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TWI502891B - 具靜電放電防護之連接裝置 - Google Patents

具靜電放電防護之連接裝置 Download PDF

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TWI502891B
TWI502891B TW101142201A TW101142201A TWI502891B TW I502891 B TWI502891 B TW I502891B TW 101142201 A TW101142201 A TW 101142201A TW 101142201 A TW101142201 A TW 101142201A TW I502891 B TWI502891 B TW I502891B
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Janhong Guo
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Wistron Corp
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H02H9/045Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage adapted to a particular application and not provided for elsewhere
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  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)
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Description

具靜電放電防護之連接裝置
本發明關於一種具靜電放電防護功能之連接裝置,尤指一種可避免靜電放電導致相關電子裝置損毀之連接裝置。
現今的顯示器利用一傳輸介面連接一視訊訊號產生裝置,以接收視訊訊號而顯示畫面。傳輸介面之規範大致區分為類比式,如視訊圖形陣列(Video Graphics Array,VGA),及數位式,如數位視訊介面(Digital Visual Interface,DVI)、高解析度多媒體介面(High Definition Multimedia Interface,HDMI)等。不同的介面標準有其規定之相對應的訊號接腳(如時脈訊號接腳、資料訊號接腳、接地訊號接腳等)以實現顯示器與視訊訊號產生裝置之訊號溝通與傳輸。
然而,當視訊訊號產生裝置與顯示器啟動訊號傳輸時,若顯示器在特殊的使用環境下無法正確釋放電荷,則顯示器會因為電源啟動或其他原因所造成的電荷累積而具有極高電壓(如90V),此時便可能會造成顯示器的靜電經由訊號接腳放電至視訊訊號產生裝置,使得視訊訊號產生裝置遭受瞬間極高電壓(如90V)而引起之強電流所損壞。這種情況在測試顯示器的工廠生產線上更容易發生,因為作業員常常需插拔顯示器來測試顯示器是否正常,所以當顯示器未正確連接而造成接地線是開路時,便很容易會造成測試儀器(即視訊訊號產生裝置)被顯示器之靜電放電而產生之大電流燒毀。這些測試儀器都非常昂貴,因此會造成不小損失。
習知技術中為了解決測試儀器因靜電放電而燒毀的問題,一般會在測試儀器中使用隔離放大器感測外部強電流通過外部電阻時所產生的壓降,並在隔離放大器另一側安全地輸出較小電壓,但這種作法無法確保較小電壓不會燒毀測試儀器,因此仍未達到完全隔離的效果以防護靜電放電。有鑑於此,習知技術實有改進之必要。
因此,本發明之主要目的即在於提供一種可達到完全隔離效果之靜電放電防護連接裝置,以改善習知技術缺點。
本發明揭露一種具靜電放電防護功能之連接裝置,包含有一第一介面包含有複數個訊號接腳,用來電性連接一第一電子裝置;一第二介面包含有複數個訊號接腳,用來電性連接一第二電子裝置;一驅動電路耦接於該第一介面之該複數個訊號接腳中一第一訊號接腳,用來根據該第一訊號接腳的訊號,產生一控制訊號;以及一開關電路耦接於該第一介面、該第二介面以及該驅動電路,用來根據該控制訊號,控制該第一介面之該複數個訊號接腳與該第二介面之該複數個訊號接腳之間的導通情形。
請參考第1圖,第1圖為本發明實施例一連接裝置10之示意圖。如第1圖所示,連接裝置10包含有一第一介面100、一第二介面102、一驅動電路104以及一開關電路106。第一介面100包含有訊號接腳P_11~P_1n,可電性連接一第一電子裝置108(如一顯示器)。第二介面102亦包含有訊號接腳P_21~P_2n,可電性連接一第二電子裝置110(如一視訊訊號產生裝置)。其中,第一介面100 與第二介面102可符合數位或類比傳輸介面之規範,如數位視訊介面(Digital Visual Interface,DVI)、高解析度多媒體介面(High Definition Multimedia Interface,HDMI)、視訊圖形陣列(Video Graphics Array,VGA)等。驅動電路104耦接於第一介面100之訊號接腳P_11~P_1n中一訊號接腳P_1a,用來根據訊號接腳P_1a的訊號SIG,產生一控制訊號DRV。開關電路106耦接於第一介面100、第二介面102以及驅動電路104,用來根據控制訊號DRV,控制第一介面100之訊號接腳P_11~P_1n與第二介面102之訊號接腳P_21~P_2n之間的導通情形。
簡言之,連接裝置10係根據第一電子裝置108傳送至訊號接腳P_1a的訊號SIG,觸發驅動電路104產生控制訊號DRV,藉以驅動開關電路106,以控制第一介面100與第二介面102之間是否導通。換句話說,當第一電子裝置108未正確連接至第一介面100或第一電子裝置108尚未啟動時,訊號接腳P_1a尚無訊號SIG,則開關電路106控制第一介面100與第二介面102斷開,以完全隔離第一介面100與第二介面102,避免因第一電子裝置108之靜電放電導致第二電子裝置110損毀。接著,當第一介面100、第二介面102分別正確連接第一電子裝置108與第二電子裝置110且第一電子裝置108開始運作後,第一電子裝置108將透過訊號接腳P_1a傳送訊號SIG,因而觸發驅動電路104驅動開關電路106以控制第一介面100與第二介面102導通。由此可知,連接裝置10係利用第一介面100之訊號接腳P_1a來通知驅動電路104以指示開關電路106之導通情形,藉以避免兩介面端之電子裝置因靜電放電而損毀。
需注意的是,第1圖為本發明實施例,本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化,而不限於此。舉例來說,訊號接腳P_1a之選擇不限於特定規則,凡是可用來指示第一介面100之連接情形,使驅動電路104可據以完全隔離或適時導通兩介面者皆可適用於本發明。例如,在一實施例中,連接裝置10之第一介面100與第二介面102符合數位視訊介面(Digital Visual Interface,DVI)規範,且第一電子裝置108為具有DVI連接介面之一顯示器,而第二電子裝置110為一測試儀器。在此情形下,訊號接腳P_1a可為DVI規範中之一時脈訊號接腳,即訊號SIG為時脈訊號;時脈訊號接腳於第一電子裝置108尚未連接至第一介面100或第一電子裝置108尚未啟動時,不會傳送時脈訊號,而於第一電子裝置108正確連接至第一介面100並啟動後,始傳送時脈訊號。藉此,驅動電路104可於第一電子裝置108未啟動或未正確連接時,斷開第一介面100與第二介面102,因而可達到完全隔離之效果,以防止第一電子裝置108(即顯示器)未正確連接時,因瞬間高壓靜電放電而燒毀第二電子裝置110(即測試儀器)。反之,當第一電子裝置108、第二電子裝置110皆正確連接上第一介面100、第二介面102之後,第一電子裝置108之高壓靜電便可經由已完全連接好的接地訊號接腳釋放電荷,同時,第一介面100之訊號接腳P_1a(在此例中為DVI介面之時脈訊號接腳)會因為第一電子裝置108所送出之時脈訊號而有訊號出現,所以驅動電路104會據此指示開關電路106以導通第一介面100與第二介面102。在此情形下,由於第一電子裝置108的高壓靜電已於導通前經由接地訊號接腳釋放,所以可以防止靜電放 電而損壞第二電子裝置110。
除了以DVI規範之時脈訊號接腳實現訊號接腳P_1a外,在其它實施例中,訊號接腳P_1a亦可為符合DVI規範之其他接腳或符合VGA規範之同步訊號接腳等,不限於此。
更進一步地,為了確保第一電子裝置108的高壓靜電可完全經由接地訊號接腳釋放完畢,可於開關電路106加入一延遲機制,亦即開關電路106需於一預定時間後(如1毫秒後)才導通第一介面100與第二介面102。
此外,開關電路106之實現方式未有所限,只要能根據控制訊號DRV,控制第一介面100與第二介面102之導通情形即可。舉例來說,請參考第2圖,第2圖為開關電路106之一實施例之示意圖。如第2圖所示,開關電路106包含有二極體D1~Dn及繼電器元件O1~On。每一繼電器元件O1~On係連接於第一介面100之一訊號接腳(P_11~P_1n)與第二介面102之一訊號接腳(P_21~P_2n)之間,其係由一線圈(標示為C1~Cn)及一開關(標示為S1~Sn)所組成,用以根據驅動電路104所產生之控制訊號DRV,驅動線圈(C1~Cn)以控制開關(S1~Sn)之導通,藉以控制第一介面100之訊號接腳P_11~P_1n與第二介面102之訊號接腳P_21~P_2n之導通。二極體D1~Dn之兩端分別耦接於一系統電壓VIN及驅動電路104所產生之控制訊號DRV,且分別與繼電器元件O1~On中之線圈C1~Cn兩端並聯耦接,主要用來保護繼電器元件O1~On從導通至關閉時,因線圈C1~Cn所產生之反向電壓過高而損傷到其它元件。更進一步地,可適當的選擇繼電器元件O1~On以實現如 上所述之延遲機制,亦即使繼電器元件O1~On於一預定時間後(如1毫秒後)才導通。需注意的是,二極體D1~Dn係作為保護元件,在某些實施例中亦可省略或以其它保護元件取代。
此外,驅動電路104之實現方式亦不限於特定裝置或元件。舉例來說,請參考第3A圖至第3D圖,第3A圖至第3D圖為驅動電路104之不同實施例之示意圖。第3A圖至第3D圖皆為業界常見之分壓電路與放大器之應用,其運作方式應為本領域具通常知識者所熟知,故僅簡述如下。如第3A圖所示,驅動電路104係由電阻R1、R2及電晶體CON1、CON2所組成。電阻R1、R2串接於訊號接腳P_1a與一接地端GND之間,其形成一下拉分壓電阻,以正確驅動電晶體CON1。電晶體CON1、CON2以直接串接的方式形成共射極之直接耦合放大器,以根據分壓後之訊號SIG,產生控制訊號DRV(於第二電晶體CON2之集極),從而驅動開關電路106。
第3B、3C圖的實施例則使用不同於第3A圖之電晶體架構與連接方法,但同樣地是利用下拉分壓電阻R1、R2對訊號SIG進行分壓,以穩定觸發電晶體CON1導通,其最主要差別在於電晶體CON1、CON2之間增加了一下拉電阻(如第3B圖之R3)或一上拉電阻(如第3C圖之R3),使電壓準位更穩定且反應速度更快速。值得注意地,第3A、3B、3C圖中電晶體CON1、CON2皆為N型雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT),但也可以改採N型雙極性接面電晶體(BJT)與N型金氧半(Metal oxide semiconductor,MOS)電晶體,或皆為N型金氧半(MOS)電晶體,本領域具通常知識者當可據以進行變化,而不限於此。
第3D圖之實施例與第3A至3C圖之實施例主要差別為將共射極直接耦合放大器(電晶體CON1、CON2)改以一光耦合放大器OPC取代,同樣可以根據訊號SIG,產生控制訊號DRV驅動開關電路106。
在習知技術中,為了解決測試儀器因靜電放電而燒毀的問題,一般會在測試儀器中使用隔離放大器感測外部強電流通過外部電阻時所產生的壓降,並在隔離放大器另一側安全地輸出較小電壓,但這種作法無法確保較小電壓不會燒毀測試儀器。相較之下,本發明實施例係根據訊號接腳P_1a之訊號SIG來判斷第一介面100是否與第一電子裝置108正確連接,並可於第一電子裝置108之高壓靜電經由一段時間完全釋放後,才導通第一介面100與第二介面102。如此一來,可避免兩介面端之電子裝置因靜電放電而損毀。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧連接裝置
100‧‧‧第一介面
102‧‧‧第二介面
104‧‧‧驅動電路
106‧‧‧開關電路
108‧‧‧第一電子裝置
110‧‧‧第二電子裝置
P_11~P_1n、P_21~P_2n‧‧‧訊號接腳
SIG‧‧‧訊號接腳訊號
DRV‧‧‧控制訊號
D1~Dn‧‧‧二極體
O1~On‧‧‧繼電器元件
C1~Cn‧‧‧繼電器線圈
S1~Sn‧‧‧繼電器開關
CON1、CON2‧‧‧電晶體
R1、R2、R3‧‧‧電阻
OPC‧‧‧光耦合放大器
VIN‧‧‧系統電壓
GND‧‧‧接地訊號
第1圖為本發明實施例一連接裝置之示意圖。
第2圖為本發明開關電路之一實施例之示意圖。
第3A圖至第3D圖為本發明驅動電路之不同實施例之示意圖。
10‧‧‧連接裝置
100‧‧‧第一介面
102‧‧‧第二介面
104‧‧‧驅動電路
106‧‧‧開關電路
108‧‧‧第一電子裝置
110‧‧‧第二電子裝置
P_11~P_1n、P_21~P_2n‧‧‧訊號接腳
SIG‧‧‧訊號接腳訊號
DRV‧‧‧控制訊號

Claims (18)

  1. 一種具靜電放電防護功能之連接裝置,包含有:一第一介面,包含有複數個訊號接腳,用來電性連接一第一電子裝置;一第二介面,包含有複數個訊號接腳,用來電性連接一第二電子裝置,其中該第二介面之該複數個訊號接腳對應於該第一介面之該複數個訊號接腳;一驅動電路,耦接於該第一介面之該複數個訊號接腳中一第一訊號接腳,用來根據該第一訊號接腳的訊號,產生一控制訊號;以及一開關電路,耦接於該第一介面、該第二介面以及該驅動電路,受控於該驅動電路並根據該控制訊號,控制該第一介面之該複數個訊號接腳與該第二介面之該複數個訊號接腳之間的導通情形。
  2. 如請求項1所述之連接裝置,其中該第一電子裝置係一顯示器,該第二電子裝置係一視訊訊號產生裝置。
  3. 如請求項2所述之連接裝置,其中該第一介面與該第二介面符合一數位視訊介面(Digital Visual Interface,DVI)規範。
  4. 如請求項3所述之連接裝置,其中該第一訊號接腳為一時脈訊號接腳。
  5. 如請求項2所述之連接裝置,其中該第一介面與該第二介面符合一視訊圖形陣列(Video Graphics Array,VGA)規範。
  6. 如請求項1所述之連接裝置,其中該驅動電路係於該第一訊號接腳無訊號時,透過該控制訊號以控制該開關電路斷開該第一介面之該複數個訊號接腳與該第二介面之該複數個訊號接腳,以及於該第一訊號接腳有訊號時,透過該控制訊號以控制該開關電路導通該第一介面之該複數個訊號接腳與該第二介面之該複數個訊號接腳。
  7. 如請求項6所述之連接裝置,其中於該第一訊號接腳有訊號時,該開關電路係根據該控制訊號,於一預定時間後,始導通該第一介面之該複數個訊號接腳與該第二介面之該複數個訊號接腳。
  8. 如請求項1所述之連接裝置,其中該開關電路包含有複數個繼電器元件,每一繼電器元件對應於該第一介面之一訊號接腳與該第二介面之一訊號接腳,用來根據該驅動電路所產生之該控制訊號,控制該第一介面之該訊號接腳與該第二介面之該訊號接腳之導通情形。
  9. 如請求項8所述之連接裝置,其中該開關電路另包含複數個保護元件,用來保護該複數個繼電器元件。
  10. 如請求項1所述之連接裝置,其中該驅動電路包含有:一第一電阻,包含有一第一端以及一第二端,該第一端耦接於該第一訊號接腳;一第二電阻,包含有一第一端耦接於一接地端,以及一第二端耦接於該第一電阻之該第二端;一第一電晶體,包含有一第一端、一第二端以及一控制端,該 第一端耦接於該接地端,該控制端耦接於該第一電阻之該第二端與該第二電阻之該第二端間;以及一第二電晶體,包含有一第一端耦接於該接地端、一第二端耦接於該開關電路以及一控制端耦接於該第一電晶體之該第二端。
  11. 如請求項10所述之連接裝置,其中該第一電晶體與該第二電晶體為N型雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT),而該第一電晶體與該第二電晶體之該第一端、該第二端以及該控制端分別為射極、集極以及基極。
  12. 如請求項10所述之連接裝置,其中該第一電晶體與該第二電晶體為N型金氧半(Metal oxide semiconductor,MOS)電晶體,而該第一電晶體與該第二電晶體之該第一端、該第二端以及該控制端分別為源極、汲極以及閘極。
  13. 如請求項1所述之連接裝置,其中該驅動電路包含有:一第一電阻,包含有一第一端以及一第二端,該第一端耦接於該第一訊號接腳;一第二電阻,包含有一第一端耦接於一接地端以及一第二端耦接於該第一電阻之該第二端;一第三電阻,包含有一第一端以及一第二端,該第一端耦接於該接地端;一第一電晶體,包含有一第一端、一第二端以及一控制端,該第一端耦接於該第三電阻之該第二端,該第二端耦接於一系統電壓,該控制端耦接於該第一電阻之該第二端與該第 二電阻之該第二端間;以及一第二電晶體,包含有一第一端耦接於該接地端、一第二端耦接於該開關電路以及一控制端耦接於該第一電晶體之該第一端與該第三電阻之該第二端間。
  14. 如請求項13所述之連接裝置,其中該第一電晶體與該第二電晶體為N型雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT),而該第一電晶體與該第二電晶體之該第一端、該第二端以及該控制端分別為射極、集極以及基極。
  15. 如請求項13所述之連接裝置,其中該第一電晶體與該第二電晶體為N型金氧半(Metal oxide semiconductor,MOS)電晶體,而該第一電晶體與該第二電晶體之該第一端、該第二端以及該控制端分別為源極、汲極以及閘極。
  16. 如請求項1所述之連接裝置,其中該驅動電路包含有:一第一電阻,包含有一第一端以及一第二端,該第一端耦接於該第一訊號接腳;一第二電阻,包含有一第一端耦接於一接地端以及一第二端耦接於該第一電阻之該第二端;一第三電阻,包含有一第一端以及一第二端,該第一端耦接於一系統電壓;一第一電晶體,包含有一第一端、一第二端以及一控制端,該第一端耦接於該接地端,該第二端耦接於該第三電阻之該第二端,該控制端耦接於該第一電阻之該第二端與該第二電阻之該第二端間;以及 一第二電晶體,包含有一第一端耦接於該接地端、一第二端耦接於該開關電路以及一控制端耦接於該第一電晶體之該第二端與該第三電阻之該第二端間。
  17. 如請求項16所述之連接裝置,其中該第一電晶體與該第二電晶體為N型雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT),而該第一電晶體與該第二電晶體之該第一端、該第二端以及該控制端分別為射極、集極以及基極。
  18. 如請求項16所述之連接裝置,其中該第一電晶體與該第二電晶體為N型金氧半(Metal oxide semiconductor,MOS)電晶體,而該第一電晶體與該第二電晶體之該第一端、該第二端以及該控制端分別為源極、汲極以及閘極。
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