[发明专利]一种接口装置以及基于该接口装置的电压处理方法

说明书

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 2.0Transceiver Macrocell Interface+Low PinInterface)，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1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_BYP接地，旁路电容V_BYP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 EvaluationCorporation)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USB3318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LDO被击穿。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电源上串联一电容C70，电阻R57的阻值以及电容C70的容值的具体取值可根据实际需要或根据经验设置。比如，图1中电阻R57的阻值设为820Ω，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的舒缓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0Ω，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，其作用在于将电压稳定在5.1V以下，以防止USB3318芯片被击穿。另外，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_SYS，用于提供4.5V的系统电压。