双供电C型线缆应用中的动态VCONN交换制造技术

技术编号:26611172 阅读:101 留言:0更新日期:2020-12-04 21:37
一种用于USB C型线缆的半导体设备包括:第一端子,其从线缆的第一端耦接至第一VCONN线;第二端子,其从线缆的第二端耦接至第二VCONN线;充电泵;以及开关电路,其耦接至第一端子和第二端子。开关电路包括:第一漏极扩展n型场效应晶体管(DENFET),其耦接在第一端子与半导体设备的内部电源之间;第一泵开关,其耦接在充电泵与第一DENFET的栅极之间;第二DENFET,其耦接在第二端子与内部电源之间;以及第二泵开关,其耦接在充电泵与第二DENFET的栅极之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双供电C型线缆应用中的动态VCONN交换相关申请该申请是于2018年9月6日提交的美国非临时申请第16/123,157号的国际申请,该美国非临时申请要求于2018年4月27日提交的LT.S临时申请第62/663,382号的优先权的权益,上述所有申请通过引用整体并入本文。
本公开内容涉及电子电路领域,尤其涉及USBC型线缆控制器芯片。
技术介绍
电子电路可以包括单独的电子部件,例如电阻器、晶体管、电容器、电感器和二极管等,这些单独的电子部件通过电流可以流过的导线或迹线连接。电子电路可以使用分立的部件来构造,或者更普遍地可以被集成在其中部件和互连形成在公共基板例如硅上的集成电路(IC)中。附图说明在附图的各个图中以示例而非限制的方式示出本公开内容。图1是根据各种实施方式的根据用于双供电C型线缆应用中的动态VCONN交换的技术所配置的半导体设备的框图。图2是根据实施方式的使用电子标记线缆组件(EMCA)控制器的USBC型线缆的电路图。图3是根据实施方式的USB全功能C型插头接口的端子图。图4是示出根据实施方式的在双供电C型线缆应用中向EMCA控制器提供电力并执行动态VCONN交换的半导体设备的电路图。图5是根据实施方式的在双供电C型线缆应用中使EMCA控制器通电并执行动态VCONN交换的方法的流程图。图6是根据实施方式的使用EMCA控制器的USBC型线缆的电路图,该EMCA控制器耦接至USBC型线缆的C型插头接口中的每一个。r>具体实施方式可以通过来自通用串行总线(USB)C型线缆的相对端的VCONN供电线中的任一个为USBC型线缆控制器供电。USBC型线缆控制器将以3.0V或小于3.0V的供电电压使任一供电线断电。控制器还将承受至大于20V的VBUS的短暂短路。目前,可以通过使用从VCONN面向内部电源的隔离二极管从(在线缆的第一端处的)第一VCONN线或(在线缆的第二端处)第二VCONN线中的任一者为C型线缆控制器供电。然而,这些隔离二极管可能具有大的电压降。在最小VCONN电压值为3.0V的情况下,相对于线缆半导体设备(例如C型线缆内的集成电路芯片)的电压降可能导致芯片操作问题。如果在外部实现隔离二极管以具有较小的电压降,则线缆材料成本会增加。在VBUS短路事件期间,二极管可能不能防止内部线缆芯片电压升高,这可能导致半导体设备被损坏。为了解决这些缺陷和其他缺陷,一些实施方式可能利用n型场效应晶体管(NFET)开关来实现第一VCONN至VDDD(例如,芯片的内部电源,例如Vddd_core)路径和第二VCONN至VDDD路径。NFET开关可以被实现为可以在漏极侧(例如,VCONN侧)承受大于20V的漏极扩展NFET(DENFET)晶体管。DENFET也可以被实现为低电压阈值晶体管以减小其电阻和尺寸。在各种实施方式中,DENFET栅极可以由例如五伏的电压供应装置(例如,充电泵)驱动,这可以具有两个益处。首先,在从VCONN线向VDDD供应电流时,泵电压可以使DENFET的电阻最小化。其次,当VCONN线路输入端之一被短路至相邻的20VVBETS端子时,泵电压可以限制VDDD上的电压。DENFET不会使高于Vgs=Vg-Vt的电压通过,其中Vg是DENFET栅极电压,Vgs是栅极至源极电压差,并且Vt是DENFET阈值电压,该DENFET阈值电压在理想情况下为零伏特或接近零伏特。在特定实施方式中,这可以将(Vddd_core的)静态电压限制为不超过约4.5V。响应于芯片上电,DENFET栅极电压被耦接在VCONN端子与栅极之间的电阻器弱拉到相关联的VCONN供电。为了防止在VBETS短路事件期间损坏栅极,可以使用二极管钳位装置(例如二极管链)将栅极电压钳位至不超过约6V。在一根VCONN线(例如,第一VCONN线)正在有效地向VDDD供应电流时,另一根VCONN线(例如,第二VCONN线)不应被恢复供电。这是通过将第二DENFET的栅极电压驱动至地来实现的,这将关断第二DENFET并将恢复供电电流限制至小于1微安。当第二VCONN线变成有效(例如,超过阈值电压)时,逻辑电路可以执行交换操作,在交换操作中第二VCONN线的第二DENFET被导通,同时第一VCONN线的第一DENFET被关断以便将第一DENFET的栅极电压驱动至地。在一个实施方式中,半导体设备被配置用于通用串行总线(ETSB)C型线缆,例如用作电子标记线缆组件(EMCA)控制器。半导体设备可以包括:第一端子,用于从USBC型线缆的第一端耦接至第一VCONN线;第二端子,用于从USBC型线缆的第二端耦接至第二VCONN线;充电泵;以及开关电路,其耦接至第一端子和第二端子。开关电路可以包括:第一DENFET,其耦接在第一端子与半导体设备的内部电源之间;第一泵开关,其耦接在充电泵与第一DENFET的栅极之间;第二DENFET,其耦接在第二端子与内部电源之间;以及第二泵开关,其耦接在充电泵与第二DENFET的栅极之间。如将详细描述的,开关电路可以被配置成在第一端子与第二端子之间分别来回地将电源从第一VCONN线或第二VCONN线之一动态地切换到半导体设备的内部电源(例如VDDD)。以这种方式,取决于第一VCONN线和第二VCONN线中哪一个的电压上升至阈值电压,半导体设备可以启用在线缆各端之间动态地交换电源。出于说明的目的,假设以下用例场景:移动电话与也通过电池供电的另一手持式设备例如扫描仪一起使用。移动电话可能已经完全充满,因此最初移动电话可能有助于例如通过VCONN或VBUS连接为扫描仪供电。然而,随着时间推移,移动电话可能变得几乎耗尽了电池电力,但是扫描仪可能具有较多电力或者可能已插入交流电源。在这种情况下,电力的汲取可能会交换方向,并且被从扫描仪拉至移动电话用于为移动电话的电池充电。设想了许多可能要求通过USBC型线缆交换电力流动的方向的其他场景。USB使能的电子设备或系统可以符合通用串行总线(USB)规范的至少一个发行版本。这样的USB规范的示例包括但不限于USB规范修订版本2.0、USB3.0规范、USB3.1规范和/或其各种补充(例如,便携式(On-The-Go)或OTG)、版本和勘误表。USB规范通常限定设计和构建标准通信系统和外围设备所需的差分串行总线的特征(例如,属性、协议定义、交易类型、总线管理、编程接口等)。例如,USB使能的外围设备通过USB使能的主机设备的USB端口附接至该主机设备以形成USB使能的系统。USB2.0端口包括5V的电力电压线(表示为VBUS)、数据线的差分对(表示为D+或DP以及D-或DN)以及用于电力返回的接地线(表示为GND)。USB3.0端口也提供VBUS线、D+线、D-线和GND线用于与USB2.0向下兼容。另外,为了支持较快的差分总线(USB超高速总线),USB3.0端口还提供了发送器数据线的差分对(表示为SSTX+和SSTX-)、接收器数据线的差分对(表示为SSRX+和SSRX-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通用串行总线(USB)C型线缆的半导体设备,所述半导体设备包括:/n第一端子,用于从所述USB C型线缆的第一端耦接至第一VCONN线;/n第二端子,用于从所述USB C型线缆的第二端耦接至第二VCONN线;/n充电泵;以及/n开关电路,其耦接至所述第一端子和所述第二端子,所述开关电路包括:/n第一漏极扩展n型场效应晶体管(DENFET),其耦接在所述第一端子与所述半导体设备的内部电源之间;/n第一泵开关,其耦接在所述充电泵与所述第一DENFET的栅极之间;/n第二DENFET,其耦接在所述第二端子与所述内部电源之间;以及/n第二泵开关,其耦接在所述充电泵与所述第二DENFET的栅极之间。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180427 US 62/663,382;20180906 US 16/123,1571.一种用于通用串行总线(USB)C型线缆的半导体设备,所述半导体设备包括:
第一端子,用于从所述USBC型线缆的第一端耦接至第一VCONN线;
第二端子,用于从所述USBC型线缆的第二端耦接至第二VCONN线;
充电泵;以及
开关电路,其耦接至所述第一端子和所述第二端子,所述开关电路包括:
第一漏极扩展n型场效应晶体管(DENFET),其耦接在所述第一端子与所述半导体设备的内部电源之间;
第一泵开关,其耦接在所述充电泵与所述第一DENFET的栅极之间;
第二DENFET,其耦接在所述第二端子与所述内部电源之间;以及
第二泵开关,其耦接在所述充电泵与所述第二DENFET的栅极之间。


2.根据权利要求1所述的半导体设备,其中,所述开关电路被配置成在所述第一端子与所述第二端子之间分别来回地将电源从所述第一VCONN线和所述第二VCONN线之一动态地切换到所述半导体设备的内部电源。


3.根据权利要求1所述的半导体设备,还包括耦接至所述内部电源、所述第一泵开关和所述第二泵开关的硬件逻辑,所述硬件逻辑用于在启动时:
检测来自所述第一端子或所述第二端子之一的电压;并且
导通所述第一泵开关或所述第二泵开关中与所述第一端子或所述第二端子中被检测到所述电压的端子相对应的泵开关,以将泵电压从所述充电泵分别传递至所述第一DENFET或所述第二DENFET之一的栅极。


4.根据权利要求3所述的半导体设备,其中,为了检测所述电压,所述硬件逻辑包括电压检测电路,所述电压检测电路用于检测来自所述第一端子或所述第二端子之一的大于阈值电压的电压。


5.根据权利要求3所述的半导体设备,其中,所述硬件逻辑还用于:
在启动期间,针对所述第一泵开关和所述第二泵开关中的每一个,将开关禁用信号和开关使能有效信号设置为0;并且
响应于对来自所述第一端子的电压的检测:
将至所述第一泵开关的开关使能有效信号设置为1;
将至所述第二泵开关的开关使能有效信号设置为0;以及
将至所述第二泵开关的开关禁用信号设置为1。


6.根据权利要求1所述的半导体设备,还包括:
第一电阻器,其耦接在所述第一端子与所述第一DENFET的栅极之间;
第一二极管钳位装置,其耦接在所述第一DENFET的栅极与地之间;
第二电阻器,其耦接在所述第二端子与所述第二DENFET的栅极之间;以及
第二二极管钳位装置,其耦接在所述第二DENFET的栅极与地之间。


7.根据权利要求1所述的半导体设备,还包括:
第一电阻器,其耦接在所述第一DENFET的源极与所述半导体设备的内部电源之间;
第二电阻器,其耦接在所述第二DENFET的源极与所述内部电源之间;并且
其中,所述第一电阻器和所述第二电阻器分别用于针对来自所述第一端子或所述第二端子中的任一者的过电流浪涌提供静电放电(ESD)保护。


8.一种方法,包括:
操作用于通用串行总线(USB)C型线缆的半导体设备,所述半导体设备包括第一端子、耦接在所述第一端子与内部电源之间的第一漏极扩展n型场效应晶体管(DENFET)、耦接至所述第一DENFET的栅极的第一泵开关、以及耦接至所述第一泵开关的控制逻辑,其中,操作所述半导体设备包括:
根据在所述第一端子处接收到的跨耦接在所述第一端子与所述第一DENFET的栅极之间的电阻器而下降的电压,使所述第一DENFET通电;
响应于所述电压通过所述第一DENFET传递至所述半导体设备的内部电源,使所述内部电源通电;
响应于所述内部电源的通电,使所述半导体设备上电;以及
响应于所述半导体设备的上电,操作所述半导体设备的控制逻辑以使所述第一DENFET完全通电,从而进入所述半导体设备的活动模式。


9.根据权利要求8所述的方法,其中,使所述内部电源通电至使所述半导体设备的上电复位电路无效的电压电平。


10.根据权利要求8所述的方法,其中,所述半导体设备还包括第二端子、耦接在所述第二端子与所述内部电源之间的第二DENFET、耦接至所述第二DENFET的栅极和所述控制逻辑的第二泵开关,并且其中,操作所述控制逻辑还包括:
启用耦接至所述第一泵开关和所述第二泵开关的充电泵;
通过电压检测电路进行下述第一检测:来自所述第一端子的电压超过阈值电压;以及
响应于所述第一检测:
导通所述第一泵开关以将泵电压从所述充电泵传递至所述第一DENFET的栅极,以完全激活所述第一DENFET;并且
关断所述第二泵开关以禁用所述第二DENFET,这会将所述第二DENFET的栅极拉至地。


11.根据权利要求10所述的方法,其中,操作所述控制逻辑还包括:
在所述半导体设备通电期间,针对所述第一泵开关和所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员:尼古拉斯·博德尼亚鲁克普拉迪普·巴杰帕伊戈德温·杰拉尔德·阿鲁拉潘哈米德·霍达班德卢
申请(专利权)人:赛普拉斯半导体公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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