TW202107296A

TW202107296A - Usb連接埠的終端電阻電路及其操作方法

Info

Publication number: TW202107296A
Application number: TW108128826A
Authority: TW
Inventors: 王維宇; 魏郁忠
Original assignee: 威鋒電子股份有限公司
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-02-16
Also published as: CN110690816B; CN110690816A; US10860517B1; TWI716965B

Abstract

一種USB連接埠的終端電阻電路及其操作方法。終端電阻電路包括終端電阻、終端開關以及儲能控制電路。其中，終端電阻與終端開關相互串聯於USB連接埠的組態通道腳位與第一參考電壓之間，儲能控制電路耦接至終端開關的控制端。在組態偵測期間中的充電期間，儲能控制電路儲存來自於組態通道腳位的電荷而獲得一經儲存電能，以及在該組態偵測期間中的一放電期間，該儲能控制電路使用該經儲存電能來開啟該終端開關。

Description

USB連接埠的終端電阻電路及其操作方法

本發明是有關於一種USB連接埠的技術，且特別是有關於一種USB連接埠的終端電阻電路及其操作方法。

通用序列匯流排（Universal Serial Bus, USB）的硬體介面形式包含Type-A、Type-B以及Type-C等多種。其中，新型的Type-C需透過監控組態通道(Configuration Channel, CC)腳位CC1與CC2的電壓位準來判斷纜線（cable）兩端裝置的角色，這段期間稱為組態偵測期間。圖1顯示USB Type-C的組態通道模組示意圖，電源供應端S的組態通道腳位CC1、CC2通過上拉電阻R_P （終端電阻）或電流源I_P 被電壓+V拉高至高電位，使得電源供應端S的組態通道腳位CC1、CC2在沒有連接任何東西時一直處於高電位。對電源供應端S來說，一旦偵測到組態通道腳位CC1、CC2的電壓位準被拉至低電位時，判斷電源吸入端I接入並結束組態偵測期間，電源供應端S便輸出電源給電源吸入端I。在圖1中，當電源吸入端I接入電源供應端S時，組態通道腳位CC1或CC2的電壓會被電源吸入端I的下拉電阻R_D （終端電阻）或R_A （終端電阻）拉至低電位。在一些實施中，下拉電阻R_A 可以被改為開路O，亦即下拉電阻R_A 可以被移除。然而在USB規範中僅規範R_D 或R_A 之阻值，並無詳細規定實現的方式。

本發明提供一種USB連接埠的終端電阻電路及其操作方法，藉由使用組態通道腳位的電荷而在組態偵測期間控制並開啟終端電阻電路的終端開關，使得終端開關的選用不限於低壓元件。

本發明實施例所述的USB連接埠的終端電阻電路，包括終端電阻、終端開關以及儲能控制電路。終端電阻與終端開關相互串聯於USB連接埠的組態通道腳位與第一參考電壓之間。儲能控制電路耦接至終端開關的控制端。在組態偵測期間中的充電期間，儲能控制電路儲存來自於組態通道腳位的電荷而獲得一經儲存電能。在組態偵測期間中的放電期間，儲能控制電路使用經儲存電能來開啟終端開關。

本發明實施例提供USB連接埠的終端電阻電路的操作方法。終端電阻電路包含終端電阻與終端開關。終端電阻與終端開關相互串聯於USB連接埠組態通道腳位與第一參考電壓之間。此操作方法包括：在組態偵測期間中的充電期間內，由儲能控制電路儲存來自組態通道腳位的電荷而獲得一經儲存電能；以及在組態偵測期間中的放電期間內，由儲能控制電路使用經儲存電能來開啟終端開關。

本發明實施例所述的USB連接埠的終端電阻電路，包括終端開關以及終端電阻。終端電阻與終端開關相互串聯於USB連接埠的組態通道腳位與第一參考電壓之間。在組態偵測期間內，組態通道腳位接收偵測電流。在組態偵測期間的充電期間內，終端開關為關閉，以及電容器儲存來自組態通道腳位的電荷而獲得經儲存電能，使得組態通道腳位的電壓在充電期間被拉升。在充電期間結束後，進入組態偵測期間中的放電期間。在放電期間內，藉由使用電容器的經儲存電能來開啟終端開關，使得組態通道腳位的電壓在放電期間被拉降。在放電期間結束後，再一次進入充電期間，除非組態偵測期間結束。

本發明實施例提供USB連接埠的終端電阻電路的操作方法。終端電阻電路包含終端電阻與終端開關。終端電阻與終端開關相互串聯於USB連接埠組態通道腳位與第一參考電壓之間。此操作方法包括：在組態偵測期間內，由USB連接埠的組態通道腳位接收偵測電流；在組態偵測期間的充電期間內，關閉終端開關，以及由電容器儲存來自組態通道腳位的電荷而獲得經儲存電能，使得組態通道腳位的電壓在該充電期間被拉升；在充電期間結束後，進入組態偵測期間中的放電期間；在放電期間內，藉由使用電容器的經儲存電能來開啟終端開關，使得組態通道腳位的電壓在放電期間被拉降；以及在放電期間結束後，再一次進入充電期間，除非組態偵測期間結束。

基於上述，本發明所述USB連接埠的終端電阻電路及其操作方法可以儲存組態通道腳位的電荷而獲得經儲存電能。在組態偵測期間，儲能控制電路可以藉由使用經儲存電能去控制並開啟終端開關，使組態通道腳位的電壓被終端電阻下拉至低電位。藉由使用所儲存的組態通道腳位的電荷而開啟終端開關，使得終端開關的選用不限於低壓元件。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明的下述諸實施例是針對電源吸入端（以下簡稱Sink端）而提出的USB連接埠的終端電阻電路。

圖2顯示本發明第一實施例的USB連接埠的終端電阻電路1的方塊示意圖。終端電阻電路1包括終端電阻TR、終端開關TSW以及儲能控制電路SDC。其中，終端電阻TR的阻值可以遵循USB的規格書來決定，或是依照設計需求來決定。例如，終端電阻TR的阻值可以是5.1kΩ、1kΩ或是其他阻值。終端電阻TR亦可以參照圖1所示下拉電阻R_D 及下拉電阻R_A 的相關說明。終端電阻TR與終端開關TSW相互串聯於USB連接埠B的組態通道腳位P與參考電壓V_ref1 之間。需說明的是，USB連接埠B實際上包含組態通道腳位P在內的多個腳位，然而圖2僅繪示出USB連接埠B的組態通道腳位P。參考電壓V_ref1 的準位可以依照設計需求來決定。舉例來說，參考電壓V_ref1 可以是接地電壓或是其他固定電壓。

以圖2所示實施方式為例，終端電阻TR的第一端耦接於組態通道腳位（以下簡稱CC腳位）P，終端電阻TR的第二端耦接於終端開關TSW的第一端，而終端開關TSW的第二端耦接於終端電阻TR與參考電壓V_ref1 。依照設計需求，終端電阻TR與終端開關TSW的耦接順序可以對調。舉例來說，在另一實施例中，終端開關TSW可以耦接於CC腳位P與終端電阻TR之間，終端電阻TR可以耦接於終端開關TSW與參考電壓V_ref1 之間。

終端電阻TR可以包括電阻、壓控電阻（例如場效電晶體）或是其他電阻元件。終端開關TSW可以包括壓控開關，例如金氧半場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）或是其他開關元件。舉例來說，終端開關TSW可以是一個N型的MOSFET（以下簡稱NMOS），其中此NMOS的汲極耦接終端電阻TR，NMOS的源極耦接至參考電壓V_ref1 ，以及NMOS的閘極則耦接至儲能控制電路SDC。

圖3顯示本發明第一實施例的USB連接埠的終端電阻電路1的操作方法流程圖。請同時參考圖2與圖3。儲能控制電路SDC的一端耦接CC腳位P，以接收在組態偵測期間的CC腳位P的電荷。儲能控制電路SDC的另一端耦接終端開關TSW的控制端，以控制終端開關TSW的啟閉。在組態偵測期間開始時，終端開關TSW是關閉（turn off）的，此時從外部傳輸至CC腳位P的電荷被提供至儲能控制電路SDC。在組態偵測期間的充電期間（終端開關TSW為關閉的期間），儲能控制電路SDC可以儲存來自於CC腳位P的電荷，而獲得經儲存電能（步驟S310）。隨著電荷的累積，所述經儲存電能的電壓準位逐漸升高。在組態偵測期間中的放電期間，儲能控制電路SDC可以使用所述經儲存電能來開啟（turn on）終端開關TSW（步驟S320），以提供終端電阻TR來進行組態偵測。

電性連接USB連接埠B的一外部裝置（未繪示，例如電源供應裝置）可以偵測CC腳位P的電壓準位以判斷是否連接電源吸入裝置。在所述外部裝置偵測到CC腳位P的電壓位準被拉至低電位時，所述外部裝置可以判斷出該USB連接埠B的另一端接入了一電源吸入裝置，進而完成組態偵測。在完成組態偵測後，所述組態偵測期間被結束而進入非組態偵測期間。在結束所述組態偵測期間後，所述外部裝置便可以依照組態偵測的結果而輸出電源給具有終端電阻電路1的電源吸入裝置。

舉例來說，圖2繪示了儲能控制電路SDC的多個實施範例的其中一個。儲能控制電路SDC可以包含儲能元件T與控制元件D。儲能元件T（例如電容器或是其他電能儲存元件）可以儲存來自CC腳位P的電荷。控制元件D（例如二極體元件、開關及/或其他元件）的一端耦接於CC腳位P與終端電阻TR的一端。控制元件D的另一端耦接儲能元件T的一端與終端開關TSW的控制端。在控制元件D包含二極體元件的實施例中，此二極體元件的陽極耦接於CC腳位P與終端電阻TR的一端，而此二極體元件的陰極耦接儲能元件T的一端與終端開關TSW的控制端。

在組態偵測期間開始時，終端開關TSW被關閉，以及來自CC腳位P的偵測電流可以通過控制元件D而對儲能元件T進行充電。因此，CC腳位P的電壓與儲能元件T的電壓在所述充電期間被拉升。儲能元件T所儲存的電能（電壓）可以被傳遞至終端開關TSW的控制端。當儲能元件T的經儲存電能到達一定程度後（例如所述經儲存電能的電壓準位大於終端開關TSW的門檻電壓），終端開關TSW被開啟而進入在所述組態偵測期間中的放電期間。在終端開關TSW被開啟後（在放電期間內），控制元件D為截止，而CC腳位P的電壓被終端電阻TR與參考電壓V_ref1 下拉至低電位。在終端開關TSW被開啟的期間內，電源供應端（以下簡稱Source端）可以偵測CC腳位P的電壓。

儲能控制電路SDC可以藉由使用儲能元件T的經儲存電能去控制並開啟終端開關TSW，使得CC腳位P的電壓被終端電阻TR下拉至低電位。藉由使用CC腳位P所傳輸的電荷而開啟終端開關TSW，使得終端開關TSW的選用不限於低壓元件。舉例來說，一般電晶體（具有高門檻電壓的電晶體）亦可以被用來實現終端開關TSW。

圖4顯示本發明第二實施例的USB連接埠的終端電阻電路1的方塊示意圖。圖4所示儲能控制電路SDC可以包含電容器C與控制電路DC。電容器C的兩端分別耦接於控制電路DC與參考電壓V_ref3 。參考電壓V_ref3 的準位可以依照設計需求來決定。舉例來說，參考電壓V_ref3 可以是接地電壓或是其他固定電壓。在一些實施例中，參考電壓V_ref3 的準位可以相同於參考電壓V_ref1 的準位。在另一些實施例中，參考電壓V_ref3 的準位可以不同於參考電壓V_ref1 的準位。

控制電路DC還耦接至終端開關TSW的控制端，以便控制終端開關TSW的啟閉。控制電路DC還耦接至CC腳位P，以便接收電荷。其中，依照設計需求，控制電路DC可以包含比較器、開關元件以及/或是其他元件。在另一實施例中，控制電路DC可以包含控制晶片、微控制器或是其他控制電路。

圖5顯示本發明第二實施例的USB連接埠的終端電阻電路1的操作方法流程圖。請同時參考圖4與圖5，在組態偵測期間開始時，CC腳位P接受偵測電流（步驟S510）。當外部裝置（未繪示，例如電源供應裝置）電性連接CC腳位P時，所述偵測電流可以由所述外部裝置來提供。當測試平台（未繪示，或是測試治具）電性連接CC腳位P時，所述偵測電流可以由所述測試平台（或測試治具）來提供。在組態偵測期間的充電期間中（步驟S520），控制電路DC關閉終端開關TSW，並將來自於CC腳位P的電荷傳輸至電容器C（步驟S530）。因此，來自CC腳位P的偵測電流在步驟S530中可以對電容器C充電，使得電容器C的電壓在此充電期間被拉升。

控制電路DC可以偵測累積在電容器C的經儲存電能，例如偵測電容器C的電壓。隨著電荷的累積，所述經儲存電能的電壓準位逐漸升高。當儲存在電容器C的經儲存電能達到一定程度時（例如所述經儲存電能的電壓準位大於終端開關TSW的門檻電壓），控制電路DC可以結束所述充電期間而進入放電期間（步驟S540）。在放電期間中，控制電路DC可以使用被儲存於電容器C的經儲存電能來開啟終端開關TSW（步驟S550）。

一般而言，CC腳位P所傳輸的電荷量（或電流量，或功率值）是很小的，而且USB規範的終端電阻值亦不大。若要直接使用CC腳位P所傳輸的電荷去直接開啟終端開關TSW，則終端開關TSW的選用必須限於低壓元件。因為控制電路DC可以使用電容器C的經儲存電能來達到更高的電位去開啟終端開關TSW，所以終端開關TSW的選用可以不限於低壓元件。舉例來說，一般電晶體（具有高門檻電壓的電晶體）或耐高壓電晶體亦可以被用來實現終端開關TSW。

電性連接USB連接埠B的外部裝置（未繪示，例如電源供應裝置）可以偵測CC腳位P的電壓準位。當終端開關TSW被開啟時，CC腳位P的電壓被下拉至低電位。在所述外部裝置偵測到CC腳位P的電壓位準被拉至低電位時，所述外部裝置可以判斷所述外部裝置已經透過USB連接埠B連接一電源吸入裝置，進而完成組態偵測。

因為實際電路的漏電，在放電期間中，電容器C的經儲存電能的電壓會逐漸下降。當電容器C的電壓下降至低於終端開關TSW的門檻電壓時，電容器C的經儲存電能便不足以開啟終端開關TSW（亦即終端開關TSW會回復為關閉狀態）。一般而言，所述外部裝置（未繪示，例如電源供應裝置）可以在終端開關TSW的一次開啟期間內完成組態偵測。組態偵測完成後，所述外部裝置可以開始提供電源給具有終端電阻電路1的電源吸入裝置，因此所述組態偵測期間可以被結束。控制電路DC可以判斷組態偵測期間是否結束（步驟S560）。如果組態偵測期間已結束，控制電路DC可以持續地關閉終端開關TSW（步驟S570），直到所述外部裝置被移除。

當組態偵測期間尚未結束時，如果在終端開關TSW的一次開啟期間內所述外部裝置來不及完成組態偵測，則控制電路DC可以結束所述放電期間而再一次進入所述充電期間（回到步驟S520）。在放電期間過後，控制電路DC關閉終端開關TSW以再次進入充電期間。當儲存在電容器C的經儲存電能達到一定程度時（例如所述經儲存電能的電壓準位大於終端開關TSW的門檻電壓），控制電路DC可以結束所述充電期間而再一次進入放電期間（回到步驟S540與步驟S550），以便再一次開啟終端開關TSW。上述過程將會持續，除非組態偵測期間結束。亦即，「充電」、「放電」、「充電」、「放電」…會被反覆進行，直到所述外部裝置（未繪示，例如電源供應裝置）完成組態偵測，或是所述組態偵測期間已逾額定時間。如果所述組態偵測期間已逾額定時間，則所述組態偵測期間可以被結束。

圖6顯示本發明第三實施例的USB連接埠的終端電阻電路1的方塊示意圖。請參考圖6，終端電阻電路1包含終端電阻TR、終端開關TSW以及儲能控制電路SDC，其中圖6的儲能控制電路SDC、終端電阻TR以及終端開關TSW可以參照圖2或圖4所示儲能控制電路SDC、終端電阻TR以及終端開關TSW的相關說明來類推，故不再贅述。圖6所示儲能控制電路SDC的操作可以參照圖3的相關說明。

請參考圖6，儲能控制電路SDC包括電容器C與控制電路DC。圖6所示電容器C與控制電路DC可以參照圖4所示電容器C與控制電路DC的相關說明來類推，故不再贅述。圖6所示控制電路DC的操作可以參照圖5的相關說明。在圖6所示實施例中，控制電路DC包括第一開關SW1、電壓偵測電路VD、第二開關SW2以及第三開關SW3。其中，第一開關SW1、第二開關SW2以及/或是第三開關SW3可以是MOSFET或是其他的壓控開關。在一實施例中，第一開關SW1可為一二極體。以下將以第一開關SW1為MOSFET來進行說明。

第一開關SW1的第一端耦接至CC腳位P，並且第一開關SW1的第二端耦接至電容器C的第一端。電容器C的第二端耦接至參考電壓V_ref3 。第二開關SW2的第一端耦接至電容器C。第二開關SW2的第二端耦接至終端開關TSW的控制端。第三開關SW3的第一端耦接至參考電壓V_ref2 。第三開關SW3的第二端耦接至終端開關TSW的控制端。參考電壓V_ref2 的準位可以依照設計需求來決定。舉例來說，參考電壓V_ref2 可以是接地電壓或是其他固定電壓。在一些實施例中，參考電壓V_ref2 的準位可以相同於參考電壓V_ref1 與/或參考電壓V_ref3 的準位。在另一些實施例中，參考電壓V_ref2 的準位可以不同於參考電壓V_ref1 與/或參考電壓V_ref3 的準位。

電壓偵測電路VD的輸入端V_in 耦接電容器C的第一端，以偵測電容器C的經儲存電能。另外，電壓偵測電路VD的三個輸出端G1、G2與G3分別耦接至第一開關SW1的控制端、第二開關SW2的控制端以及第三開關SW3的控制端，以控制第一開關SW1、第二開關SW2以及第三開關SW3的啟閉。電壓偵測電路VD設有第一閾值與第二閾值。所述第一閾值與所述第二閾值可以依照設計需求來決定。在一些實施例中，所述第一閾值大於所述第二閾值。

電壓偵測電路VD可以包含比較器與/或邏輯閘。電壓偵測電路VD可以比較電容器C的電壓、所述第一閾值與所述第二閾值。當電容器C的電壓（即節點N的電壓）大於第一閾值時（亦即在放電期間），電壓偵測電路VD關閉第一開關SW1與第三開關SW3，並且開啟第二開關SW2。在第二開關SW2被開啟期間，被儲存於電容器C的經儲存電能可以通過第二開關SW2去開啟終端開關TSW。當電容器C的電壓小於第二閾值時（亦即在充電期間），電壓偵測電路VD開啟第一開關SW1與第三開關SW3，並且關閉第二開關SW2。在第一開關SW1被開啟期間，來自於CC腳位P的電荷可以通過第一開關SW1對電容器C進行充電。當第三開關SW3開啟時，終端開關TSW的控制端的電位被參考電壓V_ref2 下拉，而使得終端開關TSW關閉。

更具體一點來說，在組態偵測期間，所述外部裝置（未繪示，例如電源供應裝置）向CC腳位P提供偵測電流。在充電期間，CC腳位P的偵測電流通過第一開關SW1向電容器C充電（此時終端開關TSW並未打開）。從CC腳位P來看，由於終端開關TSW為開路，包含終端電阻TR與終端開關TSW的終端電阻電路M處在高阻抗狀態。當電容器C的電壓（即節點N的電壓）大於所述第一閾值時，電壓偵測電路VD關閉第一開關SW1與第三開關SW3，同時打開第二開關SW2。此時電容器C的電壓通過第二開關SW2傳遞至終端開關TSW的控制端，以開啟終端開關TSW。此時包含終端電阻TR與終端開關TSW的終端電阻電路M呈現低阻抗狀態，因此CC腳位P的電壓會被終端電阻電路M與參考電壓V_ref1 下拉至低電位。

因為實際電路的漏電，電容器C的電壓（也就是節點N的電壓）在放電期間中會慢慢地下降。當電壓偵測電路VD偵測電容器C的電壓小於第二閾值時，電壓偵測電路VD開啟第一開關SW1、第三開關SW3並關閉第二開關SW2，也就是再次開啟充電路徑並結束放電期間。

圖7顯示圖6的CC腳位P的電壓波形以及電容器C的電壓波形的示意圖。在圖7中，橫軸表示時間，而縱軸表示電壓準位。圖7所示電壓波形曲線L1表示圖6的節點Q的電壓波形，亦即CC腳位P的電壓波形。圖7所示電壓波形曲線L2表示圖6的節點N的電壓波形，亦即電容器C的電壓波形。請參考圖6與圖7，時間點t1至時間點t2為充電期間。當電容器C的電壓（電壓波形曲線L2）超過第一閾值V1時，充電期間結束，以及終端開關TSW被導通使得CC腳位P的電壓（電壓波形曲線L1）從高電位下拉至低電位。

時間點t2至t3為放電期間。因為實際電路的漏電，電容器C的電壓（電壓波形曲線L2）在放電期間中會慢慢地下降。終端開關TSW在放電期間中保持導通，使得CC腳位P的電壓（電壓波形曲線L1）在放電期間中一直保持在低電位。在時間點t3時，由於電容器C的電壓（電壓波形曲線L2）小於第二閾值V2而結束放電期間並且再度進入充電期間。時間點t3至時間點t4為充電期間。在充電期間中，CC腳位P的電壓（電壓波形曲線L1）重新回到高電位。在時間點t4時，由於電容器C的電壓（電壓波形曲線L2）再次高於第一閾值V1而結束充電期間，以及CC腳位P的電壓（電壓波形曲線L1）再度被下拉至低電位。上述充電與放電的過程會不斷重複，除非組態偵測期間結束並進入非組態偵測期間。

請繼續參考圖6，電壓偵測電路VD（儲能控制電路SDC）受控於控制信號Ctrl。當控制信號Ctrl表示在組態偵測期間中時，控制信號Ctrl可以致能（enable）電壓偵測電路VD。當該控制信號Ctrl表示在非組態偵測期間中時，控制信號Ctrl可以禁能（disable）電壓偵測電路VD，亦即儲能控制電路SDC可以關閉終端開關TSW。詳而言之，在電壓偵測電路VD被禁能的期間，電壓偵測電路VD將持續地開啟第一開關SW1、第三開關SW3並持續地關閉第二開關SW2。因此，終端開關TSW在非組態偵測期間中可以被持續地關閉。也就是說，在非組態偵測期間中，圖7所示的反覆震盪狀態將被終止。需特別說明的是，由於終端開關TSW持續地被關閉，使得在非組態偵測期間中終端電阻TR的功耗可以被有效減少。

圖8是依照本發明一實施例說明圖6的電壓偵測電路VD的電路方塊示意圖。請參考圖8，電壓偵測電路VD包含雙閾值比較器SC、蘊含非閘（NIMPLY gate）H以及非閘（NOT gate）E。其中，雙閾值比較器SC的輸入端耦接至電壓偵測電路VD的輸入端V_in 。雙閾值比較器SC的電源端Pi亦耦接至電壓偵測電路VD的輸入端V_in 。雙閾值比較器SC的接地端耦接至參考電壓（例如接地電壓GND）。雙閾值比較器SC的參考電壓端V_r1 與V_r2 分別接收第一閾值V1與第二閾值V2。依照設計需求，在另一實施例中，雙閾值比較器SC可以包括施密特觸發器（Schmitt trigger）。

電容器C的經儲存電能可以供電給雙閾值比較器SC。在充電期間，輸入端V_in 的電壓小於參考電壓端V_r1 的電壓（第一閾值V1），因此雙閾值比較器SC的輸出端V_out 輸出邏輯0。當輸入端V_in 的電壓大於第一閾值V1時，充電期間被結束並進入放電期間。在放電期間，輸入端V_in 的電壓大於參考電壓端V_r2 的電壓（第二閾值V2），因此雙閾值比較器SC的輸出端V_out 輸出邏輯1。當輸入端V_in 的電壓小於第二閾值V2時，放電期間被結束並再一次進入充電期間。

蘊含非閘H的非反相輸入端耦接至雙閾值比較器SC的輸出端V_out 。蘊含非閘H的反相輸入端接收控制信號Ctrl。當控制信號Ctrl為邏輯1時，蘊含非閘H不會將雙閾值比較器SC的輸出端V_out 的訊號傳輸至蘊含非閘H的輸出端，此時相當於電壓偵測電路VD（儲能控制電路SDC）被禁能。當控制信號Ctrl為邏輯0時，蘊含非閘H可以將雙閾值比較器SC的輸出端V_out 的訊號傳輸至蘊含非閘H的輸出端，此時相當於電壓偵測電路VD（儲能控制電路SDC）被致能。蘊含非閘H的輸出端耦接至電壓偵測電路VD的輸出端G1與G3，以便控制第一開關SW1與第三開關SW3。非閘E的輸入端耦接至蘊含非閘H的輸出端。非閘E的輸出端耦接至電壓偵測電路VD的輸出端G2，以便控制第二開關SW2。

圖9顯示本發明第三實施例的USB連接埠的終端電阻電路1的操作方法流程示意圖。請同時參考圖6與圖9，首先，組態偵測期間開始，所述外部裝置（未繪示，例如電源供應裝置）提供偵測電流給CC腳位P（步驟S910）。此時，控制信號Ctrl為初始態（例如邏輯0），電壓偵測電路VD開啟第一開關SW1與第三開關SW3並關閉第二開關SW2（步驟S920）。在控制信號Ctrl還是0的狀況下電壓偵測電路VD持續偵側電容器C的電壓。步驟S930判斷控制信號Ctrl是否為邏輯1。當控制信號Ctrl為邏輯0時（步驟S930為「否」），步驟S940會被執行。步驟S940判斷電容器C的電壓是否大於第一閾值V1。當電容器C的電壓小於第一閾值V1時（步驟S940為「否」），步驟S920與步驟S930被再一次執行。

當電容器C的電壓大於第一閾值V1時（步驟S940為「是」），結束充電期間並進入放電期間。在放電期間中，電壓偵測電路VD關閉第一開關SW1、第三開關SW3並開啟第二開關SW2（步驟S950）。在步驟S950之後，步驟S960被執行。步驟S960判斷控制信號Ctrl是否為邏輯1。當控制信號Ctrl為邏輯0時（步驟S960為「否」），步驟S970會被執行。步驟S970判斷電容器C的電壓是否小於第二閾值V2。當電容器C的電壓大於第二閾值V2時（步驟S970為「否」），步驟S950與步驟S960被再一次執行。當步驟S970判斷電容器C的電壓小於第二閾值V2時，（步驟S970為「是」），步驟S920與步驟S930被再一次執行。

需特別一提的是，在任何狀態下，若控制信號Ctrl轉為1（代表組態偵測期間結束），則電壓偵測電路VD會被禁能。被禁能的電壓偵測電路VD會持續地開啟第一開關SW1與第三開關SW3，並持續地關閉第二開關SW2。例如，當步驟S930的判斷結果為「是」（控制信號Ctrl為邏輯1）時，電壓偵測電路VD持續地開啟第一開關SW1與第三開關SW3，並持續地關閉第二開關SW2（步驟S980）。類似地，當步驟S960的判斷結果為「是」（控制信號Ctrl為邏輯1）時，電壓偵測電路VD同樣持續地開啟第一開關SW1與第三開關SW3，並持續地關閉第二開關SW2（步驟S990）。

圖10顯示為本發明第四實施例的USB連接埠的終端電阻電路1的電路方塊示意圖。圖10所示終端電阻電路1包含終端電阻TR、終端開關TSW以及儲能控制電路SDC，其中圖10所示儲能控制電路SDC、終端電阻TR以及終端開關TSW可以參照圖2、圖4或圖6所示儲能控制電路SDC、終端電阻TR以及終端開關TSW的相關說明來類推，故不再贅述。圖10所示儲能控制電路SDC的操作可以參照圖3的相關說明。圖10所示儲能控制電路SDC包括電容器C與控制電路DC。圖10所示電容器C與控制電路DC可以參照圖4或圖6所示電容器C與控制電路DC的相關說明來類推，故不再贅述。圖10所示控制電路DC的操作可以參照圖5的相關說明。

圖10所示控制電路DC包括第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3以及電壓偵測電路VD。在圖10所示實施例中，第一開關SW1的一端耦接在終端電阻TR與終端開關TSW之間。亦即，儲能控制電路SDC經由終端電阻TR耦接至CC腳位P，以接收並儲存CC腳位P的電荷。圖10所示第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3以及電壓偵測電路VD可以參照圖6所示第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3以及電壓偵測電路VD的相關說明來類推，故不再贅述。圖10所示電壓偵測電路VD可以參照圖7、圖8與/或圖9的相關說明。

圖11顯示為本發明第五實施例的USB連接埠的終端電阻電路1的電路方塊示意圖。圖11所示終端電阻電路1包含終端電阻TR、終端開關TSW以及儲能控制電路SDC。在圖11所示實施例中，終端開關TSW的第一端耦接於CC腳位P，終端開關TSW的第二端耦接於終端電阻TR的第一端，而終端電阻TR的第二端耦接於參考電壓V_ref1 。亦即，終端開關TSW耦接於CC腳位P與終端電阻TR之間。圖11所示儲能控制電路SDC、終端電阻TR以及終端開關TSW可以參照圖2至圖9的相關說明來類推，故不再贅述。

綜上所述，本發明諸實施例所述儲能控制電路SDC可以儲存CC腳位P的電荷而獲得經儲存電能。在組態偵測期間，儲能控制電路SDC可以藉由使用經儲存電能去開啟終端開關TSW，以便於外部裝置（未繪示，例如電源供應裝置）偵測CC腳位P的電壓準位（亦即進行组態偵測）。藉由使用所儲存的CC腳位P的電荷而開啟終端開關TSW，使得終端開關TSW的選用不限於低壓元件。在組態偵測期間結束後，所述儲能控制電路SDC可以持續關閉終端開關TSW，以有效減少在非組態偵測期間中終端電阻TR的功耗。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1:終端電阻電路 B:USB連接埠 C:電容器 CC1、CC2:組態通道腳位 Ctrl:控制信號 D:控制元件 DC:控制電路 E:非閘 G1~G3:輸出端 GND:接地電壓 H:蘊含非閘 L1:CC腳位P的電壓波形曲線 L2:電容器C的電壓波形曲線 M:終端電阻電路 N:節點 O:開路 P:CC腳位 Pi:電源端 Q:節點 R_A 、R_D :下拉電阻 R_P :上拉電阻 S310、S320、S510~S570、S910~S990:步驟 SC:雙閾值比較器 SDC:儲能控制電路 I:電源吸入端 I_P :電流源 S:電源供應端 SW1:第一開關 SW2:第二開關 SW3:第三開關 t1~t4:時間點 T:儲能元件 TR:終端電阻 TSW:終端開關 V1:第一閾值 V2:第二閾值 V_in :輸入端 VD:電壓偵測電路 V_r1 、V_r2 :參考電壓端 V_ref1 、V_ref2 、V_ref3 :參考電壓 V_out :輸出端

圖1顯示USB Type-C的組態通道模組示意圖。圖2顯示本發明第一實施例的USB連接埠的終端電阻電路的電路方塊（circuit block）示意圖。圖3顯示本發明第一實施例的USB連接埠的終端電阻電路的操作方法流程圖。圖4顯示本發明第二實施例的USB連接埠的終端電阻電路的電路方塊示意圖。圖5顯示本發明第二實施例的USB連接埠的終端電阻電路的操作方法流程圖。圖6顯示本發明第三實施例的USB連接埠的終端電阻電路的電路方塊示意圖。圖7顯示圖6的CC腳位的電壓波形以及電容器C的電壓波形的示意圖。圖8是依照本發明一實施例說明圖6的電壓偵測電路VD的電路方塊示意圖。圖9顯示本發明第三實施例的USB連接埠的終端電阻電路的操作方法流程圖。圖10顯示為本發明第四實施例的USB連接埠的終端電阻電路的電路方塊示意圖。圖11顯示為本發明第五實施例的USB連接埠的終端電阻電路的電路方塊示意圖。

1:終端電阻電路

B:USB連接埠

D:控制元件

P:組態通道(CC)腳位

SDC:儲能控制電路

T:儲能元件

TR:終端電阻

TSW:終端開關

V_ref1、V_ref3:參考電壓

Claims

一種USB連接埠的終端電阻電路，包括：一終端電阻；一終端開關，其中該終端電阻與該終端開關相互串聯於該USB連接埠的一組態通道腳位與一第一參考電壓之間；以及一儲能控制電路，耦接至該終端開關的一控制端，其中在一組態偵測期間中的一充電期間，該儲能控制電路儲存來自於該組態通道腳位的電荷而獲得一經儲存電能，以及在該組態偵測期間中的一放電期間，該儲能控制電路使用該經儲存電能來開啟該終端開關。
如申請專利範圍第1項所述的終端電阻電路，其中在電性連接該USB連接埠的一外部裝置完成組態偵測後，該組態偵測期間被結束而進入一非組態偵測期間。
如申請專利範圍第1項所述的終端電阻電路，其中該儲能控制電路包括：一電容器；以及一控制電路，耦接至該終端開關的該控制端以及該電容器，其中，在該充電期間，該控制電路將來自於該組態通道腳位的電荷傳輸至該電容器，以及該控制電路關閉該終端開關，以及在該放電期間，該控制電路使用被儲存於該電容器的該經儲存電能來開啟該終端開關。
如申請專利範圍第3項所述的終端電阻電路，其中該控制電路包括：一第一開關，具有一第一端與一第二端分別耦接於該組態通道腳位與該電容器；一第二開關，具有一第一端與一第二端分別耦接該電容器與該終端開關的該控制端；以及一電壓偵測電路，耦接該電容器、該第一開關的一控制端以及該第二開關的一控制端，其中，當該電容器的一電壓大於一第一閾值時，該電壓偵測電路關閉該第一開關並開啟該第二開關，使得被儲存於該電容器的該經儲存電能開啟該終端開關，以及當該電容器的該電壓小於一第二閾值時，該電壓偵測電路開啟該第一開關並關閉該第二開關，使得來自於該組態通道腳位的電荷對該電容器進行充電。
如申請專利範圍第4項所述的終端電阻電路，其中該控制電路更包括：一第三開關，具有一控制端、一第一端與一第二端分別耦接該電壓偵測電路、一第二參考電壓以及該終端開關的該控制端，其中當該電容器的該電壓大於該第一閾值時，該電壓偵測電路更關閉該第三開關，以及當該電容器的該電壓小於該第二閾值時，該電壓偵測電路更開啟該第三開關，使得該第二參考電壓關閉該終端開關。
如申請專利範圍第4項所述的終端電阻電路，其中該第二閾值小於該第一閾值。
如申請專利範圍第1項所述的終端電阻電路，其中該終端電阻的一第一端耦接於該組態通道腳位，該終端電阻的一第二端耦接於該終端開關的一第一端，該終端開關的一第二端耦接於該第一參考電壓。
如申請專利範圍第7項所述的終端電阻電路，其中該儲能控制電路經由該終端電阻耦接至該組態通道腳位，以接收並儲存該組態通道腳位的電荷。
如申請專利範圍第1項所述的終端電阻電路，其中該終端開關的一第一端耦接於該組態通道腳位，該終端開關的一第二端耦接於該終端電阻的一第一端，該終端電阻的一第二端耦接於該第一參考電壓。
如申請專利範圍第1項所述的終端電阻電路，其中該儲能控制電路受控於一控制信號，當該控制信號表示一非組態偵測期間時，該儲能控制電路關閉該終端開關。
一種USB連接埠的終端電阻電路的操作方法，該終端電阻電路包括一終端電阻與一終端開關，該終端電阻與該終端開關相互串聯於該USB連接埠的一組態通道腳位與一第一參考電壓之間，該操作方法包括：在一組態偵測期間中的一充電期間內，由一儲能控制電路儲存來自該組態通道腳位的電荷而獲得一經儲存電能；以及在該組態偵測期間中的一放電期間內，由該儲能控制電路使用該經儲存電能來開啟該終端開關。
如申請專利範圍第11項所述的操作方法，其中在電性連接該USB連接埠的一外部裝置完成組態偵測後，該組態偵測期間被結束而進入一非組態偵測期間。
如申請專利範圍第11項所述的操作方法，更包括：在該充電期間，由一控制電路將來自於該組態通道腳位的電荷傳輸至一電容器，以及由該控制電路關閉該終端開關；以及在該放電期間，由該控制電路使用被儲存於該電容器的該經儲存電能來開啟該終端開關。
如申請專利範圍第13項所述的操作方法，更包括：由一電壓偵測電路比較該電容器的一電壓、一第一閾值與一第二閾值；當該電容器的該電壓大於該第一閾值時，由該電壓偵測電路關閉一第一開關並開啟一第二開關，使得被儲存於該電容器的該經儲存電能開啟該終端開關，其中該第一開關的一第一端與一第二端分別耦接於該組態通道腳位與該電容器，以及該第二開關的一第一端與一第二端分別耦接該電容器與該終端開關的該控制端；以及當該電容器的該電壓小於該第二閾值時，由該電壓偵測電路開啟該第一開關並關閉該第二開關，使得來自於該組態通道腳位的電荷對該電容器進行充電。
如申請專利範圍第14項所述的操作方法，更包括：當該電容器的該電壓大於該第一閾值時，由該電壓偵測電路更關閉一第三開關，其中該第三開關的一控制端、一第一端與一第二端分別耦接該電壓偵測電路、一第二參考電壓以及該終端開關的該控制端；以及當該電容器的該電壓小於該第二閾值時，由該電壓偵測電路更開啟該第三開關，使得該第二參考電壓關閉該終端開關。
如申請專利範圍第14項所述的操作方法，其中該第二閾值小於該第一閾值。
如申請專利範圍第11項所述的操作方法，其中該終端電阻的一第一端耦接於該組態通道腳位，該終端電阻的一第二端耦接於該終端開關的一第一端，該終端開關的一第二端耦接於該第一參考電壓。
如申請專利範圍第17項所述的操作方法，其中該儲能控制電路經由該終端電阻耦接至該組態通道腳位，以接收並儲存該組態通道腳位的電荷。
如申請專利範圍第11項所述的操作方法，其中該終端開關的一第一端耦接於該組態通道腳位，該終端開關的一第二端耦接於該終端電阻的一第一端，該終端電阻的一第二端耦接於該第一參考電壓。
如申請專利範圍第11項所述的操作方法，更包括：由一控制信號控制該儲能控制電路；以及當該控制信號表示一非組態偵測期間時，由該儲能控制電路關閉該終端開關。
一種USB連接埠的終端電阻電路，包括：一終端開關；以及一終端電阻，其中該終端電阻與該終端開關相互串聯於該USB連接埠的一組態通道腳位與一第一參考電壓之間，其中在一組態偵測期間內，該組態通道腳位接收一偵測電流；在該組態偵測期間的一充電期間內，該終端開關為關閉，以及一電容器儲存來自該組態通道腳位的電荷而獲得一經儲存電能，使得該組態通道腳位的電壓在該充電期間被拉升；在該充電期間結束後，進入該組態偵測期間中的一放電期間；在該放電期間內，藉由使用該電容器的該經儲存電能來開啟該終端開關，使得該組態通道腳位的電壓在該放電期間被拉降；以及在該放電期間結束後，再一次進入該充電期間，除非該組態偵測期間結束。
如申請專利範圍第21項所述的終端電阻電路，其中，當該電容器的電壓大於一第一閾值時，該充電期間為結束並進入該放電期間；以及當該電容器的該電壓小於一第二閾值時，該放電期間為結束並進入該充電期間。
如申請專利範圍第22項所述的終端電阻電路，其中該第二閾值小於該第一閾值。
一種USB連接埠的終端電阻電路的操作方法，該終端電阻電路包括一終端電阻與一終端開關，該終端電阻與該終端開關相互串聯於該USB連接埠的一組態通道腳位與一第一參考電壓之間，該操作方法包括：在一組態偵測期間內，由該USB連接埠的一組態通道腳位接收一偵測電流；在該組態偵測期間的一充電期間內，關閉該終端開關，以及由一電容器儲存來自該組態通道腳位的電荷而獲得一經儲存電能，使得該組態通道腳位的電壓在該充電期間被拉升；在該充電期間結束後，進入該組態偵測期間中的一放電期間；在該放電期間內，藉由使用該電容器的該經儲存電能來開啟該終端開關，使得該組態通道腳位的電壓在該放電期間被拉降；以及在該放電期間結束後，再一次進入該充電期間，除非該組態偵測期間結束。
如申請專利範圍第24項所述的操作方法，更包括：當該電容器的電壓大於一第一閾值時，結束該充電期間並進入該放電期間；以及當該電容器的該電壓小於一第二閾值時，結束該放電期間並進入該充電期間。
如申請專利範圍第25項所述的操作方法，其中該第二閾值小於該第一閾值。