一种usb pd通信的bmc信号发送装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种USB PD通信的BMC信号发送装置，包括依次连接的信号幅度设置模块、转换速率控制模块、电压?电流转换模块和发送驱动模块；所述信号幅度设置模块，用于设置BMC发送信号的电压幅度，生成第一电压信号；所述转换速率控制模块，用于对所述第一电压信号高低电平的转换速率进行控制，生成与所述第一电压信号幅度相同、转换速率不同的第二电压信号；所述电压?电流转换模块，用于将第二电压信号转换为电流信号；所述发送驱动模块，用于把电流信号转换为BMC发送信号并传送至CC线上。本发明为拥有USB Type?C接口的电子设备的USB PD通信，提供一种符合USB PD和USB Type?C协议规范的BMC信号发送装置，该装置设计技术门槛低，调试灵活简单，此外，该装置易于硅片上集成，不需要任何片外元器件，从而使其具有良好的市场应用价值。
【专利说明】
一种USB PD通信的BMC信号发送装置
技术领域
[0001] 本发明涉及USB供电技术领域和串行通信技术领域，具体涉及一种USB PD通信的 BMC信号发送装置。
【背景技术】
[0002] 随着电子技术的发展，USB接口在电子设备中的角色也发生了演变。USB接口在诞 生初期，以数据传输为主要功能，附带极为有限的供电能力。然而现在，USB的电能传送已上 升到与数据传输同等重要的地位。USB逐渐成为电子设备的一个标准配置接口。每天，数以 亿计的便携式电子产品，MP3播放器、智能手机、平板电脑和智能穿戴设备等，通过USB接口 获取电能。
[0003] 从USB 1.0发展到USB BC 1.2，USB接口的供电能力，也从5V/500mA提升到5V/ 1.5A，满足了许多便携式电子产品的供电需求。尽管如此，仍然有许多功率稍大的电子设 备，如笔记本电脑、PC液晶显示屏等，无法通过USB接口获取得到维持其工作的足够功率。此 外，部分有产业远见的科技人员，希望用USB接口替代电子设备中的其他供电接口，使得产 品的集成度更高，成本更低，还能优化整个电子产业生态圈，减少各种供电适配器和输电线 缆的浪费。于是，支持更大功率传输的USB PD协议应运而生。USB PD支持多种电压电流组 态，最大可支持l〇〇W(20V/5A)的功率传输，同时支持供电角色切换，使得相当大的一部分电 子设备又囊括到USB供电的生态圈里面。
[0004] 传统的USB接口（Type-A和Type-B)米用BFSK(Binary Frequency Shift Keyed)的 方式，通过载波频率调制把信息注入到vbus上，实现usb ro供电端和受电端之间的交互协 商。这种通信方法以功率线作为信号传输通道，需要AC耦合和阻抗隔离，成本高，实现难度 大，使其难以得到大范围的推广。在新型的USB Type-C接口中，存在CC线作为专用的插拔检 测和USB 通信通路。承载着USB 信息的BMC(Biphase Mark Coding)信号直接加载在CC 线上进行传送。此方法简单灵活，有望在不久的将来得到广泛的应用。
【发明内容】
[0005] 基于现有技术的不足，本发明为拥有USB Type-C接口的电子设备的USB PD通信， 提供了一种符合USB 和USB Type-C协议规范的BMC信号发送装置。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0007] 一种USB ro通信的BMC信号发送装置，包括依次连接的信号幅度设置模块、转换速 率控制模块、电压-电流转换模块和发送驱动模块；
[0008] 所述信号幅度设置模块，用于设置BMC发送信号的电压幅度，生成第一电压信号；
[0009] 所述转换速率控制模块，用于对所述第一电压信号高低电平的转换速率进行控 制，生成与所述第一电压信号幅度相同、转换速率不同的第二电压信号；
[0010] 所述电压-电流转换模块，用于将第二电压信号转换为电流信号；
[0011]所述发送驱动模块，用于把电流信号转换为BMC发送信号并传送至CC线上。
[0012]所述第一电压信号的电压幅度为1.125V，允许的偏差为±75mV。
[0013]所述转换速率控制模块对所述第一电压信号高低电平的转换速率进行控制，使得 信号上升和下降时间都不小于300ns。
[0014]所述信号幅度设置模块和转换速率控制模块的电路包括组成负反馈回路的第一 放大器、第一匪0S管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第一 PM0S管、第二PM0S管、第三PM0S 管、第二NM0S管、第三NM0S管、第一开关、第二开关和第二电容，所述第一放大器正相端连接 相对于地的外部参考电压vref，输出端与第一匪0S管的栅极相连，第一匪0S管的漏极连接 供电电源，源极串联第二电阻和第一电阻，第一电阻另一端接地，所述第一放大器负相端连 接在第一电阻和第二电阻之间的连线上，所述第一电容第一端连接第一放大器输出端，所 述第一电容第二端接地，所述第一 PM0S管的源极、所述第二PM0S管的源极和所述第三PM0S 管的源极并联在所述第一 NM0S管的源极端，所述第一 PM0S管的栅极和漏极、所述第二PM0S 管的栅极和所述第三PM0S管的栅极连接同一外部偏置电流ibias，所述第二PM0S管的漏极 连接第二NM0S管的漏极和栅极，所述第二NM0S管的栅极连接所述第三NM0S管的栅极，所述 第三PM0S管的漏极通过串联的第一开关和第二开关连接第三NM0S管的漏极，所述第二电容 与第二开关和第三NM0S管组成串联的电路并联，所述第二匪0S管和第三匪0S管的源极接 地，所述第一开关和第二开关的控制信号分别为BMC数字信号（data)以及其反相信号
[0015] 所述电压-电流转换模块和发送驱动模块的电路包括第二放大器、第四PM0S管、第 四NM0S管、第三电阻、第三电容、第五PM0S管、第五NM0S管和第四电阻，所述第二放大器的正 相端连接在第一开关和第二开关的连线上，所述放大器的输出端连接第四NM0S管栅极，所 述第四匪0S管源极串联第三电阻，所述第三电阻的另一端接地，第四NM0S管漏极连接第四 PM0S管漏极和栅极，第四PM0S管源极连接电源，所述第二放大器负相端连接第四匪0S管源 极，所述第二放大器输出端还连接有第三电容第一端，第三电容第二端接地，所述第四PM0S 管栅连接第五PM0S管栅极，第五PM0S管源极连接电源，漏极连接所述第四电阻，所述第四电 阻的另一端连接第五匪0S管漏极，所述第五NM0S管源极接地，所述第五PM0S管漏极与CC线 相连。
[0016] 所述信号幅度设置模块和转换速率控制模块的电路包括第三放大器、第六PM0S 管、第七PM0S管、第八PM0S管、第九PM0S管、第六NM0S管、第七匪0S管、第四电容、第五电容、 第五电阻、第六电阻、第三开关和第四开关，所述第三放大器正相端连接相对于电源的外部 参考电压vdd-vr ef，输出端连接第六PM0S管栅极，所述第六PM0S管源极依次串联第六电阻 和第五电阻，第五电阻另一端连接电源，所述第六PM0S管漏极接地，所述第三放大器负相端 连接在第五电阻和第六电阻的连接线上，所述第三放大器的输出端还连接第四电容第一 端，所述第四电容另一端接所述电源，所述第七PM0S管源极、所述第八PM0S管源极和所述第 九PM0S管源极连接所述电源，所述第七PM0S管漏极和栅极、所述第八PM0S管栅极和所述第 九PM0S管栅极连接外部偏置电流ibias，所述第八PM0S管漏极连接第六NM0S管漏极，所述第 六NM0S管漏极连接第六PM0S管栅极，所述第六NM0S管栅极还连接第七匪0S管栅极，所述第 七NM0S管源极连接第六NM0S管源极和第六PM0S管源极，所述第七NM0S管漏极通过串联的第 三开关和第四开关连接第九PM0S管漏极，所述第五电容并联在所述第九PM0S管源极与第三 开关和第四开关的连线之间，所述第四开关和第三开关的控制信号分别为BMC数字信号 data以及其反相信号f/a fa P
[0017] 所述电压-电流转换模块和发送驱动模块的电路包括第四放大器、第十PMOS管、第 八NM0S管、第七电阻、第八电阻和第六电容，所述第四放大器正相端连接在所述第三开关和 所述第四开关的连接线上，所述第四放大器的输出端连接第十PM0S管栅极，所述第十PM0S 管漏极串联第八电阻，所述第八电阻的另一端连接第八NM0S管漏极，所述第八NM0S管源极 接地，所述第十PM0S管源极串联第七电阻，第七电阻另一端连接电源，所述第四放大器负相 端连接第十PM0S管源极，所述第四放大器的输出端还连接第六电容第一端，第六电容另一 端连接电源，所述第十PM0S管漏极与CC线相连。
[0018] 本发明的有益效果为:本发明为拥有USB Type-c接口的电子设备的USB PD通信， 提供一种符合USB ro和USB Type-c协议规范的BMC信号发送装置，该装置设计技术门槛低， 调试灵活简单，此外，该装置易于硅片上集成，不需要任何片外元器件，从而使其具有良好 的市场应用价值。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明具体实施例的结构示意图；
[0020] 图2为本发明第一种具体实施例的信号幅度设置模块和转换速率控制模块电路结 构示意图；
[0021] 图3为本发明第一种具体实施例的电压-电流转换模块和发送驱动模块电路结构 示意图；
[0022]图4为本发明第二种具体实施例的信号幅度设置模块和转换速率控制模块电路结 构示意图；
[0023] 图5为本发明第二种具体实施例的电压-电流转换模块和发送驱动模块电路结构 示意图。
【具体实施方式】
[0024] 以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清 楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发 明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出 创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
[0025]如图1所示，一种USB PD通信的BMC信号发送装置，包括依次连接的信号幅度设置 模块、转换速率控制模块、电压-电流转换模块和发送驱动模块；
[0026]信号幅度设置模块，用于设置BMC发送信号的电压幅度，生成第一电压信号；
[0027]转换速率控制模块，用于对所述第一电压信号高低电平的转换速率进行控制，生 成与所述第一电压信号幅度相同、转换速率不同的第二电压信号；
[0028]电压-电流转换模块，用于将第二电压信号转换为电流信号；
[0029]发送驱动模块，用于把电流信号转换为BMC发送信号并传送至CC线上。
[0030]第一电压信号的电压幅度为1.125V，允许的偏差为±75mV。
[0031]转换速率控制模块对第一电压信号高低电平的转换速率进行控制，使得信号上升 和下降时间都不小于300ns。
[0032]具体实施例一:如图2所示，信号幅度设置模块和转换速率控制模块的电路包括组 成负反馈回路的第一放大器0P1、第一 NM0S管NM1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第 一 PM0S管PM1、第二PM0S管PM2、第三PM0S管PM3、第二NM0S管匪2、第三NM0S管匪3、第一开关 S1、第二开关S2和第二电容C2,0P1正相端连接外部参考电压vref，输出端与匪1的栅极相 连，NM1的漏极连接供电电源，源极串联R2和Rl，R1另一端接地，0P1负相端连接在R1和R2之 间的连线上，C1第一端连接0P1输出端，C1第二端接地，PM1的源极、PM2的源极和PM3的源极 并联在匪1的源极端，PM1的栅极和漏极、PM2的栅极和PM3的栅极连接同一外部偏置电流 ibias，PM2的漏极连接匪2的漏极和栅极，匪2的栅极连接匪3的栅极，PM3的漏极通过串联的 S1和S2连接匪3的漏极，C2与S2和NM3组成串联的电路并联，NM2和NM3的源极接地，S1和S2的 控制信号分别为BMC数字信号data以及其反相信号^
[0033] 虚线左侧电路用于产生BMC发送信号的电压幅度vswing。第一放大器0P 1、第一 匪0S管匪1、第一电阻R1和第二电阻R2构成负反馈环路，使得A点的电压为vref。于是B点的
。第一电容C1用于负反馈环路的频率补偿。虚线右侧的电路实 现BMC发送信号转换速率的控制。其中第一 PM0S管PM1、第二PM0S管PM2和第三PM0S管PM3构 成一个电流镜，匪2和匪3构成另一个电流镜。第一开关S1和第二开关S2分别由BMC数字信号 data及其反相信号^控制导通与断开。通过调整流经PM3和匪3的电流，以及电容C2的容 值，可以控制vs 1 ew信号的转换速率。
[0034] 如图3所示，实施例一的电压-电流转换模块和发送驱动模块的电路包括第二放大 器0P2、第四PM0S管PM4、第四匪0S管匪4、第三电阻R3、第三电容C3、第五PM0S管PM5、第五 匪0S管匪5和第四电阻R4,0P2的正相端连接在如图2所示的第一开关S1和第二开关S2的连 线上，0P2的输出端连接NM4栅极，匪4源极串联R3，R3的另一端接地，NM4漏极连接PM4漏极和 栅极，PM4源极连接电源，0P2负相端连接匪4源极，0P2输出端还连接C3第一端，C3第二端接 地，PM4栅极连接PM5栅极，PM5源极连接电源，PM5漏极连接R4，R4的另一端连接匪5漏极，匪5 源极接地，PM5漏极与CC线相连。
[0035] 虚线左侧电路实现电压-电流的转换，0P2、NM4和R3构成负反馈环路，使得C点的电 压跟随vs lew变化。于是，流经PM4的电流
> PM4和PM5形成1: N的镜像，同时R3 = 4,于是电流I2 = NI1(3R4阻值的选取需要满足传输线阻抗匹配的要求，USB PD协议规定的 范围为33~75 Q。匪5是开关管，在本装置不发送BMC信号时处于关断状态，从而不影响CC线 上的插拔检测以及对其他设备所发送BMC信号的接收。
[0036] 具体实施例二:如图4所示，信号幅度设置模块和转换速率控制模块的电路包括第 三放大器0P3、第六PM0S管PM6、第七PM0S管PM7、第八PM0S管PM8、第九PM0S管PM9、第六NM0S 管匪6、第七匪0S管匪7、第四电容C4、第五电容C5、第五电阻R5、第六电阻R6、第三开关S3和 第四开关S4,0P3正相端连接相对于电源的外部参考电压vdd-vref，输出端连接PM6栅极， PM6源极依次串联R6和R5，R5另一端连接电源，PM6漏极接地，0P3负相端连接在R5和R6的连 接线上，0P3的输出端还连接C4第一端，C4另一端接电源，PM7源极、PM8源极和PM9源极连接 电源，PM7漏极和栅极、PM8栅极和PM9栅极连接外部偏置电流ibias，PM8漏极连接匪6漏极， NM6漏极连接PM6栅极，NM6栅极还连接NM7栅极，NM7源极连接NM6源极和PM6源极，NM7漏极通 过串联的S3和S4连接PM9漏极，C5并联在PM9源极与S3和S4的连线之间，S4和S3的控制信号 分别为BMC数字信号data以及其反相信号^。
[0037] 虚线左侧电路用于产生BMC发送信号的电压幅度￥8￥丨1^。(^3、？116、1?5和1?6构成负 反馈环路，使得A点的电压为vdd-vref。于是B点的电压为vdd-vswing，其中
虚线右侧的电路实现BMC发送信号转换速率的控制。其中PM7、PM8 和PM9构成一个电流镜，匪6和匪7构成另一个电流镜。开关S4和S3分别由BMC数字信号data 以及其反相信号^控制导通与断开。通过调整流经PM9和匪7的电流，以及电容C5的容值， 可以控制vdd-vs 1 ew信号的转换速率。
[0038]如图5所示，具体实施例二的电压-电流转换模块和发送驱动模块的电路包括第四 放大器0P4、第十PM0S管PM10、第八匪0S管NM8、第七电阻R7、第八电阻R8和第六电容C6，0P4 正相端连接在S3和S4的连接线上，0P4的输出端连接PM10栅极，PM10漏极串联R8，R8的另一 端连接NM8漏极，匪8源极接地，PM10源极串联R7，R7另一端连接电源，0P4负相端连接PM10源 极，0P4的输出端还连接C6第一端，C6另一端连接电源，PM10漏极与CC线相连。
[0039] 0P4、PM10和R7构成负反馈环路，使得C点的电压跟随vdd-vslew变化。于是，流经R7 的电流
，其阻值的选取需要满足传输线阻抗匹配的要求。NM8是开关 管，在本装置不发送BMC信号时处于关断状态，从而不影响CC线上的插拔检测以及对其他设 备所发送BMC信号的接收。
[0040]需要说明的是，以上所述只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述 实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种USB PD通信的BMC信号发送装置，其特征在于:包括依次连接的信号幅度设置模 块、转换速率控制模块、电压-电流转换模块和发送驱动模块； 所述信号幅度设置模块，用于设置BMC发送信号的电压幅度，生成第一电压信号； 所述转换速率控制模块，用于对所述第一电压信号高低电平的转换速率进行控制，生 成与所述第一电压信号幅度相同、转换速率不同的第二电压信号； 所述电压-电流转换模块，用于将第二电压信号转换为电流信号； 所述发送驱动模块，用于把电流信号转换为BMC发送信号并传送至CC线上。2. 如权利要求1所述的USB PD通信的BMC信号发送装置，其特征在于:所述第一电压信 号的电压幅度为1.125V，允许的偏差为±75mV。3. 如权利要求1所述的USB PD通信的BMC信号发送装置，其特征在于:所述转换速率控 制模块对所述第一电压信号高低电平的转换速率进行控制，使得信号上升和下降时间都不 小于300ns。4. 如权利要求1所述的USB PD通信的BMC信号发送装置，其特征在于:所述信号幅度设 置模块和转换速率控制模块的电路包括组成负反馈回路的第一放大器、第一 NMOS管、第一 电阻、第二电阻、第一电容、第一 PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第二匪OS管、第三匪OS 管、第一开关、第二开关和第二电容，所述第一放大器正相端连接相对于地的外部参考电压 vref，输出端与第一 NMOS管的栅极相连，第一 NMOS管的漏极连接供电电源，源极串联第二电 阻和第一电阻，第一电阻另一端接地，所述第一放大器负相端连接在第一电阻和第二电阻 之间的连线上，所述第一电容第一端连接第一放大器输出端，所述第一电容第二端接地，所 述第一 PMOS管的源极、所述第二PMOS管的源极和所述第三PMOS管的源极并联在所述第一 WOS管的源极端，所述第一 PMOS管的栅极和漏极、所述第二PMOS管的栅极和所述第三PMOS 管的栅极连接同一外部偏置电流ibias，所述第二PMOS管的漏极连接第二NMOS管的漏极和 栅极，所述第二匪0S管的栅极连接所述第三NMOS管的栅极，所述第三PMOS管的漏极通过串 联的第一开关和第二开关连接第三NMOS管的漏极，所述第二电容与第二开关和第三NMOS管 组成串联的电路并联，所述第二NMOS管和第三NMOS管的源极接地，所述第一开关和第二开 关的控制信号分别为BMC数字信号(data)以及其反相信号 (^)35. 如权利要求4所述的USB PD通信的BMC信号发送装置，其特征在于:所述电压-电流转 换模块和发送驱动模块的电路包括第二放大器、第四PMOS管、第四匪0S管、第三电阻、第三 电容、第五PMOS管、第五匪0S管和第四电阻，所述第二放大器的正相端连接在第一开关和第 二开关的连线上，所述放大器的输出端连接第四匪0S管栅极，所述第四NMOS管源极串联第 三电阻，所述第三电阻的另一端接地，第四匪0S管漏极连接第四PMOS管漏极和栅极，第四 PMOS管源极连接电源，所述第二放大器负相端连接第四W0S管源极，所述第二放大器输出 端还连接有第三电容第一端，第三电容第二端接地，所述第四PMOS管栅连接第五PMOS管栅 极，第五PMOS管源极连接电源，漏极连接所述第四电阻，所述第四电阻的另一端连接第五 NMOS管漏极，所述第五NMOS管源极接地，所述第五PMOS管漏极与CC线相连。6. 如权利要求1所述的USB PD通信的BMC信号发送装置，其特征在于:所述信号幅度设 置模块和转换速率控制模块的电路包括第三放大器、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS 管、第九PMOS管、第六NMOS管、第七匪OS管、第四电容、第五电容、第五电阻、第六电阻、第三 开关和第四开关，所述第三放大器正相端连接相对于电源的外部参考电压vdd-vref，输出 端连接第六PMOS管栅极，所述第六PMOS管源极依次串联第六电阻和第五电阻，第五电阻另 一端连接电源，所述第六PMOS管漏极接地，所述第三放大器负相端连接在第五电阻和第六 电阻的连接线上，所述第三放大器的输出端还连接第四电容第一端，所述第四电容另一端 接所述电源，所述第七PMOS管源极、所述第八PMOS管源极和所述第九PMOS管源极连接所述 电源，所述第七PMOS管漏极和栅极、所述第八PMOS管栅极和所述第九PMOS管栅极连接外部 偏置电流ibias，所述第八PMOS管漏极连接第六NM0S管漏极，所述第六NM0S管漏极连接第六 PMOS管栅极，所述第六NM0S管栅极还连接第七NM0S管栅极，所述第七匪0S管源极连接第六 NM0S管源极和第六PMOS管源极，所述第七NM0S管漏极通过串联的第三开关和第四开关连接 第九PMOS管漏极，所述第五电容并联在所述第九PMOS管源极与第三开关和第四开关的连线 之间，所述第四开关和第三开关的控制信号分别为BMC数字信号（data)以及其反相信号 (data)〇7.如权利要求6所述的USB PD通信的BMC信号发送装置，其特征在于:所述电压-电流转 换模块和发送驱动模块的电路包括第四放大器、第十PMOS管、第八匪0S管、第七电阻、第八 电阻和第六电容，所述第四放大器正相端连接在所述第三开关和所述第四开关的连接线 上，所述第四放大器的输出端连接第十PMOS管栅极，所述第十PMOS管漏极串联第八电阻，所 述第八电阻的另一端连接第八匪0S管漏极，所述第八匪0S管源极接地，所述第十PMOS管源 极串联第七电阻，第七电阻另一端连接电源，所述第四放大器负相端连接第十PMOS管源极， 所述第四放大器的输出端还连接第六电容第一端，第六电容另一端连接电源，所述第十 PMOS管漏极与CC线相连。
【文档编号】G06F13/40GK106055507SQ201610613737
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月29日
【发明人】梁源超, 邓琴
【申请人】珠海智融科技有限公司