应用于非全功能USB接口的异物识别电路及USB接口的制作方法

应用于非全功能usb接口的异物识别电路及usb接口
技术领域
1.本实用新型涉及一种非全功能usb接口，尤其涉及一种应用于非全功能usb接口的异物识别电路。


背景技术：

2.随着usb type-c接口的普及，插头可以不区分正反面插入插座，极大的便利的人们的日常插拔操作，体现出了type-c接口的便利性。但是正是由于type-c插座支持正反插识别，usb type-c接口在设计上通过设计两个cc信号pin分别在插座的两排上，用于识别插头设备的类型和插入的方向。
3.如图1所示，type-c usb接口引脚分为a、b两面，每一面有12个引脚，功能相互对称；其中，vbus和gnd是供电引脚，d 、d-、tx、rx是信号传送引脚，它们的具体协议和功能这里不详细叙述。
4.由于type-c终端可以对外部设备供电(dfp)、也可以支持外部的电源为本机充电(ufp)，如果上述两个功能都支持，即drp功能。终端的type-c插座接口上的cc信号则需要周期性的检测外部设备的插入情况，进而判定是对外供电还是接受外部电源的为自己供电(充电)，因此，cc信号需要在终端开机的状态下存在工作检测电压。
5.由于usb插座的cc信号上一直存在工作电压，此引脚(pin)和其他相邻引脚之间如果有水，或者其他导电液体浸入，例如日常使用环境中，手机经常会遇到水汽、汗液、甚至雨滴等粘附，type c接口中cc引脚与其它引脚之间因进液从而将电压传到到其他引脚上；
6.如果在终端充电时，即作为sink(受电设备)时，vbus上的存在电压，也会通过进入的液体将电荷传递到vbus周边的pin上，导致周围pin上存在电压；
7.同理，在终端作为dfp时，终端要对外供电，电源角色会作为source(供电设备)，对外供电，例如给u盘供电，vbus上存在电压，也会通过进入的液体将电荷传递到vbus周边的pin上，导致周围pin上存在电压。
8.如果上述浸入带水异物等异常用户不能及时发现，会导致周边带电pin存在金属点解腐蚀问题。随和腐蚀的加重，会导致usb插座金手指上出现氧化等问题，导致各种功能异常问题。
9.因此，如何及时发现异常情况，从而及时提醒用户进行处理，防止功能异常，是提升用户体验的一重大难题。


技术实现要素：

10.本实用新型的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本实用新型而学习。
11.为克服现有技术的问题，本实用新型的目的是提供一种应用于非全功能usb接口的异物识别电路，能及时判断是否有异物(例如水)浸入usb插座。
12.为达到上述目的，本实用新型提供一种应用于非全功能usb接口的异物识别电路，
其特征在于，包括对地电阻，所述对地电阻的一端用于与usb接口内的sbu1和sbu2引脚相连，另一端接地。
13.优选地，进一步包括增益放大单元，所述增益放大单元与所述对地电阻的两端相连，用于放大所述对地电阻的两端电压幅值。
14.优选地，所述增益放大单元由第一电阻、第二电阻、第三电阻和运算放大器构成；所述运算放大器的同相输入端和反相输入端分别通过所述第一电阻、第二电阻连接在对地电阻的两端；所述运算放大器的输出端通过所述第三电阻与所述第二电阻相连。
15.优选地，进一步包括检波储能单元，所述检波储能单元与所述增益放大单元相连，用于对所述增益放大单元输出的信号的能量进行存储。
16.优选地，所述检波储能单元包括与所述增益放大单元相连的二极管以及与所述二极管相连的电容。
17.优选地，所述检波储能单元由依次相连的二极管、第四电阻、电容和第五电阻构成；其中，所述电容有一端接地，第五电阻有一端接地。
18.优选地，进一步包括反向电平转换单元，用于实现所述检波储能单元输出信号电平的转换作用。
19.优选地，所述反向电平转换单元包括mos管，用于实现浸水事件的上报。
20.优选地，所述mos管的栅极与所述检波储能单元相连，源极接地，漏极接输出端；所述输出端还通过第六电阻接入高电平电压信号。
21.优选地，所述高电平电压信号为内核电压信号。
22.本实用新型还提供一种usb接口，所述usb接口的usb3.0信号和sbu1/2信号终端侧不适用，所述usb接口包括本实用新型任一实施例提供的应用于非全功能usb接口的异物识别电路。
23.本实用新型提供的应用于非全功能usb接口的异物识别电路及usb接口，当type-c插座内进水和异物后能及时地进行判断，有效的避免的typec插座内cc、vbus和周边pin的腐蚀问题。
附图说明
24.下面通过参考附图并结合实例具体地描述本实用新型，本实用新型的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本实用新型的解释说明，而不构成对本实用新型的任何意义上的限制，在附图中：
25.图1为全功能usb type-c插座信号引脚配置表。
26.图2为非全功能usb type-c插座信号引脚配置表。
27.图3为应用于图2所示的非全功能usb type-c接口的异物短路识别的电路。
28.图4为应用于图2所示的非全功能usb type-c接口的异物短路识别的电路。
具体实施方式
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本
领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.如图2所示，本实用新型利用了非全功能usb type-c接口插座上的既有信号，即只有usb2.0信号(usb_d
±
)、pd检测信号(cc1/cc2)、和电源信号(vbus和gnd)，而usb3.0信号(tx1/2,rx1/2)和sbu1/2信号终端侧不适用(不支持)；也就是终端不支持usb3.0/dp信号，以及不支持模拟耳机通过usbtype-c接口。
31.实施例1
32.请参照图3、图4，本实用新型提供一种应用于上述非全功能usb type-c接口的异物短路识别的电路，包括浸水检测分压单元10。浸水检测分压单元10包括对地电阻，对地电阻的一端用于与usb接口内的sbu1和sbu2引脚相连，另一端接地。
33.本实施例中，浸水检测分压单元10由type-c插座上的sbu1和sbu2引脚，及其连接此引脚的对地电阻(rshunt)11构成，用于实现当有液态物质进入后，对地电阻11对cc信号或者vbus信号的的分压；当未有液态物质进入type-c插座时，对地电阻11两端无电压；而当液态导电物质进入type-c插座后，液态导电物质和对地电阻11形成串联电路，实现分压。
34.本实施例中，sbu引脚上设计了对地电阻11，通过判断sbu引脚上对地电阻11上的电压值，进而判断是否有异物浸入usb插座，此外，还可以流过对地电阻11上电流的范围，进一步判定usb type-c插座pin之间存在微短路。
35.在具体实施时，还需要将对地电阻rshunt上的电压值和/或流过对地电阻rshunt上电流值进一步转化为数字信号输出，本领域技术人员可以自由设计相应的转换电路，本实用新型对此不做限制。
36.实施例2
37.本实用新型提供一种应用于上述非全功能usb type-c接口的异物短路识别的电路，包括浸水检测分压单元10以及与该浸水检测分压单元10相连的增益放大单元20。
38.浸水检测分压单元10的结构与功能与实施例1中的浸水检测分压单元10相同，在此不再赘述。
39.本实施例中，增益放大单元20由第一电阻(r1)21、第二电阻(r2)22、第三电阻(r3)23和运算放大器24(operational amplifier,简称opa)构成，运算放大器24的同相输入端和反相输入端分别通过第一电阻21、第二电阻22连接在对地电阻11的两端。运算放大器24的输出端通过第三电阻23与第二电阻22及运算放大器24的反相输入端相连。
40.本实施例中的增益放大单元20用于实现对对地电阻11两端电压幅值的放大，实现不同导通阻抗液态物质浸入后的检测，实现信噪比的提升，从而有效判定type-c插座浸入液体行为的发生。
41.实施例3
42.本实用新型提供一种应用于上述非全功能usb type-c接口的异物短路识别的电路，包括依次相连的浸水检测分压单元10、增益放大单元20、检波储能单元30、反向电平转换单元40。
43.浸水检测分压单元10、增益放大单元20的结构与功能与实施例2中的浸水检测分压单元10、增益放大单元20相同，在此不再赘述。
44.检波储能单元30由二极管31、第四电阻(r4)32、电容33和第五电阻(r5)34构成，其中,二极管的阳极与运算放大器24的输出端相连，阴极与第四电阻32的第一端相连，电容33
的一端与第四电阻32的第二端相连，另一端接地。同样，第五电阻34的一端与第四电阻的第二端相连，另一端接地。
45.此检波储能单元30能实现对增益放大单元输出的信号的能量进行存储，对直流/交流信号进行正向检波，并存储直流和交流信号的能量于电容33；第五电阻34用于对电容33存储的能量进行泄放，如此，浸入座子的液体清除后，就能对电容33存储电荷起到释放作用，以及短暂异物接触脱离的滤波作用。
46.反向电平转换单元40由vddio(内核电压)和第六电阻(r6)42、mos管41构成，用于实现检波储能单元30输出信号电平的转换作用(电压极性转换和逻辑电平的转换)。mos管41的栅极与检波储能单元30相连，源极接地，漏极接输出端，输出key_io信号；输出端还通过第六电阻(r6)42接入vddio(内核电压)。反向电平转换单元40通过与浸水检测信号的握手，实现浸水事件的有效上报。
47.下面辅以情景进一步对实施例3进行说明：
48.情景1
49.如果终端未充电时，usb_cc1/2信号存在一定频率和幅值的周期方波检测信号，当usb type-c插座内进入液体后，type-c插座金手指浸水检测分压电路的对地电阻11上会形成分压，增益放大单元20会放电对地电阻11上的电压，检波电路输出有效值高于vgs的电压信号，mos管41导通，则key_io信号被置为低电平，系统检测到usb type-c插座有水浸入。
50.情景2
51.如果终端未充电时，终端工作在host模式下(即主机模式dfp)，终端会作为source对外设供电，例如给u盘供电，此时vbus上会存在终端对外输出的5v电源，当usb type-c插座内进入液体后，type-c插座金手指浸水检测分压电路的对地电阻11上会和vbus形成分压，增益放大单元会放电对地电阻11上的电压，检波储能单元30输出有效值高于vgs的电压信号，mos管41导通，则key_io信号被置为低电平，系统检测到usb type-c插座有水浸入。
52.情景3
53.如果终端充电时，终端工作在device模式下(即从机模式ufp)，终端会充电器对其供电，此时vbus上会存在给终端供电的5v电源；当usb type-c插座内进入液体后，type-c usb座金手指浸水检测分压电路的对地电阻11上会和vbus形成分压，增益放大电路会放电rshunt上的电压，检波电路输出有效值高于vgs的电压信号，mos管41导通，则key_io信号被置为低电平，系统检测到usb type-c插座有水浸入。
54.当上述三个场景发生后，系统识别到key_io输出低电平，则可以在ui上显示提示信息，提醒用户usb座内浸入异物，请及时清理；同时安全起见，还可以对用户使用的usb座相关的应用做适当的限制。
55.更具体地，如果有浸入异物，则管理终端会做出相应的对策。例如浸入异物(液体)发生在上面提到的不同的场景(场景1-3)，在场景1系统配置终端工作在ufp上，退出drp工作模式，从而关闭cc信号的高电平；在场景2，则可以关闭外设的电源，并提醒用户及时清理usb插座；在场景3，则可以通过cc信号通知pd充电器关闭输出，停止充电，待用户清除异物后再工作。当然本实用新型对发现浸入异物后的处理方式并不做限定。
56.当上述场景不存在浸水，或者浸水清除掉，则key_io会恢复到高电平，从而系统识别浸水事情清除。
57.本实用新型还提供一种usb接口，usb接口如图3所示，usb接口的usb3.0信号和sbu1/2信号终端侧不适用，本实用新型提供的usb接口包括本实用新型任一实施例提供的应用于非全功能usb接口的异物识别电路。
58.本实用新型结构简单，利用sbu信号作为浸水检测的信号通道，在sbu引脚上设计了对地电阻，实现了type-c插座内进水和异物后及时的判断，有效的避免的type-c插座内cc、vbus和周边pin的腐蚀问题。
59.以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质，可以有多种变型方案实现本实用新型。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。