多协议充电芯片的验证装置的制作方法

1.本发明涉及充电芯片验证技术领域，具体涉及多协议充电芯片的验证装置。


背景技术：

2.对于不同的充电芯片研发公司，由于其面向客户和终端的不同，不同充电芯片的快充协议也不同。目前常用的快充协议有usb-if组织的pd快充协议、高通的qc快充协议、华为的fcp/scp协议、展讯的sfcp快充协议、三星的afc快充协议、oppo的vooc快充协议、联发科的pe快充协议和中国电信终端产业协会发布的ufcs快充协议等协议，这些协议在初期时互不兼容，在连接检测、协商通讯机制上都各自得机制。随着type-c接口表的普及和完善的扩展应用机制，大部分的私有快充协议在最新的版本中都支持usb-if组织的pd快充协议标准，同时市场上出现了多协议的充电芯片。
3.多协议的充电芯片在流向市场前会经历设计和制造环节。其中设计环节主要对芯片的mcu、存储模块(flash和ram)、多快充协议数字基带模块、多快充协议物理层模块、电源管理控制模块和安全检测模块等电路进行设计，制造环节是将芯片电路映射在晶圆上。
4.芯片的设计及流片加工成本高，对于新开发的多协议充电芯片，为了降低生产成本和研发周期，都需要在芯片加工前对芯片内的电路模块进行验证，从而保证其数字电路和模拟电路的功能和性能的正确性。目前芯片的验证大多是通过fpga对芯片的数字电路进行验证，通过仿真软件对模拟电路部分进行验证，而荣光仿真软件验证得到的仿真结果只是理想化的结果，与芯片的实际运行结果存在差异。


技术实现要素：

5.鉴于背景技术的不足，本发明是提供了多协议充电芯片的验证装置，对多协议的充电芯片的模拟电路进行验证。
6.为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：多协议充电芯片的验证装置，包括fpga主控单元、模数转换单元和至少一个充电接口；每个充电接口分别电连接有协议检测单元和电源管理控制模块，所述协议检测单元的检测信号输出端与所述fpga主控单元电连接；所述电源管理控制模块包括控制开关、功率电阻、差分放大单元和dc-dc转换单元；
7.所述控制开关的输入端被配置于输入外部电压，所述fpga主控单元与所述控制开关的控制端电连接，向所述控制开关的控制端输入控制其通断的控制信号；
8.所述控制开关的输出端与所述功率电阻一端电连接，所述功率电阻另一端与所述dc-dc转换单元的输入端电连接，所述dc-dc转换单元的输出端分别与所述模数转换单元和所述充电接口电连接；所述模数转换单元将所述dc-dc转换单元的输出电压转换为数字信号后发送给所述fpga主控单元；所述fpga主控单元向所述dc-dc转换单元的控制端输入调节信号，所述dc-dc转换单元响应所述调节信号并改变输出电压大小；
9.所述功率电阻一端和所述功率电阻另一端分别与所述差分放大单元的第一输入端和第二输入端电连接，所述差分放大单元的输出端与所述模数转换单元电连接，所述模
数转换单元将所述差分放大单元的输出信号转换为数字信号后发送给所述fpga主控单元。
10.作为进一步的技术方案，本发明还包括电平转换单元，所述fpga主控单元通过所述电平转换单元与所述模数转换单元和协议转换单元电连接。
11.作为进一步的技术方案，本发明还包括控制开关驱动单元，所述fpga主控单元与所述控制开关驱动单元的输入端，所述控制开关驱动单元的输出端与所述控制开关的控制端电连接。
12.作为进一步的技术方案，所述控制开关包括第一pmos管q1和第二pmos管q2；所述第一pmos管q1的漏极为控制开关的输入端，所述第一pmos管q1的源极分别与第二pmos管q2的源极和电阻r2一端电连接，所述第二pmos管q2的漏极为控制开关的输出端；
13.所述控制开关驱动单元包括三极管q3、电阻r1和电容c3；三极管q3的集电极为控制开关驱动单元的输出端，分别与第一pmos管q1的栅极、第二pmos管q2的栅极和电阻r2另一端电连接；三极管q3的基极分别与电阻r1一端和电容c3一端电连接，电阻r1另一端为控制开关驱动单元的输入端；电容c3另一端和三极管q3的发射极接地。
14.作为进一步的技术方案，本发明还包括放电单元，所述fpga主控单元通过所述放电单元与功率电阻一端电连接；所述放电单元包括三极管q7、nmos管q8、电阻r3、电阻r4和电阻r5；电阻r5一端与功率电阻一端电连接，电阻r5另一端分别与电阻r4一端和nmos管q8的漏极电连接，电阻r4另一端分别与三极管q7的集电极和nmos管q8的栅极电连接，三极管q7的基极与电阻r3一端电连接，电阻r3另一端与所述fpga主控单元电连接，三极管q7的发射极和nmos管q8的源极均接地。
15.作为进一步的技术方案，所述dc-dc转换单元包括型号为sc8721的dc-dc转换芯片。
16.作为进一步的技术方案，所述充电接口为type-c接口，所述协议检测单元包括cc快充协议检测单元和dp/dm快充协议检测单元；
17.所述cc快充协议检测单元包括至少两个第一比较单元、第一使能开关k11、第一使能开关k12、上拉电阻和收发切换开关；
18.所述第一比较单元的第一输入端通过所述第一使能开关k11与所述type-c接口的cc端电连接，所述第一使能开关k11的使能端通过所述电平转换单元与所述fpga主控单元电连接；所述type-c接口的cc端通过第一使能开关k12与所述上拉电阻一端电连接，所述上拉电阻另一端与3.3v电源电连接，所述第二使能开关k12的使能端通过所述电平转换单元与所述fpga主控单元电连接；所述type-c接口的cc端还与收发切换开关电连接，所述收发切换开关的控制端与所述fpga主控单元电连接；所述第一比较单元的第二输入端输入基准电压，所述第一比较单元的输出端通过所述电平转换单元与所述fpga主控单元电连接；
19.所述dp/dm快充协议检测单元包括八个第二比较单元、第二使能开关k21、第二使能开关k22、第二使能开关k23、第二使能开关k24、第二使能开关k25和nmos管q20；
20.四个第二比较单元的第一输入端通过第二使能开关k21与所述type-c接口的dp端电连接，另外四个第二比较单元的第一输入端通过第二使能开关k22与所述type-c接口的dm端电连接，八个第二比较单元的第二输入端分别输入基准电压，八个第二比较单元的输出端通过所述电平转换单元与所述fpga主控单元电连接，第二切换开关k21的使能端和第二切换开关k22的使能端通过所述电平转换单元与所述fpga主控单元电连接；
21.所述type-c接口的dp端与nmos管q20的漏极电连接，所述type-c接口的dm端与nmos管q20的源极电连接，所述nmos管q20的栅极电连接有nmos管驱动电路，所述nmos管驱动电路的控制端与所述fpga主控单元电连接；
22.所述type-c接口的dp端与第二使能开关k23电连接，所述第二使能开关k23的输入端和使能端通过所述电平转换单元与所述fpga主控单元电连接；所述type-c接口的dp端通过第二使能开关k24与2.75v电源电连接，所述第二使能开关k24的使能端与所述fpga主控单元电连接；所述type-c接口的dp端与nmos管q201的漏极电连接，nmos管q201的源极通过电阻r13接地，nmos管q201的栅极分别和fpga主控单元和电阻r14一端电连接，电阻r14另一端接地；
23.所述type-c接口的dm端与第二使能开关k25电连接，第二使能开关k25的输入端和使能端通过所述电平转换单元与所述fpga主控单元电连接；所述type-c接口的dm端与nmos管q202的漏极电连接，nmos管q202的源极通过电阻r26接地，nmos管q202的栅极分别和fpga主控单元和电阻r28一端电连接，电阻r28另一端接地；所述type-c接口的dm端通过第二使能开关k26与1.2v电源电连接，第二使能开关k26的使能端与所述fpga主控单元电连接。
24.作为进一步的技术方案，本发明还包括pmu电源管理单元，所述pmu电源管理单元被配置于进行电源管理，包括提供参考电压。
25.本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：通过使用本发明能够在多协议充电芯片流片加工前对芯片内部的数字电路和模拟电路进行系统验证，来代替传统的仿真软件验证，能够更真实的发现芯片电路设计的缺陷，降低芯片流片加工的风险，减少设计流片迭代，节省研发投入和缩短研发周期。
26.另外软件开发人员可以基于本发明进行嵌入式软件的开发和调试，当芯片流片加工完后就可直接在芯片的测试板、评估板上进行软件测试和调试，进而进一步节省软件开发和系统调试的时间，使得芯片的测试到应用的周期进一步缩短。
附图说明
27.图1为实施例中的本发明的结构示意图；
28.图2为实施例中的控制开关和控制开关驱动单元的电路图；
29.图3为实施例中的放电单元的电路图；
30.图4为实施例中的dc-dc转换单元的电路图；
31.图5为实施例中的cc快充协议检测单元的电路图；
32.图6为实施例中的dp/dm快充协议检测单元的八个第二比较单元、电平转换单元、第二使能开关k21和第二使能开关k22的连接电路图；
33.图7为实施例中的dp/dm快充协议检测单元的剩余电路的电路图。
具体实施方式
34.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
35.如图1所示，多协议充电芯片的验证装置，包括fpga主控单元1、两个充电接口3、协议检测单元4、模数转换单元5、控制开关驱动单元7和放电单元8；
36.每个充电接口4分别电连接协议检测单元4和电源管理控制模块，协议检测单元4的检测信号输出端与fpga主控单元电连接；
37.以单个电源管理模块为例，单个电源管理控制模块包括控制开关61、功率电阻、差分放大单元62和dc-dc转换单元60；
38.控制开关61的输入端被配置于输入外部电压，fpga主控单元1与控制开关61的控制端电连接，向控制开关61的控制端输入控制其通断的控制信号；控制开关61的输出端与功率电阻r1一端电连接，功率电阻r1另一端与dc-dc转换单元60的输入端电连接，dc-dc转换单元60的输出端分别与模数转换单元5和充电接口3电连接；模数转换单元将dc-dc转换单元的输出电压转换为数字信号后通发送给fpga主控单元1；fpga主控单元1向dc-dc转换单元60的控制端输入调节信号，dc-dc转换单元60响应调节信号并改变输出电压大小；
39.另外功率电阻r1一端和功率电阻r1另一端分别与差分放大单元62的第一输入端和第二输入端电连接，差分放大单元62的输出端与模数转换单元5电连接，模数转换单元5将差分放大单元62的输出信号转换为数字信号后并通过电平转换单元2发送给fpga主控单元1。
40.在实际使用时，协议检测单元4通过检测充电接口3的充电端的电压来判断当前充电协议类型，并将充电结果发送给fpga主控单元1。fpga主控单元1基于检测到的充电协议类型调整电源管理控制模块输入到充电接口3的充电电压大小，具体为fpga主控单元1向dc-dc转换单元60发送调节信号，dc-dc转换单元60响应调节信号并改变输入到充电接口3的电压大小。
41.在实际使用时，多协议充电芯片与充电接口3电连接，通过根据检测到的充电协议可以使充电接口3输出不同规格的电压，进而实现多协议充电芯片的模拟电路验证。
42.参照图4，本实施例中，dc-dc转换单元60包括型号为sc8721的dc-dc转换芯片。dc-dc转换芯片4号引脚、5号引脚和6号引脚与fpga主控单元电连接，dc-dc转换芯片的1号引脚与充电接口电连接。
43.在实际使用时，通过差分放大单元62对功率电阻r1两端的电压差进行检测，模数转换单元5将差分放大单元5的输出信号转换为数字信号后发送给fpga主控单元1，可以让fpga主控单元1知道当前充电电流，并在充电电流异常即出现过流或者欠流时，可以让控制开关61断开，从而实现充电电流保护；另外通过模数转换单元5对dc-dc转换单元60的输出电压进行模数转换，并将转换后的数字信号后发送给fpga主控单元1，可以让fpga主控单元1知道当前充电电压大小，并在充电电压异常即出现过压或者欠压时，可以让控制开关61断开，从而实现充电电压保护。
44.在实际使用时，如果fpga主控单元1与模数转换单元5、协议检测单元4或者等于外围电路的信号处理标准不一样，则需要进行电平转换才确保验证装置的正常工作。例如如果fpga主控单元1的io口输出的信号为2.5v电平信号，而协议检测单元4的电平信号为1.2v或者3.3v，因此需要通过电平转换单元2来实现fpga主控单元与协议检测单元4等外围电路的信号匹配转换，从而确保验证装置的正常工作。由于本实施例中的fpga主控单元1采用型号为xc7a200t-2fbg676c的芯片，该芯片的io口的电平信号为2.5v，与图5、图6和图7所示的协议检测单元4的电平规格不一样，需要使用电平转换单元2来保证fpga主控单元1与协议检测单元4正常工作。
45.作为进一步的技术方案，本发明还包括控制开关驱动单元7和放电单元8，fpga主控单元1与控制开关驱动单元7的输入端和放电单元8电连接，控制开关驱动单元7的输出端与控制开关61的控制端电连接，放电单元8与功率电阻一端电连接。
46.具体地，参照图2，本实施例中，控制开关61包括第一pmos管q1和第二pmos管q2；第一pmos管q1的漏极为控制开关61的输端，第一pmos管q1的源极分别与第二pmos管q2的源极和电阻r2一端电连接，第二pmos管q2的漏极为控制开关61的输出端；
47.控制开关驱动单元7包括三极管q3、电阻r1和电容c3；三极管q3的集电极为控制开关驱动单元7的输出端，分别与第一pmos管q1的栅极、第二pmos管q2的栅极和电阻r2另一端电连接；三极管q3的基极分别与电阻r1一端和电容c3一端电连接，电阻r1另一端为控制开关驱动单元7的输入端；电容c3另一端和三极管q3的发射极接地。
48.在实际使用时，当三极管q3导通，则第一pmos管q1和第二pmos管q2导通，控制开关61导通。当三极管q3关断，则第一pmos管q1和第二pmos管q2关断，控制开关61关断。
49.参照图3，放电单元8包括三极管q7、nmos管q8、电阻r3、电阻r4和电阻r5；电阻r5一端与功率电阻一端电连接，电阻r5另一端分别与电阻r4一端和nmos管q8的漏极电连接，电阻r4另一端分别与三极管q7的集电极和nmos管q8的栅极电连接，三极管q7的基极与电阻r3一端电连接，电阻r3另一端与fpga主控单元电连接，三极管q7的发射极和nmos管q8的源极均接地。
50.在实际使用时，当三极管q7导通时，nmos管q8导通，此时功率电阻通过nmos管q8进行放电。
51.本实施例中，充电接口3为type-c接口，协议检测单元4包括cc快充协议检测单元和dp/dm快充协议检测单元；
52.cc快充协议检测单元的电路如图5所示，从图5中可以得到，cc快充协议检测单元包括至少两个第一比较单元、第一使能开关k11、第一使能开关k12、上拉电阻和收发切换开关，其中芯片u7为包括两路比较单元的运放芯片；
53.第一比较单元的第一输入端即芯片u7的3号引脚和5号引脚通过第一使能开关k11与type-c接口的cc端电连接，第一使能开关k11的使能端即其4号引脚通过电平转换单元2与fpga主控单元1电连接；type-c接口的cc端通过第一使能开关k12与上拉电阻一端电连接，上拉电阻另一端与3.3v电源电连接，上拉电阻包括电阻r15、电阻r16和电阻r14，第二使能开关k12的使能端通过电平转换单元2与fpga主控单元1电连接；type-c接口的cc端还与收发切换开关k3电连接，收发切换开关k3的控制端与fpga主控单元1电连接；第一比较单元的第二输入端输入基准电压，第一比较单元的输出端通过电平转换单元2与fpga主控单元1电连接；本实施例中，输入到第一比较单元的第二输入端的基准电压是可调的，其中1.8v电源通过电阻r19和电阻r18接地，电阻r18为滑动变阻器，滑动变阻器的滑动端与第一比较单元的第二输入端电连接，通过改变滑动变阻器的阻值可以调节输入到第一比较单元的第二输入端的基准电压的大小；在实际使用时，通过向两个第一比较单元的第二输入端提供不同大小的基准电压，可以实现不同快充协议的检测。
54.如图6和图7所示，dp/dm快充协议检测单元包括八个第二比较单元、第二使能开关k21、第二使能开关k22、第二使能开关k23、第二使能开关k24、第二使能开关k25和nmos管q20；八个第二比较单元由比较芯片u20、比较芯片u21、比较芯片u11和比较芯片u12实现，比
较芯片u20、比较芯片u21、比较芯片u11和比较芯片u12都包括两个比较单元；
55.参照图6，四个第二比较单元的第一输入端即芯片u20的3号引脚和5号引脚、芯片u21的3号引脚和5号引脚通过第二使能开关k21与type-c接口的dp端电连接，另外四个第二比较单元的第一输入端即u11的3号引脚和5号引脚、芯片u12的3号引脚和5号引脚通过第二使能开关k22与type-c接口的dm端电连接，八个第二比较单元的第二输入端即u20的2号引脚和6号引脚、芯片u21的2号引脚和6号引脚、u11的2号引脚和6号引脚、芯片u12的2号引脚和6号引脚分别输入基准电压，该基准电压同样可调；八个第二比较单元的输出端u20的1号引脚和7号引脚、芯片u21的1号引脚和7号引脚、u11的1号引脚和7号引脚、芯片u12的1号引脚和7号引脚即通过电平转换单元2与fpga主控单元电连接，第二切换开关k21的使能端和第二切换开关k22的使能端通过电平转换单元2与fpga主控单元1电连接；
56.参照图7，type-c接口的dp端与nmos管q20的漏极电连接，type-c接口的dm端与nmos管q20的源极电连接，nmos管q20的栅极电连接有nmos管驱动电路40，nmos管驱动电路40的控制端与fpga主控单元1电连接；
57.type-c接口的dp端与第二使能开关k23电连接，第二使能开关k23的输入端和使能端通过电平转换单元2与fpga主控单元1电连接；type-c接口的dp端通过第二使能开关k24与2.75v电源电连接，第二使能开关k24的使能端与fpga主控单元1电连接；type-c接口的dp端与nmos管q201的漏极电连接，nmos管q201的源极通过电阻r13接地，nmos管q201的栅极分别和fpga主控单元和电阻r14一端电连接，电阻r14另一端接地；
58.type-c接口的dm端与第二使能开关k25电连接，第二使能开关k25的输入端和使能端通过电平转换单元2与fpga主控单元1电连接；type-c接口的dm端与nmos管q202的漏极电连接，nmos管q202的源极通过电阻r26接地，nmos管q202的栅极分别和fpga主控单元和电阻r28一端电连接，电阻r28另一端接地；type-c接口的dm端通过第二使能开关k26与1.2v电源电连接，第二使能开关k26的使能端与fpga主控单元1电连接。
59.在实际使用时，当充电协议不同时，输入到第二比较单元的第一输入端的电压也存在差异，通过向八个第二比较单元的第二输入端提供不同的基准电压以及根据八个第二比较单元的输出信号可以实现不同快充协议的检测。
60.需要注意的是，在图2-图6所示的电路中，标记为fpga io的电气节点实际与fpga主控单元的io接口电连接。
61.作为进一步的技术方案，本发明还包括pmu电源管理单元，pmu电源管理单元被配置于进行电源管理，包括提供参考电压。在实际使用时，外部电压输入到pmu电源管理单元，pmu电源管理单元提供不同规格的参考电压，例如1.2v直流电压、1.8v直流电压、2.5v直流电压、2.75v直流电压、3.3v直流电压、-3.3v直流电压。
62.在实际使用时，通过fpga主控单元1可以对多协议充电芯片的数字电路部分进行系统验证、通过电平转换单元2、充电接口3、协议检测单元4、模数转换单元5、电源管理控制模块、控制开关驱动单元7和放电单元8对多协议充电芯片的模拟电路进行系统验，来代替传统的仿真软件验证，能够更真实的发现芯片电路设计的缺陷，降低芯片流片加工的风险，减少设计流片迭代，节省研发投入和缩短研发周期。
63.另外软件开发人员可以基于本发明进行嵌入式软件的开发和调试，当芯片流片加工完后就可直接在芯片的测试板、评估板上进行软件测试和调试，进而进一步节省软件开
发和系统调试的时间，使得芯片的测试到应用的周期进一步缩短。
64.上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。