Usb插入自動識別和供電系統(tǒng)和集成有該系統(tǒng)的芯片的制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有USB接口的給外設(shè)充電的系統(tǒng)?！尽颈尘凹夹g(shù)】】
[0002]近年來，各類便攜式智能產(chǎn)品得到了極大的普及，如平板電腦電腦、智能手機(jī)和移動電源等。這些便攜式產(chǎn)品都帶有USB 口，產(chǎn)品通過USB傳輸數(shù)據(jù)和供電，當(dāng)設(shè)備有USB插入時(shí)候，需要自動檢測到插入動作。例如移動電源產(chǎn)品主要用來給手機(jī)充電，當(dāng)手機(jī)插入到移動電源USB 口時(shí)候，移動電源需要自動識別插入動作并開啟供電系統(tǒng)給手機(jī)供電。同時(shí)由于手機(jī)種類眾多，手機(jī)電阻值有的大有的小，自動識別系統(tǒng)需要有很好的兼容性。
[0003]圖1為現(xiàn)有USB插入檢測和供電系統(tǒng)。它的工作原理如下:當(dāng)手機(jī)沒有插入到移動電源USB 口時(shí)，移動電源VOUT輸出固定高壓，USB的地端口(USB_G)被R2電阻下來，USB_G電壓等于零，移動電源IC檢測到USB_G零電壓后從GATE端口輸出低電平關(guān)閉功率MOS管Ml ;當(dāng)手機(jī)插入到移動電源USB 口時(shí)，移動電源VOUT電壓輸出給手機(jī)的USB的VBUS端口，手機(jī)負(fù)載可以等效于Rl和Cl組成的負(fù)載，電阻Rl和電阻R2組成電阻分壓串使得拉高，移動電源檢測到USB_G被拉高，則開啟MOS管Ml并輸出VOUT電壓正常給手機(jī)供電。
[0004]現(xiàn)有USB插入檢測和供電系統(tǒng)有幾個(gè)缺點(diǎn):
[0005]需要功率MOS和兩個(gè)檢測pin腳，方案成本高；
[0006]供電系統(tǒng)的電流會流過Ml和R2，產(chǎn)生大的損耗，會下降供電系統(tǒng)的效率；
[0007]現(xiàn)有檢測系統(tǒng)只通過電阻電流方式檢測，然而手機(jī)種類很多，有些手機(jī)電阻很大，現(xiàn)有技術(shù)檢測不出來，兼容性差。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供一種能自動識別外設(shè)插入并給外設(shè)供電的系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，構(gòu)造USB插入自動識別和供電系統(tǒng)，它包括供電單元，還包括插入檢測單元，其用來檢測外設(shè)的插入動作，如檢測到插入動作就輸出控制信號給供電單元，其輸出端連接供電單元的輸入端；插入檢測動作包括檢測外設(shè)的負(fù)載電壓和負(fù)載電流；供電單元，根據(jù)插入檢測單元的輸出而控制對外設(shè)的供電。
[0010]優(yōu)選的，插入檢測單元包括LDO環(huán)路，電壓比較器，電流比較器和或邏輯；LD0環(huán)路，用于檢測外設(shè)插入時(shí)的負(fù)載電壓并將該電壓輸出給電壓比較器；電壓比較器，用于比較負(fù)載電壓和參考電壓，并將比較結(jié)果輸出給或邏輯；電流比較器，用于檢測外設(shè)插入時(shí)的負(fù)載電流和參考電流，并將比較結(jié)果輸出給或邏輯；或邏輯，用于將電壓比較器和電流比較器的輸入進(jìn)行或運(yùn)算，并將結(jié)果輸出給供電單元。
[0011]優(yōu)選的，LDO環(huán)路包括運(yùn)放，MOS管Ml和電阻Rl ;電流比較器包括MOS管M2和電流源Il ;運(yùn)放一輸入端連接參考電壓Vref，另一輸入端連接MOS管Ml的I管腳，運(yùn)放的輸出端連接MOS管Ml的柵極和MOS管M2的柵極，電源連接MOS管Ml的2管腳和MOS管M2的2管腳；電阻R2并聯(lián)在MOS管Ml的I管腳和地之間。外設(shè)負(fù)載并接在MOS管Ml的I管腳和地之間。電流比較器的負(fù)輸入端連接MOS管Ml的I管腳，正輸入端連接參考電壓(Vref-0.01V)，其輸出端連接或邏輯的一輸入端；電流源Il并聯(lián)在MOS管M2的I管腳和地之間；或邏輯的另一輸入端連接MOS管M2的I管腳，其輸出端連接供電單元。
[0012]優(yōu)選的，所述供電單元為直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器。
[0013]本發(fā)明還提供一種芯片，它內(nèi)部集成有上述的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:
[0015]1.使用電流檢測和電壓檢測雙檢測，不管外設(shè)的內(nèi)阻大或者小，都能順利檢測到設(shè)備插入，大幅度提供插入檢測的兼容性。
[0016]2.供電系統(tǒng)的電流不會流過檢測系統(tǒng)，不會增加供電系統(tǒng)的損耗，提高了供電系統(tǒng)的效率。
[0017]3.整個(gè)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)在IC內(nèi)部提高了芯片的集成度，降低方案成本。
【【附圖說明】】
[0018]圖1現(xiàn)有技術(shù)中的USB插入檢測和供電系統(tǒng)電路框圖；
[0019]圖2實(shí)施例一中的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)與外設(shè)的電路連接框圖；
[0020]圖3實(shí)施例一中的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)的電路圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0021]為了使本專利的技術(shù)方案和技術(shù)效果更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本專利的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0022]實(shí)施例一:
[0023]如圖2，本實(shí)施例中的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)，包括插入檢測單元和供電單元。USB插入自動識別和供電系統(tǒng)的輸出端通過USB接口與手機(jī)或其他USB外圍設(shè)備(以下簡稱外設(shè))的輸入端連接。
[0024]插入檢測單元，用來檢測外設(shè)的插入動作，如檢測到插入動作就輸出控制信號USBIN給供電單元，其輸出端連接供電單元的輸入端；插入動作包括檢測外設(shè)的負(fù)載電壓和負(fù)載電流。插入檢測單元包括低壓差線性穩(wěn)壓器(以下簡稱LD0)環(huán)路，電壓比較器，電流比較器和或邏輯。
[0025]LDO環(huán)路，用于檢測外設(shè)插入時(shí)的負(fù)載電壓并將該電壓輸出給電壓比較器。
[0026]電壓比較器，用于比較負(fù)載電壓和參考電壓，并將比較結(jié)果輸出給或邏輯。
[0027]電流比較器，用于檢測外設(shè)插入時(shí)的負(fù)載電流和參考電流，并將比較結(jié)果輸出給或邏輯。
[0028]或邏輯，用于將電壓比較器和電流比較器的輸入進(jìn)行或運(yùn)算，并將結(jié)果輸出給供電單元。
[0029]如圖3，LDO環(huán)路包括運(yùn)放，MOS管Ml和電阻Rl。電流比較器包括MOS管M2和電流源II。運(yùn)放一輸入端連接參考電壓Vref，另一輸入端連接MOS管Ml的I管腳，運(yùn)放的輸出端連接MOS管Ml的柵極和MOS管M2的柵極，電源連接MOS管Ml的2管腳和MOS管M2的2管腳。
[0030]電阻R2并聯(lián)在MOS管Ml的I管腳和地之間。外設(shè)負(fù)載并接在MOS管Ml的I管腳和地之間。電流比較器的負(fù)輸入端連接MOS管Ml的I管腳，正輸入端連接參考電壓(Vref-0.01V)，其輸出端連接或邏輯的一輸入端。電流源Il并聯(lián)在MOS管M2的I管腳和地之間。
[0031]或邏輯的另一輸入端連接MOS管M2的I管腳，其輸出端連接供電單元。
[0032]供電單元，根據(jù)插入檢測單元的輸出而控制對外設(shè)的供電，其為常規(guī)的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器。
[0033]本實(shí)施例中的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)的工作原理如下:
[0034]在沒有外設(shè)插入時(shí)，LDO環(huán)路形成一個(gè)負(fù)反饋環(huán)路，使得Vout端的輸出電壓等于Vref,由于電壓比較器輸入正端小于負(fù)端，它的輸出信號VM為低電平。MOS管Ml和M2形成電流鏡，流過M2的電流等于Ml，在沒有外設(shè)插入時(shí)，M2電流小于電流源電流II，所以電流比較器輸出信號IM也為低電平?；蜻壿嫷膬蓚€(gè)輸入信號都為低電平，所以或邏輯輸出信號USBIN為低電平，供電單元不開啟，不對外輸出電源。
[0035]當(dāng)外設(shè)例如手機(jī)插入時(shí)，有些手機(jī)的等效電阻Rl比較小，那么Rl的電流比較大，流過Ml的電流變大；同時(shí)M2的電流也變大，并超過電流源電流II，電流比較器輸出頂電壓升高到高電平，此時(shí)或邏輯輸出信號USBIN為高，控制供電單元給外設(shè)供電；有些手機(jī)的耗電電阻Rl很大，如果只通過電流比較器無法檢測外設(shè)的插入動作，但是本實(shí)施例的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)還有電壓比較路徑，因?yàn)槭謾C(jī)存在寄生電容Cl，當(dāng)手機(jī)插入時(shí)候，Cl電容插入到Vout端，由于電荷分享原理CV = Q (如果電容C變大，總電荷Q不變的情況下，電壓V就變小)，Vout端口電壓會被拉低，低于Vref-0.1v,電壓比較器輸出VM為高電平，或邏輯輸出USBIN為高電平，使能供電單元給插入的外設(shè)供電，實(shí)現(xiàn)插入檢測并自動開啟供電系統(tǒng)功能。R2的作用是生成偏置電流，流過mos管Ml的電流等于Vref/R2。
[0036]本實(shí)施例的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)使用電流檢測和電壓檢測雙檢測，不管外設(shè)的內(nèi)阻大或者小，都能順利檢測到設(shè)備插入，大幅度提供插入檢測的兼容性。供電系統(tǒng)的電流不會流過檢測系統(tǒng)，不會增加供電系統(tǒng)的損耗，提高了供電系統(tǒng)的效率。
[0037]本實(shí)施例的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)可以把輸入檢測單元和供電單元集成到一片芯片內(nèi)部，提高集成度，降低方案成本。
[0038]以上所述僅為本專利的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本專利，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本專利可以有各種更改和變化。凡在本專利的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.USB插入自動識別和供電系統(tǒng)，它包括供電單元，其特征在于:它還包括插入檢測單元，其用來檢測外設(shè)的插入動作，如檢測到插入動作就輸出控制信號給供電單元，其輸出端連接供電單元的輸入端；插入檢測動作包括檢測外設(shè)的負(fù)載電壓和負(fù)載電流；供電單元，根據(jù)插入檢測單元的輸出而控制對外設(shè)的供電。2.如權(quán)利要求1所述的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)，其特征在于:插入檢測單元包括LDO環(huán)路，電壓比較器，電流比較器和或邏輯； LDO環(huán)路，用于檢測外設(shè)插入時(shí)的負(fù)載電壓并將該電壓輸出給電壓比較器； 電壓比較器，用于比較負(fù)載電壓和參考電壓，并將比較結(jié)果輸出給或邏輯； 電流比較器，用于檢測外設(shè)插入時(shí)的負(fù)載電流和參考電流，并將比較結(jié)果輸出給或邏輯； 或邏輯，用于將電壓比較器和電流比較器的輸入進(jìn)行或運(yùn)算，并將結(jié)果輸出給供電單J L ο3.如權(quán)利要求2所述的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)，其特征在于:LD0環(huán)路包括運(yùn)放，MOS管Ml和電阻Rl ；電流比較器包括MOS管M2和電流源11 ; 運(yùn)放一輸入端連接參考電壓Vref,另一輸入端連接MOS管Ml的I管腳，運(yùn)放的輸出端連接MOS管Ml的柵極和MOS管M2的柵極，電源連接MOS管Ml的2管腳和MOS管M2的2管腳；電阻R2并聯(lián)在MOS管Ml的I管腳和地之間。外設(shè)負(fù)載并接在MOS管Ml的I管腳和地之間。電流比較器的負(fù)輸入端連接MOS管Ml的I管腳，正輸入端連接參考電壓(Vref-0.01V),其輸出端連接或邏輯的一輸入端；電流源Il并聯(lián)在MOS管M2的I管腳和地之間；或邏輯的另一輸入端連接MOS管M2的I管腳，其輸出端連接供電單元。4.如權(quán)利要求1至3任一所述的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)，其特征在于:所述供電單元為直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器。5.—種芯片，其特征在于:它內(nèi)部集成有權(quán)利要求1至4中任一的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明的USB插入自動識別和供電系統(tǒng)，它包括供電單元，還包括插入檢測單元，其用來檢測外設(shè)的插入動作，如檢測到插入動作就輸出控制信號給供電單元，其輸出端連接供電單元的輸入端；插入檢測動作包括檢測外設(shè)的負(fù)載電壓和負(fù)載電流；供電單元，根據(jù)插入檢測單元的輸出而控制對外設(shè)的供電。使用電流檢測和電壓檢測雙檢測，不管外設(shè)的內(nèi)阻大或者小，都能順利檢測到設(shè)備插入，大幅度提供插入檢測的兼容性。供電系統(tǒng)的電流不會流過檢測系統(tǒng)，不會增加供電系統(tǒng)的損耗，提高了供電系統(tǒng)的效率。
【IPC分類】H02J7/00
【公開號】CN105186598
【申請?zhí)枴緾N201510470842
【發(fā)明人】朱杰
【申請人】深圳英集芯科技有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月4日