KR20200123690A - 이물질 검출 회로, 이를 포함하는 전자 장치 및 이물질 검출 방법 - Google Patents

이물질 검출 회로, 이를 포함하는 전자 장치 및 이물질 검출 방법 Download PDF

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Abstract

이물질 검출 회로, 이를 포함하는 전자 장치 및 이물질 검출 방법이 개시된다. 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 이물질 검출 회로는, 다수의 핀들을 포함하는 커넥터의 하나 이상의 제1 핀에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 핀으로부터 전압 레벨을 검출하는 전압 검출기와, 상기 제1 핀으로부터 검출된 2 개 이상의 전압 레벨들에 기초하여 상기 전압 레벨의 변화량을 나타내는 전압 기울기를 검출하는 기울기 검출기 및 상기 검출된 전압 레벨에 기반하여 상기 제1 핀으로부터 외부 장치의 저항에 상응하는 저항이 검출되었는지를 판단하는 제1 판단 동작을 수행하고, 상기 제1 판단 동작에서 외부 장치의 저항에 상응하는 저항이 검출될 때 상기 전압 기울기를 이용한 제2 판단 동작을 수행함으로써 상기 외부 장치의 연결 여부를 재차 판단하는 이물질 판단기를 구비하고, 상기 제2 판단 동작에서, 상기 전압 기울기가 커패시턴스 성분에 따른 충방전 특성을 갖는 경우에 상기 커넥터에 상기 이물질이 존재하는 것으로 판단되는 것을 특징으로 한다.

Description

이물질 검출 회로, 이를 포함하는 전자 장치 및 이물질 검출 방법{Foreign substance detecting circuit, Electronic device having the same and Foreign substance detecting method}
본 개시의 기술적 사상은 이물질 검출 회로에 관한 것으로서, 상세하게는 이물질 검출 성능을 향상한 이물질 검출 회로, 이를 포함하는 전자 장치 및 이물질 검출 방법에 관한 것이다.
커넥터의 부식을 방지를 하기 위해서는 커넥터 내부에 이물질이 유입되었을 때 이물질 인식을 정확하게 판단할 필요가 있다. 이물질의 일종으로서 수분을 예로 들면, 수분이 유입된 상황에서 커넥터로 전류가 흐름에 따라 커넥터의 핀들이 부식될 수 있기 때문이다. 따라서 수분이 유입된 상황을 정확히 판별하여 커넥터에 구비되는 핀으로 전류가 흐를 상황을 정확히 판단할 필요가 있다. 또한, 커넥터로의 수분 유입을 판단함에 있어서 그 정확도가 향상될 필요가 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하려는 과제는, 이물질이 유입된 상황을 정확히 판별함으로써 커넥터의 부식을 방지하는 이물질 검출 회로, 이를 포함하는 전자 장치 및 이물질 검출 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 이물질 검출 회로는, 다수의 핀들을 포함하는 커넥터의 하나 이상의 제1 핀에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 핀으로부터 전압 레벨을 검출하는 전압 검출기와, 상기 제1 핀으로부터 검출된 2 개 이상의 전압 레벨들에 기초하여 상기 전압 레벨의 변화량을 나타내는 전압 기울기를 검출하는 기울기 검출기 및 상기 검출된 전압 레벨에 기반하여 상기 제1 핀으로부터 외부 장치의 저항 범위에 해당하는 저항이 검출되었는지를 판단하는 제1 판단 동작을 수행하고, 상기 제1 판단 동작에서 상기 저항 범위에 해당하는 저항이 검출될 때 상기 전압 기울기를 이용한 제2 판단 동작을 수행함으로써 이물질 존재 여부를 재차 판단하는 이물질 판단기를 구비하고, 상기 제2 판단 동작에서, 상기 전압 기울기가 이물질의 커패시턴스 성분에 따른 충방전 특성을 갖는 경우에 상기 커넥터에 이물질이 존재하는 것으로 판단되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 이물질 검출 방법은, 다수의 핀들을 포함하는 커넥터의 제1 핀으로부터 전압 레벨을 검출하는 단계와, 검출된 전압 레벨을 기준 레벨과 비교함으로써, 상기 제1 핀의 저항이 외부 장치의 연결에 기인하는 제1 저항 범위에 해당하는 지를 판단하는 단계와, 상기 제1 핀의 저항이 상기 제1 저항 범위에 해당하지 않는 경우 상기 커넥터에 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 단계 및 상기 제1 핀의 저항이 상기 제1 저항 범위에 해당하는 경우, 상기 전압 레벨을 통해 검출되는 전압 기울기를 기준값과 비교함으로써 상기 커넥터에 이물질이 존재하는 지 여부를 재차 판단하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 전자 장치는, 외부 장치와 연결되고 다수의 핀들을 포함하는 커넥터와, 상기 커넥터의 제1 핀으로부터 검출되는 전압 레벨에 기초하여 상기 제1 핀의 저항이 외부 장치의 저항 범위에 해당하는지를 판단하는 제1 판단 동작을 수행하고, 상기 전압 레벨을 통해 검출되는 전압 기울기를 이용하여 상기 커넥터에 이물질의 존재 여부를 재차 판단하는 제2 판단 동작을 수행하는 이물질 검출 회로 및 상기 이물질 검출 회로로부터의 판단 결과에 따라, 상기 커넥터에 이물질이 존재하는 경우 후속 프로세스를 위해 상기 전자 장치 내부의 동작을 제어하는 어플리케이션 프로세서를 구비하고, 상기 제1 판단 동작에서 상기 제1 핀의 저항이 상기 외부 장치의 저항 범위에 해당할 때, 상기 이물질 검출 회로는 상기 제2 판단 동작에서 상기 전압 기울기가 소정의 조건을 만족할 때 상기 커넥터에 상기 외부 장치가 연결된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상의 이물질 검출 회로, 이를 포함하는 전자 장치 및 이물질 검출 방법에 따르면, 외부 장치와 동일 또는 유사한 저항을 갖는 이물질이 커넥터에 유입된 경우에도 이를 정확히 검출할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상의 이물질 검출 회로, 이를 포함하는 전자 장치 및 이물질 검출 방법에 따르면, 이물질의 종류에 따른 다양한 저항 범위가 정의됨에 따라 이물질의 존재 여부 및 종류가 판단될 수 있으며, 또한 전압 기울기를 이용한 판단 동작이 소정의 조건을 만족할 때 선택적으로 수행될 수 있으므로, 불필요한 정보 처리가 증가하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 수분 검출 회로를 포함하는 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 이물질 검출 회로의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에서의 커넥터가 USB Type-C 구조의 커넥터에 적용된 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 이물질 검출 방법이 충전기에 적용되는 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 이물질 검출 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 6a,b는 커넥터의 제1 핀의 연결 상태를 나타내는 등가 회로도이다.
도 7은 이물질로서 수분의 저항 범위의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 8은 전압 기울기를 검출하기 위해 선택되는 2 시점의 예를 나타내는 그래프이다.
도 9a,b,c는 커넥터의 다양한 상태에 따라 CC1 핀으로부터 검출되는 전압 레벨의 예를 나타내는 그래프이다.
도 10a,b는 외부 장치가 연결된 상태와 염수 유입 상태에서의 전압 기울기의 일 예를 나타내는 그래프이다.
도 11은 커넥터의 각종 상태에 따른 저항, 커패시터 성분 및 전압 기울기의 일 예를 나타내는 표이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 동작에 관련된 전체 동작들의 일 예를 나타내는 플로우차트이다.
도 13은 적어도 두 개의 핀들을 통해 이물질 존재 여부를 판단하는 일 예를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
커넥터는 다양한 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예들은 다양한 구조의 커넥터에 있어서 수분 등의 이물질이 유입된 상황을 정확히 판별함으로써 커넥터의 부식을 방지하는 수분 검출 방법을 개시한다. 이하의 실시예들에서는 커넥터의 일 구조로서 USB(Universal Serial Bus) Type-C 또는 USB PD(Universal Serial Bus Power Delivery) Type-C 커넥터 구조가 개시되고, 이에 따라 커넥터가 USB Type-C 인터페이스에 따른 통신을 수행하는 것으로 가정된다. 그러나, 본 발명의 실시예는 다른 다양한 구조의 커넥터에도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있을 것이다. 일 예로, 본 발명의 실시예는 다른 타입의 USB 커넥터 구조에도 적용될 수 있을 것이다. 또한, 이하의 실시예들에서는 이물질의 일 예로서 수분이 커넥터로 유입되는 상황이 설명될 것이나, 본 발명의 실시예는 커넥터로 유입될 수 있는 다른 다양한 종류의 이물질들에 대해서도 적용이 가능할 것이며, 이에 따라 본 발명의 실시예들에 따른 이물질(Foreign substance) 검출 회로 및 이물질 검출 방법은 수분 검출 회로 및 수분 검출 방법으로 지칭될 수도 있을 것이다.
수분이 인식되면, 시스템은 수분을 저항으로 판단할 수 있다. 수분이 없을 때에는 플로팅(Floating) 상태로 매우 큰 또는 무한대의 저항 값이 검출되나, 수분이 유입된 상태에서는 무한대의 저항이 아닌 상대적으로 작은 값의 저항이 검출된다. 저항을 모니터링(Monitoring) 하는 방법은 다양하게 존재하며, 다양한 종류의 저항 검출 방법들이 선택적으로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 수분 검출 회로를 포함하는 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전자 장치(또는, 전자 시스템(100))는 외부의 케이블에 연결되어 외부의 장치와 전자 장치(10) 사이의 통신을 수행하는 커넥터(110)를 포함할 수 있으며, 또한 전자 장치(100)는 커넥터(110)에 포함되는 적어도 하나의 핀(pin)에 연결되는 이물질 검출 회로(120)를 포함할 수 있다. 또한, 전자 장치(100)는 그 내부의 전반적인 동작을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있으며, 일 예로 전자 장치(10)는 어플리케이션 프로세서(Application Processor, 130)를 포함할 수 있다. 또한, 전자 장치(10)는 디스플레이 제어 회로(140) 및 전원 제어기(150)를 더 포함할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)는, 예를 들면, 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동 전화기(mobile phone), 영상 전화기, 전자책 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), 워크 스테이션(workstation), 서버, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 카메라(camera), 또는 웨어러블 장치(wearable device) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예에 따르면, 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드(skin pad) 또는 문신), 또는 생체 이식형(예: implantable circuit) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 이물질 검출 회로(120)는 집적 회로(Integrated Circuit, IC)로 구현되거나, 또는 다양한 기능을 수행하는 집적 회로(IC) 내에 구비될 수 있다. 예시적인 실시예에 따라, 이물질 검출 회로(120)가 집적 회로(IC)로 구현됨에 따라, 이물질 검출 회로(120) 내에는 하드웨어 및/또는 소프트웨어적으로 집적 회로(IC)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 프로세서가 더 구비될 수 있다. 또한, 커넥터(110)는 소정의 스펙에서 정의된 다수의 핀들을 포함하고, 이물질 검출 회로(120)는 커넥터(110)에 포함되는 하나 이상의 핀으로부터 전압을 검출하는 검출 회로를 포함할 수 있다. 즉, 커넥터(110)에 이물질이 유입된 경우, 상기 커넥터(110)에 유입된 이물질의 종류에 따라 상기 핀으로부터 검출되는 저항(또는, 임피던스)이 변동되고, 전압 검출 회로는 저항의 변동에 대응하여 그 레벨이 변동하는 전압을 검출할 수 있다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 이물질 검출 동작을 설명하면 다음과 같다.
이물질 검출 회로(120)는 커넥터(110)의 적어도 하나의 핀(예컨대, 제1 핀)에 전기적으로 연결되고, 주기적으로 제1 핀으로부터 전압을 검출하며, 검출된 전압에 기반하여 이물질의 존재 여부를 검출할 수 있다. 일 실시예에 따라, 이물질 검출 회로(120)는 제1 핀으로부터 검출된 전압 레벨과, 상기 전압 레벨을 이용하여 검출되는 전압 기울기에 기반하여 커넥터(110)에 외부의 장치가 정상적으로 연결되었는지 또는 커넥터(110)에 이물질이 존재하는 지를 판단할 수 있다. 한편, 외부의 장치는 케이블을 통해 커넥터(110)에 연결될 수 있으므로, 외부의 장치가 커넥터에 연결되었다는 의미와 외부 케이블이 커넥터에 연결되었다는 의미는 혼용되어 사용될 수 있을 것이다.
일 예로서, 이물질 검출 회로(120)는 1차 판단기(121) 및 2차 판단기(122)를 포함하고, 1차 판단기(121)는 상기 전압 레벨을 이용한 판단 동작을 수행할 수 있으며, 또한 2차 판단기(122)는 상기 전압 기울기를 이용한 판단 동작을 수행할 수 있다. 또한, 1차 판단기(121)는 검출된 전압 레벨을 적어도 하나의 기준 레벨(Ref_L)과 비교함에 기반하여 판단 동작을 수행할 수 있으며, 2차 판단기(122)는 검출된 전압 기울기를 적어도 하나의 기준값(Ref_S)과 비교함에 기반하여 판단 동작을 수행할 수 있다.
이물질 검출 회로(120)는 제1 핀으로부터 적어도 1 회 전압 검출 동작을 수행하고, 검출된 전압 레벨에 기초하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다. 또한, 이물질 검출 회로(120)는 제1 핀으로부터 검출된 적어도 2 개의 전압 레벨에 기초하여 전압 레벨의 변화량(전압 기울기)을 검출할 수 있으며, 검출된 전압 기울기에 기초하여 이물질 존재 여부를 판단할 수 있다. 변형 가능한 예로서, 이물질 검출 회로(120)는 제1 핀으로부터 적어도 2 회의 전압 검출 동작을 수행하고, 적어도 2 개의 전압 레벨에 기초하여 이물질 존재 여부를 판단할 수도 있다.
제1 핀으로부터 검출되는 전압 레벨은 제1 핀에 인가된 등가 저항에 비례할 수 있다. 예컨대, 제1 핀으로 소정의 레벨을 갖는 전류를 인가하면 전압 검출 회로로부터 검출되는 전압 레벨은 제1 핀의 저항에 비례하는 값을 가질 수 있으며, 이에 따라 제1 핀으로부터 전압 레벨을 검출하는 동작은 제1 핀으로부터 저항을 검출하는 동작에 상응할 수 있다.
일 동작 예로서, 외부 장치가 커넥터(110)에 연결된 경우에는, 전압 검출 회로로부터 검출되는 전압 레벨은 소정의 범위를 가질 수 있다. 일 예로서, 상기 검출된 전압 레벨에 기초하여 제1 핀의 저항이 외부 장치가 커넥터(110)에 연결된 경우의 저항 범위(예컨대, 1k ohm 대의 범위 또는 5k ohm 대의 범위)를 갖는 지의 여부가 판단되며, 제1 핀의 저항이 상기 저항 범위에 해당하는 경우에는 커넥터(110)에 외부 장치가 연결된 것으로 판단될 수 있다.
반면에, 커넥터(110)에 이물질이 존재하기 않거나, 매우 큰 저항 값을 갖는 이물질이 존재하는 경우에는, 제1 핀으로부터 검출되는 전압 레벨은 외부 장치가 연결된 경우에 비해 매우 큰 값을 갖게 되고, 이에 따라 제1 핀의 저항이 상기 저항 범위를 크게 벗어나는 것으로 판단될 수 있다. 즉, 이물질 검출 회로(120)는 제1 핀으로부터 검출된 전압 레벨이 소정의 기준 레벨보다 큰 경우에는 커넥터(110)가 오픈(open) 상태이거나 또는 이물질이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 커넥터(110)에 존재하는 이물질의 종류에 따라, 상기 이물질에 의해 검출되는 저항 값이 외부 장치가 커넥터(110)에 연결된 경우에서의 저항 범위 내에 속하거나 또는 상기 저항 범위와 유사한 값을 가질 수 있다. 이 때, 이물질 검출 회로(120)는 커넥터(110)에 이물질이 존재함에도 불구하고 외부 장치가 연결된 것으로 잘못 판단할 수 있으며, 이에 따라 풀 업/풀 다운 동작을 위해 제1 핀으로 전류가 인가될 수 있고, 이로 인해 커넥터 내의 핀들이 부식되거나 손상되는 문제가 발생될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 이물질 검출 회로(120)는 전압 레벨을 이용한 1차 판단 동작을 통해 커넥터(110)에 외부 장치가 연결된 것으로 판단되더라도, 전술한 전압 기울기를 이용한 2차 판단 동작을 통해 커넥터(110)에 외부 장치가 연결된 상태인 지 또는 특정한 종류의 이물질이 유입된 상태인지를 정확히 판단할 수 있다.
이물질이 담수, 염수 등 다양한 종류의 수분인 경우에 본 발명의 동작 예를 설명하면 다음과 같다.
오픈(open) 상태, 담수 및 염수의 저항 범위는 서로 다른 값을 가지며, 담수는 상대적으로 저항이 크기 때문에 담수에 기인하는 저항 범위는 외부 장치가 연결되는 경우의 저항 범위(예컨대, 정상 저항 범위)와 겹치지 않으나, 염수는 상대적으로 저항이 작고 이로 인해 염수에 기인하는 저항 범위는 상기한 정상 저항 범위와 겹칠 수 있다. USB Type-C 구조를 예로 들면, 외부 장치가 연결되는 경우의 저항 범위는 Rd 저항(5K ohm) 및 Ra 저항(1K ohm)에 따른 값을 가질 수 있으나, 염수에 기인하는 저항 범위는 대략 1K ohm 내지 10K ohm 의 값을 가질 수 있으며, 이로 인해 커넥터(110)에 염수가 유입된 경우에도 불구하고 외부 장치가 연결된 것으로 잘못 인식될 수 있다.
2차 판단기(122)는 적어도 2 개의 전압 레벨을 기초로 하여 검출된 전압 기울기를 이용한 판단 동작을 수행할 수 있다. 일 예로서, 담수 및 염수 등의 수분은 저항 성분과 함께 커패시턴스 성분을 포함할 수 있으며, 이에 따라 염수가 커넥터(110)에 존재하는 경우에 제1 핀에 대한 풀 업/풀 다운 동작을 수행하면, 그 전압 레벨이 급격이 상승 또는 하강하는 것이 아니라 충방전 특성에 따라 소정의 기울기를 가지며 상승 또는 하강할 수 있다. 즉, 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 1 차 판단 동작에서 제1 핀의 저항이 전술한 정상 저항 범위 내에 속하는 경우에는 2차 판단 동작을 위해 전압 기울기가 검출된다. 또한, 검출된 전압 기울기와 하나 이상의 기준값(Ref_S)과의 비교를 통해, 전압 레벨의 변화량이 충방전 특성 없이 큰 값을 갖는 경우에는 외부 장치가 커넥터(110)에 연결된 것으로 판단하는 반면에, 전압 레벨의 변화량이 충방전 특성에 따라 작은 값을 갖는 경우에는 특정 종류의 이물질이 커넥터(110)에 유입된 것으로 판단할 수 있다.
이물질 검출 회로(120)는 전술한 실시예에 따라 커넥터(110)에 이물질이 존재하는지 여부를 판단한 판단 결과(Res_W)를 발생할 수 있다. 일 실시예에 따라, 이물질 검출 회로(120)는 이물질이 유입된 것으로 판단된 경우 이에 대응하는 추가 프로세스를 위한 내부 제어 동작을 수행할 수 있다. 또한, 어플리케이션 프로세서(130)는 상기 판단 결과(Res_W)에 기반하여 전자 장치(100) 내부의 동작을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따라, 어플리케이션 프로세서(130)는 판단 결과(Res_W)에 기반하여 디스플레이 제어 회로(140)를 제어함으로써, 사용자에게 이물질 유입 여부를 나타내는 경고 화면이 출력되도록 제어 동작을 수행할 수 있다. 또한, 전원 제어기(150)는 파워 관리 IC에 해당할 수 있으며, 전자 장치(100) 내부의 각종 구성 요소들로 제공되는 전원을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 일 동작 예로서, 전원 제어기(150)는 외부의 장치로부터 제공되는 전원전압에 대한 승압 동작을 수행할 수 있으며, 전원 제어기(150)는 어플리케이션 프로세서(130)의 제어에 기반하여, 이물질이 유입된 경우에 상기 승압 동작이 수행되지 않도록 제어 동작을 수행할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 이물질 검출 회로(120)는 외부 장치와 동일 또는 유사한 저항 범위의 이물질이 유입되더라도 이물질의 존재 여부를 정확히 판단할 수 있다. 또한, 이물질 검출 회로(120)는 저항 범위 별로 이물질을 검출할 수 있으므로 이물질의 종류 또한 정확히 판단할 수 있다. 또한, 검출된 전압 레벨이 소정의 조건을 만족하는 경우에 선택적으로 전압 기울기를 이용한 판단 동작을 수행하므로, 불필요한 기울기 검출 동작 및 판단 동작이 추가되는 것을 최소화할 수 있다.
한편, 커넥터(110)에 포함되는 다수의 핀들 각각은 외부 장치와의 통신을 위한 고유한 기능을 수행할 수 있으며, USB Type-C 구조에서 커넥터(110)는 외부 장치를 식별하기 위해 이용되는 CC(configuration channel)1 핀 및 CC2 핀을 포함할 수 있다. 커넥터(110)에 외부 장치가 연결될 때, 상기 CC1 핀 및 CC2 핀 중 어느 하나는 전원전압에 연결된 상태를 가지며, 다른 하나는 오픈 상태(또는, 소정의 풀다운 저항에 연결된 상태)를 가질 수 있다. 전술한 실시예에서, 상기한 제1 핀은 CC1 핀 및 CC2 핀 중 어느 하나의 핀에 해당할 수 있으며, 일 예로서 전원전압에 연결된 CC 핀이 상기한 제1 핀으로 이용될 수 있다.
또한, 전자 장치(100)는 상기 CC1 핀 및 CC2 핀들로부터 검출된 전압 또는 저항에 따라 외부의 장치를 인식할 수 있는 CCIC(Configuration Channel Integrated Circuit, 미도시)를 포함할 수 있으며, 이물질 검출 회로(120)는 상기 CCIC 내에 포함되는 구성일 수 있다. 또는, 상기한 CCIC 의 기능을 수행할 수 있는 집적 회로로서 PDIC(Power Delivery IC)가 전자 장치(100)에 구비되고, 이물질 검출 회로(120)는 PDIC 내에 포함되는 구성인 것으로 설명될 수도 있을 것이다.
이와 함께, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전자 장치(100)는 도 1에 도시된 구성 이외에도 다양한 변형이 가능할 것이다. 일 예로서, 전원 제어기(150) 또는 전원 제어기(150)의 일부의 구성은 이물질 검출 회로(120) 내에 구현될 수도 있을 것이다. 예컨대, 이물질 검출 회로(120)는 제1 핀으로부터의 전압 검출 결과에 따라 커넥터(110)에 이물질이 유입된 것으로 판단되면, 커넥터(110)로 제공되는 전압 또는 전류의 레벨을 감소하거나 제공을 차단하는 등의 제어 동작을 수행할 수도 있을 것이다.
한편, 도 1에는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 이물질 판단 방법이 모바일 장치 등의 시스템에 적용된 경우가 예시되었으나, 본 발명의 실시예들은 USB 타입이 적용된 다양한 종류의 디바이스에 적용될 수 있다. 일 예로서, 본 발명의 실시예들은 USB Type-C 구조를 갖는 플러그(plug)가 장착된 케이블을 포함하는 충전기 등의 디바이스에 적용이 가능하며, 이 때 상기 충전기에는 전술한 실시예의 이물질 검출 회로가 구비될 수 있다.
한편, USB Type-C 구조에 따른 커넥터를 포함하는 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 커넥터는 두 장치들의 전기적 연결을 수행하는 구성을 나타내는 용어로 확장될 수 있을 것이다. 일 예로서, 커넥터는 외부의 케이블이 체결되는 리셉터클(receptacle)로 지칭되거나, 리셉터클(receptacle)에 삽입되는 플러그(plug)로 지칭될 수도 있을 것이다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들에서 설명되는 커넥터에 연결되는 외부 장치는 다양한 전자 장치들에 해당하고, 일 예로서 USB Type-C를 지원하는 충전기, 각종 액세서리들 및 모바일 장치 등을 포함하는 개념으로 정의될 수 있을 것이다. 이와 함께, 전술한 핀(pin)의 용어는 단자로 대체되어도 무방할 것이다.
도 2는 도 1의 이물질 검출 회로의 일 구현 예를 나타내는 블록도이다. 도 2에는 이물질 검출 회로(120)가 커넥터의 제1 핀에 연결되는 예가 도시되며, 전술한 바와 같이 제1 핀은 CC1 또는 CC2 핀에 해당할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없으며, 이물질 검출 회로(120)는 다른 다양한 종류의 핀에 연결되어 전압을 검출할 수도 있을 것이다.
일 실시예에 따라, 이물질 검출 회로(120)는 프로세서(123), 전압 검출기(124), 기울기 검출기(125) 및 이물질 판단기(125)를 포함할 수 있다. 또한, 이물질 판단기(125)는 1차 판단기(121) 및 2차 판단기(122)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 프로세서(123)는 이물질 검출 회로(120) 내부의 전반적인 동작을 제어할 수 있으며, 일 예로서 제1 핀이 CC1 또는 CC2 핀에 해당하는 경우에는 이물질 검출 회로(120)가 CCIC(Configuration Channel Integrated Circuit)에 포함될 수 있으며, 프로세서(123)는 CCIC 내의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
전압 검출기(124)는 제1 핀에 인가되는 전압의 레벨을 검출하고, 외부 장치의 연결 또는 이물질의 유입에 의해 제1 핀의 저항의 변동됨에 따라 전압 검출기(124)로부터 검출되는 전압 레벨이 변동될 수 있다. 일 예로서, 전압 검출기(124)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 포함할 수 있으며, 전압 검출기(124)는 전압 레벨에 대응하는 디지털 신호를 전압 레벨을 검출한 제1 검출 결과(Det_L)로서 출력할 수 있다. 제1 검출 결과(Det_L)는 기울기 검출기(125) 및 이물질 판단기(125)로 제공될 수 있다.
기울기 검출기(125)는 전압 검출기(124)로부터의 제1 검출 결과(Det_L)를 수신할 수 있으며, 일 예로서 전압 검출기(124)로부터의 적어도 2 회의 전압 레벨을 검출한 결과를 포함하는 제1 검출 결과(Det_L)를 수신할 수 있다. 또한, 기울기 검출기(125)는 전압 레벨을 기초로 하여 전압의 변화량(또는, 전압 기울기)을 검출할 수 있으며, 전압의 기울기를 나타내는 제2 검출 결과(Det_S)를 이물질 판단기(125)로 제공할 수 있다.
이물질 판단기(125)는, 커넥터(110)에 이물질이 존재하는 지를 판단하기 위한 각종 판단 동작을 수행할 수 있다. 일 예로서, 1차 판단기(121)는 검출된 전압 레벨을 하나 이상의 기준 레벨(Ref_L)과 비교함에 기반하여, 제1 핀의 저항이 외부 장치가 커넥터(110)에 연결된 경우에서의 저항 범위에 해당하는 지를 판단할 수 있다. 만약, 제1 핀의 저항이 정상 저항 범위를 벗어난 경우에는, 상기 검출된 전압 레벨에 따라 커넥터(110)가 오픈(open) 상태이거나 또는 저항이 매우 큰 이물질(예컨대, 담수 등)이 커넥터(110)에 존재하는 것으로 판단될 수 있다. 반면에, 제1 핀의 저항이 정상 저항 범위에 해당하는 경우에는, 저항이 상대적으로 작은 이물질(예컨대, 염수 등)이 커넥터(110)에 존재하는 것으로 판단하거나, 또는 외부 장치가 커넥터(110)에 연결된 것으로 판단될 수 있다.
한편, 2차 판단기(122)는 전압 기울기와 하나 이상의 기준값(Ref_S)을 비교함에 기반하여, 외부 장치가 커넥터(110)에 연결되었는 지 또는 커넥터(110)에 이물질이 존재하는 지 여부를 판단할 수 있다. 일 예로서, 외부 장치가 커넥터(110)에 연결된 경우에는 제1 핀에 대한 풀 업 또는 풀 다운 과정에서 그 전압 레벨이 급격하게 변동될 수 있으며, 전압의 기울기는 상기 풀 업 또는 풀 다운 과정에서의 전압 레벨의 변동에 기반하는 값을 가질 수 있다. 예컨대, 전압 레벨이 검출되는 시점에 따라, 상기 검출되는 전압 기울기는 매우 큰 값을 갖거나 또는 무한 대의 값을 가질 수 있다. 또는, 전압이 변동되고 난 후의 시점에서 전압 레벨이 검출되는 경우에는, 전압 기울기는 0 또는 이에 근접한 값을 가질 수도 있을 것이다.
반면에, 커넥터(110)에 염수 등의 이물질이 존재하는 경우에는, 이물질의 자체적인 커패시턴스 성분에 의해 전압 레벨이 충방전 특성에 따라 완만하게 변동되며, 이에 따라 전압의 기울기는 상기 충방전 특성에 따른 값을 가질 수 있다. 예컨대, 외부 장치가 커넥터(110)에 연결된 경우에 전압 기울기가 매우 큰 값을 갖는 경우, 커넥터(110)에 염수가 존재하는 경우에는 전압 기울기는 상대적으로 작은 값을 갖는다. 즉, 염수와 외부 장치의 저항 범위가 동일 또는 유사한 값을 갖더라도 전압 기울기를 판단한 결과에 기반하여 이물질의 존재 여부가 정확히 판단될 수 있다. 이물질 판단기(126)는 전술한 1차 및 2차 판단 동작에 기반하여 커넥터(110)에 이물질이 존재하는지를 최종적으로 판단한 판단 결과(Res_W)를 출력할 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 실시예에서는 전압 레벨 검출, 기울기 검출 및 이물질 판단 동작이 별개의 구성 요소들에 의해 수행되는 것으로 도시되었으나, 이는 본 발명의 동작들을 기능적으로 분리하여 설명하기 위한 것으로서, 상기 각종 검출 및 판단 동작들은 다른 다양한 형태로 구현이 가능하다. 또한, 기울기 검출기(125)가 이물질 판단기(126)의 외부에 구비되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없으며, 기울기 검출기(125)는 이물질 판단기(126) 내부에 구비되는 것으로 도시되어도 무방할 것이다.
또한, 도 2에 도시된 실시예에 도시된 각종 기능 블록들의 동작은 하드웨어적인 회로로 구현되거나, 또는 소프트웨어에 기반하여 해당 동작이 수행될 수도 있을 것이다. 일 예로서, 본 발명의 실시예들에 따른 이물질 판단 동작을 위한 기능들 중 적어도 일부는 소프트웨어 방식에 의해 구현될 수 있으며, 이 경우 이물질 검출 회로(120) 내의 소정의 저장 회로(미도시)에 다양한 명령어들이 저장되고, 프로세서(123)가 명령어들을 실행함으로써 전술한 동작들이 수행될 수 있을 것이다.
한편, 전술한 실시예에 따라 전압 기울기를 판단하고 이를 통해 이물질의 존재 여부를 판단하는 동작은, 1차 판단 동작에서 제1 핀의 저항이 외부 장치의 저항 범위에 해당하는 경우에, 상기 외부 장치의 연결 여부를 재차 정확히 확인하기 위해 선택적으로 수행될 수 있으며, 이와 같은 동작은 프로세서(123)의 전반적인 내부 제어 동작을 통해 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전압 기울기를 이용한 판단 동작을 수행하는 조건은 다양하게 설정될 수 있다. 일 예로서, 외부 장치가 연결될 때의 저항 범위가 1K ohm를 기준으로 소정의 범위(예컨대, 제1 저항 범위)를 갖거나 5K ohm를 기준으로 소정의 범위(예컨대, 제2 저항 범위)를 갖는 것으로 가정하면, 앞서 검출된 전압 레벨에 기초하여 제1 핀의 저항이 제1 저항 범위에 해당하거나 또는 제2 저항 범위에 해당할 때 전압 기울기를 이용한 판단 동작이 수행될 수 있다. 또는, 제1 저항 범위 및 제2 저항 범위를 포함하는 더 넓은 범위의 저항 범위(예컨대, 제3 저항 범위)가 정의되고, 제1 핀의 저항이 제3 저항 범위에 해당할 때 전압 기울기를 이용한 판단 동작이 수행될 수도 있을 것이다. 일 예로서, 염수의 저항 범위는 1K ohm 내지 10K ohm 의 범위로 정의되고, 제1 핀의 저항이 1K ohm 내지 10K ohm 의 범위에 속하는 경우에 전압 기울기를 이용한 판단 동작이 수행될 수도 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에서의 커넥터가 USB Type-C 구조의 커넥터에 적용된 예를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 각종 용어들은 USB 스펙을 통해 당업자에게 용이하게 이해될 수 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략된다.
도 3의 전자 장치(200)을 참조하면, 상기 USB Type-C 구조의 커넥터(210)에 포함되는 핀들은 대칭 구조를 가질 수 있다. 즉, 대칭 구조에 의해 케이블 또는 젠더(zender)와 전자 장치의 USB Type-C 커넥터 사이의 연결 시 케이블의 방향성에 관계 없이 연결이 가능하다. 일 예로서, 상기 USB 케이블을 커넥터의 핀 방향성에 일치시킬 필요 없이 연결이 가능하다.
커넥터(210)는 두 개의 열들의 핀들을 포함할 수 있다. 일 예로서, 커넥터(210)는 제1 열의 핀들(A1 ~ A12) 및 제2 열의 핀들(B1 ~ B12)을 포함할 수 있으며 다양한 속도의 데이터 통신을 지원할 수 있다. 일 예로서, 커넥터(210)는 제1 규격(예컨대, USB 3.1)에 따른 고속 데이터 통신을 지원하는 핀들(A2 ~ A3, A10 ~ A11, B2 ~ B3, B10 ~ B11)과, 제2 규격(예컨대, USB 2.0)에 따른 저속 데이터 통신을 지원하는 핀들(A6 ~ A7, B6 ~ B7)을 포함할 수 있다. 이외에도, 제1 열의 핀들(A1 ~ A12) 및 제2 열의 핀들(B1 ~ B12) 각각은 고유의 기능을 수행할 수 있으며, 일 예로 VBUS 핀(A4, A9, B4, B9)은 전원 공급 핀에 해당하고, GND 핀(A1, A12, B1, B12)은 접지 전압을 전달하는 핀에 해당하며, SBU(Sideband Use) 핀(A8, B8)은 ALT(Alternate) 모드 지원을 위해 이용되는 핀으로서 Thunderbolt, DisplayPort, HDMI 등을 탑재한 케이블과 연결될 수 있다.
한편, 커넥터(210)가 채용된 장치는 양방향 통신을 수행할 수 있다. 일 예로서, 전술한 전자 장치(200)는 USB 인터페이스를 통해 외부의 장치와 연결될 때 호스트(예컨대, downstream facing port(DFP))로 동작하거나 또는 슬레이브(upstream facing port(UFP))로 동작할 수 있다. 또는, 전술한 전자 장치(200)는 DRP(dual role port)로 동작할 수 있으며, 이 때 상기 전자 장치(200)는 호스트(DFP) 또는 디바이스(UFP)의 역할을 적응적으로 변경할 수 있다.
상기와 같은 전자 장치(200)의 역할은 USB Type-C 구조의 커넥터(210)의 CC(Configuration Channels) 핀(A5, B5)을 통해 지정될 수 있다. 일 예로서, USB 인터페이스의 경우 데이터 연결(data connection) 및 제어(control)가 CC1/CC2 핀(A5, B5)을 통한 디지털 통신에 의해 수행될 수 있다.
전자 장치(200)의 모델에 따라 상기 커넥터(210)에 구비되는 다수의 핀들 중 일부의 핀들만이 이용될 수 있다. 일 예로, 일부의 모델은 다수의 GND 핀(A1, A12, B1, B12) 중 하나 이상의 GND 핀을 이용하지 않을 수 있다. 또는, 일부의 모델은 고속 데이터 통신에 관련된 핀들(A2 ~ A3, A10 ~ A11, B2 ~ B3, B10 ~ B11) 중 적어도 하나의 핀을 이용하지 않을 수 있다. 전자 장치(200)에서 이용되지 않는 핀은 통신과 관련된 전자 장치 내의 집적 회로(IC)와 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 전자 장치(200)에서 이용되지 않는 핀이 전술한 제1 핀으로 설정되는 경우에는, 제1 핀을 통해 이물질을 검출하기 위한 이물질 검출 회로가 추가로 구비될 수 있다. 또는, 전자 장치(200)에서 실제로 이용되는 핀이 전술한 제1 핀으로 설정되는 경우에는, 제1 핀에 연결된 집적 회로(IC) 내에 이물질 검출 회로가 구비되는 형태로 전자 장치(200)가 구현될 수 있을 것이다.
한편, 전자 장치(200)는 CC1/CC2 핀(A5, B5)에 연결되는 CCIC(220)를 구비할 수 있으며, 전술한 제1 핀이 CC1 핀 또는 CC2 핀에 해당하는 경우에는 이물질 검출 회로(221)가 CCIC(220) 내에 구비될 수 있다. 이물질 검출 회로(221)는 커넥터(210)의 연결 상태에 따라 CC1 핀 또는 CC2 핀으로부터 전압 레벨을 검출하고, 또한 검출된 전압 레벨에 기초하여 전압 기울기를 검출하며, 이에 기반하여 커넥터(210) 내에 이물질의 존재 여부가 판단될 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 이물질 검출 방법이 충전기에 적용되는 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 충전기(300) 등의 디바이스에 USB Type-C 구조의 커넥터가 구비될 수 있으며, 일 예로서 충전기(300)는 USB Type-C 구조에 따른 다수의 핀들을 포함하는 플러그(310)와, 플러그(310)의 적어도 하나의 핀(예컨대, CC1 핀 및/또는 CC2 핀)에 연결되어 전술한 실시예에 따른 이물질 검출 동작을 수행하는 이물질 검출 회로(320)를 포함할 수 있다. 또한, 충전기(300)는 모바일 장치 등의 시스템으로 전원을 제공하는 동작을 제어함으로써 충전 동작을 제어하는 전원 제어기(330)를 더 구비할 수 있다.
이물질 검출 회로(320)는 전술한 실시예에 따라 전압 레벨 및 전압 기울기를 이용한 판단 동작에 기반하여 플러그(310)에 이물질이 존재하는 지를 판단할 수 있으며, 판단 결과에 따라 전원 제어기(330)는 전원의 제공 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 이물질 검출 회로(320)는 주기적으로 외부 장치의 연결 여부(또는, 이물질의 존재 여부)를 확인할 수 있으며, 외부 장치가 정상적으로 연결될 때 외부 장치로 전원전압을 제공할 수 있다. 이 때, 플러그(310)에 염수 등의 이물질이 존재함에도 불구하고 외부 장치가 정상적으로 연결된 것으로 잘못 판단된 경우에는 플러그(310)를 통해 전원전압이 제공됨에 따라 핀들이 부식되거나 손상될 수 있으나, 본 발명의 실시예에 따라 이물질 검출 동작이 정확하게 수행될 수 있으므로 핀들의 부식 및 손상을 방지할 수 있다.
한편, 전술한 실시예들 뿐 아니라, 이하에 설명될 다른 다양한 실시예들 또한 도 4에 도시된 충전기에 대해 동일 또는 유사하게 적용될 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 이물질 검출 방법을 나타내는 플로우차트이다. 도 5에는 모바일 장치 등의 전자 장치의 동작 예가 설명되나, 전술한 실시예에서와 같이 도 5에 도시된 구성들 중 이물질 검출 방법에 대한 구성들은 전술한 충전기 등의 디바이스에도 적용이 가능할 것이다.
도 5를 참조하면, 전자 장치는 USB Type-C 구조의 커넥터를 포함하고, 커넥터에 구비되는 다수의 핀들 중 제1 핀으로부터 전압 레벨을 검출할 수 있다(S11). 제1 핀에 인가되는 저항의 변동에 따라 제1 핀으로부터 검출되는 전압 레벨은 변동될 수 있으며, 검출된 전압 레벨을 하나 이상의 기준 레벨과 비교하고(S12), 비교 결과에 따라 제1 핀의 저항이 외부 장치에 대응하는 소정의 저항 범위에 속하는 지를 판단함으로써 커넥터에 외부 장치가 연결되었는지가 판단된다(S13).
외부 장치가 커넥터에 연결되는 경우에는, 커넥터의 제1 핀에 USB Type-C 구조에서 정의되는 소정의 레벨을 갖는 저항이 연결되고, 제1 핀으로부터 검출되는 전압 레벨은 상대적으로 낮은 값을 가질 수 있다. 반면에, 커넥터가 오픈(open) 상태이거나 또는 커넥터에 매우 큰 레벨의 저항을 갖는 이물질이 존재하는 경우에는, 제1 핀으로부터 검출되는 전압 레벨은 상대적으로 매우 큰 값을 가질 수 있다. 상기 검출된 전압 레벨과 하나 이상의 기준 레벨을 비교한 결과에 따라, 전압 레벨이 기준 레벨에 비해 큰 경우에는 커넥터가 미 연결 상태이거나 또는 담수 등의 저항이 큰 이물질이 커넥터에 존재하는 것으로 판단될 수 있다(S14).
반면에, 제1 핀으로부터 검출된 전압 레벨에 기반하여 외부 장치가 커넥터에 연결된 것으로 판단되면, 외부 장치의 연결 여부를 재차 판단하기 위하여, 전자 장치는 적어도 2 회 이상 검출된 전압 레벨에 기반하여 전압 기울기를 검출할 수 있다(S15). 즉, 커넥터에 존재하는 이물질의 종류에 따라, 이물질에 의한 저항 범위와 외부 장치가 연결된 경우의 저항 범위가 겹칠 수 있으며, 풀 업/풀 다운 과정에서의 전압 변동이 충방전 특성을 가지는 지를 판단하기 위해 전압 기울기와 소정의 기준값에 대한 비교가 수행될 수 있다(S16). 외부 장치가 커넥터에 연결된 경우에, 전압 레벨이 검출되는 시점에 따라 기울기에 변동이 없거나 또는 기울기가 매우 큰 값을 가질 수 있으며, 외부 장치가 연결된 경우에 전압 기울기가 매우 큰 값을 갖는 것으로 정의될 때, 전압 기울기가 기준값 이상인 경우에는 외부 장치가 커넥터에 연결된 것으로 판단될 수 있다(S17). 반면에, 전압 기울기가 기준값 미만인 경우에는 커넥터에 이물질이 존재하는 것으로 판단될 수 있다(S18).
한편, 전술한 본 발명의 실시예에 따르면, 전압 레벨을 판단한 결과에 기반하여 상대적으로 큰 저항을 갖는 이물질과, 전압 기울기를 판단한 결과에 기반하여 상대적으로 작은 저항을 갖는 이물질을 판단할 수 있다. 이 때, 다양한 종류의 이물질의 저항 범위를 정의하고, 또한 다양한 종류의 이물질들의 커패시턴스 성분을 정의함으로써, 전술한 전압 레벨 및 전압 기울기를 이용한 판단 동작을 통해 이물질들의 종류가 판단될 수 있을 것이다. 또한, 전자 장치에 구비되는 전원 제어기 및 어플리케이션 프로세서(AP) 등의 제어를 통하여, 이물질의 종류에 따라 전원 제어 동작이 달리 수행되도록 할 수 있으며, 또한 디스플레이 표시 동작이 달리 수행되도록 전자 장치가 구현될 수도 있을 것이다.
도 6a,b는 커넥터의 제1 핀의 연결 상태를 나타내는 등가 회로도이다. 도 6a,b에서는 CC1/CC2 핀이 제1 핀으로 설정된 경우가 예시되며, 케이블의 연결 상태(예컨대, 연결 방향)에 따라 제1 핀은 CC1 핀 또는 CC2 핀에 해당할 것이다.
도 6a,b를 참조하면, 전자 장치(400)는 제1 핀에 대한 풀 업 동작을 위한 전류원(420)을 포함하며, 또한 제1 핀으로부터 전압 레벨을 검출하는 ADC(410)를 포함할 수 있다. 또한, 풀 업/풀 다운 동작의 제어를 위한 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 구비되며, 풀 업 동작 시 제2 스위치(SW2)가 턴 온됨에 따라 도 6a에 도시된 바와 같은 방향으로 전류가 흐르게 되고, 또한 풀 다운 동작 시 제1 스위치(SW1)가 턴 온됨에 따라 도 6b에 도시된 바와 같은 방향으로 전류가 흐르게 된다. 도 6a,b에는 설명의 편의 상 풀 다운 저항만이 도시되고 풀 업 저항은 도시되지 않았으나, USB Type-C 커넥터 구조에서 풀 업 동작을 위한 풀 업 저항이 더 구비될 수 있음은 당업자들에게 자명할 것이다.
커넥터에 외부 장치가 연결되거나 또는 이물질이 존재하는 경우에는 제1 핀에 연결되는 회로 모델은 서로 상이할 수 있다. 일 예로서, 커넥터에 이물질이 존재하는 경우에는 제1 핀에 연결되는 이물질 모델은 저항(R) 및 커패시터(C)를 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 이물질의 종류에 따라 저항(R) 및 커패시터(C)의 값이 달라질 수 있으며, 상기 저항(R)의 값에 따라 제1 핀으로부터 검출되는 전압 레벨이 변동될 수 있다. 또한, 저항(R) 및 커패시터(C)에 의한 파라미터로서 시정수(time constant, τ)가 정의될 수 있으며, 이물질의 종류에 따라 상기 시정수가 변동될 수 있으므로, 이물질의 종류에 따라 풀 업 및 풀 다운 동작시 전압의 변화랑(또는, 전압 기울기)이 다르게 검출될 수 있다.
제1 핀은 풀 업 회로를 통해 전원전압(VDD)에 연결될 수 있으며, 또한 풀 다운 회로를 통해 접지전압에 연결될 수 있다. 일 예로서, 도 6a에 도시된 연결 상태에 따라 전류원(420)으로부터의 전류가 제1 핀을 통해 이물질 모델로 흐르고, ADC(410)는 풀 업 과정에서 전압 레벨 및 전압 기울기 검출을 위해 적어도 2 회의 검출 결과를 제공할 수 있다. 또한, 도 6b에 도시된 연결 상태에 따라 전류가 이물질 모델로부터 제1 핀을 통해 접지전압으로 흐르고, ADC(410)는 풀 다운 과정에서 전압 레벨 및 전압 기울기 검출을 위해 적어도 2 회의 검출 결과를 제공할 수 있다.
도 7은 이물질로서 수분의 저항 범위의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 7을 참조하면, 다양한 레벨의 저항 범위가 정의될 수 있으며, 외부 장치가 커넥터에 연결될 때 USB Type-C 구조에서 소정의 저항(Rd, Ra)에 의한 저항 범위가 정의될 수 있다. 예컨대, CC1 핀을 예로 들면, USB Type-C 구조에 따른 커넥터에 외부 장치가 연결되면, CC1 핀에는 저항(Rd) 또는 저항(Ra)가 연결될 수 있으며, 저항(Rd)은 4.08K 내지 6.12K 옴(ohm)의 저항 범위를 가질 수 있으며, 저항(Ra)은 0.8K 내지 1.2K 옴(ohm)의 저항 범위를 가질 수 있다. 그러나, 상기와 같은 수치는 일 예에 불과한 것으로서, 저항(Rd) 및 저항(Ra) 등은 그 값이 USB Type-C 스펙을 만족하는 범위 내에서 다소 변경될 수도 있을 것이다.
USB Type-C 스펙에 따른 통신을 수행하는 전자 장치는 저항(Rd) 및 저항(Ra)에 의해 정의된 저항 범위를 기존에 알고 있으며, 이에 따라 CC1 핀을 통해 검출된 전압 레벨에 기초하여 CC1 핀의 저항이 저항(Rd) 및 저항(Ra)에 의한 저항 범위에 해당할 때 외부 장치가 커넥터에 연결되었음을 판단할 수 있다. 반면에, 전자 장치는 CC1 핀을 통해 검출된 전압 레벨에 기초하여 CC1 핀의 저항이 상기 정의된 저항 범위에 해당하지 않는 것으로 판단된 경우에는, 이물질, 담수 또는 염수가 커넥터에 존재하는 것으로 판단할 수 있다. 이물질, 담수 또는 염수가 커넥터에 존재하는 경우에는 CC1 핀에 대한 풀 업 동작을 해제함으로써 커넥터의 부식 방지 및 회로 소자의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 커넥터에 담수 등의 상대적으로 큰 저항을 갖는 이물질이 존재할 수 있으며, 담수 영역에 대응하는 저항 범위는 10K 내지 1 M 옴(ohm) 사이의 값을 갖는 것으로 정의될 수 있다. 반면에, 커넥터에 이물질이 존재하지 않거나 외부 장치가 연결되지 않은 경우에는 CC1 핀은 오픈 상태를 가질 수 있으며, 이 때 오픈 상태의 저항 범위는 1 M 옴(ohm) 이상의 값을 갖는 것으로 정의될 수 있다. 이에 따라, CC1 핀으로부터 검출된 전압 레벨에 기초하여 CC1 핀의 저항이 상기 외부 장치에 의한 저항 범위보다 큰 경우에는, 커넥터가 오픈 상태이거나 또는 커넥터에 큰 저항을 갖는 이물질이 존재하는 것으로 판단될 수 있다.
한편, 커넥터에 염수 등의 상대적으로 작은 저항을 갖는 이물질이 유입될 수 있으며, 염수 영역에 대응하는 저항 범위는 0 내지 10K 옴(ohm) 사이의 값을 갖는 것으로 정의될 수 있다. 이 때, 전술한 저항(Rd) 및 저항(Ra)의 저항 범위가 염수 영역의 저항 범위에 포함될 수 있으며, 이에 따라 CC1 핀으로부터 저항(Rd) 및 저항(Ra)의 저항 범위에 대응하는 전압 레벨이 검출되더라도, 이는 외부 장치의 연결이 아닌 염수 등의 이물질에 기인한 것일 수 있다. 즉, 커넥터에 염수 등의 저항 값이 작은 이물질이 존재할 때, 전자 장치는 외부 장치가 연결된 것으로 잘못 판단하고 CC1 핀에 대한 풀 업 및 풀 다운 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따라, CC1 핀으로부터 저항(Rd) 및 저항(Ra)의 저항 범위에 대응하는 전압 레벨이 검출될 때, 커넥터에 실제 외부 장치가 연결된 것인지를 재차 판단하기 위하여 전압 기울기가 검출될 수 있다. 일 예로서, 전술한 실시예에서와 같이, CC1 핀에 대한 풀 업 동작에서 적어도 2 회 전압 레벨을 검출하고, 그 결과에 기반하여 전압 기울기가 검출될 수 있다. 또한, CC1 핀에 대한 풀 다운 동작에서 적어도 2 회 전압 레벨을 검출하고, 그 결과에 기반하여 전압 기울기가 검출될 수 있다. 또한, 검출된 전압 기울기가 하나 이상의 기준값과 비교될 수 있으며, 전압 기울기가 기준값보다 클 때 커넥터에 외부 장치가 연결된 것으로 판단될 수 있으며, 반면에 전압 기울기가 기준값보다 작을 때에는 커넥터에 이물질이 존재하는 것으로 판단될 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 실시예를 설명함에 있어서, 전압 기울기를 이용한 이물질 판단 동작이 전압 레벨에 기초하여 검출된 CC1 핀의 저항이 저항(Rd) 및 저항(Ra)의 저항 범위에 해당하는 경우에 선택적으로 수행되는 것으로 설명되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 일 예로서, CC1 핀으로부터 검출된 저항이 염수 영역에 해당하는 저항 범위(예컨대, 1K 내지 10K 옴(ohm))에 해당하는 값을 가질 때, 커넥터에 이물질이 존재하는지 또는 외부 케이블이 연결되었는지를 정확히 판단하기 위하여 상기한 전압 기울기를 이용한 판단 동작이 수행될 수도 있을 것이다.
도 8은 전압 기울기를 검출하기 위해 선택되는 2 시점의 예를 나타내는 그래프이다. 도 8에서는 풀 업 과정에서 선택되는 2 시점의 예가 도시되나, 풀 다운 과정에서도 이와 동일 또는 유사한 방식에 따라 2 시점이 설정되고, 이를 통해 전압 기울기가 검출될 수 있을 것이다.
이물질이 유입됨에 따라 CC1 핀에는 저항(R) 및 커패시터(C)를 포함하는 이물질 모델이 연결되고, 저항(R) 및 커패시터(C)의 값에 따라 시정수(τ=RC)가 정의될 수 있다. 풀 업 과정에서 시정수(τ=RC)에 해당하는 시점에서의 전압 레벨은 최고치 대비 대략 67% 까지 상승할 수 있으며, CC1 핀을 통해 검출되는 전압 레벨은 커넥터에 존재하는 이물질의 종류에 따라 시정수(τ=RC)의 이전의 구간에서 그 레벨 변동의 특성이 크게 차이를 나타낼 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따라, 시정수(τ=RC) 이전의 구간에서 적어도 2 개의 시점이 선택되고, 일 예로 제1 시점(T1) 및 제2 시점(T2)에서 CC1 핀으로부터 전압 레벨이 검출되고, 이를 통하여 전압 기울기가 검출될 수 있다. 예컨대, 염수 등 시정수(τ=RC)가 큰 이물질이 유입된 경우에는 전압 기울기가 상대적으로 작은 값으로 검출될 수 있으며, 반면에 외부 장치가 연결된 경우에는 전압 레벨 변동이 충방전 특성을 갖지 않으므로 전압 기울기가 매우 큰 값으로 판단될 수 있다. 이를 통해, 외부 장치의 저항 범위와 염수의 저항 범위가 겹치는 경우에도, 염수와 외부 케이블이 정확하게 구분될 수 있다.
한편, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 전압 기울기는 다른 다양한 종류의 이물질을 판단하는 데에도 이용될 수 있을 것이다. 일 예로서, 시정수(τ=RC)가 염수에 비해 작은 담수가 커넥터에 유입된 경우에는 전압 기울기가 염수의 경우에 비해 상대적으로 큰 값을 가지는 반면에, 외부 장치가 연결된 경우에 비해 작은 값을 가질 수 있다. 서로 시정수(τ=RC)를 달리하는 다양한 종류의 이물질들에 대해 풀 업 및 풀 다운 과정에서 그 전압 레벨의 변동 특성이 정의되고, 이에 따른 정보가 전자 장치 내에 저장될 수 있으며, 전술한 실시예에 따라 전압 기울기를 검출함으로써 이물질 존재 및 종류와 관련된 다양한 판단 동작이 가능할 것이다.
도 9a,b,c는 커넥터의 다양한 상태에 따라 CC 핀으로부터 검출되는 전압 레벨의 예를 나타내는 그래프이다. 도 9a에는 오픈 상태, 담수 유입 및 염수 유입 상태에서 풀 업 과정 시의 전압 레벨의 변동 예가 도시되고, 도 9b에는 오픈 상태, 담수 유입 및 염수 유입 상태에서 풀 다운 과정 시의 전압 레벨의 변동 예가 도시된다. 한편, 도 9c의 예에서는, 외부 장치가 연결된 경우와 염수가 유입된 경우에서 풀 업 과정에서의 전압 레벨의 변동 예가 도시된다. 또한, 도 9a,b,c에 도시된 그래프에서, 굵은 선으로 표시된 선은 Rd 저항에 연결되는 CC 핀의 전압 레벨을 나타내고, 도트로 표시된 선은 Ra 저항에 연결되는 CC 핀의 전압 레벨을 나타낸다.
도 9a의 풀 업 과정에서의 예를 참조하면, 오픈 상태, 담수 유입 상태 및 염수 유입 상태에서의 CC1 핀의 저항의 값이 서로 큰 차이를 가지며, 도 9a의 (a)에서와 같이 오픈 상태에서는 풀 업 과정없이 전원전압의 레벨이 검출되고, 도 9a의 (b)에서와 같이 담수가 유입된 상태에서 검출되는 전압 레벨과, 도 9a의 (c)에서와 같이 염수가 유입된 상태에서 검출되는 전압 레벨이 서로 큰 차이를 가질 수 있다. 이에 따라, CC1 핀으로부터 검출된 전압 레벨을 기초로 하여, 1차 판단 동작에서 오픈 상태, 담수 유입 상태 및 염수 유입 상태가 명확히 판단될 수 있다.
이와 유사하게, 도 9b의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, CC1 핀에 대한 풀 다운 과정에서도 그 전압 레벨은 오픈 상태, 담수 유입 상태 및 염수 유입 상태에서 서로 차이를 갖게 되고, 이에 따라 CC1 핀으로부터 검출된 전압 레벨에 기초하여 오픈 상태, 담수 유입 상태 및 염수 유입 상태가 정확히 판단될 수 있다.
반면에, 도 9c를 참조하면, 염수의 저항은 가변적일 수 있으며, 이에 따라 외부 장치의 저항 범위와 염수 영역의 저항 범위는 서로 겹칠 수 있다. 일 예로서, 도 9c에는 USB Type-C 구조에서 정의된 Rd 저항에 연결된 CC 핀과 Ra 저항에 연결된 CC 핀의 전압 레벨이 예시되고, 이와 함께 커넥터에 염수가 존재하는 경우에서 검출되는 전압 레벨이 예시된다. 예컨대, 커넥터에 염수가 유입된 경우에 CC 핀으로부터 검출되는 전압 레벨은 Ra 저항이 연결된 경우에 CC 핀으로부터 검출되는 전압 레벨과 동일 또는 유사한 값을 가질 수 있으며, 이에 따라 전압 레벨을 기초로 하는 판단 동작에서 외부 장치가 연결된 상태와 염수 유입 상태는 정확히 판단되지 않을 수 있다.
도 10a,b는 외부 장치가 연결된 상태와 염수 유입 상태에서의 전압 기울기의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 10a에서는 외부 장치의 연결 상태 및 염수 유입 상태에서 풀 업 과정 시의 전압 기울기의 예가 도시되고, 도 10b에는 풀 다운 과정 시의 전압 기울기의 예가 도시된다. 또한, 도 10a,b에 도시된 두 선은 전술한 Rd 저항에 연결된 CC 핀과 Ra 저항에 연결된 CC 핀의 전압 레벨을 각각 나타내고, 전압 기울기는 Rd 저항에 연결된 CC 핀의 전압 레벨로부터 검출되는 예가 도시된다.
도 10a의 (a)에서와 같이, 외부 장치가 연결된 상태에서 풀 업 동작을 수행하면 전압 레벨이 급격히 상승하고, 전압 레벨이 검출되는 2 회의 시점들에서 그 전압 레벨이 동일할 수 있다. 반면에, 도 10a의 (b)에서와 같이, 커넥터에 염수가 유입된 상황에서는 전압 레벨이 충방전 특성에 따라 상승하고, 그 전압 기울기는 염수의 저항 성분 및 커패시턴스 성분에 따른 값을 갖게 된다. 이와 유사하게, 도 10b의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 외부 장치가 연결된 상태에서 전압 레벨이 검출되는 2 회의 시점들에서 그 전압 레벨이 동일할 수 있는 반면에, 커넥터에 염수가 유입된 상황에서는 전압 기울기가 염수의 저항 성분 및 커패시턴스 성분에 따른 값을 가질 수 있다. 도 10a,b에 도시된 바와 같은 전압 기울기 특성을 이용하여, 본 발명의 실시예들에 따른 2차 판단 동작에서 외부 장치와 염수가 정확하기 구분될 수 있다.
한편, 도 10a,b에서는 전압 기울기를 검출하기 위한 2 시점의 선택이 전압 레벨이 모두 풀 업된 이후, 또는 모두 풀 다운된 이후에 검출됨에 따라, 외부 장치가 연결된 상태에서 전압 기울기가 0 에 해당하는 예가 도시되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 일 예로서, 앞서 언급된 다양한 실시예들에서 설명된 바와 같이, 커넥터의 오픈 상태나 외부 장치가 연결된 상태에서는 풀 업 및 풀 다운 과정시 전압 레벨이 급격하게 변동되며, 전압 레벨이 이상적으로 변하지 않는 이상은 전압 레벨의 변동에 기반하여 전압 기울기가 큰 값을 갖게 된다. 즉, 커넥터에 외부 장치가 연결된 경우의 전압 기울기가 염수 유입 상태에 비해 큰 값을 갖도록 정의되고, 이를 고려하여 전압 레벨을 검출하기 위한 시점들이 설정되고, 이에 기반하여 전압 기울기를 이용한 2차 판단 동작이 수행될 수 있을 것이다.
도 11은 커넥터의 각종 상태에 따른 저항, 커패시터 성분 및 전압 기울기의 일 예를 나타내는 표이다. 도 11에서는 풀 업 전압이 3.7V를 갖는 예가 도시되며, 또한 전압 기울기를 검출하기 위해 선택되는 전압 레벨 검출의 2 회의 시점이 1ms 의 시간 차이를 갖는 경우에 검출될 수 있는 전압 기울기의 일 예를 나타낸다. 도 11에 도시된 예는 본 발명에 적용 가능한 하나의 수치의 예를 나타내는 것으로서, 본 발명의 실시예는 도 11에 도시된 표의 내용에 국한될 필요는 없다.
도 11을 참조하면, 커넥터가 오픈 상태인 경우, 저항은 매우 큰 값으로서 대략 1M ohm을 초과할 수 있으며, 커패시터는 0 또는 이에 가까운 값을 가지며, 검출되는 전압 기울기는 상대적으로 매우 큰 35V/ms를 가질 수 있다. 반면에, 커넥터에 폰(phone) 등의 전자 장치가 연결되는 경우에는 CC1 핀에 대략 5.1K ohm의 저항이 인가될 수 있으며, 커패시터는 0 또는 이에 가까운 값을 갖고, 검출되는 전압 기울기는 오픈 상태에 비해 상대적으로 작은 18V/ms를 가질 수 있다. 이와 유사하게, 커넥터에 충전기 등의 케이블이 연결되면 전압 기울기는 오픈 상태에 비해 상대적으로 작은 20V/ms를 가질 수 있다.
한편, 담수나 염수 등의 이물질이 인가되면 저항 성분과 함께 커패시터 성분이 CC1 핀에 인가될 수 있으며, 이 경우 전압 기울기는 오픈 상태나 외부의 장치가 커넥터에 연결된 경우에 비해 상대적으로 매우 작은 1.5V/ms 또는 0.5V/ms 를 가질 수 있다. 즉, 커넥터에 염수가 존재하는 경우 CC1 핀으로부터 검출되는 전압 레벨은 커넥터에 케이블이 연결된 경우와 유사할 수 있으나, 전압 기울기 검출을 통해 커넥터에 이물질 존재 여부가 정확히 판단될 수 있다.
도 11에서는 담수의 저항 범위가 10K 내지 1M 옴(ohm)에 해당하고 염수의 저항 범위가 0 내지 10K 옴(ohm)에 해당하는 예가 도시되었으나, 각종 이물질들의 저항 범위는 다양하게 정의가 가능할 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이물질 검출 동작에 관련된 전체 동작들의 일 예를 나타내는 플로우차트이다. 도 12에서는 풀 업 및 풀 다운 과정 각각에서 전압 레벨이 2 회 검출되고, 검출된 2 개의 검출 레벨들이 1차 판단 과정에서 이물질 판단에 이용되는 예가 도시된다.
먼저, CC 핀(예컨대, CC1 핀 또는 CC2 핀)에 대한 풀 업 과정에서 전압 레벨의 검출을 위한 2 회의 ADC 동작이 수행될 수 있으며(S21), 2 회 모두 스트롱 풀 업(strong pull up)에 해당하는 지가 판단될 수 있다(S22). 스트롱 풀 업(strong pull up)에 해당한다 함은, 검출된 전압 레벨이 매우 큼을 나타내며, 이는 CC 핀에 인가되는 저항 레벨이 다른 경우들에 비해 매우 큰 경우에 해당할 수 있다. 2 회 모두 스트롱 풀 업에 해당하는 경우는, 전술한 다양한 상태들 중에서 CC 핀이 오픈 상태이거나 또는 커넥터에 오픈 상태와 유사한 정도의 매우 큰 저항을 갖는 담수가 존재하는 경우를 나타낼 수 있다.
2 회 모두 스트롱 풀 업에 해당하는 것으로 판단된 경우, CC 핀에 대한 풀 다운 과정에서 전압 레벨의 검출을 위한 2 회의 ADC 동작이 수행될 수 있으며(S23), 2 회 모두 스트롱 풀 다운(strong pull down)에 해당하는 지가 판단될 수 있다(S24). 또한, 2 회의 ADC 동작을 통해 검출된 전압 레벨에 기초하여 전압 기울기가 검출되고, 전압 기울기(비교 동작에 이용되는 기울기는 양의 절대값에 해당할 수 있음)를 제1 기준값(Ref1)과 비교함에 의해 전압 레벨이 급격하게 변동되는 지 여부가 판단될 수 있다(S25). 스트롱 풀 다운(strong pull down)에 해당한다 함은 풀 다운 과정에서 전압 레벨이 0V에 가깝게 낮아진 상태를 나타낼 수 있으며, 2 회 모두 스트롱 풀 다운에 해당하거나 또는 전압 기울기가 제1 기준값(Ref1) 보다 큰 경우에는 CC 핀이 오픈 상태인 것으로 판단될 수 있다(S26). 반면에, 전압 기울기가 제1 기준값(Ref1) 보다 작음에 따라 전압 변동량이 상대적으로 작은 경우에는, 풀 업 과정에서 큰 레벨의 전압이 검출되더라도 충방전 특성에 따라 전압 레벨이 변동하는 것으로 판단될 수 있으며, 이에 따라 커넥터에 담수가 존재하는 것으로 판단될 수 있다(S28).
한편, 전술한 스트롱 풀 업 여부를 판단하는 단계에서 스트롱 풀 업에 해당하지 않는 것으로 판단된 경우, 2 회 모두 위크 풀 업(weak pull up)에 해당하는 지가 판단될 수 있다(S27). 위크 풀 업에 해당한다 함은, CC 핀으로부터 검출되는 전압 레벨이 오픈 상태에 비해서는 작으나, 커넥터에 외부의 장치가 연결된 경우에 비해 저항 레벨이 큼에 따라 검출되는 전압 레벨이 상대적으로 큰 경우를 나타낼 수 있다. 이 때, 2 회 모두 위크 풀 업에 해당하는 것으로 판단되면, 저항이 큰 이물질(예컨대, 담수)이 커넥터에 존재하는 것으로 판단될 수 있다(S28).
한편, 위크 풀 업이 아닌 것으로 판단된 경우에는, 앞서 검출된 전압 레벨에 기초하여 제1 핀의 저항이 이미 알고 있는 저항에 해당하는 지 여부가 판단될 수 있다(S29). 전술한 바와 같이, USB Type-C 구조에서 외부 장치가 커넥터에 연결되면 CC 핀에는 기 정의되는 소정의 범위를 갖는 저항이 인가될 수 있으며, 전압 레벨이 기초하여 제1 핀으로부터 검출된 저항이 외부 장치를 나타내는 저항 범위에 해당하는 지가 판단될 수 있다. 만약, 외부 장치를 나타내는 저항 범위에 해당하지 않는 경우에는, 담수 또는 염수 등과는 다른 저항 범위를 갖는 다른 종류의 이물질이 커넥터에 존재하는 것으로 판단될 수 있다(S30).
반면에, 제1 핀의 저항이 이미 알고 있는 저항에 해당하는 것으로 판단되면, 앞서 설명된 바와 같이 염수의 저항 범위와 외부 장치를 나타내는 저항 범위가 겹칠 수 있으므로, 이를 구분하기 위하여 전압 기울기를 검출하고, 전압 기울기가 제2 기준값(Ref2)보다 작은 지가 판단될 수 있다(S31). 전압 기울기가 제2 기준값(Ref2)보다 작은 경우는 그 전압 레벨이 완만하게 변동됨을 나타낼 수 있으며, 이 경우 커넥터에 염수가 존재하는 것으로 판단될 수 있다(S32). 반면에, 전압 기울기가 제2 기준값(Ref2)보다 큰 경우는 그 전압 레벨이 급격하게 변동됨을 나타낼 수 있으며, 이 경우 커넥터에 외부의 장치가 연결된 것으로 판단될 수 있다(S33).
도 13은 적어도 두 개의 핀들을 통해 이물질 존재 여부를 판단하는 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 13을 참조하면, 전자 장치(500)는 적어도 두 개의 이물질 검출 회로들을 포함할 수 있으며, 또한 적어도 두 개의 핀들로부터 전압을 검출하여 이물질 검출 동작에 이용할 수 있다. 전자 장치(500)는 USB Type-C 에서 정의되는 각종 동작들을 수행하기 위한 다수의 집적 회로들(IC)을 포함할 수 있으며, 일 예로서 마이크로 USB IC(MUIC, 510) 및 CCIC(520)를 포함할 수 있다. MUIC(510) 및 CCIC(520) 각각은 커넥터의 적어도 하나의 핀에 연결되어 고유한 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, MUIC(510)는 전술한 USB Type-C 구조에서 D+ 핀(A6, B6) 및 D- 핀(A7, B7)과 연결될 수 있으며, MUIC(510)는 케이블 인식을 통해 외부의 장치가 연결되었음을 감지할 수 있으며, 또한 D+ 핀(A6, B6) 및 D- 핀(A7, B7)을 통해 외부의 장치와 통신할 수 있다. 이와 함께, CCIC(520)는 전술한 바와 같이 DFP, UFP 및 DRP 등의 설정을 위한 제어 동작을 수행할 수 있다.
전자 장치(500)는 제1 핀 및 제2 핀으로부터 각각 전압을 검출하여 이물질 검출 동작에 이용할 수 있으며, 제1 핀 및 제2 핀은 USB Type-C 에서 정의되는 다양한 종류의 핀일 수 있다. 일 실시예에 따라, MUIC(510)는 제1 이물질 검출 회로(511)를 포함할 수 있으며, CCIC(520)는 제2 이물질 검출 회로(521)를 포함할 수 있다. MUIC(510)는 전술한 D+ 핀(A6, B6) 및 D- 핀(A7, B7)에 연결될 수 있으며, 또한 커넥터에 포함되는 적어도 하나의 다른 핀에 더 연결될 수 있다. 또한, 전술한 제1 핀은 MUIC(510)에 연결되는 다수의 핀들 중 어느 하나에 해당할 수 있으며, 제2 핀은 CC1 핀 또는 CC2 핀일 수 있다.
이물질 존재 여부를 정확히 판단하기 위하여, 커넥터에 구비되는 다수의 핀들 중 적어도 두 개의 핀들로부터 검출되는 전압을 통해 판단 동작이 수행될 수 있다. 일 동작 예로서, 제1 이물질 검출 회로(511)는 제1 핀을 통해 전압을 검출하고, 전술한 실시예들에 따라 전압 레벨 및/또는 전압 기울기를 판단한 결과에 기반하여, 이물질 검출 결과를 나타내는 제1 판단 결과(Res_W1)를 CCIC(520)로 출력할 수 있다.
한편, CCIC(520)는 제1 핀과는 서로 다른 제2 핀을 통해 이물질 판단 동작을 수행할 수 있다. 제2 이물질 검출 회로(521)는 제2 핀을 통해 전압을 검출하고, 전술한 실시예들에 따라 전압 레벨 및/또는 전압 기울기를 판단한 결과에 기반하여, 이물질 검출 결과를 나타내는 제2 판단 결과(Res_W2)를 전자 장치(500) 내부로 출력할 수 있다. 일 예로서, 전자 장치(500) 내부의 어플리케이션 프로세서(미도시)는 CCIC(520)로부터의 제2 판단 결과(Res_W2)를 최종 이물질 판단 결과로 인식할 수 있다.
한편, MUIC(510)는 D+ 핀(A6, B6) 및 D- 핀(A7, B7) 중 적어도 하나를 통해 외부의 장치와 통신하며, 전원전압(예컨대, VBUS 전압)의 레벨을 낮추거나 전원전압의 제공을 차단하기 위한 요청을 외부의 장치로 제공할 수 있다. 이 때, 커넥터에 이물질이 유입된 것으로 판단된 경우에는 전원전압의 제공을 차단하기 위한 요청을 외부의 장치로 제공할 필요가 있으며, CCIC(520)는 이물질 판단 결과에 따라 제어 신호(Ctrl_P)를 MUIC(510)로 제공할 수 있다. MUIC(510)는 제어 신호(Ctrl_P)에 기반하여 커넥터에 이물질이 유입된 경우에는 전원전압의 레벨을 낮추거나 전원전압의 제공을 차단하기 위한 요청을 외부의 장치로 제공할 수 있으며, 이에 따라 이물질로 인한 핀의 부식 및 파손 등이 방지될 수 있다.
한편, 도 13에서는 제1 및 제2 핀들을 통한 이물질 판단 동작에서 모두 이물질이 검출된 경우에 이물질이 존재하는 것으로 최종 판단하는 예가 설명되었으나, 본 발명의 실시예는 이에 국한될 필요가 없다. 일 예로서, MUIC(510) 및 CCIC(520)에서 각각 이물질 검출 동작이 수행되고, 어느 하나에서 이물질이 존재하는 경우에 이물질이 존재하는 것으로 최종 판단하도록 전자 장치(500)가 구현될 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명의 실시예는 다양한 제품군에 적용될 수 있으며, 일 예로 USB type C을 사용하는 PC, Notebook, SmartPhone, 모니터, (Travel Adaptor, TA), dongle 등 각종 USB PD type-C를 사용하는 제품군에 적용될 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 (10)

  1. 이물질 검출 회로에 있어서,
    다수의 핀들을 포함하는 커넥터의 하나 이상의 제1 핀에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 핀으로부터 전압 레벨을 검출하는 전압 검출기;
    상기 제1 핀으로부터 검출된 2 개 이상의 전압 레벨들에 기초하여 상기 전압 레벨의 변화량을 나타내는 전압 기울기를 검출하는 기울기 검출기; 및
    상기 검출된 전압 레벨에 기반하여 상기 제1 핀으로부터 외부 장치의 저항 범위에 해당하는 저항이 검출되었는지를 판단하는 제1 판단 동작을 수행하고, 상기 제1 판단 동작에서 상기 저항 범위에 해당하는 저항이 검출될 때 상기 전압 기울기를 이용한 제2 판단 동작을 수행함으로써 이물질 존재 여부를 재차 판단하는 이물질 판단기를 구비하고,
    상기 제2 판단 동작에서, 상기 전압 기울기가 이물질의 커패시턴스 성분에 따른 충방전 특성을 갖는 경우에 상기 커넥터에 이물질이 존재하는 것으로 판단되는 것을 특징으로 하는 이물질 검출 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전압 검출기는, 상기 제1 핀으로부터 검출된 전압 레벨에 대응하는 디지털 신호를 출력하는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질 검출 회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이물질 판단기는,
    상기 제1 판단 동작을 수행하고, 상기 전압 레벨을 하나 이상의 기준 레벨과 비교한 결과에 기반하여, 상기 제1 핀의 저항이 속하는 저항 범위를 판단함으로써 이물질 존재 여부를 판단하는 1차 판단기; 및
    상기 제2 판단 동작을 수행하고, 상기 전압 기울기를 기준 값과 비교한 결과에 기반하여, 상기 검출된 전압 기울기의 크기에 따라 이물질 존재 여부를 판단하는 2차 판단기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질 검출 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 외부 장치의 저항에 의한 제1 저항 범위가 정의되고,
    상기 1차 판단기는, 상기 제1 핀의 저항이 상기 제1 저항 범위에 해당할 때 상기 커넥터에 상기 외부 장치가 연결된 것으로 판단하고, 상기 제1 핀의 저항이 상기 제1 저항 범위에 해당하지 않을 때 상기 커넥터에 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이물질 검출 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 2차 판단기는, 상기 전압 기울기가 상기 기준 값보다 큰 경우에 상기 커넥터에 상기 외부 장치가 연결된 것으로 판단하고, 상기 전압 기울기가 상기 기준 값보다 작은 경우에 상기 커넥터에 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이물질 검출 회로.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 2차 판단기는, 상기 제1 핀의 저항이 상기 외부 장치의 저항 범위에 해당할 때 상기 제2 판단 동작을 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 이물질 검출 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커넥터는 USB(Universal Serial Bus) 타입 C 인터페이스에 따른 통신을 수행하고,
    상기 제1 핀은, 상기 USB 타입 C 인터페이스에서 정의된 CC(configuration channel)1 핀 및 CC2 핀 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이물질 검출 회로.
  8. 전자 장치에 있어서,
    외부 장치와 연결되고 다수의 핀들을 포함하는 커넥터;
    상기 커넥터의 제1 핀으로부터 검출되는 전압 레벨에 기초하여 상기 제1 핀의 저항이 외부 장치의 저항 범위에 해당하는지를 판단하는 제1 판단 동작을 수행하고, 상기 전압 레벨을 통해 검출되는 전압 기울기를 이용하여 상기 커넥터에 이물질의 존재 여부를 재차 판단하는 제2 판단 동작을 수행하는 이물질 검출 회로; 및
    상기 이물질 검출 회로로부터의 판단 결과에 따라, 상기 커넥터에 이물질이 존재하는 경우 후속 프로세스를 위해 상기 전자 장치 내부의 동작을 제어하는 어플리케이션 프로세서를 구비하고,
    상기 제1 판단 동작에서 상기 제1 핀의 저항이 상기 외부 장치의 저항 범위에 해당할 때, 상기 이물질 검출 회로는 상기 제2 판단 동작에서 상기 전압 기울기가 소정의 조건을 만족할 때 상기 커넥터에 상기 외부 장치가 연결된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 이물질 검출 회로는,
    상기 제2 판단 동작에서, 상기 전압 기울기가 기준값보다 클 때 상기 커넥터에 상기 외부 장치가 연결된 것으로 판단하고,
    상기 제2 판단 동작에서, 상기 전압 기울기가 상기 기준값보다 작을 때 상기 커넥터에 이물질이 존재하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 외부 장치의 저항에 의한 제1 저항 범위가 정의되고,
    상기 이물질 검출 회로는, 상기 제1 판단 동작에서 상기 제1 핀의 저항이 상기 제1 저항 범위에 해당하지 않을 때 상기 커넥터에 이물질이 존재하는 것으로 판단하고, 상기 제1 판단 동작에서 상기 제1 핀의 저항이 상기 제1 저항 범위에 해당할 때 상기 제2 판단 동작을 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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