專利名稱：一種接口裝置以及基于該接口裝置的電壓處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓處理技術(shù)，特別涉及一種防止由于瞬間電壓過高而對設(shè) 備造成損害的接口裝置及基于該接口裝置的電壓處理方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，當接口模塊通過接口連接到電源的瞬間，經(jīng)常會出現(xiàn)電源輸 出電壓過高的問題，如果該輸出的電壓值超過接口模塊所能承受的最大電壓值， 則會造成接口模塊被損害，從而不能正常使用。以所述接口模塊為通用串行總線(USB， Universal Serial Bus)芯片為例PXA310核心板采用的USB集成電路(IC， Integrated circuit)為美國史恩 希(SMSC)的USB3318芯片。該芯片的特點是使用USB 2.0收發(fā)器宏單元接 口+低引腳數(shù)接口 (ULPI， USB 2.0 Transceiver Macrocell Interface + Low Pin Interface )，支持即插即用(OTG, On-the-Go )，支持USB 2.0高速版(High Speed )。 目前業(yè)界具有相同功能的芯片還有恩智浦半導體(NXP)的ISR1504C芯片等。 在PXA310核心板的使用過程中發(fā)現(xiàn)，插拔USB數(shù)據(jù)線(Cable)很容易造成 USB3318芯片被擊穿，具體原因分析如下圖1為現(xiàn)有USB3318芯片的電路圖。如圖l所示，該USB3318芯片共包 括25個管腳(PIN),其中與本發(fā)明相關(guān)的為2PIN、 3PIN和4PIN,即VBUS 管腳、VBAT管腳和VD3P3管腳。VBUS管腳的一端連接VBUS電源，另一端 連接USB3318芯片內(nèi)部的一些元件(未圖示)。VBAT管腳為USB3318芯片的 輸入管腳， 一端連接VBUS電源，另一端連接USB3318芯片內(nèi)部的低壓差線 性穩(wěn)壓器(LDO， Low Dropout Regulator)(未圖示)。VD3P3管腳為USB3318 芯片的輸出管腳， 一端連接USB3318芯片內(nèi)部的LDO,也就是說，LDO連接在VBAT和VD3P3管腳之間，如圖2所示；同時，VD3P3管腳的另一端通過 旁路電容C，接地，旁路電容C，的功能主要是用于進行一些小的濾波。依據(jù)USB3318的系統(tǒng)性能評估測試(SPEC, System Performance Evaluation Corporation)可知，VBUS和VBAT兩個管腳所能承受的絕對最大電壓值均為 6V，但是，在實際應用中，當USB3318芯片初始插入USB接口的瞬間，VBUS 電源提供的電壓通常會高于6V，即產(chǎn)生浪涌電壓。這種情況下，就會造成 USB33i8芯片被擊穿，使得該芯片不能正常工作。舉例說明VD3P3管腳輸出 的電壓是通過USB3318芯片內(nèi)部的LDO產(chǎn)生的，正常情況下，該電壓值為3.3V， 但是，如果VBAT管腳電壓過高，就會擊穿LDO，造成LDO損壞，此時，VD3P3 管腳將會沒有電壓輸出。如圖3所示，圖3為現(xiàn)有VBAT管腳浪涌電壓示意圖， 通過示波器測量得到。在USB3318芯片插入USB接口后的瞬間，由于浪涌原 因，VBAT管腳的電壓達到6.81V，且在6V以上的持續(xù)時間大概為3us左右， 電壓值已經(jīng)超出了 VBAT管腳所能承受的絕對最大電壓值，所以導致USB3318 芯片內(nèi)部的LDCM皮擊穿。類似的情況也會出現(xiàn)在VBUS管腳上。針對上述問題，傳統(tǒng)的解決方法是在VBUS電源端加入電容和電阻，如圖 1所示，在VBUS電源與VBUS管腳之間連接一電阻R57,同時在VBUS電源際需要或根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置。比如，圖1中電阻R57的阻值設(shè)為820 Q,電容C70 的容值設(shè)為4.7uF。利用電阻R57的阻止電流功能以及電容C70的舒緩電壓功 能來達到防止產(chǎn)生浪涌電壓的目的。另外，如圖1所示，VBAT管腳與VBUS 電源之間連接有一電阻R38,其阻值為0Q，也就是說，該電阻R38只是起到無 阻連通作用，但這樣設(shè)置的好處在于便于后續(xù)調(diào)試。另外，還可以在圖1所示電路的基礎(chǔ)進行改進，如圖4所示，圖4為在圖 1的基礎(chǔ)上進行改進后的防止產(chǎn)生浪涌電壓的電路示意圖。與圖1相比，圖4 所示電路中在VBUS電源端進一步增加了一個穩(wěn)壓二極管D7，該穩(wěn)壓二極管 D7的一端接地，另一端與電阻R57以及VBUS管腳相連，其作用在于將電壓頁穩(wěn)定在5.1V以下，以防止USB3318芯片被擊穿。另夕卜，圖4所示電路中，為 了更好的防止產(chǎn)生浪涌電壓，將與VBAT管腳相連的電源由VBUS電源改為了 系統(tǒng)電源V一SYS，用于提供4.5V的系統(tǒng)電壓。上述圖1和圖4所示電路雖然能夠在一定程度上達到防止產(chǎn)生浪涌電壓的 目的，但是，在實際應用中，也會存在一系列的問題，比如1) 加電阻雖然能夠起到阻止電流的作用，但是電阻的存在會消耗電流，這 對系統(tǒng)功耗來說是一個浪費。 '2) 電容的加入是為了舒緩電壓，但是如果容值較小，就可能起不到舒緩電 壓的作用，如果容值較大，又可能會引起浪涌電流的問題。通常，穩(wěn)定工作時， VBUS電源能夠提供小于500mA的電流，如果大于這個值，則會出現(xiàn)浪涌電流 問題，其危害效果和浪涌電壓類似。3) 即使容值選擇合適，也會存在出現(xiàn)浪涌電壓的可能，因為無論是電阻還 是電容，其取值都是有一定的適用范圍的。比如，當前"^殳置的阻值和容值可能 能夠抑制圖3所示6.81V以下的浪涌電壓，但圖3所示^f義為舉例說明，在實際 應用中，浪涌電壓的具體值也可能是7.8V或9V等多種情況，所以對于這些情 況，所設(shè)置的電阻和電容可能就不能再起到相應的作用。也就是說，在VBUS 電源端設(shè)置電阻和電容這種方式只是降低了產(chǎn)生浪涌電壓的概率，但并不能從 根本上解決問題。4) 穩(wěn)壓二極管雖然能夠起到穩(wěn)壓作用，但其響應時間較慢，而浪涌電壓通 常出現(xiàn)在USB3318芯片初始插入USB接口的瞬間，所以穩(wěn)壓二極管可能根本 起不到作用。5) 圖4所示方式中，雖然VBAT管腳所連接的是4.5V的系統(tǒng)電壓，但通 過實驗發(fā)現(xiàn)，USB3318芯片初始插入USB接口的瞬間，系統(tǒng)電壓也會出現(xiàn)突 然的上升，高于6V。上述僅以USB芯片為例進行說明，在實際應用中，其它接口模塊，比如電 源管理芯片(PMU)，在其與電源相連接后，也可能會出現(xiàn)電源輸出電壓過高的問題，如果輸出的電壓值超出PMU芯片自身所能承受的最大電壓值，也會 對PMU芯片造成損害。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種接口裝置，能夠完全避免接 口模塊與電源相連接的瞬間由于電源輸出電壓過高而對接口模塊造成的損害。本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述接口裝置的電壓處理方法，能夠完全避免接口模塊與電源相連接的瞬間由于電源輸出電壓過高而對接口模塊造成的損害。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種接口裝置，包括接口模塊以及為接口模塊進行供電的電源；該裝置還包括低壓差線性穩(wěn)壓器LDO;所述LDO的輸入管腳與所述電源相連，輸出管腳與所述接口模塊相連； 所述LDO用于將由所述電源輸入的電壓延遲后輸出給所述接口模塊。 一種基于上述接口裝置的電壓處理方法，該方法包括 所述LDO接收來自所述電源的電壓，將所述電壓進行延遲后輸出給所述接口模塊。可見，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，在電源與接口模塊之間連接一個LDO，利 用LDO的輸出延遲特性，避開接口模塊與電源相連接之后過高電壓出現(xiàn)的時 間，從而避免了對接口模塊所造成的損害。


圖1為現(xiàn)有USB3318芯片的電路圖。圖2為現(xiàn)有USB3318芯片內(nèi)部連接方式示意圖。圖3為現(xiàn)有VBAT管腳浪涌電壓示意圖。圖4為在圖1的基礎(chǔ)上進行改進后的防止產(chǎn)生浪涌電壓的電路示意圖。圖5為現(xiàn)有LDO的輸出延遲特性示意圖。 圖6為本發(fā)明接口裝置實施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7~9為圖6所示接口裝置的三種擴展方式示意圖。 圖IO為本發(fā)明接口裝置較佳實施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖。 圖11為圖IO所示裝置對應的實際電路圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實 施例，對本發(fā)明作進一步地詳細說明。為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明中提出一種全新的電壓處理方 案?，F(xiàn)有技術(shù)中，LDO主要作為電源芯片使用，比如，在圖1所示USB3318 芯片中，LDO用于將VBAT管腳輸入的電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓后，輸出給 VD3P3管腳。但LDO本身還具備一種輸出延遲特性，如圖5所示，圖5為 現(xiàn)有LDO輸出延遲特性示意圖?？梢钥闯?，LDO在4妾收到輸入電壓后，并 不是立即進行輸出，而是有一定的響應時間，等輸入電壓穩(wěn)定后才緩慢開始 自身的輸出過程，直至輸出電壓穩(wěn)定在某一個值。從圖5中可以看出，這段 響應時間大概為20us左右。本發(fā)明所述方案就是利用LDO的這種輸出延遲 特性，來達到防止由于瞬間電壓過高而對設(shè)備造成的損害問題。具體實現(xiàn)方式如圖6所示。圖6為本發(fā)明接口裝置實施例的組成結(jié)構(gòu)示 意圖，在接口模塊與電源之間連接一個LDO，該LDO的輸入管腳與電源相 連，輸出管腳與接口模塊相連，用于將由電源輸入的電壓延遲后輸出給接口 模塊。另外，如圖7所示，還可以在LDO的輸出管腳與接口模塊之間連接 一阻值為0歐姆的電阻，這樣，當LDO輸出管腳輸出的電壓大于要求的電 壓時，即可以斷開該0歐姆電阻，以對接口模塊進行保護。此外，如圖8所 示，還可以在接口模塊上連接一旁路電容，用于對輸入接口模塊的電壓進行 濾波 再有，如圖9所示，還可以在接口模塊上連接一固定電壓值的電源， 比如電壓值為3V的電源，該電源與接口模塊之間連接一處于不貼(TBD)狀態(tài)的電阻，當LDO輸出管腳的輸出電壓大于要求的電壓時，可將該處于不貼狀態(tài)的電阻設(shè)置為連接狀態(tài)，由固定電壓值的電源為接口模塊進行供電。可以看出，上述圖7、 8和9所示裝置是在圖6所示裝置的基礎(chǔ)上分別 作的進一步擴展。在實際應用中，當需要對圖6所示裝置進行擴展時，可以 只采用圖7、 8和9中的一種擴展方式，也可以采用其中任意兩種擴展方式 的組合，還可以同時采用全部三種擴展方式，視實際需要而定。另外，上述圖6、 7、 8和9中所述的接口模塊可以包括以太網(wǎng)接口芯片 以及串口芯片等各種硬件數(shù)據(jù)接口芯片，如USB芯片等。下面即以接口模塊為USB芯片，電源為VBUS電源為例，對本發(fā)明所 述方案作進一步地詳細說明本領(lǐng)域乂^知，浪涌電壓通常出現(xiàn)在USB芯片初始插入USB 4姿口后的3 ~ 10us這一時間段內(nèi)，結(jié)合LDO的輸出延遲特性可知，如果將浪涌電壓作為 LDO的輸入，那么在3 ~ 10us這一時間段內(nèi)，LDO還沒有開始進行電壓輸 出；而當經(jīng)過20us左右，LDO開始進行輸出時，輸入電壓已經(jīng)穩(wěn)定，即完 全避開了浪涌電壓的出現(xiàn)時間?；谏鲜鏊枷耄瑘DIO為本發(fā)明接口裝置較佳實施例的組成結(jié)構(gòu)示意圖。 如圖IO所示，該裝置包括USB芯片、VBUS電源，以及LDO。 LDO的輸 入管腳與VBUS電源相連，輸出管腳與USB芯片的VBUS以及VBAT管腳 相連；LDO用于將由VBUS電源輸入的電壓延遲后輸出給VBUS和VBAT 管腳。其中，LDO的輸出管腳與VBUS管腳直接相連；LDO的輸出管腳與 VBAT管腳之間連接有一阻值為0歐姆的電阻R，以便于后續(xù)調(diào)試。圖11為圖IO所示裝置對應的實際電路圖，假設(shè)圖10中所示的USB芯 片為USB3318芯片。如圖11所示，在USB3318與VBUS電源之間連接一 LDO。該LDO包括5個管腳，分別為輸入(VIN)管腳、接地(GND )管 腳、使能(EN)管腳、輸出(VOUT)管腳以及不接(NC)管腳。其中， VIN管腳與VBUS電源相連；VOUT管腳與USB3318芯片的VBUS以及VBAT管腳相連。進一步地，還可以在VOUT管腳與VBAT管腳之間連接 一阻值為0Q的電阻R42,以方便進行后續(xù)調(diào)試，比如，如果發(fā)現(xiàn)本發(fā)明所 述方案仍然不能防止浪涌電壓的產(chǎn)生，那么則可以將電阻R42處的連接斷 開，以實現(xiàn)對VBAT管腳的保護。另外，如圖ll所示，還可以在VBAT管 腳上連接一旁路電容C80，該旁路電容C80的作用與VD3P3管腳所連接的 旁路電容C^p的作用相同，其容值可根據(jù)需要進行設(shè)置，如0.1uF等。再有， 還可以在VBAT管腳上連接一電壓值為3V的電源VCC—3V(當然，也可以 根據(jù)需要設(shè)置為其它電壓值)，該電源VCC—3V與VBAT管腳之間連接有 一處于不貼狀態(tài)的電阻R38。這里所提到的不貼，是指電阻R38處的連接處 于斷開狀態(tài)，換句話說，其實電源VCC—3V在圖11所示電路中并沒有起到 任何作用。但之所以要按照這種方式進行設(shè)計，是為了方便后續(xù)的實驗，比 如，如果發(fā)現(xiàn)本發(fā)明所述方案仍然不能防止浪涌電壓的產(chǎn)生，那么可以將電 阻R38設(shè)置為連接狀態(tài)，然后試驗一下直接由電源VCC—3V為VBAT管腳 提供電壓是否可行。需要說明的是，在實際應用中，除了 USB芯片插入USB接口的瞬間， 其它情況下，比如從USB接口中拔出USB芯片時的人為抖動，或者在USB 芯片與USB接口連接的狀態(tài)下，由于某種原因?qū)е碌腢SB芯片晃動等可能 引起瞬間通斷的情況都可能導致浪涌電壓的出現(xiàn)，對于這些情況，本發(fā)明所 述方案將同樣適用。而且，上述僅以USB芯片為例進行說明，對于其它各 種硬件數(shù)據(jù)接口芯片，比如以太網(wǎng)接口芯片以及串口芯片等，本發(fā)明所述方 案也將同樣適用，具體實現(xiàn)不再贅述?；谏鲜鲅b置，本發(fā)明同時提供了一種電壓處理方法，包括在電源與 接口模塊之間連接一 LDO,該LDO的輸入管腳與電源相連，輸出管腳與接 口模塊相連；LDO接收來自電源的電壓，并將該電壓進行延遲后輸出給接 口模塊。另外，還可以在該方法的基礎(chǔ)上進行擴展，比如在LDO的輸出 管腳與接口模塊之間連接一阻值為0歐姆的電阻，這樣，當LDO輸出管腳輸出的電壓大于要求的電壓時，即可以斷開該0歐姆電阻，以對接口模塊進行保護；或者，在接口模塊上連接有一旁路電容，用于對輸入接口模塊的電 壓進行濾波；再有，還可以在接口模塊上連接一固定電壓值的電源，該固定 電壓值的電源與接口模塊之間連接一處于不貼狀態(tài)的電阻，當LDO輸出管 腳的輸出電壓大于要求的電壓時，可將該處于不貼狀態(tài)的電阻設(shè)置為連接狀 態(tài)，由固定電壓值的電源為接口模塊進行供電。在實際應用中，可以只采用 其中的一種擴展方式，也可以采用其中任意兩種擴展方式的組合，還可以同 時釆用全部三種擴展方式，視實際需要而定?？傊?，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，利用LDO的輸出延遲特性，避開了接口模 塊與電源相連接后過高電壓的出現(xiàn)時間，從而避免了對接口模塊所造成的損害。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的 保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改 進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種接口裝置，包括接口模塊及為接口模塊進行供電的電源，其特征在于，該裝置還包括低壓差線性穩(wěn)壓器LDO；所述LDO的輸入管腳與所述電源相連，輸出管腳與所述接口模塊相連；所述LDO用于將由所述電源輸入的電壓延遲后輸出給所述接口模塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述接口模塊為通用串 行總線USB芯片，所述電源為VBUS電源；所述LDO的輸入管腳與所述 VBUS電源相連，輸出管腳與所述USB芯片的VBUS以及VBAT管腳相連；VBAT管腳。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述LDO的輸出管腳與 所述VBAT管腳之間進一步連接有一阻值為0歐姆的電阻。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述VBAT管腳上 進一步連接有一旁路電容。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述VBAT管腳上 進一步連接有一 固定電壓值的電源，所述電源與所述VBAT管腳之間連接有 一處于不貼狀態(tài)的電阻。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述固定電壓值為3伏。
7、 一種基于權(quán)利要求1所述接口裝置的電壓處理方法，其特征在于， 該方法包括所述LDO接收來自所述電源的電壓，將所述電壓進行延遲后輸出給所 述接口模塊。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述接口模塊為通用串 行總線USB芯片，所述電源為VBUS電源；所述LDO的輸入管腳與所述 VBUS電源相連，輸出管腳與所述USB芯片的VBUS以及VBAT管腳相連； 所述LDO接收來自所述電源的電壓，將所述電壓進行延遲后輸出給所述接口模塊包括所述LDO接收來自所述VBUS電源的電壓，將所述電壓進行延遲后輸 出給所述VBUS以及VBAT管腳。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括 在所述LDO輸出管腳與所述VBAT管腳之間連接一阻值為0歐姆的電阻；當所述LDO輸出管腳的輸出電壓大于要求的電壓時，斷開所述0歐姆 電阻。
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10、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括 在所述VBAT管腳上連接上連接一旁路電容，由所述旁路電容對輸入所述VBAT管腳的電壓進行濾波。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括 在所述VBAT管腳上連接一固定電壓值的電源，并在所述固定電壓值的電源以及所述V B A T管腳之間設(shè)置 一 處于不貼狀態(tài)的電阻；當所述LDO輸出管腳的輸出電壓大于要求的電壓時，將所述處于不貼 狀態(tài)的電阻設(shè)置為連接狀態(tài)，由所述固定電壓值的電源為所述VBAT管腳進 行供電。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述固定電壓值為3伏。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種接口裝置，包括接口模塊以及為接口模塊進行供電的電源；此外還包括低壓差線性穩(wěn)壓器LDO；所述LDO的輸入管腳與所述電源相連，輸出管腳與所述接口模塊相連；所述LDO用于將由所述電源輸入的電壓延遲后輸出給所述接口模塊。本發(fā)明同時公開了一種基于所述接口裝置的電壓處理方法。應用本發(fā)明所述的裝置和方法，能夠避免接口模塊與電源相連接的瞬間由于電源輸出電壓過高而對接口模塊造成的損害。
文檔編號G06F13/40GK101334764SQ200810117140
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者宋海峰, 輝 張, 王西強 申請人:北京創(chuàng)毅視訊科技有限公司