專利名稱：多功能輸入終端及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種涉及到集成電路的終端，其終端用來接收配置信息，配置集成電路上的電路，尤其涉及多功能輸入終端及方法。
背景技術(shù)：
圖1 (現(xiàn)有技術(shù))是一種通過USB纜線2連接到USB主機(jī)3 (在本例中是個(gè)人電腦)上的USB裝置I (在本例中是手機(jī))的框圖。USB主機(jī)3包括USB電路4。USB裝置I包括USB電路5。USB纜線2有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的USB插頭6，插入U(xiǎn)SB主機(jī)3上的自適應(yīng)的USB端口7，因此，USB主機(jī)能夠通過USB纜線2上的兩條數(shù)據(jù)線D+和D-讀取和寫入U(xiǎn)SB裝置I中的USB電路5。USB纜線2還提供一條電源電壓功率導(dǎo)線VIN和一條地導(dǎo)線GND。這些導(dǎo)線可用來給USB主機(jī)3外部的電路供電。USB端口 7規(guī)定在其導(dǎo)線VIN和地GND之間提供5. 0伏的電壓。但是，根據(jù)配置，USB主機(jī)3可能提供最大100毫安的電源電流或最大500毫安的電源電流。在所說明的系統(tǒng)中，用USB主機(jī)3和USB端口 7重新給手機(jī)I中的可充電的鋰離子電池8充電。因此，手機(jī)I包括連接到USB電路5的電池充電器集成電路9。電池充電器集成電路9還連接到所說明的USB纜線2的VIN和GND導(dǎo)線上。充電器集成電路9接收來自USB纜線2的流經(jīng)電源電壓導(dǎo)線VIN和地導(dǎo)線GND的電能，接著用此電能給電池8再充電。圖2分析了充電的形式。在第一個(gè)的快充階段，電池充電器集成電路9以恒定電流1-CONST給電池8充電。然后，一旦電池電壓VBATT達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電壓V-C0NST，電池充電器集成電路9將切換到恒壓充電模式。此恒壓充電模式有時(shí)亦被稱之為“完成(top-off)”階段。充電器集成電路在這種恒壓充電的模式下已經(jīng)把能量傳遞給了電池，以至電池電壓VBATT已經(jīng)有預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔維持在預(yù)先設(shè)定的充電范圍了，之后，電池充電器集成電路9將停止給電池8提供能量。圖2中的垂直線13說明這一點(diǎn)。由上面所闡述的，USB端口 7可能僅能提供100毫安的電源電流，或者可能能夠提供500毫安的電源電流。在快充階段，期望以更大的恒定電流給電池8充電，如果USB端口能夠提供更大的充電電流。因此，如果USB端口 7能夠提供500毫安的流經(jīng)VIN和GND導(dǎo)線的電源電流，那么在恒電流充電階段，充電器集成電路將以500毫安的電流充電。USB主機(jī)3中的USB電路4把表示主機(jī)能夠輸出給它的USB端口 7的電源電流量的信息寫入到手機(jī)I中的USB電路5。接著，USB電路5以數(shù)字邏輯信號(hào)的形式把這個(gè)信息提供給電池充電器集成電路9。如果USB電路5驅(qū)動(dòng)此數(shù)字邏輯信號(hào)為第一個(gè)數(shù)字邏輯值，那么，USB可以輸出一個(gè)最大值(比如，100毫安)的電流；但是，如果USB電路5驅(qū)動(dòng)此數(shù)字邏輯信號(hào)為第二個(gè)數(shù)字邏輯值，那么，USB可以輸出另一個(gè)最大值(比如，500毫安)的電流。電池充電 器集成電路9在第一個(gè)終端(Tl) 11上接收此信號(hào)。
本案例子中的USB主機(jī)3 (這里是個(gè)人電腦)還能夠開啟或停止電池充電。主機(jī)3 中的USB電路4把一位信息位寫入到手機(jī)I中的USB電路5。這個(gè)信息位指示充電器是開 啟還是停止。然后，這個(gè)信息位以第二個(gè)數(shù)字邏輯信號(hào)的形式從USB電路5傳到電池充電 器集成電路9上。電池充電器集成電路9在第二個(gè)終端(T2) 12上接收此第二個(gè)數(shù)字邏輯 信號(hào)。因此，電池充電器集成電路9有兩個(gè)終端11和12，以接收來自USB電路5的配置信 肩、O
圖3說明了在終端Tl和T2上的第一個(gè)和第二個(gè)數(shù)字邏輯信號(hào)的數(shù)字邏輯值，以 及示出了配置的電池充電器集成電路9相對(duì)應(yīng)的情況。在圖1傳統(tǒng)的USB電池充電電路的 一個(gè)變形，一個(gè)額外的外部電阻可連接在第一終端Tl和地電勢(shì)之間。在一些配置中，此外 部電阻的阻值設(shè)定恒定電流的幅值，在恒流模式下，電池充電器集成電路9用此恒流給電 池8充電。比如，如果終端T2收到的信號(hào)為數(shù)字邏輯低，那么充電器停止；否則，依據(jù)圖2， 充電器在快充電階段以一個(gè)恒定的電流充電，其中恒定的電流由連接在終端Tl上的外部 電阻的阻值確定。根據(jù)特定的傳統(tǒng)電路，終端Tl可能或可能不連接在USB電路5的一個(gè)終 端。這樣需要改良以上描述的傳統(tǒng)的電池充電系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多功能輸入終端及方法，它可以實(shí)現(xiàn)多功 能輸入，進(jìn)而減少了終端數(shù)目，從而降低了 USB裝置的制造成本。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種多功能輸入終端。其中單個(gè)終端可用 來設(shè)置集成電路進(jìn)入三態(tài)(狀態(tài)QO，狀態(tài)Ql或狀態(tài)Q2)。集成電路中的電路連接到此終端， 并確定此終端是否1)通過外部連接接成低，2)通過外部連接接成高，3)懸空或基本上懸 空。如果電路確定此終端是懸空或者是基本上懸空的，那么，電路將設(shè)置電路的部分運(yùn)行特 性(例如，設(shè)置電路給電池充電的最大電流IBATT)具有一個(gè)值，此值是連接到終端的外部電 阻阻值是由設(shè)置的一個(gè)函數(shù)值來定。因此，集成電路用戶能夠通過選擇適當(dāng)阻值的外部電 阻來設(shè)置運(yùn)行特性具有一個(gè)想要的值。如果外部電阻不存在，那么終端是懸空的，電路設(shè)置 具有對(duì)應(yīng)為零值的運(yùn)行特性。在典型應(yīng)用中，零值對(duì)應(yīng)為停止?fàn)顟B(tài)。
另外，本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)多功能輸入的方法，該方法包括以下步驟(a)確 定集成電路終端是否短接到數(shù)字邏輯高電壓的源上，或者終端是否短接到數(shù)字邏輯低電壓 的源上，或者終端是否是懸空還是通過相對(duì)高的阻抗連接到一個(gè)直流電勢(shì)的源上，其中(a) 的決定是由集成電路的內(nèi)部電路做出，終端是此集成電路的一部分；(b)聲明第一個(gè)數(shù)字 邏輯信號(hào)，如果(a)確定集成電路的終端是短接到數(shù)字邏輯高電壓的源上；(C)聲明第二個(gè) 數(shù)字邏輯信號(hào)，如果(a)確定集成電路的終端是短接到數(shù)字邏輯低電壓的源上；(d)聲明第 三個(gè)數(shù)字邏輯信號(hào)，如果(a)確定的集成電路的終端是懸空或者是通過相對(duì)高的阻抗連接 到一個(gè)直流電勢(shì)的源上，其中上述(b)、(C)和(d)中的聲明是由集成電路的內(nèi)部電路來實(shí) 現(xiàn)的；且(0提供一個(gè)調(diào)整的電流，如果(a)確定的集成電路的終端是懸空或者是通過相對(duì) 高的阻抗連接到一個(gè)直流電勢(shì)的源上，其中調(diào)整的電流的幅值是由連接到集成電路終端的 外部電阻的阻值決定的，其中外部電阻是在集成電路的外部。
本發(fā)明上述終端和電路及方法特別適合用在USB電池充電器上。在許多應(yīng)用中，應(yīng)用本發(fā)明的終端和電路及方法，允許USB電池充電器集成電路的終端數(shù)目減少一個(gè)。終端數(shù)目的減少降低了應(yīng)用此USB電池充電器集成電路的USB裝置(如手機(jī))的制造成本。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中用在手機(jī)上的傳統(tǒng)六終端USB電池充電器集成電路的示意圖。圖2是圖1中傳統(tǒng)USB電池充電器集成電路如何給圖1中的手機(jī)上的可充電電池充電示意圖。圖3是分析數(shù)字信號(hào)如何在圖1傳統(tǒng)的USB電池充電器集成電路的兩個(gè)終端上設(shè)置USB電池充電器集成電路的表格。圖4是本發(fā)明系統(tǒng)100的示意圖，根據(jù)一個(gè)新穎的方面，此系統(tǒng)包含新穎的USB電池充電器集成電路109。圖5是圖4中的新穎USB電池充電器集成電路109如何給圖4中的手機(jī)101上的可充電電池108充電的示意圖。圖6是一個(gè)表格，其分析了新穎USB電池充電器集成電路109的單個(gè)終端112(T1)如何來配置USB電池充電器集成電路109進(jìn)入三種狀態(tài)的其中之一。圖7是一個(gè)表格，其闡明圖4中的USB電池充電器集成電路109的五個(gè)終端及終端對(duì)應(yīng)的功能。 圖8和9 一起形成一個(gè)在USB電池充電器集成電路109中的電路200的電路示意圖。電路200檢測(cè)其中集成電路109配置的狀態(tài)(Q0，Ql, Q2)。圖10是一個(gè)表格，其闡明圖8和9中的電路200運(yùn)行的三種狀態(tài)。其還闡明了USB電池充電器集成電路109在三種狀態(tài)的每一種狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的相應(yīng)的功能。圖11是圖8和9中電路200的給晶體管Ml和M2的柵極電壓偏置的替代偏置網(wǎng)絡(luò)。圖12是替代方法的示意圖，此替代方法能夠把USB集成電路(如圖4中的USB集成電路105)連接到新穎USB電池充電器集成電路109上。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所指的“構(gòu)件”是指具有某種功能或能夠?qū)崿F(xiàn)某種功能的元器件或電路，比如在下面實(shí)施例中具體指電路200 (圖8)等。另外，本發(fā)明所指的“電源電壓終端”在本實(shí)施例中是指輸入電壓終端205 (圖8)，本發(fā)明所指的“數(shù)字邏輯電路”在本實(shí)施例中是指反相器209 (圖8)，本發(fā)明所指的“第二數(shù)字邏輯電路”在本實(shí)施例中是指反相器211 (圖8)，本發(fā)明所指的“數(shù)字解碼電路”在本實(shí)施例中是指數(shù)字解碼器217 (圖8)，本發(fā)明所指的“可編程電流源”在本實(shí)施例中是指電流源電路219 (圖8)。上述對(duì)應(yīng)關(guān)系僅僅是為了進(jìn)一步地更好的解釋和說明本發(fā)明的具體應(yīng)用，而不應(yīng)當(dāng)視為對(duì)本發(fā)明的限制。圖4是本發(fā)明系統(tǒng)100的示意圖，此系統(tǒng)100包含通過USB纜線102連接到USB主機(jī)103 (本例中為個(gè)人電腦)的USB裝置101 (本例中為手機(jī))。USB主機(jī)103包括USB電路
104。USB裝置101包括USB電路105。USB纜線102有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的USB插頭106，插入U(xiǎn)SB主機(jī)103上的自適應(yīng)的USB端口 107，因此，USB主機(jī)103能夠通過USB纜線102上的兩條 數(shù)據(jù)線D+和D-讀取和寫入U(xiǎn)SB裝置101中的USB電路105。USB纜線102還提供一條電 源電壓功率導(dǎo)線VIN和一條地導(dǎo)線GND。這些導(dǎo)線可用來給USB主機(jī)103外部的電路供電。 USB端口 107規(guī)定在其導(dǎo)線VIN和地GND之間提供5. O伏的電壓。但是，根據(jù)配置，USB主 機(jī)可能提供最大100毫安的電源電流或最大500毫安的電源電流。
在所說明的系統(tǒng)中，用USB主機(jī)103和USB端口 107重新給手機(jī)101中的可充電 的鋰離子電池108充電。方框IOlA是手機(jī)101的局部展開圖。方框IOlA包括新穎的電池 充電器集成電路109，其用新穎方式連接到USB電路105上。如圖說明的，電池充電器集成 電路109還連接到USB纜線102的導(dǎo)線VIN和GND上。充電器集成電路109接收來自USB 纜線102的流經(jīng)電源電壓導(dǎo)線VIN和地導(dǎo)線GND的電能，接著用這些電能給電池108再充 電。
圖5分析了充電的形式。在第一個(gè)的快充階段，電池充電器集成電路109以恒定 電流1-CONST給電池108充電。然后，一旦電池電壓VBATT達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電壓V-C0NST， 電源充電器集成電路109將切換到恒壓充電模式。此恒壓充電模式有時(shí)亦被稱之為“完成 (top-off) ”階段。充電器集成電路109在這種恒壓充電的模式下已經(jīng)把能量傳遞給了電 池108，以至電池電壓VBATT已經(jīng)有預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔維持在預(yù)先設(shè)定的充電范圍了，之 后，電池充電器集成電路109將停止給電池108提供能量。圖5中的垂直線110說明這一 點(diǎn)。
由上面所闡述的，USB端口 107可能僅能提供100毫安的電源電流，或者USB端口 107可能能夠提供500毫安的電源電流。在快充階段，期望可以獲取最大的恒定電流給電池 108充電，如果USB端口能夠提供增大數(shù)量的充電電流。因此，如果USB端口 107能夠提供 500毫安的流經(jīng)VIN和GND導(dǎo)線的電源電流，那么在恒電流充電階段，充電器集成電路109 將以500毫安的電流充電。USB主機(jī)103中的USB電路104把表示主機(jī)能夠輸出給它的USB 端口 107的電源電流量的信息寫入到手機(jī)101中的USB電路105。接著，USB電路105以有 兩個(gè)數(shù)字邏輯電平的信號(hào)的形式把這個(gè)信息提供給電池充電器集成電路109。如果USB電 路105驅(qū)動(dòng)數(shù)字邏輯信號(hào)IN及導(dǎo)線111有第一個(gè)數(shù)字邏輯值，以至終端(Tl) 112連接到 地導(dǎo)線(GND導(dǎo)線)113上，那么，USB端口 107提供的電源電流就有第一個(gè)100毫安的最大 值；但是，如果USB電路105驅(qū)動(dòng)信號(hào)IN及導(dǎo)線111有第二個(gè)數(shù)字邏輯值，以至終端(Tl) 112連接到VIN導(dǎo)線114上，那么，USB端口 107提供的電源電流就有第二個(gè)500毫安的最 大值。電池充電器集成電路109在一種單個(gè)終端(Tl) 112上接收這個(gè)IN信號(hào)。
本例中的USB主機(jī)103 (這里為個(gè)人電腦)還能夠使充電器集成電路109以恒定 電流，確切地說是“用戶”選定的值，給電池108充電。這里的術(shù)語“用戶”通常是指手機(jī)生 產(chǎn)商或者是USB電池充電器集成電路109的“用戶”，他們購(gòu)買此集成電路，并把它們安裝在 產(chǎn)品如手機(jī)101上。充電器集成電路109給電池108充電的恒定電流是由連接在終端Tl 上的外部電阻115的阻值確定的。外部電阻115是在充電器集成電路109的外部。盡管在 特定實(shí)施例中，USB主機(jī)103不能夠像圖1至3中現(xiàn)有技術(shù)的例子一樣，停止充電器集成電 路109，但是，充電器集成電路109有更少的終端數(shù)目，充電器集成電路109通過這些終端與 USB電路105通信。
圖6是說明USB電池充電器集成電路109的功能或配置的表格。如果終端Tl是“接低”或者其它經(jīng)短路或相對(duì)低的阻抗連接到GND導(dǎo)線113上的數(shù)字邏輯低電壓，于是信號(hào)IN被稱之為在數(shù)字邏輯低狀態(tài)“O”。充電器集成電路109檢測(cè)到此“0”狀態(tài)并設(shè)置給電池108充電的恒定電流的最大值為100毫安。如果終端Tl是“接高”或者其它經(jīng)短路或相對(duì)低的阻抗連接到VIN導(dǎo)線114上的數(shù)字邏輯高電壓，于是信號(hào)IN被稱之為在數(shù)字邏輯高狀態(tài)“I”。充電器集成電路109檢測(cè)到此“I”狀態(tài)并設(shè)置給電池108充電的恒定電流的最大值為500毫安。如果終端Tl沒有“接高”或“接低”，那么在圖4的特定實(shí)施例中，終端Tl是用相對(duì)大阻值的外部電阻115接到地電勢(shì)上的。這種高阻抗的狀態(tài)在圖6的表格中用“R”表示。充電器集成電路109檢測(cè)到此“R”狀態(tài)并設(shè)置給電池108充電的恒定電流的最大值為一個(gè)電流值，此電流值是外部電阻105的阻值的一個(gè)預(yù)先確定的函數(shù)來決定。圖7是闡明USB電池充電器集成電路109的終端的表格。注意到這里有五個(gè)終端，結(jié)合圖8、9，可以看出它們分別是IN(終端)112、CHAGER FINISH(充電完成)終端116、VBATT (電池充電)終端203、GND (地)終端204和VIN (輸入電壓)終端205，它們與之對(duì)照的是圖1中傳統(tǒng)的USB電池充電器集成電路有六個(gè)終端。當(dāng)圖5中電池充電過程完成之后，電池充電器集成電路109從充電完成終端116驅(qū)動(dòng)電流流經(jīng)發(fā)光二極管(LED) 117，因而發(fā)出一個(gè)可見的電池108已充好電的指示。另一選擇為，讓發(fā)光二極管(LED)117在電池108充電過程中發(fā)光，而在充電完成時(shí)LED117不發(fā)光。圖8和9 一起形成一個(gè)電路示意圖，一個(gè)在USB電池充電器集成電路109中的新穎電路200的電路示意圖。電路200確定1)終端112 (Tl)是否在集成電路109的外部通過相對(duì)低的阻抗連接到GND導(dǎo)線113上(稱之為狀態(tài)Q0)，2)終端112 (Tl)是否在集成電路109的外部通過相對(duì)低的阻抗連接到VIN導(dǎo)線114上(稱之為狀態(tài)Ql)，3)終端112 (Tl)是否懸空或者在集成電路109的外部通過相對(duì)高的阻抗連接到一個(gè)直流電壓源，如GND導(dǎo)線113上(稱之為狀態(tài)Q2)。如果電路200確定終端112 (Tl)是在狀態(tài)Q0，那么電路200通過導(dǎo)線201提供電流IBATT。在本實(shí)施例中，在電池充電的恒電流快速充電階段，電流IBATT流經(jīng)邏輯和多路復(fù)用器202及VBATT終端203，供應(yīng)到電池108。在狀態(tài)QO中，此電流的幅值為100毫安。如果電路200確定終端112 (Tl)是在狀態(tài)Ql，那么電路200通過導(dǎo)線201提供幅值為500毫安的IBATT電流。如果電路200確定終端112 (Tl)是在狀態(tài)Q2，那么電路200通過導(dǎo)線201提供幅值為(12X107R)毫安的IBATT電流，其中R單位是歐姆。R是外部電阻115的阻值。圖10闡明了電路200在Q0，Ql, Q2狀態(tài)的每種狀態(tài)下的功能。下面闡述圖8和9中的電路200的運(yùn)作。狀杰Q2 電流源206是一個(gè)非理想的電流源，其提供電流II。電流源207是一個(gè)非理想的電流源，其提供電流12。電流Il和12近似相等。電流源208是一個(gè)非理想的電流源，其提供電流13。13遠(yuǎn)小于電流II。出于說明的目的，假設(shè)終端112 (Tl)是懸空的且完全沒有與其它節(jié)點(diǎn)連接。假設(shè)不存在電阻115。N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(NFET ) Ml和P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PFET ) M2在這種情況下僅偏置在微導(dǎo)通。NFET Ml偏置在導(dǎo)通小于電流Il的電流。電流源206是個(gè)非理想的電流源，并把節(jié)點(diǎn)N2拉高至電壓VIN。節(jié)點(diǎn)N2的電壓VIN是數(shù)字邏輯高電壓。數(shù)字邏輯反相器209檢測(cè)到這種情況聲明信號(hào)A為數(shù)字邏輯低值。接著反相器210聲明信號(hào)AB為數(shù)字邏輯高值(這里的“B”是代表“阻障(bar)”或者信號(hào)A的反)。請(qǐng)注意，在圖10的表格 中，狀態(tài)Q2的信號(hào)A指定為數(shù)字“O”，信號(hào)AB指定為數(shù)字“ I ”。
同樣地，PFET M2偏置在導(dǎo)通小于電流12的電流。因此電流源207把節(jié)點(diǎn)N3拉 低至地終端204的地電勢(shì)。節(jié)點(diǎn)N3的電壓是數(shù)字邏輯低電壓。因此，反相器212聲明信號(hào) BB為數(shù)字邏輯低值。請(qǐng)注意，在圖10的表格中，狀態(tài)Q2的信號(hào)B指定為數(shù)字“1”，信號(hào)BB 指定為數(shù)字“O”。
與門213-215和反相器216組成數(shù)字解碼器217。解碼器217檢測(cè)信號(hào)AB聲明為 高且信號(hào)B聲明為高，以及輸出信號(hào)Q2為數(shù)字邏輯高的情況。其它狀態(tài)輸出信號(hào)QO和Ql 沒有聲明為高。請(qǐng)注意，在圖10的表格中，狀態(tài)Q2的信號(hào)Q2為數(shù)字邏輯高電平，但是信號(hào) QO和Ql為數(shù)字邏輯低電平。
偏置網(wǎng)絡(luò)218給晶體管Ml和M2的柵極偏置，使晶體管Ml和M2在微導(dǎo)通模式。晶 體管M3和M4的每一個(gè)都是二極管連接，所以晶體管Ml和M2的柵極之間的電勢(shì)近似為兩 個(gè)正向偏置的二極管的電壓降。這使晶體管Ml和M2的柵極之間的電壓降偏置在近似為兩 個(gè)閾值電壓，因此，晶體管Ml和M2僅為微導(dǎo)通。電壓降單元218A將節(jié)點(diǎn)N4設(shè)置在一個(gè)高 于地電勢(shì)的但為任選的直流偏置電壓。比如，電壓降單元218A可能是個(gè)適當(dāng)取值的電阻， 設(shè)置節(jié)點(diǎn)N4的電壓為O. 5伏。電流源208提供流經(jīng)二極管連接的晶體管M3和M4的電流， 來建立經(jīng)過晶體管M3和M4的電壓降，以設(shè)置節(jié)點(diǎn)NI和N4之間柵極偏置電壓。
然而，在圖4至10的例子中，用外部電阻115來在終端112 (Tl)和GND終端204 之間建立一個(gè)相對(duì)高阻抗的連接。此阻值足夠高，以至不能夠把NFET Ml的源極拉低，因此 NFET Ml拉與Il同樣的電流。此外，在需要的電流小于電流源電路219允許的最大電流時(shí)， 電流源電路219維持終端112的電壓在1. 2伏。因此，NFET Ml拉的電流小于電流II，節(jié)點(diǎn) N2保持在數(shù)字邏輯高且解碼器217繼續(xù)檢測(cè)到Q2的狀態(tài)。
電路200包括電流源電路219。電流源電路219包括一個(gè)差分放大器220，其有一 個(gè)反相輸入端，一個(gè)同相輸入端，一個(gè)使能輸入端EN及一個(gè)輸出端。如圖說明的，同相輸 入端連接在1. 2伏的參考電壓。在工作時(shí)，高增益的放大器220的工作保持它的反相輸入 端和同相輸入端上的電壓幾乎完全相等。在放大器的工作期間，反相輸入端因此也在近似1. 2伏的電壓。因?yàn)?，如圖說明的，反相輸入端連接到終端112 (Tl)上，所以1. 2伏的電壓 出現(xiàn)在終端112 (Tl)上，且1. 2伏的電壓跨接在外部電阻115上。流經(jīng)電阻115的電流等 于1. 2伏除以電阻115的阻值。因?yàn)閹缀跬耆珱]有電流流入高輸入阻抗的放大器220的反 相輸入端，因此流經(jīng)外部電阻115的電流必須也流經(jīng)N溝道晶體管221。此電流表示為14。 通過設(shè)定外部電阻115的阻值來設(shè)定電流14的幅值。電流14通過包含P溝道晶體管222 和223的電流鏡的鏡像，產(chǎn)生一個(gè)與之成正比的電流ISET2。PFET 223可能大于PFET 222， 因此電流ISET2是電流14的倍數(shù)。在本例中，PFET222的尺寸與PFET 223的一樣。
如圖9說明的，電流ISET2再通過包含N溝道晶體管224和225的NFET電流鏡的 鏡像。其結(jié)果電流ISET流經(jīng)三通道開關(guān)電路226。開關(guān)電路226受到數(shù)字狀態(tài)信號(hào)Q0、 QU Q2的控制，因此，當(dāng)Q2聲明為高時(shí)，開關(guān)電路226連接它的Q2開關(guān)節(jié)點(diǎn)到它的輸出節(jié) 點(diǎn)。因?yàn)椴罘址糯笃?28的同相輸入端是高阻抗的輸入，所以使電流ISET流過電阻227。 差分放大器228的工作使其同相輸入端和反相輸入端的電壓幾乎完全相等。因此，使電阻 227上的電壓降與電阻229上的電壓降一樣。通過使電阻229的阻值是電阻227的阻值的一千分之一，來使電流IBATT是電流ISET的一千倍。電流IBATT流經(jīng)導(dǎo)線201、邏輯和開關(guān)電路202，并流出VBATT終端203，給上述的電池108充電。此毫安量級(jí)的電流幅值近似為 12 X IO6除以R，其中R是外部電阻115的阻值。
假如，這里沒有電阻或其它電路并且終端112是懸空的，而非有連接在終端112 (Tl)和地終端204之間的外部電阻115。那么，沒有電流能夠流出終端112。在此種配置下，電流源電路219沒有傳導(dǎo)經(jīng)過NFET 221的電流，電流14為零，導(dǎo)線201的電流IBATT 也為零。這是停止電池充電的“不充電”或“停止”狀態(tài)。在圖4的特定實(shí)施例中，提供USB 主機(jī)103有停止充電的能力，要求沒有外部電阻115。因此，沒有客戶可設(shè)定的電流IBATT。 在狀態(tài)Q2中，IBATT為零。這里假設(shè)放大器220是一個(gè)零失調(diào)的理想電路，且非理想的電流源Il和12之間很好地匹配。任何由于放大器220的輸入失調(diào)電壓引起的失調(diào)誤差或Il 和12之間的失配將被放大一萬倍，然后輸出到VBATT終端203給電池充電。附加的電路， 圖8和沒有示出，檢測(cè)最小的電流值，當(dāng)檢測(cè)到ISET2〈IMIN，使ΙΒΑΤΤ=0。
如圖9所說明的，提供了一個(gè)充電完成檢測(cè)電路233。當(dāng)圖5中的充電周期性完成之后，充電完成檢測(cè)電路 233驅(qū)動(dòng)LED 117，以此來指示電池108已經(jīng)充好電。另一選擇為，充電完成電路233停止驅(qū)動(dòng)LED 117以表示充電不再進(jìn)行。
狀杰QO
如果終端112(T1)以短路或相對(duì)低的阻抗短接到地導(dǎo)線113上或者連接到地導(dǎo)線 113上，那么終端112上的電壓從狀態(tài)Q2應(yīng)該有的電壓上拉低。終端112的電壓就是NFET Ml的源極電壓。因此減少終端112上的電壓實(shí)現(xiàn)增大晶體管Ml的源極到柵極的電壓，因?yàn)榫w管Ml的柵極被偏置在一個(gè)固定的直流電壓。隨著終端112上電壓的降低，晶體管Ml 因此也變得越來越強(qiáng)的導(dǎo)通，直到晶體管Ml導(dǎo)通比電流源206的電流Il更多的電流。在這一點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)Ν2的電壓被拉低到數(shù)字邏輯低電壓。反相器209因此聲明信號(hào)A為數(shù)字邏輯高值，反相器210聲明信號(hào)AB為數(shù)字邏輯低值。請(qǐng)注意，在圖10的表格中，QO狀態(tài)行的信號(hào)A指示為數(shù)字邏輯“I”。同樣地，請(qǐng)注意信號(hào)AB是指示為數(shù)字邏輯“O”。
拉低終端112的電壓來減小PFET M2的源極電壓，減小了 PFETM2的柵極到源極電壓。因此沒有使PFET M2比它在Q2狀態(tài)中有更強(qiáng)的導(dǎo)通。節(jié)點(diǎn)Ν3是數(shù)字邏輯低值，反相器211聲明信號(hào)B為數(shù)字邏輯高值，反相器212聲明信號(hào)BB為數(shù)字邏輯低值。請(qǐng)注意，在圖10表格中，QO狀態(tài)行的信號(hào)B指示為數(shù)字邏輯“I”。同樣地，請(qǐng)注意信號(hào)BB指示為數(shù)字邏輯“O”。
解碼器217解碼此情形，其中的信號(hào)A為數(shù)字邏輯高且信號(hào)B為數(shù)字邏輯高，并聲明狀態(tài)信號(hào)QO為數(shù)字邏輯高。參照?qǐng)D9，請(qǐng)注意Q0、QU Q2的狀態(tài)信號(hào)控制開關(guān)電路226 (見圖9)。因?yàn)闋顟B(tài)信號(hào)QO被聲明，所以開關(guān)電路226連接QO開關(guān)輸入到開關(guān)輸出。開關(guān)輸入QO連接到100微安的電流源230。因此拉此100微安的電流流過開關(guān)電路226。由于電阻227，229，放大器228和PFET 231的作用，電流IBATT是流經(jīng)電流源230的電流的一千倍。因此在狀態(tài)QO中，流經(jīng)導(dǎo)線201的電流IBATT為100毫安。
狀杰Ql
如果終端112 (Tl)短接到數(shù)字邏輯高電壓VIN (5. O伏)或者通過相對(duì)低的阻抗連接到VIN導(dǎo)線114上，那么終端112的電壓將被拉高到電壓VIN。終端112的電壓是PFET M2的源極電壓。因此增大終端112上的電壓實(shí)現(xiàn)增大晶體管M2的源極至柵極的電壓，因?yàn)榫w管M2的柵極被偏置網(wǎng)絡(luò)218偏置在一個(gè)固定的直流電壓上。晶體管M2導(dǎo)通比電流12更多的電流。因此，節(jié)點(diǎn)N3的電壓轉(zhuǎn)變到數(shù)字邏輯高電壓。反相器211聲明信號(hào)B為數(shù)字邏輯低值，反相器212聲明信號(hào)BB為數(shù)字高值。請(qǐng)注意，在圖10的表格中，中間那行的信號(hào)BB顯示被聲明為數(shù)字邏輯“ I ”。如果終端112的電壓被拉高到電壓VIN，那么減小了晶體管Ml的柵極到源極電壓。晶體管Ml不再導(dǎo)通比電流Il更多的電流。節(jié)點(diǎn)N2上的電壓是數(shù)字邏輯高電壓。信號(hào)A有數(shù)字邏輯低值，信號(hào)AB有數(shù)字邏輯高值。請(qǐng)注意，在圖10的表格中，中間那行信號(hào)AB顯示是被聲明為數(shù)字邏輯“O”。解碼器217解碼此情形，其中信號(hào)AB為數(shù)字邏輯高且信號(hào)BB為數(shù)字邏輯高，并聲明狀態(tài)信號(hào)Ql為數(shù)字邏輯高值。再次參照?qǐng)D9，信號(hào)Ql控制開關(guān)電路226，以至開關(guān)輸入Ql通過開關(guān)電路226連接到它的開關(guān)輸出。500微安的電流源232接連到Ql的開關(guān)輸入，因此，使500微安的電流流過電阻227。這個(gè)電流被放大器229和PFET231放大，因而電流IBATT是500微安電流的倍數(shù)。在圖9的例子中，這個(gè)倍數(shù)是一千倍。因此，500毫安的電流流經(jīng)多路復(fù)用器和邏輯202，并流出VBATT終端203，給電池108充電。因此在狀態(tài)Ql中，流過導(dǎo)線201的電流為500毫安。如果電路200運(yùn)行在狀態(tài)Q0，其中終端112通過非常低的外部阻抗短接到一個(gè)直流電勢(shì)的其它電壓，而不是1. 2伏，并且如果電流源電路219在工作，那么電流源電路219將企圖驅(qū)動(dòng)終端112的電壓到1. 2伏。如上所述，差分放大器220的工作以保持它的同相輸入端和反相輸入端的電壓在相同的電勢(shì)。在此情況下，由于非常低的外部阻抗，電流14可能為一個(gè)出乎期望的大電流，其可能在集成電路109中造成損壞或者浪費(fèi)不能接受的大量的功耗。因此，晶體管221取一個(gè)更小W和更大L的尺寸，所以晶體管221在它的柵極至源極電壓為VIN時(shí)，有一個(gè)小的最大電流導(dǎo)通能力。這將把電流14的最大值設(shè)置到一個(gè)不會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞電路的電平(如一毫安)。此外，提供了一個(gè)包含電阻234和電容235的RC計(jì)時(shí)電路。在電路200上電時(shí)，如果電路200設(shè)置在狀態(tài)Q0，那么最初開啟電流源電路219。差分放大器的使能輸入端EN將為數(shù)字邏輯高。然而，終端112到地電勢(shì)間的非常低阻抗的外部連接將導(dǎo)通比晶體管221能夠?qū)ǖ母蟮碾娏鳎噪娐?00將恰當(dāng)?shù)貦z測(cè)到狀態(tài)Q0。解碼器217將因此聲明信號(hào)QOB為信號(hào)數(shù)字邏輯低電平。信號(hào)QOB接到RC電路上，所以在一個(gè)短時(shí)間的延時(shí)之后，差分放大器220的使能輸入端EN將被聲明為低，因而停止電流源電路219。因此，在進(jìn)入QO狀態(tài)的開始，電流14流著電流的大電流情形是一個(gè)短時(shí)間的瞬間情形。QO狀態(tài)中的電路200在隨后的正常工作期間，停止電流源電路219。在電路200上電時(shí)，電路200還沒有檢測(cè)到終端112是接低，接高還是在懸空狀態(tài)。如果外部高阻值的電阻115接在終端115和地之間，且如果沒有開啟電流源電路219，那么就可能沒有足夠的源自終端112的電流來提高終端112的電壓。如果是在此情況且終端112上的電壓維持在地電勢(shì)，那么電路200將檢測(cè)到是工作在QO而不是Q2的狀態(tài)。電路200將陷死于此種檢測(cè)到狀態(tài)QO的情形中，因?yàn)闆]有足夠的源自終端112的電流來提高終端112的電壓。然而，電路200中，在上電時(shí)，開啟電流源電路219。在初始的上電情況下，電流源電路219升起終端112的電壓，因此避免了電路200陷死于QO狀態(tài)。外部電阻115能夠具有的仍然導(dǎo)致電路200檢測(cè)到工作在狀態(tài)Q2的最小阻值，可以通過用電路仿真器如SPICE的仿真或通過電路實(shí)際實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)來確定。在將被電路200檢測(cè)為狀態(tài)QO的連接到地電勢(shì)(在終端112和地導(dǎo)線113之間)的最高阻值，與將被電路200檢測(cè)為狀態(tài)Q2 (在終端112和地導(dǎo)線113之間)的最小阻值之間提供了一個(gè)余量。普遍話用件上面描述了一種檢測(cè)電路和方法，其檢測(cè)是否有一端是1)通過短路或通過相對(duì)低的外部阻抗接低(狀態(tài)Q0)，2)通過短路或通過相對(duì)低的外部阻抗接高(狀態(tài)Q1)，還是3)懸空或通過相對(duì)高的外部阻抗被接在一個(gè)直流電壓上(狀態(tài)Q2)。電路檢測(cè)終端是在這些狀態(tài)的其中哪一個(gè)的狀態(tài)，并做出響應(yīng)，輸出指示檢測(cè)到的狀態(tài)的數(shù)字信號(hào)。如果檢測(cè)到的狀態(tài)為狀態(tài)Q2，那么電路改變部分電路的運(yùn)行特性，所以運(yùn)行特性有一個(gè)幅度或數(shù)值，這個(gè)幅度或數(shù)值是相對(duì)高的外部阻抗的阻值所預(yù)先確定的函數(shù)。運(yùn)行特性也許是一個(gè)如上面描述的和電流IBATT相連的電流量，或者在其它實(shí)施例中的運(yùn)行特性也許是一個(gè)電壓值，頻率值，電容值，電感量，濾波器特性，或時(shí)間，溫度，或者設(shè)置，或者其它運(yùn)行特性。這種電路和方法在沒有使用第二個(gè)終端的情況下實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)三種狀態(tài)并設(shè)置運(yùn)行特性的功能。我們承認(rèn)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠應(yīng)用來檢測(cè)輸入終端接收到的電壓的許多離散的電壓電平的其中之一，或者檢測(cè)被測(cè)參數(shù)的許多離散范圍的其中之一；但是，上面描述的圖8和圖9的電路比增加一個(gè)多位模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)單得多。多位模數(shù)轉(zhuǎn)換器通常要求用戶在集成電路中提供一個(gè)相同分辨率及精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器來驅(qū)動(dòng)終端112。在圖4的USB電池充電器例子中，新穎的USB電池充電器集成電路109有五個(gè)終端，與之相比，圖1中傳統(tǒng)的USB充電器系統(tǒng)有六個(gè)終端。這是一個(gè)特別適合新穎的電路和方法的特定應(yīng)用。盡管出于說明的目的，結(jié)合了一些特定實(shí)施例來描述本發(fā)明，但是，本發(fā)明不限于此。圖11是給圖8和9的電路200的晶體管Ml和M2的柵極偏置的另一種偏置網(wǎng)絡(luò)。圖12是替代方法的示意圖，此替代方法能夠把USB集成電路(如圖4中的USB集成電路105)連接到新穎USB電池充電器集成電路109上，其中“GPI0A”是指通用輸入輸出A，“GPI0B”是指通用輸入輸出B，而“L”為低電平、“H”為高電平、“H1-Z”為高阻抗、“R”為電阻阻值。因此，所描述的實(shí)施例的各種各樣的變型、改進(jìn)及多種特性的組合能夠付諸實(shí)踐而沒有超出在權(quán)利要求中所闡述的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種方法，其特征在于，其包含(a)確定集成電路終端是否短接到數(shù)字邏輯高電壓的源上，或者終端是否短接到數(shù)字邏輯低電壓的源上，或者終端是否是懸空還是通過相對(duì)高的阻抗連接到一個(gè)直流電勢(shì)的源上，其中(a)的決定是由集成電路的內(nèi)部電路做出，終端是此集成電路的一部分；(b)聲明第一個(gè)數(shù)字邏輯信號(hào)，如果(a)確定集成電路的終端是短接到數(shù)字邏輯高電壓的源上；(C)聲明第二個(gè)數(shù)字邏輯信號(hào)，如果(a)確定集成電路的終端是短接到數(shù)字邏輯低電壓的源上；(d)聲明第三個(gè)數(shù)字邏輯信號(hào)，如果(a)確定的集成電路的終端是懸空或者是通過相對(duì)高的阻抗連接到一個(gè)直流電勢(shì)的源上，其中上述(b)、(C)和(d)中的聲明是由集成電路的內(nèi)部電路來實(shí)現(xiàn)的；且(e)提供一個(gè)調(diào)整的電流，如果(a)確定的集成電路的終端是懸空或者是通過相對(duì)高的阻抗連接到一個(gè)直流電勢(shì)的源上，其中調(diào)整的電流的幅值是由連接到集成電路終端的外部電阻的阻值決定的，其中外部電阻是在集成電路的外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中數(shù)字邏輯高電壓的源是集成電路的電源電壓終端，其中數(shù)字邏輯低電壓的源是集成電路的地終端，并且其中直流電勢(shì)的源是集成電路的地終端。
3.一種集成電路，其特征在于，其包含一個(gè)終端；和構(gòu)件，以確定(a)是否終端在集成電路外部通過短路或相對(duì)低的阻抗連接到數(shù)字邏輯高電壓的源上，或(b)是否終端在集成電路外部通過短路或相對(duì)低的阻抗連接到數(shù)字邏輯低電壓的源上，或(C)是否終端是懸空或者是通過相對(duì)高的阻抗連接到一個(gè)直流電勢(shì)的源上的，其中如果構(gòu)件確定(a)，那么構(gòu)件聲明第一個(gè)數(shù)字邏輯信號(hào)，其中如果構(gòu)件確定 (b)，那么構(gòu)件聲明第二個(gè)數(shù)字邏輯信號(hào)，其中如果構(gòu)件確定(C)，那么構(gòu)件聲明第三個(gè)數(shù)字邏輯信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電路，其特征在于，其中如果構(gòu)件確定(C)，那么構(gòu)件還提供一個(gè)調(diào)整的電流，其中調(diào)整的電流的幅值取決于連接在終端的外部電阻的阻值，其中外部電阻是在集成電路的外部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能輸入終端及方法。其中單個(gè)終端可用來設(shè)置集成電路進(jìn)入三態(tài)(狀態(tài)Q0，狀態(tài)Q1或狀態(tài)Q2)。集成電路中的電路連接到此終端，并確定此終端是否1)通過外部連接接成低，2)通過外部連接接成高，3)懸空或基本上懸空。如果電路確定此終端是懸空或者是基本上懸空的，那么，電路將設(shè)置電路的部分運(yùn)行特性(例如，設(shè)置電路給電池充電的最大電流IBATT)具有一個(gè)值，此值是連接到終端的外部電阻阻值是由設(shè)置的一個(gè)函數(shù)值來定。因此，集成電路用戶能夠通過選擇適當(dāng)阻值的外部電阻來設(shè)置運(yùn)行特性具有一個(gè)想要的值。如果外部電阻不存在，那么終端是懸空的，電路設(shè)置具有對(duì)應(yīng)為零值的運(yùn)行特性。在典型應(yīng)用中，零值對(duì)應(yīng)為停止?fàn)顟B(tài)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK103001274SQ201210236339
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2008年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者賀凱瑞, 龔大偉, 理查德·格雷 申請(qǐng)人:技領(lǐng)半導(dǎo)體(上海)有限公司, 技領(lǐng)半導(dǎo)體股份有限公司