TW202238150A - 異物偵測方法及具有異物偵測功能之電源端 - Google Patents

Abstract

一種異物偵測方法，用以偵測供電端或受電端之功能接腳上是否有異物存在，其中供電端與受電端以可插拔方式彼此耦接。異物偵測方法包含：經由功能接腳而對電容放電，其中電容與功能接腳電連接；提供感測電流經功能接腳而對電容充電；於預設期間感測功能接腳之電壓變化；以及比較電壓變化與預設變化，以決定功能接腳上是否有異物存在。

Description

異物偵測方法及具有異物偵測功能之電源端

本發明係有關一種異物偵測方法及具有異物偵測功能之電源端，特別是指一種根據功能接腳上的電壓變化，以決定功能接腳上是否有異物存在的異物偵測方法及具有異物偵測功能之電源端。

請參考圖1，其顯示先前技術的電源系統的電路示意圖。此先前技術是透過控制開關SW2及SW4經由電阻Rd對接腳CC2進行放電，之後透過控制開關SW2及SW4將接腳CC2設置為浮接狀態，且比較器COM2會輸出接腳CC2之電壓位準與參考電壓Vref之位準的比較結果Det_R。當有異物例如濕氣存在於電源端內的接腳VBUS與接腳CC2之間時，電源電壓(例如接腳VBUS所提供之電壓5V)會透過異物例如濕氣提供至接腳CC2，故接腳CC2之電壓將會提升。故當接腳CC2之電壓被比較器COM2判斷高於參考電壓Vref之位準時，系統會判定有異物例如濕氣存在於電源端內；然而，此先前技術必須等到接腳CC2之電壓穩定，才能判斷其是否高於參考電壓Vref，故需耗費許多時間。

有鑑於此，本發明提出一種能夠根據功能接腳上的電壓變化，以決定功能接腳上是否有異物存在的異物偵測方法及具有異物偵測功能之電源端。

就其中一個觀點言，本發明提供了一種異物偵測方法，用以偵測一供電端或一受電端之一功能接腳上是否有異物存在，該供電端與該受電端以可插拔方式彼此耦接，該異物偵測方法包括：經由該功能接腳而對一電容放電，其中該電容與該功能接腳電連接； 提供一感測電流經該功能接腳而對該電容充電；於一預設期間感測該功能接腳之一電壓變化；以及比較該電壓變化與一預設變化，以決定該功能接腳上是否有異物存在。

就另一個觀點言，本發明也提供了一種具有異物偵測功能之電源端，該電源端具有偵測其中一功能接腳上是否有異物之功能，且該電源端為一供電端或一受電端，其中該供電端與該受電端以可插拔方式彼此耦接，且該供電端用以供應電源予該受電端，該電源端包括：一放電電路，包括一開關，該開關與該功能接腳及一電容電連接，該開關用以經由該功能接腳而對該電容放電，其中該電容與該功能接腳電連接；一電流源電路，該電流元電路該功能接腳及該電容電連接，該電流源電路用以提供一感測電流流經該功能接腳而對該電容充電；以及一異物偵測電路，用以於一預設期間感測該功能接腳之一電壓變化，並比較該電壓變化與一預設變化，以決定該功能接腳上是否有異物存在。

在一較佳實施例中，該預設變化根據該電容之電容值而決定。

在一較佳實施例中，該供電端或該受電端為一通用串列匯流排(universal serial bus, USB)，且該功能接腳包括該USB之一VBUS接腳、一DP接腳、一DM接腳、一CC1接腳、一CC2接腳、一SBU1接腳或一SBU2接腳。

在一較佳實施例中，該於一預設期間感測該功能接腳之一電壓變化之步驟包括： 於該預設期間之一起始時點，感測該功能接腳之一初始電壓，其中該起始時點於經由該功能接腳而對該電容放電之步驟之後，且於提供該感測電流經該功能接腳而對該電容充電之步驟之前；於該預設期間之一預設時點，感測該功能接腳之一期間電壓；以及於該預設期間之一結束時點，感測該功能接腳之一結束電壓，其中該結束時點於該預設時點之後。

在一較佳實施例中，該電壓變化包括一第一電壓變化與一第二電壓變化；其中該第一電壓變化為該結束電壓與該初始電壓的差值，且該第二電壓變化為該結束電壓與該期間電壓的差值。

在一較佳實施例中，該於一預設期間感測該功能接腳之一電壓變化之步驟，更包括：於該預設期間之該結束時點，感測該功能接腳之該結束電壓的步驟之後，經由該功能接腳對該電容放電。

在一較佳實施例中，該比較該電壓變化與一預設變化，以決定該功能接腳上是否有異物存在之步驟包括：比較該第一電壓變化與該預設變化之一第一預設變化；於該第一電壓變化不大於該第一預設變化，比較該第二電壓變化與該預設變化之一第二預設變化；以及於該第二電壓變化不大於該第二預設變化，決定該功能接腳上有異物存在。

在一較佳實施例中，其中自該起始時點至該結束時點之期間不超過100毫秒(millisecond)。

在一較佳實施例中，該開關包括一高壓金屬氧化物半導體(metal oxide semiconductor, MOS)元件或一低壓MOS元件。

在一較佳實施例中，該異物偵測電路包括一類比數位轉換器或一比較器。

本發明之優點為本發明不需要等待功能接腳上的電壓到達穩定狀態，故本發明可在預定時間內偵測到是否有異物存在於功能接腳上。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。

圖2係根據本發明之一實施例顯示具有異物偵測功能之電源端的方塊示意圖。參照圖2，本發明之具有異物偵測功能之電源端20具有偵測其中一功能接腳201上是否有異物之功能。於一實施例中，具有異物偵測功能之電源端20例如為供電端或受電端。供電端與受電端以可插拔方式彼此耦接，且供電端用以供應電源予受電端。於一實施例中，供電端或受電端例如為通用串列匯流排(universal serial bus, USB)。

如圖2所示，本發明之具有異物偵測功能之電源端20包括放電電路202、電流源電路203以及異物偵測電路204。於一實施例中，放電電路202包括開關，且前述開關耦接至接地電位。於一實施例中，前述開關例如但不限於高壓金屬氧化物半導體(metal oxide semiconductor, MOS)元件或低壓MOS元件。放電電路202例如開關係與功能接腳201及電容Cfp電連接，而電容Cfp與功能接腳201電連接。放電電路202例如開關用以經由功能接腳201而對電容Cfp放電。

電流源電路203係與功能接腳201及電容Cfp電連接，電流源電路203用以提供感測電流Id流經功能接腳201而對電容Cfp充電。於一實施例中，電流源電路203例如但不限於低壓差穩壓器。異物偵測電路204耦接於功能接腳201，用以於預設期間感測功能接腳201之電壓Vfp的變化，並比較電壓變化與預設變化，以決定功能接腳201上是否有異物存在。於一實施例中，異物偵測電路204例如但不限於類比數位轉換器(ADC，analog-to-digital converter)或比較器。

於一實施例中，上述預設變化根據電容Cfp之電容值而決定。於一實施例中，功能接腳201包括USB之VBUS接腳、DP接腳、DM接腳、CC1接腳、CC2接腳、SBU1接腳或SBU2接腳。

圖3係根據本發明之一實施例顯示具有異物偵測功能之電源端之訊號波形示意圖。請同時參照圖2及圖3，異物偵測電路204由下列之步驟而於預設期間感測功能接腳201之電壓Vfp的變化：首先，於預設期間之起始時點t0，感測功能接腳201之初始電壓Vfp­_t0，其中起始時點t0於經由功能接腳201而對電容Cfp放電之步驟之後，且於提供感測電流Id經功能接腳201而對電容Cfp充電之步驟之前。接續，於預設期間之預設時點t1，感測功能接腳201之期間電壓Vfp_t1。接著，於預設期間之結束時點t2，感測功能接腳201之結束電壓Vfp_t2，其中結束時點t2於預設時點t1之後。

如圖3及圖2所示，異物偵測電路204於預設期間感測功能接腳201之電壓變化之步驟更包括：於預設期間之結束時點t2，感測功能接腳201之結束電壓Vfp_t2的步驟之後，經由功能接腳201對電容Cfp放電。於一實施例中，自起始時點t0至結束時點t2之期間例如不超過100毫秒(millisecond)。

於一實施例中，電壓變化包括第一電壓變化∆Vfp1與第二電壓變化∆Vfp2。第一電壓變化∆Vfp1為結束電壓Vfp_t2與初始電壓Vfp­_t0的差值，而第二電壓變化∆Vfp2為結束電壓Vfp_t2與期間電壓Vfp_t1的差值。圖4係根據本發明之一實施例顯示具有異物偵測功能之電源端20之功能接腳201的第一電壓變化∆Vfp1對應於電容Cfp的曲線圖。圖5係根據本發明之一實施例顯示具有異物偵測功能之電源端20之功能接腳201的第二電壓變化∆Vfp2對應於電容Cfp的曲線圖。於一實施例中，圖4所示之第一電壓變化∆Vfp1與電容Cfp的關係方程式係為

，其中Rfod代表異物的電阻值，t代表時間。於一實施例中，圖5所示之第二電壓變化∆Vfp2與電容Cfp的關係方程式係為

，其中Rfod代表異物的電阻值，t1代表預設時點，t2代表結束時點。

請同時參照圖3、圖4及圖5，異物偵測電路204由下列之步驟而比較電壓變化與預設變化，以決定功能接腳201上是否有異物存在：首先，比較第一電壓變化∆Vfp1與預設變化之第一預設變化∆Vth1。接著，於第一電壓變化∆Vfp1不大於第一預設變化∆Vth1時，比較第二電壓變化∆Vfp2與預設變化之第二預設變化∆Vth2。接續，於第二電壓變化∆Vfp2不大於第二預設變化∆Vth2時，決定功能接腳201上有異物存在。

圖6-9係根據本發明之一實施例顯示異物偵測方法之步驟流程圖。如圖6所示，本發明之異物偵測方法30包括於步驟301，經由功能接腳而對電容放電，其中電容與功能接腳電連接。接續，於步驟302，提供感測電流經功能接腳而對電容充電。之後，於步驟303，於預設期間感測功能接腳之電壓變化。接著，於步驟304，比較電壓變化與預設變化，以決定功能接腳上是否有異物存在。

如圖7所示，於一實施例中，步驟303包括步驟3031、3032及3033。於步驟3031，於預設期間之起始時點，感測功能接腳之初始電壓，其中起始時點於經由功能接腳而對電容放電之步驟之後，且於提供感測電流經功能接腳而對電容充電之步驟之前。之後，於步驟3032，於預設期間之預設時點，感測功能接腳之期間電壓。接著，於步驟3033，於預設期間之結束時點，感測功能接腳之結束電壓，其中結束時點於預設時點之後。

如圖8所示，於一實施例中，步驟303可更包括步驟3034。於步驟3034，於預設期間之結束時點，感測功能接腳之結束電壓的步驟之後，經由功能接腳對電容放電。如圖9所示，於一實施例中，步驟304包括步驟3041、3042及3043。於步驟3041，比較第一電壓變化與預設變化之第一預設變化。接著，於步驟3042，於第一電壓變化不大於第一預設變化時，比較第二電壓變化與預設變化之第二預設變化。之後，於步驟3043，於第二電壓變化不大於第二預設變化時，決定功能接腳上有異物存在。

如上所述，本發明提供一種具有異物偵測功能之電源端及異物偵測方法。本發明係偵測電壓變化，而非偵測功能接腳上的穩定電壓。由於本發明不需要等待功能接腳上的電壓到達穩定狀態，故本發明可在預定時間內偵測到是否有異物存在於功能接腳上。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可用以取代另一實施例中對應之組成部件。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及／或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。

20:具有異物偵測功能之電源端 30:異物偵測方法 201:功能接腳 202:放電電路 203:電流源電路 204:異物偵測電路 301~304, 3031~3034, 3041~3043:步驟 Cfp:電容 COM2:比較器 Det_R:比較結果 Id:感測電流 Rd, Rp:電阻 Rfod:異物的電阻值 SW2, SW4:開關 t0:起始時點 t1:預設時點 t2:結束時點 VBUS, CC2:接腳 Vfp:電壓 Vfp_t0:初始電壓 Vfp_t1:期間電壓 Vfp_t2:結束電壓 Vref:參考電壓 ∆Vfp1:第一電壓變化 ∆Vfp2:第二電壓變化 ∆Vth1:第一預設變化 ∆Vth2:第二預設變化

圖1係顯示先前技術的電源系統的電路示意圖。

圖2係根據本發明之一實施例顯示具有異物偵測功能之電源端的方塊示意圖。

圖3係根據本發明之一實施例顯示具有異物偵測功能之電源端之訊號波形示意圖。

圖4係根據本發明之一實施例顯示具有異物偵測功能之電源端之功能接腳的第一電壓變化對應於電容的曲線圖。

圖5係根據本發明之一實施例顯示具有異物偵測功能之電源端之功能接腳的第二電壓變化對應於電容的曲線圖。

圖6-9係根據本發明之一實施例顯示異物偵測方法之步驟流程圖。

20:具有異物偵測功能之電源端

201:功能接腳

202:放電電路

203:電流源電路

204:異物偵測電路

Cfp:電容

Id:感測電流

Rfod:異物的電阻值

Vfp:電壓

Claims (18)

1. 一種異物偵測方法，用以偵測一供電端或一受電端之一功能接腳上是否有異物存在，該供電端與該受電端以可插拔方式彼此耦接，該異物偵測方法包含： 經由該功能接腳而對一電容放電，其中該電容與該功能接腳電連接； 提供一感測電流經該功能接腳而對該電容充電； 於一預設期間感測該功能接腳之一電壓變化；以及 比較該電壓變化與一預設變化，以決定該功能接腳上是否有異物存在。
2. 如請求項1所述之異物偵測方法，其中該預設變化根據該電容之電容值而決定。
3. 如請求項1所述之異物偵測方法，其中該供電端或該受電端為一通用串列匯流排(universal serial bus, USB)，且該功能接腳包括該USB之一VBUS接腳、一DP接腳、一DM接腳、一CC1接腳、一CC2接腳、一SBU1接腳或一SBU2接腳。
4. 如請求項1所述之異物偵測方法，其中該於一預設期間感測該功能接腳之一電壓變化之步驟包括： 於該預設期間之一起始時點，感測該功能接腳之一初始電壓，其中該起始時點於經由該功能接腳而對該電容放電之步驟之後，且於提供該感測電流經該功能接腳而對該電容充電之步驟之前； 於該預設期間之一預設時點，感測該功能接腳之一期間電壓；以及 於該預設期間之一結束時點，感測該功能接腳之一結束電壓，其中該結束時點於該預設時點之後。
5. 如請求項4所述之異物偵測方法，其中該電壓變化包括一第一電壓變化與一第二電壓變化；其中該第一電壓變化為該結束電壓與該初始電壓的差值，且該第二電壓變化為該結束電壓與該期間電壓的差值。
6. 如請求項4所述之異物偵測方法，其中該於一預設期間感測該功能接腳之一電壓變化之步驟，更包含： 於該預設期間之該結束時點，感測該功能接腳之該結束電壓的步驟之後，經由該功能接腳對該電容放電。
7. 如請求項5所述之異物偵測方法，其中該比較該電壓變化與一預設變化，以決定該功能接腳上是否有異物存在之步驟包括： 比較該第一電壓變化與該預設變化之一第一預設變化； 於該第一電壓變化不大於該第一預設變化時，比較該第二電壓變化與該預設變化之一第二預設變化；以及 於該第二電壓變化不大於該第二預設變化時，決定該功能接腳上有異物存在。
8. 如請求項4所述之異物偵測方法，其中自該起始時點至該結束時點之期間不超過100毫秒(millisecond)。
9. 一種具有異物偵測功能之電源端，該電源端具有偵測其中一功能接腳上是否有異物之功能，且該電源端為一供電端或一受電端，其中該供電端與該受電端以可插拔方式彼此耦接，且該供電端用以供應電源予該受電端，該電源端包含： 一放電電路，包括一開關，該開關與該功能接腳及一電容電連接，該開關用以經由該功能接腳而對該電容放電，其中該電容與該功能接腳電連接； 一電流源電路，該電流源電路與該功能接腳及該電容電連接，該電流源電路用以提供一感測電流流經該功能接腳而對該電容充電；以及 一異物偵測電路，用以於一預設期間感測該功能接腳之一電壓變化，並比較該電壓變化與一預設變化，以決定該功能接腳上是否有異物存在。
10. 如請求項9所述之具有異物偵測功能之電源端，其中該預設變化根據該電容之電容值而決定。
11. 如請求項9所述之具有異物偵測功能之電源端，其中該供電端或該受電端為一通用串列匯流排(universal serial bus, USB)，且該功能接腳包括該USB之一VBUS接腳、一DP接腳、一DM接腳、一CC1接腳、一CC2接腳、一SBU1接腳或一SBU2接腳。
12. 如請求項9所述之具有異物偵測功能之電源端，其中該異物偵測電路由下列之步驟而於該預設期間感測該功能接腳之該電壓變化： 於該預設期間之一起始時點，感測該功能接腳之一初始電壓，其中該起始時點於經由該功能接腳而對該電容放電之步驟之後，且於提供該感測電流經該功能接腳而對該電容充電之步驟之前； 於該預設期間之一預設時點，感測該功能接腳之一期間電壓；以及 於該預設期間之一結束時點，感測該功能接腳之一結束電壓，其中該結束時點於該預設時點之後。
13. 如請求項12所述之具有異物偵測功能之電源端，其中該電壓變化包括一第一電壓變化與一第二電壓變化；其中該第一電壓變化為該結束電壓與該初始電壓的差值，且該第二電壓變化為該結束電壓與該期間電壓的差值。
14. 如請求項12所述之具有異物偵測功能之電源端，其中該異物偵測電路於該預設期間感測該功能接腳之該電壓變化之步驟，更包含： 於該預設期間之該結束時點，感測該功能接腳之該結束電壓的步驟之後，經由該功能接腳對該電容放電。
15. 如請求項13所述之具有異物偵測功能之電源端，其中該異物偵測電路由下列之步驟而比較該電壓變化與該預設變化，以決定該功能接腳上是否有異物存在： 比較該第一電壓變化與該預設變化之一第一預設變化； 於該第一電壓變化不大於該第一預設變化時，比較該第二電壓變化與該預設變化之一第二預設變化；以及 於該第二電壓變化不大於該第二預設變化時，決定該功能接腳上有異物存在。
16. 如請求項12所述之具有異物偵測功能之電源端，其中自該起始時點至該結束時點之期間不超過100毫秒(millisecond)。
17. 如請求項9所述之具有異物偵測功能之電源端，其中該開關包括一高壓金屬氧化物半導體(metal oxide semiconductor, MOS)元件或一低壓MOS元件。
18. 如請求項9所述之具有異物偵測功能之電源端，其中該異物偵測電路包括一類比數位轉換器或一比較器。

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