【技术实现步骤摘要】
本专利技术大体上涉及通用串行总线(usb)，且更具体地涉及具有集成虚拟总线(vbus)到配置控制(cc)短路保护的usb type-c/电力输送(pd)控制器。
技术介绍
1、最新一代的usb电缆被设计为具有在电力及数据两者的输送方面增加的能力，及在协议方面的更大灵活性。usb连接器上的引脚的数目已增加，而usb连接器本身的尺寸已减小以实现电缆结合越来越薄的装置的使用。图1描绘展示与usb 2.0、usb 3.0及usb 3.1装置兼容的usb type-c连接器100中的引脚的布置的示意图。引脚a1、a12、b1及b12均提供接地连接。引脚a2、a3、a10、a11、b2、b3、b10及b11用于10gbps的usb 3.1超高速通信，而引脚a6、a7、b6、b7用于480mbps的usb 2.0高速通信。vbus引脚a4、a9、b4、b9可提供高达20v dc的协商电源。cc引脚a5、b5用于电力输送通信，且还可提供5v电源以对经电子标记的type-c电缆内的集成电路供电，而边带使用(sbu)引脚a8及b8可在交替模式下用于type-c电缆。
2、鉴于usb type-c连接器的小形状因数结合不可控制的因素，例如，电缆插入到usbtype-c连接器中的角度、电缆本身的质量以及usb连接器或插头的可能污染，每个5vcc引脚与20v vbus引脚相邻的事实意味着必须保护与cc引脚相关联的5v电路以防与较高电压的vbus引脚短路。已在早期版本的usb中工作的解决方案未提供所需的保护级别，对通信协议提供超过可容忍的程度的
技术实现思路
1、所描述的实施例提供针对短路的至少三个级别的保护。在第一级别的保护中，每个受保护路径中的阻塞晶体管(也被称为阻塞场效应晶体管(bfet))由齐纳二极管保护，以防止硬短路对栅极氧化物的损坏，例如，具有大于22v/10ns的边缘速率。在第二级别的保护中，当检测到过多的反向电流时，使用快速反向电流保护(rcp)比较器来触发关断bfet；关断在小于100ns的时间内发生以防止装置损坏。在第三级别的保护中，过电压保护(ovp)比较器将cc引脚上的电压与相对于接地设置的参考电压进行比较，且可在其中例如边缘速率小于22v/100μs的软短路情况下触发bfet关断，且rcp比较器可能不跳闸或跳闸不够快。每个bfet还可通过耦合到阻塞fet的栅极的电量耗尽晶体管来关断，其中当主机装置上的电池无法供应电力给保护电路时，电量耗尽晶体管将相应阻塞fet的栅极耦合到接地；电量耗尽电路通过从cc线路上的短路汲取电力来提供这种保护。也在动态热插拔保持关断电路(keep-off circuit)中描述保护，所述动态热插拔保持关断电路提供多个路径来在短路期间耦合热插拔场效应晶体管(hsfet)的栅极及源极，以保护栅极氧化物；这些路径不对cc线路上发生的通信造成干扰。
2、在一个方面中，描述usb type-c/pd控制器芯片的实施例。usb type-c/pd控制器芯片包含：第一引脚，其用于耦合以从主机装置接收第一电压；第二引脚，其用于耦合以接收第二电压；第三引脚，其用于耦合到usb连接器的配置控制(cc)引脚；vconn电源电路，其经耦合以选择性地将第一电压传递至第三引脚，所述vconn电源电路包括与热插拔场效应晶体管(hsfet)串联耦合在第一引脚与第三引脚之间的第一阻塞场效应晶体管(bfet)，以及阳极到阳极耦合在hsfet的源极与栅极之间的第一齐纳二极管及第二齐纳二极管；电缆检测电路，其包括耦合在第二引脚与第三引脚之间的第二bfet，以及耦合在第二bfet的栅极与下部轨道之间的第三齐纳二极管；及电力输送物理层电路，其包括接收器及发射器，所述接收器通过第三bfet耦合到第三引脚，发射器通过第四bfet耦合到第三引脚，第四齐纳二极管耦合在第三bfet的栅极与下部轨道之间且第五齐纳二极管耦合在第四bfet的栅极与下部轨道之间。
3、在另一方面中，描述用于通用串行总线(usb)type-c/电力输送(pd)控制器芯片的vconn电源电路中的热插拔场效应晶体管(hsfet)的动态热插拔保持关断电路的实施例，所述控制器芯片具有用于耦合到电源的第一引脚及用于耦合到usb连接器的cc引脚的第二引脚。动态热插拔保持关断电路包含：第一齐纳二极管及第二齐纳二极管，其阳极到阳极耦合在hsfet的源极与栅极之间；第一p型金属氧化物硅(pmos)晶体管，其包括耦合到hsfet的源极的源极及耦合在第一及第二齐纳二极管的阳极之间的漏极；及第二pmos晶体管，其与第三pmos晶体管串联耦合在hsfet的源极与栅极之间。
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1.一种控制器芯片，其包括：
2.根据权利要求1所述的控制器芯片，其中所述VCONN电源电路的所述输出适于耦合到USB连接器的CC引脚，所述USB连接器具有紧邻所述CC引脚的VBUS引脚，所述VBUS引脚适于提供高达20伏的电压，且所述CC引脚适于提供高达5伏的电压。
3.根据权利要求1所述的控制器芯片，其中所述第一晶体管和所述第三晶体管是横向扩散金属氧化物硅晶体管，被设计来在其相应漏极上处理30伏的电压，且其栅极和源极之间的击穿电压为5伏，且其中所述热插拔晶体管是7伏横向扩散金属氧化物硅晶体管。
4.根据权利要求1所述的控制器芯片，其包括：
5.一种控制器芯片，其包括：
6.根据权利要求5所述的控制器芯片，其中所述VCONN电源电路的所述输出适于耦合到USB连接器的CC引脚，所述USB连接器具有紧邻所述CC引脚的VBUS引脚，所述VBUS引脚适于提供高达20伏的电压，且所述CC引脚适于提供高达5伏的电压。
7.根据权利要求5所述的控制器芯片，其中所述第一晶体管和所述第三晶体管是横向扩散金属氧化物硅晶体管，被
8.根据权利要求5所述的控制器芯片，其包括：
9.一种控制器芯片，其包括：
10.根据权利要求9所述的控制器芯片，其中所述VCONN电源电路的所述输出适于耦合到USB连接器的CC引脚，所述USB连接器具有紧邻所述CC引脚的VBUS引脚，所述VBUS引脚适于提供高达20伏的电压，且所述CC引脚适于提供高达5伏的电压。
11.根据权利要求9所述的控制器芯片，其中所述第一晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管是横向扩散金属氧化物硅晶体管，被设计来在其相应漏极上处理30伏的电压，且其栅极和源极之间的击穿电压为5伏，且其中所述热插拔晶体管是7伏横向扩散金属氧化物硅晶体管。
12.根据权利要求9所述的控制器芯片，其包括：
13.一种控制器芯片，其包括：
14.根据权利要求13所述的控制器芯片，其中所述VCONN电源电路的所述输出适于耦合到USB连接器的CC引脚，所述USB连接器具有紧邻所述CC引脚的VBUS引脚，所述VBUS引脚适于提供高达20伏的电压，且所述CC引脚适于提供高达5伏的电压。
15.根据权利要求13所述的控制器芯片，其中所述第一晶体管和所述第三晶体管是横向扩散金属氧化物硅晶体管，被设计来在其相应漏极上处理30伏的电压，且其栅极和源极之间的击穿电压为5伏，且其中所述热插拔晶体管是7伏横向扩散金属氧化物硅晶体管。
16.根据权利要求13所述的控制器芯片，其包括：
...【技术特征摘要】
1.一种控制器芯片，其包括：
2.根据权利要求1所述的控制器芯片，其中所述vconn电源电路的所述输出适于耦合到usb连接器的cc引脚，所述usb连接器具有紧邻所述cc引脚的vbus引脚，所述vbus引脚适于提供高达20伏的电压，且所述cc引脚适于提供高达5伏的电压。
3.根据权利要求1所述的控制器芯片，其中所述第一晶体管和所述第三晶体管是横向扩散金属氧化物硅晶体管，被设计来在其相应漏极上处理30伏的电压，且其栅极和源极之间的击穿电压为5伏，且其中所述热插拔晶体管是7伏横向扩散金属氧化物硅晶体管。
4.根据权利要求1所述的控制器芯片，其包括：
5.一种控制器芯片，其包括：
6.根据权利要求5所述的控制器芯片，其中所述vconn电源电路的所述输出适于耦合到usb连接器的cc引脚，所述usb连接器具有紧邻所述cc引脚的vbus引脚，所述vbus引脚适于提供高达20伏的电压，且所述cc引脚适于提供高达5伏的电压。
7.根据权利要求5所述的控制器芯片，其中所述第一晶体管和所述第三晶体管是横向扩散金属氧化物硅晶体管，被设计来在其相应漏极上处理30伏的电压，且其栅极和源极之间的击穿电压为5伏，且其中所述热插拔晶体管是7伏横向扩散金属氧化物硅晶体管。
8.根据权利要求5所述的控制器芯片，其包括：
9.一种控制器芯片，...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·穆霍帕德亚，P·沙阿，V·J·梅内塞斯，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：
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