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用于通用串行总线充电的低功率连接检测方法及?#20302;?pdf

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用于 通用 串行 总线 充电 功率 连接 检测 方法 ?#20302;?
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摘要
申请专利号:

CN201580040478.X

申请日:

2015.08.20

公开号:

CN106663077A

公开日:

2017.05.10

当前法律状态:

实审

?#34892;?#24615;:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G06F 13/40申请日:20150820|||公开
IPC分类号: G06F13/40; G06F13/42 主分类号: G06F13/40
申请人: 密克罗奇普技术公司
发明人: C·G·谢诺特; A·高希
地址: 美国亚利桑那州
优?#28909;ǎ?/td> 2014.08.20 US 62/039,705; 2015.08.14 US 14/826,980
专利代理机构: ?#26412;?#24459;盟知识产权代理有限责任公司 11287 代理人: 沈锦华
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201580040478.X

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.09.08|||2017.05.10

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供一种USB集线器,其具有:USB集线器控制器;及嵌入式控制器;USB端口连接器及相关端口电力控制装置和可控制旁路开关,当嵌入式控制器启用所述可控制旁路开关时,所述可控制旁路开关提供供应电压到USB端口连接器;可控制电压供应调节器单元,其提供可关闭及供应到端口电力控制装置的第一输出电压;及具有电流传感器的可编程电流监测器电路,其提供第二供应电压到所述监测器电路,其中在低电力模式期间,所述USB集线器控制器及任何端口电力控制装置关闭,且所述监测器电路经配置以通过所述传感器及旁路开关提供所述第二供应电压到USB连接器,且当USB装置被插接到所述USB端口连接器时,检测电流?#19968;?#37266;所述嵌入式控制器。

权利要求书

1.一种通用串行总线USB集线器,其包括:
USB集线器控制器;
嵌入式控制器,其经配置以在正常操作模式及低功率模式中操作,且与所述USB集线器
控制器耦?#24076;?#20854;中所述嵌入式控制器经配置?#28304;?#24320;或关闭所述USB集线器控制器;
至少一个USB端口连接器,及与所述USB集线器控制器耦合的相关端口电力控制装置,
及与所述嵌入式控制器耦合的相关可控制旁路开关,所述相关可控制旁路开关经配置以当
所述嵌入式控制器启用所述相关可控制旁路开关时,提供供应电压到所述至少一个USB端
口连接器;
可控制电压供应调节器单元,其具有至少一个输出,所述输出提供第一输出电压,其中
所述至少一个输出可由所述嵌入式控制器控制成关闭,其中所述调节器的所述至少一个输
出是与所述至少一个USB端口连接器的所述端口电力控制装置耦?#24076;?#21450;
可编程电流监测器电路,其包括电流传感器,所述传感器是与所述调节器单元的所述
至少一个输出耦?#24076;?#20854;中所述调节器单元包括内部第二供应电压调节器,所述调节器提供
第二供应电压到所述可编程电流监测器电路,其中在低功率模式期间,所述USB集线器控制
器及任何端口电力控制装置关闭,且所述可编程电流监测器电路经进一步配置以通过所述
电流传感器及旁路开关提供所述第二供应电压到所述至少一个USB端口连接器,且其中当
USB装置被插接到所述至少一个USB端口连接器时,所述可编程电流监测器电路检测从所述
内部第二供应电压调节器通过所述至少一个USB端口连接器流动的电流,且所述可编程电
流监测器电路经配置以唤醒所述嵌入式控制器。
2.根据权利要求1所述的USB集线器,其中所述电流传感器是在所述调节器单元的所述
输出与所述至少一个USB端口连接器的所述端口电力控制装置之间连接的分流电阻器。
3.根据权利要求2所述的USB集线器,其中所述可编程电流监测器电路具有电流阈值,
所述阈值可由所述嵌入式控制器编程。
4.根据权利要求1所述的USB集线器,其中所述可编程电流监测器电路具有可编程内部
定时器单元,所述定时器单元确定所述可编程电流监测器何时在低功率待机模式中操作。
5.根据权利要求3所述的USB集线器,其中所述嵌入式控制器经?#35874;?#21040;睡眠模式,且所
述电流监测器电路经配置以当通过所述电流传感器的电流超过所述可编程电流阈值时,产
生馈给到所述嵌入式控制器的唤醒信号。
6.根据权利要求1所述的USB集线器,其中所述嵌入式控制器在所述低功率模式期间被
关闭且仅通过电池接收电力,所述电流监测器电?#26041;?#19968;步包括经串联连接的电阻器及二极
管,所述电阻器及所述二极管是在所述内部第二供应电压调节器与所述调节器单元的所述
输出之间耦?#24076;?#25152;述输出用于提供所述第二供应电压到所述电流传感器。
7.根据权利要求6所述的USB集线器,其中电阻器与二极管之间的节点与所述嵌入式控
制器的输入端口连接,且所述输入端口经配置以唤醒所述嵌入式控制器。
8.根据权利要求6所述的USB集线器,其中所述可控制电压供应调节器包括另一可控制
输出,所述输出提供用于所述嵌入式控制器的供应电压,其中当所述嵌入式控制器醒来时,
所述嵌入式控制器经配置?#28304;?#24320;所述另一输出。
9.根据权利要求6所述的USB集线器,其中所述内部第二供应电压调节器是低压降调节
器。
10.根据权利要求1所述的USB集线器,其中所述内部第二供应电压调节器的调节电压
低于所述至少一个输出处的所述输出电压。
11.根据权利要求1所述的USB集线器,其中在USB端口连接器处检测到插接事件后,所
述嵌入式控制器经配置以关闭所述旁路开关、打开所述可控制电压供应调节器单元的所述
输出,且激活所述USB集线器控制器。
12.根据权利要求1所述的USB集线器,其包括开关,所述开关与所述USB集线器控制器
的电力供应输入耦?#24076;?#19988;接收用于所述USB集线器控制器的供应电压,所述开关由所述嵌入
式控制器控制。
13.根据权利要求1所述的USB集线器,其包括多个USB端口连接器、相关端口电力控制
器及相关可控制旁路开关。
14.一种用于操作包括多个USB端口的USB集线器的方法,所述方法包括:
通过嵌入式控制器控制所述USB集线器以在低功率模式中操作,其中USB集线器控制器
及所述USB端口的任何电力端口控制器关闭,其中所述USB集线器汲取最小电流;
将所述嵌入式控制器?#35874;?#21040;低功率模式;
通过旁路开关将第二电压调节器与所述USB端口的相应USB连接器耦?#24076;?#19988;监测由所述
第二电压调节器提供的电流,及
当USB装置被插接到所述至少一个USB端口连接器时,检测从所述第二电压调节器通过
所述至少一个USB端口连接器流动的电流,且当所述电流流动时,唤醒所述嵌入式控制器。
15.根据权利要求14所述的方法,其中在唤醒后,所述嵌入式控制器打开所述USB集线
器控制器、所述电力端口控制器,且关闭所述旁路开关。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所述USB集线器包括可编程电流监测器电路,所
述电流监测器电路具有可编程内部定时器单元,所述定时器单元确定所述可编程电流监测
器何时在低功率待机模式中操作,且其中所述方法包括
编程所述电流监测器以定义操作周期,其中在所述操作周期的定义时间周期期间,所
述电流监测器是在低功率待机模式中,且在剩余时间周期期间,所述电流监测器是在正常
操作模式中。
17.根据权利要求15所述的方法,其中所述USB集线器控制器及所述电力端口控制器是
通过激活主要电压调节器单元而打开。
18.根据权利要求14所述的方法,其中所述USB集线器控制器双态?#35874;?#30005;力端口控制器
的控制输入,以起始电池充电协议。
19.根据权利要求14所述的方法,其中在所述低功率模式中时,所述嵌入式控制器是由
电池供电,且在正常操作模式中时,所述嵌入式控制器是由主要电压调节器单元的可控制
输出供电。
20.根据权利要求19所述的方法,其中所述可编程电流监测器电路经配置以产生唤醒
所述嵌入式控制器的第一信号,且当超过可编程电流阈值时,产生第二信号。
21.根据权利要求20所述的方法,其中当接收所述第一信号时,所述嵌入式控制器打开
所述主要电压调节器且?#35874;?#21040;所述正常操作模式。
22.根据权利要求21所述的方法,其中在已接收所述第一信号之后预定时间周期内未
接收任何第二信号时,所述嵌入式控制器关闭所述主要电压调节器。
23.根据权利要求14所述的方法,其中在低功率模式中时,所述嵌入式控制器消耗最小
电流,且其中可编程电流监测器装置经配置以监测从所述第二电压调节器通过所述至少一
个USB端口连接器流动的电流,且其中当所述电流超过可编程阈值时,所述可编程电流监测
器装置产生信号,所述信号唤醒所述嵌入式控制器。
24.根据权利要求23所述的方法,其中当接收所述信号时,所述嵌入式控制器打开所述
主要电压调节器且?#35874;?#21040;所述正常操作模式。
25.根据权利要求24所述的方法,其中在已接收所述第一信号之后预定时间周期内未
接收任何第二信号时,所述嵌入式控制器关闭所述主要电压调节器。

说明书

用于通用串行总线充电的低功率连接检测方法及?#20302;?/invention-title>

相关专利申请案

本申请案主张2014年8月20日申请的共有的第62/039,705号美国临时专利申请案
的优?#28909;ǎ?#20854;针对所有目的特此以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于接地面隔离、特定地说在通用串行总线(USB)环境中的接地
面隔离的方法及?#20302;場?br />

背景技术

个人计算机(PC)空间中对低功率消耗的递增需求正驱动客户在所有操作状态中
节约电力。此在休眠S4或S5状态(其中在用户看来膝上型计算机似乎被关闭)中尤其如此。
若干制造商也已定义称为已连接待机或“InstantGo”的新状态,所述新状态需要超低功率
操作。在任一状态中,通用串行总线子?#20302;?#22312;可消耗多少电力方面非常受限。在集线器的情
况下,其应消耗小于~1mW。在常规集线器中,无法达到所述电力量。当关闭时,集线器无法
执行电池充电握手,所以在“关闭”状态中?#20302;?#23454;际上失去对标准定义的电池充电1.2或对
装置特定充电的支持-即使电力在USB端口的Vbus接脚上仍可用。

第二问题是分配到USB端口充电的总电力预算。4个端口的充电支持可理论上接近
10A。大多数?#20302;?#26080;法支持此高电流预算。更易于控制的限制可为5A–2个端口可理论上消耗
其。

发明内容

因此,需要解决方案,所述解决方案可将用于支持电池充电的多端口USB集线器的
挂起及待机电流最小化,且因此帮助将供应电流限于最大值。

根据实施例,通用串行总线(USB)集线器可包括:USB集线器控制器;嵌入式控制
器,其经配置以在正常操作模式及低功率模式中操作且与所述USB集线器控制器耦?#24076;?#20854;中
所述嵌入式控制器经配置?#28304;?#24320;或关闭所述USB集线器控制器;至少一个USB端口连接器及
与所述USB集线器控制器耦合的相关端口电力控制装置及与所述嵌入式控制器耦合的相关
可控制旁路开关,所述开关经配置以当所述嵌入式控制器启用所述相关可控制旁路开关时
提供供应电压到所述至少一个USB端口连接器;具有至少一个输出的可控制电压供应调节
器单元,所述输出提供第一输出电压,其中所述至少一个输出可通过所述嵌入式控制器控
制成关闭,其中所述调节器的所述至少一个输出与所述至少一个USB端口连接器的端口电
力控制装置耦?#24076;?#21450;可编程电流监测器电路,其包括电流传感器,所述传感器与调节器单元
的所述至少一个输出耦?#24076;?#20854;中所述调节器单元包括内部第二供应电压调节器,所述调节
器提供第二供应电压到所述可编程电流监测器电路,其中在低功率模式期间,所述USB集线
器控制器及任何端口电力控制装置关闭且所述可编程电流监测器电路经进一步配置以通
过所述电流传感器及旁路开关提供所述第二供应电压到所述至少一个USB端口连接器,且
其中当USB装置插接到所述至少一个USB端口连接器时所述可编程电流监测器电路检测从
所述内部第二供应电压调节器通过所述至少一个USB端口连接器流动的电流且所述可编程
电流监测器电路经配置以唤醒所述嵌入式控制器。

根据进一步实施例,所述电流传感器可为分流电阻器,所述电阻器在所述调节器
单元的输出与所述至少一个USB端口连接器的端口电力控制装置之间连接。根据进一步实
施例,可编程电流监测器电路可具有可通过嵌入式控制器编程的电流阈值。根据进一步实
施例,所述可编程电流监测器电路可具有可编程内部定时器单元,所述定时器单元确定可
编程电流监测器何时在低功率待机模式中操作。根据进一步实施例,所述嵌入式控制器可
?#35874;?#21040;睡眠模式,且所述电流监测器电路经配置以当通过电流传感器的电流超过可编程电
流阈值时产生馈给到所述嵌入式控制器的唤醒信号。根据进一步实施例,所述嵌入式控制
器可在所述低功率模式期间关闭且仅通过电池接收电力,所述电流监测器电?#26041;?#19968;步包括
串联连接的电阻器及二极管,所述电阻器及所述二极管在内部第二供应电压调节器与调节
器单元的输出之间耦?#24076;?#25152;述输出用于提供所述第二供应电压到电流传感器。根据进一步
实施例,电阻器与二极管之间的节点可与嵌入式控制器的输入端口连接,且所述输入端口
经配置以唤醒嵌入式控制器。根据进一步实施例,可控制电压供应调节器可包括进一步可
控制输出,所述输出提供用于所述嵌入式控制器的供应电压,其中当所述嵌入式控制器唤
醒时,所述嵌入式控制器经配置?#28304;?#24320;所述进一步输出。根据进一步实施例,所述内部第二
供应电压调节器可为低压降调节器。根据进一步实施例,内部第二供应电压调节器的调节
电压可低于所述至少一个输出处的输出电压。根据进一步实施例,在USB端口连接器处检测
到插接事件后,所述嵌入式控制器可经配置以关闭所述旁路开关、打开所述可控制电压供
应调节器单元的输出且激活USB集线器控制器。根据进一步实施例,所述USB集线器可进一
步包括开关,所述开关与所述USB集线器控制器的电力供应输入耦合且接收用于所述USB集
线器控制器的供应电压,所述开关通过所述嵌入式控制器控制。根据进一步实施例,所述
USB集线器可进一步包括多个USB端口连接器、相关端口电力控制器及相关可控制旁路开
关。

根据另一实施例,用于操作包括多个USB端口的USB集线器的方法可包括以下步
骤:通过嵌入式控制器控制所述USB集线器以在低功率模式中操作,其中关闭USB集线器控
制器及所述USB端口的任何电力端口控制器,其中所述USB集线器汲取最小电流?#21796;?#25152;述嵌
入式控制器?#35874;?#21040;低功率模式;通过旁路开关将第二电压调节器与所述USB端口的相应USB
连接器耦合且监测通过所述第二电压调节器提供的电流,且当USB装置插接到所述至少一
个USB端口连接器时检测从所述第二电压调节器通过所述至少一个USB端口连接器流动的
电流,且当所述电流流动时唤醒所述嵌入式控制器。

根据方法的另一实施例,在唤醒后,所述嵌入式控制器可打开所述USB集线器控制
器、所述电力端口控制器且关闭所述旁路开关。根据所述方法的另一实施例,所述USB集线
器可包括可编程电流监测器电路,所述电流监测器电路具有可编程内部定时器单元,所述
定时器单元确定所述可编程电流监测器何时在低功率待机模式中操作,且所述方法可包括
以下步骤:编程所述电流监测器以定义操作周期,其中在所述操作周期的定义时间周期期
间,所述电流监测器是在低功率待机模式中且在剩余时间周期期间,所述电流监测器是在
正常操作模式中。根据所述方法的另一实施例,所述USB集线器控制器及所述电力端口控制
器可通过激活主要电压调节器单元打开。根据所述方法的另一实施例,所述USB集线器控制
器可?#35874;?#30005;力端口控制器的控制输入以起始电池充电协议。根据所述方法的另一实施例,
当在所述低功率模式中时,所述嵌入式控制器可通过电池供电且当在正常操作模式中时,
所述嵌入式控制器可通过主要电压调节器单元的可控制输出供电。根据所述方法的另一实
施例,所述可编程电流监测器电路可经配置以产生唤醒所述嵌入式控制器的第一信号,且
当超过可编程电流阈值时,产生第二信号。根据所述方法的另一实施例,当接收所述第一信
号时,所述嵌入式控制器可打开所述主要电压调节器且?#35874;?#21040;所述正常操作模式。根据所
述方法的另一实施例,当在已接收所述第一信号之后的预定时间周期内未接收任何第二信
号时,所述嵌入式控制器可关闭所述主要电压调节器。根据所述方法的另一实施例,当在低
功率模式中时,所述嵌入式控制器可消耗最小电流且其中可编程电流监测器装置经配置以
监测从所述第二电压调节器通过所述至少一个USB端口连接器流动的电流且其中当所述电
流超过可编程阈值时,所述可编程电流监测器装置产生信号,所述信号唤醒所述嵌入式控
制器。根据所述方法的另一实施例,当接收所述信号时,所述嵌入式控制器可打开所述主要
电压调节器且?#35874;?#21040;所述正常操作模式。根据所述方法的另一实施例,当在已接收所述第
一信号之后的预定时间周期内未接收任何第二信号时,所述嵌入式控制器可关闭所述主要
电压调节器。

附图说明

图1展示第一实施例的框图。

图2展示第二实施例的框图。

图3展示根据各种实施例的用于操作USB集线器的流程图。

具体实施方式

一般期望当USB集线器不使用中时,所述集线器?#25442;?#27762;取任何电流。在此情况中,
所述?#20302;?#36827;入挂起或待机,且电流汲取为最小。仅当检测到装置被附接时,才应该有电流流
动。

在USB环境中,存在多种电池充电规范。所有规范使用在数据线上的信令。即使当
无任何装置附接时,使用数据线的检测方案仍具有电流。

存在可通过感测负载电流来检测装置附接的USB电力控制器。所述USB电力控制器
是可行解决方案,但对于四端口USB集线器,需要四个USB电力控制器,这构成非常昂贵的解
决方案。

此外,因为USB电力控制器在5V下以每个端口高达2.4?#25165;?#30340;?#34892;?#30005;流操作,所以
此类装置无法被集成到USB集线器集成电路中。因此,因为用于集成电路USB集线器的65nm
工艺并非针?#28304;?#35268;范设计,所以集成将?#25442;?#38750;常成本?#34892;А?br />

根据各种实施例,可提供电路以将支持电池充电的多端口USB集线器的挂起及待
机电流最小化。

图1展示USB集线器电路的实施例。当在挂起/待机模式中时,电路100提供集线器
控制器150的完全断电,且电路100将常规端口电力控制器160用于所述集线器。电压调节器
单元110可接收输入电压且包括各种输出。电压控制器单元110可通过微控制器130来控制。
例如,第一3V输出可由微控制器控制?#28304;?#24320;或关闭,以提供电力到USB集线器控制器150及
电流监测器120。可提供第二3.3V输出(3V输出)以向所述微控制器提供供应电压,其可为永
久?#34892;?#30340;低压降调节器以向所述微控制器供电,或也可为可?#35874;?#30005;压调节器,其中电池135
(例如,硬币型电池)可用以在睡眠或低功率模式期间提供电力。当所述微控制器具有基本
上不汲取任何电流的睡眠模式时,使用电池的实施例可为非必需的。然而,诸多可用微控制
器可能不提供此规范。电压调节器单元110可进一步包括向电流监测器120供电的3.3V低压
降电压调节器。然而,在仅低压降电源被用于微控制器的情况下,相同输出也可向电流监测
器120供电。

也提供可?#35874;?V输出以用于通过相关端口电力控制器160向USB端口连接器170供
电。类似于第一3.3V输出(3V输出),微控制器130经配置?#28304;?#24320;或关闭此5V输出。电压调节
器单元110可进一步(例如)包括串行接口或任何其它合适接口以由微控制器130控制。由于
特定输出电压可被完全关闭,因此集线器150的电力消耗可实际上减少到零电流。

根据各种实施例,电流感测监测器120可用作集中装置以检测通过所述端口中的
任一者流动的电流。根据一个实施例,(例如)由本申请案的受让人制造的MCHP PAC1710可
用作?#34892;?#30005;流感测装置120。然而,可使用其它电流感测监测器。电流感测监测器120还可包
括串行接口或任何其它合适接口以与微控制器130通信。低值迹线电阻器或实际电阻器125
可置于电力路径中的印刷电路板(PCB)上。根据实施例,在检测到被附接的下游USB装置后,
电流感测监测器120可经设计以通过警示微控制器130起始?#20302;?#30340;更高电力模式。在此实施
例中,所述微控制器在深睡眠模式中通过所述低压降供应电压运行,且经配置使得其可通
过电流监测器120唤?#36873;?#25152;述USB集线器控制器150及所有的端口电力控制器被关闭。还关闭
5V输出电源。因此,电流接收器120可经配置以通过分流电阻器125供应所述低压降3V供应
电压到旁路单元175。旁路单元175是通过所述微控制器控制,且当所述微控制器在睡眠模
式中时,旁路单元175用所述低压降3V电力供应电压向USB连接器170供电,由此绕开端口电
力控制器160。一旦USB装置已与端口连接器170连接,将汲取可通过电流监测器检测的小电
流。所述电流监测器将接着唤醒微控制器130。微控制器130可接着改变集线器的操作方式,
(例如),将集线器从省电模式?#35874;?#21040;正常操作模式。例如,将打开3V输出供应电压与5V输出
供应电压。一旦所述?#20302;?#23436;全?#34892;В琔SB集线器150激活端口电力控制器160且开始通过相应
电力端口控制器160与所附接的下游装置进行正常电池充电协商。

根据一些实施例,特定地说当在低功率模式中使用电池用于向所述微控制器供电
时,所述微控制器可不能够通过从电流监测器120接收警示信号而唤?#36873;?#30001;于在低功率模式
中集线器控制器150与微控制器130必须?#34892;?#22320;降低电力以节约电力,因此需要首先检测
USB端口170上的插接事件以?#31169;?#35013;置是否在那里且是否需要充电。因此,在具有最小电流
的此实施例中,电压调节器单元110需要经配置以仅针对电流监测器120提供供应电压,其
中微控制器130仅从硬币型电池135汲取电流。

根据各种实施例,电流监测器120(例如,PAC1710)可用以(如图1中所示)检测端口
170上的USB附接事件且警示所述?#20302;?#30340;嵌入式控制器130。所述微控制器可接着发送信号
给所述电压调节器?#28304;?#24320;主3V输出电源及5V输出电源。此外,停用旁路单元175且微控制器
130现在可检查是否存在来自电流监测器120的警示信号。或者,所述警示信号可引起微控
制器130中的中断。如果USB集线器控制器150是在分开的可?#35874;?#30005;力供应线上,那么微控制
器130接着可决定打开所述USB集线器控制器的电力。

电压调节器单元110可经设计以允许控制器130接通分别向USB集线器控制器150
及(若干)端口电力控制器160供电的3V输出线及5V输出线,且如果实施,那么接通第二3V输
出线以提供电力到微控制器130自身用于正常操作。此外或替代地,所述控制器可断言相应
启用信号以选择性地打开所述电流监测器及USB集线器控制器150。

当触发事件发生且所述微控制器已启用集线器控制器150时,集线器控制器150将
(例如,经由PRT_PWR接脚)双态?#35874;籚BUS,且引起下游装置重新起始其电池充电(BC)请求。
此时,正常BC会话可开始。

根据各种实施例的所述电路具有以下益处:所述电路在任何面向下游端口(图1中
仅展示一个端口)上提供充电能力。所述?#20302;?#21487;意识到电流汲取,且嵌入式控制器130可通
过电流监测器120监测电池电量,以在达到最小阈值时停止充电,且甚至估计所述情况何时
将发生。因此,可提供低电流操作,(例如)使用经设计以在电流事件后警示微控制器130的
电流监测器120。例如,此模式中的电力消耗可为仅5uA(在睡眠中)及250uA(在读取模式期
间,其中所述微控制器是唤醒的),其中电力端口控制器160一般各自需要150uA。

根据如图1及2中所示的各种实施例,可提供非常低功率的?#20302;?#32423;解决方案。所述
电路可基于?#20302;?#35774;计电流阈值来切断端口。此可通过?#20302;?#22320;切断所述端口以查看哪些端口
影响电流汲取,由此指示已用/未使用端口?#35789;?#29616;。?#31169;?#20915;设计具有固定量的电流(可为小
于“可”提供到多个端口的电流)的?#20302;?#30340;问题。就总成本而言,根据各种实施例的电路可对
于4端口解决方案提供超过使用4个“智能型”电力端口控制器的显著材料成本节约。

根据图2,展示使用微控制器的“n”端口USB集线器200的示范性电路图,所述微控
制器具有针对低功率关闭模式的第二电池电源。可实施任何数量的端口。DC-DC调节器110
提供各种供应电压。针对嵌入式控制器130的正常操作提供第一3V供应电压。第二3V供应电
压向电流监测装置120供电,且经由FET开关180向USB集线器控制器150供电。可提供分别的
1.2V调节器140以针对USB集线器150产生低核心供应电压。电流监测装置120是与分流电阻
器125(优选具有非常低的电阻)耦?#24076;?#25152;述电阻器经布置于调节器110的主5V输出与各种
USB端口控制器160及连接器170之间。此外,电流监测器120产生馈给到嵌入式控制器130的
警示信号。然而,如下文将更详?#38468;饈停司?#31034;信号将不能够唤醒微控制器130本身。嵌入式
控制器还通过串行接口(例如,如图1中所示的SMBus接口)与电流监测器120耦合。嵌入式控
制器130可通过此串行接口配置电流监测器且设定适当电流阈值。嵌入式控制器130产生输
出信号以控制FET开关180。

以下元件提供低功率?#20302;?#32423;电流事件检测。DC-DC调节器110具有通过电阻器115
与嵌入式控制器130的输入耦合的3.3V低压降调节器输出3VLP。此3.3V LDO输出3VLP进一
步通过二极管190与主5V调节器输出轨耦合。此外,电容器112可被设置在电阻器115与接地
之间。所述LDO输出提供低电流源(当所述?#20302;?#22312;非常低电流模式中时,所述电流源打开)。
可使用其它低电流检测器电路。

每个端口包括标准电力端口控制器160及USB连接器170。每个USB连接器170的数
据线与USB集线器150耦合。每个电力端口控制器160从由DC-DC调节器110提供的主5V供应
电压提供供应电压到其相关USB连接器170。可通过由所述微控制器输出信号PPC_PYPASS控
制的FET 175旁路每个电力端口控制器160。还可通过将FET 175的栅极与其源极耦合的电
阻器馈给所述PPC_BYPASS信号。

在非常低功率模式中,关闭所述主3V输出及所述主5V输出,关闭开关180且所述
3V_COIN电源供应电力到嵌入式控制器,所述控制器是在“关闭模式”中或深睡眠模式中且
从其硬币型电池汲取非常少的电流(例如,8μA)。3VLP是在此模式中打开的仅有的电压源–
提供高达250μA的电流到电流感测监测器120。

电流监测器120可在需要非常少的电流(例如,5uA)的睡眠模式及需要更高电流
(例如,250uA的电流)的正常操作模式中操作。为减少电力消?#27169;?#30005;流监测器120将在一些时
间内循?#26041;?#20837;或退出其睡眠模式中,导致大于5uA但远小于250uA。例如,根据实施例,电流
监测器120可经设计以依据其自身的内部定时器从睡眠模式唤?#36873;?#20026;此目的,电流监测器
120可经编程以设定打开时间及关闭时间的比率。例如,所述电流监测器可经编程以在95%
的时间睡眠且仅在5%的时间唤?#36873;?#27492;设定将导?#28388;?#26102;间大约17.25uA的平均电流消耗。

当所述?#20302;?#22312;低功率模式中时,所述PPC_BYPASS信号为高–迫使到USB端口170的
电流通过旁路FET 175来自3VLP。一旦USB装置插接到所述四个端口中的一者,?#31169;?#31435;刻引
起连接到电阻器115与电容器112之间的节点的控制器130的输入上的低信号。所述嵌入式
控制器将检测此(例如,接收改变后中断信号)且因为所述输入(VCI_IN)从所述硬币型电池
获取能量,所以唤?#36873;?#22914;上文所提及,当通过3V_COIN供应时,所述微控制器不能够由此实施
例中的任何其它信号激活。嵌入式控制器130现在可通过打开DC-DC调节器110且关闭PPC_
BYPASS而激活所述主5V供应电压及所述主3V供应电压。DC-DC控制器110可通过控制器130
控制以个别打开所述主5V输出及所述第二3V输出。DC-DC调节器110经激活以输出用于可通
过集线器150个别激活的电力端口控制器160的主5V供应电压。此外,可激活USB集线器150,
且可唤醒整个?#20302;常?#25110;可仅给个别端口供电以用于充电而剩余?#20302;?#30041;在睡眠模式中。再次,
一旦所述微控制器完全唤?#20122;?#31471;口电力控制器160激活伴随旁路单元175停用,集中电流监
测装置120可被设定成在正常模式中操作且可检测电流流动且警示微控制器采取进一步行
动。

如图1及2中所示,一旦所述微控制器及调节器110完全激活,嵌入式控制器130可
通过电流监测器120确定通过其串行接口的电流且决定进一步行动。所述微控制器可(例
如)通过USB集线器150个别地打开或关闭特定端口。在一些实施例,电流监测器120可发送
信号到所述嵌入式控制器,指示已超过阈值,且所述控制器可接着激活USB集线器150或控
制所述集线器以执行特定功能。在其它实施例中,微控制器130可轮询电流监测器120。USB
集线器控制器150可接着双态?#35874;?#31471;口电力控制器160上的PRT_PWR输入。每个电力端口控
制器160可包括与USB集线器控制器150连接的过电流感测输出(OCS#)。一旦所述PRT_PWR已
由集线器150双态?#35874;唬?#30456;应USB装置可开始协商电池充电配置文件且开始充电。如果装置
电流下降到低于阈值或未插接,那么电流监测器120解除断言所述警示信号。在此时,所述
微控制器可关闭开关180,告知DC-DC调节器110关闭主轨3V_MAIN及5V_MAIN,且停止将PPC_
BYPASS下拉。此保持3VLP轨打开且将?#20302;?#35774;定回到初始状态。

图3展示示范性操作流程图。在步骤300中,初始状态定义所述DC-DC调节器关闭且
低压降调节器打开。功率FET 180关闭,如果微控制器的睡眠电流足够低,那么微控制器也
关闭且由电池或低压降调节器供应。还关闭主机(未展示)且关闭集线器控制器150。关闭所
有端口电力控制器160且打开旁路单元。

将假定没有任何装置插接到连接器170中的任一者中,因此,仅电流监测器120当
置于睡眠模式中时汲取(例如)5uA的最小电流或当在循环模式中(如上文所描述95%关闭/
5%打开)操作时汲取17.25uA。在步骤310中,插接事件在USB连接器170中的一者处发生。所
述经插接的USB装置可提出电池充电请求,然而,归因于USB集线器的断电状态,没有任何事
情发生。然而,归因于插接,通过旁路单元175从低压降调节器接收3.3V供应电压的USB供应
电压线将汲取在步骤320中检测的小量电流。此还引起微控制器130的唤醒,所述唤醒将继
而打开DC-DC调节器。在步骤330中,通过分流器125的电流是由电流监测器120检查。在所述
电流低于可编程阈值的情况下,将?#25442;?#26029;言所述警示信号且因此在步骤340中,所述微控制
器可标记所述事件并非充电请求,且关闭DC-DC调节器单元110。集线器可经配置以仅在已
打开主供应电压之后在预定时间周期?#21387;?#32780;没有任何电流超过阈值(警示信号保持解除断
言)之后到达步骤340。

在所汲取的电流高于所述阈值的情况下,接?#26049;?#27493;骤350中,电流监测器120将断
言警示信号且微控制器130可对FET 180通电(其还将对集线器控制器150通电)。在步骤360
中,集线器控制器150将双态?#35874;?#27599;个端口的PRT_PWR且进入专用充电端口(DCP)模式。在步
骤370中,USB装置将协商电池充电配置文件以对其电池充电。在步骤380中,将检查装置电
流是否下降到低于阈值或装置是否被拔下。如果是,那么例程跳到步骤390,其中所述警示
信号将被解除断言且微控制器可决定进一步行动(例如返回到初始状态且关闭所有电源)。

在微控制器130包括仅汲取非常低的电流的睡眠模式的情况下,微控制器可由还
提供电力到电流监测器的低压降调节器供电。然而,仅在微控制器在正常操作模式中不需
要太多电力?#20197;?#35768;在正常操作期间使用低压降调节器作为主电源的情况下,此实施例才是
可行的。

电力及成本节约实例:

常规4端口电池充电集线器及简单端口电力控制器:在3.3V下3mA~5mA=10mW到
17mW。

常规4端口电池充电集线器及根据各种实施例的电流感测端口电力控制器?#22909;?#20010;
端口:在5V下150uA=0.75mW。因此,对于4端口解决方案:4X 0.75=3mW。

根据各种实施例的所提出的解决方案:挂起功率=在5V下5uA=0.025mW。节约随
端口的数量按比例增长。

如上所述,各种实施例还提供显著成本节约,因为当实施四端口集线器时,使用电
流传感器替代多个端口电力控制器提供高达50%的成本节约。

关于本文
本文标题:用于通用串行总线充电的低功率连接检测方法及?#20302;?pdf
链接地址:http://www.pqiex.tw/p-6091769.html

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