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TWI619940B - 資料線之汙染偵測電路及其方法 - Google Patents

資料線之汙染偵測電路及其方法 Download PDF

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Publication number
TWI619940B
TWI619940B TW105101782A TW105101782A TWI619940B TW I619940 B TWI619940 B TW I619940B TW 105101782 A TW105101782 A TW 105101782A TW 105101782 A TW105101782 A TW 105101782A TW I619940 B TWI619940 B TW I619940B
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TW
Taiwan
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signal
level
pollution
data
circuit
Prior art date
Application number
TW105101782A
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English (en)
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TW201643420A (zh
Inventor
金義洙
金周炫
張永儀
傅健銘
陶志波
陳榮昇
朴英培
大衛傑 肯思特
Original Assignee
台灣快捷國際股份有限公司
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Application filed by 台灣快捷國際股份有限公司 filed Critical 台灣快捷國際股份有限公司
Publication of TW201643420A publication Critical patent/TW201643420A/zh
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
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    • H04B3/46—Monitoring; Testing

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Abstract

本發明關於一種資料線之汙染偵測電路及其方法，汙染偵測電路及方 法偵測至少一資料端之一阻抗，以偵測發生於資料端或者資料線之汙染。當阻抗為低時，則確認資料端或者資料線發生汙染。

Description

資料線之汙染偵測電路及其方法
本發明係有關於一種適應性電源轉換器，尤指一種偵測電路與一種偵測方法，以偵測位於適應性電源轉換器之資料線的汙染。
在過去幾年裡，行動式裝置成為民眾的生活必需品。為行動式裝置設計的電源轉換器(充電器)通常與行動式裝置包裝在製造商提供的同一販售包裝盒內，其保證行動式裝置始終可被正常地供應電源。
在近期的發展中，越來越多充電器使用通用串列匯流排(Universal Serial Bus，USB)纜線而連接所對應之行動式裝置，該些使用USB纜線之充電器漸漸取代使用雙絞線纜線的傳統充電器。USB纜線除了有功能相同於傳統充電器而作為電源供應及接地的兩條絞線之外，USB纜線更包含兩條額外的資料線，用以定義充電裝置的類型，例如標準下行埠(Standard Downstream Port，SDP)、充電下行埠(Charging Downstream Port,CDP)與專用充電埠(Dedicated Charging Port,DCP)。上述兩條資料線近來被用於行動式裝置與充電器間的通訊，例如適應性地改變充電器的電源供應準位。
然而，無論位於充電器側或者行動式裝置側之USB公連接器或者USB母連接器通常皆是微小尺寸，且極可能遭受微粒汙染，譬如灰塵，或者是被傳導性媒介汙染，譬如水。當資料端受到上述的汙染而呈現低阻抗 時，經由資料端(線)傳輸的資料可能造成偏差，而導致充電器與行動式裝置間之通訊錯誤。以適應性充電控制舉例，通訊錯誤可能引起異常電源供應準位供應至行動式裝置而引起危險。因此，業界渴求一種偵測電路與一種偵測方法，用於偵測發生在充電器與行動式裝置之連接器之資料端的汙染或者偵測發生在連接於充電器與行動式裝置間之纜線之資料線的汙染。
本發明之一目的，在於提供一種偵測電路與一種偵測方法，用於偵測發生在充電器與行動式裝置之連接器之資料端的汙染或者偵測發生在連接於充電器與行動式裝置間之纜線之資料線的汙染。
本發明提供一種資料線之汙染偵測電路，其包含一阻抗偵測器，耦接於至少一資料端並偵測資料端之一阻抗，以偵測位於資料端或者資料線之汙染。當前述阻抗為低時，則確認汙染。
本發明提供一種資料線之汙染偵測方法，其偵測至少一資料端的一阻抗，以偵測資料端或者資料線之汙染。一旦前述阻抗為低時，則確認汙染。
10‧‧‧變壓器
11‧‧‧電阻器
12‧‧‧電容器
13‧‧‧二極體
15‧‧‧時程排序器
20‧‧‧取樣-保持電路
25‧‧‧開關
30‧‧‧切換控制器
31‧‧‧閘驅動器
32‧‧‧關機控制電路
36‧‧‧比較器
40‧‧‧光耦合器
42‧‧‧整流器
46‧‧‧輸出電容器
50‧‧‧控制電路
51‧‧‧開關
52‧‧‧BC1.2時程排序器
53‧‧‧偵測時程決定電路
54‧‧‧通信協定溝通電路
55‧‧‧阻抗偵測器
55a‧‧‧第一阻抗偵測電路
55b‧‧‧第二阻抗偵測電路
55c‧‧‧第一阻抗偵測電路
55d‧‧‧第二阻抗偵測電路
56‧‧‧適應性充電控制電路
57‧‧‧開關
58‧‧‧開關
60‧‧‧運算單元
61‧‧‧開關
62‧‧‧運算單元
70‧‧‧電流源
71‧‧‧開關
72‧‧‧電流降
73‧‧‧開關
151‧‧‧脈波產生器
152‧‧‧反相器
153‧‧‧延遲電路
154‧‧‧及閘
201‧‧‧運算放大器
202‧‧‧開關
203‧‧‧電容器
521‧‧‧比較器
522‧‧‧BC1.2計數器
523‧‧‧反相器
524‧‧‧及閘
531‧‧‧延遲電路
532‧‧‧反相器
533‧‧‧反相器
534‧‧‧及閘
535‧‧‧偵測計數器
536‧‧‧或閘
550‧‧‧延遲電路
BC12_OUT‧‧‧BC1.2輸出信號
BC12_ST‧‧‧切換信號
COM_OUT‧‧‧比較輸出信號
D+‧‧‧資料端
D-‧‧‧資料端
DET_A‧‧‧第一偵側信號
DET_B‧‧‧第二偵測信號
DLY_OUT‧‧‧延遲輸出信號
DN‧‧‧輸入端
DP‧‧‧輸入端
EN_DET‧‧‧偵測致能信號
EN_I‧‧‧第二致能信號
EN_SH‧‧‧第一致能信號
GND‧‧‧接地端
IDET(S)‧‧‧偵測電流
IDET(K)‧‧‧偵測電流
PG‧‧‧電源正常信號
PRT‧‧‧保護信號
PT‧‧‧保護端
SDATA‧‧‧指令資料
SIN1‧‧‧第一觸發信號
SIN2‧‧‧第二觸發信號
SOFF‧‧‧關機信號
t153‧‧‧延遲時間
T522‧‧‧計數時間
T531‧‧‧延遲時間
T535a‧‧‧時間
T535b‧‧‧時間
V+‧‧‧信號
V-‧‧‧信號
VBUS‧‧‧匯流排電壓
VBUS‧‧‧匯流排電源端
VDD‧‧‧供應電壓
VDP_REF‧‧‧參考信號
VIN‧‧‧輸入電壓
VREF‧‧‧參考信號
VSH‧‧‧取樣信號
ZHN‧‧‧阻抗
ZHP‧‧‧阻抗
ZLN‧‧‧阻抗
ZLP‧‧‧阻抗
ZN‧‧‧等效阻抗
ZP‧‧‧等效阻抗
第1圖係本發明之一適應性電源轉換器之一實施例的電路圖；第2圖係本發明之適應性電源轉換器之一控制電路之一實施例的電路圖；第3圖係本發明之控制電路之信號的時序圖；第4圖係本發明之控制電路之一阻抗偵測器之一實施例的電路圖； 第5A圖係本發明位於資料端(或者資料線)D+之信號V-具有一電壓準位偏移及資料端D+不具汙染時，第4圖之信號V+與V-的波形圖；第5B圖係本發明位於資料端D+之信號V-具有電壓準位偏移及資料端D+具輕微汙染時，第4圖之信號V+與V-的波形圖；第5C圖係本發明位於資料端D+之信號V-具有電壓準位偏移及資料端D+具有重度汙染時，第4圖之信號V+與V-的波形圖；第5D圖係本發明位於資料端D+之信號V-未具有電壓準位偏移及資料端D+不具汙染時，第4圖之信號V+與V-的波形圖；第5E圖係本發明位於資料端D+之信號V-未具有電壓準位偏移及資料端D+具輕微汙染時，第4圖之信號V+與V-的波形圖；第5F圖係本發明位於資料端D+之信號V-未具有電壓準位偏移及資料端D+具有重度汙染時，第4圖之信號V+與V-的波形圖；第6圖係本發明之控制電路之阻抗偵測器之另一實施例的電路圖；第7A圖係本發明位於資料端D+之信號V+具有一電壓準位偏移及資料端D+不具汙染時，第6圖之信號V+與V-的波形圖；第7B圖係本發明位於資料端D+之信號V+具有電壓準位偏移及資料端D+具輕微汙染時，第6圖之信號V+與V-的波形圖；第7C圖係本發明位於資料端D+之信號V+具有電壓準位偏移及資料端D+具有重度汙染時，第6圖之信號V+與V-的波形圖；第8A圖係本發明之阻抗偵測電路之示範配置的電路圖；第8B圖係本發明之阻抗偵測電路之另一示範配置的電路圖；第8C圖係本發明之第8A圖之信號EN_DET、SIN1與SIN2的時序圖；第8D圖係本發明之第8B圖之信號EN_DET、SIN1與SIN2的時序圖；以及第9圖係本發明資料線之汙染偵測方法之一實施例的流程圖。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：請參閱第1圖，其係本發明之一適應性電源轉換器之一實施例的電路圖。如第1圖所示，適應性電源轉換器包含一變壓器10，其包含一一次側繞組與一二次側繞組。變壓器10之一次側繞組之一第一端接收適應性電源轉換器之一輸入電壓VIN。一開關25耦接於變壓器10之一次側繞組之一第二端與一接地端間，開關25用於切換變壓器10，以從一次側繞組轉換一電能至二次側繞組。一電阻器11、一電容器12與一二極體13耦接於一次側繞組。二次側繞組經由一整流器42產生跨於一輸出電容器46之一匯流排電壓VBUS。一旦變壓器10被切換時，電能即從一次側繞組轉換至二次側繞組，因而產生匯流排電壓VBUS。
一切換控制器30用於控制開關25，以切換變壓器10。切換控制器30包含一閘驅動器31與一關機控制電路32。閘驅動器31驅動開關25。關機控制電路32則用於控制閘驅動器31。一旦，一保護信號PRT致能時，關機控制電路32將控制閘驅動器31關閉適應性電源轉換器，以保護適應性電源轉換器。
適應性電源轉換器具有四個連接端，其分別為一匯流排電源端VBUS、資料端D+、D-與一接地端GND，匯流排電源端VBUS與接地端GND分別耦接於二次側繞組之兩端。一行動式裝置也具有四個連接端VBUS、D+、D-與GND，以藉由一纜線耦接適應性電源轉換器，例如一通用串列匯流排(USB)纜線，其具有四條線(一匯流排電源線、兩條資料線與一接地線)，而用以連接適應性電源轉換器之四個連接端與行動式裝置之四個連接端。適應性電源轉換器在本身與行動式裝置之匯流排電源端VBUS與接地端GND分別經由USB纜線之匯流排電源線與接地線而供應電源至行動式 裝置。行動式裝置經由資料端D+與D-傳送指令/信號至適應性電源轉換器，適應性電源轉換器將依據指令/信號供應所要求之電源準位至行動式裝置。
適應性電源轉換器更包含一控制電路50，其包含兩輸入端DP與DN以及一保護端PT。輸入端DP與DN分別耦接於資料端D+與D-，以接收指令/信號。控制電路50包含一BC1.2(Battery Charging Specification Revision 1.2)時程排序器52、一偵測時程決定電路53、一通信協定溝通電路54、一阻抗偵測器55以及一適應性充電控制電路56。BC1.2時程排序器52經由輸入端DP耦接資料端D+，以接收位於資料端D+之信號，並偵測此信號，以確認行動式裝置接上適應性電源轉換器。BC1.2時程排序器52依據位於資料端D+之信號產生一BC1.2輸出信號BC12_OUT與一比較輸出信號COM_OUT。
通信協定溝通電路54耦接至BC1.2時程排序器52，以接收BC1.2輸出信號BC12_OUT。通信協定溝通電路54更分別經由輸入端DP與DN耦接資料端D+與D-，以接收指令/信號。通信協定溝通電路54依據BC1.2輸出信號BC12_OUT與來自於資料端D+與D-之指令/信號而產生一指令資料SDATA。適應性充電控制電路56耦接於通信協定溝通電路54，而接收指令資料SDATA，以改變匯流排電壓VBUS。控制電路50依據適應性充電控制電路56之輸出而接著改變適應性電源轉換器之輸出電壓(匯流排電壓VBUS)。亦即，適應性充電控制電路56會適應地改變匯流排電壓VBUS，其經由改變位於適應性電源轉換器之二次側之一習用並聯調節器的參考電壓(圖未繪示)，例如TL431，而改變匯流排電壓VBUS。
偵測時程決定電路53耦接於BC1.2時程排序器52，而接收BC1.2輸出信號BC12_OUT與比較輸出信號COM_OUT，以產生一偵測致能信號EN_DET。阻抗偵測器55耦接於偵測時程決定電路53，以接收偵測致能信號EN_DET。阻抗偵測器55更分別經由輸入端DP與DN耦接於資料端D+與D-。
現參閱第4圖，汙染發生於資料端D+與匯流排電源端VBUS間，其表示為一阻抗ZHP。汙染發生於資料端D+與接地端GND間，其表示為一阻抗ZLP。汙染發生於資料端D-與匯流排電源端VBUS間，其表示為一阻抗ZHN。汙染發生於資料端D-與接地端GND間，其表示為一阻抗ZLN。一旦，偵測致能信號EN_DET致能時，阻抗偵測器55偵測位於資料端D+之一等效阻抗ZP或者位於資料端D-之一等效阻抗ZN。如下列方程式(1)與(2)所示，等效阻抗ZP係由並聯阻抗ZHP與阻抗ZLP所形成，而等效阻抗ZN係由並聯阻抗ZHN與阻抗ZLN所形成。
ZP=ZHP//ZLP----------------------------------------(1)
ZN=ZHN//ZLN----------------------------------------(2)
阻抗ZHP、ZLP、ZHN與ZLN皆是由導電微粒存在於資料端D+、D-與匯流排電源端VBUS以及接地端GND所造成。當等效阻抗ZP與ZN夠高時，透過資料端D+與D-或者USB纜線之資料線的通訊也許能正常運作。然而，若等效阻抗ZP與ZN太低時，其會導致透過資料端D+與D-或者USB纜線之資料線的通訊被偏移，所以應要預先偵測前述之汙染。一旦，阻抗偵測器55確認汙染發生，於本發明之一實施例中，阻抗偵測器55將產生保護信號PRT，以關閉適應性電源轉換器，而避免行動式裝置與適應性電源轉換器間發生通訊之偏差，以確保安全。基於上述，控制電路50運作相當於一汙染偵測電路，以偵測發生於資料端D+與D-的汙染或者發生於USB纜線之資料線的汙染。
復參閱第1圖，保護信號PRT用於控制一開關51，開關51耦接於一供應電壓VDD與控制電路50之保護端PT間。一光耦合器40耦接於保護端PT與切換控制器30之關機控制電路32之間。一旦，保護信號PRT致能時，開關51會導通且光耦合器40依據供應電壓VDD產生一關機信號SOFF，以控制關機控制 電路32關閉適應性電源轉換器。此外，一開關58受控於一切換信號BC12_ST，開關58耦接於輸入端DP與DN間。於本發明之一實施例中，當適應性電源轉換器電源開啟時，BC1.2時程排序器52產生切換信號BC12_ST。
請參閱第2圖，其係本發明之控制電路50之一實施例的電路圖。如第2圖所示，控制電路50之BC1.2時程排序器52包含一比較器521、一BC1.2計數器522、一反相器523與一及閘524。比較器521之一正輸入端耦接於輸入端DP，以接收位於資料端D+(如第1圖所示)之信號，比較器521之一負輸入端則供應有一參考信號VDP_REF。一旦，位於資料端D+之信號的準位高於參考信號VDP_REF的準位時，比較輸出信號COM_OUT之準位將轉變為邏輯高準位(致能)。
BC1.2計數器522耦接於比較器521之一輸出端，以接收比較輸出信號COM_OUT。當比較輸出信號COM_OUT致能時，BC1.2計數器522開始計數一計數時間T522(如第3圖所示)，例如1.5秒鐘。BC1.2計數器522產生BC1.2輸出信號BC12_OUT。當BC1.2計數器522完成計數時，BC1.2輸出信號BC12_OUT之準位轉變為邏輯高準位。反相器523之一輸入端接收BC1.2輸出信號BC12_OUT，反相器523之一輸出端連接於及閘524之一輸入端，及閘524之另一輸入端接收一電源正常(power-good)信號PG，當適應性電源轉換器電源開啟時，電源正常信號PG之準位轉變為邏輯高準位。及閘524之一輸出端產生切換信號BC12_ST，以控制開關58。因此，當適應性電源轉換器電源開啟時，切換信號BC12_ST之準位轉變為邏輯高準位，以導通開關58。當計數時間T522已計數完畢時，切換信號BC12_ST之準位轉變為邏輯低準位，以截止開關58。
偵測時程決定電路53包含一延遲電路531、兩反相器532與533、一及閘534、一偵測計數器535以及一或閘536。反相器532耦接於比較器521之 輸出端，以接收比較輸出信號COM_OUT。偵測計數器535依據比較輸出信號COM_OUT產生一第一偵側信號DET_A。一旦，位於資料端D+之信號的準位低於參考信號VDP_REF之準位時，比較輸出信號COM_OUT之準位將為邏輯低準位。每當比較輸出信號COM_OUT之準位為邏輯低準位時，偵測計數器535則被啟用而週期性地產生具有複數脈波之第一偵側信號DET_A，該些脈波具有一導通時間T535a與一截止時間T535b(如第3圖所示)。於本發明之一實施例中，決定第一偵側信號DET_A之截止時間T535b以節省電源，例如2秒鐘。
延遲電路531之一輸入端從BC1.2計數器522接收BC1.2輸出信號BC12_OUT，以延遲BC1.2輸出信號BC12_OUT。反相器533耦接於延遲電路531之一輸出端與及閘534之一第一輸入端間，反相器533反相經延遲之BC1.2輸出信號BC12_OUT，而產生一延遲輸出信號DLY_OUT，其波形顯示於第3圖。及閘534之一第二輸入端耦接於BC1.2計數器522，以接收BC1.2輸出信號BC12_OUT，及閘534依據延遲輸出信號DLY_OUT產生一第二偵測信號DET_B。由於延遲輸出信號DLY_OUT依據BC1.2輸出信號BC12_OUT而產生，所以第二偵測信號DET_B也是依據BC1.2輸出信號BC12_OUT而產生。
參閱第2圖及第3圖，當及閘534之兩輸入端的BC1.2輸出信號BC12_OUT及延遲輸出信號DLY_OUT之準位皆為邏輯高準位時，第二偵測信號DET_B被致能(邏輯高準位)。當位於資料端D+之信號的準位高於參考信號VDP_REF的準位時，比較輸出信號COM_OUT的準位會相應地轉變為邏輯高準位。BC1.2輸出信號BC12_OUT會依據比較輸出信號COM_OUT的上升緣而於計數時間T522後轉變為邏輯高準位。BC1.2輸出信號BC12_OUT經由延遲電路531延遲，而在延遲電路531的延遲時間T531後產生於延遲電路531的輸出端，然而除非延遲時間T531已結束，否則經由反相器533之延遲輸出信號DLY_OUT將不會轉變為邏輯低準位，所以不會使第二偵測信號DET_B轉變 為邏輯低準位。因此，第二偵測信號DET_B的致能時間是由延遲電路531的延遲時間T531決定。或閘536的兩輸入端接收第二偵測信號DET_B與第一偵測信號DET_A，以產生偵測致能信號EN_DET。如此，偵測致能信號EN_DET是依據第一偵測信號DET_A或第二偵測信號DET_B而產生。如上所述，控制電路50依據位於資料端D+之信號的準位而產生偵測致能信號EN_DET。因此，控制電路50產生的偵測致能信號EN_DET與位於資料端D+之信號的準位相關聯。
一旦，行動式裝置未接上適應性電源轉換器時，位於資料端D+之信號的準位會保持於邏輯低準位，因此，控制電路50週期性地致能偵測致能信號EN_DET，以啟用阻抗偵測器55，而週期性地偵測位於資料端D+及D-的汙染。此時的汙染偵測是在行動式裝置未接上適應性電源轉換器的期間所進行。
一旦，行動式裝置接上適應性電源轉換器時，行動式裝置會經由資料端D+傳輸準位為邏輯高準位的一信號。由於切換信號BC12_ST已致能，且開關58已導通而將資料端D+及D-短路，所以位於資料端D-之信號的準位會跟隨著位於資料端D+之信號的準位。接著，當位於資料端D+之信號的準位仍然保持邏輯高準位時，控制電路50致能偵測致能信號EN_DET(於BC1.2計數器522之計數時間T522後)一次(於延遲時間T531期間)。所以，阻抗偵測器55依據偵測致能信號EN_DET啟用一次，以偵測位於資料端D+及D-的汙染。當BC1.2輸出信號BC12_OUT之準位轉變為邏輯高準位時，切換信號BC12_ST將會禁能，以截止第2圖所示之開關58，此將使資料端D+及D-開路，如此位於資料端D-之信號的波形將不會跟隨位於資料端D+之信號的波形。因此，位於資料端D-之信號的準位將再次轉變為邏輯低準位。此時的汙染偵測是在行動式裝置仍然接上適應性電源轉換器的期間執行。一 旦，於此未偵測到汙染時，行動式裝置將經由資料端D-傳送指令/信號至適應性電源轉換器，以進行適應性充電操作。此處特別注意，在BC1.2計數器522之計數時間T522期間，行動式裝置正在識別所接上之充電裝置的類型，例如適應性電源轉換器。
請參閱第4圖，其係本發明之阻抗偵測器55之一實施例的電路圖。如圖所示，阻抗偵測器55包含一第一阻抗偵測電路55a、一第二阻抗偵測電路55b及一或閘551。第一阻抗偵測電路55a耦接於輸入端DP，以偵測位於資料端D+的汙染，第二阻抗偵測電路55b耦接於輸入端DN，以偵測位於資料端D-的汙染。第二阻抗偵測電路55b的電路與第一阻抗偵測電路55a的電路相同。
第一阻抗偵測電路55a包含一時程排序器15、一取樣-保持電路20、一運算單元60、一開關61、一參考信號VREF、一比較器36、一開關57及一電流產生電路，電流產生電路包含一電流源(current source)70及一開關71。時程排序器15包含一脈波產生器151、一反相器152、一延遲電路(DLY)153及一及閘154。時程排序器15接收偵測致能信號EN_DET，以產生一第一致能信號EN_SH、一第二致能信號EN_I及位於第一致能信號EN_SH與第二致能信號EN_I間的一延遲時間t153。
如第5A圖至第5F圖所示，當偵測致能信號EN_DET致能時，第一致能信號EN_SH會同步於偵測致能信號EN_DET的致能而同時致能，而第二致能信號EN_I會同步於偵測致能信號EN_DET的禁能而同時禁能。延遲時間t153位於第一致能信號EN_SH的下降緣(禁能)與第二致能信號EN_I的上升緣(致能)。延遲時間t153決定於延遲電路153，於本發明的一實施例中，延遲時間t153可以為零。
復參閱第4圖，由第二致能信號EN_I控制的開關71耦接於電流源70及輸入端DP間，電流源70耦接供應電壓VDD，以經由開關71及輸入端DP，而提供一偵測電流IDET(S)至資料端D+，以偵測位於資料端D+的汙染。取樣-保持電路20包含一運算放大器201、一開關202及一電容器203。由第一致能信號EN_SH控制的開關202耦接於輸入端DP與電容器203的一第一端間，電容器203的一第二端耦接於接地端。當開關202被第一致能信號EN_SH導通時，位於資料端D+的信號V-經由輸入端DP及開關202而對電容器203充電，以產生跨於電容器203的一取樣信號VSH。因此，取樣-保持電路20是由時程排序器15啟用，以取樣及保持位於資料端D+的信號。因此，取樣信號VSH的準位關聯於位於資料端D+之信號的準位。運算放大器201的一正輸入端耦接於電容器203的第一端而接收取樣信號VSH，運算放大器201的一負輸入端耦接於運算放大器201的一輸出端，運算放大器201係作為一緩衝器。
開關61耦接於參考信號VREF及運算單元60的一輸入端間，運算單元60的另一輸入端耦接於運算放大器201的輸出端，運算單元60將取樣信號VSH加上參考信號VREF，而於其輸出端產生一信號V+。於此實施例中，運算單元60作為一加法器，且信號V+作為一被比較信號。比較器36的一正輸入端耦接於運算單元60的輸出端而接收信號V+，比較器36的一負輸入端耦接輸入端DP而接收位於資料端D+的信號V-，以比較信號V+及V-。
由第二致能信號EN_I控制的開關57耦接於比較器36的一輸出端及或閘551的一第一輸入端間。因此，比較器36的一輸出信號(亦是第一阻抗偵測電路55a的輸出信號)耦接於或閘551的第一輸入端，或閘551的一第二輸入端耦接於第二阻抗偵測電路55b，而接收第二阻抗偵測電路55b的一輸出信號。或閘551依據第一阻抗偵測電路55a的輸出信號或者第二阻抗偵測電路55b的輸出信號而產生保護信號PRT。因此，無論第一阻抗偵測電路55a 偵測到資料端D+的污染或是第二阻抗偵測電路55b偵測到資料端D-的污染，都可以藉由致能保護信號PRT關閉適應性電源轉換器。
請參閱第5A圖，其係顯示本發明資料端D+之信號V-具有一電壓準位偏移及資料端D+未受汙染時，第4圖之信號V+及V-的波形。如圖所示，電壓準位偏移是由位於資料端D+與匯流排電源端VBUS間的阻抗ZHP決定，如第5A圖所示，當偵測致能信號EN_DET致能時，第一致能信號EN_SH致能。當第一致能信號EN_SH致能時，第二致能信號EN_I禁能。相反地，當第一致能信號EN_SH禁能時，第二致能信號EN_I致能。參閱第4圖，開關202受第一致能信號BN_SH導通，位於資料端D+的信號V-被取樣，而成為跨於電容器203的取樣信號VSH。運算單元60將取樣信號VSH加上參考信號VREF而產生信號V+。如第5A圖所示之信號V+及V-的波形，當第一致能信號EN_SH致能時，匯流排電壓VBUS會經由阻抗ZHP、資料端D+及輸入端DP對電容器203充電。當第一致能信號EN_SH致能時，信號V+的準位從參考信號VREF的準位開始上升。在第二致能信號EN_I致能前，信號V+的準位會維持高於信號V-的準位。然後，當第一致能信號EN_SH禁能時，第二致能信號EN_I於經過延遲時間t153後會被致能(如第5A圖所示)，如此開關202會截止且開關57、71會導通。偵測電流IDET(S)會通過輸入端DP而流出至資料端D+。位於資料端D+的準位(亦是信號V-的準位)會因資料端D+未受汙染而拉升至供應電壓VDD的準位。也就是，由阻抗ZHP及ZLP組成之資料端D+的等效阻抗ZP非常高，而高阻抗表示無微粒附著於資料端D+、匯流排電源端VBUS及接地端GND間而並未造成汙染。參閱第5A圖，於第二致能信號EN_I致能時，信號V-的準位高於信號V+的準位。其表示汙染偵測電路未偵測到汙染且保護信號PRT被禁能。
如上所述，時程排序器15啟用取樣-保持電路20而取樣保持位於資料端D+的信號，以及停用電流產生電路而不提供偵測電流IDET(S)。接著，時程排序器15停用取樣-保持電路20並啟用電流產生電路而提供偵測電流IDET(S)，以依據位於資料端D+之信號V-的準位與信號V+的準位而偵測汙染。信號V+的準位關聯於取樣信號VSH的準位。
請參閱第5B圖，其係顯示本發明資料端D+之信號V-具有電壓準位偏移及資料端D+受到輕微汙染時，第4圖之信號V+及V-的波形。如圖所示，電壓準位偏移由資料端D+與匯流排電源端VBUS間的阻抗ZHP決定。位於資料端D+的準位(亦是信號V-的準位)會因資料端D+受到輕微汙染，而拉升至稍低於供應電壓VDD準位的一電壓準位。也就是，由阻抗ZHP及ZLP組成之資料端D+的等效阻抗ZP會稍微地降低，而稍微降低的阻抗表示有些許微粒附著於資料端D+、匯流排電源端VBUS及接地端GND間而造成輕微汙染。然而，此輕微汙染尚不致造成資料端D+、D-或USB纜線的資料線之信號的準位產生偏差。如第5B圖所示，於第二致能信號EN_I致能時，信號V-的準位稍低於供應電壓VDD的準位，但是仍高於信號V+的準位。雖偵測到一輕微汙染，但是保護信號PRT仍被禁能。
請參閱第5C圖，其係顯示本發明資料端D+之信號V-具有電壓準位偏移及資料端D+受到重度汙染時，第4圖之信號V+及V-的波形。如圖所示，電壓準位偏移由資料端D+與匯流排電源端VBUS間的阻抗ZHP決定。位於資料端D+的準位(亦是信號V-的準位)會因資料端D+受到重度汙染，而降低至明顯低於供應電壓VDD準位的一電壓準位。也就是，由阻抗ZHP及ZLP組成之資料端D+的等效阻抗ZP會明顯地降低，而低阻抗表示有相當程度之微粒附著於資料端D+、匯流排電源端VBUS及接地端GND間而造成重度汙染。此重度汙染會造成資料端D+、D-或USB纜線的資料線之信號準位產生偏差。 如第5C圖所示，於第二致能信號EN_I致能時，信號V-的準位低於信號V+的準位。因此，保護信號PRT被致能進而控制切換控制器30(如第1圖所示)關閉適應性電源轉換器。
請參閱第5D圖至第5F圖，其係顯示本發明資料端D+之信號V-未具有電壓準位偏移及資料端D+為無汙染、具輕汙染及具重度汙染時，第4圖之信號V+及V-的波形。如圖所示，因為在第一致能信號EN_SH之致能期間，資料端D+及匯流排電源端VBUS間未具有阻抗ZHP，所以第5D圖至第5F圖所示之信號V-的波形並無電壓準位偏移。第5D圖及第5E圖的操作除了未具有電壓準位偏移，其餘相似於第5A圖及第5B圖的操作，所以不再覆述。參閱第5F圖(重度汙染)，當偵測電流IDET(S)(如第4圖所示)通過輸入端DP而流出至資料端D+時，信號V-的準位會明顯低於信號V+的準位。由於位於資料端D+的阻抗ZLP明顯降低，所以位於資料端D+的電壓準位會被拉低至低於信號V+的準位。因此，保護信號PRT致能進而控制切換控制器30(如第1圖所示)關閉適應性電源轉換器。
請參閱第6圖，其係本發明第1圖之阻抗偵測器55之另一實施例的電路圖。如圖所示，阻抗偵測器55包含一第一阻抗偵測電路55c、一第二阻抗偵測電路55d及一或閘551。第一阻抗偵測電路55c耦接於輸入端DP而偵測位於資料端D+的汙染，第二阻抗偵測電路55d耦接於輸入端DN而偵測位於資料端D-的汙染。第二阻抗偵測電路55d的電路與第一阻抗偵測電路55c的電路相同。第一阻抗偵測電路55c包含時程排序器15、取樣-保持電路20、開關61、參考信號VREF、一運算單元62、一比較器37、開關57及一電流產生電路，電流產生電路包含一電流降(current sink)72及一開關73。
承上述，開關73耦接於輸入端DP及電流降72的一第一端間，電流降72的一第二端耦接至接地端。電流降72提供一偵測電流IDET(K)，偵測電流 IDET(K)用於從資料端D+汲取一電流，此電流從資料端D+流入輸入端DP，以偵測位於資料端D+的汙染。
運算單元62耦接於取樣-保持電路20之運算放大器201的輸出端，運算單元62將取樣信號VSH的準位減去參考信號VREF的準位而產生信號V-。於此實施例中，運算單元62為一減法器，而信號V-為一被比較信號。比較器37的一負輸入端耦接於運算單元62的一輸出端，而接收信號V-，比較器37的一正輸入端耦接於輸入端DP，而接收位於資料端D+的信號V+，以比較信號V+及V-。第一阻抗偵測電路55c及第二阻抗偵測電路55d的輸出信號輸出至或閘551的兩輸入端。當位於資料端D+的汙染被第一阻抗偵測電路55c偵測到或位於資料端D-的汙染被第二阻抗偵測電路55d偵測到時，保護信號PRT會被致能，進而關閉適應性電源轉換器。
請參閱第7A圖，其係顯示本發明資料端D+之信號V+具有一電壓準位偏移及資料端D+未受到汙染時，第6圖信號V+及V-的波形。如圖所示，電壓準位偏移由資料端D+與匯流排電源端VBUS間的阻抗ZHP決定。如第7A圖所示，當偵測致能信號EN_DET致能時，第一致能信號EN_SH致能。當第一致能信號EN_SH致能時，信號V-的準位從參考信號VREF的一負準位開始上升。參閱第6圖，開關202受第一致能信號EN_SH導通，位於資料端D+上的信號V+被取樣而成為跨於電容器203的取樣信號VSH。運算單元62會依據參考信號VREF及取樣信號VSH而產生信號V-。信號V-的準位由取樣信號VSH的準位減去參考信號VREF的準位而決定。如第7A圖所示之信號V+及V-的波形，在第二致能信號EN_I致能前，信號V+的準位會維持高於信號V-的準位。
接著，當第一致能信號EN_SH禁能時，第二致能信號EN_I於經過延遲時間t153後會致能，如此，開關202會截止，且開關57、73會導通。偵測電流IDET(K)用於從資料端D+汲取一電流，此電流從資料端D+流入輸入端DP， 以偵測位於資料端D+的汙染。位於資料端D+之信號V+的準位因為資料端D+未受到汙染而會被拉低至接地端的準位。也就是，由阻抗ZHP及ZLP組成之資料端D+的等效阻抗ZP非常高，而高阻抗表示無微粒附著於資料端D+、匯流排電源端VBUS及接地端GND間而造成汙染。參閱第7A圖，於第二致能信號EN_I致能期間，信號V+的準位拉低至接地端的準位。因此，當資料端D+未受到汙染時，信號V-的準位高於信號V+的準位。所以，保護信號PRT被禁能。
請參閱第7B圖，其係顯示本發明資料端D+之信號V+具有電壓準位偏移及資料端D+受到輕微汙染時，第6圖信號V+及V-的波形。如圖所示，電壓準位偏移由資料端D+與匯流排電源端VBUS間的阻抗ZHP決定。位於資料端D+的準位會因資料端D+受到輕微汙染，而拉升至稍高於接地端之準位的一電壓準位。也就是，由阻抗ZHP及ZLP組成之資料端D+的等效阻抗ZP會稍微降低，而稍微降低的阻抗表示有些許微粒附著於資料端D+、匯流排電源端VBUS及接地端GND間而造成輕微汙染。然而，輕微汙染尚不致造成資料端D+、D-或USB纜線的資料線之信號的準位產生偏差。如第7B圖所示，於第二致能信號EN_I之致能期間，信號V+的準位高於接地端的準位，但是仍未高於信號V-的準位。雖偵測到一輕微汙染，但是保護信號PRT仍被禁能。
請參閱第7C圖，其係顯示本發明資料端D+之信號V+具有電壓準位偏移及資料端D+受到重度汙染時，第6圖之信號V+及V-的波形。如圖所示，電壓準位偏移由資料端D+與匯流排電源端VBUS間的阻抗ZHP決定。位於資料端D+的準位因資料端D+受到重度汙染，而拉升至明顯高於接地端之準位的一電壓準位。也就是，由阻抗ZHP及ZLP組成之資料端D+的等效阻抗ZP會明顯地降低，而低阻抗表示有相當程度之微粒附著於資料端D+、匯流排電源端VBUS及接地端GND間而造成重度汙染。此重度汙染會造成資料端D+、D -或USB纜線的資料線之信號的準位產生偏差。如第7C圖所示，於第二致能信號EN_I致能之期間，信號V+的準位高於信號V-的準位。因此，保護信號PRT被致能，進而控制切換控制器30(如第1圖所示)關閉適應性電源轉換器。
請參閱第8A圖，其係本發明阻抗偵測電路55a/55b/55c/55d之示範配置的電路圖。如圖所示，偵測致能信號EN_DET作為一第一觸發信號SIN1及一第二觸發信號SIN2，以分別觸發第一阻抗偵測電路55a/55c及第二阻抗偵測電路55b/55d。如第8C圖所示，第一觸發信號SIN1及第二觸發信號SIN2同步執行偵測位於資料端D+及D-的汙染。
請參閱第8B圖，其係本發明阻抗偵測電路55a/55b/55c/55d之另一示範配置的電路圖。如圖所示，偵測致能信號EN_DET作為第一觸發信號SIN1。一延遲電路(DLY)550接收第一觸發信號SIN1及延遲第一觸發信號SIN1，以產生第二觸發信號SIN2。如第8D圖所示，第一觸發信號SIN1先致能再禁能，而在第二觸發信號SIN2致能前尚有一延遲時間TD，延遲時間TD由延遲電路550決定。復參閱第8D圖，第一觸發信號SIN1及第二觸發信號SIN2可以非同步/交錯執行偵測位於資料端D+及D-的汙染。
基於上述，相似的操作方式可以應用於阻抗偵測電路55b及55d，而偵測由阻抗ZHN及ZLN組成之資料端D-的等效阻抗ZN，因此相似的操作不再贅述。
再者，當USB纜線未連接於適應性電源轉換器及行動式裝置時，本發明可以偵測適應性電源轉換器之資料端的汙染。當USB纜線連接於適應性電源轉換器及行動式裝置時，本發明也可以偵測USB纜線之資料線與適應性電源轉換器及行動式裝置之資料端的汙染。
請參閱第9圖，其係本發明資料線之汙染偵測方法之一實施例的流程圖。此方法開始於適應性電源轉換器電源開啟時(步驟801)。開關58(如第1圖所示)導通，而將資料線(端)D+及D-短路(步驟802)。接著，適應性電源轉換器偵測資料線D+或D-之準位是否為高準位(步驟803)。若資料線D+或D-的準位為低準位，偵測致能信號EN_DET(如第3圖所示)會週期性地被致能(如第3圖所示之時間T535a內)，而偵測位於資料線D+及D-的阻抗，以進行汙染偵測(步驟808)。若資料線D+及D-未受到汙染，適應性電源轉換器會週期性地監測位於資料線D+或D-的準位是否轉變為高準位。於此階段，行動式裝置尚未接上適應性電源轉換器。一旦，資料線D+或D-受到汙染時，保護信號PRT(如第1圖所示)會被致能，而控制切換控制器30(如第1圖所示)關閉適應性電源轉換器，以保護適應性電源轉換器及行動式裝置(步驟809)。每當位於資料線D+或D-的準位轉變為高準位時，將從步驟803前往步驟804，此表示行動式裝置接上適應性電源轉換器。如步驟804所示，資料線D+及D-會因為開關58(如第1圖所示)截止而開路。接著，偵測致能信號EN_DET(如第3圖所示)會再致能一次，以執行汙染偵測(步驟805)。一旦，資料線D+或D-受到汙染時，保護信號PRT會被致能而關閉適應性電源轉換器，以保護適應性電源轉換器及行動式裝置(步驟809)。相反地，若資料線D+或D-未受到汙染時，適應性電源轉換器會對行動式裝置執行適應性充電操作(步驟806)。接著，適應性電源轉換器偵測位於資料線D+或D-的準位是否為高準位(步驟807)。若位於資料線D+或D-的準位為低準位，其表示行動式裝置已從適應性電源轉換器移除。開關58(如第1圖所示)會導通，而將資料線D+及D-再次短路(步驟802)。
由上述可知，本發明確實已經達於突破性之結構，而具有改良之發明內容，同時又能夠達到產業上利用性與進步性，當符合專利法之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請 鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。

Claims (17)

  1. 一種資料線之汙染偵測電路，其包含：一阻抗偵測器，其耦接於至少一資料端，並偵測該資料端之一阻抗，進而偵測位於該資料端或者該資料線之汙染，當該阻抗為低時，則確認該汙染；其中，該阻抗偵測器包括：一取樣-保持電路，其取樣並保持位於該資料端之一信號，以產生一取樣信號；一電流產生電路，其提供一偵測電流，位於該資料端之該信號的準位依據該偵測電流而改變；以及一比較電路，判斷該取樣信號與位於該資料端之該信號之間的差異，其中，根據該比較電路之一輸出信號來確認該汙染。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之汙染偵測電路，更包含：一偵測時程決定電路，其依據位於該資料端之一準位產生一偵測致能信號，以啟用該阻抗偵測器。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之汙染偵測電路，其中在一行動式裝置未接上一電源轉換器的期間，該偵測時程決定電路週期性地致能該偵測致能信號，進而週期性地啟用該阻抗偵測器偵測該汙染。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之汙染偵測電路，其中當一行動式裝置接上一電源轉換器時，該偵測時程決定電路致能該偵測致能信號一次，進而啟用該阻抗偵測器偵測該汙染一次。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之汙染偵測電路，更包含：一開關，其耦接於兩資料端間；一時程排序器，其耦接該資料端，並偵測位於該資料端之一準位，進而確認一行動式裝置接上一電源轉換器，當該行動式裝置自該電源轉換器移除時，導通該開關而將該兩資料端短路，當該行動式裝置接上該電源轉換器時，截止該開關而將該兩資料端開路。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之汙染偵測電路，其中該阻抗偵測器包含：一時程排序器，其控制該取樣-保持電路與該電流產生電路；其中，該時程排序器啟用該取樣-保持電路取樣與保持位於該資料端之該信號，並且停用該電流產生電路以不提供該偵測電流，接著該時程排序器停用該取樣-保持電路，並啟用該電流產生電路以提供該偵測電流，在提供該偵測電流時，依據位於該資料端之該信號的準位與該取樣信號的準位確認該汙染。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之汙染偵測電路，其中該電流產生電路包含一電流源，其提供該偵測電流，該比較電路包含：一運算單元，其加總一參考信號與該取樣信號，進而產生一被比較信號；一比較器，其在該偵測電流被提供時，比較位於該資料端之該信號的準位與該被比較信號的準位；其中，當位於該資料端之該信號的準位低於該被比較信號的準位時，則確認該汙染並產生一保護信號。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之汙染偵測電路，其中該電流產生電路包含一電流降，其提供該偵測電流，該比較電路包含：一運算單元，其將該取樣信號之準位減去一參考信號之準位，進而產生一被比較信號；以及一比較器，其在該偵測電流被提供時，比較位於該資料端之該信號的準位與該被比較信號的準位；其中，當位於該資料端之該信號的準位高於該被比較信號的準位時，則確認該汙染並產生一保護信號。
  9. 一種資料線之汙染偵測方法，其包含：配置一偵測電路以偵測至少一資料端之一阻抗，而偵測位於該資料端或者該資料線之汙染； 其中，該偵測電路配置來偵測來自該資料端的兩信號數值之間的差異以判斷該阻抗；以及其中，當該阻抗為低時，則確認該汙染。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之汙染偵測方法，其中在一行動式裝置未接上一電源轉換器的期間，週期性地偵測該汙染。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之汙染偵測方法，其中當一行動式裝置接上一電源轉換器時，偵測該汙染一次。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之汙染偵測方法，更包含：一行動式裝置自一電源轉換器移除時，將兩資料端短路；以及該行動式裝置接上該電源轉換器時，將該兩資料端開路。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之汙染偵測方法，更包含：提供一偵測電流；其中，位於該資料端之一信號的準位依據該偵測電流而改變，並依據位於該資料端之該信號的準位確認該汙染。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之汙染偵測方法，其中在一行動式裝置未接上一電源轉換器的期間，週期性地提供該偵測電流，而週期性地偵測該汙染。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之汙染偵測方法，更包含：取樣並保持位於該資料端之該信號，而產生一取樣信號；其中，於提供該偵測電流時，依據位於該資料端之該信號的準位與該取樣信號的準位確認該汙染。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之汙染偵測方法，更包含：加總一參考信號與該取樣信號，進而產生一被比較信號；以及在提供該偵測電流時，比較位於該資料端之該信號的準位與該被比較信號的準位；其中，當位於該資料端之該信號的準位低於該被比較信號的準位時， 則確認該汙染並產生一保護信號。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之汙染偵測方法，其中該偵測電流從該資料端汲取一電流，以偵測該汙染，該汙染偵測方法更包含：將該取樣信號之準位減去一參考信號之準位，進而產生一被比較信號；以及在提供該偵測電流時，比較位於該資料端之該信號的準位與該被比較信號的準位；其中，當位於該資料端之該信號的準位高於該被比較信號的準位時，則確認該汙染並產生一保護信號。
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