USB接口保护电路和终端设备的制作方法

usb接口保护电路和终端设备
技术领域：
：1.本技术涉及电子
技术领域：
：，尤其涉及一种usb接口保护电路和终端设备。
背景技术：
：：2.随着科学的发展，通用串行总线(universalserialbus，usb)接口已经成为便携式终端设备上广泛使用的接口。终端设备可以基于usb接口与其他外接设备之间进行数据通信，也可以通过usb接口连接其他外接设备或电源，为终端设备进行充电。3.其中，在进行数据通信和充电时，终端设备中的usb接口和终端设备内部的功能芯片之间形成usb通路。usb通路包括串联的共模电感、陷波网络、信号切换开关等器件，当usb通路中的两条差分信号线发生短路，或者usb接口中的引脚之间发生短路时，由于共模电感、陷波网络、信号切换开关等器件的通流能力差，usb接口很有可能与功能芯片内部的双向瞬态二极管(transientvoltagesuppressor，tvs)形成回路，从而损坏usb通路上的器件，使得usb接口的相关功能失效，甚至还可能会对终端设备形成不可逆的损伤。4.因此，如何对终端设备中的usb通路进行短路和过载保护成为亟待解决的问题。技术实现要素：5.本技术实施例提供了一种usb接口保护电路和终端设备，能够对usb通路中的器件进行有效保护，以保证终端设备中usb接口和内部功能芯片的安全性。6.第一方面，本技术提供了一种usb接口保护电路，应用于终端设备中，该终端设备包括usb接口和至少一个功能芯片，usb接口通过usb通路与功能芯片相连接；usb接口保护电路包括第一保护器件组；7.其中，第一保护器件组设置在usb接口和usb通路中的共模电感之间；第一保护器件组用于对usb通路进行熔断保护。8.由于共模电感为usb通路中与usb接口连接的前端器件，因此，设置在usb接口和的共模电感之间的第一保护器件组，可以在usb接口短路或过载，导致大电流流入usb通路时，对usb通路中的所有器件和功能芯片进行有效保护。9.而且，第一保护器件组在保护usb通路时，采用熔断保护的方式，在usb接口短路或过载的情况下，通过增大第一保护器件组的阻抗的方式来降低usb通路中的电流；当usb通路中电流稳定时，恢复为低阻抗状态。如此，基于第一保护器件组，可以对usb通路和功能芯片进行持续保护。10.在一种可能的实现方式中，第一保护器件组包括自动恢复保险丝和稳压元件组，稳压元件组包括压敏电阻和第一双向瞬态二极管tvs中的任一者；11.自动恢复保险丝的第一端与usb接口连接，自动恢复保险丝的第二端与稳压元件组连接；其中，自动恢复保险丝用于在usb通路发生短路，或者流入usb通路的电流大于usb通路的通路电流阈值时，增大自动恢复保险丝的阻抗值，以降低流入共模电感的电流值；稳压元件组用于稳定自动恢复保险丝的第二端的输出电压处于共模电感的工作电压范围内。12.其中，自动恢复保险丝具备过流过热保护和自动恢复的双重功能。在usb接口发生短路或过载时，流经自恢复保险丝的大电流所产生的热量可以使自动恢复保险丝形成高阻状态，从而迅速减小usb通路中的工作电流，对usb通路中的电流进行限制，以达到保护usb通路中器件的效果。而且，在usb通路或usb接口中的故障排除后，自动恢复保险丝可以恢复为低阻状态，正常工作。13.进一步地，为避免自动恢复保险丝过流保护过程中，输入共模电感的电压不稳定，在自动恢复保险丝的第二端和共模电感的输入端之间设置稳压元件组。如此，通过该稳压元件组稳定共模电感的输入电压处于其工作电压范围内，以保护共模电感不受损坏。14.在一种可能的实现方式中，usb通路包括usb接口的第一引脚与功能芯片之间的第一通路和usb接口的第二引脚与功能芯片之间的第二通路，稳压元件组包括第一稳压元件、第二稳压元件和第三稳压元件；15.第一稳压元件的第一端与第一通路中自动恢复保险丝的第二端连接，第一稳压元件的第二端接地；16.第二稳压元件的第一端与第二通路中自动恢复保险丝的第二端连接，第二稳压元件的第二端接地；17.第三稳压元件的一端与第一通路连接，第三稳压元件的另一端与第二通路连接。18.由此可见，第一通路上设置第一稳压元件，第二通路上设置第二稳压元件，避免损坏usb通路中的器件，以保证usb通路中单个通路的电压稳定性。同时，在第一通路和第二通路之间设置第三稳压元件，避免usb通路中电压波动太大，影响各器件的正常工作，从而保证usb通路中差分信号对的信号稳定性。19.在一种可能的实现方式中，usb接口保护电路还包括：第一电阻；第一电阻与共模电感并联；第一电阻用于在usb通路中的单路共模电感断路后，保持usb接口和功能芯片之间的电连接。20.如此，在共模电感发生异常的情况下，通过第一电阻在usb接口和功能芯片之间形成通路，维持usb通路的正常工作，以使usb接口连接的设备可以使用终端设备中功能芯片的全部或部分功能，或者，与usb接口连接的电源可以为终端设备正常充电。21.在一种可能的实现方式中，usb接口保护电路还包括第二保护器件组；其中，第二保护器件组设置在共模电感和功能芯片之间；第二保护器件用于对usb通路进行过压关断保护。22.也即是，针对功能芯片内部tvs钳位启动电压较高，或者长时间直流电流(directcurrent，dc)异常注入的场景，通过设置的第二保护器件组可以及时切断异常通路，以保证终端设备内部功能芯片的安全性。23.在一种可能的实现方式中，第二保护器件组包括：分压电阻和比较器；分压电阻的第一端与usb通路中陷波网络的输入端连接，分压电阻的第二端接地；分压电阻用于减小陷波网络的输入电压；比较器的输入端与分压电阻的第二端连接，比较器的输出端与usb通路中的信号切换元件连接；比较器用于在陷波网络的输入电压大于预设的关断电压阈值时，关断信号切换元件，以断开usb通路。24.如此，通过分压电阻和比较器的组合，可以及时切断异常通路，同时保证usb通路中电压的稳定性，避免过压损坏usb通路中的器件，甚至功能芯片。25.在一种可能的实现方式中，第二保护器件组还包括：第二tvs；第二tvs的第一端与信号切换元件连接，第二tvs的第二端接地；其中，第二tvs用于调整流入功能芯片的电压值处于预设的安全电压范围内。26.如此，通过第二tvs对异常通路中的电压进行调整，以保证功能芯片的安全性，避免因usb通路过压而损坏功能芯片的情况发生。27.在一种可能的实现方式中，功能芯片包括电源管理集成电路；usb接口保护电路还包括：第一磁珠；第一磁珠用于抑制usb通路中的高频噪声，且第一磁珠的最大阻值满足终端设备中电池充电协议的环路阻抗检测要求；第一磁珠的第一端与usb通路中的信号切换元件连接，第一磁珠的第二端与电源管理集成电路连接。28.由于磁珠在直流电流注入或低频信号作用下阻值较小，可以满足终端设备充电时环路阻抗的检测要求；且磁珠在高频信号作用下阻值较大的特性，可以满足通路异常情况下隔离电源管理集成电路的需求。因此，在电源管理集成电路的输入端设置第一磁珠，不仅可以抑制usb通路中的高频噪声和尖峰干扰，保证电源管理集成电路的安全性；还可以为终端设备正常充电。29.在一种可能的实现方式中，功能芯片包括电源管理集成电路；usb接口保护电路还包括：第二电阻和第二磁珠；第二磁珠用于抑制usb通路中的高频噪声，且第二磁珠的最大阻值与第二电阻的总阻值满足终端设备中电池充电协议的环路阻抗检测要求；第二电阻的第一端与usb通路中的信号切换元件连接，第二电阻的第二端与第二磁珠的第一端连接，第二磁珠的第二端与电源管理集成电路连接。30.同样地，由于磁珠在低频信号作用下阻值较小，在高频信号作用下阻值较大的特性，因此，在电源管理集成电路的输入端采用磁珠串小电阻的方式，不仅可以抑制usb通路中的高频噪声和尖峰干扰，保证电源管理集成电路的安全性，还可以保证终端设备正常充电。31.第二方面，本技术还提供了一种终端设备，包括：32.usb接口；33.至少一个功能芯片；34.usb接口通过usb通路与功能芯片相连接；35.如权利要求1至9中任一项的usb接口保护电路，usb接口保护电路用于对usb通路中的器件进行短路保护和/或过载保护。36.由此可见，通过在usb通路上设置usb接口保护电路，可以对usb通路中的器件进行有效保护，避免因usb通路异常而对功能芯片造成损坏。附图说明37.图1是本技术一示例性实施例示出的一种终端设备的硬件结构示意图；38.图2是本技术一示例性实施例示出的一种usb接口的引脚分布示意图；39.图3是本技术一示例性实施例示出的一种usb通路的器件分布示意图；40.图4是本技术一示例性实施例示出的第一种usb接口保护电路的示意图；41.图5是本技术一示例性实施例示出的第二种usb接口保护电路的示意图；42.图6是本技术一示例性实施例示出的第三种usb接口保护电路的示意图；43.图7是本技术一示例性实施例示出的第四种usb接口保护电路的示意图；44.图8是本技术一示例性实施例示出的第五种usb接口保护电路的示意图；45.图9是本技术一示例性实施例示出的一种usb接口充电时的通路示意图；46.图10是本技术一示例性实施例示出的第六种usb接口保护电路的示意图；47.图11是本技术一示例性实施例示出的第七种usb接口保护电路的示意图；48.图12是本技术一示例性实施例示出的第八种usb接口保护电路的示意图。具体实施方式49.为使本技术的目的、设备结构及优点更加清楚明白，下面将结合附图及实施例，对本技术提供的可穿戴设备的结构做进一步详细说明。50.随着智能终端技术的不断发展，通用串行总线(universalserialbus，usb)接口已经成为便携式终端设备上广泛使用的接口。终端设备可以基于usb接口与其他外接设备之间进行数据通信，也可以通过usb接口连接其他外接设备或电源，为终端设备进行充电。51.其中，终端设备可以以各种形式来实施，例如，本技术中描述的终端设备可以包括诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(personaldigitalassistant，pda)、便捷式媒体播放器(portablemediaplayer，pmp)、导航装置、可穿戴设备、智能手环、计步器等。52.参见图1所示的终端设备的硬件结构示意图，该终端设备100可以包括：rf(radiofrequency，射频)单元101、无线保真(wirelessfidelity，wifi)模块102、音频输出单元103、音频/视频(audio/video，a/v)输入单元104、传感器105、显示单元106、用户输入单元107、接口单元108、存储器109、处理器110和电源111等部件。53.应该理解的是，图1中示出的终端设备100的结构并不构成对终端设备的限定，在具体实现时，该终端设备100可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件部署方式。54.接下来，结合图1，对终端设备100中各个部件的功能进行简单介绍。55.射频单元101可用于收发信息或通信过程中信号的接收和发送。具体的，接收上行通信设备发送的下行信息，交给处理器110处理；同时，将上行数据发送给上行通信设备。56.在一些实施例中，射频单元101包括但不限于天线、至少一个放大器、收发信机、耦合器、低噪声放大器、双工器等。此外，射频单元101还可以通过无线通信与网络和其他设备通信。上述无线通信可以使用任一通信标准或协议，包括但不限于全球移动通讯系统(globalsystemofmobilecommunication，gsm)、通用分组无线服务(generalpacketradioservice，gprs)、码分多址2000(codedivisionmultipleaccess2000，cdma2000)、宽带码分多址(widebandcodedivisionmultipleaccess，wcdma)、时分同步码分多址(timedivision-synchronouscodedivisionmultipleaccess，td-scdma)、频分双工长期演进(frequencydivisionduplexing-longtermevolution，fdd-lte)和分时双工长期演进(timedivisionduplexing-longtermevolution，tdd-lte)等。57.wifi属于短距离无线传输技术，终端设备100通过wifi模块102可以帮助用户收发电子邮件、浏览网页和访问流式媒体等，它为用户提供了无线的宽带互联网访问。58.需要说明的是，尽管图1示出了wifi模块102，但其并不属于终端设备100的必须构成，在不影响终端设备100核心功能的前提下，该wifi模块102可以省略。59.音频输出单元103可以在终端设备100处于呼叫信号接收模式、通话模式、记录模式、语音识别模式、广播接收模式等模式下时，将射频单元101或wifi模块102接收的，或者在存储器109中存储的音频数据转换成音频信号并且输出为声音。60.进一步地，音频输出单元103还可以提供与终端设备100执行的特定功能相关的音频输出(例如，呼叫信号接收声音、消息接收声音等等)。61.在一些实施例中，音频输出单元103可以包括扬声器、蜂鸣器等等。62.a/v输入单元104用于接收音频或视频信号。a/v输入单元104可以包括图形处理器(graphicsprocessingunit，gpu)和麦克风，63.其中，图形处理器对在视频捕获模式或图像捕获模式中由图像捕获装置(比如摄像头)获得的静态图片或视频的图像数据进行处理，处理后的图像帧可以显示在显示单元106上。经图形处理器处理后的图像帧可以存储在存储器109(或其它存储介质)中或者经由射频单元101或wifi模块102进行发送。64.其中，麦克风可以在电话通话模式、记录模式、语音识别模式等等运行模式中经由麦克风接收声音(音频数据)，并且能够将声音处理为音频数据。处理后的音频(语音)数据可以在终端设备100处于通信模式的情况下转换为可经由射频单元101发送到通信基站的格式输出。65.另外，麦克风可以实施各种类型的噪声消除(或抑制)算法以消除(或抑制)在接收和发送音频信号的过程中产生的噪声或者干扰。66.终端设备100还包括至少一种传感器105，比如光传感器、运动传感器以及其他传感器。具体地，光传感器包括环境光传感器及接近传感器，其中，环境光传感器可根据环境光线的明暗来调节显示面板的亮度，接近传感器可在终端设备100移动到用户耳边时，关闭显示面板和/或背光。作为运动传感器的一种，加速计传感器可检测各个方向上(一般为三轴)加速度的大小，静止时可检测出重力的大小及方向，可用于识别设备姿态的应用、振动识别相关功能等。67.另外，终端设备100还可以包括指纹传感器、压力传感器、虹膜传感器、分子传感器、陀螺仪、气压计、湿度计、温度计、红外线传感器等其他传感器，在此不再赘述。68.显示单元106用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息。显示单元106可包括显示面板，可以采用液晶显示器(liquidcrystaldisplay，lcd)、有机发光二极管(organiclight-emittingdiode，oled)等形式来配置显示面板。69.用户输入单元107可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与终端设备100的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。具体地，用户输入单元107可包括触控面板以及其他输入设备。70.其中，触控面板，也称为触摸屏，可收集用户在其上或附近的触摸操作，并根据预先设定的程式驱动相应的连接装置。触控面板可包括触摸检测装置和触摸控制器两个部分。其中，触摸检测装置检测用户的触摸方位，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器；触摸控制器从触摸检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给处理器110，并能接收处理器110发来的命令并加以执行。此外，可以采用电阻式、电容式、红外线以及表面声波等多种类型实现触控面板。71.进一步地，用户输入单元107还可以包括其他输入设备，包括但不限于物理键盘、功能键(比如音量控制按键、开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆等中的一种或多种，对此不做限制。72.另外，触控面板可覆盖显示面板，当触控面板检测到在其上或附近的触摸操作后，传送给处理器110以确定触摸事件的类型，随后处理器110根据触摸事件的类型在显示面板上提供相应的视觉输出。73.需要说明的是，虽然在图1中，触控面板与显示面板是作为两个独立的部件来实现移动终端的输入和输出功能，但是在某些实施例中，可以将触控面板与显示面板集成而实现终端设备100的输入和输出功能，对此不做限定。74.接口单元108用作至少一个外部装置与终端设备100连接可以通过的接口。例如，外部装置可以包括有线或无线头戴式耳机端口、外部电源(或电池充电器)端口、有线或无线数据端口、存储卡端口、用于连接具有识别模块的装置的端口、音频输入/输出(input/output，i/o)端口、视频i/o端口、耳机端口、usb接口等。75.具体地，接口单元108可以用于接收来自外部装置的输入(例如，数据信息、电力等)，并将接收到的输入传输到终端设备100内的一个或多个元件或者可以用于在终端设备100和外部装置之间传输数据。76.在一些实施例中，接口单元108包括usb接口，usb接口作为连接移动终端与外部设备的一种输入输出接口，其接口类型有多种，如mini-usb、micro-usb、type-a、type-b以及type-c接口等。77.以type-c接口为例，参见图2，type-c接口使用了两组上下对称的引脚，这样的设计就为不区分正反提供了基础。在原有引脚的基础上，type-c增加了以下引脚：78.(1)增加了配置通道(configurationchannel，cc)引脚，用于检测usb设备是否接入；检测usb插入方向，并以此建立usb数据通道的路由；插入后帮助建立usb设备之间的主从关系；发现并配置vbus(vbus是usb主设备向usb从设备供电的电源线)，配置usb接口的pd供电模式；发现和配置可选的备用和辅助模式。79.(2)增加了sbu拓展引脚，在一些特殊信号传输中会用到；80.(3)tx/rx是新增的数据传输引脚；81.(4)type-c中保留了d+，d-差分信号线，用于兼容旧版本。82.另外，type-c接口中的电源线vbus和地线gnd各有4条，为type-c接口的大电流、大功率输出提供了很好的物理支持。83.存储器109可用于存储软件程序以及各种数据。本发明中，终端设备100的存储器109中存储有应用快速启动程序。存储器109可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据终端设备100的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。84.作为一个示例，存储器109可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。85.处理器110是终端设备100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备100的各个部分，通过运行或执行存储在存储器109内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器109内的数据，执行终端设备100的各种功能和处理数据，从而对终端设备100进行整体监控。86.其中，处理器110可包括一个或多个处理单元。处理器110可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。87.需要说明的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器110中，采用独立设置的方式进行部署。88.终端设备100还可以包括给各个部件供电的电源111(比如电池)。其中，电源111可以通过电源管理系统与处理器110逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。具体地，电源111为内部电源管理模块。89.基于上述终端设备100的结构，usb接口作为终端设备与外接设备、电源、充电器等连接的输入输出接口，使用过程中多次插拔容易出现磨损，导致usb接口发生微短路甚至短路的情况。在usb接口短路或过载的情况下，通过usb接口为终端设备进行充电或信号传输时，轻则引起usb接口发热，继而烧毁usb接口，以及usb接口连接的usb通路中器件，重则烧毁终端设备内部的功能芯片，严重影响终端设备的安全性。90.参见图3，在终端设备200中，包括usb接口210和至少一个功能芯片220，连接usb接口210和功能芯片220的usb通路上串有共模电感231、陷波网络232、信号切换元件233等器件。91.其中，信号切换元件可以通过mos管实现，也可以通过其他开关元件来实现，本技术对此不做限制。92.当usb通路中的dp与dm(digitalpositive&digitalminus；dm是usb的数据线d，dp是usb接口210的数据线d+，dp和dm为一个差分信号对对应的通路)，或者usb接口210中的sbu引脚与vbus引脚发生短路时，由于共模电感231、陷波网络232、信号切换元件233等器件的通流能力差，很有可能与终端设备200内部功能芯片220或其他模块中的瞬态二极管(transientvoltagesuppressor，tvs)形成回路，对功能芯片220产生不可逆的损伤，导致usb接口210的相关功能失效。93.基于此，本技术提供了一种usb接口保护电路，通过在usb通路中增加少量的保护器件，对usb通路中的器件和终端设备内部的功能芯片进行有效保护，以使usb接口的功能可以正常使用。94.接下来，将结合附图对本技术实施例的技术方案，以及本技术实施例的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面所示的实施例之间可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。95.在下述各实施例中，本技术提供的usb接口保护通路均应用于终端设备200中，该终端设备200包括usb接口210和至少一个功能芯片220，usb接口210通过usb通路与功能芯片220相连接。96.需要说明的是，下述各实施例对应的附图中仅示意本技术提供的usb接口保护电路中的器件在usb通路上的部署方式和部署位置，关于usb通路中原有器件的部署位置，可参见附图3，后续不再赘述。97.在一示例性实施例中，如图4所示，usb接口保护电路240包括第一保护器件组241；第一保护器件组241设置在usb接口和usb通路中的共模电感之间，第一保护器件组用于对usb通路进行熔断保护。98.在一种可能的实现方式中，第一保护器件组241包括自动恢复保险丝2411和稳压元件2412，稳压元件2412包括压敏电阻和第一瞬态二极管tvs中的任一者。99.也即是，第一保护器件组可以由自动恢复保险丝和第一tvs构成，也可以由自动恢复保险丝和压敏电阻构成，本实施例对此不做限制。100.其中，自动恢复保险丝的第一端与usb接口连接，自动恢复保险丝的第二端与稳压元件组连接。具体地，自动恢复保险丝用于在usb通路发生短路，或者流入usb通路的电流大于usb通路的通路电流阈值时，增大自动恢复保险丝的阻抗值，以降低流入共模电感的电流值。稳压元件组用于稳定自动恢复保险丝的第二端的输出电压处于共模电感的工作电压范围内。101.应该理解的是，自恢复保险丝通常是由经过特殊处理的聚合树脂(polymer)及分布在里面的导电粒子(carbonblack)组成。在正常操作下，聚合树脂紧密地将导电粒子，束缚在结晶状的结构外，构成链状导电通路，此时的自恢复保险丝为低阻状态，线路上流经自恢复保险丝的电流所产生的热能小，不会改变晶体结构。而当线路发生短路或过载时，流经自恢复保险丝的大电流，产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。当故障排除后，自恢复保险丝重新冷却结晶，体积收缩，导电粒子重新形成导电通路，自恢复保险丝恢复为低阻状态，从而完成对电路的保护，无须人工更换。102.因此，在usb通路上设置自动恢复保险丝，usb通路正常工作时的温度较低，usb通路上产生的热量和散发的热量达到平衡，自动恢复保险丝元件处于低阻状态，自动恢复保险丝不动作。当usb接口发生短路或者过载时，流过自动恢复保险丝的电流由于电流热效应的关系，会产生一定程度的热量(自动恢复保险丝都存在阻值)，产生的热量全部或部分散发到环境中，而没有散发出去的热量便会提高自动恢复保险丝元件的温度。随着usb接口流入自动恢复保险丝的电流增加或环境温度升高，使得自动恢复保险丝产生的热量大于散发出去的热量，导致自动恢复保险丝元件温度骤增，处于高阻保护状态。此时，阻抗的增加限制了电流，使得usb通路中的电流可以在很短时间内急剧下降，从而保护usb通路中的器件免受损坏。当usb接口所施加的电压消失时，自动恢复保险丝便可以自动恢复为低阻状态。103.进一步地，压敏电阻属于一种过电压保护元件，用于在usb接口承受过压时进行电压钳位，吸收多余的电流以保护敏感器件。而tvs属于一种二极管形式的高效能保护器件，当tvs二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，能迅速将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护usb通路中的器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。104.作为一个示例，第一tvs可以采用单向tvs管，也可以采用双向tvs管，本实施例对此不做限制。105.在设置自动恢复保险丝后，可以进一步通过设置稳压元件组2412来稳定usb通路中的电压。参见图4，usb通路包括usb接口的第一引脚与功能芯片之间的第一通路(图4中的dp线或dm线)和usb接口的第二引脚与功能芯片之间的第二通路(图4中的dm线或dp线)。106.作为一个示例，若usb接口为type-c接口，则第一引脚和第二引脚对称，第一通路和第二通路中传输的信号为一个差分信号对。107.需要说明的是，为保证单个通路和通路之间的电压都处于稳定状态，本技术提供的稳压元件组2412可以包括第一稳压元件、第二稳压元件和第三稳压元件。108.在一种可能的实现方式中，如图4所示，稳压元件组2412在usb通路中的设置方式可以为：第一稳压元件的第一端与第一通路中自动恢复保险丝的第二端连接，第一稳压元件的第二端接地；第二稳压元件的第一端与第二通路中自动恢复保险丝的第二端连接，第二稳压元件的第二端接地；第三稳压元件的一端与第一通路连接，第三稳压元件的另一端与第二通路连接。109.在另一种可能的实现方式中，参见图5，稳压元件组2412在usb通路中的设置方式可以为：第一稳压元件的第一端与共模电感的输出端连接，第一稳压元件的第二端接地；第二稳压元件的第一端与共模电感的输出端连接，第二稳压元件的第二端接地；第三稳压元件的一端与第一通路连接，第三稳压元件的另一端与第二通路连接。110.需要说明的是，稳压元件组设置在共模电感的输入端，还是共模电感的输出端，取决于共模电感在usb通路中所能承受的最大电流值。若流经自动恢复保险丝的电流值小于共模电感所能承受的最大电流值，则将稳压元件组设置在共模电感的输出端；若流经自动恢复保险丝的电流值大于或等于共模电感所能承受的最大电流值，则将稳压元件组设置在共模电感的输入端，以起到保护共模电感的作用。111.应该理解的是，图4和图5仅以第一稳压元件、第二稳压元件和第三稳压元件均为压敏电阻进行示意。在实际应用中，压敏电阻也可以替换为第一tvs。112.进一步地，基于上述设置的usb通路中的第一保护器件组，当有usb接口存在异常高压或者发生短路时，自动恢复保险丝自动断开；或者，压敏电阻/第一tvs触发后自动恢复保险丝断开，从而起到保护后端器件的作用，当电压去除后，自动恢复，不会产生不可逆损伤。113.在具体设置时，需要保证自动恢复保险丝的动作电流远小于后端器件的损坏电流，同时，为保证usb通路的高速通信性能，自动恢复保险丝的动作电流大于预设的最小电流阈值，以免影响usb通路性能。114.另外，上述第一保护器件组也可以应用于usb接口中sbu引脚的对外电路中，在此不再赘述。115.在本实施例提供的第一保护器件组中，由于共模电感为usb通路中与usb接口连接的前端器件，因此，通过第一保护器件组可以在usb接口短路或过载，导致过大的电流流入usb通路时，对usb通路中的所有器件和终端设备内部的功能芯片进行有效保护。而且，第一保护器件组在保护usb通路时，采用熔断保护的方式，以在usb接口短路或过载的情况下，通过增大第一保护器件组的阻抗的方式来降低usb通路中的大电流。并且，在usb通路中电流稳定的情况下，第一保护器件组恢复为低阻抗状态。如此，基于第一保护器件组，可以对usb通路和终端设备中的功能芯片进行持续保护。116.在另一示例性实施例中，如图6所示，本技术提供的usb接口保护电路240还包括第一电阻242；第一电阻242与共模电感并联。117.具体地，第一电阻242用于在usb通路中的单路共模电感断路后，保持usb接口和功能芯片之间的电连接。118.在本实施例中，与共模电感并联的第一电阻可以在共模电感发生异常的情况下，在usb接口和功能芯片之间形成通路，维持usb通路的正常工作，以使usb接口连接的设备可以使用终端设备中功能芯片的全部或部分功能，或者，与usb接口连接的电源可以为终端设备充电。119.基于上述任一实施例，针对usb通路中tvs钳位启动电压较高的场景，或者长时间直流电流(directcurrent，dc)异常注入的场景，需要彻底切断异常通路，以保证功能芯片的安全性。120.基于此，在一示例性实施例中，如图7所示，本技术提供的usb接口保护电路240还包括第二保护器件组243；其中，第二保护器件组243设置在共模电感和功能芯片之间；第二保护器件用于对usb通路进行过压关断保护。121.在一种可能的实现方式中，第二保护器件组243包括分压电阻2431和比较器2432。122.其中，分压电阻的第一端与usb通路中陷波网络的输入端连接，分压电阻的第二端接地；比较器的输入端与分压电阻的第二端连接，比较器的输出端与usb通路中的信号切换元件连接。123.具体地，在usb通路中，分压电阻用于减小陷波网络的输入电压，比较器用于在陷波网络的输入电压大于预设的关断电压阈值时，关断信号切换元件，以断开usb通路。124.作为一个示例，关断电压阈值可以为基于陷波网络的正常工作门限值和预设的控制裕量确定。125.在其中一些实施例中，分压电阻的数目为三个，每个usb通路连接2个分压电阻，以减小陷波网络输入端的电压值；同时，放大器与第一通路和第二通路的分压电阻连接，以确定各通路中的电压值是否大于预设的关断电压阈值。进而在通路中的电压值大于关断电压阈值时，关断信号切换元件，以彻底断开异常通路。126.需要说明的是，在实际应用中，可以通过比较器控制第一通路和/或第二通路的关断情况。上述比较器也可以通过运算放大器来实现，以达到控制信号切换元件关断的效果。127.作为一个示例，上述分压电阻宜采用百k级以上的大阻值电阻，避免影响usb通路中高速信号的质量。比较器或者运算放大器也采用高速器件，同时，保证信号切换元件的耐压降额后需满足20vdc(直流电压为20伏特)耐压。128.如此，通过分压电阻和比较器的组合，不仅可以及时切断异常通路，还可以保证通路中电压的稳定性，避免过压损坏usb通路中的其他器件，甚至功能芯片。129.进一步地，若通过分压电阻分担usb通路中的部分电压后，导致输入至陷波网络，乃至功能芯片中的电压发生较大变化，则需要在usb通路中设置稳压元件，以稳定通路中的电压。130.在一种可能的实现方式中，如图8所示，第二保护器件组243还包括：第二tvs(图8中所示的2433)；第二tvs的第一端与信号切换元件连接，第二tvs的第二端接地。其中，第二tvs用于调整流入功能芯片的电压值处于预设的安全电压范围内。131.需要说明的是，第二tvs可以采用单向tvs管，也可以采用双向tvs管，本实施例对此不做限制。图8仅以单向tvs管进行示意，并不在于限制其必须为单向tvs管。132.如此，通过第二tvs对异常通路中的电压进行调整，以保证功能芯片的安全性，避免因usb通路过压而损坏功能芯片的情况发生。133.基于上述任一实施例，本技术实施例中的功能芯片可以包括电源管理集成电路(powermanagementic，pmic)和系统芯片(systemonachip，soc)。第一通路和第二通路均与pmic、soc连接。134.在一些实施例中，若在共模电感两端并联第一电阻，则单路共模电感断路后，还可以通过第一电阻来保持终端设备的充电功能。135.参见图9，设备快速充电场景中，通常采用预设阻值的的隔离电阻来隔离usb通路和pmic，以保证usb眼图质量。然而，当第一通路和第二通路的共模电感都断开后，整个usb总环路的电阻无法满足pmic检测bc1.2(即电池快充协议)的条件，导致无法通过usb接口对终端设备进行快速充电。136.在一示例性实施例中，针对上述问题，本技术使用磁珠代替隔离电阻，或者使用磁珠串小电阻的方式，降低dc阻抗的同时又满足usb眼图的阻抗需求。137.而且，磁珠在直流电流注入或低频信号作用下阻抗很低，可以满足环路阻抗检测的要求，正确识别bc1.2，在usb通路异常时可以对pmic进行有效隔离。138.在一种可能的实现方式中，如图10所示，本技术提供的usb接口保护电路240还包括：第一磁珠244；第一磁珠244用于抑制usb通路中的高频噪声，且第一磁珠的最大阻值满足终端设备中电池充电协议的环路阻抗检测要求；第一磁珠244的第一端与usb通路中的信号切换元件连接，第一磁珠244的第二端与电源管理集成电路连接。139.在另一种可能的实现方式中，如图11所示，本技术提供的usb接口保护电路240还包括：第二电阻245和第二磁珠246；第二磁珠246用于抑制usb通路中的高频噪声，且第二磁珠246的最大阻值与第二电阻245的总阻值满足终端设备中电池充电协议的环路阻抗检测要求；第二电阻245的第一端与usb通路中的信号切换元件连接，第二电阻珠245的第二端与第二磁珠246的第一端连接，第二磁珠246的第二端与电源管理集成电路连接。140.需要说明的是，在保证第二磁珠的最大阻值与第二电阻的总阻值满足终端设备中电池充电协议的环路阻抗检测要求的前提下，第二电阻的阻值可以小一些。141.在本实施例中，由于磁珠在低频信号作用下阻值较小，在高频信号作用下阻值较大的特性，因此，在电源管理集成电路的输入端采用磁珠串电阻的方式，不仅可以抑制usb通路中的高频噪声和尖峰干扰，保证电源管理集成电路的安全性，还可以保证终端设备可以正常充电。142.综合上述各实施例，如图12所示，本技术提供了一种终端设备，该终端设备包括sb接口、至少一个功能芯片，且usb接口通过usb通路与功能芯片相连接。143.其中，usb接口保护电路包括第一保护器件组、第一电阻、第二保护器件组和磁珠，以对usb通路进行熔断保护、过压关断和补充优化(磁珠)，有效保护usb通路中的器件，同时保证终端设备中usb接口和内部功能芯片的安全性。144.需要说明的是，图12中所示器件的部署方式和功能可以参见上述各实施例，在此不再赘述。145.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。146.以上仅为本技术实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本技术实施例的保护范围，凡在本技术实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本技术实施例的保护范围之内。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.一种usb接口保护电路，其特征在于，应用于终端设备中，所述终端设备包括usb接口和至少一个功能芯片，所述usb接口通过usb通路与所述功能芯片相连接；所述usb接口保护电路包括第一保护器件组；其中，所述第一保护器件组设置在所述usb接口和所述usb通路中的共模电感之间；所述第一保护器件组用于对所述usb通路进行熔断保护。2.根据权利要求1所述的usb接口保护电路，其特征在于，所述第一保护器件组包括自动恢复保险丝和稳压元件组，所述稳压元件组包括压敏电阻和第一瞬态二极管tvs中的任一者；所述自动恢复保险丝的第一端与所述usb接口连接，所述自动恢复保险丝的第二端与所述稳压元件组连接；其中，所述自动恢复保险丝用于在所述usb通路发生短路，或者流入所述usb通路的电流大于所述usb通路的通路电流阈值时，增大所述自动恢复保险丝的阻抗值，以降低流入所述共模电感的电流值；所述稳压元件组用于稳定所述自动恢复保险丝的第二端的输出电压处于所述共模电感的工作电压范围内。3.根据权利要求2所述的usb接口保护电路，其特征在于，所述usb通路包括所述usb接口的第一引脚与所述功能芯片之间的第一通路和所述usb接口的第二引脚与所述功能芯片之间的第二通路，所述稳压元件组包括第一稳压元件、第二稳压元件和第三稳压元件；所述第一稳压元件的第一端与所述第一通路中自动恢复保险丝的第二端连接，所述第一稳压元件的第二端接地；所述第二稳压元件的第一端与所述第二通路中自动恢复保险丝的第二端连接，所述第二稳压元件的第二端接地；所述第三稳压元件的一端与所述第一通路连接，所述第三稳压元件的另一端与所述第二通路连接。4.根据权利要求1至3中任一项所述的usb接口保护电路，其特征在于，所述usb接口保护电路还包括：第一电阻；所述第一电阻与所述共模电感并联；所述第一电阻用于在所述usb通路中的单路共模电感断路后，保持所述usb接口和所述功能芯片之间的电连接。5.根据权利要求4所述的usb接口保护电路，其特征在于，所述usb接口保护电路还包括第二保护器件组；其中，所述第二保护器件组设置在所述共模电感和所述功能芯片之间；所述第二保护器件用于对所述usb通路进行过压关断保护。6.根据权利要求5所述的usb接口保护电路，其特征在于，所述第二保护器件组包括：分压电阻和比较器；所述分压电阻的第一端与所述usb通路中陷波网络的输入端连接，所述分压电阻的第二端接地；所述分压电阻用于减小所述陷波网络的输入电压；所述比较器的输入端与所述分压电阻的第二端连接，所述比较器的输出端与所述usb通路中的信号切换元件连接；所述比较器用于在所述陷波网络的输入电压大于预设的关断电压阈值时，关断所述信号切换元件，以断开所述usb通路。7.根据权利要求6所述的usb接口保护电路，其特征在于，所述第二保护器件组还包括：第二tvs；所述第二tvs的第一端与所述信号切换元件连接，所述第二tvs的第二端接地；
其中，所述第二tvs用于调整所述流入所述功能芯片的电压值处于预设的安全电压范围内。8.根据权利要求4所述的usb接口保护电路，其特征在于，所述功能芯片包括电源管理集成电路；所述usb接口保护电路还包括：第一磁珠；所述第一磁珠用于抑制所述usb通路中的高频噪声，且所述第一磁珠的最大阻值满足所述终端设备中电池充电协议的环路阻抗检测要求；所述第一磁珠的第一端与所述usb通路中的信号切换元件连接，所述第一磁珠的第二端与所述电源管理集成电路连接。9.根据权利要求4所述的usb接口保护电路，其特征在于，所述功能芯片包括电源管理集成电路；所述usb接口保护电路还包括：第二电阻和第二磁珠；所述第二磁珠用于抑制所述usb通路中的高频噪声，且所述第二磁珠的最大阻值与所述第二电阻的总阻值满足所述终端设备中电池充电协议的环路阻抗检测要求；所述第二电阻的第一端与所述usb通路中的信号切换元件连接，所述第二电阻的第二端与所述第二磁珠的第一端连接，所述第二磁珠的第二端与所述电源管理集成电路连接。10.一种终端设备，其特征在于，包括：usb接口；至少一个功能芯片；所述usb接口通过usb通路与所述功能芯片相连接；如权利要求1至9中任一项所述的usb接口保护电路，所述usb接口保护电路用于对所述usb通路中的器件进行短路保护和/或过载保护。

技术总结
本申请实施例提供了一种USB接口保护电路和终端设备，终端设备包括USB接口和至少一个功能芯片，所述USB接口通过USB通路与所述功能芯片相连接；所述USB接口保护电路包括第一保护器件组；其中，所述第一保护器件组设置在所述USB接口和所述USB通路中的共模电感之间；所述第一保护器件组用于对所述USB通路进行熔断保护。如此，设置在USB接口和的共模电感之间的第一保护器件组，可以在USB接口短路或过载，导致大电流流入USB通路时，对USB通路中的所有器件和功能芯片进行有效保护。件和功能芯片进行有效保护。件和功能芯片进行有效保护。


技术研发人员：王兴华 黄允春 冯英群 韩超
受保护的技术使用者：荣耀终端有限公司
技术研发日：2022.09.28
技术公布日：2023/9/20