專利名稱：用于usb設(shè)備的自適應(yīng)反饋和功率控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于通用串行總線(USB)設(shè)備的功率控制，并且更具體地涉及一 種用于給USB設(shè)備的外加電壓充電的自適應(yīng)反饋功率控制的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
通用串行總線(USB)被設(shè)計(jì)用于允許將多種外圍設(shè)備連接至主機(jī)系統(tǒng)。USB使用 單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化接口插槽以通過允許連接和斷開設(shè)備而無需重啟計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來提高即插即用 的能力。USB已經(jīng)成為用于多種外圍設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)連接方法。例如，USB經(jīng)常被用于連接計(jì) 算機(jī)外圍設(shè)備，譬如計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)、鍵盤、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、游戲鍵盤和/或手柄、掃描儀、 數(shù)碼相機(jī)、打印機(jī)、通信端口(例如串行、并行等)、個(gè)人媒體播放器、閃存驅(qū)動(dòng)器、存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng) 器、移動(dòng)電話(例如蜂窩電話和類似產(chǎn)品)等。USB連接可以被用于通信或者被用于提供功 率(例如給便攜設(shè)備的電池充電)或者兩者兼有。USB最初被設(shè)計(jì)用于將外圍設(shè)備連接至 個(gè)人計(jì)算機(jī)，但是USB已經(jīng)在例如PDA、手持設(shè)備、視頻游戲控制臺、移動(dòng)電話、汽車音響等 其他設(shè)備上變得很常見。USB目前由USB 2.0規(guī)范描述，它包括了早期的USB 1. 1規(guī)范并且 它還引入了更高的第三種速度。未來的USB規(guī)范(例如預(yù)期的USB 3.0規(guī)范)計(jì)劃用于提 供更強(qiáng)的能力和/或更高的速度。移動(dòng)USB(0TG，USB On-The-Go)是USB 2. 0規(guī)范的補(bǔ)充，其允許兩個(gè)USB設(shè)備無需 主機(jī)系統(tǒng)的服務(wù)即可進(jìn)行通信。USB-OTG保留了標(biāo)準(zhǔn)USB的主機(jī)和外設(shè)模式，其中一臺主 機(jī)與一個(gè)或多個(gè)USB外圍設(shè)備通信。例如個(gè)人計(jì)算機(jī)等的某些設(shè)備可以被設(shè)置為僅用作主 機(jī)操作，而多種常規(guī)外圍設(shè)備可以被設(shè)置為僅用作外圍設(shè)備操作。OTG引入了雙角色設(shè)備 (DRD)，其中至少一個(gè)設(shè)備能夠作為主機(jī)或者作為外設(shè)工作，并且最初指定或默認(rèn)的角色可 以交換。一旦連接之后，OTG DRD設(shè)備可以利用主機(jī)協(xié)商協(xié)議(HNP)來改變主機(jī)/外設(shè)的角 色。在某些結(jié)構(gòu)中，電纜取向決定了耦合的設(shè)備的最初或默認(rèn)角色。如果需要交換角色或 者如果電纜取向?yàn)榉聪?例如在僅為外設(shè)式的設(shè)備根據(jù)電纜取向被確定為初始主機(jī)設(shè)備 時(shí))，HNP能夠與電纜取向無關(guān)地使設(shè)備角色自動(dòng)并且悄無聲息地交換并且不需要反接USB 電纜。主機(jī)設(shè)備通過USB電纜為外圍設(shè)備提供功率。主機(jī)設(shè)備或OTG DRD設(shè)備通常包括 用于調(diào)節(jié)設(shè)備電路的供電電壓的內(nèi)部功率調(diào)節(jié)器。該設(shè)備進(jìn)一步包括用于通過USB電纜連 接外部設(shè)備的USB電路和USB端口。USB電路包括用于通過USB端口和電纜與其他設(shè)備通 信的USB收發(fā)器。USB端口和電纜包括用于提供或接收功率的VBUS信號和接地信號。如 果USB設(shè)備是用作外圍設(shè)備的OTGDRD設(shè)備，或者如果它是僅為外設(shè)型的設(shè)備，那么外部主 機(jī)就通過USB端口給USB收發(fā)器提供功率。但是，如果USB設(shè)備用作主機(jī)設(shè)備，那么設(shè)備自 身即可給其收發(fā)器提供功率并且通過USB端口給外部設(shè)備提供功率。主機(jī)(除了設(shè)備的內(nèi) 部功率調(diào)節(jié)器以外)可以具有兩個(gè)額外的調(diào)節(jié)器，包括用于給內(nèi)部USB收發(fā)器提供功率的 第一調(diào)節(jié)器和用于給外部設(shè)備提供功率的第二調(diào)節(jié)器。這樣的結(jié)構(gòu)相對低效并且昂貴。希 望使用設(shè)備的內(nèi)部功率調(diào)節(jié)器以高效和節(jié)約成本的方式給內(nèi)部USB收發(fā)器和外部設(shè)備提供功率。這種電源結(jié)構(gòu)應(yīng)該以避免調(diào)節(jié)器電壓驟降或過沖這樣的方式實(shí)現(xiàn)，否則就可能會(huì) 導(dǎo)致USB設(shè)備的工作不穩(wěn)定和/或不可靠。


參照以下說明和附圖可以更好地理解本發(fā)明的好處、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的包括USB電路的USB-OTG設(shè)備的簡化框圖；圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例可以被用作圖1中USB功率控制電路的USB功率控制電路 的示意圖和框圖；圖3根據(jù)示例性實(shí)施例示出了圖2中控制器的示例性操作的狀態(tài)圖，用于控制開 關(guān)SW1-SW5在USB關(guān)閉模式、USB外設(shè)模式、充電模式和USB主機(jī)工作模式之間切換；圖4、5和6是分別示出了圖3中的開關(guān)SW1-SW5用于USB外設(shè)模式、充電模式和 USB主機(jī)模式的相應(yīng)狀態(tài)的簡化示意圖和框圖；圖7是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例也可以被用作圖1中USB功率控制電路的USB功率控制 電路的示意圖和框圖；圖8根據(jù)示例性實(shí)施例示出了圖7中控制器的示例性操作的狀態(tài)圖，用于控制開 關(guān)SW1-SW4在USB關(guān)閉、USB外設(shè)、充電和USB主機(jī)工作模式之間切換；圖9、10和11是分別示出了圖8中的開關(guān)SW1-SW4用于USB外設(shè)模式、充電模式 和USB主機(jī)模式的相應(yīng)狀態(tài)的簡化示圖；以及圖12是繪出了用于由圖2和7中的USB功率控制電路表示的實(shí)施例之一的CHG 信號以及VINUSB、VBUS和VBUS_INT電壓(V)相對于時(shí)間(TIME)的曲線圖。
具體實(shí)施例方式給出以下說明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠根據(jù)在具體應(yīng)用及其需求的背景下提供 的內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)和利用本發(fā)明。但是，對優(yōu)選實(shí)施例的各種修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯 而易見的，并且本文中確定的通用原理可以被應(yīng)用于其他的實(shí)施例。因此，本發(fā)明不應(yīng)被理 解為受限于本文中圖示和介紹的特定實(shí)施例，而是應(yīng)該與符合本文中公開的遠(yuǎn)離和新穎性 特征的最寬泛的范圍相一致。圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例實(shí)施的包括USB電路105的USB-OTG設(shè)備100的簡化框 圖。USB-OTG設(shè)備100包括內(nèi)部設(shè)備調(diào)節(jié)器101，用于通過VINUSB電壓給設(shè)備100中的其 他內(nèi)部電路(圖示為其他設(shè)備電路10 提供功率。其他設(shè)備電路103包括不包含USB電 路105的非USB電路。設(shè)備電路103的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)包括用于支持特定類型設(shè)備的特定電 子電路，并且不再進(jìn)一步圖示或介紹。USB-OTG設(shè)備100是任意類型的計(jì)算設(shè)備，包括例如 移動(dòng)或便攜式計(jì)算設(shè)備譬如手持設(shè)備、移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)、通信設(shè)備、PDA等。如圖所示， USB-OTG設(shè)備100包括為設(shè)備調(diào)節(jié)器101提供功率的電池107。電池107可以是包括可移 除或不可移除和/或可充電或不可充電的任意類型?？蛇x地，USB-OTG設(shè)備100可以通過 其他方法接收功率，例如從AC電源或類似裝置，在此情況下要包括AC到DC的轉(zhuǎn)換器(未 示出)。根據(jù)USB-OTG設(shè)備100的功率要求實(shí)現(xiàn)設(shè)備調(diào)節(jié)器101，例如線性調(diào)節(jié)器、buck型 調(diào)節(jié)器(降壓調(diào)節(jié)器)>boost型調(diào)節(jié)器(升壓調(diào)節(jié)器)等，并且將VINSUB的電壓調(diào)節(jié)到合 適的電壓電平。在一個(gè)實(shí)施例中，VINUSB電壓被調(diào)節(jié)為大約5伏(V)。
USB電路105包括USB端口 109、USB電源(PWR)控制電路111和USB收發(fā)器 (XCVR) 113。USB端口 109包括VBUS信號和接地(GND)信號，其中VBUS電壓通過相對于 GND的VBUS信號傳輸。USB端口 109進(jìn)一步包括USB-OTG領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所公知的USB 通信信號D+和D-以及識別(ID)信號。VINUSB電壓被送至USB功率控制電路111的輸入 端，其進(jìn)一步被耦合至USB端口 109的VBUS和GND信號。USB功率控制電路111被耦合至 USBXCRV 113，其進(jìn)一步被耦合至USB端口 109的D+和D-通信信號。USB功率控制電路111 向設(shè)備調(diào)節(jié)器101提供電壓反饋信號VFB用于調(diào)節(jié)VINUSB或者VBUS的電壓，如以下將進(jìn)一 步介紹的。USB功率控制電路111確定工作角色或模式并酌情傳輸功率。例如，在USB-OTG 設(shè)備100用作外圍設(shè)備時(shí)，USB功率控制電路111通過VBUS和GND信號從外部設(shè)備(未示 出)向USB XCVR 113傳輸功率。在USB-OTG設(shè)備100用作主機(jī)設(shè)備時(shí)，USB功率控制電路 111通過VBUS和GND信號從VINUSB向USB XCVR 113和外部設(shè)備傳輸功率。圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例可以被用作USB功率控制電路111的USB功率控制電路 201的示意圖和框圖。VINUSB電壓被耦合至電容Cl的一端以及若干單極單擲(SPST)開關(guān) SffU SW3和SW5中每一個(gè)的一個(gè)接線端子。開關(guān)S5被設(shè)置在下文中進(jìn)一步介紹的充電電 路203內(nèi)。電容Cl的另一端被耦合至GND。要注意的是，示出了一個(gè)“GND”信號作為公共 參考電壓，不過應(yīng)該理解也可以使用多個(gè)和/或獨(dú)立的參考電壓電平(例如信號接地、電源 接地、電壓參考總線等)。SWl具有耦合至節(jié)點(diǎn)205的第二接線端子，節(jié)點(diǎn)205進(jìn)一步耦合 至另一個(gè)SPST開關(guān)SW2的一個(gè)接線端子。節(jié)點(diǎn)205形成為USB內(nèi)部調(diào)節(jié)器(INT REG) 207 的輸入端提供電源電壓的內(nèi)部電源電壓VBUS_INT，USB內(nèi)部調(diào)節(jié)器207具有被耦合用于給 USB XCVR 113提供調(diào)節(jié)后的電壓的輸出端。SW2具有耦合至節(jié)點(diǎn)209的第二接線端子，節(jié) 點(diǎn)209被進(jìn)一步耦合至傳輸VBUS電壓的VBUS信號和另一個(gè)電容C2的一端。電容C2的另 一端被耦合至GND。節(jié)點(diǎn)209被進(jìn)一步耦合至充電電路203內(nèi)的充電電阻器RCHG的一端和 另一個(gè)SPST開關(guān)SW4的一個(gè)接線端子。開關(guān)SW4的另一個(gè)接線端子被耦合至提供VFB電 壓的節(jié)點(diǎn)211，節(jié)點(diǎn)211被進(jìn)一步耦合至開關(guān)SW3的另一個(gè)接線端子。電阻器RCHG的另一 端被耦合至充電電路203內(nèi)的開關(guān)SW5的另一個(gè)接線端子。USB功率控制電路201進(jìn)一步包括USB控制電路213，其包括耦合至模式和開關(guān)控 制器217的比較電路215。VBUS電壓被提供給比較電路215的一個(gè)輸入端，比較電路215還 具有接收預(yù)定最小電壓電平VMIN的另一個(gè)輸入端并且具有形成充電信號CHG的輸出端，其 中CHG信號被提供給控制器217的輸入端?？刂破?17確定USB工作模式，USB工作模式包 括將在下文中進(jìn)一步介紹的USB關(guān)閉模式、USB外設(shè)模式和USB主機(jī)模式。USB主機(jī)模式通 過置位主機(jī)信號HST來指示，而USB外設(shè)模式則通過置位外設(shè)信號PER來指示。根據(jù)是哪一 個(gè)電路檢測USB工作模式，HST和PER信號可以是輸入、輸出或雙向信號?？刂破?17提供 信號 Sl、S2、S3、S4 和 S5 (S1-S5)分別用于控制開關(guān) SWl、SW2、SW3、SW4 和 SW5 (SW1-SW5)的 狀態(tài)。在圖示的實(shí)施例中使用了正邏輯，其中每一個(gè)開關(guān)SW1-SW5都在開關(guān)控制信號S1-S5 中對應(yīng)的一個(gè)被置位為高時(shí)被激活或閉合，并且在對應(yīng)的開關(guān)控制信號被置位為低時(shí)被取 消激活或打開。要注意的是負(fù)邏輯可等價(jià)應(yīng)用，其中邏輯狀態(tài)和/或極性可以被顛倒或以 其他方式相反。由于兩個(gè)開關(guān)SWl和SW2均被示出為處于打開位置，因此圖2示出的是處于USB 關(guān)閉模式的USB功率控制電路201。用這種方式，USB內(nèi)部調(diào)節(jié)器207不從VINUSB或VBUS接收功率，因此USB XCVR 113為掉電。而且，開關(guān)SW4被打開而開關(guān)SW3則被閉合。用這 種方式，VFB通過開關(guān)SW3被耦合至VINUSB以使設(shè)備調(diào)節(jié)器101將VINUSB的電壓調(diào)節(jié)至預(yù) 定的電壓電平。而且，開關(guān)SW5被打開以使VBUS與VINUSB隔離，因此VBUS的電壓是零或 者是某一其他的低電壓電平(除非由耦合至USB端109的外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)到另一電壓)。開 關(guān)SW1-SW5可以被實(shí)現(xiàn)為電子開關(guān)例如N溝道或P溝道場效應(yīng)晶體管或者金屬氧化物半導(dǎo) 體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)等，不過也可以預(yù)見到其他類型的開關(guān)或晶體管。
開關(guān)SW3和SW4以及充電電路203可以被省略以使得僅由開關(guān)SWl和SW2來確定 USB工作模式。在這種可選情況下，VFB被直接耦合至VINUSB，目的是為了直接調(diào)節(jié)其電壓 而不再是如圖所示通過開關(guān)設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)。開關(guān)SWl和SW2如圖2中所示在USB電路105 關(guān)閉時(shí)被打開。在外設(shè)工作模式下，SW2被閉合而SWl仍保持打開，以使外部設(shè)備通過VBUS 電壓給USB內(nèi)部調(diào)節(jié)器207提供電壓從而將功率送往USB XCVR 113。在主機(jī)模式下，開關(guān) Sffl和SW2都被閉合，以使設(shè)備調(diào)節(jié)器101通過VBUS電壓給USB內(nèi)部調(diào)節(jié)器207和外部設(shè) 備提供功率。耦合至VBUS和GND的外部設(shè)備可以汲取數(shù)值相當(dāng)大的電流。例如，在一個(gè)實(shí) 施例中，外部設(shè)備可以汲取約200毫安(mA)的電流。USB內(nèi)部調(diào)節(jié)器207也可以汲取相當(dāng) 大的電流值。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，USB內(nèi)部調(diào)節(jié)器207可以汲取約100毫安(mA)的電 流。用這種方式，在主機(jī)模式期間有約300mA的電流流過開關(guān)SWl并且有200mA的電流流 過開關(guān)SW2。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣，電子開關(guān)在導(dǎo)通時(shí)包括固有電阻，例如漏 極到源極的電阻等。這樣的串聯(lián)開關(guān)電阻會(huì)在被激活并且同時(shí)有負(fù)載電流流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生串聯(lián) 電壓并消耗功率。相對大的電阻導(dǎo)致相對大的壓降并消耗可觀的功率?？梢酝ㄟ^增大實(shí)現(xiàn) 開關(guān)的設(shè)備的物理尺寸來減小串聯(lián)開關(guān)電阻，但是這樣就會(huì)選擇性地占用空間?？臻g和功 耗是便攜或移動(dòng)式電子USB-OTG設(shè)備中的考量因素。 開關(guān)SWl和SW2共同實(shí)現(xiàn)了單個(gè)開關(guān)的功能，用于使內(nèi)部VINUSB能夠給外部VBUS 提供功率。開關(guān)SWl和SW2可以用SWl和SW2之間的一個(gè)開關(guān)代替(例如，假設(shè)不提供 VBUS_INT或者以其他方式不必從VINUSB供電)。兩個(gè)開關(guān)被用于使VBUS_INT能夠根據(jù)工 作模式而被選擇性地耦合至VINUSB或VBUS中的任意一個(gè)。在任何情況下，如果僅提供了 開關(guān)SWl和SW2 (或者一個(gè)單個(gè)開關(guān))而沒有另外的充電路徑，那么就存在若干技術(shù)上的難 題。如果單獨(dú)使用，開關(guān)SWl和SW2就必須非常大以使開關(guān)電阻最小。在此情況下，將開關(guān) Sffl和SW2都閉合以激活主機(jī)模式將導(dǎo)致大的瞬變，這會(huì)造成很大的問題。具體地，在開關(guān) Sffl和SW2都導(dǎo)通以激活主機(jī)工作模式時(shí)，此時(shí)VBUS和VBUS_INT都非常低或者是零電壓， 那么VINUSB會(huì)首先驟降相當(dāng)大的量以給電容C2充電。例如，如果VINUSB通常被調(diào)節(jié)在大 約5V，那么VINUSB在開關(guān)SWl和SW2都被閉合時(shí)的最初主機(jī)激活期間可能會(huì)首先驟降到 3V或更低。這樣明顯的初始電壓驟降對于設(shè)備電路103來說是有問題的，并且可能會(huì)造成 不可靠的操作或者甚至?xí)斐稍O(shè)備故障。 而且，嘗試在VINUSB顯著驟降時(shí)恢復(fù)電壓調(diào)節(jié)，設(shè)備調(diào)節(jié)器101可能會(huì)驅(qū)動(dòng) VINUSB過沖超過目標(biāo)電壓電平，導(dǎo)致類似問題和可能的故障。用這種方式，由于設(shè)備調(diào)節(jié) 器101調(diào)節(jié)的是VINUSB而不是VBUS，因此開關(guān)SWl和SW2就必須被制作得非常大，以最小 化開關(guān)SWl和SW2兩端的壓降從而將VBUS保持在適當(dāng)?shù)碾妷弘娖?。開關(guān)SWl和SW2兩端 任何顯著的壓降都可能會(huì)導(dǎo)致VBUS的負(fù)載調(diào)節(jié)不良，特別是在負(fù)載波動(dòng)期間更是如此。而 由非常大的電子開關(guān)SWl和SW2所占用的大面積會(huì)導(dǎo)致非常低效的空間利用。通過用線性調(diào)節(jié)器例如低壓降(LDO)調(diào)節(jié)器等代替這樣的大開關(guān)來調(diào)節(jié)提供給USB XCVR 113和外部 設(shè)備的功率，這反而可以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的設(shè)備操作。但是，這樣的調(diào)節(jié)器甚至比開關(guān)SWl和SW2 更大。如果單獨(dú)使用，由于小開關(guān)具有大的串聯(lián)開關(guān)電阻，因此開關(guān)SWl和SW2可能也無 法以其他方式被設(shè)計(jì)得足夠小。較大的開關(guān)電阻造成從VINUSB到VBUS的顯著壓降，以使 VBUS的電壓可能會(huì)下降到低于目標(biāo)最小電壓電平。而且，顯著的壓降會(huì)導(dǎo)致非常差的VBUS 負(fù)載調(diào)節(jié)?？傊?，開關(guān)SWl和SW2如果單獨(dú)使用就會(huì)占用非常大的開關(guān)面積，造成負(fù)載調(diào)節(jié) 不良，并且進(jìn)一步造成大的主機(jī)激活開關(guān)瞬變，這可能會(huì)導(dǎo)致不可靠的操作或者甚至?xí)?dǎo) 致設(shè)備故障。如下文中進(jìn)一步介紹的那樣，提供充電功能以在開關(guān)SWl和SW2都被閉合之 前給VBUS充電。而且，反饋節(jié)點(diǎn)211在主機(jī)模式下從調(diào)節(jié)VINUSB被改變至調(diào)節(jié)VBUS。如 下所述的附加充電功能和自適應(yīng)反饋減輕了大的切換瞬變和負(fù)載調(diào)節(jié)不良的潛在問題。而 且，開關(guān)SWl和SW2可以被減小尺寸以節(jié)約寶貴的空間。在一個(gè)圖示的實(shí)施例中，充電電路 203以及附加開關(guān)SW3和SW4被控制用于提供充電功能和自適應(yīng)反饋。在另一個(gè)圖示的實(shí) 施例中，開關(guān)SW3和SW4的結(jié)構(gòu)與控制被調(diào)節(jié)為既提供充電功能又提供自適應(yīng)反饋功能以 省略充電電路203。圖3根據(jù)示例性實(shí)施例示出了控制器217的示例性操作的狀態(tài)圖，用于控制開關(guān) SW1-SW5在USB關(guān)閉模式、USB外設(shè)模式、充電模式和USB主機(jī)工作模式之間切換。圖4、5和 6是分別示出了開關(guān)SW1-SW5用于USB外設(shè)模式、充電模式和USB主機(jī)模式的相應(yīng)狀態(tài)的簡 化示意圖和框圖。狀態(tài)圖示出的四種狀態(tài)包括如圖2中的開關(guān)狀態(tài)所示以USB關(guān)閉模式工 作時(shí)的第一狀態(tài)301、如圖4中的開關(guān)狀態(tài)所示以USB外設(shè)模式工作時(shí)的第二狀態(tài)303、如 圖5中的開關(guān)狀態(tài)所示以中間充電模式工作時(shí)的第三狀態(tài)305以及如圖6中的開關(guān)狀態(tài)所 示以USB主機(jī)模式工作時(shí)的第四狀態(tài)307。在狀態(tài)圖中，通過用信號名稱標(biāo)記的造成從一種 狀態(tài)到另一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的箭頭來表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換。具有上橫線的信號名稱(例如五)說明信 號被置位為低，表示假狀態(tài)或“非真”，而沒有上橫線的信號名稱說明信號被置位為高，表示 真狀態(tài)或“真”。因此如箭頭309所示，在HST和PER信號都被置位為低時(shí)，表示USB關(guān)閉模 式。只要這兩種信號都為低或假，那么操作就保持在狀態(tài)301。要注意的是，HST和PER信號 可以都被置位為低或者可以另外地被置位為相反狀態(tài)，但是它們不會(huì)一起被置位為高。利 用具有名稱的橢圓形示出了每一種狀態(tài)，具有名稱的橢圓形表示了 USB的工作模式以及分 別定義對應(yīng)開關(guān)SW1-SW5狀態(tài)的信號S1-S5的相應(yīng)狀態(tài)。因此，如圖2中所示，在用于USB 關(guān)閉模式的狀態(tài)301中，信號Si、S2、S4和S5被置位為低，以使開關(guān)SW1、Sff2, SW4和SW5 打開，而信號S3被置位為高以使開關(guān)SW3閉合。如箭頭311所示，在PER信號被置位為高時(shí)工作轉(zhuǎn)換至用于USB外設(shè)工作模式的 狀態(tài)303。如圖4中所示，在狀態(tài)303的USB外設(shè)模式中，信號S2被置位為高以使開關(guān)SW2 被閉合，而信號S1、S3、S4和S5以及對應(yīng)開關(guān)SW1、SW3、SW4和SW5的狀態(tài)仍保持不變。在 開關(guān)SW2參照圖1、2和4被閉合時(shí)，VBUS被耦合至VBUS_INT，以使外部設(shè)備通過VBUS為 USB內(nèi)部調(diào)節(jié)器207提供電源電壓以給USB XCVR 113提供功率。如箭頭313所示，在PER 被置位為高時(shí)，工作保持在狀態(tài)303。如箭頭315所示，在PER被置位為低時(shí)，工作返回到狀 態(tài) 301。如箭頭317所示，在HST信號被置位為高時(shí)工作轉(zhuǎn)換至狀態(tài)305以充電模式工作。 如圖5中所示，在狀態(tài)305的充電模式中，信號S5被置位為高以使開關(guān)SW5被閉合，而信號S1、S2、S3和S4以及對應(yīng)開關(guān)SW1、SW2、SW3和SW4的狀態(tài)仍保持不變。在開關(guān)SW5參照圖 1、2和5閉合時(shí)，電阻器RCHG被耦合在VINUSB和VBUS之間，允許電流從VINUSB流動(dòng)通過 RCHG以給電容C2充電并由此提高VBUS的電壓。電阻器RCHG具有的電阻允許足夠量的電 流從VINUSB流動(dòng)到VBUS，從而以可接受的速率給電容C2充電而不會(huì)顯著地影響到VINUSB 的調(diào)節(jié)。開關(guān)S5和電阻器RCHG共同構(gòu)成用于給VBUS充電的開關(guān)充電電阻。要注意的是， 由于開關(guān)SW3在狀態(tài)305下保持閉合，因此設(shè)備調(diào)節(jié)器101繼續(xù)調(diào)節(jié)VINUSB的電壓。正如 通過合適的USB規(guī)范所確定的那樣，結(jié)合VINUSB的電壓來選擇RCHG的尺寸，以使VBUS在 適當(dāng)?shù)臅r(shí)間量內(nèi)充電至VMIN。VMIN是充分接近VINUSB的工作電壓以激活USB工作的電壓 電平。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，VMIN大約為4. 4V。在用于充電工作模式的狀態(tài)305中，比較 電路215將VBUS的電壓電平與VMIN相比較。在VBUS的電壓低于VMIN時(shí)，比較電路215 保持CHG信號置位為低。如箭頭319所示，在HST信號被置位為高并且同時(shí)CHG信號被置 位為低時(shí)，工作保持在狀態(tài)305。如箭頭321所示，如果HST信號在處于狀態(tài)305時(shí)的任意 時(shí)刻被置位為低，那么工作就返回到狀態(tài)301。當(dāng)VBUS的電壓電平達(dá)到VMIN時(shí)，比較電路215將由控制器217檢測的CHG信號 置位為高。如箭頭323所示，在CHG信號被置位為高同時(shí)HST仍然保持置位為高時(shí)，工作轉(zhuǎn) 換至狀態(tài)307以USB主機(jī)模式工作。如圖6中所示，在狀態(tài)307的USB主機(jī)模式中，信號 S1-S5全部改變狀態(tài)以使開關(guān)SW1-SW5也全部改變狀態(tài)。參照圖1、2和6，信號S5被置位 為低以關(guān)斷開關(guān)SW5，從而終止通過電阻器RCHG給VBUS充電。信號Sl和S2被置位為高以 將開關(guān)SWl和SW2都導(dǎo)通，從而使設(shè)備調(diào)節(jié)器101給USB內(nèi)部調(diào)節(jié)器207以及一個(gè)或多個(gè) 外部設(shè)備提供電源電壓。由于VBUS的電壓已經(jīng)被充電達(dá)到充分接近于VINUSB調(diào)節(jié)電平的 VMIN,因此將開關(guān)SWl和SW2均閉合不會(huì)顯著地改變電壓電平VINUSB。而且，信號S3被置 位為低以打開開關(guān)SW3，而信號S4被置位為高以閉合開關(guān)SW4。用這種方式，VFB被耦合至 VBUS而不是VINUSB，以使設(shè)備調(diào)節(jié)器101現(xiàn)在是調(diào)節(jié)VBUS電壓而不是VINUSB。由于電壓 是在開關(guān)SWl和SW2的兩端形成并且由于VBUS被調(diào)節(jié)至VINUSB的“正?！彪妷弘娖?，因此 VINUSB的電壓電平僅略有增加。但是，這種電壓增加相對微弱并且不會(huì)顯著地影響設(shè)備電 路103的工作。用這種方式，工作保持穩(wěn)定并且負(fù)載調(diào)節(jié)良好。如箭頭325所示，在HST信 號被置位為高時(shí)，工作保持在狀態(tài)307，而如果如箭頭327所示，如果HST信號被置位為低， 那么工作就返回到狀態(tài)301。開關(guān)SWl和SW2被制成為足夠大以降低兩端的壓降并使USB主機(jī)工作模式期間通 過開關(guān)的功率損失最小。由于設(shè)備調(diào)節(jié)器101在USB主機(jī)模式下調(diào)節(jié)VBUS的電壓，因此 VBUS的電壓電平保持為被調(diào)節(jié)的電壓電平并且負(fù)載調(diào)節(jié)也保持在恰當(dāng)水平。而且，在開關(guān) Sffl和SW2導(dǎo)通時(shí)，VINUSB不會(huì)下降，反而會(huì)增加到略微高于通常的調(diào)節(jié)電壓電平。用這種 方式，開關(guān)SWl和SW2被制成為比較小以高效的利用空間。開關(guān)SWl和SW2的尺寸由VINUSB 的可接受的電壓增加以及通過開關(guān)SWl和SW2的可接受的功率損失(以及兩端的壓降)決 定。開關(guān)SW5被制成為相對較小。在一個(gè)實(shí)施例中，充電電路203僅包括開關(guān)SW5，開關(guān)SW5 也用作串聯(lián)電阻以替代電阻器RCHG，從而使得電阻器RCHG可以被省略。開關(guān)SW5只需被制 成為足夠大以使得能夠給電容C2充電足夠長的時(shí)間用于給外部設(shè)備供電并激活USB通信。 在一個(gè)可選實(shí)施例中(以虛線示出)利用電流源204實(shí)現(xiàn)充電電路203，電流源204由信號 S5激活以給電容C2充電?？蛇x地，開關(guān)SW5被耦合至電流源，其在開關(guān)SW5閉合時(shí)給VBUS充電。一旦充電完成，電流源即被取消激活或以其他方式斷開。開關(guān)SW3和SW4可以被制 成為相對較小。設(shè)備調(diào)節(jié)器101的反饋輸入阻抗相對較大，以使開關(guān)SW3和SW4的串聯(lián)開 關(guān)電阻可以相對較大——只要與設(shè)備調(diào)節(jié)器101的輸入阻抗相比相對較小即可。例如，在 一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備調(diào)節(jié)器101的輸入阻抗大約為500千歐(kQ)，以使開關(guān)SW3和SW4可 以被制成為相對較小并具有相對較大的100 Ω數(shù)量級左右的電阻。圖7是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例也可以被用作USB功率控制電路111的USB功率控制電 路701的示意圖和框圖。USB功率控制電路701類似于USB功率控制電路201，其中類似的 部件具有相同的附圖標(biāo)記。USB功率控制電路701包括SWl和SW2、電容Cl和C2以及USB 內(nèi)部調(diào)節(jié)器207，被設(shè)置為以基本上類似于USB功率控制電路201的方式工作。但是，省略 了充電電路203。開關(guān)SW3和SW4被包括在USB功率控制電路701內(nèi)，但是如下文中進(jìn)一步 介紹的那樣被修改為實(shí)現(xiàn)了充電功能。USB功率控制電路701包括USB控制電路703以代 替USB控制電路213。USB控制電路703包括比較電路215以及類似于控制器217的模式 和開關(guān)控制器705?？刂破?05以類似于控制器217的方式接收(或提供)HST和PER信 號并接收CHG信號?？刂破?05以基本上類似于控制器217的方式工作，不過它控制開關(guān) SW3和SW4以控制電容C2的充電而不是控制充電電路203。控制器705用類似于前文中所 述的方式提供信號S1-S4以分別控制開關(guān)SW1-SW4。在圖7中，由于開關(guān)SW1、SW2和SW4被 打開而開關(guān)SW3被閉合，因此開關(guān)SW1-SW4被設(shè)置用于USB關(guān)閉模式。用這種方式，VFB在 節(jié)點(diǎn)211處通過閉合的開關(guān)SW3被耦合至VINUSB，以使設(shè)備調(diào)節(jié)器103在USB關(guān)閉模式下 調(diào)節(jié)VINUSB的電壓電平。開關(guān)SW3被制成為比開關(guān)SW4更大，以使SW3的開關(guān)電阻顯著小于SW4的開關(guān)電 阻。如圖所示，SW3的開關(guān)電阻用707處所示的一個(gè)小電阻器標(biāo)記圖形地表示，而SW4的開 關(guān)電阻用709處所示的一個(gè)較大的電阻器標(biāo)記圖形地表示。開關(guān)SW3和SW4在它們都導(dǎo)通 時(shí)的組合電阻類似于電阻器RCHG的電阻，用以實(shí)現(xiàn)從VINUSB到VBUS的充電功能。在一個(gè) 實(shí)施例中，SW4的串聯(lián)電阻709大約是IOX (10倍于)SW3的串聯(lián)電阻707。在一個(gè)更加具體 的實(shí)施例中，開關(guān)SW4的串聯(lián)開關(guān)電阻709大約是IkQ而開關(guān)SW3的串聯(lián)開關(guān)電阻707大 約是100。圖8示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的控制器705的示例性操作的狀態(tài)圖，用于控制開 關(guān)SW1-SW4在USB關(guān)閉、USB外設(shè)、充電和USB主機(jī)工作模式之間切換。圖8中的狀態(tài)圖基 本上類似于圖3中的狀態(tài)圖，其中狀態(tài)301、303、305和307分別由類似的狀態(tài)801、803、805 和807所代替。圖9、10和11是分別示出了開關(guān)SW1-SW4用于USB外設(shè)模式、充電模式和 USB主機(jī)模式的相應(yīng)狀態(tài)的簡化示圖。狀態(tài)801中的USB關(guān)閉模式由圖7中的開關(guān)狀態(tài)表 示，狀態(tài)803中的USB外設(shè)模式由圖9中的開關(guān)狀態(tài)表示，狀態(tài)805中的中間充電模式由圖 10中的開關(guān)狀態(tài)表示，以及狀態(tài)807中的USB主機(jī)模式則由圖11中的開關(guān)狀態(tài)表示。圖 8狀態(tài)圖中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換與用于圖3狀態(tài)圖的轉(zhuǎn)換相同并且由具有相同信號名稱的相同箭頭 表示。同樣地，具有上橫線的信號名稱說明信號被置位為低表示假狀態(tài)或“非真”。如箭頭309所示的，在HST和PER信號都被置位為低時(shí)，表示是狀態(tài)801下的USB 關(guān)閉模式，而只要這兩種信號都為低或假，那么工作就保持在狀態(tài)801。如圖7中所示，在 狀態(tài)801的USB關(guān)閉模式下，信號S1、S2和S4被置位為低而信號S3被置位為高，以使開關(guān) SffU SW2和SW4被打開而開關(guān)SW3則被閉合。如箭頭311所示，在PER被置位為高時(shí)工作轉(zhuǎn)換至狀態(tài)803下的USB外設(shè)模式，并且如箭頭313所示，在PER保持被置位為高時(shí)工作保 持在狀態(tài)803。在狀態(tài)803的USB外設(shè)模式中，信號S2被置位為高，以使開關(guān)SW2以類似于 先前所述的方式被閉合，從而使USB XCVR113從外部主機(jī)設(shè)備接收功率。如箭頭315所示， 在PER被置位為低時(shí)，工作以類似于先前所述的方式返回到狀態(tài)801的USB關(guān)閉模式。如 箭頭317所示，在HST信號被置位時(shí)工作前進(jìn)至狀態(tài)805的充電模式。在狀態(tài)805，信號S4 被置位用于閉合開關(guān)SW4。參照圖1、7和10，在開關(guān)SW3和SW4都閉合時(shí)，VBUS通過開關(guān) SW3和SW4被耦合至VINUSB。開關(guān)SW3和SW4的組合電阻類似于電阻器RCHG，以使電容C2 在一定的時(shí)段內(nèi)被充電而不會(huì)顯著地改變VINUSB的電壓。如果開關(guān)SW3的開關(guān)電阻707 被表示為R3而開關(guān)SW4的開關(guān)電阻709被表示為R4，那么VFB的電壓可以根據(jù)以下的公式 (1)確定VFB = (VINUSB-VBUS) *R4/(R3+R4) (1)其中星號表示乘法而正斜杠“/”表示除法。如果VBUS電壓初始為零，那么 由于R4遠(yuǎn)大于R3，因此VFB的初始下降并不顯著。例如，如果R4是IOX R3，那么VFB在開 關(guān)SW4閉合時(shí)就會(huì)下降至其初始電壓的10/11。VFB的電壓在電容C2被充電時(shí)逼近其初始 電平。用這種方式，充電期間的負(fù)載調(diào)節(jié)基本上保持不變。在CHG信號保持被置位為低時(shí)， 工作就保持在狀態(tài)805。如箭頭323所示，在比較電路215檢測出VBUS電壓達(dá)到VMIN時(shí)，它就置位CHG信 號并且工作前進(jìn)至狀態(tài)807中的USB主機(jī)模式。如圖11中所示，在狀態(tài)807，信號S1、S2和 S4被置位為高而信號S3被置位為低，以使開關(guān)SW1、SW2和SW4被閉合而開關(guān)SW3被打開。 如前所述，由于電容Cl和C2都被充電至大約相同的電壓，因此VINUSB和VBUS電壓在開關(guān) Sffl和SW2都閉合時(shí)不會(huì)受到顯著影響。而且，開關(guān)SW3被打開并且開關(guān)SW4被閉合，以使 VFB以類似于先前所述的方式被耦合至VBUS而不是VINUSB。因此，設(shè)備調(diào)節(jié)器101在USB 主機(jī)模式下是調(diào)節(jié)VBUS電壓而不是VINUSB。盡管開關(guān)SW4的開關(guān)電阻R4由于被實(shí)現(xiàn)為物 理尺寸較小的部件而相對較大，但是其電阻仍然顯著小于設(shè)備調(diào)節(jié)器101的反饋輸入。用 這種方式，設(shè)備調(diào)節(jié)器101調(diào)節(jié)VBUS以提供恰當(dāng)?shù)呢?fù)載調(diào)節(jié)。對于由USB功率控制電路201和701表示的任一實(shí)施例都可以有若干種變形。例 如，開關(guān)SWl可以在任意時(shí)刻被閉合，以給USB內(nèi)部調(diào)節(jié)器207和/或USB XCVR 113電。信 號Sl可以在狀態(tài)305和805中被置位以在給電容C2充電的同時(shí)為USB內(nèi)部調(diào)節(jié)器207和 /或USB XCVR 113提供功率。圖12是繪出了用于由USB功率控制電路201和701表示的實(shí)施例之一的CHG信 號以及VINUSB、VBUS和VBUS_INT電壓(V)相對于時(shí)間(TIME)的曲線圖。在初始時(shí)刻t0， CHG信號被置位為低，VINUSB略低于5. 5V，而VBUS和VBUS_INT均為約0V，以使USB功率 控制電路111在USB關(guān)閉模式下工作。盡管沒有示出，但是開關(guān)SW3被閉合以使設(shè)備調(diào)節(jié) 器101調(diào)節(jié)VINUSB。在隨后的時(shí)刻tl，開關(guān)SWl被閉合以使VINUSB為VBUS_INT提供電源 電壓。VINUSB的電壓瞬間下降至約4. 5V并隨后隨著VBUS_INT增加到大約5V而恢復(fù)其初 始值。如上所述，開關(guān)SWl可以在任意時(shí)刻被置位而不必在先前定義的任何狀態(tài)或模式下 被置位。該圖示出了 VINUSB響應(yīng)于單獨(dú)閉合SWl的變化。在隨后的時(shí)刻t2，或者是開關(guān) SW5被閉合(用于USB功率控制電路201)，或者是開關(guān)SW4被閉合(用于USB功率控制電 路701)，并且電壓VBUS在電容C2充電時(shí)開始增加。在隨后的時(shí)刻t3，VBUS達(dá)到預(yù)定的最小電壓電平VMIN并且比較電路215置位CHG信號為高。在圖示的實(shí)施例中，VMIN大約為 4. 4V。在CHG信號被置位為高時(shí)，開關(guān)SW2被閉合以使VBUS增加至約為VINUSB的電壓。由 于從調(diào)節(jié)VINUSB轉(zhuǎn)換至調(diào)節(jié)VBUS，因此開關(guān)SW3被打開同時(shí)SW4被閉合或以其他方式保 持閉合以使VINUSB也略有增加。在隨后的時(shí)刻t4，VINUSB響應(yīng)于在VBUS上在開關(guān)SWl和 SW2兩端造成額外壓降的外部負(fù)載而略有增加(例如增加到約5. 3V)。圖12示出了 VINUSB在每一種工作模式期間并且對于各種不同的負(fù)載情況都在可 允許的電壓電平4. 5V到5. 5V之間保持相對穩(wěn)定。即使在通過外部設(shè)備將負(fù)載加至USB端 口 109時(shí)，VINUSB也不會(huì)顯著增加。VBUS在USB主機(jī)工作模式期間升高至VMIN并且保持 在VMIN或者高于VMIN。VBUS從0到VMIN的充電時(shí)間被設(shè)置為確保在由適當(dāng)規(guī)范確定的 預(yù)定最大時(shí)間段內(nèi)進(jìn)入U(xiǎn)SB主機(jī)模式。充電時(shí)間如前所述通過SW3和SW4的開關(guān)電阻或者 通過選擇RCHG加以確定或者以其他方式調(diào)節(jié)。VBUS_INT的電壓在整個(gè)改變模式和負(fù)載情 況期間保持相對穩(wěn)定。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種通用串行總線功率控制電路包括至少一個(gè)第一開關(guān)，在閉 合時(shí)將電源節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)；比較器，檢測何時(shí)給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充 電；反饋節(jié)點(diǎn)，用于激活電壓調(diào)節(jié)；充電電路和控制器。充電電路從所述電源節(jié)點(diǎn)給所述外 部功率節(jié)點(diǎn)充電，并將所述反饋節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至所述電源節(jié)點(diǎn)和所述外部功率節(jié)點(diǎn)中 的至少一個(gè)?？刂破髟谖唇o所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)打開第一開關(guān)，在將所述反饋節(jié)點(diǎn)耦 合至所述電源節(jié)點(diǎn)時(shí)控制所述充電電路給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電，并且在主機(jī)模式下在給 所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)閉合所述第一開關(guān)并將所述反饋節(jié)點(diǎn)耦合至所述外部功率節(jié)點(diǎn)。在通用串行總線功率控制電路的一個(gè)實(shí)施例中，充電電路被設(shè)置為具有兩個(gè)附加 開關(guān)。提供具有第一電阻的第二開關(guān)，在閉合時(shí)將電源節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至反饋節(jié)點(diǎn)；并且 提供具有第二電阻的第三開關(guān)，在閉合時(shí)將反饋節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)。第二 電阻遠(yuǎn)大于第一電阻。控制器在關(guān)閉模式期間閉合第二開關(guān)并打開第三開關(guān)以使反饋節(jié)點(diǎn) 被耦合至內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)用于調(diào)節(jié)內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)的電壓?？刂破髟诔潆娔Ｊ狡陂g將第二開關(guān) 和第三開關(guān)都閉合以激活對外部功率節(jié)點(diǎn)的充電。在此情況下，第一和第二電阻整體上足 夠大以提供充電功能而不會(huì)顯著地影響內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)的電壓調(diào)節(jié)。控制器在主機(jī)模式期間 打開第二開關(guān)并且閉合第三開關(guān)。由此，在外部功率節(jié)點(diǎn)被充分充電時(shí)，(至少一個(gè))第一 開關(guān)被閉合以使內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)給外部功率節(jié)點(diǎn)提供功率。還是在主機(jī)模式期間，第三開關(guān) 被閉合用于自適應(yīng)反饋，以使得被調(diào)節(jié)的是外部功率節(jié)點(diǎn)的電壓而不是內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)的電 壓。在通用串行總線功率控制電路的一個(gè)可選實(shí)施例中，充電電路包括第二和第三開 關(guān)以及受控的電流源。在該實(shí)施例中，第二和第三開關(guān)不在相同時(shí)刻一起閉合而是被控制 用于自適應(yīng)反饋。受控的電流源在充電模式期間由控制器控制以提供充電功能。受控的電 流源可以用任意合適的方式實(shí)現(xiàn)，例如開關(guān)電阻或受控電流源等。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種在通用串行總線上提供外部功率的方法，包括在處于關(guān)閉 模式時(shí)以及在處于充電模式時(shí)將反饋節(jié)點(diǎn)耦合至內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)，在處于充電模式時(shí)從內(nèi)部 電源節(jié)點(diǎn)給外部功率節(jié)點(diǎn)充電，并且在給外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)，通過將內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)耦合 至外部功率節(jié)點(diǎn)、將反饋節(jié)點(diǎn)耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)并將反饋節(jié)點(diǎn)與內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)斷開而進(jìn) 入主機(jī)模式。
該方法可以包括耦合從內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)到外部功率節(jié)點(diǎn)的充電路徑并且在不處于 充電模式時(shí)斷開該充電路徑。該方法可以包括激活電流源以給外部功率節(jié)點(diǎn)充電。該方法 可以包括在內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)和外部功率節(jié)點(diǎn)之間耦合充電電阻器以給外部功率節(jié)點(diǎn)充電。該 方法可以包括選擇性地閉合設(shè)置在反饋節(jié)點(diǎn)和內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)之間的第一開關(guān)，其具有第一 電阻，以及閉合設(shè)置在反饋節(jié)點(diǎn)和外部功率節(jié)點(diǎn)之間的第二開關(guān)，其具有第二電阻。在此情 況下，第二電阻遠(yuǎn)大于第一電阻。第一開關(guān)閉合同時(shí)第二開關(guān)打開，用于調(diào)節(jié)內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn) 的電壓，兩個(gè)開關(guān)都閉合，用于給外部功率節(jié)點(diǎn)充電，而第二開關(guān)閉合同時(shí)第一開關(guān)打開， 用于調(diào)節(jié)外部功率節(jié)點(diǎn)的電壓。該方法可以包括激活設(shè)置在內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)和外部功率節(jié)點(diǎn)之間單獨(dú)的電流路徑， 用于給外部功率節(jié)點(diǎn)充電。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種電子設(shè)備包括內(nèi)部反饋節(jié)點(diǎn)、調(diào)節(jié)器、外部功率節(jié)點(diǎn)以及通 用串行總線功率控制電路。調(diào)節(jié)器在內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)上提供電源電壓并且具有耦合至內(nèi)部反 饋節(jié)點(diǎn)用于調(diào)節(jié)電壓電平的內(nèi)部反饋輸入。通用串行總線功率控制電路包括至少一個(gè)第 一開關(guān)，在閉合時(shí)將內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)；充電電路，比較器和控制 器。充電電路從內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)給外部功率節(jié)點(diǎn)充電并將內(nèi)部反饋節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至內(nèi)部 電源節(jié)點(diǎn)和外部功率節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)。比較器檢測何時(shí)給外部功率節(jié)點(diǎn)充電。控制器在 未給外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)打開第一開關(guān)，在將內(nèi)部反饋節(jié)點(diǎn)耦合至內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)時(shí)控制充 電電路給外部功率節(jié)點(diǎn)充電，并且在主機(jī)模式下在給外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)閉合第一開關(guān)并 將內(nèi)部反饋節(jié)點(diǎn)耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)。在該電子設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，充電電路被實(shí)現(xiàn)為具有被控制用于自適應(yīng)反饋的 第二和第三開關(guān)。在一個(gè)可選實(shí)施例中，第二和第三開關(guān)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)反饋并且單獨(dú)的受控 電流路徑實(shí)現(xiàn)對外部功率節(jié)點(diǎn)的充電。受控電流路徑可以被實(shí)現(xiàn)為開關(guān)電阻或受控的電流 源等。該電子設(shè)備可以包括內(nèi)部功率節(jié)點(diǎn)，其中至少一個(gè)第一開關(guān)包括耦合在內(nèi)部電源節(jié) 點(diǎn)和內(nèi)部功率節(jié)點(diǎn)之間的第一開關(guān)以及耦合在內(nèi)部功率節(jié)點(diǎn)和外部功率節(jié)點(diǎn)之間的第二 開關(guān)。通用串行總線功率控制電路用于電子設(shè)備的移動(dòng)USB控制電路是特別有利的。盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的某些優(yōu)選方案相當(dāng)詳細(xì)地介紹了本發(fā)明，但是其他方案和 變形也都是可行并且可以預(yù)見到的。例如，本文中介紹的電路或邏輯模塊可以被實(shí)施為離 散電路或集成電路或軟件或任意可選結(jié)構(gòu)。最后，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以輕易 地利用公開的理念和特定實(shí)施例作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或修改其他的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)與本發(fā)明相同 的目的而并不背離由所附權(quán)利要求確定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種通用串行總線功率控制電路，包括至少一個(gè)第一開關(guān)，在所述至少一個(gè)第一開關(guān)中的每一個(gè)都閉合時(shí)將電源節(jié)點(diǎn)選擇性 地耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)；比較器，檢測何時(shí)給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電； 反饋節(jié)點(diǎn)，用于激活電壓調(diào)節(jié)；充電電路，從所述電源節(jié)點(diǎn)給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電，并將所述反饋節(jié)點(diǎn)選擇性地耦 合至所述電源節(jié)點(diǎn)和所述外部功率節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)；以及控制器，在未給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)打開所述至少一個(gè)第一開關(guān)中的至少一個(gè)， 在將所述反饋節(jié)點(diǎn)耦合至所述電源節(jié)點(diǎn)時(shí)控制所述充電電路給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電，并 且在主機(jī)模式下在給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)閉合所述至少一個(gè)第一開關(guān)中的每一個(gè)并 將所述反饋節(jié)點(diǎn)耦合至所述外部功率節(jié)點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的通用串行總線功率控制電路，其中所述充電電路包括 具有第一電阻的第二開關(guān)，在閉合時(shí)將所述電源節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至所述反饋節(jié)點(diǎn)； 具有第二電阻的第三開關(guān)，在閉合時(shí)將所述反饋節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至所述外部功率節(jié)點(diǎn)，其中所述第二電阻遠(yuǎn)大于所述第一電阻；以及其中所述控制器在關(guān)閉模式期間閉合所述第二開關(guān)并打開所述第三開關(guān)，其中所述控 制器在充電模式期間將所述第二開關(guān)和第三開關(guān)都閉合以激活對所述外部功率節(jié)點(diǎn)的充 電，并且其中所述控制器在所述主機(jī)模式期間打開所述第二開關(guān)并且閉合所述第三開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的通用串行總線功率控制電路，其中所述充電電路包括 第二開關(guān)，耦合在所述電源節(jié)點(diǎn)和所述反饋節(jié)點(diǎn)之間；第三開關(guān)，耦合在所述反饋節(jié)點(diǎn)和所述外部功率節(jié)點(diǎn)之間； 受控電流源，耦合在所述電源節(jié)點(diǎn)和所述外部功率節(jié)點(diǎn)之間；并且 其中所述控制器在關(guān)閉模式期間關(guān)閉所述受控電流源，閉合所述第二開關(guān)并打開所述 第三開關(guān)，其中所述控制器在充電模式期間打開所述受控電流源，閉合所述第二開關(guān)并且 打開所述第三開關(guān)，并且其中所述控制器在所述主機(jī)模式期間關(guān)閉所述受控電流源，打開 所述第二開關(guān)并且閉合所述第三開關(guān)。
4.如權(quán)利要求3所述的通用串行總線功率控制電路，其中所述受控電流源包括與電阻 串聯(lián)耦合的第四開關(guān)。
5.如權(quán)利要求1所述的通用串行總線功率控制電路，其中所述比較器將所述外部功率 節(jié)點(diǎn)的電壓與預(yù)定的最小電壓電平相比較。
6.如權(quán)利要求1所述的通用串行總線功率控制電路，其中所述至少一個(gè)第一開關(guān)包括第一開關(guān)，在閉合時(shí)將所述電源節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至內(nèi)部功率節(jié)點(diǎn)； 第二開關(guān)，在閉合時(shí)將所述內(nèi)部功率節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至所述外部功率節(jié)點(diǎn)；并且 其中所述控制器在未處于所述主機(jī)模式時(shí)打開所述第一和第二開關(guān)中的至少一個(gè)，并 且在處于所述主機(jī)模式以及在給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)閉合所述第一和第二開關(guān)。
7.—種在通用串行總線上提供外部功率的方法，包括在處于關(guān)閉模式時(shí)以及在處于充電模式時(shí)將反饋節(jié)點(diǎn)耦合至內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)； 在處于充電模式時(shí)從所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)給外部功率節(jié)點(diǎn)充電，以及在給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)，通過將所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)、將所 述反饋節(jié)點(diǎn)耦合至所述外部功率節(jié)點(diǎn)并將所述反饋節(jié)點(diǎn)與所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)斷開而進(jìn)入 主機(jī)模式。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述給外部功率節(jié)點(diǎn)充電的步驟包括耦合從所述內(nèi) 部電源節(jié)點(diǎn)到外部功率節(jié)點(diǎn)的充電路徑并且在不處于充電模式時(shí)斷開該充電路徑。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述給外部功率節(jié)點(diǎn)充電的步驟包括激活電流源。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述給外部功率節(jié)點(diǎn)充電的步驟包括在所述內(nèi)部 電源節(jié)點(diǎn)和所述外部功率節(jié)點(diǎn)之間耦合充電電阻器。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述將內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)的步驟 包括閉合耦合在所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)和所述外部功率節(jié)點(diǎn)之間的至少一個(gè)第一開關(guān)中的每 一個(gè)。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述將反饋節(jié)點(diǎn)耦合至內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)的步驟包括閉合設(shè)置在所述反饋節(jié)點(diǎn)和所述內(nèi) 部電源節(jié)點(diǎn)之間的第一開關(guān)，所述第一開關(guān)具有第一電阻；其中所述將反饋節(jié)點(diǎn)耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)的步驟包括閉合設(shè)置在所述反饋節(jié)點(diǎn)和所 述外部功率節(jié)點(diǎn)之間的第二開關(guān)，所述第二開關(guān)具有第二電阻，其中所述第二電阻遠(yuǎn)大于 所述第一電阻；其中所述從內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)給外部功率節(jié)點(diǎn)充電的步驟包括閉合所述第一和第二開關(guān);以及其中所述將反饋節(jié)點(diǎn)與內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)斷開的步驟包括打開所述第一開關(guān)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述將內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)的步驟 包括閉合設(shè)置在所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)和所述外部功率節(jié)點(diǎn)之間的至少一個(gè)第三開關(guān)中的每一個(gè)。
14.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述將內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)的步驟包括閉合串聯(lián)耦合在所述內(nèi)部電源 節(jié)點(diǎn)和所述外部功率節(jié)點(diǎn)之間的至少一個(gè)第一開關(guān)中的每一個(gè)；其中所述將反饋節(jié)點(diǎn)耦合至內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)的步驟包括閉合設(shè)置在所述反饋節(jié)點(diǎn)和所 述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)之間的第二開關(guān)；其中所述將反饋節(jié)點(diǎn)與內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)斷開的步驟包括打開所述第二開關(guān)； 其中所述將反饋節(jié)點(diǎn)耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)的步驟包括閉合設(shè)置在所述反饋節(jié)點(diǎn)和所 述外部功率節(jié)點(diǎn)之間的第三開關(guān)；其中所述給外部功率節(jié)點(diǎn)充電的步驟包括激活設(shè)置在所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)和所述外部 功率節(jié)點(diǎn)之間的電流路徑。
15.一種電子設(shè)備，包括 內(nèi)部反饋節(jié)點(diǎn)；調(diào)節(jié)器，在內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)上提供電源電壓，其中所述調(diào)節(jié)器具有耦合至所述內(nèi)部反饋 節(jié)點(diǎn)用于調(diào)節(jié)電壓電平的內(nèi)部反饋輸入； 外部功率節(jié)點(diǎn)；以及 通用串行總線功率控制電路，包括至少一個(gè)第一開關(guān)，在閉合時(shí)將所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至所述外部功率節(jié)點(diǎn)。充電電路，從所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電，并且將所述內(nèi)部反饋節(jié)點(diǎn) 選擇性地耦合至所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)和所述外部功率節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)； 比較器，檢測何時(shí)給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電；以及控制器，在未給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)打開所述至少一個(gè)第一開關(guān)，在將所述內(nèi)部 反饋節(jié)點(diǎn)耦合至所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)時(shí)控制所述充電電路給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電，并且在 主機(jī)模式下在給所述外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)閉合所述至少一個(gè)第一開關(guān)并將所述內(nèi)部反饋 節(jié)點(diǎn)耦合至所述外部功率節(jié)點(diǎn)。
16.如權(quán)利要求15所述的電子設(shè)備，其中所述充電電路包括具有第一電阻的第二開關(guān)，在閉合時(shí)將所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至所述內(nèi)部反 饋節(jié)點(diǎn)；具有第二電阻的第三開關(guān)，在閉合時(shí)將所述內(nèi)部反饋節(jié)點(diǎn)選擇性地耦合至所述外部功 率節(jié)點(diǎn)，其中所述第二電阻遠(yuǎn)大于所述第一電阻；以及其中所述控制器在關(guān)閉模式期間閉合所述第二開關(guān)并打開所述第三開關(guān)，其中所述控 制器在充電模式期間閉合所述第二開關(guān)和第三開關(guān)，并且其中所述控制器在所述主機(jī)模式 期間打開所述第二開關(guān)并且閉合所述第三開關(guān)。
17.如權(quán)利要求15所述的電子設(shè)備，其中所述充電電路包括耦合在所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)和所述外部功率節(jié)點(diǎn)之間的受控電流路徑；以及 耦合至所述內(nèi)部反饋節(jié)點(diǎn)并且耦合在所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)和所述外部功率節(jié)點(diǎn)之間的 受控開關(guān)電路。
18.如權(quán)利要求17所述的電子設(shè)備，其中所述受控電流路徑包括開關(guān)充電電阻。
19.如權(quán)利要求15所述的電子設(shè)備，進(jìn)一步包括 內(nèi)部功率節(jié)點(diǎn)；耦合至所述內(nèi)部功率節(jié)點(diǎn)的通用串行總線內(nèi)部調(diào)節(jié)器；以及 其中所述至少一個(gè)第一開關(guān)包括耦合在所述內(nèi)部電源節(jié)點(diǎn)和所述內(nèi)部功率節(jié)點(diǎn)之間的第一開關(guān)；以及 耦合在所述內(nèi)部功率節(jié)點(diǎn)和所述外部功率節(jié)點(diǎn)之間的第二開關(guān)。
20.如權(quán)利要求15所述的電子設(shè)備，其中所述通用串行總線功率控制電路與USBOTG
全文摘要
一種通用串行總線功率控制電路(111、201、701)包括將電源節(jié)點(diǎn)(VINUSB)選擇性地耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)(VBUS)的至少一個(gè)第一開關(guān)(SW1、SW2)，檢測何時(shí)給外部功率節(jié)點(diǎn)充電的比較器，用于激活電壓調(diào)節(jié)的反饋節(jié)點(diǎn)(VFB)，充電電路(SW3、SW4或SW3、SW4和203)以及控制器(217)。充電電路從電源節(jié)點(diǎn)給外部功率節(jié)點(diǎn)充電(SW3、SW4和203)，并將反饋節(jié)點(diǎn)選擇性地連接(SW3、SW4)至電源節(jié)點(diǎn)和外部功率節(jié)點(diǎn)中的至少一個(gè)?？刂破髟谖唇o外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)打開第一開關(guān)，在將反饋節(jié)點(diǎn)耦合至電源節(jié)點(diǎn)時(shí)控制充電電路給外部功率節(jié)點(diǎn)充電，并且在主機(jī)模式下給外部功率節(jié)點(diǎn)充電時(shí)閉合第一開關(guān)并將反饋節(jié)點(diǎn)耦合至外部功率節(jié)點(diǎn)。
文檔編號G06F13/00GK102150143SQ200980134821
公開日2011年8月10日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日
發(fā)明者D·M·施呂特, R·T·昂緹斯, 西德哈撒·Gk 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司