过压保护电路、USB连接器和用于USB连接器的过压保护方法技术

本发明专利技术涉及一种过压保护电路、USB连接器和用于USB连接器的过压保护方法。该过电压保护电路包括被配置成生成偏置电流的偏置电流发生器，以及被配置成接收所述偏置电流和与连接器的数据端子相关联的电压的电流比较器。所述电流比较器包括晶体管。所述晶体管被配置成基于与所述数据端子相关联的电压的电平而激活。所述电流比较器被配置成将所述晶体管的电流与所述偏置电流进行比较。所述过电压保护电路包括输出电路，所述输出电路被配置成响应于所述晶体管的电流大于所述偏置电流而生成过电压保护信号。

Overvoltage protection circuit, USB connector and overvoltage protection method for USB connector

The invention relates to an overvoltage protection circuit, a USB connector and an overvoltage protection method for a USB connector. The over-voltage protection circuit includes a bias current generator configured to generate a bias current, and a current comparator configured to receive the bias current and the voltage associated with the data terminal of the connector. The current comparator includes a transistor. The transistor is configured to activate based on a level of voltage associated with the data terminal. The current comparator is configured to compare the current of the transistor with the bias current. The over-voltage protection circuit includes an output circuit configured to generate an over-voltage protection signal in response to the transistor current being greater than the bias current.

【技术实现步骤摘要】
过压保护电路、USB连接器和用于USB连接器的过压保护方法
本说明书涉及通用串行总线(USB)连接器中的过电压保护电路，其增加了用于检测过电压事件的响应时间。
技术介绍
过电压保护电路在过电压事件期间保护受保护器件(DUP)免受损坏。例如，当在USB连接器的数据端子上施加高电压时，如果USB连接器的开关被激活，DUP可遭受损坏。过电压保护电路检测数据端子的电压电平，并在电压大于阈值电平时生成关断开关的信号。在一些现有设计中，泄漏电流、响应时间等对于各种应用可为不期望的。
技术实现思路
根据一个方面，过电压保护电路包括被配置成生成偏置电流的偏置电流发生器，以及被配置成接收偏置电流和与连接器的数据端子相关联的电压的电流比较器。电流比较器包括晶体管。晶体管被配置成基于与数据端子相关联的电压的电平而激活。电流比较器被配置成将晶体管的电流与偏置电流进行比较。过电压保护电路包括输出电路，该输出电路被配置成响应于晶体管的电流大于偏置电流而生成过电压保护信号。根据一些方面，过电压保护电路可包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。过电压保护电路可包括被配置成生成参考电压的参考电压发生器。晶体管可基于与数据端子相关联的电压大于参考电压和晶体管的阈值电压的组合而激活。过电压保护电路可包括箝位电路，该箝位电路被配置成接收与数据端子相关联的电压，并且响应于该电压大于上阈值，箝位电路可将电压箝位到上阈值。过电压保护电路可包括箝位电路，该箝位电路被配置成接收与数据端子相关联的电压，并且响应于该电压小于下阈值，箝位电路可将电压箝位到下阈值。晶体管可为第一晶体管，并且电流比较器可包括第二晶体管和设置在第一晶体管和第二晶体管之间的输出节点。响应于第一晶体管的电流大于第二晶体管的电流，可在输出节点处生成电压，并且第二晶体管的电流可为偏置电流。第一晶体管可为P沟道晶体管，并且第二晶体管可为N沟道晶体管。输出节点可连接到输出电路。晶体管具有被配置成接收参考电压的第一端子、被配置成接收箝位电路的输出的第二端子、以及连接到镜像偏置电流的电流镜的第三端子。输出电路可包括第一反相器和第二反相器。根据一个方面，通用串行总线(USB)连接器包括数据端子和耦接到数据端子的开关。开关被配置成耦接到器件。数据端子被配置成响应于开关闭合而电连接到器件，并且数据端子被配置成响应于开关断开而与器件电断开。USB连接器包括连接到开关的过电压保护电路。过电压保护电路被配置成响应于数据端子上的过电压事件而生成过电压保护信号。开关被配置成响应于过电压保护信号而断开。过电压保护电路包括被配置成生成偏置电流的偏置电流发生器和电流比较器。电流比较器包括晶体管。过电压保护电路被配置成响应于晶体管的电流大于偏置电流而生成过电压保护信号。根据一些方面，USB连接器可包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。过电压保护电路可包括被配置成生成参考电压的参考电压发生器，其中晶体管被配置成基于与数据端子相关联的电压大于参考电压和晶体管的阈值电压的组合而激活。过电压保护电路可包括箝位电路，该箝位电路被配置成接收与数据端子相关联的电压，并且响应于该电压大于上阈值，箝位电路被配置成将电压箝位到上阈值。箝位电路可包括第一二极管和第二二极管。过电压保护电路可包括箝位电路，该箝位电路被配置成接收与数据端子相关联的电压，并且响应于该电压小于下阈值，箝位电路被配置成将电压箝位到下阈值。晶体管可为第一晶体管，电流比较器可包括第二晶体管和设置在第一晶体管和第二晶体管之间的输出节点，并且响应于第一晶体管的电流大于第二晶体管的电流，在输出节点处生成电压。第一晶体管具有被配置成接收参考电压的栅极、被配置成接收与数据端子相关联的电压的源极、以及连接到第二晶体管的漏极的漏极。根据一个方面，用于通用串行总线(USB)连接器中过电压保护的方法包括：箝位USB连接器的数据端子的电压；基于箝位电压激活电流比较器的第一晶体管；比较第一晶体管的电流与电流比较器的第二晶体管的电流；响应于第一晶体管的电流大于第二晶体管的电流生成过电压保护信号；以及基于过电压保护信号去激活USB开关。根据一些方面，该方法可包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。该方法可包括生成参考电压，并且激活包括响应于箝位电压大于参考电压和第一晶体管的电压阈值的组合而激活第一晶体管。该方法可包括生成偏置电流和用第二晶体管镜像偏置电流。比较可包括：响应于第一晶体管的电流大于第二晶体管的电流，在设置在第一晶体管和第二晶体管之间的输出节点处生成电压；以及基于在输出节点处的电压生成过电压保护信号。一个或多个实施方式的细节在随附附图和以下描述中阐明。其他特征将从说明书和附图中以及从权利要求书中显而易见。附图说明图1示出了根据一个方面的用于USB连接器的过电压保护电路。图2示出了根据另一方面的过电压保护电路。图3示出了根据一个方面的图1或2的过电压保护电路的箝位电路。图4示出了描绘根据一个方面的USB连接器中的过电压保护的示例性操作的流程图。图5A至图5C为描绘根据一个方面的滞后电压扫描的曲线图。图6A至图6C为描绘根据一个方面验证过电压保护信号的功能的模拟的曲线图。图7示出了描绘根据一个方面的过电压保护信号的响应时间的曲线图。图8A至图8C为描绘根据一个方面的用于检查数据端子的泄漏电流的电压扫描的曲线图。具体实施方式本公开涉及通用串行总线(USB)连接器中的过电压保护电路，其增加了用于检测过电压事件的响应时间。在一些示例中，USB开关可具有高直流(DC)容差。然而，尽管USB开关具有相对高的容差，本文讨论的过电压保护电路可以快速检测数据端子的电压，同时降低(或消除)在数据端子上的泄漏电流。当过电压事件被更快地检测到时，过电压保护电路可及时地关断USB开关，从而保护连接的器件。本文讨论的过电压保护电路包括电流比较器，该电流比较器可以检测电流是否超过阈值，以比常规方法(可使用电压比较器)更快的方式确定在数据端子上是否存在过电压事件。因此，本文所述的过电压保护电路可具有在输入/输出端子上相对低的泄漏电流和快速的响应时间。本文所述的USB连接器可以被配置成处理相对高的电压，同时保持泄漏电流相对低并保持期望的快速响应时间。图1示出了根据一个方面的用于为USB连接器100中的数据端子102提供保护的USB开关104的过电压保护电路108。器件106(也称为受保护器件(DUP))可连接到USB连接器100。器件106可为能够连接到USB连接器100的任何类型的计算器件或电子器件。数据端子102包括正数据端子103和负数据端子105。在一些示例中，正数据端子103为数据正(DP)引脚或线。在一些示例中，正数据端子103为高速数据正(HSDP)引脚或线。在一些示例中，负数据端子105为数据负(DM)引脚或线。在一些示例中，负数据端子105为高速数据负(HSDM)引脚或线。在闭合位置(或接通位置)，USB开关104提供在数据端子102和器件106之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种过电压保护电路，包括：/n偏置电流发生器，所述偏置电流发生器被配置成生成偏置电流；/n电流比较器，所述电流比较器被配置成接收所述偏置电流和与连接器的数据端子相关联的电压，所述电流比较器包括晶体管，所述晶体管被配置成基于与所述数据端子相关联的所述电压的电平而激活，所述电流比较器被配置成将所述晶体管的电流与所述偏置电流进行比较；以及/n输出电路，所述输出电路被配置成响应于所述晶体管的所述电流大于所述偏置电流而生成过电压保护信号。/n

【技术特征摘要】
20180508 US 15/974,2731.一种过电压保护电路，包括：
偏置电流发生器，所述偏置电流发生器被配置成生成偏置电流；
电流比较器，所述电流比较器被配置成接收所述偏置电流和与连接器的数据端子相关联的电压，所述电流比较器包括晶体管，所述晶体管被配置成基于与所述数据端子相关联的所述电压的电平而激活，所述电流比较器被配置成将所述晶体管的电流与所述偏置电流进行比较；以及
输出电路，所述输出电路被配置成响应于所述晶体管的所述电流大于所述偏置电流而生成过电压保护信号。


2.根据权利要求1所述的过电压保护电路，还包括：
参考电压发生器，所述参考电压发生器被配置成生成参考电压，所述晶体管被配置成基于与所述数据端子相关联的所述电压大于所述参考电压和所述晶体管的阈值电压的组合而激活。


3.根据权利要求1所述的过电压保护电路，还包括：
箝位电路，所述箝位电路被配置成接收与所述数据端子相关联的所述电压，
响应于所述电压大于上阈值，所述箝位电路被配置成将所述电压箝位到所述上阈值，
响应于所述电压小于下阈值，所述箝位电路被配置成将所述电压箝位到所述下阈值。


4.根据权利要求1所述的过电压保护电路，其中所述晶体管为第一晶体管，所述第一晶体管包括P沟道晶体管，所述电流比较器包括第二晶体管和输出节点，所述输出节点设置在所述第一晶体管和所述第二晶体管之间并耦接到所述输出电路，所述第二晶体管包括N沟道晶体管，其中响应于所述第一晶体管的电流大于所述第二晶体管的电流，在所述输出节点处生成电压，所述第二晶体管的所述电流为所述偏置电流。


5.根据权利要求1所述的过电压保护电路，其中所述晶体管具有被配置成接收参考电压的第一端子、被配置成接收箝位电路的输出的第二端子以及连接到镜像所述偏置电流的电流镜的第三端子，并且所述输出电路包括第一反相器和第二反相器。


6.一种通用串行总线USB连接器，包括：
数据端子；
开关，所述开关耦接到所述数据端子，所述开关被配置成耦接到器件，所述数据端子被配置成响应于所述开关闭合而电连接到所述器件，所述数据端子被配置成响应于所述开关断开而与所述器件电断开；以及
过电压保护电路，所述过电压保护电路连接到所述开关，所述过电压保护电路被配置成响...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴红兵，孙伟明，祝鹏，
申请(专利权)人：半导体组件工业公司，
类型：发明
国别省市：美国;US