阅读说明：本技术 电压调整电路 (Voltage-regulating circuit ) 是由 李国峰 刘中鼎 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：一种适用于通用串行总线端口的电压调整电路包括第一分压单元、开关、第二分压单元、检测单元与泄放单元。第一分压单元根据数据管脚的第一电压以及第二电压产生第一分压。开关于第一电压超过第三电压一电压阀值时,建立第一连接端与第二连接端之间的连接路径。第二分压单元根据第三电压以及第二电压产生第二分压。检测单元判断第一分压是否大于第二分压,于第一分压大于第二分压时产生第一信号。泄放单元于接收到第一信号时导通该数据管脚至该第二电压之间的连接,拉低第一电压。(A kind of voltage-regulating circuit suitable for USB port includes the first partial pressure unit, switch, the second partial pressure unit, detection unit and vent unit.First partial pressure unit generates the first partial pressure according to the first voltage and second voltage of data pins.It switchs when first voltage is more than one threshold voltage of tertiary voltage, establishes the connection path between the first connecting pin and second connection end.Second partial pressure unit generates the second partial pressure according to tertiary voltage and second voltage.Detection unit judges whether the first partial pressure is greater than the second partial pressure, generates the first signal when the first partial pressure is greater than the second partial pressure.The data pins are connected to the connection between the second voltage in vent unit when receiving the first signal, drag down first voltage.)

电压调整电路

技术领域

本发明关于过电压保护技术，特别是一种适用于端口的电压调整电路。

背景技术

随着制程技术的演进，组件的尺寸得以缩小，但是组件的耐压亦随之降低。然而，与第一电子装置通信的第二电子装置中的组件是否与第一电子装置中的组件同样耐压并不能控制，或者相对于第二电子装置，第一电子装置输出的数据偶然具有或必需用到较大的电压，例如当第一电子装置输出的数据具有3.3V或5V的电压，而第二电子装置的组件耐受电压为1.8V，则会使第一电子装置输出到第二电子装置的数据相对过压，缩短第二电子装置的使用寿命，因此，对第二电子装置而言，侦测通信端口接收的数据是否过压并采取有效措施避免过压时烧坏组件便显得相当重要。

发明内容

在一实施例中，一种适用于通信端口的电压调整电路，包括第一分压单元、开关、第二分压单元、检测单元以及泄放单元。第一分压单元耦接通信端口的数据管脚以及第二电压，以根据该数据管脚的第一电压以及第二电压产生第一分压。开关的第一端耦接数据管脚，开关的第二端耦接第三电压，于第一电压超过第三电压一电压阀值时，建立第一端与第二端之间的连接。第二分压单元耦接第三电压以及第二电压，根据第三电压以及第二电压产生第二分压。检测单元耦接第一分压单元以及第二分压单元，接收第一分压以及第二分压，判断第一分压是否大于第二分压，于第一分压大于第二分压时产生第一信号，于第一分压小于第二分压时产生第二信号。泄放单元耦接检测单元，数据管脚以及第二电压，于接收到第一信号时导通数据管脚与第二电压之间的连接，于接收到第二信号时截断数据管脚与第二电压之间的连接。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的电压调整电路100的示意图。

图2A与图2B为图1中工作电压产生单元150的概要示意图。

具体实施方式

为使本发明的实施例的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文配合附图，作详细说明如下。

必须了解的是，使用于本说明书中的“包含”、“包括”等词，是用以表示存在特定的技术特征、数值、作业处理、组件以及/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、作业处理、组件、组件，或以上的任意组合。

“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等词是用来修饰组件，并非用来表示之间优先级或先行关系，而仅用来区别具有相同名字的组件。

图1为本发明一实施例所述的电压调整电路100的示意图，电压保护电路100可以应用于通信端口200。参阅图1，电压调整电路100于侦测到通信端口传输的数据过压时拉低数据电压，以避免过压伤害或毁损到后级电路，其中，过压是指通信端口传输的数据电压超出后级电路(图未示)中的组件耐压的情形。在一些实施例中，电压调整电路100耦接于通信端口200的某一管脚，以避免此管脚上出现的过压情形损坏到后级电路。在一些实施例中，电压调整电路100，通信端口200与后级电路是设置在第二电子装置，且后级电路可通过通信端口200与第一电子装置(图未示)进行通信。在一些实施例中，后级电路可通过端口200与第一电子装置进行的通信，亦即数据传输，可以是第二电子装置向第一电子装置发送数据，也可以是第一电子装置向第二电子装置发送数据。

在一些实施例中，通信端口200可为通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)端口，电压调整电路100可耦接至通用串行总线的数据管脚210，例如，耦接至通用串行总线的D+信号位或D-信号位。

在一实施例中，电压调整电路100包括第一分压单元110、检测单元120、泄放单元130、开关140、工作电压产生单元150、第二分压单元160、本地电源单元170以及电位移位单元180。

第一分压单元110耦接在第一电压V1与第二电压VSS之间，第一分压单元110根据第一电压V1产生第一分压V2，其中，第一电压V1是在数据管脚210传输的数据的电压。在一些实施例中，第二电压VSS可为接地电压GND，第一分压单元110可直接根据第一电压V1转换出第一分压V2，但本发明并非以此为限。在另一些实施例中，第二电压VSS不为接地电压，第一分压单元110则可根据第一电压V1和第二电压VSS之间的电压差得出第一分压V2。分压单元110包括第一电阻111与第二电阻112。第一电阻111的第一端耦接数据管脚210，第一电阻111的第二端耦接第二电阻112的第一端，第二电阻112的第二端耦接第二电压VSS，而第一分压V2即是第三电阻111的第二端与第四电阻112的第一端之间的电压。

开关140具有两个连接端，以下分别称之为第一连接端与第二连接端。开关140的第一连接端耦接到数据管脚210，以接收数据管脚210上的第一电压V1，开关140的第二连接端耦接第二分压单元160。开关140比较第一连接端的第一电压V1以及第二连接端的第四电压V4。其中，当第一电压V1与第四电压V4的差值未超过开关140的电压阀值时，开关140断开其第一连接端与第二连接端之间的连接。当第一电压V1与第四电压V4的差值超过开关140的电压阀值时，开关140导通第一连接端与第二连接端之间的连接。在一些实施例中，开关140可以以二极管来实现，电压阀值即二极管的导通电压，以该二极管的阳极(P)与阴极(N)分别为上述第一连接端与第二连接端。

第二分压单元160耦接在第四电压V4与第二电压VSS之间，第二分压单元160根据第四电压V4产生第二分压V6。在一些实施例中，第二电压VSS可为接地电压GND，第二分压单元160可直接根据第四电压V4转换出第二分压V6，但本发明并非以此为限。在另一些实施例中，第二电压VSS不为接地电压，第二分压单元160则可根据第四电压V4和第二电压VSS之间的电压差得出第二分压V6。

第二分压单元160包括第三电阻161与第四电阻162。第三电阻161的第一端耦接第四电压V4，且第三电阻161的第二端耦接第四电阻162的第一端，且第四电阻162的第二端耦接第二电压VSS，而第二分压V6即是第一电阻161的第二端与第二电阻162的第一端之间的电压。

根据本发明一实施例，预先设定第一电阻111与第二电阻112间的阻值比k1以及第三电阻161与第四电阻162间的阻值比k2，使第一分压电压V2为第一电压V1的1/(k1+1)，第二分压V6为第四电压V4的1/(k2+1),其中，阻值比k1被设置为效益阻值比k2。根据本发明一实施例，每一电阻的阻值误差可以控制在±1％至±2％之间，而不至于影响阻值比k1与阻值比k2的设置。

本地电源单元170为第二电子装置的电源模块，包括电压源171以及稳压电容C6，其中，电压源171的一端耦接开关140的第二连接端，电压源171的另一端耦接第二电压VSS，稳压电容C6的一端耦接开关140的第二连接端，稳压电容C6的另一端耦接第二电压VSS。电压源171提供电源电压VDD并且有可能断电，稳压电容C6用于在电压源171未断电时使电源电压VDD保持稳定。根据本发明一实施例，当本地电源单元170供电且数据管脚210的第一电压V1与第四电压V4间的差值V1-V4小于开关140的阈值电压，第四电压V4相当于电源电压VDD与第二电压VSS之和。当本地电源单元170断电且第一电压V1与第四电压V4间的差值大于开关140的阈值电压，第四电压V4等于第一电压V1与开关140的阈值电压之差。

工作电压产生单元150耦接第四电压V4、第二电压VSS以及检测单元120。工作电压产生单元150根据第四电压V4以及第二电压VSS产生工作电压V5，并输出工作电压V5给检测单元120，以驱动检测单元120的运作。换言之，工作电压V5即为检测单元120的驱动电压。在一些实施例中，工作电压产生单元150产生的工作电压V5为第四电压V4的N分之一，N为正整数。举例而言，工作电压V5可以为第四电压V4的二分之一。

检测单元120耦接第一分压单元110、第二分压单元160以及工作电压产生单元150，以接收第一分压V2，第二分压V6以及工作电压V5，检测单元120在工作电压V5的驱动下，比较第一分压V2和第二分压V6，以判断第一分压V2是否大于第二分压V6。在一些实施例中，检测单元120具有第一输入端与第二输入端，且检测单元120是以其第一输入端接收第一分压V2，并以其第二输入端接收第二分压V6。检测单元120通过比较第一分压V2与第二分压V6的大小确定检测单元120的输出。具体地，当第一分压V2大于第二分压V6，亦即V1大于V4*(k1+1)/(k2+1)，检测单元120输出工作电压V5大小的逻辑高电平，亦即信号S1，当第一分压V2小于第二分压V6，亦即V1小于V4*(k1+1)/(k2+1)，检测单元120输出0V的逻辑低电平，亦即信号S2。由于检测单元120是以工作电压V5为驱动电压，而工作电压V5为第四电压V4的N分之一，因而检测单元120的运作始终能够跟住第四电压V4的变化。相较于以其他电源电压驱动检测单元120，使用工作电压V5驱动的检测单元120对第四电压V4的变化响应速度更快。在一些实施例中，如图1所例示，检测单元120可利用比较器或其他合适的逻辑电路来实现，此时所述第一输入端即比较器的同相输入端，所述第二输入端即比较器的反相输入端。

泄放单元130包括开关模块131以及限压模块132。开关模块131的第一端耦接于第二电压VSS，开关模块131的第二端耦接限压模块132的第一端，开关模块131的第三端耦接限压模块耦接检测单元120的输出端以接收上述信号S1或信号S2，限压模块132的第二端耦接第一电压V1。开关模块131于其第三端收到来自检测单元120的信号S1时导通，而致使数据管脚210上的第一电压V1可依序经由限压模块132与开关模块131泄放至接地端GND。其中，自数据管脚210通过由限压模块132与开关模块131至第二电压VSS的路径即为所述的泄放路径。于此，限压模块132在开关模块131导通时可对第一电压V1进行分压，以使第一电压V1在泄放至接地端GND时被拽到V4*(k1+1)/(k2+1)。开关模块131于其第三端收到来自检测单元120的信号S2时关断，而使数据管脚210上的第一电压V1维持原状。在一些实施例中，限压模块132包括依序串接的多个二极管，这些二极管在开关模块131导通时亦导通，在开关模块131截止时亦截止。在一些实施例中，这些二极管的数量与开关模块131的耐压能力相关。在一些实施例中，如图1所例示，开关模块131可以是一个受信号S1或信号S2控制的N型晶体管，此N型晶体管的源极即开关模块131的第一端，N型晶体管的栅极即开关模块131的第三端，N型晶体管的漏极即开关模块131的第二端。在另一些实施例中，开关模块131也可以是一个受信号S1/S2控制的逻辑开关或多路选择器。

在一些实施例中，电压调整电路100可还包含多个稳压电容，以提升电路的稳定性。举例而言，第一稳压电容C1的一端可耦接于开关模块131和限压模块132之间的连接处，且第一稳压电容C1的另一端耦接至第二电压VSS。第二稳压电容C2的一端可耦接于限压模块132和数据管脚210之间的连接处，且第二稳压电容C2的另一端耦接至检测单元120的同相输入端。第三稳压电容C3的一端可耦接至检测单元120的同相输入端，且第三稳压电容C3的另一端耦接至第二电压VSS。第四稳压电容C4的一端可耦接至限压模块132和数据管脚210之间的连接处，且第四稳压电容C4的另一端耦接至第二电压VSS。第五稳压电容C5的一端可耦接至检测单元120的反相输入端，且第五稳压电容C5的另一端耦接至第二电压VSS。

图2A与图2B为图1中工作电压产生单元150的示意图。请参阅图2A与图2B，在一实施例中，工作电压产生单元150包括输入模块151、输入偏压模块152、偏置电流模块153、第一偏置电压模块154、第二偏置电压模块155以及输出模块156。

输入偏压模块152耦接于第四电压V4和第二电压VSS之间，包括串接的固定阻串1521以及可调阻串1522。输入偏压模块152根据第四电压V4和第二电压VSS之间的电压差，于固定阻串1521产生输入偏压V7。在一些实施例中，输入偏压V7大致上可为第四电压V4的M分之一，M为正整数。例如，输入偏压V7可大致上为第四电压V4的二分之一。输入偏压模块152还于固定阻串1521以及可调阻串1522之间产生用于工作电压产生单元150内部的偏置电压V8。

输入模块151耦接于第四电压V4和第二电压VSS之间。输入模块151具有一正输入端与一负输入端。其中，输入模块151的正输入端接收输入偏压V7，且输入模块151的负输入端接收输出模块156输出的工作电压V5，而形成负反馈。

根据本发明一实施例，输入模块151包括输入对1511以及尾电流源1512。尾电流源1512耦接于第四电压V4和输入对1511之间以为输入对1511提供输入电流。一般而言，输入对1511可包含两个P型晶体管P1、P2。P型晶体管P1的源极与P型晶体管P2的源极共同连接至尾电流源1512，以接收尾电流源1512提供的输入电流。P型晶体管P1的栅极接收工作电压V5，且P型晶体管P2的栅极接收输入偏压V7，以分别在工作电压V5以及输入偏压V7的控制下产生对第二偏置电压模块155的输出电压。根据本发明一实施例，输入对1511可还包含两个P型晶体管P3、P4。其中，P型晶体管P3的源极耦接于P型晶体管P1的漏极，且P型晶体管P4的源极耦接于P型晶体管P2的漏极。P型晶体管P3的栅极与P型晶体管P4的栅极接收偏置电压V8。于此，P型晶体管P1、P2和P型晶体管P3、P3构成共源共栅结构，以防止P型晶体管P1、P2的漏源电压Vds过大而导致P型晶体管P1、P2老化甚至烧毁。

偏置电流模块153耦接于第四电压V4和第二电压VSS之间，以产生偏置电流I1。于此，偏置电流I1为工作电压产生单元150中的基准电流。

请参阅图2A与图2B，第一偏置电压模块154耦接于第四电压V4和第二电压VSS之间，以根据偏置电流I1产生第一组偏置电压。于此，第一组偏置电压包含偏置电压VR1、偏置电压VR2、偏置电压VR3、偏置电压VR4、偏置电压VB1以及偏置电压VB2。此外，第一偏置电压模块154还可用以产生偏置电压VB3。

第二偏置电压模块155耦接于第四电压V4和第二电压VSS之间，并用以根据偏置电流I1与第一组偏置电压产生第二组偏置电压。并且，输出模块156可根据第二组偏置电压产生工作电压V5。于此，第二组偏置电压包含偏置电压VO1与偏置电压VO2，且第二组偏置电压可偏置在合理范围以保证输出模块156的低静态功率。

在一些实施例中，工作电压产生单元150还可根据多个微调电压VT1-VT4来微调其输出的工作电压V5。于此，以四个微调电压VT1-VT4为例来进行说明，但其数量并非仅限于此。

输入偏压模块152中的可调阻串1522可根据微调电压VT1-VT4来改变其阻值，以藉由微调输入偏压V7来微调输出的工作电压V5。

参阅图1与图2A，在一些实施例中，电压调整电路100可还包含电位移位单元180。电位移位单元180用以移位这些微调电压VT1-VT4的电位，以使得移位后的微调电压VTH1-VTH4可适用于工作电压产生单元150，可调阻串1522则根据移位后的微调电压VTH1-VTH4来改变可调阻串1522的阻值。举例而言，当微调电压VT1的电压为1V时，经由电位移位单元180移位后的微调电压VTH1的电压可为1.8V。而当微调电压VT1的电位为0V时，经由电位移位单元180移位后的微调电压VTH1的电位亦为0V。其余微调电压VT2-VT4的移位大致上相同于微调电压VT1，故不再赘述。

在一些实施例中，电压调整电路100可利用较小尺寸的制程技术，例如16纳米(nm)及以下的制程技术制成。

综上所述，本发明的实施例提供一种适用于端口的电压调整电路，其利用检测单元来判断端口的数据管脚上的数据电压是否过高，并且可于判断数据电压过高时导通泄放单元，以致使数据电压可通过泄放单元的泄放路径而被拽低。此外，本发明的实施例的电压调整电路还利用工作电压产生单元来产生工作电压给检测单元作为其驱动电源，使得检测单元的响应速度可更快，并且只要有端电压存在，检测单元便可作动。再者，本发明的实施例的电压调整电路可利用较小尺寸的制程技术制成，占用面积较小且仍可应用于较大电压的应用下。

本发明的实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明实施例的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求保护范围所界定者为准。