一种应用于usb-pd通信中的发送器的制造方法

文档序号:10803099
一种应用于usb-pd 通信中的发送器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种应用于USB?PD通信中的发送器,该发送器包括:OTA电路、放大器、预放大器和控制逻辑单元;其中,OTA电路的正输入端和负输入端与控制逻辑单元相连,其输出与控制逻辑单元的负输入端、放大器的正输入端,以及电容C1的一端相连,电容C1的另一端接地;放大器正输入端连接OTA电路的输出端,以及电容C1的一端相连,其负输入端与自身输出连接在一起;预放大器正输入端接地,而负输入端连接OTA电路的输出端,其输出连接控制逻辑单元的一端;控制逻辑单元第一端连接预放大器的输出端,第二端连接OTA电路的输入端,第三端连接OTA电路的输出端,第四端连接基准电压;OTA电路通过控制逻辑单元,使得OTA电路工作在放大器和比较器状态。
【专利说明】
一种应用于USB-PD通信中的发送器
技术领域
[0001]本实用新型涉及USB电路设计领域,尤其是涉及一种应用于USB-PD通信中的发送器。
【背景技术】
[0002]当前各种适配器标准各异,应用起来非常繁琐。USB-PD为带USBType-C接口的电子设备快速充电进行电源能力协商的通信协议,通信中通过CC线采用BMC编码。USB-PD,为电力传输进行重新设计,为用户带来提供更加强悍的电力输出选项,其一般通信过程如下:
[0003]1、适配器与用电器在连接建立后,会通过CC线进行广播,告诉连接的另外一方,适配器能够提供多少种电压以及对应的电流。
[0004]2、用电器在获悉适配器的供电能力之后,从中选择一个最适合自己的供电方式,并向适配器发送请求数据包。
[0005]3、适配器根据用电器的选择,评估自身的能力之后,发送“接受”命令。
[0006]4、适配器进行内部电压变换,并向用电器发送“电源准备好”数据包。
[0007 ] 5、适配器向VBUS施加协商后的新的供电电压。
[0008]而在这通信的过程中,根据USB-PD协议对传输的信号质量有明确的要求,输出高电平电压范围(1.04-1.2)V,输出低电平电压范围(0-75)mv,上升沿和下降沿时间至少300ns,上升沿和下降沿最大时间不能违反眼图规则。
【实用新型内容】
[0009]本申请的目的在于,USBType-C接口为解决当前各种适配器标准各异,应用起来非常繁琐的问题,而本实用新型提供了一种应用于USB Type-C H)通信中的发送器电路架构。
[0010]为了实现上述目的,本申请提供了一种应用于USB-PD通信中的发送器,该发送器包括:跨导运算放大器(Operat1nal transconductance amplifier,简称OTA)电路、放大器、预放大器和控制逻辑单元;其中,OTA电路的正输入端和负输入端与控制逻辑单元相连,其输出与控制逻辑单元的负输入端、放大器的正输入端,以及电容Cl的一端相连,电容Cl的另一端接地;放大器正输入端连接OTA电路的输出端,以及电容Cl的一端相连,其负输入端与自身输出连接在一起;预放大器正输入端接地,而负输入端连接OTA电路的输出端,其输出连接控制逻辑单元的一端;控制逻辑单元第一端连接预放大器的输出端,第二端连接OTA电路的输入端,第三端连接OTA电路的输出端,第四端连接基准电压;OTA电路通过控制逻辑单元,使得OTA电路工作在放大器和比较器状态,使其输出波形能够满足USB-H)通信协议中的高电平和低电平,及上升沿和下降沿的时间要求。
[0011]作为本申请实施例的一种改进,控制逻辑单元包括:控制开关S1、S2、S3、S4,其中SI 一端连接预放大器的正输出端,SI的另一端连接OTA电路的正输入端,以及S4的一端;S2一端连接预放大器的负输出,S2的另一端连接OTA电路的负输入端;S3的一端连接OTA电路的负输入端,S3的另一端连接OTA电路的输出端;S4—端连接基准电压,S4的另一端连接OTA电路的正输入端,以及SI的另一端;控制逻辑单元在传输BMC码制信号“I”,“O”时候,通过打开不同的控制开关,将OTA电路当做运放或比较器使用。
[0012]作为本申请实施例的一种改进,OTA电路采用折叠共源共栅结构的放大器。
[0013]作为本申请实施例的一种改进,放大器采用AB类放大器。
[0014]作为本申请实施例的一种改进,放大器接成单位增益负反馈的形式,这样能够跟踪放大器的正输入端的信号,而放大器运放能够保证较小的静态电流,较大的驱动能力。
[0015]作为本申请实施例的一种改进,预放大器为全差分输出形式,以保证OTA电路在输出“O”时候,有足够的压差给输入。
[0016]作为本申请实施例的一种改进,预放大器为全差分输出形式,其包括电流源I1、第一PMOS管Pl、第二PMOS管P2、电阻Rl和电阻R2;其中电流源Il一端连接电源VDD,一端连接Pl、P2的源极;Pl、P2的漏端分别连接电阻R1、电阻R2的一端,Pl、P2的栅极分别连接两个输入端;电阻Rl、电阻R2的另一端连接参考“地”;其输出端连接S1、S2的一端。
【附图说明】
[0017]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0018]图1是本实用新型实施例提供的一种发送器电路示意图;
[0019]图2是图1所示发送器的OTA电路示意图;
[0020]图3是图1所示发送器的预放大器电路示意图;
[0021 ]图4是图1所示发送器的信号控制示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面通过附图和实施例,对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[0023]图1是本实用新型实施例提供的一种发送器电路示意图。如图1所示,该发送器包括:0ΤΑ电路001、放大器002、预放大器003和控制逻辑单元004。
[0024]OTA电路001的正输入端和负输入端与控制逻辑单元004相连,其输出与控制逻辑单元004的负输入端、放大器002的正输入端,以及电容Cl的一端相连,电容Cl的另一端接地;放大器002正输入端连接OTA电路001的输出端,以及电容Cl的一端相连,其负输入端与自身输出连接在一起;预放大器003正输入端接地,而负输入端连接OTA电路001的输出端,其输出连接控制逻辑单元004的一端。控制逻辑单元004第一端连接预放大器003的输出端,第二端连接OTA电路001的输入端,第三端连接OTA电路001的输出端,第四端连接基准电压VREF ATA电路001通过控制逻辑单元004,使得OTA电路001工作在放大器和比较器状态,使其输出波形能够满足USB-PD通信协议中的高电平和低电平,及上升沿和下降沿的时间要求。
[0025]OTA电路001采用折叠共源共栅结构的放大器(如图2所示),放大器002接成单位增益负反馈的形式,这样能够跟踪放大器002的正输入端的信号,而放大器002运放能够保证较小的静态电流,较大的驱动能力。
[0026]放大器002采用AB类放大器,其正输入端连接OTA电路001的输出,其负输入端与自身输出连接在一起,整个AB类放大器接成单位增益负反馈的形式。
[0027]预放大器003为全差分输出形式(如图3所示),其包括电流源I1、第一 PMOS管P1、第二PMOS管P2、电阻Rl和电阻R2;其中电流源11 一端连接电源VDD,一端连接P1、P2的源极;Pl、P2的漏端分别连接电阻Rl、电阻R2的一端,Pl、P2的栅极分别连接两个输入端;电阻Rl、电阻R2的另一端连接参考“地”;其输出端连接S1、S2的一端。预放大器003为全差分输出形式,以保证OTA电路001在输出“O”时候,有足够的压差给输入。
[0028]控制逻辑单元004包括:控制开关S1、S2、S3、S4,其中SI —端连接预放大器003的正输出端,SI的另一端连接OTA电路001的正输入端,以及S4的一端;S2—端连接预放大器003的负输出,S2的另一端连接OTA电路001的负输入端;S3的一端连接OTA电路001的负输入端,S3的另一端连接OTA电路001的输出端;S4—端连接基准电压VREF,S4的另一端连接OTA电路001的正输入端,以及SI的另一端;控制逻辑单元004在传输BMC码制信号“I”,“O”时候,通过打开不同的控制开关,将OTA电路001当做运放或比较器使用。
[0029]图4是图1所示发送器的信号控制示意图。如图4所示,结合信号控制,发送器的工作过程如下:
[0030]本申请涉及发送器传输信号为BMC码制,当BMC码为T时候,开关S3,S4的控制信号为“I”,开关S3、S4导通,开关S1,S2的控制信号为“O”,开关S1,S2断开。此时OTA电路001正输入端为基准电压(VREF为协议中要求的VHMAX和VHMIN中间值),负输入端与输出端连接,相当于OTA电路001接成了单位增益负反馈放大器。由于前一个状态OTA电路001输出为“O”,OTA电路001处于大信号状态,如图2,此时尾电流Il全流过P3,根据镜像原理,P4/P5管子电流增加11,相当于有11大小的电流对电容Cl进行充电,当电容充电到较为接近VREF (基准电压)时候,OTA电路001进入放大器状态,在小信号状态下,满足合适的相位裕度条件,OTA电路001的输出不会有过冲,然后最终达到VREF电压。通过合理的设置11电流,Cl电容,和输入对管P2、P3尺寸可以使得上升时间,及最终电压满足协议要求范围内。
[0031 ] 当BMC码为“O”时候,开关S3,S4的控制信号为“O”,开关S3,S4断开,开关SI,S2控制信号为“I”,开关SI,S2导通,预放大器003连入控制环路。如图4所示,此时VINP输入为参考“地”,而VINN为OTA电路001输出,前一状态为VREF(基准电压),通过合理的设置预放大器003的增益,能够使得预放大器003输出正端为较高电压,而输出负端为较低电压,这较高的电压和较低的电压分别通过控制开关S2、S1给了 OTA电路001的负输入端和正输入端。对于OTA电路001来说,如此大的压差输入,使得OTA电路001处于大信号工作状态,此时Il电流全部流过P2,这样造成P4/P5镜像管中电流消失,相当于11的电流从CI抽取电流。在整个BMC码为“O”的过程,由于预放大器003的作用使得OTA电路001始终处于比较器工作状态,OTA电路001正端输入始终大于负端输入,最终使得OTA电路001输出满足协议中输出(0-75 )mv电压要求,而下降沿时间同样由Il和Cl大小和确定,通过合理配置能够使下降沿时间满足要求。
[0032]至此整个发送器的核心部分阐述完毕,而在用电器和适配器之间通信是通过线缆进行连接的,该线缆按照协议是有一定工业制成要求的,其线缆模型(CABLE MODEL)如图1所示,其电容还是较大的,为此在OTA电路001之后加一级BUFFER,将放大器002接成单位增益负反馈的形式,使其跟随OTA电路001的输出,这样就把满足协议要求的信号发送出去了。
[0033]以上所述的【具体实施方式】,对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已,并不用于限定本实用新型的保护范围,凡在本实用新型的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种应用于USB-PD通信中的发送器,其特征在于,包括:OTA电路(001)、放大器(002)、预放大器(003)和控制逻辑单元(004);其中, 所述OTA电路(001)的正输入端和负输入端与所述控制逻辑单元(004)相连,其输出与控制逻辑单元(004)的第二端、所述放大器(002)的正输入端,以及电容Cl的一端相连,所述电容Cl的另一端接地; 所述放大器(002)正输入端连接所述OTA电路(001)的输出端,以及电容Cl的一端,其负输入端与自身输出连接在一起; 所述预放大器(003)正输入端接地,负输入端连接所述OTA电路(001)的输出端,其输出连接所述控制逻辑单元(004)的第一端; 所述控制逻辑单元(004)第一端连接所述预放大器(003)的输出端,第二端连接所述OTA电路(001)的输入端,第三端连接所述OTA电路(001)的输出端,第四端连接基准电压VREF ; 所述OTA电路(001)通过所述控制逻辑单元(004),使得所述OTA电路(001)工作在放大器和比较器状态,使其输出波形能够满足USB-PD通信协议中的高电平和低电平,及上升沿和下降沿的时间要求。2.根据权利要求1所述的发送器,其特征在于,所述控制逻辑单元(004)包括:控制开关S1、控制开关S2、控制开关S3和控制开关S4,其中控制开关SI—端连接所述预放大器(003)的正输出端,控制开关SI的另一端连接所述OTA电路(001)的正输入端,以及控制开关S4的一端;控制开关S2—端连接所述预放大器(003)的负输出端,S2的另一端连接所述OTA电路(001)的负输入端;控制开关S3的一端连接所述OTA电路(001)的负输入端,控制开关S3的另一端连接所述OTA电路(001)的输出端;控制开关S4—端连接基准电压VREF,控制开关S4的另一端连接所述OTA电路(001)的正输入端,以及控制开关SI的另一端;所述控制逻辑单元(004)在传输BMC码制信号“I”,“O”时候,通过打开不同的控制开关,将所述OTA电路(001)当做运放或比较器使用。3.根据权利要求1所述的发送器,其特征在于,所述OTA电路(001)采用折叠共源共栅结构的放大器。4.根据权利要求1所述的发送器,其特征在于,所述放大器(002)采用AB类放大器。5.根据权利要求1或2所述的发送器,其特征在于,所述放大器(002)接成单位增益负反馈的形式,这样能够跟踪所述放大器(002)的正输入端的信号,而所述放大器(002)运放能够保证较小的静态电流,较大的驱动能力。6.根据权利要求1所述的发送器,其特征在于,所述预放大器(003)为全差分输出形式,以保证所述OTA电路(001)在输出“O”时候,有足够的压差给输入。7.根据权利要求2所述的发送器,其特征在于,所述预放大器(003)为全差分输出形式,其包括电流源11、第一PMOS管Pl、第二PMOS管P2、电阻Rl和电阻R2;其中电流源Il一端连接电源VDD,一端连接P1、P2的源极;P1、P2的漏端分别连接电阻Rl、电阻R2的一端,P1、P2的栅极分别连接两个输入端;电阻Rl、电阻R2的另一端连接参考“地”;其输出端连接S1、S2的一端。
【文档编号】G06F13/40GK205486082SQ201620133037
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月22日
【发明人】杨靖, 梅当民, 金学成
【申请人】英特格灵芯片(天津)有限公司
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