TWI487281B - 用於使用積體電路接腳作為限流輸入及汲極開路輸出之系統及方法 - Google Patents

Description

用於使用積體電路接腳作為限流輸入及汲極開路輸出之系統及方法 【相關申請案之交互參照】

本申請案主張美國臨時專利申請案第61/167,770號的優先權，其係於2009年4月8日申請，標題為用來將限流輸入多工傳輸到汲極開路輸出的裝置，其兩者在此以引用的方式併入本文。

本發明係關於多功能積體電路接腳，更尤其係關於使用積體電路之接腳作為限流輸入與汲極開路輸出兩者。

正常下，積體電路封裝包括進行特定功能的輸入/輸出接腳。不過，隨著在特定積體電路內實施之功能數目的增加，增加積體電路之輸入/輸出接腳數目的需求則相應地增加。因此，使用積體電路之輸入/輸出接腳以提供多重不同種類功能的能力，其係提供非常大的好處給設計者，其中在多重操作模式中，相對於積體電路的較小硬體需要量係由使用輸入/輸出接腳的能力所實行。因此就不同種類的操作而言，應用積體電路之輸入/輸出接腳的能力是必要的。

如在此所揭露與說明的，本發明包含一包含至少一個接腳的積體電路。至少有一個電阻連接於一參考電壓與該至少一個接腳之間。在第一操作模式中，電流測量電路施加電壓穿過至少一個電阻器並且在至少一個接腳上測量響應於該施加電壓之一電流。該電流能夠決定積體電路的限流設定點。在第二操作模式中，至少有一個電阻器包含上拉電阻器且至少有一個接腳包含汲極開路輸出。

現在參考圖式來顯示與說明用於使用積體電路接腳作為限流輸入及汲極開路輸出兩者之系統及方法的各種圖式與實施例，並說明其它可能的實施例，其中從頭至尾，相同的參考數字在此被使用來指定相同元件。該些圖式不一定按比率繪製，而且在一些情況中，僅為了說明，該些圖式會被適當地誇大與/或簡化。所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解以隨後可能實施例之實例為基礎的許多可能應用與變化。

現在參考圖式，以及更特別地圖1，其係顯示有使用積體電路接腳作為限流輸入與汲極開路輸出兩者之電路的方塊圖。譬如通用序列匯流排功率切換器的最低電壓限流功率切換器係在低成本、低接腳數封裝中被組裝。在圖1顯示的實施會將兩共用的功率切換功能結合到單一接腳102內。這些功能包括限流設定輸入與故障輸出。標準8-接腳接腳輸出積體電路104包括在到積體電路104的V_DD 供應器(在此V_DD =入電壓)與故障輸出接腳102之間被連接的應用電阻器106。故障輸出接腳102同樣地被連接到某種順流電路邏輯110的高阻抗輸入108。可將電阻器106的值選出，以致於當積體電路104施加一小電壓穿過電阻器106時，經過電阻器所產生的電流可藉由積體電路104測量，其係並且隨後被乘以預定值，以決定使用電流測量邏輯112之積體電路104的限流設定點。在系統啟動期間內，電阻器106僅被讀取一次，且一旦電路104開啟的話，切換器可被賦能。積體電路104所讀取的電流可被儲存在相關的記憶體暫存器114內，以使用做為限流設定點。

就小電壓而言，可選擇0.6伏特，以至於V_DD ─0.6伏特仍在與積體電路104相連接之順流邏輯110的電壓臨限以上。這可避免在電阻器值讀取期間內的故障錯讀。一旦限流設定點被積體電路104建立的話，那麼電阻器106則可使用以作為到順流邏輯110之汲極開路輸出的輸出接腳102。這會將有用的特徵提供到標準接腳輸出封裝。藉由改變電阻器106來改變限流設定點的能力具有非常高的價值，其係因為這是幾部分這種類的主要規格特徵。這能夠使使用者將限流程式化為它們特定的系統需求。因此，使用此架構，其係能夠使限流電阻器最初被使用於建立積體電路104用的限流，並且在啟動以後，使電阻器能夠操作作為汲極開路輸出上拉。這會將欲增加的有用功能提供到具有反向相容升級路徑的工業標準8-接腳接腳輸出。

現在參考圖2與3，其係顯示兩封裝實例，其中，圖1的電路可被使用。像通用序列匯流排功率切換器的最低電流電壓限流功率切換器，其係在低成本、低接腳輸出封裝中被實施。圖2的封裝包括標準8-接腳接腳輸出架構。接地接腳會將積體電路參考連接提供到接地。入電壓接腳則提供包含受控供應輸入的晶片偏壓電壓。晶片偏壓電壓係由入電壓接腳所提供。當入電壓小於2.5伏特時，晶片會功能性禁能，且連結故障_1與故障_2接腳的故障閂鎖會被清除並且浮接。此外，輸出_1與輸出_2接腳會被固持在低處。賦能_1與賦能_2接腳包含通道賦能輸入，其係用來賦能該切換器並且使之禁能。

故障_1與故障_2接腳包含通道過量電流故障NOT(否)指示器。相對於圖1所描述之附著到每一個這些接腳之上拉電阻器106的值，其係獨立地決定每一個切換器202的限流水平。由每一個這些接腳所提供的過量電流故障指示器會浮接，並且會禁能，直到施加在入電壓的電壓大於2.2伏特為止。此輸出會在過量電流暫停期間屆滿以後被拉低，並總是維持閂鎖，直到使施加到相關通道之賦能接腳的賦能信號無效為止。輸出_1與輸出_2接腳包含連接到正被保護之負載的通道電壓輸出。在來自輸出接腳的過量電流情況上，I_輸出 係為限制在0.7或1.1安培之最小值的電流。限流反應時間是在200微秒內。此輸出將於關閉之前名義上維持在限流達12毫秒，以用於閂鎖或自動再試版本。此電路將感應提供於允許過量電流事件之快速控制的金氧半導體場效電晶體204中。一旦過量電流情況被檢測出的話，電路會進入電流調整控制模式。

限流是由汲極開路上拉電阻器106的值所設定，其係並且限制於最大值4安培。一開始偏壓時，電阻器值可被讀取，且限流水平可被決定與儲存。該裝置提供完全獨立的雙通道於電流故障保護電路上。每一通道會合併N-通道或P-通道金氧半導體場效電晶體功率切換器204，以用於功率切換。N-通道金氧半導體場效電晶體係顯示於此。與2.5伏特至5伏特邏輯相容之獨立賦能輸入與故障報告輸出能夠允許外部控制與監控。

現在同樣參考圖3，其係有顯示利用圖1電路的替代性封裝。當封裝的內部電路不同時，外部電阻器106能夠以先前相對於圖2來描述的類似方式將限流設定於其中一個輸出接腳上。圖3的架構包括電阻器所連接的單一輸出故障接腳，而不是稍早相對於圖2來說明的雙通道模式。不過，相對於電路之故障輸出接腳之圖1的電路操作，其係與上述相同。

現在參考圖4，其係有顯示相對於圖1來說明之積體電路104內之電阻器讀取電路/電流測量邏輯的一個實施例，其係用來決定在故障輸出接腳102上之限流電阻器106的值。輸出接腳102被連接到放大器402的反相輸入。電晶體404具有連接到放大器402之輸出的閘極。電晶體404的汲極/源極路徑被連接於故障接腳102與節點406之間。放大器402的非反相輸入被連接到節點408。電阻器410被連接於V_DD 與節點408之間。電晶體412具有連接於節點408與節點414之間的汲極/源極路徑。電晶體412的閘極被連接到在節點418之放大器416的輸出。放大器416的反相輸入被連接到節點414，且放大器416的非反相輸入被連接以接收參考電壓信號。電阻器420被連接於節點414與接地之間。N-位元類比-至-數位轉換器(ADC)422(例如：6位元ADC)被連接到節點406。N-位元ADC422由被連接在節點406與接地之間的可變電流源424所組成。比較器426具有連接到節點406的輸入與連接到逐次近似暫存器428的輸出。比較器426的其它輸入係為在軌對軌電壓之擺動範圍中的任何地方。節點406具有注入頂部的固定電流以及從底部吸取的固定電流，其係因而包含非常高阻抗的節點。逐次近似暫存器428的輸出被連接到與校準電路432相連接的加法電路430。

在啟動時，當故障接腳102是在邏輯〝高〞水平時，類比-至-數位轉換器422會掃瞄上拉電阻器106的值，而不會將故障接腳102拉到下一邏輯級110的臨限電壓。重新設定/上拉電阻器106可在10千至300千歐姆的範圍中精確地選出。上拉供應V_DD 同樣地包含晶片供應。此特徵對標準物料而言是透明的，其係並且不需要來自電阻器物料清單變化的任何印刷電路板變化。

現在參考圖5，其係顯示有一般說明圖1之電路操作的流程圖。一開始，在步驟502，藉由積體電路104，將小電壓施加經過輸出接腳102而到電阻器106。在步驟504上，測量在接腳102的電流，其係對應穿過上拉電阻器106的電壓。在步驟506，將此測量電流乘以預定值，以產生積體電路104用的設定限流。在步驟508，將此限流值儲存在積 體電路104內的相關暫存器內。隨後在步驟510，於使用所建立限流的積體電路內操作切換。隨後在步驟512，將接腳102與相關的上拉電阻器106使用作為汲極開路驅動器，以驅動順流邏輯。

熟習具有本發明優點之該項技術者將理解到，用來使用積體電路接腳作為限流輸入與汲極開路輸出兩者的此系統與方法，其係提供複數個接腳選擇，以用於有限的接腳封裝。應該理解的是，在此所說明的圖式與實施方式係以說明性而非限制性方式看待，其係並且沒有打算受限於所揭露的特定形式與實例。相反地，在不背離以下申請專利範圍所界定的精神與範圍下，所屬技術領域中具有通常知識者所明瞭的任一種進一步修改、改變、重新安排、替代、選擇、設計選擇與實施例係被包括在內。因此，以下申請專利範圍打算被詮釋成包含所有此些進一步修改、改變、重新安排、替代、選擇、設計選擇與實施例。

102．．．接腳

104．．．積體電路

106．．．電阻器

108．．．高阻抗輸入

110．．．順流電路邏輯

112．．．電流測量邏輯

114．．．記憶體暫存器

202．．．切換器

204．．．金氧半導體場效電晶體

402．．．放大器

404．．．電晶體

406．．．節點

408．．．節點

410．．．電阻器

412．．．電晶體

414．．．節點

416．．．放大器

418．．．節點

420．．．電阻器

422．．．N位元類比至數位轉換器

424．．．可變電源

426．．．比較器

428．．．逐次近似暫存器

430．．．加法電路

432．．．校準電路

502．．．步驟

504．．．步驟

506．．．步驟

508．．．步驟

510．．．步驟

512．．．步驟

為了能夠更完整理解，現在參考結合附圖的說明，其中：圖1係為用於將積體電路之輸出接腳利用於限流輸入與汲極開路輸出之方式的方塊圖；圖2係為通用序列匯流排埠電源供應控制器的方塊圖，其中可將圖1的電路實施；圖3係為積體切換熱調換控制器的方塊圖，其中可將圖1的電路實施；圖4顯示用來監控圖1電路之限流輸入的實施例；以及圖5係為說明圖1電路操作的流程圖。

102．．．接腳

104．．．積體電路

106．．．電阻器

108．．．高阻抗輸入

110．．．順流電路邏輯

112．．．電流測量邏輯

114．．．記憶體暫存器

Claims (18)

1. 一種積體電路，其係包含：一輸出接腳；電流測量電路，其係用來在一啟動操作模式下，從該積體電路內且透過該輸出接腳以施加一預定電壓，並且響應該預定電壓來測量流過該輸出接腳的一電流，其中該電流致能用於該積體電路的一限流設定點的設定；以及其中在一第二操作模式下，該輸出接腳包含一汲極開路輸出，該電流測量電路係包含：一第一放大器電路，其經耦接至一參考電壓，並且響應該參考電壓來產生該預定電壓；一第二放大器電路，其經耦接至該輸出接腳和該第一放大器電路，且藉由使該輸出接腳上的一電壓大致等於該預定電壓來產生流過該輸出接腳的該電流。
2. 如申請專利範圍第1項之積體電路，其中該電流測量電路進一步將該測量電流乘以一事先選出值，以建立用於該積體電路的該限流設定點。
3. 如申請專利範圍第2項之積體電路，進一步包括一記憶體暫存器，其係用於儲存該積體電路用之該建立限流設定點。
4. 如申請專利範圍第1項之積體電路，其中該至少一個接腳包含一故障接腳。
5. 如申請專利範圍第1項之積體電路，其中該電流測量電路並沒有將該至少一個接腳上的該電壓定於連接到該至 少一個接腳之順流邏輯的一臨限電壓以下。
6. 如申請專利範圍第1項之積體電路，其中該電流測量電路進一步包括一類比至數位轉換器，其係用來測量在該至少一個接腳的電流。
7. 一種通用序列匯流排功率切換器，其係包含：具有八個接腳的一接腳輸出封裝，其中該等八個接腳的至少一個包含一故障接腳；電流測量電路，其係用來在一啟動操作模式下，從該具有八個接腳的接腳輸出封裝內且透過該故障接腳以施加一預定電壓，並且響應該預定電壓以測量流過該故障接腳的一電流，其中該電流致能用於該通用序列匯流排功率切換器的一限流設定點的設定；以及其中當完成該啟動操作模式時，該故障接腳會操作成一汲極開路輸出，該電流測量電路係包含：一第一放大器電路，其經耦接至一參考電壓，並且響應該參考電壓來產生該預定電壓；一第二放大器電路，其經耦接至該故障接腳和該第一放大器電路，且藉由使該故障接腳上的一電壓大致等於該預定電壓來產生流過該故障接腳的該電流。
8. 如申請專利範圍第7項之通用序列匯流排功率切換器，其中該電流測量電路進一步將該測量電流乘以一事先選定值，以建立用於該通用序列匯流排功率切換器的限流設定點。
9. 如申請專利範圍第8項之通用序列匯流排功率切換 器，進一步包括一暫存器，其係用於儲存通用序列匯流排功率切換器用的該建立限流設定點。
10. 如申請專利範圍第7項之通用序列匯流排功率切換器，其中該電流測量電路並沒有將在該至少一個故障接腳的該電壓定於連接到該至少一個故障接腳之順流邏輯的一臨限電壓以下。
11. 如申請專利範圍第7項之通用序列匯流排功率切換器，其中該電流測量電路進一步包括一類比至數位轉換器，其係用來測量在該至少一個故障接腳的該電流。
12. 一種用來多工化一積體電路之一輸出接腳之使用的方法，包含以下步驟：在一第一操作模式下，於該積體電路內的一第一放大器電路響應一參考電壓來產生一預定電壓；在該第一操作模式下，於該積體電路內的一第二放大器電路藉由使該故障接腳上的一電壓大致等於該預定電壓，而從該積體電路內產生流過該輸出接腳的一電流；在該第一操作模式下，響應該預定電壓來測量流過該輸出接腳的該電流；響應該電流來建立用於該積體電路的一限流設定點；以及在決定該限流設定點以後，在一第二操作模式下操作該輸出接腳，其中該輸出接腳包含一汲極開路輸出。
13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該決定步驟進一步包含將該測量電流乘以一事先選定值的步驟，以建立 用於該積體電路的限流設定點。
14. 如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包括儲存用於積體電路之該建立限流設定點的步驟。
15. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該至少一個接腳包含一故障接腳。
16. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該測量步驟進一步包括在沒有將該至少一個接腳上的電壓定於連接到該接腳之一順流邏輯之臨限電壓下來測量該電流的步驟。
17. 如申請專利範圍第12項之方法，其中測量步驟進一步包含在該積體電路之一啟動模式中測量該電流的步驟。
18. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該操作步驟進一步包括在第二操作模式中驅動連接到該接腳之順流邏輯的步驟。