[发明专利]一种用于USBTYPE‑C接口的死电池下拉模块

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，特别涉及USB TYPEC接口的电路。

背景技术

USB，是英文Universal Serial Bus(通用串行总线)的缩写，是一个外部总线标准，最初用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，是目前市面上应用最为广泛的接口技术，涉及电脑、手机、数码相机、打印机以及充电器、移动电源等众多数码设备。USB TYPE-C协议由包括惠普、微软、德州仪器、英特尔等公司在内的USB 3.0推广小组制定。USB TYPE-C专用芯片时指基于此协议的专门针对USB TYPE-C应用的芯片，使用这类芯片来设计TYPE-C接口能缩短设计时间、降低开发难度和成本。

USB TYPE-C接口有几大优势：(1)支持正反面插入；(2)支持USB Power Delivery协议，最大充电功率高达100W，不但可以用于手机、MP3，而且可以用于部分显示器、投影仪产品。

基于这些特点，USB TYPE-C接口有望改变现在各种设备的接口不统一，浪费大量线材资源的状况。

在2017年，苹果iphone8放弃了使用超过十年的lightning接口，转为使用typec接口。三星的旗舰手机Galaxy S8也开始使用typec接口。可以预期，这两大分属于IOS和安卓操作系统的旗舰手机将引领整个智能手机市场弃用早期的lightning或mini usb接口，而使用Type-c接口。Type-c接口也将因为在智能手机上的广泛使用而有望成为所有数码产品的标准接口。

在USB TYPE-C协议中，针对死电池(dead battery)情况下设备的功能做了特别的规定。死电池是指由于电池过低或没有连接电池，设备失去正常的功能。在这种情况下，如果充电器对设备进行握手识别，具体来说是在接口上拉80uA电流，设备要保证此时的接口电压依然满足协议所规定的电压值，以便充电器在握手后对设备进行充电或供电。否则，设备一旦出现死电池状态就将无法再被充电。实现此功能的电路模块在本文中被称为“死电池下拉模块”。

死电池下拉模块的具体实现方法在协议《Universal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification,revision 1.2》中有文字描述：

“a 20％resistor of value Rd in series with a FET with VGTH(max)<VCLAMP(max)with the gate weakly pulled to CC would guarantee detection and be removable upon power up”。即“一个阻值等于20％Rd的电阻与FET管串联，其中，FET管的VGTH(max)低于VCLAMP(max)，且FET管的栅极被CC接口弱上拉。这样的电路可以保证设备被检测到，并在上电后不受该电路的影响。

根据此描述，死电池下拉模块的电路如图1所示，其中，MN1表示NMOS管，R1/R2表示电阻，power_on_n逻辑信号来自于其他模块，表示电源电压足够高。图1中的电路可以在PCB板上实现，但是现行更经济的方法是集成在专用的USB TYPE-C芯片中。

在美国德州仪器公司(www.ti.com)的芯片tps65983b说明书中也给出了原理相同的电路。

但是，上述电路在某些应用场景中不能实现死电池下拉功能，原因是power_on_n信号通常都经过了反向器的驱动和整形，而反向器的PMOS管为芯片的管脚和VDD之间提供了一条电流通路，并且这条通路的阻值与芯片外PCB板有关，这就使得死电池下拉功能的可靠性不高。

在美国德州仪器公司的芯片tps65983b说明书中也是使用了反向器驱动NMOS管实现死电池下拉功能，如图2所示。图2中，管脚RPD_Gn和管脚C_CCn在片外相连。在死电池状态下，图中的两个反向器假定不工作，其输出端处于高阻状态。NMOS管MN1和MN2一般不会开启。当管脚C_CCn连接了片外电流源时，Mn1的栅极被电阻R_RPD上拉，从而开启了Mn1。此时，从C_CCn看到的电路如图1所示，其电压近似等于NMOS管的VGS电压，满足typec协议中规定的接口电压识别范围。