리 결정된 충전 비율이 달성될 때까지 충전 전류를 A2B 버스(14) 상의 부하에 동적으로 적응시키도록 전류 공급원(예를 들어, 전류 제어 스위칭 소자(36))를 제어할 수 있다. 제어 로직(52)은 전력 조절기(40) 및 진단 모듈(48)로부터 다양한 상태 입력들을 수신하고, 적절한 파워 온 스위칭 메커니즘을 적절하게 결정하고, 스위치 및 진단 제어들을 그에 상응하게 발생시켜 시스템(10)에서 전력 스위칭 및 라인 진단을 용이하게 할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, A2B 칩(12) 내의 다른 구성요소들로부터의 인에이블 스위치 및 클록 신호들은 제어 로직(52)을 구성(예를 들어, 프로그래밍, 제어 등)하는 것을 용이하게 할 수 있다. 제어 로직(52)은 포지티브 스위치 드라이버(44)를 통해 전력 스위치(30)를 제어할 수 있다. 전력 스위치(30)가 턴 온될 때, 업스트림 전원은 다운스트림 전원에 연결될 수 있어, 전류 서지 또는 다른 중단들을 야기하지 않으면서 점진적으로 전류 루프(다음 다운스트림 A2B 칩을 통해 포지티브 전력 공급 라인(22B) 및 네거티브 전력 공급 라인(24B)을 포함함)를 에너자이징한다. 감지 비교기들(50)은 제어 로직(52)으로의 유입되는 공급 및 접지에 관하여 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)의 상태를 피드백할 수 있다. 제어 로직(52)은 전력 스위치(30)의 상태, 전류 제어 스위칭 소자(36)를 통해 인출되는 전류, 및 감지 비교기들(50)의 상태에 기초하여 다음 상태 결정을 행할 수 있다.
전력 공급 조절기(40)는 유입되는 전력 공급의 상태(예를 들어, 품질, 헬스, 조건 등)를 감시할 수 있다. 유입되는 전력 공급의 품질이 저하되면, A2B 칩(12)에서의 국부 전력 공급의 상태의 적절한 피드백이 제어 로직(52)에 제공될 수 있다. 따라서, 전력 공급이 붕괴되기 시작하면(예를 들어, 전력 공급 라인들 상의 전력 서지, 전력 없음, 전력 변동들 등), 저하가 초기에 충분히 검출될 수 있어, 파워 온 프로세스는 전력 공급 저하가 고정(예를 들어, 중단, 소멸, 진정 등)되는 것을 허용하도록 둔화될(또는 적절히, 중단될) 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 조절기(40)는 VIN의 값이 미리 구성된 임계값 아래로 기울어지면 전압을 핀(VIN)에서 감시하고 피드백을 제어 로직(52)에 제공할 수 있다. 따라서, 다운스트림 전력 공급 및 데이터는 국부 전력 공급에서의 문제들(예를 들어, 중단들, 붕괴 등)로부터 보호될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 진단 모듈(48)은 예를 들어 전력이 인에이블되면 회로를 손상시킬 수 있었던 고장들을 검출하고 또한 다운스트림 전력 인에이블링 트랜지션 동안 정보를 제어 로직(52)에 피드백하기 위해 전력 스위칭 프로세스 전에, 동안, 및 후에 다운스트림 케이블의 조건을 감지하도록 구성될 수 있다. 진단 모듈(48)은 다양한 고장 조건들 동안 다운스트림 케이블 상에 존재할 수 있는 높은 라인 전압들에 내성이 있을 수 있다.
진단 모듈(48)은 업스트림 및 다운스트림 측 둘 다에 연결될 수 있다. 진단 모듈(48)은 전력 스위칭 절차의 요건들에 조건부인 제어 로직(52)에 의해 제어될 수 있다. 진단 모듈(48)은 전력 스위칭 절차에서 단계의 성공적 완료 또는 다운스트림 회로망에서 잠재적 고장을 나타내는 그러한 단계의 고장을 표시하면 업스트림 및 다운스트림 전력 공급 상태 정보를 다시 제어 로직(52)에 제공할 수 있다. 진단 모듈(48)은 다운스트림 전력 스위칭 절차 전에, 동안, 및/또는 후에 업스트림 및 다운스트림 전력 공급 라인들(22A/22B 및 24A/24B)의 상태를 감시할 수 있다.
일부 실시예들에서, 진단 모듈(48)은 다운스트림 회로망에 전력 전달을 인에이블하기 전에 잠재적으로 파괴적인 고장들을 검출할 수 있다. 예를 들어, 다운스트림 케이블은 다운스트림 회로망의 2개의 단자 상의 적정한 저항을 통해 전압 여기로 여기될 수 있고, 응답은 다운스트림 케이블 상의 여기를 검출(예를 들어, 관찰하는, 측정 등)하는 감지 비교기들(50)에 의해 감지될 수 있다. 접지에 단락과 같은 고장 또는 고전압은 여기를 압도할 수 있으며, 이는 그 다음 감지 비교기들(50)에 의해 검출되지 않을 수 있다. 감지 비교기들(50)로부터의 출력의 표시에 따라, 고장의 본질이 적절하게 분류되거나 결정될 수 있다. 파괴적 고장이 검출되면, 다운스트림 회로망에 전력을 공급하는 프로세스가 정지될 수 있고, 고장의 존재 및 타입이 다시 호스트(18)에 보고되었다.
일부 실시예들에서, 진단 모듈(48)은 다운스트림 케이블 상태를 업스트림 케이블 상태와 비교함으로써 개회로 고장을 검출할 수도 있다. 예를 들어, 원단 다운스트림 부하가 존재하지 않으면, 이는 차례로 개회로 또는 역 연결 타입 고장을 나타낼 수 없으며, 다운스트림 케이블 상태는 매우 빠르게(예를 들어, 미리 결정된 시간 간격 미만으로) 업스트림 케이블 상태에 도달할 수 있다. 적절한 감지 비교기들(50)은 다운스트림 케이블 상태의 변화 비율을 검출하고, 다운스트림 케이블 상태가 매우 빠르게 업스트림 케이블 상태에 도달할 수 있는지를 검출하여 개회로 고장을 표시할 수 있다.
일부 실시예들에서, 진단 모듈(48)은 역 극성 방식으로 전력 공급 라인들(22B 및 24B)을 여기시킴으로써 다른 고장들을 분류할 수 있다. 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)이 역 극성화될 때 매우 빠르게(예를 들어, 미리 결정된 시간 간격 미만으로) 충전되면, 개회로가 표시될 수 있다. 다른 한편, 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)이 역 극성 여기에 매우 느리게(예를 들어, 미리 결정된 시간 간격을 초과하여) 응답하면, 적절한 감지 비교기들(50)에 의해 감지되는 다운스트림 케이블 상태에 의해 표시된 바와 같이, 역 극성 고장이 표시될 수 있다.
일부 실시예들에서, 단락 고장은 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)이 최대 충전 전류에서 미리 결정된 경과 시간 간격 내에서 완전히 충전되지 않았던 것을 감지 비교기들(50)이 표시하면 진단될 수 있다. 국부 전력 조절기 회로 또는 감지 비교기들(50)로부터의 임의의 상태 표시는 업스트림(예를 들어, 유입되는) 전력 공급 레벨들이 수용가능한 동작 레벨들 아래로 기울어졌던 것을 표시할 수 있다. 다운스트림 A2B 칩을 에너자이징하기 위해 점진적으로 증가하는 전류들을 사용하는 것은 수반된 임의의 회로 소자들 중 어느 것이 손상되기 전에 단락의 안전한 검출을 허용할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 진단 모듈(48)은 예를 들어 감지 비교기들(50)을 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)에 연결된 채 남김으로써 다운스트림 전력 스위칭 절차의 성공적인 완료 후에 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)을 계속해서 감시할 수도 있다. 감지 비교기들(50)은 미리 결정된 수용가능한 제한들 밖의 다운스트림 전력 공급 전압 레벨들의 임의의 편차를 표시할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 전력 공급 조절기(40)는 예를 들어 국부 전력 공급의 상태에 피드백을 제공할 수 있으므로, 다운스트림 전력 스위칭 절차는 충전 전류의 동적 확장성이 국부 전력 공급의 실행가능성에 영향을 주기 시작하면, 중단되거나 둔화될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제어 로직(52)은 필요하다면, 감지 비교기들(50)에 의해 표시된 바와 같은 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)의 상태 및 국부 전력 조절기의 상태를 감시하면서, 전류 제어 스위칭 소자(36)를 제어할 수 있다. 제어 로직(52)은 전력 스위칭 절차의 성공적인 결과 또는 데이터 링크 시스템에 분류된 고장의 검출(예를 들어, 전력 공급 회로로부터 분리된 전기 회로)을 보고할 수도 있다. 시스템(10)의 일부 실시예들에서, 제어 로직(52)은 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)에 파워 온의 스위칭의 제어를 위한 디지털 회로로 구현될 수 있다. 대체 실시예들에서, 균등한 아날로그 제어 회로가 사용될 수 있다.
다음 다운스트림 A2B 칩을 인에이블시킬 때, 단계는 (예를 들어, 시작 플래그를 인에이블함으로써, 예를 들어 그것을 0에서 1까지 설정함으로써) 전력 스위치(30)를 활성화하는 단계를 포함할 수 있다. 전력 스위치(30)는 VIN으로부터 유도되는 국부 전력 공급(VOUT33/VOUT)이 사양으로부터 기울어지지 않을 수 있도록(예를 들어, 그것이 업스트림 통신 링크를 위태롭게 할 수 있으므로) 제어 로직(52)에 의해 제어될 수 있다. 전력 스위칭 절차 동안, VIN 전압이 제어된 방식으로 강하되지만, 전압 조절기 전압 저하 조건을 회피할 수 있을 것이다. 전력 스위칭 절차의 완료 시에, 완료 플래그는 하이로 트랜지션될 수 있다.
진단 모듈(48) 고장 다운스트림 케이블을 검출하고 적절한 피드백을 제어 로직(52)에 제공할 수 있다. 제어 로직(52)은 예를 들어 고장 플래그를 하이로 설정하고 비-제로 고장 코드를 고장 코드 출력 버스 상에 제공함으로써 전력 스위치(30)를 턴 온하는 실패된 시도를 (예를 들어, 적절히, 마스터 노드 또는 호스트(18)에) 다시 보고할 수 있다. 임의의 고장들을 검출하는 미리 결정된 최대 시간 간격이 제어 로직(52)으로 구성될 수 있다. 심지어 전력 스위치(30)를 인에이블시키려고 시도하기 전에 검출될 수 있는 라인 고장들의 경우에, 미리 결정된 시간 간격은 작은 값으로 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 5는 시스템(10)의 일 실시예에 따른 감지 비교기들(50)의 예시적 상세들을 예시하는 간략한 블록도이다. 다양한 실시예들에서, 진단 모듈(48)은 전력 공급 라인들(22A/22B 및 24A/24B)에 연결되고, 전기 신호들(예컨대 전류, 전압, 저항 등)에 영향을 미치는 측정된 값들을 어떤 미리 결정된 참조 값들과 비교하거나 서로 비교하는 감지 비교기들(50)을 포함할 수 있다. 업스트림(입력 측) 전력 공급 라인들(22A 및 24A) 및 다운스트림(출력 측) 전력 공급 라인들(22B 및 24B) 둘 다의 상태는 비교기 출력들의 결합 상태에 의해 표시될 수 있다. 예를 들어, 하나의 감지 비교기는 입력 전압(VIN)을 측정하고 미리 결정된 입력 전압 값과 비교할 수 있다. 예를 들어 미리 결정된 제한들을 넘는 비제로 차이는 출력을 감지 비교기(50)로부터 제어 로직(52)으로 트리거할 수 있다. 핀들(VSS, VSSO) 등에서 전압과 같은 여러가지 다른 파라미터들은 실시예들의 넓은 범위 내에서 측정될 수 있다.
여기 모듈(54)은 라인들을 테스트하기 위해 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)을 전압 또는 전류들로 완만하게 여기시킬 수 있다. 다양한 여기들에 대한 감지 비교기들(50)의 응답은 다운스트림 회로망 상에 고장의 존재 또는 부재를 표시할 수 있다. 여기 모듈(54)은 하나 이상의 감지 비교기들(50)을 여기시키는 제어 신호들을 제어 로직(50)으로부터 수신할 수 있다. 참조 발생기(56)는 하나 이상의 감지 비교기들(50)에 대한 참조 신호들을 발생시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 6은 시스템(10)의 일 실시예에 따른 전력 스위칭 및 진단 하드웨어를 포함하는 예시적 A2B 칩(12)을 예시하는 간략한 블록도이다. 인덕터들(34)은 업스트림 및 다운스트림 전력 공급 라인들(22A/24A 및 22B/24B) 상의 페라이트 비드들을 포함한다. 포지티브 스위치 드라이버(44), 전류 제어 스위칭 소자(36), 진단 모듈(48), 및 제어 로직(52)에 더하여, A2B 칩(12)은 전기 신호들을 업스트림 회로망으로 그리고 이 회로망으로부터(예를 들어, 마스터 노드를 향해) 송신 및 수신할 수 있는 A2B 송수신기(60), 및 전기 신호들을 다운스트림 회로망으로 그리고 이 회로망으로부터(예를 들어, 다른 슬레이브 노드들을 향해) 송신 및 수신할 수 있는 다른 A2B 송수신기(62)를 포함할 수 있다. 전력 공급 조절기(40)는 하나 이상의 전압 조절기들(64)을 포함할 수 있다. PLL(Phased Locked Loop)(66)은 전력 스위칭 절차, 및/또는 데이터 전송 프로세스를 동기화시키기 위해 포함될 수 있다.
공통 모드 초크(68)는 전자기 간섭에 견디어 내고 A2B 버스(14)로부터 전자기 방사를 감소시키기 위해 일부 실시예들에 선택적으로 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도면에 예시된 바와 같이, 전력 스위치(30)는 A2B 칩(12) 외부에 제공될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전력 스위치(30) 및 네거티브 측 스위치(예를 들어, 전류 제어 스위칭 소자(36)) 둘 다는 A2B 칩(12) 내에 제공될 수 있다(그리고 이 칩과 일체화됨). 또 다른 실시예들에서, 전력 스위치(30)는 A2B 칩(12) 내에 제공될 수 있고, 네거티브 측 스위치(예를 들어, 전류 제어 스위칭 소자(36))는 A2B 칩(12) 외부에 제공될 수 있다.
도 7을 참조하면, 도 7은 시스템(10)의 실시예에 따른 전력 스위칭 절차와 연관될 수 있는 예시적 동작들(100)을 예시하는 간략한 흐름도이다. 다양한 실시예들에서, 전류 제어 스위칭 소자(36)는 다운스트림 케이블이 완전히 충전될 때까지 다운스트림 케이블에서 충전 전류를 점진적으로 증가시키도록 조작될 수 있다. 파워 온 프로세스 동안, 고장들은 적절한 감지 비교기들(50) 및 진단 모듈(48)과 연관된 다른 구성요소들에 의해 검출될 수 있다.
102에서, 다운스트림 A2B 칩(12)으로의 전력이 턴 오프된다. 전력은 예를 들어 전력 스위칭의 시작을 표시하기 위해 시작 플래그를 하이로 설정함으로써 명령에 따라(예를 들어, 마스터 노드(12(1))로부터) 스위칭될 수 있다. 104에서, 진단 모듈(48)은 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)에서 파괴적 고장들을 체크할 수 있다. 예를 들어, 진단 모듈(48) 내의 여기 모듈(54)은 파괴적 고장들을 검출하기 위해 다운스트림 케이블을 전압 또는 전류로 여기시킬 수 있다. 고장들이 발견되지 않으면, 106에서, 전력 스위치(30)가 턴 온될 수 있다. 108에서, 전류 제어 스위칭 소자(36)는 충전 전류의 최저 설정에서 턴 온될 수 있다. 110에서, 시스템(10)은 (예를 들어, 미리 결정된 시간 간격 동안) 고정을 대기할 수 있다. 112에서, 시스템(10)에서의 전류의 고정 비율이 감시될 수 있고, 고정 비율이 미리 결정된 임계값보다 더 높은지(예를 들어, 전류 루프가 매우 빠르게 고정되는지)가 판단될 수 있다. 예를 들어, 적절한 감지 비교기들(50)은 다운스트림 케이블에서 전류의 변화 비율을 감시하고, 그것을 업스트림 케이블 내의 전류와 비교할 수 있다.
전류 루프가 매우 빠르게 고정되지 않아서, 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)에서 개회로 고장을 표시하지 않으면, 114에서, 전류 제어 스위칭 소자(36)의 전류 설정이 점진적으로 증가될 수 있다. 116에서, 국부 전력 공급의 상태가 예를 들어 전력 조절기(40)에서 체크될 수 있다. 상태가 실행가능하여(예를 들어, 사양들 내에서 VIN에 의한 "좋음"), 국부 전력 공급에 문제들을 표시하지 않으면, 118에서 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)이 완전히 충전되고 미리 결정된 충전 비율이 도달되는지가 판단될 수 있다. 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)이 완전히 충전되면, 120에서, 전력 스위칭 절차가 완료될 수 있다. 완료 플래그는 전력 스위칭의 완료를 표시하기 위해 하이로 설정될 수 있다.
104를 다시 참조하면, 파괴적 고장들이 검출된 경우, 동작들은 고장들이 제어 로직(52)에(그리고 적절히 마스터 노드 및/또는 호스트(18)에) 보고될 수 있는 122로 루프될 수 있다. 예를 들어, 고장 플래그는 고장을 표시하기 위해 하이로 설정될 수 있고, 적절한 고장 코드가 고장 코드 라인으로 삽입될 수 있다. 마찬가지로, 112를 다시 참조하면, 전류 루프가 매우 빠르게 고정되어, 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)에서 개회로 고장을 표시하는 경우, 동작들은 검출된 고장을 적절히 보고하는 122로 다시 루프될 수 있다. 유사하게, 116을 다시 참조하면, 국부 전력 공급이 실행가능하지 않은 것을 표시하는 전력 공급 조절기 상태가 "나쁨"인 경우, 124에서, 대기 시간은 상태를 리체크하도록 고정에 대해 인에이블될 수 있다. 상태가 나쁨인 것으로 계속되어, 고장을 표시하면, 동작들은 고장들이 적절히 보고될 수 있는 122로 루프될 수 있다.
118을 다시 참조하면, 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)이 완전히 충전되지 않은 경우, 126에서, 전류 싱크가 그의 최대 설정에 있는지가 판단될 수 있다. 전류 제어 스위칭 소자(36)에서의 전류 싱크가 그의 최대 설정에 있지 않으면, 전류 싱크 설정이 114에서 증가될 수 있고, 동작들이 그 후에 계속될 수 있다, 전류 싱크 설정이 최대 설정에 있고, 다운스트림 전력 공급 라인들(22B 및 24B)이 완전히 충전되지 않으면, 고장이 표시될 수 있고, 동작들은 고장이 적절히 보고될 수 있는 122로 루프될 수 있다.
본 명세서에서, "일 실시예", "예시적 실시예", "하나의 실시예", "또 하나의 실시예", "일부 실시예들", "다양한 실시예들", "다른 실시예들", "대안 실시예" 등에 포함된 다양한 피처들(예를 들어, 요소들, 구조들, 모듈들, 구성요소들, 단계들, 동작들, 특성들 등)에 대한 참조들은 임의의 그러한 피처들이 본 개시의 하나 이상의 실시예들에 포함되지만, 반드시 동일한 실시예들에 결합될 수 있거나 결합되지 않을 수 있는 것을 의미하도록 의도된다는 점에 주목한다.
상기 실시예들의 논의들에서, 커패시터들, 클록들, DFF들, 분할기들, 인덕터들, 저항기들, 증폭기들, 스위치들, 디지털 코어, 트랜지스터들, 및/또는 다른 구성요소들은 특정 회로 요구들을 수용하기 위해 용이하게 대체되거나, 치환되거나, 다른 방식으로 수정될 수 있다. 더욱이, 상보적 전자 칩들, 하드웨어, 소프트웨어 등의 사용은 본 개시의 교시들을 구현하기 위한 동일하게 실행가능한 선택을 제공하는 점이 주목되어야 한다.
하나의 예시적 실시예에서, 도면들의 임의 수의 전기 회로들은 연관된 전자 칩의 보드 상에 구현될 수 있다. 보드는 전자 칩의 내부 전자 시스템의 다양한 구성요소들을 유지할 수 있는 일반 회로 보드일 수 있고, 게다가 다른 주변 장치들을 위한 커넥터들을 제공한다. 더 구체적으로, 보드는 시스템의 다른 구성요소들이 전기적으로 통신할 수 있는 전기 연결들을 제공할 수 있다. 임의의 적절한 프로세서들(디지털 신호 프로세서들, 마이크로프로세서들, 지원 칩셋들 등을 포함함), 메모리 요소들 등은 특정 구성 요구들, 처리 수요들, 컴퓨터 설계들 등에 기초하여 보드에 적절히 결합될 수 있다. 외부 스토리지, 부가 센서들, 오디오/비디오 디스플레이를 위한 컨트롤러들, 및 다른 주변 칩들과 같은 다른 구성요소들은 플러그인 카드들과 같이 보드에 부착되거나, 케이블들을 통해 부착되거나, 보드 자체에 통합될 수 있다.
다른 예시적 실시예에서, 도면들의 전기 회로들은 독립형 모듈들(예를 들어, 연관된 구성요소들을 갖는 칩 및 특정 응용 또는 기능을 수행하도록 구성된 회로)로 구현되거나 전자 칩들의 응용 주문형 하드웨어에 대한 플러그인 모듈들로 구현될 수 있다. 본 개시의 특정 실시예들은 부분적으로, 또는 전체적으로 SOC(system on chip) 패키지에 즉시 포함될 수 있다는 점에 주목한다. SOC는 컴퓨터 또는 다른 전자 시스템의 구성요소들을 단일 칩에 통합하는 IC를 나타낸다. 그것은 디지털, 아날로그, 혼합 신호, 및 종종 무선 주파수 기능들을 포함할 수 있다: 그 모두는 단일 칩 기판 상에 제공될 수 있다. 다른 실시예들은 MCM(multi-chip-module)을 포함할 수 있으며, 복수의 개별 IC들은 단일 전자 패키지 내에 위치되고 전자 패키지를 통해 서로 밀접하게 상호작용하도록 구성된다. 다양한 다른 실시예들에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 기능성들은 ASIC들(Application Specific Integrated Circuits), FPGA들(Field Programmable Gate Arrays), 및 다른 반도체 칩들에서 하나 이상의 실리콘 코어들로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에 개설된 모든 사양들, 치수들, 및 관계들(예를 들어, 구성요소들의 수, 로직 동작들 등)은 예 및 교시만의 목적들을 위해 단지 제공되었다는 점에 반드시 주목해야 한다. 그러한 정보는 본 개시의 사상, 또는 첨부된 특허청구범위로부터 벗어나지 않으면서 상당히 변화될 수 있다. 사양들은 하나의 비제한적 예에만 적용되고, 따라서 그들은 그와 같이 해석되어야 한다. 이전 설명에서, 예시적 실시예들은 특정 구성요소 배열들과 관련하여 설명되었다. 다양한 수정들 및 변경들은 첨부된 특허청구범위로부터 벗어나지 않으면서 그러한 실시예들에 이루어질 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적 의미라기 보다는 오히려 예시적 의미로 간주되어야 한다.
도면들과 관련하여 상기 논의된 작업들은 신호 처리, 특히 특수화된 소프트웨어 프로그램들, 또는 알고리즘들을 실행하기 위해 동기화 신호들에 의존하는 것들을 수반하는 임의의 집적 회로들에 적용가능하며, 그 일부는 디지털화된 실시간 데이터를 처리하는 것과 연관될 수 있다는 점에 주목한다. 어떤 실시예들은 멀티 DSP 신호 처리, 부동 소수점 처리, 신호/제어 처리, 고정 기능 처리, 마이크로컨트롤러 응용들 등과 관련될 수 있다. 특정 맥락들에서, 본 명세서에 논의된 피처들은 의료 시스템들, 과학적 기구, 무선 및 유선 통신들, 레이더, 산업 공정 제어, 오디오 및 비디오 장비, 전류 센싱, 기구(고정밀일 수 있음), 및 다른 디지털 처리 기반 시스템들에 적용가능할 수 있다.
더욱이, 상기 논의된 어떤 실시예들은 의료 이미징, 환자 모니터링, 의료 기구, 및 가정 헬스케어를 위한 디지털 신호 처리 기술들에 제공될 수 있다. 이것은 폐(pulmonary) 모니터들, 가속도계들, 심장 박동 모니터들, 페이스메이커들 등을 포함할 수 있었다. 다른 응용들은 안전 시스템들(예를 들어, 안정 제어 시스템들, 운전자 보조 시스템들, 브레이크 시스템들, 인포테인먼트, 및 임의 종류의 내부 응용들)을 위한 자동차 기술들을 수반할 수 있다. 더욱이, 파워트레인 시스템들(예를 들어, 하이브리드 및 전기 자동차들 내의)은 본 명세서에 설명된 기능성들을 배터리 모니터링, 제어 시스템들, 리포팅 컨트롤들, 보수 작업들 등에서의 고정밀 데이터 변환 제품들에서 적용할 수 있다.
또 다른 예시적 시나리오들에서, 본 개시의 교시들은 생산성, 에너지 효율, 및 신뢰성을 추진하는데 도움이 되는 공정 제어 시스템들을 포함하는 산업 시장에 적용가능할 수 있다. 소비자 응용들에서, 상기 논의된 전기 회로들의 교시들은 이미지 처리, 자동 초점, 및 이미지 안정화(예를 들어, 디지털 스틸 카메라들, 캠코더들 등)에 사용될 수 있다. 다른 소비자 응용들은 홈 시어터 시스템들, DVD 레코더들, 및 고선명 텔레비전들을 위한 오디오 및 비디오 프로세서들을 포함할 수 있다. 또 다른 소비자 응용들은 고급 터치 스크린 컨트롤러들(예를 들어, 임의 타입의 휴대용 미디어 칩을 위한)을 수반할 수 있다. 따라서, 그러한 기술들은 용이하게 스마트폰들, 태블릿들, 보안 시스템들, PC들, 게임 기술들, 가상 현실, 시뮬레이션 트레이닝 등의 일부일 수 있었다.
본 명세서에 제공된 다수의 예들의 경우, 상호작용은 2개, 3개, 4개, 또는 그 이상의 전기 구성요소들에 관하여 설명될 수 있다는 점에 주목한다. 그러나, 이것은 명확성 및 예만의 목적들을 위해 행해졌다. 시스템은 임의의 적절한 방식으로 통합될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 유사한 설계 대안들에 따라, 도면들의 예시된 구성요소들, 모듈들, 및 요소들 중 어느 것은 다른 가능한 구성들로 결합될 수 있으며, 그 모두는 본 명세서의 넓은 범위 내에 분명히 있다. 어떤 경우들에서, 제한된 수의 전기 요소들만을 참조함으로써 주어진 플로우 세트의 기능성들 중 하나 이상을 설명하는 것이 더 용이할 수 있다. 도면들 및 그 교시들의 전기 회로들은 용이하게 확장가능하고 다수의 구성요소들 뿐만 아니라, 더 복잡한/정교한 배열들 및 구성들을 수용할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 따라서, 제공된 예들은 무수한 다른 아키텍처들에 잠재적으로 적용되는 바와 같이 전기 회로들의 범위를 제한하거나 넓은 교시들을 저해하지 않아야 한다.
다수의 다른 변화들, 치환들, 변형들, 변경들, 및 수정들은 당업자에게 확인될 수 있고 본 개시는 첨부된 특허청구범위 내에 있는 바와 같은 모든 그러한 변화들, 치환들, 변형들, 변경들, 및 수정들을 포함하도록 의도된다. 본 명세서에 첨부된 특허청구범위를 해석하는데 있어서 미국 특허상표청(USPTO) 및 부가적으로 본 출원에 이슈된 임의 특허의 임의 독자들을 돕기 위해, 본 출원인은 (a) 단어들 "하는 수단" 또는 "하는 단계"가 특정 청구항들에 구체적으로 사용되지 않으면 본 명세서의 출원일에 존재하는 첨부된 청구항들 중 어느 것에 35 U.S.C. 제112조 제6항을 적용하려는 의도는 없고; (b) 본 명세서 내의 임의의 진술에 의해, 첨부된 청구항들에 달리 반영되지 않은 임의의 방식으로 본 개시를 제한하려는 의도는 없다는 점에 주목하기를 본 출원인은 희망한다.
다른 주석들, 예들, 및 구현들
상술된 장치의 모든 선택 피처들은 본 명세서에 설명된 방법 또는 프로세스에 관하여 구현될 수도 있고 예들의 세부 사항은 하나 이상의 실시예들에서 어디든지 사용될 수 있다는 점에 주목한다. 제 1 예에서, 임의 타입의 컴퓨터의 일부일 수 있는 시스템(임의의 적절한 회로, 분할기들, 커패시터들, 저항기들, 인덕터들, ADC들, DFF들, 로직 게이트들, 소프트웨어, 하드웨어, 링크들 등을 포함할 수 있음)이 제공되며, 이는 복수의 전자 구성요소들에 결합된 회로 보드를 추가로 포함할 수 있다. 시스템은 파괴적 고장들이 시스템에서 검출되지 않으면 전력 스위칭 회로의 전력 스위치를 턴 온하는 수단; 충전 전류의 최저 설정에서 전력 스위칭 회로의 전류 공급원을 턴 온하는 수단; 시스템에서 전류의 고정 비율을 감시하는 수단; A2B 칩에서 국부 전력 공급의 상태를 검출하는 수단; 및 고정 비율이 미리 결정된 임계값보다 더 높고 국부 전력 공급이 실행가능하면, 미리 결정된 충전 비율이 도달될 때까지 충전 전류를 점진적으로 증가시키는 수단을 포함할 수 있다.
시스템은 검출된 고장들을 보고하는 수단; 다운스트림 케이블이 완전히 충전되는지를 판단하는 수단; 파괴적 고장들을 검출하기 위해 다운스트림 케이블을 전류의 전압으로 여기시키는 수단; 시스템에서 전류의 고정을 대기하는 수단; 전력 스위칭의 시작을 표시하기 위해 제 1 플래그를 하이로 설정하는 수단; 전력 스위칭의 완료를 표시하기 위해 제 2 플래그를 하이로 설정하는 수단; 및 고장을 (예를 들어, 다운스트림 케이블에서) 표시하기 위해 제 3 플래그를 하이로 설정하는 수단을 포함할 수도 있다.
이러한 경우들(상기)에서의 "하는 수단"은 임의의 적절한 소프트웨어, 회로, 허브, 컴퓨터 코드, 로직, 알고리즘들, 하드웨어, 컨트롤러, 인터페이스, 링크, 버스, 통신 경로 등과 함께, 본 명세서에 논의된 임의의 적절한 구성요소를 사용하는 것을 포함할 수 있다(그러나 이에 제한되지 않음). 제 2 예에서, 시스템은 실행될 때 시스템이 상기 논의된 작업들 중 어느 것을 수행하게 하는 기계 판독가능 명령어들을 추가로 포함하는 메모리를 포함한다.

Claims (20)

  1. 양방향 2선식 통신 시스템 내에서 사용하기 위한 통신 디바이스의 전력 스위칭 회로로서,
    업스트림 트위스트 와이어 페어를 통해 통신 디바이스 칩을 업스트림 통신 디바이스에 결합시키기 위한 업스트림 결합 회로 - 상기 업스트림 결합 회로는 상기 업스트림 트위스트 와이어 페어를 통해 상기 업스트림 통신 디바이스로부터 상기 통신 디바이스에 전송된 전기 신호로부터 데이터 및 전력을 수신하기 위한 것임 -; 및
    정격 전력 스위칭 절차에 따라 다운스트림 트위스트 와이어 페어를 통해 다운스트림 통신 디바이스에 데이터 및 전력을 제공하기 위한 다운스트림 결합 회로
    를 포함하고,
    상기 전력 스위칭 회로는 상기 정격 전력 스위칭 절차 전에, 동안 및 후에 상기 통신 시스템 내의 하나 이상의 고장들을 검출하고, 하나 이상의 고장들을 검출하는 것에 응답하여 상기 정격 전력 스위칭 절차를 수정하기 위한 것이고,
    상기 다운스트림 결합 회로는 상기 정격 전력 스위칭 절차 전에, 동안, 및 후에 상기 통신 디바이스의 트위스트 와이어 페어 다운스트림의 조건을 감지하고, 피드백을 스위치 제어 메커니즘에 제공하기 위한 것이고,
    상기 다운스트림 결합 회로는 국부 전력 및 데이터 통신을 보존하면서 구속 충전 시간 동안 상기 다운스트림 트위스트 와이어 페어 및 상기 다운스트림 통신 디바이스에 동시에 점진적으로 충전 전류를 제공하기 위한 것인, 전력 스위칭 회로.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전력 스위칭 회로는 상기 정격 전력 스위칭 절차 동안 국부 전력 공급 전압을 유지하기 위한 것인, 전력 스위칭 회로.
  3. 양방향 2선식 통신 시스템 내에서 사용하기 위한 통신 디바이스의 전력 스위칭 회로로서,
    업스트림 트위스트 와이어 페어를 통해 통신 디바이스 칩을 업스트림 통신 디바이스에 결합시키기 위한 업스트림 결합 회로 - 상기 업스트림 결합 회로는 상기 업스트림 트위스트 와이어 페어를 통해 상기 업스트림 통신 디바이스로부터 상기 통신 디바이스에 전송된 전기 신호로부터 데이터 및 전력을 수신하기 위한 것임 -;
    정격 전력 스위칭 절차에 따라 다운스트림 트위스트 와이어 페어를 통해 다운스트림 통신 디바이스에 데이터 및 전력을 제공하기 위한 다운스트림 결합 회로;
    상기 다운스트림 통신 디바이스로부터 상기 통신 디바이스를 분리하기 위한 전력 스위치;
    상기 정격 전력 스위칭 절차 전에, 동안, 및 후에 상기 통신 시스템에서 하나 이상의 고장들을 검출하기 위한 복수의 감지 비교기들을 포함하는 진단 모듈;
    미리 결정된 충전 비율이 달성될 때까지 충전 전류를 상기 통신 디바이스의 트위스트 와이어 페어 다운스트림 상의 부하에 동적으로 적응시키기 위해 전류 공급원을 제어하기 위한 제어 로직; 및
    상기 통신 디바이스에서 국부 전력 공급의 상태에 관한 피드백을 제공하기 위한 국부 전력 조절기
    를 포함하고,
    상기 전력 스위칭 회로는 상기 정격 전력 스위칭 절차 전에, 동안 및 후에 상기 통신 시스템 내의 하나 이상의 고장들을 검출하고, 하나 이상의 고장들을 검출하는 것에 응답하여 상기 정격 전력 스위칭 절차를 수정하기 위한 것인, 전력 스위칭 회로.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 전류 공급원은 전류 제어 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제어 로직은 디지털 회로를 포함하고, 상기 제어 로직은 스위치 드라이버를 통해 상기 전력 스위치를 제어하기 위한 것이고, 또는 상기 진단 모듈은 상기 다운스트림 트위스트 와이어 페어를 전압 또는 전류로 여기시키기 위한 여기 모듈을 포함하고 상기 감지 비교기들은 고장이 상기 다운스트림 트위스트 와이어 페어 상에 존재하지 않으면 상기 여기를 검출하는, 전력 스위칭 회로.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 전력 스위치는 상기 통신 디바이스 내의 데이터 라인으로부터 분리된 전력 공급 라인의 포지티브 측 상에 위치되고, 상기 전류 공급원은 상기 전력 공급 라인의 네거티브 측 상에 위치되는 전력 스위칭 회로.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 전류 공급원은 상기 통신 디바이스의 칩으로 통합되고, 상기 칩은 상기 제어 로직을 포함하고, 상기 전력 스위치는 상기 칩 외부에 위치되는 전력 스위칭 회로.
  7. 양방향 2선식 통신 시스템 내의 통신 디바이스의 전력 스위칭 회로에 의해 실행되는 전력 스위칭 방법으로서,
    파괴적 고장들이 상기 시스템에서 검출되지 않으면 상기 전력 스위칭 회로의 전력 스위치를 턴 온하는 단계;
    충전 전류의 최저 설정에서 상기 전력 스위칭 회로의 전류 공급원을 턴 온하는 단계;
    상기 시스템에서 전류의 고정 비율을 감시하는 단계;
    상기 통신 디바이스에서 국부 전력 공급의 상태를 검출하는 단계; 및
    상기 고정 비율이 미리 결정된 임계값보다 더 크고 상기 국부 전력 공급이 실행가능하면, 미리 결정된 충전 비율이 도달될 때까지 상기 충전 전류를 증가시키는 단계
    를 포함하는 전력 스위칭 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 다운스트림 케이블 내의 전류가 미리 결정된 최대값에 도달했는지를 판단하는 단계를 추가로 포함하는 전력 스위칭 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 파괴적 고장들을 검출하기 위해 상기 다운스트림 케이블을 전압 또는 전류로 여기시키는 단계를 추가로 포함하는 전력 스위칭 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    전력 스위칭의 시작을 표시하기 위해 제 1 플래그를 하이로 설정하는 단계;
    전력 스위칭의 완료를 표시하기 위해 제 2 플래그를 하이로 설정하는 단계; 및
    고장을 표시하기 위해 제 3 플래그를 하이로 설정하는 단계를 추가로 포함하는 전력 스위칭 방법.
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