用于电缆屏蔽故障检测和保护的系统和方法技术方案

描述了用于屏蔽故障检测的系统和方法实施例，这些系统和方法保护了电缆、部件以及连接到电缆屏蔽件的其他电路，并且避免了在意外事件期间高短路电流从电源流到地。可以使用阈值电压检测器和斜率检测器来感测经由屏蔽接地件可切换地耦合至地的屏蔽引脚上的电压。还说明了用于区分由屏蔽故障引起的屏蔽接地开关电流与正常操作的方法实施例。在某些情况中，在建立强接地路径之前，首先建立弱接地路径以感测或识别电缆上的有效附接。所披露的实施例可以单独地或组合地以改善的性能有效地检测屏蔽故障。检测屏蔽故障。检测屏蔽故障。

【技术实现步骤摘要】
用于电缆屏蔽故障检测和保护的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利技术要求于2020年4月29日提交的美国临时专利申请63/017,630的所有共同主题的优先权权益。该申请的内容通过引用并入本文。


[0003]本披露总体上涉及用于电缆屏蔽故障检测的系统和方法。

技术介绍

[0004]便携式设备电缆(例如，通用串行总线(USB)A型、C型、微型USB和供电电子标记电缆(EMC))在各种应用中被广泛使用。它们可以用于设备充电、数据通信等。通常，便携式设备电缆可以包括电源线、接地线、一对或多对数据线、以及屏蔽件。在操作期间，便携式设备电缆的一端可以连接到电源或电子设备，例如，汽车充电端口、台式机、笔记本计算机。便携式设备电缆的另一端可以连接到便携式电子设备。
[0005]在某些情况中，便携式设备电缆的屏蔽件可能意外短接至电压。例如，在汽车应用中，当便携式设备电缆的一个连接器连接到车辆的USB端口，而便携式设备电缆的另一个连接器意外落入12V点烟器插座中时，就可能发生USB接地短接到电池(short
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to
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battery)。连接器的屏蔽件可能接触12V中心端子。结果，可能有损坏性的电流量从点烟器接线流经便携式设备电缆。可以在USB端口侧使用屏蔽接地开关将端口地与屏蔽件断开，以保护USB端口、电缆和点烟器。
[0006]已经使用阈值电压检测器经由电流感测放大器(CSA)来感测通过接地开关的电流。可以使用阈值电压检测器的输出来控制屏蔽接地开关。然而，这种实施方式存在局限性。首先，在负载瞬变期间，屏蔽接地开关可能会被错误地关闭，因为可能无法在负载电流与接地短路电流之间区分出流经屏蔽接地开关的电流的来源。此外，对于使用场效应晶体管(FET)的屏蔽接地开关而言，可能需要高漏源电压(VDS)来处理在FET快速截止时出现的高压环。因此，还需要在屏蔽引脚上提供高压保护。
[0007]因此，将期望具有用于电缆屏蔽故障检测的系统和方法，以实现改善的性能和更好的保护。

技术实现思路

[0008]描述了用于屏蔽故障检测和保护的系统和方法实施例，这些系统和方法避免了在意外事件期间高短路电流通过屏蔽件从电源流到地。可以使用阈值电压检测器和斜率检测器来感测连接在屏蔽件与地之间的接地开关上的电压。还说明了用于区分由屏蔽故障引起的接地开关电流与正常操作的方法。在某些情况中，在连接真实强接地之前，首先建立弱接地以感测或识别电缆上的有效附接。所披露的实施例可以单独地或组合地以改善的性能有效地检测屏蔽故障，并且还可以通过使用具有更低电流容量的更小尺寸的屏蔽接地开关来帮助降低系统成本。
[0009]在一个或多个实施例中，电子设备的屏蔽引脚经由包括屏蔽接地开关的接地路径被接地。当便携式设备电缆的屏蔽件短接到电压源时，流经接地路径的电流在屏蔽引脚处产生电压。当感测到的电压超出阈值时，电压比较器会被触发而向故障控制模块报告故障状况，该故障控制模块然后输出信号以经由驱动器使屏蔽接地开关关闭。在一个或多个实施例中，一旦故障状况被消除或在预定的时间间隔之后，再次打开屏蔽接地开关。
[0010]在一个或多个实施例中，使用阈值检测器和斜率检测器两者以实现快速检测。在屏蔽阈值检测触发屏蔽接地开关关闭时，电缆中的电流可能高到足以对部件造成一些损坏。减少损坏的一种方法是在阈值检测器处于较低阈值之前就检测到故障。然而，使用较低阈值对阈值检测器是具有挑战性的，因为这样的较低阈值可能在负载操作瞬态包络范围内。在一个或多个实施例中，为了以较低阈值实现较早地检测，实施斜率检测器以将屏蔽件上的电压变化的速率与参考斜率进行比较。在发生故障(例如，短接到电池)的情况下，当感测到的屏蔽引脚处的电压甚至小于预定阈值时，斜率检测就可以检测到故障。当电压变化速率快于参考斜率时，斜率检测器触发。在正常应用中，负载电流瞬变速率通常小于故障电流瞬变速率，并且因此，预定的固定的参考斜率就足够。
[0011]在某些情况中，诸如使用非C型连接器等的热插入事件中，当DC
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DC转换器的输出电压可能为5V的固定电压时，非故障屏蔽电流传输可能会高到足以触发错误的故障报告。在一个或多个实施例中，为了避免斜率检测器响应于这样的非故障屏蔽电流传输，使用电流感测电路来检测来自DC
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DC转换器的输出电容器的电流，以区分屏蔽接地开关电流的来源。如果未检测到DC
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DC转换器涌入电流，则屏蔽引脚处电压的上升是由于故障事件导致的。
[0012]在典型的C型USB连接中，可以通过设备(宿或便携式设备)的内部电阻(RD)引起的CC引脚上的电压降来确定设备连接在USB C型电缆的一端。在连接检测期间，需要接地以允许电流流动。在系统启动后等待发生附接时，屏蔽接地开关应该保持打开。然而，通过屏蔽接地开关的强电缆接地可能易于发生屏蔽件短接到电池事件。在一个或多个实施例中，披露了一种建立弱接地路径的方法，该方法在连接到真实强接地路径之前建立弱接地路径，以感测电缆上的有效附接。该方法通过避免在屏蔽短路故障事件中高电流流经强接地路径来提供保护。
[0013]本披露的进一步适用领域将根据详细说明、权利要求以及附图而变得明显。详细说明和具体示例旨在仅用于说明的目的并且并不旨在限制本披露的范围。
附图说明
[0014]将参照附图中展示的示例性实施例。这些附图旨在为说明性的，而并非限制性的。尽管总体上在这些实施例的上下文中描述了本披露，但通过这样做不旨在将本披露的范围限制成所描绘或所描述的实施例的具体特征。
[0015]图1描绘了用于屏蔽故障保护的具有接地开关的现有技术电路。
[0016]图2描绘了根据各种实施例的用于屏蔽故障检测和保护的具有各种部件的电路。
[0017]图3描绘了根据各种实施例的用于屏蔽故障检测和保护的操作过程。
[0018]图4描绘了根据各种实施例的在建立强接地路径之前建立弱接地路径的用于屏蔽故障保护的操作过程。
[0019]本领域技术人员将认识到可以根据说明书来实践各种实施方式和实施例。所有这些实施方式和实施例都旨在被包括在本披露的范围内。
具体实施方式
[0020]在以下描述中，出于解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本专利技术的理解。然而将明显的是，本领域技术人员可以在不具有这些细节的情况下实践本专利技术。此外，本领域技术人员将认识到，以下所描述的实施例可以在有形计算机可读介质上以诸如过程、装置、系统、设备、或方法等各种方式实施。
[0021]在图中示出的部件或模块展示了示例性实施例并且意在避免模糊本专利技术。还应当理解的是，贯穿本讨论，部件可以被描述为可以包括子单元的单独的功能单元，但是本领域技术人员将认识到的是，各种部件或其多个部分可以被分成单独的部件或者可以被集成在一起，包括集成在单个系统或部件中。应当注意的是，本文所讨论的功能或操作可以被实施为部件。部件可以以软件、硬件、或其组合来实施。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种屏蔽故障检测方法，该方法包括：检测电缆连接接口的屏蔽引脚上的电压变化的速率；将该电压变化的速率与参考斜率进行比较；检测是否存在正流经该电缆连接接口的电源引脚的电流；基于该电压变化的速率高于该参考斜率且未检测到通过该电源引脚的电流而断开该屏蔽引脚的接地路径；以及基于该电压变化的速率高于该参考斜率并且检测到通过该电源引脚的电流而连接该接地路径。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括基于该电压变化的速率低于该参考斜率而连接该屏蔽引脚的接地路径。3.如权利要求1所述的方法，其中，将该电压变化的速率与该参考斜率进行比较包括将该电压变化的速率与线性参考斜率进行比较。4.如权利要求1所述的方法，其中，检测该电缆连接接口的屏蔽引脚上的电压变化的速率包括检测A型USB端口、B型USB端口、C型USB端口、迷你USB端口、微型USB端口或闪电连接器的屏蔽引脚上的电压变化的速率。5.如权利要求1所述的方法，其中，断开该接地路径包括利用逻辑控制模块提供信号以断开该屏蔽引脚与地之间的开关。6.一种建立弱接地路径的方法，该方法包括：禁用电缆连接接口的屏蔽引脚的第一接地路径，该第一接地路径包括第一开关；启用该屏蔽引脚的第二接地路径，该第二接地路径包括第二开关，并且该第二接地路径的电阻比该第一接地路径高；利用该第二接地路径确定设备连接到该电缆连接接口；基于确定该设备已连接而启用该第一接地路径；以及基于确定该设备已连接而禁用该第二接地路径。7.如权利要求6所述的方法，其中，启用该第二接地路径包括启用具有串联耦合至该第二开关的电阻器的该第二接地路径。8.如权利要求6所述的方法，进一步包括使用该第二接地路径来监测该屏蔽引脚的电压变化的速率。9.如权利要求6所述的方法，其中，确定该设备已连接包括确定由该设备的内部电阻引起的跨配置通道引脚的电压降。10.如权利要求6所述的方法，进一步包括利用钳位器限制该屏蔽引脚上的峰值电压。11.一种屏蔽故障检测系统，该系统包括：斜率检测器，该斜...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：马克西姆综合产品公司，
类型：发明
国别省市：