TWI763137B - 具有usb供受電之電子裝置 - Google Patents

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Abstract

具有USB供受電之電子裝置包含一接頭、一靜電放電保護電路、一受電通知電路以及一控制電路。接頭耦接一USB主裝置。接頭包含配置通道接腳。受電通知電路用以響應致能訊號，以開啟靜電放電保護電路的下拉電路的下拉路徑，在下拉路徑被開啟時，配置通道接腳經由下拉電路的下拉路徑產生下拉電位。控制電路用以在偵測到符合受電條件的觸發訊號時，發出致能訊號至受電通知電路，其中在接頭的下拉電位大於下拉閾值時，控制電路控制接頭自USB主裝置汲取電力。

Description

具有USB供受電之電子裝置
本發明是有關於一種USB技術，尤其是一種具有USB供受電之電子裝置。
USB(Universal Serial Bus，通用序列匯流排)介面具有熱插拔及隨插即用優點，且也能透過USB介面來進行供電或受電，隨著技術之發展USB的版本不斷更新，到了USB-C版本時已進展到可以讓具有USB接頭的電子裝置根據自身的狀態或根據該USB接頭所連接的另一電子裝置的狀態，而使該USB接頭於供電角色與受電角色之間做快速的切換，一般將此功能稱之為快速角色轉換(Fast Role Swap，FRS)。為了讓電子裝置判斷是否執行快速角色轉換程序時，一般會透過USB接頭的一配置通道(Configuration Channel，CC)來發出下拉訊號，以使連接該USB接頭的裝置偵測到下拉訊號時，執行快速角色轉換程序。
由於USB接頭的配置通道為對外連接的接口，因而可能會有靜電的產生。因此一般配置通道會耦接(例如並聯電性連接)有一靜電放電保護電路(Electrostatic Discharge，ESD)，且在靜電放電保護電路外，配置通道還會耦接有用於在執行快速角色切換程序時產生下拉訊號的下拉路徑，且該下拉路徑一般會使用並聯的多個大阻值的電阻，以在產生 下拉訊號的同時也能具有靜電保護作用。然而使用並聯的多個大電阻會導致電路板設計面積的增加。
鑒於上述，本發明提供一種具有USB供受電之電子裝置，以使在欲執行快速角色轉換程序時，配置通道接腳可藉由靜電放電保護電路的不需耦接並聯的多個大阻值電阻的下拉路徑，來產生下拉電位，以使配置通道接腳在不需有額外電路的情形下，即能產生下拉電位，同時也具有靜電保護功能，且還可以大幅降低電路板設計面積。
依據一些實施例，具有USB供受電之電子裝置包含一接頭、一靜電放電保護電路、一受電通知電路以及一控制電路。接頭耦接一USB主裝置。接頭包含一配置通道接腳。靜電放電保護電路耦接接頭的配置通道接腳。受電通知電路耦接靜電放電保護電路。受電通知電路用以響應一致能訊號，以開啟靜電放電保護電路的一下拉電路的一下拉路徑，在下拉路徑被開啟時，配置通道接腳經由下拉電路的下拉路徑產生一下拉電位。控制電路耦接受電通知電路及接頭。控制電路用以在偵測到符合一受電條件的一觸發訊號時，發出致能訊號至受電通知電路，其中在接頭的下拉電位大於一下拉閾值時，控制電路控制接頭自USB主裝置汲取一電力。
綜上所述，依據一些實施例，藉由在符合受電條件時(例如自身的電力源斷電時或是所連接之電子裝置欲變為供電的裝置時)，配置通道接腳藉由靜電放電保護電路的不需耦接並聯的多個大阻值電阻的下拉路徑來產生下拉電位，以使該下拉電位因所連接的電子裝置(例如USB主裝置)而上升時，接頭自USB主裝置汲取電力，以完成快速角色轉換程 序，且由於配置通道接腳執行快速角色轉換程序所使用的下拉電位為共用靜電放電保護電路的下拉路徑而產生，因而可以大幅降低電路板設計的面積。
100:USB供受電裝置
110:接頭
Vconn:直接電源接腳
VBus:轉換電源接腳
D+,D-:資料接腳
CC:配置通道接腳
120:靜電放電保護電路
1203:下拉電路
PDD:下拉路徑
C1,C2:電容
M3:第三電晶體
130:受電通知電路
EN:致能端
1303:驅動電路
M1:第一電晶體
M2:第二電晶體
VC1:第一控制電壓
VC2:第二控制電壓
VDD:操作電壓端
RD:啟動電阻
1305:隔離電路
140:控制電路
150:電源管理電路
160:連接埠
170:儲能電路
180:上拉電路
RPU:上拉電阻
190:切換電路
200:USB主裝置
300:電源
400:外接裝置
[圖1]繪示依據一些實施例，USB供受電裝置及其應用之電路方塊示意圖。
[圖2]繪示依據一些實施例，USB供受電裝置及其應用之電路方塊示意圖。
[圖3]繪示依據一些實施例，USB供受電裝置及其應用之電路方塊示意圖。
[圖4]繪示依據一些實施例，受電通知電路及靜電放電保護電路之電路方塊示意圖。
[圖5]繪示依據一些實施例，USB供受電裝置及其應用之電路方塊示意圖。
[圖6]繪示依據一些實施例，部分的USB供受電裝置之電路方塊示意圖。
在本文中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。應以元件在功能上的差異來作為區分的準則，並不以名稱的差異來作為區分元件的方式。在本文中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故 應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段，因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接於第二裝置，或者透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。
參照圖1，圖1繪示依據一些實施例，USB供受電裝置100及其應用之電路方塊示意圖。具有USB供受電之電子裝置(為了方便說明，於後稱為USB供受電裝置100)適於連接於一USB主裝置(USB Host)200。所述USB主裝置200可以是但不限於個人電腦、行動裝置數位電視(如機上盒)等具有USB接頭且支援快速角色轉換功能的電子裝置(例如，可以供應電力或接受電力的裝置)。
在一些實施例中，USB供受電裝置100適於連接於USB主裝置200及至少一外接裝置400之間。圖1在此以USB供受電裝置100連接至二外接裝置400為例，但本發明並不以此為限，USB供受電裝置100可以連接至一個外接裝置400或二個以上的外接裝置400。
所述外接裝置400可以是但不限於音效裝置(Audio)、USB通訊控制裝置(Communications and CDC Control，如網路卡、數據機、串列埠)、人機介面裝置(Human Interface Device，如鍵盤及滑鼠)、物理介面裝置(Physical Interface Device，如控制桿)、靜止圖像捕捉裝置(Image，如影像掃描器)、列印裝置(Printer，印表機)、大容量存取裝置(Mass Storage，如隨身碟、移動硬碟、記憶卡、數位相機)、集線器(USB Hub)、通訊裝置(CDC-Date，如數據機及傳真)、智慧型卡裝置(Smart Card，如讀卡機)、影像裝置(Video，如網路攝影機)、 影音介面(Audio/Video(AV)，如電視)、或無線傳輸裝置(Wireless Controller，如藍牙)等僅接受電力的裝置(或是不支援快速角色轉換功能的電子裝置)。
在一些實施例中，USB供受電裝置100適於連接於USB主裝置200及一電源300之間。圖1在此以USB供受電裝置100連接至一個電源300為例，但本發明並不以此為限，USB供受電裝置100可以連接至複數個電源300。所述電源300例如但不限於電源適配器等僅供應電力的裝置(或是不支援快速角色轉換功能的電子裝置)。在一些實施例中，USB供受電裝置100適於連接於USB主裝置200及一電源300與至少一外接裝置400之間。
請再參閱圖1，USB供受電裝置100一端具有一USB接頭(於後稱為接頭110)，另一端具有至少一連接埠160，該接頭110連接於USB主裝置200，連接埠160連接於外接裝置400及電源300，接頭110之版本對應該USB主裝置200，連接埠160則對應該外接裝置400及電源300之接頭種類。該外接裝置400之接頭種類可以是但不限於各種USB版本、音訊接頭(Audio Jack Plug)、視訊接頭(Video Connector，如HDMI或RS285)等。該電源300之接頭種類可以是但不限於各種USB版本、電源適配器接頭等。在一些實施例中，USB供受電裝置100是支援快速角色轉換功能的具有USB接頭之裝置，例如但不限於USB集線器(USB Hub)、個人電腦、行動裝置、攝影器材、數位電視(如機上盒)、遊戲機等。在一些實施例中，USB供受電裝置100用於轉換USB介面與其他通訊介面；在一些實施例中，USB供受電裝置100用以擴充USB介面(單一USB介面擴充至 多個USB連接埠)；在一些實施例中，USB供受電裝置100用於轉換USB介面與其他通訊介面並用以擴充USB介面。
參照圖2，圖2繪示依據一些實施例，USB供受電裝置100及其應用之電路方塊示意圖。USB供受電裝置100包含一接頭110、一靜電放電保護電路120、一受電通知電路130以及一控制電路140。接頭110耦接USB主裝置200。靜電放電保護電路120耦接接頭110。受電通知電路130耦接靜電放電保護電路120。控制電路140耦接接頭110及受電通知電路130。在一些實施例中，靜電放電保護電路120耦接接頭110的配置通道接腳CC。
接頭110為一匹配USB主裝置200之USB接頭，接頭110包含一配置通道接腳CC，於USB主裝置200與接頭110連接時，USB主裝置200與USB供受電裝置100的接頭110的接腳形成電性連接。在圖2實施例中，USB主裝置200與USB供受電裝置100的接頭110的接腳之間具有五個電性連接，依圖2之USB版本定義(於此以USB-C為例)，該五個電性連接的接腳分別是直接電源接腳Vconn、轉換電源接腳VBus、資料接腳D+、資料接腳D-及配置通道接腳CC。因此，當USB供受電裝置100與USB主裝置200之間的連接狀態為「穩定狀態」時(例如經過一段時間後，USB供受電裝置100與USB主裝置200中的其中一者已穩定地供應電力或穩定地傳輸資料至另一者時)，則USB供受電裝置100可以經由資料接腳D+以及資料接腳D-來與USB主裝置200進行資料傳輸(例如控制電路140經由資料接腳D+及資料接腳D-接收並處理來自USB主裝置200的資料訊號，或是控制電路140經由資料接腳D+及資料接腳D-發送資料訊號至USB主裝置 200)，並可經由直接電源接腳Vconn以及轉換電源接腳VBus而自USB主裝置200汲取電力或供應電力至USB主裝置200。在一些實施例中，若USB供受電裝置100自USB主裝置200汲取電力，則所述直接電源接腳Vconn為汲取從USB主裝置200之電池直接供給之電源，而轉換電源接腳VBus為汲取USB主裝置200所提供之相異於電池電源之電力，例如USB主裝置200之電源模組所輸出之電力。在一些實施例中，若USB供受電裝置100供應電力至USB主裝置200，則所述直接電源接腳Vconn為由USB供受電裝置100的電池(未繪示)供應USB主裝置200電力，而轉換電源接腳VBus為供應相異於USB供受電裝置100的電池電源之電力給USB主裝置200，例如USB供受電裝置100之電源模組(未繪示)所輸出之電力。
靜電放電保護電路120用以保護USB供受電裝置100的接頭110的接腳，而使接頭110的接腳及耦接該接腳的電路不會因靜電而燒毀。例如，當配置通道接腳CC具有靜電時，靜電放電保護電路120快速將靜電放電，以保護配置通道接腳CC及耦接其的電路。在一些實施例中，接頭110的每個接腳(例如直接電源接腳Vconn、轉換電源接腳VBus、資料接腳D+、資料接腳D-及配置通道接腳CC)分別並聯一靜電放電保護電路120(即此時USB供受電裝置100具有多個靜電放電保護電路120)，以保護該些接腳免受靜電的影響而燒毀。所述靜電放電保護電路120可由主動式或被動式電子元件，如二極體、電感、電容或電阻等所構成之用以保護接頭110的接腳免受靜電影響的電路來實現，例如靜電放電保護模組電路等。
在此，以USB供受電裝置100已穩定供應電力至USB主裝置 200為例來說明。控制電路140用以偵測一觸發訊號，並在觸發訊號符合一受電條件時，發出致能訊號至受電通知電路130。舉例來說，控制電路140周期性地(例如根據時脈訊號而周期性地偵測)或實時地偵測觸發訊號，並在該觸發訊號是符合一受電條件時(例如該觸發訊號為因滿足受電條件而產生時)，亦即USB供受電裝置100欲從供應USB主裝置200電力改變為自USB主裝置200接收電力時(即進行快速角色轉換功能而從供電角色轉換為受電角色)，則發出致能訊號至受電通知電路130，以致動受電通知電路130。所述致能訊號可為一位準訊號，例如高位準訊號或低位準訊號。在一些實施例中，控制電路140例如但不限於中央處理器、微處理器、特定應用積體電路(ASIC，Application-specific Integrated Circuit)、或系統單晶片(SOC，System on a Chip)等運算電路。
受電通知電路130用以響應致能訊號，以開啟靜電放電保護電路120的一下拉電路1203的一下拉路徑PDD，在下拉路徑PDD被開啟時，配置通道接腳CC經由下拉電路1203的下拉路徑PDD產生一下拉電位。具體來說，配置通道接腳CC經由下拉電路1203的下拉路徑PDD所提供的下拉電阻，產生低電壓位準的下拉電位，以使USB主裝置200得知USB供受電裝置100欲從供應USB主裝置200改變為自USB主裝置200接收電力，而執行相應的動作(例如USB主裝置200開始提升配置通道接腳CC的電壓位準，以使USB供受電裝置100得知USB主裝置200能開始供電後，始自USB主裝置200汲取電力)。所述下拉電位為低電壓位準，例如接近於零伏特(如0.1伏特等)或零伏特。所述下拉電阻可為具有小阻值的電阻，例如小於五歐姆的電阻。在一些實施例中，受電通知電路130可由主 動式或被動式電子元件，如二極體、電感、電容或電阻等所構成之用以在符合受電條件的情形下，開啟下拉電路1203的下拉路徑PDD的電路來實現。在一些實施例中，所述下拉電路1203為不需耦接並聯的多個大阻值電阻的用於產生下拉電位(或用於靜電保護)的電路。
在接頭110的配置通道接腳CC的下拉電位大於一下拉閾值時，控制電路140控制接頭110自USB主裝置200汲取電力。舉例來說，在配置通道接腳CC產生下拉電位後，控制電路140周期性地(例如根據時脈訊號而周期性地偵測)或實時地偵測配置通道接腳CC的電壓位準，並在配置通道接腳CC的電壓位準(即下拉電位)因USB主裝置200而上升至大於下拉閾值時，控制接頭110自USB主裝置200汲取電力。由於USB主裝置200得知USB供受電裝置100欲從供應USB主裝置200改變為自USB主裝置200接收電力後，會藉由提升電性連接的配置通道接腳CC的電壓位準，以使USB供受電裝置100的控制電路140可透過偵測配置通道接腳CC的電壓位準判斷USB主裝置200是否已準備供電，並在配置通道接腳CC的電壓位準因USB主裝置200而上升時，判斷USB主裝置200為已準備供電，始自USB主裝置200汲取電力。所述下拉閾值可依據尚未因USB主裝置200上升的下拉電位的電壓值而定，例如下拉電位在未上升時為0.1伏特，則下拉閾值可為0.1伏特，但本發明並不以此為限。
在一些實施例中，接頭110的配置通道接腳CC透過來自USB主裝置200的一上拉訊號提升下拉電位，以在下拉電位大於下拉閾值時，自USB主裝置200汲取電力。舉例來說，USB主裝置200得知USB供受電裝置100欲從供應USB主裝置200改變為自USB主裝置200接收電力後，發 出一高電壓位準的訊號(即上拉訊號)，以提升配置通道接腳CC的電壓位準(即下拉電位)，並在下拉電位大於下拉閾值時，USB供受電裝置100得知USB主裝置200能開始供電(例如控制電路140根據USB供受電裝置100的一比較器(未繪示)比較該下拉電位與該下拉閾值後所產生的一比較結果，判斷USB主裝置200能否開始供電，並在該比較結果為下拉電位大於下拉閾值時，得知USB主裝置200能開始供電)，始自USB主裝置200汲取電力。
在一些實施例中，USB供受電裝置100還包含一電源管理電路150，以接收、輸出及管理來自直接電源接腳Vconn、轉換電源接腳VBus及連接埠160的電源300的電力。電源管理電路150對接收及輸出之電力所進行的處理視該USB主裝置200、外接裝置400及電源300而定，可以是但不限於穩壓、降壓、及/或升壓等。所述電源管理電路150可由主動式或被動式電子元件，如二極體、電感、電容或電阻等所構成之用以管理電源的電路來實現，例如濾波電路、功率因素校正電路等。
在一些實施例中，受電條件為觸發訊號是控制電路140經由接頭110偵測到自USB主裝置200發出的一上拉訊號時所產生的訊號。舉例來說，當USB主裝置200欲從自USB供受電裝置100汲取電力改變為供應USB供受電裝置100電力，或是USB供受電裝置100欲從供應USB主裝置200電力改變為自USB主裝置200汲取電力時，USB主裝置200發出一上拉訊號(例如高電壓位準的訊號)以提升USB供受電裝置100的下拉電位或通知USB供受電裝置100其欲轉換為供電角色，控制電路140在經由接頭110的配置通道接腳CC偵測到來自USB主裝置200的上拉訊號時產生觸 發訊號。
參照圖3，圖3繪示依據一些實施例，USB供受電裝置100及其應用之電路方塊示意圖。在一些實施例中，USB供受電裝置100更包含至少一連接埠160。為了方便說明，圖3僅繪示一個連接埠160，但本發明並不以此為限。受電條件為觸發訊號是控制電路140偵測到連接埠160未接收有一電源300時所產生的訊號。舉例來說，USB供受電裝置100穩定自電源300汲取電力(例如USB供受電裝置100與電源300之間的連接狀態為已連接狀態)，電源管理電路150管理所汲取的電力，並將電力經由接頭110分配至USB主裝置200。當USB供受電裝置100偵測到連接埠160未接收有電源300時(例如USB供受電裝置100與電源300之間的連接狀態從已連接狀態轉換為未連接狀態時)，致使USB供受電裝置100無法自電源300汲取電力，因而控制電路140產生觸發訊號，以從供應USB主裝置200電力轉換為自USB主裝置200汲取電力。
在一些實施例中，USB供受電裝置100更包含一儲能電路170，其中受電條件為觸發訊號是控制電路140偵測到儲能電路170的一剩餘能量小於一能量閾值時所產生的訊號。所述儲能電路170可由主動式或被動式電子元件，如二極體、電感、電容或電阻等所構成之用以儲存能量的電路來實現。舉例來說，當儲能電路170的剩餘能量小於能量閾值時，致使USB供受電裝置100不具有足夠的能量(即電力)供應給USB主裝置200，因而控制電路140產生觸發訊號(例如控制電路140根據比較器的一比較結果判斷該剩餘能量是否小於能量閾值，並在該剩餘能量小於能量閾值時產生觸發訊號)，以從供應USB主裝置200電力轉換為自USB主裝置 200汲取電力。所述能量閾值可依據儲能電路170的總儲存能量而定，例如能量閾值可為儲能電路170的總儲存能量的10%之能量。
參照圖4，圖4繪示依據一些實施例，受電通知電路130及靜電放電保護電路120之電路方塊示意圖。在一些實施例中，受電通知電路130包含一驅動電路1303及一致能端EN。致能端EN耦接驅動電路1303及控制電路140。驅動電路1303耦接下拉電路1203。致能端EN響應致能訊號，以致動驅動電路1303。驅動電路1303在被致動時，開啟下拉電路1203的下拉路徑PDD。舉例來說，致能訊號為一高位準訊號，當驅動電路1303被高位準訊號致動後，會發出電壓訊號(例如發出具有一電壓值的電壓訊號，且該電壓值大於將下拉電路1203的下拉路徑PDD開啟的啟動電壓)至下拉電路1203，以開啟下拉路徑PDD。
在一些實施例中，驅動電路1303包含一第一電晶體M1及至少一第二電晶體M2。下拉電路1203包含至少一第三電晶體M3。圖4在此以二個第二電晶體M2及二個第三電晶體M3為例，但本發明並不以此為限，第二電晶體M2及第三電晶體M3可以為一個或二個以上。第一電晶體M1耦接致能端EN。至少一第二電晶體M2耦接第一電晶體M1。至少一第三電晶體M3耦接配置通道接腳CC及對應的第二電晶體M2。第一電晶體M1在被致能端EN致動而開啟時，產生一第一控制電壓VC1。第二電晶體M2在根據第一控制電壓VC1而開啟時，產生一第二控制電壓VC2。第三電晶體M3根據第二控制電壓VC2而開啟，以形成下拉路徑PDD。舉例來說，以第一電晶體M1及第三電晶體M3為N型電晶體，第二電晶體M2為P型電晶體為例，第一電晶體M1的閘極接收來自致能端EN的致能訊號，並在致 能訊號為高位準時(例如大於1伏特)導通，以於汲極產生第一控制電壓VC1；第二電晶體M2的閘極接收第一控制電壓VC1，並在第一控制電壓VC1為低位準電壓時(例如接近於或為0伏特)導通，以於源極產生第二控制電壓VC2。第三電晶體M3的閘極接收第二控制電壓VC2，並在第二控制電壓VC2為高位準電壓時(例如大於1伏特)導通，以使導通的第三電晶體M3與第三電晶體M3所耦接的參考接地端之間形成下拉路徑PDD，以使配置通道接腳CC經由下拉路徑PDD產生下拉電位。
所述第一電晶體M1、第二電晶體M2、及第三電晶體M3例如但不限於雙極性電晶體(Bipolar Junction Transistor，BJT)、場效電晶體(Field-Effect Transistor，FET)等。在一些實施例中，第三電晶體M3為靜電保護電晶體，其具有較高的耐電壓性，因而不須在其汲極額外的串聯或並聯電阻來限流保護靜電保護電晶體。圖4在此以第一電晶體M1及第三電晶體M3為N型電晶體，第二電晶體M2為P型電晶體為例，但本發明並不以此為限，第一電晶體M1及第三電晶體M3可為P型電晶體，第二電晶體M2可為N型電晶體。
在一些實施例中，至少一第二電晶體M2與對應的至少一第三電晶體M3之間具有一隔離電路1305，以使至少一第二電晶體M2經由對應的隔離電路1305阻斷來自對應的至少一第三電晶體M3的電流。所述隔離電路1305可以由二極體來實現，所述二極體例如阻斷二極體。在一些實施例中，隔離電路1305可以包含在受電通知電路130中或靜電放電保護電路120中。
在一些實施例中，第一電晶體M1與至少一第二電晶體M2的 共同接點耦接有一操作電壓端VDD及一啟動電阻RD，第一電晶體M1在開啟時，經由操作電壓端VDD的電壓扣除啟動電阻RD上的電壓而產生第一控制電壓VC1。第一電晶體M1與至少一第二電晶體M2的共同接點為第一電晶體M1的汲極且為第二電晶體M2的閘極。所述啟動電阻RD可具有大阻值，以在第一電晶體M1開啟而導通時，第一電晶體M1的汲極產生低位準的第一控制電壓VC1，進而開啟第二電晶體M2並使其導通。所述操作電壓端VDD可為USB供受電裝置100的系統電壓，例如來自USB供受電裝置100的電池的電壓、來自電源管理電路150的電壓、來自直接電源接腳Vconn的電壓、或來自轉換電源接腳VBus的電壓等。
在一些實施例中，至少一第二電晶體M2還耦接有一操作電壓端VDD。至少一第二電晶體M2在開啟時，根據來自操作電壓端VDD的電壓產生第二控制電壓VC2。具體來說，第二電晶體M2的汲極端耦接操作電壓端VDD，並在第二電晶體M2開啟而導通時，第二電晶體M2將汲極端的操作電壓端VDD的電壓減去第二電晶體M2的源-汲極間之內阻的電壓，以於第二電晶體M2的源極端產生第二控制電壓VC2，進而開啟第三電晶體M3並使其導通以形成下拉路徑PDD。由於內阻的阻值一般為微小的，因此當第二電晶體M2開啟而導通時，源極端產生的第二控制電壓VC2的電壓值實質相同於操作電壓端VDD的電壓值。
在一些實施例中，靜電放電保護電路120用以在配置通道接腳CC具有一靜電時，將靜電經由下拉電路1203的下拉路徑PDD放電。在一些實施例中，在配置通道接腳CC具有靜電時，第三電晶體M3被靜電開啟，而形成下拉路徑PDD，並將靜電經由下拉路徑PDD放電。在一些實施 例中，第三電晶體M3與配置通道接腳CC之間具有電容C1,C2，以在配置通道接腳CC具有靜電時，開啟下拉電路1203的下拉路徑PDD以將靜電放電。具體來說，當配置通道接腳CC具有靜電時，靜電會對電容C1,C2進行充電，以提升第三電晶體M3的閘極電壓，進而開啟並導通第三電晶體M3，以使導通的第三電晶體M3形成下拉路徑PDD，並將配置通道接腳CC的靜電經由下拉路徑PDD放電。
在一些實施例中，受電通知電路130及靜電放電保護電路120還可包含其他主動或被動元件(例如二極體、電感、電容或電阻等)，以增加受電通知電路130及靜電放電保護電路120的功能。例如增加受電通知電路130及靜電放電保護電路120的過載保護功能、或輔助進行靜電放電保護。
參照圖5，圖5繪示依據一些實施例，USB供受電裝置100及其應用之電路方塊示意圖。在一些實施例中，USB供受電裝置100更包含一上拉電路180。上拉電路180耦接接頭110的配置通道接腳CC。在此，以USB供受電裝置100已穩定自USB主裝置200汲取電力為例來說明。控制電路140用以偵測一觸發訊號，並在觸發訊號符合一供電條件時，發出致能訊號至受電通知電路130。舉例來說，控制電路140周期性地(例如根據時脈訊號而周期性地偵測)或實時地偵測觸發訊號，並在該觸發訊號是符合一供電條件時(例如該觸發訊號為因滿足供電條件而產生時)，亦即USB供受電裝置100欲從自USB主裝置200接收電力改變為供應USB主裝置200電力時(即進行快速角色轉換功能而從受電角色轉換為供電角色)，則控制電路140控制配置通道接腳CC經由上拉電路180產生一上拉 電位。具體來說，配置通道接腳CC經由上拉電路180所提供的上拉電阻RPU，產生高電壓位準的上拉電位，以使USB主裝置200得知USB供受電裝置100欲從自USB主裝置200接收電力改變為供應USB主裝置200，而執行相應的動作(例如USB主裝置200降低配置通道接腳CC的電壓位準，以使USB供受電裝置100得知USB主裝置200能開始受電後，始供應電力以供USB主裝置200汲取)。所述上拉電位為高電壓位準，例如接近或相同於操作電壓端VDD的電壓值。所述上拉電阻RPU可為具有大阻值的電阻，例如大於1千歐姆的電阻。在一些實施例中，上拉電路180可由主動式或被動式電子元件，如二極體、電感、電容或電阻等所構成之用以在符合供電條件的情形下，上拉電壓位準的電路來實現。例如，上拉電路180可以由串連的上拉電阻RPU及操作電壓端VDD來實現。
在接頭110的上拉電位小於一上拉閾值時，控制電路140控制接頭110輸出電力，以供USB主裝置200汲取。舉例來說，在配置通道接腳CC產生上拉電位後，控制電路140周期性地(例如根據時脈訊號而周期性地偵測)或實時地偵測配置通道接腳CC的電壓位準，並在配置通道接腳CC的電壓位準(即上拉電位)因USB主裝置200而下降至小於上拉閾值時，控制接頭110輸出電力以供USB主裝置200汲取。由於USB主裝置200得知USB供受電裝置100欲從自USB主裝置200接收電力改變為供應USB主裝置200後，會藉由降低電性連接的配置通道接腳CC的電壓位準，以使USB供受電裝置100的控制電路140可透過偵測配置通道接腳CC的電壓位準判斷USB主裝置200是否已準備汲取電力，並在配置通道接腳CC的電壓位準因USB主裝置200而下降時，判斷USB主裝置200為已準備汲取 電力，始供應電力以供USB主裝置200汲取。所述上拉閾值可依據尚未因USB主裝置200下降的上拉電位的電壓值而定，例如上拉電位在未下降時的電壓值為3.2伏特，則上拉閾值可為3.2伏特，但本發明並不以此為限。
在一些實施例中，接頭110的配置通道接腳CC透過來自USB主裝置200的一下拉訊號降低上拉電位，以在上拉電位小於上拉閾值時，輸出電力以供USB主裝置200汲取。舉例來說，USB主裝置200得知USB供受電裝置100欲從自USB主裝置200接收電力改變為供應USB主裝置200電力後，發出一低電壓位準的訊號(即下拉訊號)，以降低配置通道接腳CC的電壓位準(即上拉電位)，並在上拉電位小於上拉閾值時，USB供受電裝置100得知USB主裝置200能開始受電(例如控制電路140根據USB供受電裝置100的一比較器(未繪示)比較該上拉電位與該上拉閾值後所產生的一比較結果，判斷USB主裝置200能否開始受電，並在該比較結果為上拉電位小於上拉閾值時，得知USB主裝置200能開始受電)，始供應電力以供USB主裝置200汲取。
在一些實施例中，受電條件為觸發訊號是控制電路140經由接頭110偵測到自USB主裝置200發出的一下拉訊號時所產生的訊號。舉例來說，當USB主裝置200欲從供應USB供受電裝置100電力改變為自USB供受電裝置100汲取電力，或是USB供受電裝置100欲從自USB主裝置200汲取電力改變為供應USB主裝置200電力時，USB主裝置200發出一下拉訊號(例如低電壓位準的訊號)以降低USB供受電裝置100的上拉電位或通知USB供受電裝置100其欲轉換為受電角色，控制電路140在經由接頭110的配置通道接腳CC偵測到來自USB主裝置200的下拉訊號時產生 觸發訊號。
在一些實施例中，USB供受電裝置100更包含至少一連接埠160，其中供電條件為觸發訊號是控制電路140偵測到連接埠160接收有一電源300時所產生的訊號。為了方便說明，圖5僅繪示一個連接埠160，但本發明並不以此為限。舉例來說，USB供受電裝置100穩定自USB主裝置200汲取電力，電源管理電路150管理所汲取的電力。當USB供受電裝置100偵測到連接埠160接收有電源300時(例如USB供受電裝置100與電源300之間的連接狀態從未連接狀態轉換為已連接狀態時)，致使USB供受電裝置100能自電源300汲取電力，因而控制電路140產生觸發訊號，以從自USB主裝置200汲取電力轉換為供應USB主裝置200電力。
在一些實施例中，USB供受電裝置100更包含一儲能電路170，其中供電條件為觸發訊號是控制電路140偵測到儲能電路170的一剩餘能量大於一能量閾值時所產生的訊號。舉例來說，當儲能電路170的剩餘能量大於能量閾值時，致使USB供受電裝置100具有足夠的能量(即電力)供應給USB主裝置200，因而控制電路140產生觸發訊號(例如控制電路140根據比較器的一比較結果判斷該剩餘能量是否大於能量閾值，並在該剩餘能量大於能量閾值時產生觸發訊號)，以從自USB主裝置200汲取電力轉換為供應USB主裝置200電力。所述能量閾值可依據儲能電路170的總儲存能量而定，例如能量閾值可為儲能電路170的總儲存能量的90%之能量。
參照圖6，圖6繪示依據一些實施例，部分的USB供受電裝置100之電路方塊示意圖。在一些實施例中，上拉電路180、靜電放電保護 電路120及配置通道接腳CC之間耦接一切換電路190，該切換電路190的控制端耦接控制電路140。控制電路140在偵測到符合受電條件的觸發訊號時，經由控制端致動切換電路190以將配置通道接腳CC電性連接靜電放電保護電路120，以使配置通道接腳CC產生下拉電位。控制電路140在偵測到符合供電條件的觸發訊號時，經由控制端致動切換電路190以將配置通道接腳CC電性連接上拉電路180，以使配置通道接腳CC產生上拉電位。在一些實施例中，由於在接頭110未連接有裝置時，其接腳(例如配置通道接腳CC)易具有靜電，因此在接頭110尚未連接有裝置時，控制電路140經由控制端致動切換電路190以將配置通道接腳CC電性連接靜電放電保護電路120，以使在配置通道接腳CC具有靜電時，該靜電經由靜電放電保護電路120放電。
綜上所述，依據一些實施例，藉由在符合受電條件時(例如自身的電力源斷電時或是所連接之電子裝置欲變為供電的裝置時)，配置通道接腳藉由靜電放電保護電路的不需耦接並聯的多個大阻值電阻的下拉路徑來產生下拉電位，以使該下拉電位因所連接的電子裝置(例如USB主裝置)而上升時，接頭自USB主裝置汲取電力，以完成快速角色轉換程序，且由於配置通道接腳執行快速角色轉換程序所使用的下拉電位為共用靜電放電保護電路的下拉路徑而產生，因而可以大幅降低電路板設計的面積。
100:USB供受電裝置
110:接頭
Vconn:直接電源接腳
VBus:轉換電源接腳
D+,D-:資料接腳
CC:配置通道接腳
120:靜電放電保護電路
130:受電通知電路
140:控制電路
150:電源管理電路
200:USB主裝置

Claims (10)

  1. 一種具有USB供受電之電子裝置，包含：一接頭，耦接一USB主裝置，該接頭包含一配置通道接腳；一靜電放電保護電路，耦接該接頭的該配置通道接腳；一受電通知電路，耦接該靜電放電保護電路，用以響應一致能訊號，以開啟該靜電放電保護電路的一下拉電路的一下拉路徑，在該下拉路徑被開啟時，該配置通道接腳經由該下拉電路的該下拉路徑產生一下拉電位；以及一控制電路，耦接該受電通知電路及該接頭，用以在偵測到符合一受電條件的一觸發訊號時，發出該致能訊號至該受電通知電路，其中在該接頭的該下拉電位大於一下拉閾值時，該控制電路控制該接頭自該USB主裝置汲取一電力。
  2. 如請求項1所述之具有USB供受電之電子裝置，其中該受電通知電路包含：一驅動電路，耦接該下拉電路，在被致動時，開啟該下拉電路的該下拉路徑；以及一致能端，耦接該驅動電路及該控制電路，響應該致能訊號，以致動該驅動電路。
  3. 如請求項2所述之具有USB供受電之電子裝置，其中該驅動電路包含：一第一電晶體，耦接該致能端，在被該致能端致動而開啟時，產生一第一控制電壓；以及 至少一第二電晶體，耦接該第一電晶體，在根據該第一控制電壓而開啟時，產生一第二控制電壓；以及該下拉電路包含：至少一第三電晶體，耦接該配置通道接腳及對應的該第二電晶體，根據該第二控制電壓而開啟，以形成該下拉路徑。
  4. 如請求項3所述之具有USB供受電之電子裝置，其中該至少一第二電晶體還耦接有一操作電壓端，該至少一第二電晶體在開啟時，根據來自該操作電壓端的電壓產生該第二控制電壓。
  5. 如請求項1所述之具有USB供受電之電子裝置，該靜電放電保護電路用以在該配置通道接腳具有一靜電時，將該靜電經由該下拉電路的該下拉路徑放電。
  6. 如請求項1所述之具有USB供受電之電子裝置，更包含：一連接埠，其中該受電條件為該觸發訊號是該控制電路偵測到該連接埠未接收有一電源時所產生的訊號。
  7. 如請求項1所述之具有USB供受電之電子裝置，其中該受電條件為該觸發訊號是該控制電路經由該接頭偵測到自該USB主裝置發出的一上拉訊號時所產生的訊號。
  8. 如請求項1所述之具有USB供受電之電子裝置，更包含：一儲能電路，其中該受電條件為該觸發訊號是該控制電路偵測到該儲能電路的一剩餘能量小於一能量閾值時所產生的訊號。
  9. 如請求項1所述之具有USB供受電之電子裝置，其中該接頭的該配置通道接腳透過來自該USB主裝置的一上拉訊號提升該下拉電位，以在該下拉電位大於該下拉閾值時，自該USB主裝置汲取該電力。
  10. 如請求項1所述之具有USB供受電之電子裝置，更包含：一上拉電路，耦接該接頭的該配置通道接腳，其中該控制電路在偵測到符合一供電條件的一觸發訊號時，控制該配置通道接腳經由該上拉電路產生一上拉電位，在該接頭的該上拉電位小於一上拉閾值時，該控制電路控制該接頭輸出該電力，以供該USB主裝置汲取。
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