专利名称：一种接口装置以及基于该接口装置的电压处理方法
技术领域：
本发明涉及电压处理技术，特别涉及一种防止由于瞬间电压过高而对设 备造成损害的接口装置及基于该接口装置的电压处理方法。
背景技术：
现有技术中，当接口模块通过接口连接到电源的瞬间，经常会出现电源输 出电压过高的问题，如果该输出的电压值超过接口模块所能承受的最大电压值， 则会造成接口模块被损害，从而不能正常使用。以所述接口模块为通用串行总线(USB， Universal Serial Bus)芯片为例PXA310核心板采用的USB集成电路(IC， Integrated circuit)为美国史恩 希(SMSC)的USB3318芯片。该芯片的特点是使用USB 2.0收发器宏单元接 口+低引脚数接口 (ULPI， USB 2.0 Transceiver Macrocell Interface + Low Pin Interface )，支持即插即用(OTG, On-the-Go )，支持USB 2.0高速版(High Speed )。 目前业界具有相同功能的芯片还有恩智浦半导体(NXP)的ISR1504C芯片等。 在PXA310核心板的使用过程中发现，插拔USB数据线(Cable)很容易造成 USB3318芯片被击穿，具体原因分析如下图1为现有USB3318芯片的电路图。如图l所示，该USB3318芯片共包 括25个管脚(PIN),其中与本发明相关的为2PIN、 3PIN和4PIN,即VBUS 管脚、VBAT管脚和VD3P3管脚。VBUS管脚的一端连接VBUS电源，另一端 连接USB3318芯片内部的一些元件(未图示)。VBAT管脚为USB3318芯片的 输入管脚， 一端连接VBUS电源，另一端连接USB3318芯片内部的低压差线 性稳压器(LDO， Low Dropout Regulator)(未图示)。VD3P3管脚为USB3318 芯片的输出管脚， 一端连接USB3318芯片内部的LDO,也就是说，LDO连接在VBAT和VD3P3管脚之间，如图2所示；同时，VD3P3管脚的另一端通过 旁路电容C，接地，旁路电容C，的功能主要是用于进行一些小的滤波。依据USB3318的系统性能评估测试(SPEC, System Performance Evaluation Corporation)可知，VBUS和VBAT两个管脚所能承受的绝对最大电压值均为 6V，但是，在实际应用中，当USB3318芯片初始插入USB接口的瞬间，VBUS 电源提供的电压通常会高于6V，即产生浪涌电压。这种情况下，就会造成 USB33i8芯片被击穿，使得该芯片不能正常工作。举例说明VD3P3管脚输出 的电压是通过USB3318芯片内部的LDO产生的，正常情况下，该电压值为3.3V， 但是，如果VBAT管脚电压过高，就会击穿LDO，造成LDO损坏，此时，VD3P3 管脚将会没有电压输出。如图3所示，图3为现有VBAT管脚浪涌电压示意图， 通过示波器测量得到。在USB3318芯片插入USB接口后的瞬间，由于浪涌原 因，VBAT管脚的电压达到6.81V，且在6V以上的持续时间大概为3us左右， 电压值已经超出了 VBAT管脚所能承受的绝对最大电压值，所以导致USB3318 芯片内部的LDCM皮击穿。类似的情况也会出现在VBUS管脚上。针对上述问题，传统的解决方法是在VBUS电源端加入电容和电阻，如图 1所示，在VBUS电源与VBUS管脚之间连接一电阻R57,同时在VBUS电源际需要或根据经验设置。比如，图1中电阻R57的阻值设为820 Q,电容C70 的容值设为4.7uF。利用电阻R57的阻止电流功能以及电容C70的舒緩电压功 能来达到防止产生浪涌电压的目的。另外，如图1所示，VBAT管脚与VBUS 电源之间连接有一电阻R38,其阻值为0Q，也就是说，该电阻R38只是起到无 阻连通作用，但这样设置的好处在于便于后续调试。另外，还可以在图1所示电路的基础进行改进，如图4所示，图4为在图 1的基础上进行改进后的防止产生浪涌电压的电路示意图。与图1相比，图4 所示电路中在VBUS电源端进一步增加了一个稳压二极管D7，该稳压二极管 D7的一端接地，另一端与电阻R57以及VBUS管脚相连，其作用在于将电压页稳定在5.1V以下，以防止USB3318芯片被击穿。另夕卜，图4所示电路中，为 了更好的防止产生浪涌电压，将与VBAT管脚相连的电源由VBUS电源改为了 系统电源V一SYS，用于提供4.5V的系统电压。上述图1和图4所示电路虽然能够在一定程度上达到防止产生浪涌电压的 目的，但是，在实际应用中，也会存在一系列的问题，比如1) 加电阻虽然能够起到阻止电流的作用，但是电阻的存在会消耗电流，这 对系统功耗来说是一个浪费。 '2) 电容的加入是为了舒緩电压，但是如果容值较小，就可能起不到舒緩电 压的作用，如果容值较大，又可能会引起浪涌电流的问题。通常，稳定工作时， VBUS电源能够提供小于500mA的电流，如果大于这个值，则会出现浪涌电流 问题，其危害效果和浪涌电压类似。3) 即使容值选择合适，也会存在出现浪涌电压的可能，因为无论是电阻还 是电容，其取值都是有一定的适用范围的。比如，当前"^殳置的阻值和容值可能 能够抑制图3所示6.81V以下的浪涌电压，但图3所示^f义为举例说明，在实际 应用中，浪涌电压的具体值也可能是7.8V或9V等多种情况，所以对于这些情 况，所设置的电阻和电容可能就不能再起到相应的作用。也就是说，在VBUS 电源端设置电阻和电容这种方式只是降低了产生浪涌电压的概率，但并不能从 根本上解决问题。4) 稳压二极管虽然能够起到稳压作用，但其响应时间较慢，而浪涌电压通 常出现在USB3318芯片初始插入USB接口的瞬间，所以稳压二极管可能根本 起不到作用。5) 图4所示方式中，虽然VBAT管脚所连接的是4.5V的系统电压，但通 过实验发现，USB3318芯片初始插入USB接口的瞬间，系统电压也会出现突 然的上升，高于6V。上述仅以USB芯片为例进行说明，在实际应用中，其它接口模块，比如电 源管理芯片(PMU)，在其与电源相连接后，也可能会出现电源输出电压过高的问题，如果输出的电压值超出PMU芯片自身所能承受的最大电压值，也会 对PMU芯片造成损害。发明内容有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种接口装置，能够完全避免接 口模块与电源相连接的瞬间由于电源输出电压过高而对接口模块造成的损害。本发明的另一目的在于提供一种基于上述接口装置的电压处理方法，能够完全避免接口模块与电源相连接的瞬间由于电源输出电压过高而对接口模块造成的损害。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种接口装置，包括接口模块以及为接口模块进行供电的电源；该装置还包括低压差线性稳压器LDO;所述LDO的输入管脚与所述电源相连，输出管脚与所述接口模块相连； 所述LDO用于将由所述电源输入的电压延迟后输出给所述接口模块。 一种基于上述接口装置的电压处理方法，该方法包括 所述LDO接收来自所述电源的电压，将所述电压进行延迟后输出给所述接口模块。可见，采用本发明的技术方案，在电源与接口模块之间连接一个LDO，利 用LDO的输出延迟特性，避开接口模块与电源相连接之后过高电压出现的时 间，从而避免了对接口模块所造成的损害。
图1为现有USB3318芯片的电路图。图2为现有USB3318芯片内部连接方式示意图。图3为现有VBAT管脚浪涌电压示意图。图4为在图1的基础上进行改进后的防止产生浪涌电压的电路示意图。图5为现有LDO的输出延迟特性示意图。 图6为本发明接口装置实施例的组成结构示意图。 图7~9为图6所示接口装置的三种扩展方式示意图。 图IO为本发明接口装置较佳实施例的组成结构示意图。 图11为图IO所示装置对应的实际电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实 施例，对本发明作进一步地详细说明。为解决现有技术中存在的问题，本发明中提出一种全新的电压处理方 案。现有技术中，LDO主要作为电源芯片使用，比如，在图1所示USB3318 芯片中，LDO用于将VBAT管脚输入的电压转换为3.3V电压后，输出给 VD3P3管脚。但LDO本身还具备一种输出延迟特性，如图5所示，图5为 现有LDO输出延迟特性示意图。可以看出，LDO在4妾收到输入电压后，并 不是立即进行输出，而是有一定的响应时间，等输入电压稳定后才緩慢开始 自身的输出过程，直至输出电压稳定在某一个值。从图5中可以看出，这段 响应时间大概为20us左右。本发明所述方案就是利用LDO的这种输出延迟 特性，来达到防止由于瞬间电压过高而对设备造成的损害问题。具体实现方式如图6所示。图6为本发明接口装置实施例的组成结构示 意图，在接口模块与电源之间连接一个LDO，该LDO的输入管脚与电源相 连，输出管脚与接口模块相连，用于将由电源输入的电压延迟后输出给接口 模块。另外，如图7所示，还可以在LDO的输出管脚与接口模块之间连接 一阻值为0欧姆的电阻，这样，当LDO输出管脚输出的电压大于要求的电 压时，即可以断开该0欧姆电阻，以对接口模块进行保护。此外，如图8所 示，还可以在接口模块上连接一旁路电容，用于对输入接口模块的电压进行 滤波 再有，如图9所示，还可以在接口模块上连接一固定电压值的电源， 比如电压值为3V的电源，该电源与接口模块之间连接一处于不贴(TBD)状态的电阻，当LDO输出管脚的输出电压大于要求的电压时，可将该处于不贴状态的电阻设置为连接状态，由固定电压值的电源为接口模块进行供电。可以看出，上述图7、 8和9所示装置是在图6所示装置的基础上分别 作的进一步扩展。在实际应用中，当需要对图6所示装置进行扩展时，可以 只采用图7、 8和9中的一种扩展方式，也可以采用其中任意两种扩展方式 的组合，还可以同时采用全部三种扩展方式，视实际需要而定。另外，上述图6、 7、 8和9中所述的接口模块可以包括以太网接口芯片 以及串口芯片等各种硬件数据接口芯片，如USB芯片等。下面即以接口模块为USB芯片，电源为VBUS电源为例，对本发明所 述方案作进一步地详细说明本领域乂^知，浪涌电压通常出现在USB芯片初始插入USB 4姿口后的3 ~ 10us这一时间段内，结合LDO的输出延迟特性可知，如果将浪涌电压作为 LDO的输入，那么在3 ~ 10us这一时间段内，LDO还没有开始进行电压输 出；而当经过20us左右，LDO开始进行输出时，输入电压已经稳定，即完 全避开了浪涌电压的出现时间。基于上述思想，图IO为本发明接口装置较佳实施例的组成结构示意图。 如图IO所示，该装置包括USB芯片、VBUS电源，以及LDO。 LDO的输 入管脚与VBUS电源相连，输出管脚与USB芯片的VBUS以及VBAT管脚 相连；LDO用于将由VBUS电源输入的电压延迟后输出给VBUS和VBAT 管脚。其中，LDO的输出管脚与VBUS管脚直接相连；LDO的输出管脚与 VBAT管脚之间连接有一阻值为0欧姆的电阻R，以便于后续调试。图11为图IO所示装置对应的实际电路图，假设图10中所示的USB芯 片为USB3318芯片。如图11所示，在USB3318与VBUS电源之间连接一 LDO。该LDO包括5个管脚，分别为输入(VIN)管脚、接地(GND )管 脚、使能(EN)管脚、输出(VOUT)管脚以及不接(NC)管脚。其中， VIN管脚与VBUS电源相连；VOUT管脚与USB3318芯片的VBUS以及VBAT管脚相连。进一步地，还可以在VOUT管脚与VBAT管脚之间连接 一阻值为0Q的电阻R42,以方便进行后续调试，比如，如果发现本发明所 述方案仍然不能防止浪涌电压的产生，那么则可以将电阻R42处的连接断 开，以实现对VBAT管脚的保护。另外，如图ll所示，还可以在VBAT管 脚上连接一旁路电容C80，该旁路电容C80的作用与VD3P3管脚所连接的 旁路电容C^p的作用相同，其容值可根据需要进行设置，如0.1uF等。再有， 还可以在VBAT管脚上连接一电压值为3V的电源VCC—3V(当然，也可以 根据需要设置为其它电压值)，该电源VCC—3V与VBAT管脚之间连接有 一处于不贴状态的电阻R38。这里所提到的不贴，是指电阻R38处的连接处 于断开状态，换句话说，其实电源VCC—3V在图11所示电路中并没有起到 任何作用。但之所以要按照这种方式进行设计，是为了方便后续的实验，比 如，如果发现本发明所述方案仍然不能防止浪涌电压的产生，那么可以将电 阻R38设置为连接状态，然后试验一下直接由电源VCC—3V为VBAT管脚 提供电压是否可行。需要说明的是，在实际应用中，除了 USB芯片插入USB接口的瞬间， 其它情况下，比如从USB接口中拔出USB芯片时的人为抖动，或者在USB 芯片与USB接口连接的状态下，由于某种原因导致的USB芯片晃动等可能 引起瞬间通断的情况都可能导致浪涌电压的出现，对于这些情况，本发明所 述方案将同样适用。而且，上述仅以USB芯片为例进行说明，对于其它各 种硬件数据接口芯片，比如以太网接口芯片以及串口芯片等，本发明所述方 案也将同样适用，具体实现不再赘述。基于上述装置，本发明同时提供了一种电压处理方法，包括在电源与 接口模块之间连接一 LDO,该LDO的输入管脚与电源相连，输出管脚与接 口模块相连；LDO接收来自电源的电压，并将该电压进行延迟后输出给接 口模块。另外，还可以在该方法的基础上进行扩展，比如在LDO的输出 管脚与接口模块之间连接一阻值为0欧姆的电阻，这样，当LDO输出管脚输出的电压大于要求的电压时，即可以断开该0欧姆电阻，以对接口模块进行保护；或者，在接口模块上连接有一旁路电容，用于对输入接口模块的电 压进行滤波；再有，还可以在接口模块上连接一固定电压值的电源，该固定 电压值的电源与接口模块之间连接一处于不贴状态的电阻，当LDO输出管 脚的输出电压大于要求的电压时，可将该处于不贴状态的电阻设置为连接状 态，由固定电压值的电源为接口模块进行供电。在实际应用中，可以只采用 其中的一种扩展方式，也可以采用其中任意两种扩展方式的组合，还可以同 时釆用全部三种扩展方式，视实际需要而定。总之，采用本发明的技术方案，利用LDO的输出延迟特性，避开了接口模 块与电源相连接后过高电压的出现时间，从而避免了对接口模块所造成的损害。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的 保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种接口装置，包括接口模块及为接口模块进行供电的电源，其特征在于，该装置还包括低压差线性稳压器LDO；所述LDO的输入管脚与所述电源相连，输出管脚与所述接口模块相连；所述LDO用于将由所述电源输入的电压延迟后输出给所述接口模块。
2、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接口模块为通用串 行总线USB芯片，所述电源为VBUS电源；所述LDO的输入管脚与所述 VBUS电源相连，输出管脚与所述USB芯片的VBUS以及VBAT管脚相连；VBAT管脚。
3、 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述LDO的输出管脚与 所述VBAT管脚之间进一步连接有一阻值为0欧姆的电阻。
4、 根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述VBAT管脚上 进一步连接有一旁路电容。
5、 根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述VBAT管脚上 进一步连接有一 固定电压值的电源，所述电源与所述VBAT管脚之间连接有 一处于不贴状态的电阻。
6、 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述固定电压值为3伏。
7、 一种基于权利要求1所述接口装置的电压处理方法，其特征在于， 该方法包括所述LDO接收来自所述电源的电压，将所述电压进行延迟后输出给所 述接口模块。
8、 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述接口模块为通用串 行总线USB芯片，所述电源为VBUS电源；所述LDO的输入管脚与所述 VBUS电源相连，输出管脚与所述USB芯片的VBUS以及VBAT管脚相连； 所述LDO接收来自所述电源的电压，将所述电压进行延迟后输出给所述接口模块包括所述LDO接收来自所述VBUS电源的电压，将所述电压进行延迟后输 出给所述VBUS以及VBAT管脚。
9、 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括 在所述LDO输出管脚与所述VBAT管脚之间连接一阻值为0欧姆的电阻；当所述LDO输出管脚的输出电压大于要求的电压时，断开所述0欧姆 电阻。
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10、 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括 在所述VBAT管脚上连接上连接一旁路电容，由所述旁路电容对输入所述VBAT管脚的电压进行滤波。
11、 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括 在所述VBAT管脚上连接一固定电压值的电源，并在所述固定电压值的电源以及所述V B A T管脚之间设置 一 处于不贴状态的电阻；当所述LDO输出管脚的输出电压大于要求的电压时，将所述处于不贴 状态的电阻设置为连接状态，由所述固定电压值的电源为所述VBAT管脚进 行供电。
12、 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述固定电压值为3伏。
全文摘要
本发明公开了一种接口装置，包括接口模块以及为接口模块进行供电的电源；此外还包括低压差线性稳压器LDO；所述LDO的输入管脚与所述电源相连，输出管脚与所述接口模块相连；所述LDO用于将由所述电源输入的电压延迟后输出给所述接口模块。本发明同时公开了一种基于所述接口装置的电压处理方法。应用本发明所述的装置和方法，能够避免接口模块与电源相连接的瞬间由于电源输出电压过高而对接口模块造成的损害。
文档编号G06F13/40GK101334764SQ200810117140
公开日2008年12月31日 申请日期2008年7月24日 优先权日2008年7月24日
发明者宋海峰, 辉 张, 王西强 申请人:北京创毅视讯科技有限公司