專利名稱：：通用串行總線保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于防止對連接到通用串行總線(USB)線纜的損壞的電路。特別地，所述電路防止由于接地故障而造成的損壞。
背景技術(shù)：
：USB被用來將電子器件連接在一起，從而允許這些器件共享數(shù)據(jù)。所述電子器件可能會由于瞬態(tài)或接地故障而被損壞，這些瞬態(tài)或接地故障可能在器件連接時發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容在一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種通用串行總線(USB)保護(hù)電路。所述電路包括V+線、接地線、D+線、D-線、第一可復(fù)位器件(resettabledevice)、第二可復(fù)位器件、加窗比較器(windowingcomparator)、第一開關(guān)以及第二開關(guān)。V+線被配置成連接到USB線纜的V+連接。接地線被配置成連接到USB線纜的接地連接。D+線被配置成連接到USB線纜的D+連接。D-線被配置成連接到USB線纜的D-連接。第一可復(fù)位器件耦合到V+線并且把V+線鏈接到本地器件的V+。第二可復(fù)位器件耦合到接地線并且把接地線鏈接到本地器件的公共節(jié)點(diǎn)。所述比較器具有耦合到所述公共節(jié)點(diǎn)的負(fù)輸入以及耦合到接地線的正輸入。第一開關(guān)耦合在D+線和本地器件的D+之間，并且由所述比較器的輸出驅(qū)動。第二開關(guān)耦合在D-線和本地器件的D-之間，并且由所述比較器的輸出驅(qū)動。在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種保護(hù)耦合到通用串行總線線纜的本地器件的方法。所述方法包括當(dāng)發(fā)生接地故障時，增加可復(fù)位器件的電阻，以便把本地器件的公共節(jié)點(diǎn)與接地線解耦；檢測在所述公共節(jié)點(diǎn)與接地線之間的電壓差；打開第一開關(guān)，以便把第一數(shù)據(jù)線與本地器件解耦；以及打開第二開關(guān)，以便把第二數(shù)據(jù)線與本地器件解耦。通過考慮后面的詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的其他方面將變得顯而易見。圖1是用于保護(hù)連接到通用串行總線的器件的電路的示意圖。圖2是用于隔離USB接口的數(shù)據(jù)線的電路的實(shí)施例的示意圖。圖3是加窗比較器的實(shí)施例的示意圖。具體實(shí)施例方式在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用并不限于在下面的描述中闡述的或者在附圖中圖示的組件的構(gòu)造和布局細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠有其他實(shí)施例，并且能夠按照各種方式來實(shí)踐或?qū)嵤?。下面的各個組件被描述為具有節(jié)點(diǎn)。這是為了使得描述更加清楚而不是意圖進(jìn)行限制。其他組件結(jié)構(gòu)被設(shè)想到，這些組件結(jié)構(gòu)包括具有引線的組件、表面安裝組件、專用集成電路等等。4圖1是用于保護(hù)器件或電路免受存在于USB接口處的瞬態(tài)和接地故障影響的電路100的示意圖。下面的實(shí)例描述了USB2.0接口；但是也設(shè)想到了其他USB實(shí)現(xiàn)方式。電路100包括第一可復(fù)位器件105(例如由Tyco股份有限公司制造的#ASMD050F_2型自恢復(fù)保險絲(polyswitch)模型)、第二可復(fù)位器件110、第一開關(guān)115(例如光電耦合場效應(yīng)晶體管)、第二開關(guān)120、第一靜電放電(ESD)保護(hù)二極管125(例如齊納二極管)、第二ESD二極管130以及比較器135。電路100連接到標(biāo)準(zhǔn)USB線纜137。USB線纜137包括V+線140,USBGND線145、D+線150(第一數(shù)據(jù)連接)以及D-線155(第二數(shù)據(jù)連接)，如業(yè)內(nèi)公知的那樣。這些線意圖把本地器件通過USB連接器耦合到USB線纜，并且最終耦合到遠(yuǎn)程器件。電路100可以被合并到USB連接器中或者可以是本地器件的部分。第一可復(fù)位器件105具有第一節(jié)點(diǎn)160和第二節(jié)點(diǎn)165。第一節(jié)點(diǎn)160耦合到V+線140。第二節(jié)點(diǎn)165充當(dāng)用于與USB接口連接(interface)的電路的5伏特電源。第二可復(fù)位器件110具有第一節(jié)點(diǎn)170和第二節(jié)點(diǎn)175。第一節(jié)點(diǎn)170耦合到USBGND線145。第二節(jié)點(diǎn)175耦合到用于與USB接口連接的電路的公共節(jié)點(diǎn)180。加窗比較器135的正輸入185耦合到USBGND線145。加窗比較器135的負(fù)輸入190耦合到公共節(jié)點(diǎn)180。第一開關(guān)115具有耦合到D+線150的第一節(jié)點(diǎn)200、耦合到與USB接口連接的電路的D+線的第二節(jié)點(diǎn)205以及耦合到所述比較器的輸出215的輸入210。第二開關(guān)120具有耦合到D-線155的第一節(jié)點(diǎn)220、耦合到與USB接口連接的電路的D-線的第二節(jié)點(diǎn)225以及耦合到比較器135的輸出215的輸入230。第一ESD二極管125具有耦合到與USB接口連接的電路的D+線的第一節(jié)點(diǎn)235以及耦合到公共節(jié)點(diǎn)180的第二節(jié)點(diǎn)M0。第二ESD二極管130具有耦合到本地器件的D-線的第一節(jié)點(diǎn)M5以及耦合到公共節(jié)點(diǎn)180的第二節(jié)點(diǎn)250。在正常操作期間，在第一可復(fù)位器件105的第一和第二節(jié)點(diǎn)160與165之間以及在第二可復(fù)位器件110的第一和第二節(jié)點(diǎn)170與175之間的電壓電平很小或者沒有差異。當(dāng)電壓差很小或者沒有電壓差時，可復(fù)位器件105和110的電阻接近零歐姆。因此，加窗比較器135的輸入185和190近似相等，并且比較器135的輸出215是低的。所述低輸出導(dǎo)致開關(guān)115和120閉合，從而把在D+和D-線150和155處的信號傳播到本地器件。如果發(fā)生接地故障，則在第二可復(fù)位器件110的第一節(jié)點(diǎn)170與第二節(jié)點(diǎn)175之間存在電壓差。所述差導(dǎo)致第二可復(fù)位器件110的電阻顯著增加(例如增加到數(shù)兆歐姆)，從而實(shí)際上在USBGND線145與公共節(jié)點(diǎn)180之間產(chǎn)生開路。加窗比較器135檢測到在輸入185和190處的電壓差，從而使得輸出215為高。所述高輸出打開開關(guān)115和120。結(jié)果，本地器件通過與USBGND、D+和D-線145、150和155隔離而被保護(hù)免受接地故障的影響。一旦所述接地故障被校正，第二可復(fù)位器件110的電阻就返回到接近零歐姆，從而去除在比較器135的輸入185和190處的電壓差。輸出215返回到低，從而使開關(guān)115和120閉合，并且系統(tǒng)的操作返回正常。如果在V+線140上發(fā)生故障，則在第一可復(fù)位器件105的第一和第二節(jié)點(diǎn)160與165之間將出現(xiàn)電壓差。所述差導(dǎo)致第一可復(fù)位器件105的電阻顯著增加(例如增加到數(shù)兆歐姆)，從而將本地器件與V+線140隔離/保護(hù)所述本地器件不受V+線140影響。一旦所述故障被校正，第一可復(fù)位器件105的電阻就返回到接近零，并且系統(tǒng)的操作返回正常。如果在D+和/或D-線150和155處出現(xiàn)大的瞬態(tài)電壓，則(針對D+線150的)第一ESD二極管125和/或(針對D-線155的)第二ESD二極管130擊穿，從而把(多個)線150和/或155短接到所述公共節(jié)點(diǎn)。因此，保護(hù)本地器件免受D+和D-連接器150和155上的瞬態(tài)電壓的影響。所述ESD二極管還用來吸收電壓浪涌，直到開關(guān)電路激活為止。電路100可以被設(shè)計(jì)成在兩倍預(yù)期電壓下保護(hù)器件。舉例來說，在汽車中，預(yù)期電壓可能是27伏特，并且電路100可以被設(shè)計(jì)成保護(hù)高達(dá)M伏特。電路100保護(hù)免遭正和負(fù)電壓偏移。電路100不要求用戶干預(yù)(例如替換熔斷器)，因?yàn)樗隹蓮?fù)位器件在錯誤狀況消失時自動復(fù)位。在正常條件下(即沒有故障存在)，電路100對USB接口的操作沒有影響(例如吞吐量和數(shù)據(jù)速率不受電路100的影響)。但是，當(dāng)故障狀況存在時，USB通信被中斷。圖2是用于隔離USB接口的數(shù)據(jù)線的電路300的實(shí)施例的示意圖。電路300是(類似于圖1的電路100的)更大的電路的部分。電路300包括第一光電耦合開關(guān)315(例如光電耦合場效應(yīng)晶體管)、第二光電耦合開關(guān)320、第一驅(qū)動開關(guān)325、第二驅(qū)動開關(guān)330、第一靜電放電(ESD)保護(hù)二極管125(例如齊納二極管)、第二ESD二極管130以及加窗比較器135。電路300連接到標(biāo)準(zhǔn)USB線纜137。USB線纜137包括D+線150(第一數(shù)據(jù)連接)以及D-線155(第二數(shù)據(jù)連接)，如業(yè)內(nèi)公知的那樣。這些線意圖把本地器件通過USB連接器耦合到USB線纜，并且最終耦合到遠(yuǎn)程器件。電路300可以被合并到USB連接器中或者可以是本地器件的部分。第一光電耦合開關(guān)315具有耦合到D+線150的第一節(jié)點(diǎn)400、耦合到與USB接口連接的電路的D+線的第二節(jié)點(diǎn)405以及由第一驅(qū)動開關(guān)325驅(qū)動的輸入410。第一驅(qū)動開關(guān)325由比較器135的輸出215驅(qū)動。第二光電耦合開關(guān)320具有耦合到D-線155的第一節(jié)點(diǎn)420、耦合到與USB接口連接的電路的D-線的第二節(jié)點(diǎn)425以及由第二驅(qū)動開關(guān)330驅(qū)動的輸入430。第二驅(qū)動開關(guān)330也由比較器135的輸出215驅(qū)動。電路300類似于前面描述的電路100工作。但是，第一和第二光電耦合開關(guān)315和320在故障發(fā)生時提供比電路100的開關(guān)更高程度的隔離。圖3是用于驅(qū)動電路100和300的開關(guān)電路的加窗比較器350的替換實(shí)施例的示意圖。在所示實(shí)施例中，加窗比較器350由USB的V+線140通過第一可復(fù)位器件105驅(qū)動。加窗比較器350每當(dāng)故障狀況發(fā)生時驅(qū)動這些開關(guān)，從而導(dǎo)致存在大的正或負(fù)電壓。在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明通過引入另一個開關(guān)元件以代替第一可復(fù)位器件來提供針對V+線的保護(hù)。這種方法提供了比僅利用可復(fù)位器件所能得到的電壓保護(hù)更高的電壓保護(hù)。在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明使用在本地接地與來自USB接口的V+信號之間的電壓差作為對于加窗比較器的一個輸入，并且將由從本地電源得到的參考電壓作為另一個輸入。這個實(shí)施例在加窗比較器上只要求正電源。在所附權(quán)利要求書中闡述了本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點(diǎn)。權(quán)利要求1.一種通用串行總線(USB)保護(hù)電路，所述電路包括被配置成連接到USB線纜的V+連接的V+線；被配置成連接到USB線纜的接地連接的接地線；被配置成連接到USB線纜的D+連接的D+線；被配置成連接到USB線纜的D-連接的D-線；第一可復(fù)位器件，所述第一可復(fù)位器件被耦合到V+線并且把V+線鏈接到本地器件的V+；第二可復(fù)位器件，所述第二可復(fù)位器件被耦合到接地線并且把接地線鏈接到本地器件的公共節(jié)點(diǎn)；加窗比較器，所述加窗比較器具有耦合到所述公共節(jié)點(diǎn)的負(fù)輸入和耦合到接地線的正輸入；耦合在D+線和本地器件的D+之間的第一開關(guān)，所述第一開關(guān)由比較器的輸出驅(qū)動；以及耦合在D-線和本地器件的D-之間的第二開關(guān)，所述第二開關(guān)由比較器的輸出驅(qū)動。2.權(quán)利要求1的電路，其還包括耦合在本地器件的D+和所述公共節(jié)點(diǎn)之間的第一靜電放電保護(hù)二極管以及耦合在本地器件的D-和所述公共節(jié)點(diǎn)之間的第二靜電放電保護(hù)二極管。3.權(quán)利要求1的電路，其中，接地故障導(dǎo)致第二可復(fù)位器件的電阻增加，從而導(dǎo)致所述加窗比較器的輸出把第一和第二開關(guān)驅(qū)動到打開狀態(tài)。4.權(quán)利要求3的電路，其中，當(dāng)接地故障被去除時，第二可復(fù)位器件的電阻返回到接近零歐姆。5.權(quán)利要求1的電路，其中，故障導(dǎo)致第一可復(fù)位器件的電阻增加。6.權(quán)利要求5的電路，其中，當(dāng)故障被去除時，第一可復(fù)位器件的電阻返回到接近零歐姆。7.權(quán)利要求1的電路，其中，當(dāng)不存在故障時，USB通信的吞吐量和數(shù)據(jù)速率不受第一和第二可復(fù)位器件以及第一和第二開關(guān)的影響。8.一種保護(hù)耦合到通用串行總線線纜的本地器件的方法，所述方法包括當(dāng)發(fā)生接地故障時增加可復(fù)位器件的電阻，以便把本地器件的公共節(jié)點(diǎn)與接地線解華禹；檢測在所述公共節(jié)點(diǎn)與接地線之間的電壓差；打開第一開關(guān)，從而把第一數(shù)據(jù)線與本地器件解耦；以及打開第二開關(guān)，從而把第二數(shù)據(jù)線與本地器件解耦。9.權(quán)利要求8的方法，其還包括當(dāng)故障狀況被去除時，減小所述可復(fù)位器件的電阻，從而把本地器件的公共節(jié)點(diǎn)耦合到接地線；檢測在所述公共節(jié)點(diǎn)與接地線之間的電壓差的缺失；閉合第一開關(guān)，從而把第一數(shù)據(jù)線耦合到本地器件；以及閉合第二開關(guān)，從而把第二數(shù)據(jù)線耦合到本地器件。10.一種通用串行總線(USB)保護(hù)電路，所述電路包括被配置成連接到USB線纜的V+連接的V+線；被配置成連接到USB線纜的接地連接的接地線；被配置成連接到USB線纜的D+連接的D+線；被配置成連接到USB線纜的D-連接的D-線；第一可復(fù)位器件，所述第一可復(fù)位器件被耦合到V+線并且把V+線鏈接到本地器件的V+；第二可復(fù)位器件，所述第二可復(fù)位器件被耦合到接地線并且把接地線鏈接到本地器件的公共節(jié)點(diǎn)；耦合到第一可復(fù)位器件的加窗比較器；耦合在D+線和本地器件的D+之間的第一開關(guān)，所述第一開關(guān)由比較器的輸出驅(qū)動；以及耦合在D-線和本地器件的D-之間的第二開關(guān)，所述第二開關(guān)由比較器的輸出驅(qū)動。11.權(quán)利要求10的電路，其還包括耦合在本地器件的D+和所述公共節(jié)點(diǎn)之間的第一靜電放電保護(hù)二極管以及耦合在本地器件的D-和所述公共節(jié)點(diǎn)之間的第二靜電放電保護(hù)二極管。12.權(quán)利要求10的電路，其中，接地故障導(dǎo)致第二可復(fù)位器件的電阻增加，從而導(dǎo)致加窗比較器的輸出把第一和第二開關(guān)驅(qū)動到打開狀態(tài)。13.權(quán)利要求12的電路，其中，當(dāng)接地故障被去除時，第二可復(fù)位器件的電阻返回到接近零歐姆。14.權(quán)利要求10的電路，其中，故障導(dǎo)致第一可復(fù)位器件的電阻增加。15.權(quán)利要求14的電路，其中，當(dāng)故障被去除時，第一可復(fù)位器件的電阻返回到接近零歐姆。16.權(quán)利要求10的電路，其中，當(dāng)不存在故障時，USB通信的吞吐量和數(shù)據(jù)速率不受第一和第二可復(fù)位器件以及第一和第二開關(guān)的影響。17.權(quán)利要求10的電路，其中，第一和第二開關(guān)是光電耦合FET。全文摘要本發(fā)明涉及通用串行總線保護(hù)電路。所述電路包括V+線、接地線、D+線、D-線、第一可復(fù)位器件、第二可復(fù)位器件、加窗比較器、第一開關(guān)以及第二開關(guān)。V+線被配置成連接到通用串行總線(USB)線纜的V+連接。接地線被配置成連接到USB線纜的接地連接。D+線被配置成連接到USB線纜的D+連接。D-線被配置成連接到USB線纜的D-連接。第一可復(fù)位器件耦合到V+線并且把V+線鏈接到本地器件的V+。第二可復(fù)位器件耦合到接地線并且把接地線鏈接到本地器件的共同節(jié)點(diǎn)。加窗比較器具有耦合到共同節(jié)點(diǎn)的負(fù)輸入以及耦合到接地線的正輸入。第一開關(guān)耦合在D+線和本地器件的D+之間，并且由比較器的輸出驅(qū)動。第二開關(guān)耦合在D-線和本地器件的D-之間，并且由比較器的輸出驅(qū)動。文檔編號G06F13/40GK102567271SQ20111043259公開日2012年7月11日申請日期2011年12月21日優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日發(fā)明者D.J.維特,F.安德森申請人:羅伯特·博世有限公司