具有升压能力的组合电力供应器及输入/输出系统.pdf

本发明揭示一种用于电子装置的组合电力及输入/输出系统，其包含：主机系统；目标系统，其经由组合电力及I/O线可操作地耦合到所述主机系统；及所述目标系统中的电力升压电路，其用于启用较高电压目标装置。

权利要求书
1.  一种组合电力及输入/输出系统，其包括：
主机系统；
目标系统，其经由组合电力及I/O线可操作地耦合到所述主机系统；以及
所述目标系统中的电力升压电路，其用于启用较高电压目标装置。

2.  根据权利要求1所述的组合电力及输入/输出系统，其中所述电力升压电路包括插 置于所述主机系统与所述组合电力及I/O上的电力供应电容器之间的电感器及二极 管。

3.  根据权利要求2所述的组合电力及输入/输出系统，其进一步包括切换系统，所述 切换系统可与所述电力升压电路协作操作以在通信期间对所述电力供应电容器进 行充电及放电。

4.  根据权利要求3所述的组合电力及输入/输出系统，其中最大通信波特率与所述电 力升压电路的接通周期同步。

5.  根据权利要求3所述的组合电力及输入/输出系统，其进一步包括所述电力升压电 路的软件超驰控制。

6.  根据权利要求3所述的组合电力及输入/输出系统，其中在输入阶段期间，在数据 位的上升边沿之后的预定周期内断言所述电力升压电路。

7.  根据权利要求3所述的组合电力及输入/输出系统，其中在输出阶段期间，在数据 位的整个高部分内断言所述电力升压电路。

8.  一种用于在单个线上提供电力及I/O的方法，其包括：
在第一模式中驱动组合I/O电力线以为电力供应电容器充电；
在第二模式中在通过所述组合I/O电力线进行的通信期间交替地连接及断开连接 电力升压电路以对所述电力供应电容器进行充电及放电。

9.  根据权利要求8所述的用于在单个线上提供电力及I/O的方法，其中在数据输入期 间，响应于数据位的上升边沿而断言所述电力升压电路以便为所述电力供应电容器 充电。

10.  根据权利要求8所述的用于在单个线上提供电力及I/O的方法，其中在数据输出期 间，在数据位的整个高部分内断言所述电力升压电路。

11.  根据权利要求8所述的用于在单个线上提供电力及I/O的方法，其进一步包括在高 电流活动期间利用所述电力升压电路的软件控制提供电力。

12.  一种电子装置，其包括：
主机系统；
目标系统，其经由组合电力I/O线可操作地耦合到所述主机系统；
其中所述目标系统包含电力升压电路及切换系统，所述电力升压电路及所述切换 系统协作以允许所述主机系统在第一模式中经由所述组合电力I/O线为所述目标系 统上的电力供应电容器充电，及在第二模式中在经由所述组合电力I/O线进行的通 信期间交替地对所述电力供应电容器进行充电及放电，其中所述交替地充电及放电 与所述通信同步。

13.  根据权利要求12所述的电子装置，其中所述切换系统包括三态装置。

14.  根据权利要求12所述的电子装置，其中所述切换系统包括切换晶体管。

15.  根据权利要求12所述的电子装置，其中在所述第二模式的数据输入期间，响应于 数据位的上升边沿而断言所述电力升压电路以便为所述电力供应电容器充电。

16.  根据权利要求12所述的电子装置，其中在所述第二模式的数据输出期间，在数据 位的整个高部分内断言所述电力升压电路。

17.  根据权利要求12所述的电子装置，其进一步包括所述电力升压电路的软件输入以 在高电流活动期间提供电力。

说明书具有升压能力的组合电力供应器及输入/输出系统
技术领域
本发明涉及用于电子装置的电力及通信连接。明确地说，本发明涉及具有组合电力 及输入/输出线的源电压升压。
背景技术
在移动装置(例如，蜂窝式电话及黑莓手机)领域中，小的外观尺寸是日益重要的设 计考虑事项。此类装置通常包含具有电力线及输入/输出线的电池组。然而，在一些实例 中，电池组的小外观尺寸使得其难以提供足够引脚以用于通信。
因此，已知在集成电路或其它装置上提供组合电力及输入/输出引脚或多个引脚。此 类解决方案通常包含二极管及电容器或电阻器及电容器以提取电力且为装置存储电力。
然而，已证明二极管-电容器解决方案在低电压系统中是不利的。更明确地说，在此 类系统中，二极管压降可能是无法克服的。
电阻器-电容器解决方案归因于波特率及功率消耗争用而为不利的。即，低功率消耗 需要大电阻器，所述大电阻器需要增加功率消耗的较长接通时间及较低波特率。
此外，在电压极低的组合电力及通信应用中，可能不存在足够的Vdd以允许进行其 它操作，例如自写入快闪存储器。
因而，需要一种允许额外操作的改善的组合低功率及输入/输出解决方案。
发明内容
一种用于电子装置的组合电力及输入/输出系统包含：主机系统；目标系统，其经由 组合电力及I/O线可操作地耦合到所述主机系统；及所述目标系统中的电力升压电路， 其用于启用较高电压目标装置。
一种用于在单个线上提供电力及I/O的方法包含：在第一模式中驱动组合I/O电力 线以为电力供应电容器充电；及在第二模式中在经由组合I/O电力线的通信期间交替地 连接及断开连接电力升压电路以对所述电力供应电容器进行充电及放电。
一种根据实施例的电子装置包含：主机系统；及目标系统，其经由组合电力I/O线 可操作地耦合到所述主机系统；其中所述目标系统包含电力升压电路及切换系统，所述 电力升压电路及所述切换系统协作以允许所述主机系统在第一模式中经由所述组合电 力I/O线为目标系统上的电力供应电容器充电，及在第二模式中在经由所述组合电力I/O 线的通信期间交替地对所述电力供应电容器进行充电及放电，其中所述交替地充电及放 电与所述通信同步。
对于所属领域的技术人员来说，在阅读及理解本文中参考下列图式描述的示范性实 施例后，本发明的额外目标及优点将变得显而易见。
附图说明
包含随附本说明书且形成本说明书的部分的图式以描绘本发明的某些方面。应注 意，图式中说明的特征未必按比例绘制。可通过参考结合附图进行的下列描述获取对本 发明及其优点的更完整理解，在附图中，相似参考数字指示相似特征且其中：
图1A及图1B是根据本发明的实施例的系统的框图。
图2A及图2B分别是说明图1A及图1B的电路系统的操作的时序图。
图3A到图3E说明根据本发明的实施例的示范性切换控制。
图4是说明本发明的实施例的电路图。
具体实施方式
参考附图中说明及以下描述中详述的示范性及因此非限制性实施例而更完全地解 释本发明及其各种特征及有利细节。可省略已知编程技术、计算机软件、硬件、操作平 台及协议的描述以免不必要地混淆本发明的细节。然而，应理解，虽然详细描述及特定 实例指示优选实施例，但其只作为说明而不是限制来给出。对于所属领域的技术人员来 说，基本发明概念的精神及/或范围内的各种取代、修改、添加及/或重新布置将根据本 发明而变得显而易见。
如本文中所使用，术语“包括(comprises、comprising)”、“包含(includes、including)”、 “具有(has、having)”或其任何其它变化希望涵盖非排它性包含。例如，包括元件列表的 过程、产品、物品或设备未必只限于所述元件，而是可包含未明确列出的其它元件或此 类过程、产品、物品或设备所固有的其它元件。此外，除非明确地陈述为相反情形，否 则“或”是指包含性或且并不是指排它性或。例如，以下条件中的任一者满足条件A或 B：A为真(或存在)且B为假(或不存在)、A为假(或不存在)且B为真(或存在)及A及B 两者均为真(或存在)。
此外，本文中给出的任何实例或说明不应被以任何方式视为对其所用于的任何一或 多个术语的约束、限制或表述定义。实情为，此类实例或说明应被视为关于特定实施例 而描述且应被视为仅为说明性的。所属领域的技术人员将了解，此类实例或说明所用于 的任何一或多个术语涵盖其它实施例以及实施方案及其适应(其可能或可能不与此类实 例或说明一起给出或在本说明书的其它处给出)且所有此类实施例希望包含在所述一或 多个术语的范围内。指明此类非限制性实例及说明的语言包含但不限于：“例如(for  example、for instance、e.g.)”、“在一个实施例中”等等。
现转向图式且特别关注图1A，图1A展示说明示范性组合电力供应器输入/输出系 统100的图。如将在下文更详细解释，实施例针对输入/输出引脚驱动使用固定接通时间， 此情形允许快速输出转变且最小化总线争用的影响。图2A说明图1A的电路的操作的 示范性时序图。
在所说明的实施例中，主机系统104与目标系统102通信。所述主机系统可包含源 134、发射器126、接收器128及开关130、132。例如，开关130、132可体现为切换晶 体管。主机系统104经由线122耦合到目标系统102。源134可为电流源或电压源。因 此，各图仅为示范性的。在操作中，开关130、132用以切换来自源134或发射器126 或接收器128的电流以用于驱动主机线122。在操作中，开关130、132用以切换来自源 134或发射器126或接收器128的电流以用于驱动主机线122。
明确地说，在第一或电源模式中，主机系统104使用源134将主机线122驱动为高 达几毫秒。如时间202a(图2A)处所见，此情形引起电压Vdd 208斜升且为目标系统102 给出足够的时间以通过存在于导通晶体管108中的寄生二极管供电。当Vdd电力供应电 容器106上存在充足电压时，导通晶体管108将变得有效且充电速率将增加，如208a 处所示。“或(OR)”门114的输出(整流器驱动115)在206a处跟随主机。
在经过一定时间之后，如206b处所示，目标装置102将断开连接导通晶体管108， 从而允许主机系统104在不使目标电源放电的情况下开始通信。
线122上的来自主机104的位流展示于202b处。在此通信模式输入阶段期间，目 标系统102将在来自主机122的每一上升边沿之后的短周期内断言导通晶体管108。即， 如209a到209e处所示，对应于导通晶体管108的断言，整流器驱动206c在短暂周期内 为高。
此情形为Vdd电容器106提供在每一数据位期间略微充电的机会，如(例如)208b处 所示。如可了解，最大波特率是通过导通晶体管108的接通周期来规定。
当主机104结束发射时，目标102有可能在输出阶段中通过在每一位期间将主机电 力线122拉低(如204a处所示)而与主机104通信(如在204处所展示)。当所述目标并未 将电力线122拉低时，其可在数据位的整个高部分期间断言导通晶体管108，即，经由 晶体管112的整流器驱动115。此同步是可能的，这是因为目标已知每一数据位的整个 持续时间。
此外，如上文所提及，可提供导通晶体管108的软件超驰控制以允许软件迫使电力 可用于高电流活动，例如写入到EEPROM。当主机/目标通信完成时，主机可停用电源 连接且目标Vdd将在208c处衰减直到目标断电为止。
使用导通晶体管的超驰控制以电力升压模式操作的示范性系统展示于图1B中，其 时序展示于图2B中。明确地说，系统100b一般类似于系统100，区别在于系统100b 包含升压控制111及升压电路135(其包含电感器136及二极管138)。在操作中，升压启 用线115b一般类似于整流器驱动线115而起作用，但提供驱动信号117到晶体管开关 112。在操作中，当晶体管开关112循环时(如图2B中的207处所示)，电容器106将从 电感器136得到充电，从而使Vdd升压。当晶体管开关112“闭合”时，Vdd电容器将 使经升压的电压放电。因此，图1B的实施例允许来自主机系统的可逐步升高到目标系 统上的可用Vdd的相对较低的输入电压。
导通晶体管电路的若干实施例说明于图3A到图3E中。在每一种情况下，主机122 经由导通晶体管108提供电力以为电压Vdd 124充电。取决于实施例，其可为开关控制 302(图3A)、三态304(图3B)、晶体管306或其组合308、310。
包含根据本发明的实施例的升压电路的组合电力供应器输入/输出系统更详细地说 明于图4中。在所说明的实施例中，微控制器(MCU)408充当主机系统且经由I/O端口 404耦合到目标系统400。目标系统400包含导通晶体管434及切换系统470以及输入 系统460。
电力供应电容器440经由端口402耦合到目标系统400及导通晶体管434。I/O线 439将I/O端口404耦合到RX 412及TX 414I/O且经由导通晶体管434耦合到电力供 应电容器440。MCU 408提供主机系统I/O及电流源(图中未展示)以按类似于上文所讨 论的方式的方式为电力供应电容器充电。
在操作中，切换系统470及导通晶体管434协作以允许进行I/O操作及电力供应操 作。切换系统470包含“与(AND)”门436及弱FET 437及FET 438。“与”门436的一 个输入是通过输入系统460的多路复用器426提供，而另一输入是来自“强驱动启用”。
输入系统460包含“或”门432，其可接收“休眠”及“重置”输入以及来自多路 复用器430的输入。“休眠”及“重置”输入通过在这些条件期间启用晶体管437而允 许电容器以全速充电。当装置唤醒时，晶体管437的有效控制可恢复执行。
输入系统460包含共同TX/RX线410/412，其使得所接收或发射的数据能够控制导 通晶体管434。当线电力线并非低时，此连接允许电容器440被尽可能快地再充电。输 入系统460包含多路复用器416，其允许使用多个外围装置或软件来控制整个系统。将 为合适的其它可能的外围装置包含PWM或曼切斯特(Manchester)编码器。
多路复用器416的输出是分别经由线423及422作为输入提供到多路复用器430、 426。此外，多路复用器416的输出分别经由线426、426作为到多路复用器430、426 的其它输入提供到单发器419、429。脉冲定时器420控制单发器419、429的操作。使 用短驱动高及短驱动低信号选择到多路复用器的输入。
此情形提供以下选项：使用短脉冲控制导通晶体管434以为电容器440再充电或使 用连续脉冲控制导通晶体管434以使电容器440放电。对于高速信号低电流应用，很可 能更适当的是以短固定脉冲控制导通晶体管434且通过使晶体管434及主机两者同时将 晶体管拉低为有效来防止使电容器440放电的可能性。对于低速高电流应用，此风险得 以最小化且可能更适当的是允许较长充电时间。此外，脉冲定时器420可用于以时钟信 号FOSC的倍数对再充电脉冲的持续时间进行编程。
如上文所提及，在一些实例中，来自主机408的供应电压可低于所要操作电压。在 此情况下，升压电力供应器450可用以超驰控制导通晶体管434。可由电感器480及内 部升压电力供应晶体管482来构造升压电力供应器450。
此升压供应器可通过使用由“与”门488同步控制的额外整流晶体管484而为同步 的，或此升压供应器可通过使用二极管代替整流晶体管(在此情况下，将不需要“与”门 488)而为异步的。一些实施方案可能需要额外端口492、490。在一些实施例中，如果不 需要电力升压，那么可将端口490、402连接在一起。
在所说明的实施例中，电路进一步包含“与”门488，其用作升压控制111(图1B)。 所述电路从软件接收主要基于Vdd及电容器440上的电压的“升压(BOOST)”信号作为 输入。其它参数也可能影响升压控制信号，例如，当前由目标系统执行的功能(例如， EEPROM写入或甚至正常操作)。在图4中，经升压的Vdd电压现在位于引脚492上。 可提供电容器494以对经升压Vdd供应器上的噪声进行滤波。
虽然以上说明书描述特定实施例，但所属领域的技术人员参考此描述将显而易见且 可作出本文中所揭示的实施例及额外实施例的细节的众多改变。在此上下文中，应以说 明性而不是限制性意义来理解说明书及图，且所有此类修改希望包含在本发明的范围 内。因此，本发明的范围应通过随附权利要求书及其法定等效物来确定。