使用集成電路引腳作為限流輸入和開漏輸出的系統和方法
【專利摘要】一種集成電路，包括至少一個引腳且具有連接在基準電壓和至少一個引腳之間的至少一個電阻器。電流測量電路在至少一個電阻器兩端施加電壓，并響應于電壓在第一操作模式下測量至少一個引腳處的電流。測得的電流實現集成電路的電流限制設定點的確定。在第二操作模式下，至少一個電阻器包括上拉電阻器，且連接至至少一個電阻器的至少一個引腳包括開漏輸出。
【專利說明】使用集成電路引腳作為限流輸入和開漏輸出的系統和方法
[0001]本申請是PCT國際申請號PCT/US2010/025911、國際申請日2010年3月2日、中國國家申請號201080015820.8、名稱為“使用集成電路引腳作為限流輸入和開漏輸出的系統和方法”的申請的分案申請。
[0002]相關申請的交叉引用
[0003]本申請要求2009年4月8日提交的、題為APPARATUS FOR MULTIPLEXING ACURRENT LIMITING INPUT TO AN OPEN DRAIN OUTPUT (用于將限流輸入多路復用到開漏輸出的裝置)的美國臨時專利申請N0.61/167，770的優先權，該申請通過引用結合于此。
【技術領域】
[0004]本發明涉及多功能集成電路引腳，尤其涉及將集成電路引腳用作限流輸入和開漏輸出。
[0005]背景
[0006]通常，集成電路封裝包括執行特定功能的輸入/輸出引腳。然而，隨著特定集成電路內實現的功能數的增加，增加集成電路的I/o引腳數的需要也相應地增加。因此，將集成電路的I/o引腳用于不同類型的功能的能力向設計者提供極大益處，其益處在于由在多種操作模式下使用I/o引腳的能力實現相對于集成電路較小的硬件需求。因此，需要將集成電路的I/o引腳用于不同操作類型的能力。
[0007]概述
[0008]如本文公開和描述的，本發明的一個方面包括含有至少一個引腳的集成電路。至少一個電阻器連接在基準電壓和至少一個引腳之間。電流測量電路在至少一個電阻器兩端施加電壓，并在第一操作模式下響應于該電壓測量至少一個引腳處的電流。該電流實現集成電路的電流限制設定點的確定。在第二操作模式下，至少一個電阻器包括上拉電阻器，且至少一個引腳包括開漏輸出。
[0009]附圖簡述
[0010]為了更全面地理解，現參照下面結合附圖進行的描述，在附圖中:
[0011]圖1是將集成電路的輸出引腳用于限流輸入和開漏輸出的方式的框圖；
[0012]圖2是其中可實現圖1的電路的USB端口電源控制器的框圖；
[0013]圖3是其中可實現圖1的電路的集成開關熱交換控制器的框圖；
[0014]圖4示出用于監視圖1的電路的限流輸入的實施例；以及
[0015]圖5是描述圖1的電路的操作的流程圖。
[0016]現在參考附圖，其中在全部附圖中相同的附圖標記用來指代相同的要素，闡述和描述了使用集成電路引腳作為限流輸入和開漏輸出的系統和方法的多個視圖和實施例，還描述了其它可能的實施例。這些附圖不一定是按比例繪制的，而且僅為說明目的起見，在某些實例中有幾處已將附圖放大和/或簡化。本領域普通技術人員將理解基于以下可行實施例的示例的許多可能的應用和變型。
[0017]現在參考附圖，尤其是圖1，示出將集成電路的引腳用作限流輸入和開漏輸出的電路的框圖。以低成本、低引腳數封裝來組裝諸如USB功率開關之類的大多數低電壓限流功率開關。圖1所示的實現將兩個常見的功率開關功能組合到單個引腳102。這些功能包括電流限制設定輸入和故障輸出。標準的8引腳輸出引腳集成電路104包括連接在對集成電路304的VDD供電(其中VDD=VIN)和故障輸出引腳102之間的應用電阻器106。故障輸出引腳102還連接至某種類型的下游電路邏輯110的高阻抗輸入108。電阻器106的值被選擇成當集成電路104將小電壓施加在電阻器106兩端時，所得的穿過電阻器的電流由集成電路104測量然后乘以預定值，以利用電流測量邏輯112確定集成電路104的限流設定點。在系統啟動期間電阻器106只讀取一次，且一旦電路104開啟，開關就被啟用。由集成電路104讀取的電流被存儲在相關聯的存儲器寄存器114內，用作限流設定點。
[0018]對于小電壓，選擇0.6伏，使得對于與集成電路104連接的下游邏輯110，VDD -0.6伏仍高于電壓閾值。這防止了在電阻器值讀取期間的故障誤讀。一旦已經由集成電路104建立限流設定點，則電阻器106可與輸出引腳102—起用作對下游邏輯110的開漏輸出。這向標準輸出引腳封裝提供有價值的特征。通過改變電阻器106來改變限流設定點的能力非常有價值，因為這是這種類型的各部分的主要規范特征。這使得用戶能夠將電流限制編程到其特定的系統要求中。因此，利用這種配置實現限流電阻器以便最初用于建立集成電路104的電流限制，并且在啟動后使電阻器能用作開漏輸出上拉。這提供了增加到具有向后可兼容升級路徑的工業標準8-引腳的輸出引腳的有價值的功能。
[0019]現在參照圖2和3，示出可使用圖1的電路的封裝的兩個示例。如USB功率開關之類的大多數低電流電壓限流功率開關以低成本低輸出引腳封裝實現。圖2的封裝包括標準8引腳的輸出引腳配置。GND引腳提供至接地的IC基準連接。VIN引腳提供包括受控供電輸入的芯片偏壓。從VIN引腳提供芯片偏壓。在小于2.5伏的VIN下，芯片在功能上禁
用，且與FH；T —I和mr —2引腳相關聯的故障鎖存器被清空并浮置。另外，0爪_1和
0UT_2被保持為低。ENABLE_1和ENABLE_2引腳包括用于啟用和禁用開關的通道啟用輸入。
[0020]FAULT — I和FAUL — 2引腳包括通道過電流故障NOT指示符。參考圖1描述的附連到這些引腳中的每一個的上拉電阻器106的值獨立地確定每個開關202的限流水平。從這些引腳中的每一個提供的過電流指示符浮置并被禁用，直到施加在VIN處的電壓大于
2.2伏。該輸出在過電流超時周期已經到期之后下拉，且總是保持鎖定直到施加到相關聯的通道的啟用引腳的啟用信號被去斷言(deasserted)。0UT_1和0UT_2引腳包括連接到受保護負載的通道電壓輸出。在來自OUT引腳的過電流情況后，IOUT被限流至最小值0.7安或1.1安。電流限制響應時間在200微秒內。對于鎖定或自動重試版本，該輸出在關閉之前將保持在電流限制為標稱的12微秒。該電路提供M0SFET204中的感測，其允許過電流事件的快速控制。一旦檢測到過電流情況，電路就進入電流調節控制模式。
[0021]電流限制由開漏上拉電阻器106的值設定，且被限于最大值4安。在初始偏置后，讀取電阻器值，并且確定和存儲電流限制水平。該設備提供全獨立雙通道過電流故障保護電路。每個通道包含N溝道或P溝道MOSFET功率開關204用于功率控制。此處示出N溝道M0SFET。獨立啟用輸入和故障報告輸出與2.5伏至5伏邏輯啟用外部控制監視兼容。
[0022]現在參考圖3，示出可利用圖1的電路的替換封裝。盡管封裝的內部電路是不同的，然而外部電阻器106能夠以之前參考圖2描述的類似方式設定OUT引腳之一上的限制電流。圖3的配置包括與電阻器相連接的單個輸出FAULT引腳，而不是之前參考圖2描述的雙通道模式。然而，關于電路的FAULT輸出引腳，圖1的電路的操作與上述討論相同。
[0023]現在參照圖4，示出在參考圖1描述的集成電路104內的電阻器讀取器電路/電流測量邏輯的一個實施例，用于確定故障輸出引腳102處限流電阻器106的值。輸出引腳102連接至放大器402的反相輸入。晶體管404的柵極連接到放大器402的輸出。晶體管404的漏極/源極路徑連接在故障引腳102和節點406之間。放大器402的非反相輸入端連接至節點408。電阻器410連接在VDD與節點408之間。晶體管412具有在節點408與節點414之間連接的漏極/源極路徑。晶體管412的柵極在節點418連接至放大器416的輸出。放大器416的反相輸入連接至節點414，且放大器416的非反相輸入連接成接收基準電壓信號。電阻器420連接在節點414與接地之間。N位模數轉換器(ADC) 422連接至節點406。N位ADC422由連接在節點406和接地之間的可變電流源424構成。比較器426的輸入連接至節點406，且其輸出連接至連續逼近寄存器428。比較器426的其它輸入可大概在干線至干線電壓的擺動范圍內的任何位置。節點406具有注入頂部的固定電流和從底部汲取的固定電流，因此包括非常高阻抗的節點。連續逼近寄存器428的輸出連接到與校準電路432相連接的加法器電路430。
[0024]在啟動時，當故障引腳102為邏輯“高”電平時，模數轉換器422掃描上拉電阻器106的值而不將故障引腳102拉低至下一邏輯級110的閾值電壓之下。復位/上拉電阻器106被選擇成在IOk至300k歐姆范圍為精確的。上拉供電VDD必須還包括芯片供電。該特征對于標準存貨是顯然的，且不需要由于電阻器BOM變化弓I起的PCB變化。
[0025]現在參考圖5，示出的是對圖1的電路系統的操作做一般性描述的流程圖。最初，在步驟502，由集成電路104通過輸出引腳102向電阻器106施加小電壓。響應于上拉電阻器106兩端的電壓，在步驟504測量引腳102處的電流。在步驟506，該測得的電流乘以預定值以生成集成電路104的設定電流限制。在步驟508，該電流限制值被存儲在集成電路104內的相關聯寄存器中。在步驟510，利用所建立的電流限制在集成電路內操作開關。在步驟512，然后可將引腳102和相關聯的上拉電阻器106用作開漏驅動器以驅動下游邏輯。
[0026]得益于本公開內容的本領域的技術人員將意識到將集成電路引腳用作限流輸入和開漏輸出的該系統和方法為有限的引腳封裝提供了多個引腳選項。應當理解的是，本文中的附圖和詳細描述應被認為是解說性而不是限制性的，而且不旨在受限于所公開的特定形式和示例。反之，如所附權利要求所限定地，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，包括的是對本領域的普通技術人員而言顯而易見的任何進一步修改、變化、重新排列、替換、替代物、設計選擇以及實施例。因此，旨在使所附權利要求被解釋為涵蓋所有這些進一步修改、變化、重新排列、替換、替代物、設計選擇以及實施例。
【權利要求】
1.一種集成電路，包括: 輸出引腳； 電流測量電路，用于施加來自所述集成電路內并且通過所述輸出引腳的預定的非基準電壓，并在啟動操作模式下響應于所述預定的非基準電壓測量通過輸出引腳的電流，其中所述電流實現集成電路的電流限制設定點的設定；以及 其中在第二操作模式下，所述輸出引腳包括開漏輸出。
2.如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述電流測量電路還將測得的電流乘以預選值以設定集成電路的電流限制設定點。
3.如權利要求2所述的集成電路，其特征在于，還包括用于存儲集成電路的所設定的電流限制設定點的存儲器寄存器。
4.如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述輸出引腳包括集成電路的故障引腳。
5.如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，電流測量電路不將通過輸出引腳的預定的非基準電壓置于低于預定閾值電壓電平。
6.如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，電流測量電路還包括用于測量通過所述輸出引腳的電流的模 數轉換器。
7.一種USB功率開關，包括: 八引腳的輸出引腳封裝，其中八引腳中的至少一個包括故障引腳； 電流測量電路，用于施來自所述八引腳的輸出引腳封裝內并且通過所述故障引腳的預定的非基準電壓，并在啟動操作模式下響應于所述預定的非基準電壓測量通過所述故障引腳的電流，其中所述電流實現USB功率開關的電流限制設定點的設定；以及 其中在啟動操作模式完成后，所述故障引腳用作開漏輸出。
8.如權利要求7所述的USB功率開關，其特征在于，所述電流測量電路還將電流乘以預選值以設定USB功率開關的電流限制設定點。
9.如權利要求8所述的USB功率開關，其特征在于，還包括用于存儲USB功率開關的所設定的電流限制設定點的寄存器。
10.如權利要求7所述的USB功率開關，其特征在于，電流測量電路不將通過所述故障引腳的所述預定的非基準電壓置于低于預定的閾值電壓電平。
11.如權利要求7所述的USB功率開關，其特征在于，電流測量電路還包括用于測量通過所述故障引腳的電流的模數轉換器。
12.—種集成電路輸出引腳的多路復用使用方法，包括以下步驟: 施加來自所述集成電路內并且通過所述集成電路的輸出引腳的預定的非基準電壓； 在第一操作模式下響應于所述預定的非基準電壓測量通過輸出引腳的電流； 響應于所述電流確定集成電路的電流限制設定點； 在確定電流限制設定點之后，在第二操作模式下操作所述輸出引腳，其中所述輸出引腳包括開漏輸出。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，確定步驟還包括將所述電流與預選值相乘以建立集成電路的電流限制設定點的步驟。
14.如權利要求12所述的方法，其特征在于，還包括存儲所述集成電路的電流限制設定點的步驟。
15.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述輸出引腳包括故障引腳。
16.如權利要求12所述的方法，其特征在于，測量步驟還包括測量電流而不將所述輸出引腳上的預定的非基準電壓置于低于預定閾值電壓的步驟。
17.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述測量步驟還包括在集成電路的啟動模式下測量電流的步驟。
18.如權利要求12所述的方法，其特征在于，操作步驟還包括在第二操作模式下在輸出引腳處操作為開漏驅動器的 步驟。
【文檔編號】H03K19/0175GK103746683SQ201310736979
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2010年3月2日 優先權日:2009年4月8日
【發明者】W·B·謝爾龍, L·G·高夫 申請人:英特賽爾美國股份有限公司