KR102358562B1 - Usb 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건의 검출을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Usb 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건의 검출을 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시의 예시적 실시예에 따라 USB 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건의 검출을 위한 장치는, GND 핀 및 적어도 하나의 파워 핀 사이의 적어도 하나의 임피던스를 검출하고, 검출된 적어도 하나의 임피던스에 기초하여 적어도 하나의 파워 핀에서의 누설 전류 발생 조건을 검출하고, 누설 전류 발생 조건 검출시 활성화되는 검출 신호를 생성하는 포트 컨트롤러, 및 적어도 하나의 파워 핀에 연결된 적어도 하나의 풀업(pullup) 회로를 포함할 수 있고, 포트 컨트롤러는, 적어도 하나의 파워 핀을 풀업하도록 적어도 하나의 풀업 회로를 제어하고 적어도 하나의 파워 핀의 전압을 검출함으로써, 적어도 하나의 임피던스를 검출할 수 있다.

Description

USB 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건의 검출을 위한 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR DETECTING CONDITIONS GENERATING LEAKAGE CURRENT IN USB INTERFACE}
본 개시의 기술적 사상은 USB 인터페이스에 관한 것으로서, 자세하게는 USB 인터페이스에서 누설 전류의 발생 조건을 검출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
USB(또는 USB 표준)는 기기간 통신을 위하여 케이블, 커넥터, 통신 프로토콜을 정의하는 표준으로서, USB(Universal Serial Bus) 인터페이스는 다양한 어플리케이션들에서 폭넓게 사용되고 있다. USB는 데이터의 송수신을 위한 프로토콜뿐만 아니라 전력 전달에 관한 표준을 정의하고, 예컨대 USB PD(Power Delivery)는 20V, 5A와 같이 높은 전력 전달을 규정한다. 이에 따라, USB 리셉터클(receptacle)에 전도성 이물이 유입되거나 USB 케이블에서 단락이 발생하는 경우와 같이, 전력을 전달하는 노드가 다른 노드와 단락되는 경우, USB 인터페이스를 통해서 전력을 공급하는 소스로서 기능하는 기기에서 과도한 전력 소모가 발생할 수 있고, 심지어 과전류로 인한 손상이 유발될 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면은 USB 인터페이스에 관한 것으로서, USB 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건의 검출을 위한 장치 및 방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따라 USB 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건의 검출을 위한 장치는, GND 핀 및 적어도 하나의 파워 핀 사이의 적어도 하나의 임피던스를 검출하고, 검출된 적어도 하나의 임피던스에 기초하여 적어도 하나의 파워 핀에서의 누설 전류 발생 조건을 검출하고, 누설 전류 발생 조건 검출시 활성화되는 검출 신호를 생성하는 포트 컨트롤러, 및 적어도 하나의 파워 핀에 연결된 적어도 하나의 풀업(pullup) 회로를 포함할 수 있고, 포트 컨트롤러는, 적어도 하나의 파워 핀을 풀업하도록 적어도 하나의 풀업 회로를 제어하고 적어도 하나의 파워 핀의 전압을 검출함으로써, 적어도 하나의 임피던스를 검출할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 장치는, GND 핀 및 적어도 하나의 파워 핀을 포함하는 USB 리셉터클(receptacle), 적어도 하나의 파워 핀에 연결된 적어도 하나의 풀업(pullup) 회로, 및 적어도 하나의 파워 핀을 풀업하도록 적어도 하나의 풀업 회로를 제어함으로써 GND 핀 및 적어도 하나의 파워 핀 사이의 적어도 하나의 임피던스를 검출하고, 검출된 적어도 하나의 임피던스에 기초하여 USB 리셉터클에서 누설 전류 발생 조건 검출시 활성화되는 검출 신호를 생성하는 포트 컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 USB 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건의 검출을 위한 방법은, GND 핀 및 적어도 하나의 파워 핀 사이의 적어도 하나의 임피던스를 검출하는 단계; 및 검출된 적어도 하나의 임피던스에 기초하여 USB 리셉터클에서 누설 전류의 발생 조건 검출시 활성화되는 검출 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 임피던스를 검출하는 단계는, 적어도 하나의 파워 핀을 풀업(pullup)하는 단계, 적어도 하나의 파워 핀의 전압을 검출하는 단계, 및 검출된 전압에 기초하여 적어도 하나의 임피던스를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따른 누설 전류 검출을 위한 장치 및 방법에 의하면, USB 인터페이스에서 발생한 고장(failure), 예컨대 누설 전류 발생 조건이 검출될 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 누설 전류 검출을 위한 장치 및 방법에 의하면, USB 인터페이스에서 발생한 누설 전류발생 조건은 USB 통신을 위한 부품들을 활용함으로써 검출될 수 있고, 이에 따라 높은 유용성을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 누설 전류 검출을 위한 장치 및 방법에 의하면, 검출된 누설 전류 발생 조건에 따라 누설 전류의 발생을 경고하거나, 누설 전류를 차단함으로써 불필요한 전력 소모 및 기기의 고장을 방지할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 이하의 기재로부터 본 개시의 예시적 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 아니한 효과들 역시 본 개시의 예시적 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 USB 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 USB 리셉터클의 예시를 나타내는 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 USB 리셉터클의 가능한 상태들을 나타내는 블록도들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 3a의 종단 회로의 예시적인 등가 회로들을 나타내난다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 4b의 종단 회로 및 포트 컨트롤러의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 USB 장치를 나타내는 블록도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 USB 리셉터클의 가능한 상태들을 나타내는 블록도들이다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 7a의 종단 회로의 예시적인 등가 회로들을 나타낸다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 7a 내지 도 7c의 종단 회로 및 포트 컨트롤러의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 USB 장치를 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 USB 인터페이스에서 누설 전류 바발생 조건 검출을 위한 방법을 나타내는 순서도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 11의 단계 S40의 예시들을 나타내는 순서도들이다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 USB 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건 검출을 위한 방법을 나타내는 순서도이다.
도 14는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 USB 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건 검출을 위한 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 USB 장치(100)를 나타내는 블록도이다. USB 장치(100)는 USB 인터페이스를 통해서 다른 장치와 통신할 수 있는 임의의 장치로서, 예컨대 데스크톱 컴퓨터, 서버 등과 같은 고정형(stationary) 기기일 수도 있고, 랩탑 컴퓨터, 모바일 폰, 태블릿 PC 등과 같은 휴대형(mobile) 기기일 수도 있으며, 또한 이상의 기기들에 포함되어 USB 인터페이스를 제공하는 부품일 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, USB 장치(100)는, USB 리셉터클(110), 종단 회로(120), 포트 컨트롤러(130), 전력 회로(140), 메인 컨트롤러(150) 및 신호 생성기(160)를 포함할 수 있다.
USB 리셉터클(receptacle)(110)은 상대방 USB 엔티티(entity)와의 접속을 위하여, USB 케이블 또는 USB 엔티티의 일부인 USB 플러그(plug) 등에 결합될 수 있다. USB 리셉터클(110)은 복수의 노출된 핀들을 포함할 수 있고, 복수의 노출된 핀들을 통해서 신호가 송수신되거나 전력이 전달될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, USB 리셉터클(110)은 전송 신호(TX), 수신 신호(RX), 채널 구성 신호들(CC1, CC2), VBUS 전압(V_BUS), 접지 전압(GND)을 전달하는 핀들을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된, USB 리셉터클(110)을 통과하는 신호들은 예시에 불과하며, 일부 실시예들에서, 추가적인 신호, 예컨대 부대역 사용 신호들(SBU1, SBU2) 등이 USB 리셉터클(110)을 통과할 수 있으며, 또한 일부 실시예들에서, 전송 신호(TX) 및 수신 신호(RX)는 차동 신호로서 USB 리셉터클(110)은 전송 신호(TX) 및 수신 신호(RX)에 각각 대응하는 여러 쌍의 핀들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, USB 리셉터클(110)은, 도 2를 참조하여 후술되는 바와 같이, USB Type-C에 따른 핀 배치를 가질 수 있으나, 본 개시의 예시적 실시예들이 이에 제한되지 아니하는 점이 유의된다.
USB 리셉터클(110)에 USB 플러그가 결합되지 아니하는 동안 USB 리셉터클(110)에 전도성 이물(foreign material)이 유입되거나, USB 리셉터클(110)에 결합된 USB 케이블에서 단락이 발생하는 경우, USB 리셉터클(110)에 포함된 핀들 중 2이상의 핀들이 전기적으로 상호 연결될 수 있다. 부적절하게 전기적으로 상호 연결된 핀들은 누설 전류를 발생시킴으로써 USB 인터페이스를 통한 통신에 장애를 유발할 수 있고, 심지어 과다한 누설 전류는 USB 장치(100)에 손상을 유발할 수도 있다. 특히, USB 장치(100)가 휴대용 기기 또는 휴대용 기기에 포함된 부품인 경우, USB 리셉터클(110)에 물, 금속과 같은 전도성 물질이 유입되기 쉬울 수 있다. 후술되는 바와 같이, 본 개시의 예시적 실시예들은 USB 리셉터클(110)에 포함된 핀들 사이 로우(low) 임피던스를 검출함으로써 누설 전류 발생 조건을 검출할 수 있고, 누설 전류 발생 조건 검출시 경고를 발행하거나 누설 전류를 차단함으로써 불필요한 전력 소모를 줄이는 동시에 USB 장치(100)를 과도한 누설 전류에 기인하는 손상으로부터 보호할 수 있다. 일부 실시예들에서, USB 리셉터클(110)의 핀들 중 파워 핀, 즉 전력을 전달하는 핀 및 접지 핀 사이 로우 임피던스가 검출될 수 있다. 이하, 본 명세서에서 USB 리셉터클(110)에 이물이 유입된 상태에 기인하여 누설 전류가 발생되는 것으로 설명되나, 누설 전류를 발생시키는 다양한 원인들이 가능한 점은 이해될 것이다.
종단 회로(120)는 포트 컨트롤러(130)에 의해서 제어될 수 있고, USB 리셉터클(110)에 USB 요건에 따른 종단(termination)을 제공할 수 있다. 예를 들면, 종단 회로(120)는 포트 컨트롤러(130)의 제어에 따라 USB 리셉터클(110)에 채널 구성 신호들(CC1, CC2)을 전달하거나, USB 리셉터클(110)로부터 수신된 채널 구성 신호들(CC1, CC2)을 포트 컨트롤러(130)에 전달할 수 있다. 또한, 종단 회로(120)는 포트 컨트롤러(130)의 제어에 따라, 액티브 케이블을 위한 전력을 제공하는 VCONN 전압(V_CONN)을 전력 회로(140)로부터 USB 리셉터클(110)에 제공할 수 있다.
종단 회로(120)는 풀업(pull-up) 회로(121)를 포함할 수 있다. 풀업 회로(121)는 USB 리셉터클(110)에 포함된 적어도 하나의 핀을, 포트 컨트롤러(130)의 제어에 따라 풀업할 수 있다. 예를 들면, 풀업 회로(121)는, 도 8a에 도시된 바와 같이, 전류를 공급 하는 전류원을 포함할 수도 있고, 도 8b에 도시된 바와 같이, 풀업 저항, 즉 양의 공급 전압에 연결된 일단을 가지는 저항을 포함할 수도 있다. 풀업 회로(121)는, 포트 컨트롤러(130)의 제어에 따라, USB 요건에 따른 풀업 요건을 충족할 수도 있고, USB 리셉터클(110)에 포함된 핀들 사이 로우 임피던스를 검출하는데 사용될 수도 있다.
포트 컨트롤러(130)는 종단 회로(120)와 통신함으로써 종단 회로(120)를 제어할 수 있고, 종단 회로(120)를 통해서 수신되는 신호들에 따라 USB 인터페이스를 제어할 수 있다. 예를 들면, 포트 컨트롤러(130)는 USB 리셉터클(110)을 통해서 외부로 제공되거나 외부로부터 수신되는 포트 전력을 제어할 수도 있고, USB 요건에 따른 채널 구성 신호들(CC1, CC2)을 처리할 수 있다. 또한, 포트 컨트롤러(130)는 종단 회로(120)의 풀업 회로(121)를 제어함으로써, USB 요건에 따른 USB 리셉터클(110)에 포함된 핀들의 풀업을 형성할 수도 있는 한편, 핀들 상호간 로우 임피던스를 검출하기 위하여 풀업 회로(121)를 제어할 수 있고, 종단 회로(120)로부터 수신된 신호에 기초하여 로우 임피던스를 검출, 또는 임피던스를 측정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 포트 컨트롤러(130)는 논리 합성을 통해서 구현되는 로직 블록일 수도 있고, 프로세서 및 프로세서에 의해서 수행되는 명령어들을 저장하는 메모리에 포함된 소프트웨어 블록일 수도 있으며, 이들의 조합일 수도 있다.
종단 회로(120)로부터 수신된 신호에 따라 로우 임피던스가 검출된 경우, 포트 컨트롤러(130)는 로우 임피던스가 검출된 것을 나타내는, 예컨대 활성화된 검출 신호(DET)를 생성할 수 있다. 검출 신호(DET)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 메인 컨트롤러(150) 및/또는 전력 회로(140)에 제공될 수 있고, 후술되는 바와 같이, 메인 컨트롤러(150) 및 전력 회로(140)는 로우 임피던스를 나타내는 검출 신호(DET)에 따라 필요한 동작을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 종단 회로(120) 및 포트 컨트롤러(130)는 하나의 집적 회로에 포함될 수 있고, 종단 회로(120) 및 포트 컨트롤러(130)를 포함하는 집적 회로는 PDIC(Power Delivery Integrated Circuit)로서 지칭될 수 있다.
전력 회로(140)는 VBUS 전압(V_BUS)을 생성할 수 있고 USB 리셉터클에 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, USB 장치(100)가 소스(또는 호스트) 및 싱크(또는 디바이스) 사이 전환이 가능한 DRP(Dual Role Port)를 지원하는 경우, 전력 회로(140)는 USB 리셉터클(110)을 통해서 VBUS 전압(V_BUS)을 수신함으로써, VBUS 전압(V_BUS)에 의해서 공급되는 전력을 USB 장치(100)의 다른 구성요소들에게 분배할 수도 있다. 또한, 전력 회로(140)는 액티브 케이블을 위한 전력을 제공하는 VCONN 전압(V_CONN)을 생성하여 종단 회로(120)에 제공할 수 있다. VCONN 전압(V_CONN)은 포트 컨트롤러(130)의 제어에 따른 종단 회로(120)의 동작에 의해서 USB 리셉터클(110)의 CC1 핀(예컨대, 도 2의 A5) 또는 CC2 핀(예컨대, 도 2의 B5)에 공급될 수 있다. 본 명세서에서, VBUS 전압(V_BUS) 및 VCONN 전압(V_CONN)과 같이, 전력을 전달하는 양의 공급 전압(positive supply voltage)은 전원 전압(power source voltage)으로 지칭될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전력 회로(140)는 메인 컨트롤러(150)와 통신할 수 있고, 포트 컨트롤러(130)로부터 검출 신호(DET)를 수신할 수 있다. 예를 들면, 전력 회로(140)는 전원 전압, 즉 VCONN 전압(V_CONN) 및/또는 VBUS 전압(V_BUS)의 출력을 차단하는 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있고, 메인 컨트롤러(150)의 제어 및/또는 검출 신호(DET)에 따라 적어도 하나의 스위치를 온(on)하거나 오프(off)할 수 있다. 일부 실시예들에서, USB 리셉터클(110)에서 누설 전류 발생 조건이 검출되는 경우 전력 회로(140)는, 메인 컨트롤러(150)의 제어 및/또는 활성화된 검출 신호(DET)에 응답하여, 적어도 하나의 스위치를 오프함으로써 전원 전압으로부터 과전류가 공급되는 것을 방지할 수 있다.
메인 컨트롤러(150)는 전송 신호(TX)를 생성하거나 수신 신호(RX)를 처리할 수 있고, 포트 컨트롤러와 통신할 수 있다. 예를 들면, 메인 컨트롤러(150)는 USB 포트 매니저를 포함할 수 있고, USB 포트 매니저는 포트 컨트롤러(130)와 통신함으로써 포트 정책(policy) 및 USB PD(Power Delivery) 프로토콜 등을 운영할 수 있다. USB 인터페이스의 스테이트 머신(state machine)은 메인 컨트롤러(150) 및 포트 컨트롤러(130)에 의해서 총괄적으로 구현될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 메인 컨트롤러(150)는 포트 컨트롤러(130)로부터 검출 신호(DET)를 수신할 수 있고, 검출 신호(DET)에 따라 필요한 동작을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 포트 컨트롤러(130)로부터 USB 리셉터클(110)에 누설 전류 발생 조건의 검출을 나타내는, 활성화된 검출 신호(DET)가 수신되는 경우, 메인 컨트롤러(150)는 신호 생성기(1160)가 경고 신호(S_ALA)를 생성하도록 경고 제어 신호(CTRL)를 생성하여 신호 생성기(160)에 제공할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 포트 컨트롤러(130)는 활성화된 검출 신호(DET)에 응답하여, 전력 회로(140)를 제어함으로써 전원 전압이 USB 리셉터클(110)에 공급되는 것을 차단시킬 수도 있다.
신호 생성기(160)는 메인 컨트롤러(150)로부터 제공되는 경고 제어 신호(CTRL)에 따라, USB 장치(100)의 사용자가 인식할 수 있는 경고 신호(S_ALA)를 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 경고 신호(S_ALA)는 사운드일 수 있고, 신호 생성기(160)는 사운드를 출력하는 스피커 및/또는 부저(buzzer) 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 경고 신호(S_ALA)는 가시적인 신호일 수 있고, 신호 생성기(160)는 LCD와 같은 디스플레이 부품 및/또는 LED와 같은 램프를 포함할 수 있다. 신호 생성기(160)가 디스플레이 부품을 포함하는 경우, 경고 제어 신호(CTRL)에 따라 디스플레이 부품에서 경고 창(window)이 디스플레이될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 경고 신호(S_ALA)는 USB 장치(100)의 진동일 수 있고, 신호 생성기(160)는 진동을 일으키는 부품(예컨대, 모터)을 포함할 수 있다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 1의 USB 리셉터클의 예시를 나타내는 블록도이다. 구체적으로, 도 2는 USB Type-C에 따른 USB 리셉터클(110')을 나타낸다. 이하에서 도 2는 도 1을 참조하여 설명될 것이다.
도 2를 참조하면, USB 리셉터클(110')은 대칭적인 핀 배치를 가질 수 있다. USB Type-C에서 규정된 대칭적인 핀 배치에 기인하여, USB 리셉터클 및 USB 플러그는 방향에 무관하게 정상적으로 결합될 수 있다. USB 리셉터클(110')은 데이터 버스로서, TX1+ 핀(A2), TX1- 핀(A3), RX1+ 핀(B11), RX1- 핀(B10), TX2+ 핀(B3), TX2- 핀(B2), Rx2+ 핀(A10), RX2- 핀(A11)을 포함할 수 있다. USB 리셉터클(110')은 파워 버스로서, VBUS 핀들(A4, A9, B4, B9)을 포함할 수 있고, USB 플러그와의 결합 방향에 따라 CC1 핀(A5) 또는 CC2 핀(B5)이 VCONN 전압(V_CONN)을 전달하는 전력 핀으로 기능할 수 있다. 또한, USB 리셉터클(110')은 2개의 부대역 사용(sideband use; SBU) 핀들(A8, B8)을 포함할 수 있고, 2개의 채널 구성(configuration channel; CC) 핀들(A5, B5)을 포함할 수 있다. CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)은 총괄적으로 CC 핀으로 지칭될 수 있다. USB 리셉터클(110')과 결합되는 USB 플러그는, USB 리셉터클(110')과 상이하게, 하나의 채널 구성 핀(CC)을 포함할 수 있고, 전용의 VCOON 핀을 포함할 수 있다. 마지막으로, USB 리셉터클(110')은 외곽에 배치된 4개의 접지 핀들(A1, A12, B1, B12)을 포함할 수 있다. 4개의 VBUS 핀들(A4, A9, B5, B9)은 USB 리셉터클(110') 내부에서 또는 도 1의 종단 회로(120)에서 전기적으로 상호연결될 수 있고(즉, 등전위를 가질 수 있고), 4개의 접지 핀들(A1, A12, B1, B12) 역시 USB 리셉터클(110') 내부에서 또는 도 1의 종단 회로(120)에서 전기적으로 상호연결될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, USB Type-C는 다수의 파워 핀들을 포함할 수 있고, 이에 따라 전도성 이물의 유입에 따른 누설 전류에 취약할 수 있다.
도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, USB 리셉터클(110')에 이물이 유입되거나 USB 리셉터클(110')에 접속된 USB 케이블에서 단락 등이 발생하는 경우, 누설 전류가 발생할 수 있고, 특히 파워 핀들(즉, VBUS 핀들(A4, A9, B4, B9) 및 VCONN 을 공급하는 CC1 핀(A5) 또는 CC2 핀(B5))과 접지 핀들(A1, A12, B1, B12) 사이에 전기적 경로가 형성되는 경우 누설 전류는 현저하게 증가할 수 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 파워 핀들(A5, A9, B5) 및 접지 핀들 사이에 형성되는 임피던스들(Z_CC1, Z_CC2, Z_VBUS)을 검출함으로써 누설 전류 발생 조건, 즉 누설 전류의 발생 또는 누설 전류의 발생이 예측될 수 있다. 즉, CC1 핀(A5)과 접지 핀(A1) 사이 제1 CC 임피던스(Z_CC1), CC2 핀(B5)과 접지 핀(B1) 사이 제2 CC 임피던스(Z_CC2), 및 VBUS 핀(A9)과 접지 핀(A12) 사이 VBUS 임피던스(Z_VBUS)가 검출될 수 있다. 접지 핀들(A1, A12, B1, B12)이 전기적으로 상호연결되므로, 제1 CC 임피던스(Z_CC1)는 CC1 핀(A5)과 접지 노드 사이의 임피던스를 대표할 수 있고, 제2 CC 임피던스(Z_CC2)는 CC2 핀(B5)과 접지 노드 사이의 임피던스를 대표할 수 있다. 또한, VBUS 핀들(A4, A9, B4, B9)이 전기적으로 상호연결되므로, VBUS 임피던스(Z_VBUS)는 V_BUS 노드와 접지 노드 사이의 임피던스를 대표할 수 있다. 이에 따라, 이하의 도면들에서, 검출되는 임피던스들은 도 2에 도시된 핀들 사이 임피던스들로서 도시되나, 이에 제한되지 아니하는 점은 이해될 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 USB 리셉터클의 가능한 상태들을 나타내는 블록도들이다. 구체적으로, 도 3a는 개방 상태, 즉 USB 리셉터클(210)에 아무것도 삽입되지 아니한 상태를 나타내고, 도 3b는 USB 리셉터클(210)에 전도성 이물이 유입된 상태를 나타낸다. 이하에서, 도 3a 및 도 3b에 대한 설명 중 중복되는 내용은 생략될 것이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, USB 장치(200)는 USB 리셉터클(210), 종단 회로(220) 및 포트 컨트롤러(230)를 포함할 수 있다. USB 리셉터클(210)은 VBUS 핀(A9) 및 접지 핀(A12)을 포함할 수 있고, 종단 회로(220)는 VBUS 핀(A9)과 전기적으로 연결될 수 있다. 포트 컨트롤러(230)는 종단 회로(220)로부터 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있고, 종단 회로(220)에 스위치 제어 신호(C_SW)를 제공할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 종단 회로(220)는 풀업 회로(221) 및 스위치(222)를 포함할 수 있다. 스위치(222)는 USB 리셉터클(210)의 VBUS 핀(A9)에 연결된 일단 및 풀업 회로(221)에 연결된 일단을 가질 수 있고, 포트 컨트롤러(230)로부터 수신되는 스위치 제어 신호(C_SW)에 의해서 온/오프(on/off)될 수 있다. 이에 따라, 스위치(222)가 온되는 경우 풀업 회로(221) 및 VBUS 핀(A9)은 전기적으로 연결되는 한편, 스위치(222)가 오프되는 경우 풀업 회로(221) 및 VBUS 핀(A9) 사이 전기적 연결이 해제될 수 있다. 스위치(222)는 스위치 제어 신호(C_SW)에 따라 양단을 전기적으로 연결하거나 차단하는 임의의 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 스위치(222)는 스위치 제어 신호(C_SW)가 인가되는 게이트를 가지는 NMOS 트랜지스터 또는 PMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, USB PD에 따라 VBUS에 높은 전압(예컨대, 20V)이 인가될 수 있으므로, 스위치(222)는 높은 동작 전압을 가지는 파워 트랜지스터를 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 스위치(222)는 VBUS 검출 스위치로서 지칭될 수도 있다.
풀업 회로(221)는 입력 전압(VIN) 노드를 풀업할 수 있다. 예를 들면, 풀업 회로(221)는, 도 4a를 참조하여 후술되는 바와 같이, 풀업 저항을 포함할 수도 있고, 도 4b를 참조하여 후술되는 바와 같이, 전류원을 포함할 수도 있다. 이에 따라, 입력 전압(VIN)은, 도 3a에 도시된 바와 같이 스위치(222)가 오프된 경우 풀업 회로(221)에 의해서 일정하게 유지될 수 있는 한편, 스위치(222)가 온되는 경우, VBUS 핀(A9)의 상태에 의존할 수 있다.
포트 컨트롤러(230)는 VBUS 핀(A9) 및 접지 핀(A12) 사이 임피던스(또는 VBUS 임피던스)를 측정하기 위하여, 스위치 제어 신호(C_SW)를 통해서 스위치(222)를 온시킬 수 있다. 예를 들면, 포트 컨트롤러(230)는 미리 정해진 주기로 스위치 제어 신호(C_SW)를 온시킬 수 있고, VBUS 핀(A9) 및 접지 핀(A12) 사이 임피던스를 측정할 수 있다. 도 3a에서, 스위치(222)가 온되는 경우, 포트 컨트롤러(230)는 풀업 회로(221)에 의한 레벨을 가지는 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있다. 즉, VBUS 핀(A9) 및 접지 핀(A12)은 상호 절연되어 있으므로, 포트 컨트롤러(230)는 스위치(222)가 온되거나 오프되는 경우, 실질적으로 동일한 레벨의 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 포트 컨트롤러(230)는 입력 전압(VIN)(또는 입력 전압(VIN)을 증폭한 전압)을 수신하는 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter; ADC)를 포함할 수 있고, 아날로그-디지털 컨버터의 디지털 출력에 기초하여, 입력 전압(VIN)의 레벨을 검출할 수 있다. 일부 실시예들에서, 포트 컨트롤러(230)는 미리 정해진 적어도 하나의 기준 전압(예컨대, 도 5의 V_REF)을 기준으로 입력 전압(VIN)의 레벨에 따라 상이한 출력을 제공하는 회로, 예컨대 적어도 하나의 비교기를 포함할 수 있고, 적어도 하나의 비교기의 출력에 기초하여 입력 전압(VIN)의 레벨을 검출할 수 있다.
도 3b를 참조하면, USB 리셉터클(210)에 이물이 유입될 수 있고, 이에 따라 VBUS 핀(A9) 및 접지 핀(A12) 사이에 임피던스(Z3)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 도 3b에 도시된 바와 같이, 스위치 제어 신호(C_SW)에 따라 스위치(222)가 오프된 경우 입력 전압(VIN)은 풀업 회로(221)에 의한 레벨을 가질 수 있는 한편, 스위치 제어 신호(C_SW)에 따라 스위치(222)가 온되는 경우 임피던스(Z3)에 의해서 강하된(dropped) 레벨을 수 있다.
풀업 회로(221)는 USB 리셉터클(210)에 유입되는 이물의 임피던스(Z3)의 범위에 기초하여 결정된 구동 능력(driving strength)을 가질 수 있다. 입력 전압(VIN)은 도 3a 및 도 3b 각각에서 스위치가 온되는 경우 상이한 레벨들을 각각 가질 수 있고, 임피던스(Z3)에 의한 입력 전압(VIN)의 레벨 변화를 통해서 포트 컨트롤러(230)가 도 3a의 상태 및 도 3b의 상태를 구분하도록, 풀업 회로(221)의 구동 능력이 결정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 풀업 회로(221)의 구동 능력은 포트 컨트롤러(230)의 입력 전압(VIN)에 대한 분해능에 기초하여 결정될 수 있다. 전술된 바와 같이, 풀업 회로(221)는 입력 전압(VIN)의 레벨 변화를 검출하기 위하여, 아날로그-디지털 컨버터, 비교기 등을 포함할 수 있고, 이물의 임피던스(Z3)의 범위에 따라 아날로그-디지털 컨버터 또는 비교기가 적절한 신호를 출력할 수 있도록, 풀업 회로(221)의 구동 능력은 아날로그-디지털 컨버터 또는 비교기의 분해능에 따라 결정될 수 있다. 풀업 회로(221)의 구동 능력은, 예컨대 풀업 저항의 경우 풀업 저항의 저항치가 감소할수록 강해지는 한편, 전류원의 경우 전류의 크기가 클수록 강해질 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 3a의 종단 회로(220)의 예시적인 등가 회로들을 나타내난다. 구체적으로, 도 4a는 풀업 저항(R_PU)을 포함하는 종단 회로(220a)를 나타내고, 도 4b는 전류원(CS)을 포함하는 종단 회로(220b)를 나타낸다. 도 3a 및 도 3b를 참조하여 전술된 바와 같이, 도 4a 및 도 4b의 종단 회로(220a, 220b) 및 포트 컨트롤러(230a, 230b)는 VBUS 핀(A9)과 접지 전위 사이 임피던스(Z4a, Z4b)를 검출할 수 있다. 이하에서, 도 4a 및 도 4b는 도 3a를 참조하여 설명될 것이며, 도 4a 및 도 4b에 대한 설명 중 중복되는 내용은 생략될 것이다.
도 4a를 참조하면, 종단 회로(220a)는 VBUS 핀(A9)에 연결될 수 있고, 포트 컨트롤러(230a)에 입력 전압(VIN)을 제공하고, 포트 컨트롤러(230a)로부터 스위치 제어 신호(C_SW)를 수신할 수 있다. 도 3a의 USB 장치(200)와 유사하게, 종단 회로(220a)는 풀업 회로(221a) 및 스위치(222a)를 포함할 수 있다.
풀업 회로(221a)는 풀업 저항(R_PU)을 포함할 수 있다. 풀업 저항(R_PU)은 양의 공급 전압(VDD)에 연결된 일단을 가질 수 있고, 입력 전압(VIN) 노드를 풀업할 수 있다. 스위치(222a)는 트랜지스터(N4a), 트랜지스터(N4a)와 풀업 회로(221a)에 연결된 저항(R4a), 및 트랜지스터(N4a)의 게이트와 접지 전위 사이에 배치된 풀다운(pull-down) 저항(R_PD)을 포함할 수 있다. 도 4a에서 트랜지스터(N4a)는 NMOS 트랜지스터로서, VBUS 핀(A9) 및 저항(R4a)과 각각 연결된 소스 및 드레인을 가질 수 있고, 스위치 제어 신호(C_SW)가 인가되는 게이트를 가질 수 있다. 이에 따라, 스위치 제어 신호(C_SW)가 높은 전압(예컨대, 근사적으로 양의 공급 전압)을 가지는 경우, 트랜지스터(N4a)는 턴-온될 수 있고 풀업 회로(221a) 및 VBUS 핀(A9) 사이에 전하의 이동 경로가 형성될 수 있다. 다른 한편으로, 스위치 제어 신호(C_SW)가 낮은 전압(예컨대, 근사적으로 음의 공급 전압 또는 접지 전압)을 가지는 경우, 트랜지스터(N4a)는 턴-오프될 수 있고 풀업 회로(221a) 및 VBUS 핀(A9) 사이 전하의 이동 경로는 차단될 수 있다. 또한, 도 4a에 도시된 바와 같이, 풀다운 저항(R_PD)이 트랜지스터(N4a)에 연결된 경우, 스위치 제어 신호(C_SW)가 플로팅 되더라도 트랜지스터(N4a)는 턴-오프될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스위치 제어 신호(C_SW)가 낮은 전압(예컨대, 접지 전압)을 가지도록 포트 컨트롤러(230a)에 의해서 제어되는 경우, 풀다운 저항(R_PD)은 생략될 수 있다.
낮은 전압의 스위치 제어 신호(C_SW)에 의해서 트랜지스터(N4a)가 턴-오프되는 경우, 입력 전압(VIN)은 양의 공급 전압(VDD)과 일치할 수 있다. 다른 한편으로, VBUS 핀(A9) 및 접지 전위 사이 임피던스를 측정하기 위하여, 높은 전압의 스위치 제어 신호(C_SW)에 의해서 트랜지스터(N4a)가 턴-온되는 경우, 입력 전압(VIN)은 풀업 저항(R_PU), 저항(R4a) 및 임피던스(Z4a)에 의해서 양의 공급 전압(VDD)으로부터 분할된 레벨을 가질 수 있다. USB 리셉터클에 이물이 유입되지 아니하여 임피던스(Z4a)가 높은 경우 입력 전압(VIN)은 양의 공급 전압(VDD)과 근사적으로 동일한 레벨을 가지는 한편, USB 리셉터클에 전도성 이물이 유입됨으로써 임피던스(Z4a)가 낮은 경우 입력 전압(VIN)은 양의 공급 전압(VDD)보다 낮은 레벨을 가질 수 있다. 이에 따라, 포트 컨트롤러(230a)는 입력 전압(VIN)이 양의 공급 전압(VDD)로부터 미리 정해진 레벨 이하로 강하하는 경우, 이물이 존재하는 것을 나타내는 검출 신호(예컨대, 도 1의 DET)를 생성할 수 있다. 풀업 저항(R_PU), 저항(R4a) 및 풀다운 저항(R_PD)은, 임피던스(Z4a)의 범위 및 포트 컨트롤러(230b)의 입력 전압(VIN)에 대한 분해능에 기초하여 임피던스(Z4a)의 검출에 적합한 임의의 저항치들을 가질 수 있는 점은 이해될 것이다. 일부 실시예들에서, VBUS 핀(A9)의 가능한 전압, 예컨대 20V이 인가될 수 있으므로, 저항(R4a)은 포트 컨트롤러(230a)의 동작 전압 및 양의 공급 전압(VDD)에 기초하여 회로를 보호하기에 적합한 저항치(예컨대, 수십 내지 수백 ㏀)를 가질 수 있다.
도 4b를 참조하면, 종단 회로(220b)는 VBUS 핀(A9)에 연결될 수 있고, 포트 컨트롤러(230b)에 입력 전압(VIN)을 제공하고, 포트 컨트롤러(230b)로부터 스위치 제어 신호(C_SW)를 수신할 수 있다. 추가적으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 종단 회로(220b)는 풀업 제어 신호(C_PU)를 수신할 수 있다. 또한, 종단 회로(220b)는 풀업 회로(221b) 및 스위치(222b)를 포함할 수 있다.
풀업 회로(221b)는 풀업 전류(I_PU)를 생성하는 전류원(CS)을 포함할 수 있다. 전류원(CS)은 풀업 전류(I_PU)를 제공함으로써 입력 전압(VIN) 노드를 풀업할 수 있다. 전류원(CS)은 포트 컨트롤러(230b)로부터 풀업 제어 신호(C_PU)를 수신할 수 있고, 풀업 제어 신호(C_PU)에 따라 풀업 전류(I_PU)의 크기를 변경할 수 있다. 예를 들면, 포트 컨트롤러(230b)는 상이한 크기의 풀업 전류(I_PU)들을 사용하여 임피던스(Z4b)를 검출함으로써, 임피던스(Z4b) 검출의 정확도를 향상시킬 수 있다. 또한, 포트 컨트롤러(230b)는 작은 풀업 전류(I_PU)(즉, 작은 구동 능력)에서 임피던스(Z4b)가 높은 경우, 큰 풀업 전류(I_PU)(즉, 큰 구동 능력)의 생성을 생략함으로써 임피던스(Z4b)를 검출하는데 소모되는 전력을 감소시킬 수도 있다. 또한, 풀업 제어 신호(C_PU)는 전류원(CS)을 디스에이블시킬 수도 있고, 디스에이블된 전류원(CS)은 풀업 전류(I_PU)를 생성하지 아니하고, 이에 따라 종단 회로(220b)의 전력 소모가 감소될 수 있다. 유사하게, 비록 도 4a에 도시되지 아니하였으나, 일부 실시예들에서, 도 4a의 풀업 저항(R_PU)은 포트 컨트롤러(230a)의 제어에 따라 저항치가 변경되는 가변(variable) 저항일 수 있고, 포트 컨트롤러(230a)는 큰 저항치(즉, 작은 구동 능력)로부터 작은 저항치(즉, 큰 구동 능력)으로 조절하면서 임피던스(Z4a)를 검출할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전류원(CS)은 USB 인터페이스에서 USB 요건에 따라 풀업을 위해 사용되는 전류원일 수 있다. 예를 들면, 도 7a 등을 참조하여 후술되는 바와 같이, USB 요건은 도 2의 CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)에 80㎂, 180㎂ 및 330㎂를 공급하는 것을 규정할 수 있고, 이를 위하여 종단 회로(220b)는 CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)에 전류를 공급하는 적어도 하나의 전류원을 포함할 수 있다. 이와 같이, CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)에 공급되는 전류는 소스 CC 종단(Rp) 전류로서 지칭될 수 있다. CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)에 전류를 공급하는 전류원은 VBUS 핀(A9) 및 접지 전위 사이 임피던스(Z4b)를 검출하는데 공통으로 사용될 수 있고, 임피던스(Z4b)는 80㎂, 180㎂ 및 330㎂ 중 적어도 하나의 풀업 전류(I_PU)에 의해서 검출될 수 있다.
스위치(222b)는, 트랜지스터(N4b), 트랜지스터(N4b)와 풀업 회로(221b)에 연결된 저항(R4b) 및 풀다운 저항(R_PD)을 포함할 수 있다. 도 4a의 스위치(222a)와 유사하게, 도 4b의 스위치(222b) 역시 포트 컨트롤러(230b)로부터의 스위치 제어 신호(C_SW)에 따라 풀업 회로(221b) 및 VBUS 핀(A9) 사이에 전하의 이동 경로를 형성하거나 차단할 수 있다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 4b의 종단 회로(220b) 및 포트 컨트롤러(230b)의 동작을 나타내는 타이밍도이다. 구체적으로, 도 5는, 전류원(CS)을 인에이블/디스에이블시키는 풀업 제어 신호(C_PU), 스위치(222b)를 온/오프하는 스위치 제어 신호(C_SW), 종단 회로(220b)로부터 제공되는 입력 전압(VIN) 및 포트 컨트롤러(230b)가 생성하는 검출 신호(DET)를 시간의 흐름에 따라 나타낸다. 도 5에서, 풀업 제어 신호(C_PU), 스위치 제어 신호(C_SW) 및 검출 신호(DET)는 액티브 하이 신호들로서, 하이 레벨은 활성화된(active) 상태를 나타낼 수 있는 한편, 로우 레벨은 비활성화된(inactive) 상태를 나타낼 수 있다. 또한, 도 5에서 USB 리셉터클은 시간 t11 내지 t13에서 개방 상태인 한편, 시간 t21 내지 t24에서 전도성 이물이 유입된 상태인 것으로 가정된다. 이하에서, 도 5는 도 4b를 참조하여 설명될 것이다.
시간 t11에서, 임피던스(Z4b)의 검출을 위하여, 포트 컨트롤러(230b)는 풀업 제어 신호(C_PU)를 활성화시킬 수 있다. 비활성화된 스위치 제어 신호(C_SW)에 따라 스위치(222b)는 오프 상태이므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 입력 전압(VIN)은 전류원(CS)에 의해서 상승할 수 있다. 시간 t12에서, 포트 컨트롤러(230b)는 스위치 제어 신호(C_SW)를 활성화시킬 수 있다. USB 리셉터클은 개방 상태이므로, VBUS 핀(A9) 및 접지 전위 사이 임피던스(Z4b)는 높을 수 있고(예컨대, 무한대), 이에 따라 입력 전압(VIN)의 레벨은 실질적으로 유지될 수 있다. 포트 컨트롤러(230b)는 시간 t12 이후 입력 전압(VIN)을 측정할 수 있고, 기준 전압(V_REF)보다 높은 입력 전압(VIN)에 기인하여, USB 리셉터클이 개방 상태임을 인식할 수 있다. 결과적으로, 검출 신호(DET)는 비활성화 상태로 유지될 수 있다. 시간 t13에서, 포트 컨트롤러(230b)는 풀업 제어 신호(C_PU) 및 스위치 제어 신호(C_SW)를 비활성화시킬 수 있고, 임피던스(Z4b)의 검출을 완료할 수 있다.
시간 t11으로부터 일정한 주기가 도과된 후, 시간 t21에서, 임피던스(Z4b)의 검출을 위하여, 포트 컨트롤러(230b)는 다시 풀업 제어 신호(C_PU)를 활성화시킬 수 있다. 비활성화된 스위치 제어 신호(C_SW)에 따라 스위치(222b)는 오프 상태이므로, 입력 전압(VIN)은 전류원(CS)에 의해서 상승할 수 있다. 시간 t22에서, 포트 컨트롤러(230b)는 스위치 제어 신호(C_SW)를 활성화시킬 수 있고, USB 리셉터클에 유입된 전도성 이물에 기인하여 VBUS 핀(A9) 및 접지 전위 사이 임피던스(Z4b)가 낮을 수 있고, 이에 따라 입력 전압(VIN)은, 도 5에 도시된 바와 같이 강하할 수 있다. 포트 컨트롤러(230b)는 시간 t22 이후 입력 전압(VIN)을 측정할 수 있고, 기준 전압(V_REF)보다 낮은 입력 전압(VIN)에 기인하여, USB 리셉터클에 이물이 유입된 상태임을 인식할 수 있다. 시간 t23에서, 포트 컨트롤러(230b)는 입력 전압(VIN)의 낮은 레벨에 기인하여, 검출 신호(DET)를 활성화시킬 수 있다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 활성화된 검출 신호(DET)는 메인 컨트롤러(150) 및/또는 전력 회로(140)에 전달될 수 있다. 시간 t24에서, 포트 컨트롤러(230b)는 풀업 제어 신호(C_PU) 및 스위치 제어 신호(C_SW)를 비활성화시킬 수 있고, 임피던스(Z4b)의 검출을 완료할 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 USB 장치(200c)를 나타내는 블록도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, USB 장치(200c)는 종단 회로(220c), 포트 컨트롤러(230c), 전력 회로(240c) 및 VBUS 스위치(201)를 포함할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 포트 컨트롤러(230c)로부터 출력되는 활성화된 검출 신호(DET)는 VBUS 전압(V_BUS)이 VBUS 핀(A9)을 통해서 출력되는 것을 차단할 수 있다.
종단 회로(220c)는 VBUS 핀(A9)과 연결될 수 있고, 포트 컨트롤러(230c)의 스위치 제어 신호(C_SW)에 따라 입력 전압(VIN)을 포트 컨트롤러(230c)에 제공할 수 있다. 포트 컨트롤러(230c)는 입력 전압(VIN)에 기초하여, VBUS 핀(A9) 및 접지 전위 사이 임피던스(Z6)를 검출할 수 있고, 검출된 임피던스(Z6)가 미리 정해진 기준치 보다 낮은 경우, USB 리셉터클에 이물이 유입된 것을 나타내는 활성화된 검출 신호(DET)를 출력할 수 있다.
전력 회로(240c)는 VBUS 전압(V_BUS)을 생성할 수 있고, 검출 신호(DET)를 수신할 수 있다. 또한, 전력 회로(240c)는 VBUS 스위치(201)를 제어하는 VBUS 제어 신호(C_VBUS)를 생성할 수 있다. VBUS 스위치(201)는 VBUS 제어 신호(C_VBUS)에 따라 전력 회로(240c)가 생성한 VBUS 전압(V_BUS)을 VBUS 핀(A9)에 전달하거나 차단할 수 있다. 전력 회로(240c)는 활성화된 검출 신호(DET)에 응답하여 VBUS 제어 신호(C_VBUS)를 통해 VBUS 스위치(201)를 오프함으로써, 낮은 임피던스(Z6)에 의한 VBUS 전압(V_BUS)으로부터 접지 전위로 향하는 누설 전류를 차단할 수 있다. VBUS 스위치(201)는 VBUS 제어 신호(C_VBUS)에 따라 양단을 전기적으로 연결하거나 차단하는 임의의 구조를 가질 수 있고, 예컨대 VBUS 제어 신호(C_VBUS)가 인가되는 게이트를 가지는 NMOS 트랜지스터 또는 PMOS 트랜지스터를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, VBUS 스위치(201)는 포트 컨트롤러(230c)로부터 출력되는 제어 신호에 의해서 제어될 수도 있고, 일부 실시예들에서, 도 1의 메인 컨트롤러(150)로부터 출력되는 제어 신호에 의해서 제어될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 전력 회로(240c)가 포트 컨트롤러(230c)로부터 검출 신호(DET)를 수신하는 대신, 검출 신호(DET)를 수신하는 도 1의 메인 컨트롤러(150)로부터 수신된 신호에 따라 VBUS 제어 신호(C_VBUS)를 생성할 수 있다. 또한, VBUS 스위치(201)는 전력 회로(240c)에 포함될 수도 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 USB 리셉터클의 가능한 상태들을 나타내는 블록도들이다. 구체적으로, 도 7a는 USB 리셉터클(310)이 개방된 상태를 나타내고, 도 7b는 케이블(500)을 통해서 상대방 USB 장치(600)의 USB 리셉터클(610)과 접속된 상태를 나타내고, 도 7c는 USB 리셉터클(310)에 전도성 이물이 유입된 상태를 나타낸다. 이하에서, 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 CC1 핀(A5)에 대한 내용이 주로 설명되나, CC1 핀(A5)에 대한 내용이 CC2 핀(B5)에도 동일하거나 유사하게 적용될 수 있는 점은 이해될 것이다.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, USB 장치(300)는 USB 리셉터클(310), 종단 회로(320) 및 포트 컨트롤러(230)를 포함할 수 있다. USB 리셉터클(310)은 CC1 핀(A5), CC2 핀(B5) 및 접지 핀(A12)을 포함할 수 있고, 종단 회로(320)는 CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)과 전기적으로 연결될 수 있다. 포트 컨트롤러(330)는 종단 회로(320)로부터 제1 및 제2 입력 전압(VIN1, VIN2)을 수신할 수 있고, 종단 회로(320)에 제1 및 제2 풀업 제어 신호(C_PU1, C_PU2), 제1 및 제2 스위치 제어 신호(C_SW1, C_SW2)를 제공할 수 있다.
도 7a를 참조하면, 종단 회로(320)는 제1 및 제2 풀업 회로(321, 323), 제1 및 제2 스위치(322, 324)를 포함할 수 있다. 제1 스위치(322)는 제1 스위치 제어 신호(C_SW1)에 따라 CC1 핀(A5)을 제1 풀업 회로(321)에 연결시키거나 VCONN 전압(V_CONN)에 연결시킬 수 있다.
제1 풀업 회로(321)는 제1 입력 전압(VIN1) 노드를 풀업함으로써 USB 요건에 따른 CC1 핀(A5)의 종단을 제공할 수 있다. 예를 들면, 제1 풀업 회로(321)는 USB 요건에 따른 소스 CC 종단(Rp)을 제공하기 위하여, 1.7V 내지 5.5V에서 80㎂, 180㎂ 또는 330㎂를 제공하는 전류원을 포함하거나, 4.75V 내지 5.5V의 양의 공급 전압에 일단이 연결되고 56㏀, 22㏀ 또는 10㏀을 가지는 풀업 저항을 포함하거나, 3.3V의 양의 공급 전압에 일단이 연결되고 36㏀, 12㏀ 또는 4.7㏀을 가지는 풀업 저항을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 풀업 회로(321)는 전술된 복수의 소스 CC 종단(Rp)들 중 복수의 종단들을 제공할 수 있고, 제1 풀업 제어 신호(C_PU1)에 따라 복수의 종단들 중 하나가 선택될 수 있다. 후술되는 바와 같이, 포트 컨트롤러(330)는 CC1 핀(A5)의 소스 CC 종단을 제공하기 위한 제1 풀업 회로(321)를 이용하여 CC1 핀(A5) 및 접지 핀(A12) 사이 임피던스(또는 제1 CC 임피던스)를 측정할 수 있다.
포트 컨트롤러(330)는 CC1 핀(A5) 및 접지 핀(A12) 사이 임피던스를 측정하기 위하여, 제1 스위치(322)가 제1 풀업 회로(321) 및 CC1 핀(A5)을 연결하도록 제1 스위치 제어 신호(C_SW1)를 통해서 제1 스위치(322)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 포트 컨트롤러(330)는 미리 정해진 주기로 제1 풀업 회로(321) 및 CC1 핀(A5)을 연결하도록 제1 스위치(322)를 제어할 수 있고, CC1 핀(A5) 및 접지 핀(A12) 사이 임피던스를 측정할 수 있다. 유사하게, CC2 핀(B5) 및 접지 핀(A12) 사이 임피던스(또는 제2 CC 임피던스)가 측정될 수 있고, 포트 컨트롤러(330)는 제1 및 제2 CC 임피던스 중 적어도 하나가 이물의 존재를 나타내는 경우 활성화된 검출 신호(DET)를 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 포트 컨트롤러(330)는 소스(또는 호스트) 및 싱크(또는 디바이스) 사이 전환이 가능한 DRP(Dual Role Port)를 지원할 수 있고, 싱크 상태로부터 소스 상태로 토글링(toggling)하는 주기로 (예컨대, 초당 10회 내지 20회) CC 임피던스(즉, 제1 및 제2 CC 임피던스)를 검출할 수 있다.
도 7b를 참조하면, USB 장치(300)의 USB 리셉터클(310)에 케이블(500)의 일단이 접속될 수 있고, 케이블(500)의 타단에 상대방 USB 장치(600)가 접속될 수 있다. 즉, USB 장치(300)는 케이블(500)을 통하여 상대방 USB 장치(600)와 USB 통신을 수행할 수 있고, 도 7b는 USB 장치(300)가 소스(또는 호스트)로서 기능하고, 상대방 USB 장치(600)가 싱크(또는 디바이스)로서 기능하는 예시를 나타낸다. 즉, 도 7b에 도시된 바와 같이, USB 장치(300)의 CC1 핀(A5)은 풀업 회로(321)에 연결되고 CC2 핀(B5)은 VCONN 전압(V_CONN) 노드에 연결되는 한편, 상대방 USB 장치(600)의 CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)은 싱크 CC 종단(Rd)이 형성될 수 있다.
케이블(500)은 USB 장치(300)의 USB 리셉터클(310)에 포함된 CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5) 중 하나를 상대방 USB 장치(600)의 USB 리셉터클(610)에 포함된 CC1 핀(A5) 또는 CC2 핀(B5) 중 하나와 전기적으로 상호연결할 수 있는 한편, 전기적으로 상호연결되지 아니한 USB 리셉터클들(310, 610)의 CC1 핀(A5) 또는 CC2 핀(B5)에 파워 케이블 종단(Ra)을 제공할 수 있다. 즉, 도 7b에 도시된 바와 같이 USB 리셉터클들(310, 610)이 연결될 수도 있고, 도 7b에 도시된 바와 상이하게 USB 리셉터클(310)의 CC1 핀(A5)에 파워 케이블 종단(Ra)이 제공되고 CC2 핀(B5)이 상대방 USB 장치(600)의 CC1 핀(A5) 또는 CC2 핀(B5)과 전기적으로 상호연결될 수도 있다. 이와 같이, USB 리셉터클(310)의 CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)은 파워 케이블 종단(Ra)으로서 약 1㏀의 저항이 접지와의 사이에 연결될 수 있다. 따라서, 포트 컨트롤러(330)는 CC1 핀(A5) 또는 CC2 핀(B5)에서 파워 케이블 종단(Ra)이 검출되는 경우, 포트 컨트롤러(330)는 정상적인 상태로 판단할 수 있다. 즉, 포트 컨트롤러(330)는 비활성화된 검출 신호(DET)를 생성할 수 있다.
도 7c를 참조하면, USB 리셉터클(310)에 이물이 유입될 수 있고, 이에 따라 CC1 핀(A5) 및 접지 핀(A12) 사이 임피던스(Z_CC1) 및 CC2 핀(B5) 및 접지 핀(A12) 사이에 임피던스(Z_CC2)가 발생할 수 있다. 이에 따라, 도 7c에 도시된 바와 같이, 제1 스위치 제어 신호(C_SW1)에 따라 제1 스위치(322)에 의해서 CC1 핀(A5)이 제1 풀업 회로(321)와 연결되는 경우, 제1 입력 전압(VIN1)은 임피던스(Z_CC1)에 의해서 강하된 레벨을 가질 수 있다. 유사하게, 제2 입력 전압(VIN2) 역시 임피던스(Z_CC2)에 의해서 강하된 레벨을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 포트 컨트롤러(330)는 제1 풀업 제어 신호(C_PU1)를 통해서 제1 풀업 회로(321)의 구동 능력을 조절할 수 있다. 예를 들면, 제1 풀업 회로(321)는 제1 풀업 제어 신호(C_PU1)에 따라 80㎂, 180㎂ 및 330㎂ 중 하나의 전류를 생성할 수 있는 전류원을 포함할 수 있다. 따라서, 포트 컨트롤러(330)는 임피던스(Z_CC1) 검출시 특정한 크기(예컨대, 330㎂)의 전류를 생성하도록 제1 풀업 회로(321)를 제어할 수도 있고, 도 4b를 참조하여 전술된 바와 같이, 작은 전류로부터 큰 전류가 점진적으로 생성되도록 제1 풀업 제어 신호(C_PU1)를 생성할 수도 있다. 또한, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 전술된 바와 같이, 제1 풀업 회로(321)의 구동 능력은 포트 컨트롤러(330)의 제1 입력 전압(VIN1)에 대한 분해능에 기초하여 결정될 수도 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 7a의 종단 회로(320)의 예시적인 등가 회로들을 나타낸다. 구체적으로, 도 8a는 풀업 저항(VR_UP)을 포함하는 종단 회로(320a)를 나타내고, 도 8b는 제1 전류원(CS1)을 포함하는 종단 회로(320b)를 나타낸다. 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 전술된 바와 같이, 도 8a 및 도 8b의 종단 회로(320a, 320b) 및 포트 컨트롤러(330a, 330b)는 CC1 핀(A5)과 접지 전위 사이 임피던스(Z8a, Z8b)를 검출할 수 있다. 도 8a 및 도 8b에서 종단 회로(320a, 320b)는 임피던스(Z8a, Z8b)를 검출하기 위하여 CC1 핀(A5)의 전압, 즉 제1 입력 전압(VIN1)이 포트 컨트롤러(330b)에 입력되는 상태로 설정된 것으로 가정된다. 이하에서, 도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명되는 내용이 CC2 핀(B5)과 접지 전위 사이 임피던스를 검출하는데에도 적용될 수 있는 점은 이해될 것이며, 도 8a 및 도 8b에 대한 설명 중 중복되는 내용은 생략될 것이다.
도 8a를 참조하면, 종단 회로(320a)는 CC1 핀(A5)에 연결될 수 있고, 포트 컨트롤러(330a)에 제1 입력 전압(VIN1)을 제공하고, 포트 컨트롤러(330a)로부터 제1 풀업 제어 신호(C_PU1)를 수신하는 저항 서브 회로(321a)를 포함할 수 있다. 저항 서브-회로(321a)는 도 7a의 제1 풀업 회로(321)로서 기능할 수 있고, 5V인 양의 전원 전압에 연결된 일단을 가지는 가변적인 풀업 저항(VR_UP)을 제공할 수 있다. 즉, 저항 서브-회로(321a)는 제1 풀업 제어 신호(C_PU1)에 따라 풀업 저항(VR_UP)의 저항치를 변경할 수 있고, 예컨대 풀업 저항(VR_UP)의 저항치는 56㏀, 22㏀ 및 10㏀ 사이에서 전환될 수 있다. 포트 컨트롤러(330a)는 임피던스(Z8a)를 검출하는 동안, 풀업 저항(VR_UP)을 가장 낮은 저항치로 설정할 수도 있고, 점진적으로 변경할 수도 있다.
제1 입력 전압(VIN1)은 풀업 저항(VR_UP), 임피던스(Z8a)에 의해서 5V로부터 분할된 레벨을 가질 수 있다. USB 리셉터클에 이물이 유입되지 아니하여 임피던스(Z8a)가 높은 경우 제1 입력 전압(VIN1)은 5V와 근사적으로 동일한 레벨을 가지는 한편, USB 리셉터클에 전도성 이물이 유입됨으로써 임피던스(Z8a)가 낮은 경우 제1 입력 전압(VIN1)은 5V보다 낮은 레벨을 가질 수 있다.
도 8b를 참조하면, 종단 회로(320b)는 CC1 핀(A5)에 연결될 수 있고, 포트 컨트롤러(330b)에 제1 입력 전압(VIN1)을 제공하고, 포트 컨트롤러(330b)로부터 제1 풀업 제어 신호(C_PU1)를 수신하는 제1 전류원(CS1)을 포함할 수 있다. 제1 전류원(CS1)은 도 7a의 제1 풀업 회로(321)로서 기능할 수 있고, 가변적인 전류(I_CC)를 생성할 수 있다. 제1 전류원(321b)은 제1 풀업 제어 신호에 따라 전류(I_CC)의 크기를 변경할 수 있고, 예컨대 전류(I_CC)는 80㎂, 180㎂ 및 330㎂ 사이에서 전환될 수 있다. 포트 컨트롤러(330b)는 임피던스(Z8b)를 검출하는 동안, 전류(I_CC)를 가장 크게 설정할 수도 있고, 점진적으로 변경할 수도 있다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 7a 내지 도 7c의 종단 회로(320) 및 포트 컨트롤러(330)의 동작을 나타내는 타이밍도이다. 구체적으로, 도 9는 도 7a의 제1 스위치(322)를 제어하는 제1 스위치 제어 신호(C_SW1), 종단 회로(320)로부터 제공되는 제1 입력 전압(VIN1) 및 포트 컨트롤러(330)가 생성하는 검출 신호(DET)를 시간의 흐름에 따라 나타낸다. 도 5와 유사하게, 제1 스위치 제어 신호(C_SW1) 및 검출 신호(DET)는 액티브 하이 신호들일 수 있다. 또한, 도 9에서 USB 리셉터클은 시간 t31 내지 t32에서 개방 상태이고, 시간 t41 내지 t42에서 도 7b의 케이블(500)이 접속된 상태이고, 시간 t51 내지 t53에서 전도성 이물이 유입된 상태인 것으로 가정된다. 이하에서, 도 9는 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 설명될 것이다.
시간 t31에서, 포트 컨트롤러(330)는 제1 스위치 제어 신호(SW1)를 활성화시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 스위치(322)는 풀업 회로(321) 및 CC1 핀(A5)을 전기적으로 상호연결할 수 있다. USB 리셉터클은 개방 상태이므로, 제1 입력 전압(VIN1)은 실질적으로 유지될 수 있다. 포트 컨트롤러(330)는 시간 t31 이후 제1 입력 전압(VIN1)을 측정할 수 있고, 기준 전압(V_REF')보다 높은 제1 입력 전압(VIN1)에 기인하여, USB 리셉터클에 이물이 유입되지 아니함을 인식할 수 있다. 결과적으로, 검출 신호(DET)는 비활성화 상태로 유지될 수 있다. 시간 t32에서, 포트 컨트롤러(330)는 제1 스위치 제어 신호(C_SW1)를 비활성화시킬 수 있고, 임피던스의 검출을 완료할 수 있다.
시간 t31으로부터 일정한 주기가 도과된 후, 시간 t41에서, 포트 컨트롤러(330)는 다시 제1 스위치 제어 신호(C_PU1)를 활성화시킬 수 있다. USB 리셉터클(310)에 케이블(500)이 접속된 상태이므로, CC1 핀(A5)에 파워 케이블 종단(Ra)이 형성될 수 있고, 이에 따라 제1 입력 전압(VIN1)은, 도 9에 도시된 바와 같이 강하할 수 있다. 그러나, 기준 전압(V_REF')보다 높은 제1 입력 전압(VIN1)에 기인하여, 포트 컨트롤러(330)는 USB 리셉터클(310)에 이물이 유입되지 아니함을 인식할 수 있다. 시간 t42에서, 포트 컨트롤러(330)는 제1 스위치 제어 신호(C_SW1)를 비활성화시킬 수 있고, 임피던스의 검출을 완료할 수 있다.
시간 t41로부터 일정한 주기가 도과된 후, 시간 t51에서, 포트 컨트롤러(330)는 다시 제1 스위치 제어 신호(C_PU1)를 활성화시킬 수 있다. USB 리셉터클(310)에 이물이 유입된 상태이므로, CC1 핀(A5) 및 접지 전위 사이에 낮은 임피던스가 형성될 수 있고, 이에 따라 제1 입력 전압(VIN1)은, 도 9에 도시된 바와 같이 강하할 수 있다. 기준 전압(V_REF')보다 낮은 제1 입력 전압(VIN1)에 기인하여, 포트 컨트롤러(330)는 USB 리셉터클(310)에 이물이 유입되었음을 인식할 수 있고, 시간 t52에서 검출 신호(DET)를 활성화시킬 수 있다. 시간 t53에서, 포트 컨트롤러(33)는 제1 스위치 제어 신호(C_SW1)를 비활성화시킬 수 있고, 임피던스의 검출을 완료할 수 있다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 USB 장치(300c)를 나타내는 블록도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, USB 장치(300c)는 USB 리셉터클(310c), 종단 회로(320c) 및 포트 컨트롤러(330c)를 포함할 수 있다.
종단 회로(320c)는 제1 및 제2 입력 전압(VIN1, VIN2)을 포트 컨트롤러(330c)에 제공할 수 있고, 포트 컨트롤러(330c)는 제1 및 제2 풀업 제어 신호(C_PU1, C_PU2) 및 스위치 제어 신호들(C_SW11, C_SW12, C_SW21, C_SW22)을 종단 회로(320c)에 제공할 수 있다. 종단 회로(320c)는 제1 및 제2 풀업 회로(321c, 324c), 제1 및 제2 스위치(322c, 325c) 및 VCONN 스위치(323, 326c)를 포함할 수 있고, 포트 컨트롤러(330c)는 VCONN 전압(V_CONN)이 CC1 핀(A5)을 통해서 출력되는 것을 차단할 수 있다.
포트 컨트롤러(330c)는 제1 입력 전압(VIN1)에 기인하여 USB 리셉터클(310c)에 이물이 유입된 것을 인식한 경우(즉, 활성화된 검출 신호(DET)가 생성된 경우), VCONN 스위치(323c, 326c)를 제어하는 스위치 제어 신호들(C_SW12, C_SW22)을 통해서 VCONN 전압(V_CONN)이 CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)에 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라, VCONN 전압(V_CONN)으로부터 접지 전위로 향하는 누설 전류가 차단될 수 있다.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 USB 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건의 검출을 위한 방법을 나타내는 순서도이다. 예를 들면, 도 11은 도 1의 종단 회로(120) 및 포트 컨트롤러(130)에 의해서 수행될 수 있다. 이하에서 도 11은 도 1을 참조하여 설명될 것이다.
도 11을 참조하면, 단계 S20에서, 접지 핀과 적어도 하나의 파워 핀 사이 임피던스를 검출하는 동작이 수행될 수 있다. 파워 핀은 양의 공급 전압을 전달하는, 예컨대 도 2의 VBUS 핀들(A4, A9, B4, B9), CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)을 포함할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 단계 S20은 복수의 단계들(S22, S24, S26)을 포함할 수 있다.
단계 S22에서, 파워 핀을 풀업하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 포트 컨트롤러(130)는 종단 회로(120)의 풀업 회로(121)를 제어함으로써, 파워 핀을 풀업할 수 있다. 단계 S24에서, 파워 핀의 전압을 검출하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 포트 컨트롤러(130)는 파워 핀의 전압을 직접 수신할 수도 있고, 파워 핀의 전압에 비례하는 전압을 수신함으로써 파워 핀의 전압을 간접적으로 수신할 수도 있다. 포트 컨트롤러(130)는 파워 핀의 전압을 아날로그-디지털 컨버터 및/또는 비교기를 통해서 검출할 수 있다. 그 다음 단계 S26에서, 검출된 전압에 기초하여 접지 및 파워 핀 사이 임피던스를 추정하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 포트 컨트롤러(130)는 단계 S24에서 검출된 전압이 기준 전압보다 낮은 경우 로우 임피던스를 추정할 수 있는 한편, 그렇지 아니한 경우 하이 임피던스를 추정할 수 있다.
단계 S40에서, 임피던스에 기초하여 검출 신호(DET)를 생성하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 포트 컨트롤러(130)는 로우 임피던스에 따라 비활성화된 검출 신호(DET)를 생성할 수 있는 한편, 하이 임피던스에 따라 활성화된 검출 신호(DET)를 생성할 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 11의 단계 S40의 예시들을 나타내는 순서도들이다. 구체적으로, 도 12a는 파워 핀으로서 VBUS 핀(A9)을 체크하는 동작을 나타내고, 도 12b는 파워 핀으로서 CC 핀, 즉, CC1 핀(A5) 또는 CC2 핀(B5)을 체크하는 동작을 나타낸다. 도 11을 참조하여 전술된 바와 같이, 도 12a 및 도 12b의 단계들(S40a, S40b)에서, 파워 핀 및 접지 전위 사이 검출된 임피던스에 기초하여 검출 신호(DET)를 생성하는 동작이 수행될 수 있다.
도 12a를 참조하면, 단계 S42a에서 VBUS 핀(A9) 및 접지 전위 사이 VBUS 임피던스(Z_VBUS)를 기준 저항(R_REF)과 비교하는 동작이 수행될 수 있다. 기준 저항(R_REF)은 USB 리셉터클에 유입될 수 있는 이물의 임피던스 범위 등에 기초하여 결정될 수 있고, 예컨대 기준 저항(R_REF)은 이물의 임피던스 범위 보다 높을 수 있다. 이에 따라, 검출된 VBUS 임피던스(Z_VBUS)가 기준 저항(R_REF)보다 낮은 경우 단계 S44a에서 검출 신호(DET)는 이물의 유입을 나타내도록 활성화될 수 있는 한편, 그렇지 아니한 경우 단계 S46a에서 검출 신호(DET)는 비활성화될 수 있다.
도 12b를 참조하면, 단계 S41b에서 CC1 핀(A5) 및 접지 전위 사이 제1 CC 임피던스(Z_CC1)를 파워 케이블 종단(Ra) 저항치와 비교하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 파워 케이블 종단(Ra) 저항치는 USB 요건에 따라 900Ω 내지 1.2㏀으로 규정되므로, 제1 CC 임피던스(Z_CC1)가 900Ω 내지 1.2㏀ 범위 내에 있는 여부가 판단될 수 있다. 제1 CC 임피던스(Z_CC1)가 파워 케이블 종단(Ra) 저항치와 일치하는 경우, 즉 제1 CC 임피던스(Z_CC1)가 900Ω 내지 1.2㏀ 범위 내에 있는 경우, 단계 S43b에서 케이블이 검출될 수 있고, 후속하여 단계 S49b에서 검출 신호(DET)는 비활성화될 수 있다.
제1 CC 임피던스(Z_CC1)가 파워 케이블 종단(Ra) 저항치와 일치하지 아니하는 경우, 즉 제1 CC 임피던스(Z_CC1)가 가 900Ω 내지 1.2㏀ 범위 밖에 있는 경우, 단계 S45b에서, 제1 CC 임피던스(Z_CC1)가 파워 케이블 종단(Ra) 저항치보다 낮은지 여부를 판단하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 제1 CC 임피던스(Z_CC1)는 USB 요건에 따라 파워 케이블 종단(Ra) 저항치의 최소값인 900Ω과 비교될 수 있다. 제1 CC 임피던스(Z_CC1)가 파워 케이블 종단(Ra) 저항치보다 작은 경우, 단계 S47b에서 검출 신호(DET)는 이물의 유입을 나타내도록 활성화될 수 있는 한편, 그렇지 아니한 경우 단계 S49b에서 검출 신호(DET)는 비활성화될 수 있다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 USB 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건의 검출을 위한 방법을 나타내는 순서도이다. 구체적으로, 도 13은 CC 핀, 즉 CC1 핀(A5) 또는 CC2 핀(B5)과 접지 전위 사이 임피던스를 이용하는 방법을 나타낸다. 도 11의 예시와 비교할 때, 도 13의 방법에서 임피던스 검출은 DFP(Download Faced Port)로 설정된 상태에서 수행될 수 있다.
도 13을 참조하면, 단계 S10에서 DFP를 설정하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, USB 장치(예컨대, 도 1의 100)가 소스(또는 호스트) 및 싱크(또는 디바이스) 사이 전환이 가능한 DRP(Dual Role Port)를 지원하는 경우, USB 장치는 DFP 또는 UFP(Upload Faced Port)로 설정될 수 있다. CC 핀, 즉 CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)은, USB 장치가 DFP로 설정되는 경우 풀업될 수 있는 한편, UFP로 설정되는 경우 싱크 CC 종단(Rd)이 연결될 수 있다. 예를 들면, DFP에서는 CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)에 80㎂, 180㎂ 또는 330㎂의 전류가 공급되거나 56㏀, 22㏀ 또는 10㏀의 풀업 저항이 연결될 수 있는 한편, UFP에서는 CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)에 5.1㏀의 풀다운 저항이 연결될 수 있다. 이에 따라, 단계 S10에서 DFP가 설정됨으로써 CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)이 풀업 될 수 있다.
단계 S20'에서, 접지 및 CC 핀 사이 임피던스를 검출하는 동작이 수행될 수 있다. 단계 S10에서 CC 핀이 풀업되었으므로, CC 핀의 전압은 접지와의 임피던스에 따라 변경될 수 있고, CC 핀의 전압(또는 CC 핀의 전압에 비례하는 전압)을 측정함으로써 접지 및 CC 핀 사이 임피던스가 검출될 수 있다. 단계 S30에서, DFP를 해제하는 동작이 수행될 수 있다. 단계 S20'에서 임피던스의 검출이 완료되었으므로, DFP는 해제될 수 있고, 이에 따라 CC 핀, 즉 CC1 핀(A5) 및 CC2 핀(B5)에 연결된 풀업이 해제될 수 있다. 그 다음에 단계 S40'에서, 검출된 임피던스에 기초하여 검출 신호를 생성하는 동작이 수행될 수 있다.
도 14는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 USB 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건의 검출을 위한 방법을 나타내는 순서도이다. 구체적으로, 도 14는 이물이 유입된 것을 나타내는 검출 신호(DET), 즉 활성화된 검출 신호(DET)에 따라, 후속하는 동작들을 나타낸다. 예를 들면, 도 14는 도 1의 USB 장치(100)에 의해서 수행될 수 있고, 이하에서 도 14는 도 1을 참조하여 설명될 것이다.
단계 S50에서, 이물 검출 여부가 체크될 수 있다. 예를 들면, 메인 컨트롤러(150)는 포트 컨트롤러(130)로부터 제공되는 검출 신호(DET)에 따라 이물 검출 여부를 체크할 수 있다. 검출 신호(DET)가 활성화된 경우, 즉 이물이 검출된 경우, 단계 S60이 후속하여 수행될 수 있다.
단계 S60에서, 이물의 검출에 따라 필요한 동작이 수행될 수 있다. 도 14에 도시된 바와 같이, 단계 S60은 복수의 단계들(S62, S64, S66)을 포함할 수 있고, 복수의 단계들(S62, S64, S66) 중 적어도 하나가 수행될 수 있다.
단계 S62에서, 경고 신호를 출력하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 메인 컨트롤러(150)는 신호 생성기(160)에 경고 제어 신호(CTRL)를 제공함으로써, 신호 생성기(160)가 경고 신호(S_ALA)를 생성하도록 할 수 있다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 경고 신호(S_ALA)는 USB 장치(100)의 사용자가 인식할 수 있는 신호, 예컨대 시각적 신호, 청각적 신호 또는 진동 등을 포함할 수 있다.
단계 S64에서, VBUS 전압(V_BUS)의 공급을 차단하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, USB 장치(100)의 파워 회로(140)는 활성화된 검출 신호(DET)에 따라 USB 리셉터클(110)에 제공하는 VBUS 전압(V_BUS)을 차단할 수 있다. 이에 따라, 이물에 의해서 VBUS 핀(A12)을 통해서 흐르는 누설 전류가 차단될 수 있다.
단계 S66에서, VCONN 전압(V_CONN)의 공급을 차단하는 동작이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 포트 컨트롤러(130)는 활성화된 검출 신호(DET)에 따라 종단 회로(120)를 제어함으로써 전력 회로(140)로부터 제공되는 VCONN 전압(V_CONN)이 USB 리셉터클(110)에 전달되는 것을 차단할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 회로(140)는 활성화된 검출 신호(DET)에 따라 종단 회로(120)dp 제공하는 VCONN 전압(V_CONN)을 차단할 수 있다. 이에 따라, 이물에 의해서 CC 핀, 즉 CC1 핀(A5) 또는 CC2 핀(B5)을 통해서 흐르는 누설 전류가 차단될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. USB 인터페이스에서 누설 전류 발생 조건의 검출을 위한 장치로서,
    GND 핀 및 적어도 하나의 파워 핀 사이의 적어도 하나의 임피던스를 검출하고, 검출된 상기 적어도 하나의 임피던스에 기초하여 상기 적어도 하나의 파워 핀에서의 누설 전류 발생 조건을 검출하고, 누설 전류 발생 조건 검출시 활성화되는 검출 신호를 생성하는 포트 컨트롤러; 및
    상기 적어도 하나의 파워 핀에 연결된 적어도 하나의 풀업(pullup) 회로를 포함하고,
    상기 포트 컨트롤러는, 상기 적어도 하나의 파워 핀을 풀업하도록 상기 적어도 하나의 풀업 회로를 제어하고 상기 적어도 하나의 파워 핀의 전압을 검출함으로써, 상기 적어도 하나의 임피던스를 검출하고,
    상기 풀업 회로는, 적어도 하나의 CC(Configuration Channel) 핀에 연결된 CC 풀업 회로를 포함하고,
    상기 포트 컨트롤러는, 상기 적어도 하나의 CC 핀을 풀업하도록 상기 CC 풀업 회로를 제어하고 상기 적어도 하나의 CC 핀의 전압을 검출함으로써, 상기 GND 핀 및 상기 적어도 하나의 CC 핀 사이의 CC 임피던스를 검출하고,
    상기 CC 풀업 회로는, 소스 CC 종단(Rp) 풀업 저항들을 상기 적어도 하나의 CC 핀에 전기적으로 연결할 수 있는 저항 서브-회로를 포함하고,
    상기 포트 컨트롤러는, 상기 CC 임피던스를 검출하기 위하여 상기 소스 CC 종단(Rp) 풀업 저항들 중 하나가 적어도 하나의 CC 핀에 전기적으로 연결되도록 상기 저항 서브-회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파워 핀은, CC1 핀, CC2 핀, VBUS 핀 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 포트 컨트롤러는, 상기 CC 임피던스가 파워 케이블 종단(Ra) 저항치보다 작은 경우 활성화된 상기 검출 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 포트 컨트롤러는, 상기 CC 임피던스를 검출하기 위하여 상기 소스 CC 종단(Rp) 풀업 저항들 중 가장 작은 저항치의 풀업 저항이 상기 적어도 하나의 CC 핀에 전기적으로 연결되도록 상기 저항 서브-회로를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 포트 컨트롤러는, CC1 핀 및 상기 GND 핀 사이의 제1 CC 임피던스 및 CC2 핀 및 상기 GND 핀 사이의 제2 CC 임피던스를 각각 검출하고, 상기 제1 및 제2 CC 임피던스에 기초하여 상기 검출 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 CC 핀으로 VCONN 전압을 공급하거나 차단하는 VCONN 스위치를 더 포함하고,
    상기 포트 컨트롤러는, 활성화된 상기 검출 신호에 응답하여, 상기 적어도 하나의 CC 핀으로 VCONN 전압의 공급이 차단되도록 상기 VCONN 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 포트 컨트롤러는, 소스 및 싱크 사이 전환이 가능한 DRP(Dual Role Port)를 지원하고, 상기 CC 임피던스의 검출 전 DFP(Download Faced Port)를 설정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 풀업 회로는,
    VBUS 풀업 회로; 및
    상기 VBUS 풀업 회로 및 VBUS 핀 사이에 연결된 VBUS 검출 스위치를 포함하고,
    상기 포트 컨트롤러는, 상기 VBUS 검출 스위치를 턴온하고 상기 풀업 회로 및 상기 VBUS 검출 스위치 사이의 노드의 전압을 검출함으로써, 상기 GND 핀 및 상기 VBUS 핀 사이의 VBUS 임피던스를 검출하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 VBUS 풀업 회로는, 전류원 및 상기 전류원과 상기 검출 스위치 사이에 연결된 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 VBUS 핀으로 VBUS 전압을 공급하거나 차단하는 VBUS 스위치를 더 포함하고,
    상기 포트 컨트롤러는, 활성화된 상기 검출 신호에 응답하여, 상기 VBUS 핀으로 상기 VBUS 전압의 공급이 차단되도록 상기 VBUS 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 포트 컨트롤러는, 연결된 상대방 USB 엔티티가 검출되지 아니한 상태에서 상기 임피던스를 검출하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 청구항 1에 있어서,
    활성화된 상기 검출 신호에 응답하여, 상기 장치의 사용자가 인식 가능한 신호의 출력을 지시하는 경고 제어 신호를 출력하는 메인 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 포트 컨트롤러는, 미리 정해진 주기에 따라 상기 임피던스를 검출하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 포트 컨트롤러는, 소스 및 싱크 사이 전환이 가능한 DRP(Dual Role Port)를 지원하고, 싱크 상태로부터 소스 상태로 토글링(toggling)하는 주기에 따라 상기 임피던스를 검출하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. GND 핀 및 적어도 하나의 파워 핀을 포함하는 USB 리셉터클(receptacle);
    상기 적어도 하나의 파워 핀에 연결된 적어도 하나의 풀업(pullup) 회로; 및
    상기 적어도 하나의 파워 핀을 풀업하도록 상기 적어도 하나의 풀업 회로를 제어함으로써 상기 GND 핀 및 상기 적어도 하나의 파워 핀 사이의 적어도 하나의 임피던스를 검출하고, 검출된 상기 적어도 하나의 임피던스에 기초하여 상기 USB 리셉터클에서 누설 전류 발생 조건 검출시 활성화되는 검출 신호를 생성하는 포트 컨트롤러를 포함하고,
    상기 풀업 회로는, 적어도 하나의 CC(Configuration Channel) 핀에 연결된 CC 풀업 회로를 포함하고,
    상기 포트 컨트롤러는, 상기 적어도 하나의 CC 핀을 풀업하도록 상기 CC 풀업 회로를 제어하고 상기 적어도 하나의 CC 핀의 전압을 검출함으로써, 상기 GND 핀 및 상기 적어도 하나의 CC 핀 사이의 CC 임피던스를 검출하고,
    상기 CC 풀업 회로는, 적어도 3개의 소스 CC 종단(Rp) 전류들을 상기 적어도 하나의 CC 핀에 공급할 수 있는 CC 전류원을 포함하고,
    상기 포트 컨트롤러는, 상기 CC 임피던스를 검출하기 위하여 상기 적어도 3개의 소스 CC 종단(Rp) 전류들들 중 하나가 상기 적어도 하나의 CC 핀에 공급되도록 상기 CC 전류원을 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 포트 컨트롤러는, 상기 CC 임피던스를 검출하기 위하여 상기 소스 CC 종단(Rp) 전류들 중 가장 큰 전류가 상기 적어도 하나의 CC 핀에 공급되도록 상기 CC 전류원을 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
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