(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）電力とデータシグナリングとをＵＳＢホスト回路とインタフェースするための集積回路であって、
正のバス電圧を提供するために、ホスト回路基板上のＵＳＢコネクタのＵＳＢバス電圧端子に前記ホスト回路基板の第１の電力接続で電気的に結合する第１の電力端子であって、前記ホスト回路基板が電源を含む、前記第１の電力端子と、
前記ＵＳＢコネクタのＵＳＢ接地端子に前記ホスト回路基板の第２の電力接続で電気的に結合する第２の電力端子と、
前記ＵＳＢコネクタの第１のＵＳＢデータ端子に前記ホスト回路基板の第１のデータ接続で電気的に結合する第１のデータ端子と、
前記第１のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記第１の電力端子に電気的に接続されるカソードとを含む第１のダイオードと、
を含む、集積回路。
【請求項２】
請求項１に記載の集積回路であって、
前記ＵＳＢコネクタの第２のＵＳＢデータに前記ホスト回路基板の第２のデータ接続で電気的に結合する第２のデータ端子と、
前記第２のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記第１の電力端子に電気的に接続されるカソードとを含む第２のダイオードと、
を更に含む、集積回路。
【請求項３】
請求項２に記載の集積回路であって、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと前記第１のデータ端子に電気的に接続されるカソードとを含む第３のダイオードと、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと前記第２のデータ端子に電気的に接続されるカソードとを含む第４のダイオードと、
を更に含む、集積回路。
【請求項４】
請求項３に記載の集積回路であって、
前記第１の電力端子と電力入力端子との間に結合されるスイッチングデバイスを含む充電制御回路であって、前記正のバス電圧で前記第１の電力端子に供給される充電電流を制御する、前記充電制御回路を更に含む、集積回路。
【請求項５】
請求項１に記載の集積回路であって、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと前記第１のデータ端子に電気的に接続されるカソードとを含む第３のダイオードを更に含む、集積回路。
【請求項６】
請求項５に記載の集積回路であって、
前記第１の電力端子と電力入力端子との間に結合されるスイッチングデバイスを含む充電制御回路であって、前記正のバス電圧で前記第１の電力端子に供給される充電電流を制御する、前記充電制御回路を更に含む、集積回路。
【請求項７】
請求項５に記載の集積回路であって、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと、カソードとを含むツェナーダイオードと
前記第１のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記ツェナーダイオードの前記カソードに電気的に接続されるカソードとを含む第５のダイオードと
を更に含む、集積回路。
【請求項８】
請求項１に記載の集積回路であって、
前記第１の電力端子と電力入力端子との間に結合されるスイッチングデバイスを含む充電制御回路であって、前記正のバス電圧で前記第１の電力端子に供給される充電電流を制御する、前記充電制御回路を更に含む、集積回路。
【請求項９】
請求項２に記載の集積回路であって、
前記ホスト回路基板の前記ＵＳＢホスト回路に電気的に接続する第１のデータ出力端子であって、前記第１のデータ端子と電気的に接続される、前記第１のデータ出力端子と、
前記ホスト回路基板の前記ＵＳＢホスト回路に電気的に接続する第２のデータ出力端子であって、前記第２のデータ端子と電気的に接続される、前記第２のデータ出力端子と、
を更に含む、集積回路。
【請求項１０】
ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）電力とデータシグナリングとをＵＳＢホスト回路とインタフェースするための集積回路であって、
正のバス電圧を提供するために、ホスト回路基板上のＵＳＢコネクタのＵＳＢバス電圧端子に前記ホスト回路基板の第１の電力接続で電気的に結合する第１の電力端子と、
前記ＵＳＢコネクタのＵＳＢ接地端子に前記ホスト回路基板の第２の電力接続で電気的に結合する第２の電力端子と、
前記ＵＳＢコネクタの第１のＵＳＢデータ端子に前記ホスト回路基板の第１のデータ接続で電気的に結合する第１のデータ端子と、
前記第１のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記第１の電力端子に電気的に接続されるカソードとを含む第１のダイオードと、
前記ＵＳＢコネクタの第２のＵＳＢデータに前記ホスト回路基板の第２のデータ接続で電気的に結合する第２のデータ端子と、
前記第２のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記第１の電力端子に電気的に接続されるカソードとを含む第２のダイオードと、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと前記第１のデータ端子に電気的に接続されるカソードとを含む第３のダイオードと、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと前記第２のデータ端子に電気的に接続されるカソードとを含む第４のダイオードと、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと、カソードとを含むツェナーダイオードと、
前記第１のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記ツェナーダイオードの前記カソードに電気的に接続されるカソードとを含む第５のダイオードと、
前記第２のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記ツェナーダイオードの前記カソードに電気的に接続されるカソードとを含む第６のダイオードと、
を含む、集積回路。
【請求項１１】
回路基板アッセンブリであって、
ホスト回路基板と、
前記ホスト回路基板に搭載されるＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）コネクタであって、
前記ホスト回路基板の第１の電力接続に電気的に接続されるＵＳＢバス電圧端子と、
前記ホスト回路基板の第２の電力接続に電気的に接続されるＵＳＢ接地端子と、
前記ホスト回路基板の第１のデータ接続に電気的に接続される第１のＵＳＢデータ端子と、
を含む、前記ＵＳＢコネクタと、
前記第１の電力接続と前記第２の電力接続との間に電気的に接続されるバス静電容量と、
ＵＳＢ電力とデータシグナリングとをＵＳＢホスト回路とインタフェースするための集積回路であって、
正のバス電圧を提供するために前記第１の電力接続と電気的に結合される第１の電力端子と、
前記第２の電力接続と電気的に結合される第２の電力端子と、
前記第１のデータ接続と電気的に結合される第１のデータ端子と、
前記第１のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記第１の電力端子に電気的に接続されるカソードとを含む第１のダイオードであって、前記第１のデータ端子から前記第１の電力端子を介して前記バス静電容量に過渡電流を導く、前記第１のダイオードと、
を含む、前記集積回路と、
を含む、回路基板アッセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の回路基板アッセンブリであって、
前記ＵＳＢコネクタが、前記ホスト回路基板の第２のデータ接続に電気的に接続される第２のＵＳＢデータ端子を更に含み、
前記集積回路が、
前記第２のデータ接続と電気的に結合される第２のデータ端子と、
前記第２のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記第１の電力端子に電気的に接続されるカソードとを含む第２のダイオードと、
を更に含む、回路基板アッセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回路基板アッセンブリであって、
前記集積回路が、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと前記第１のデータ端子に電気的に接続されるカソードとを含む第３のダイオードと、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと前記第２のデータ端子に電気的に接続されるカソードとを含む第４のダイオードと、
を更に含む、回路基板アッセンブリ。
【請求項１４】
請求項１１に記載の回路基板アッセンブリであって、
前記集積回路が、前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと前記第１のデータ端子に電気的に接続されるカソードとを含む第３のダイオードを更に含む、回路基板アッセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の回路基板アッセンブリであって、
前記集積回路が、前記第１の電力端子と前記集積回路の電力入力端子との間に結合されるスイッチングデバイスを含む充電制御回路であって、前記正のバス電圧で前記第１の電力端子に供給される充電電流を制御する、前記充電制御回路を更に含む、回路基板アッセンブリ。
【請求項１６】
請求項１４に記載の回路基板アッセンブリであって、
前記集積回路が、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと、カソードとを含むツェナーダイオードと、
前記第１のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記ツェナーダイオードの前記カソードに電気的に接続されるカソードとを含む第５のダイオードと、
を更に含む、回路基板アッセンブリ。
【請求項１７】
請求項１１に記載の回路基板アッセンブリであって、
前記集積回路が、前記第１の電力端子と前記集積回路の電力入力端子との間に結合されるスイッチングデバイスを含む充電制御回路であって、前記正のバス電圧で前記第１の電力端子に供給される充電電流を制御する、前記充電制御回路を更に含む、回路基板アッセンブリ。
【請求項１８】
請求項１２に記載の回路基板アッセンブリであって、
前記集積回路が、
前記ホスト回路基板の前記ＵＳＢホスト回路に電気的に接続する第１のデータ出力端子であって、前記第１のデータ端子と電気的に接続される、前記第１のデータ出力端子と、
前記ホスト回路基板の前記ＵＳＢホスト回路に電気的に接続する第２のデータ出力端子であって、前記第２のデータ端子と電気的に接続される、前記第２のデータ出力端子と、
を更に含む、回路基板アッセンブリ。
【請求項１９】
回路基板アッセンブリであって、
ホスト回路基板と、
前記ホスト回路基板に搭載されるＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）コネクタであって、
前記ホスト回路基板の第１の電力接続に電気的に接続されるＵＳＢバス電圧端子と、
前記ホスト回路基板の第２の電力接続に電気的に接続されるＵＳＢ接地端子と、
前記ホスト回路基板の第１のデータ接続に電気的に接続される第１のＵＳＢデータ端子と、
前記ホスト回路基板の第２のデータ接続に電気的に接続される第２のＵＳＢデータ端子と、
を含む、前記ＵＳＢコネクタと、
前記第１の電力接続と前記第２の電力接続との間に電気的に接続されるバス静電容量と、
ＵＳＢ電力とデータシグナリングとをＵＳＢホスト回路とインタフェースするための集積回路であって、
正のバス電圧を提供するために前記第１の電力接続と電気的に結合される第１の電力端子と、
前記第２の電力接続と電気的に結合される第２の電力端子と、
前記第１のデータ接続と電気的に結合される第１のデータ端子と、
前記第１のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記第１の電力端子に電気的に接続されるカソードとを含み、前記第１のデータ端子から前記第１の電力端子を介して前記バス静電容量に過渡電流を導く第１のダイオードと、
前記第２のデータ接続と電気的に結合される第２のデータ端子と、
前記第２のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記第１の電力端子に電気的に接続されるカソードとを含む第２のダイオードと、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと前記第１のデータ端子に電気的に接続されるカソードとを含む第３のダイオードと、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと前記第２のデータ端子に電気的に接続されるカソードとを含む第４のダイオードと、
前記第２の電力端子に電気的に接続されるアノードと、カソードとを含むツェナーダイオードと、
前記第１のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記ツェナーダイオードの前記カソードに電気的に接続されるカソードとを含む第５のダイオードと、
前記第２のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記ツェナーダイオードの前記カソードに電気的に接続されるカソードとを含む第６のダイオードと、
を含む、前記集積回路と、
を含む、回路基板アッセンブリ。
【請求項２０】
ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）充電ポートコントローラ集積回路であって、
ホスト回路基板の第１の電力接続を介して正のＵＳＢバス電圧ノードに電気的結合するための第１の電力端子と、
前記ホスト回路基板の第２の電力接続を介してＵＳＢ接地ノードに電気的結合するための第２の電力端子と、
前記ホスト回路基板の第１のデータ接続を介して第１のＵＳＢデータノードに電気的結合するための第１のデータ端子と、
前記ホスト回路基板のＵＳＢホスト回路と電気的結合するため前記第１のデータ端子と電気的に結合される第１のデータ出力端子と、
前記ホスト回路基板の第２のデータ接続を介して第２のＵＳＢデータノードに電気的結合するための第２のデータ端子と、
前記ＵＳＢホスト回路と電気的接続するため前記第２のデータ端子と電気的に結合される第２のデータ出力端子と、
関連する電力供給から電力を受け取るための電力入力端子と、
前記第１の電力端子と前記電力入力端子との間に結合されるスイッチングデバイスを含む充電制御回路であって、正のバス電圧で前記ＵＳＢバス電圧ノードに供給される充電電流を制御する、前記充電制御回路と、
前記第１のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記第１の電力端子に電気的に接続されるカソードとを含む第１のダイオードであって、前記第１のデータ端子から前記第１の電力端子を介して前記第１の電力端子と前記第２の電力端子との間に電気的に結合される静電容量に過渡電流を導く、前記第１のダイオードと、
前記第２のデータ端子に電気的に接続されるアノードと前記第１の電力端子に電気的に接続されるカソードとを含む第２のダイオードであって、前記第２のデータ端子から前記第１の電力端子を介して前記静電容量に過渡電流を導く、前記第２のダイオードと、
を含む、ＵＳＢ充電ポートコントローラ集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）制御回路要素、及びそのための静電放電（ＥＳＤ）保護装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＳＢポートは、デスクトップコンピュータ、車両ダッシュボードコンソール、及びその他のホストデバイスだけでなく、ラップトップコンピュータ、タブレット、携帯電話、ｅリーダー、ＭＰ３プレーヤーなどのバッテリー電力供給ポータブルデバイスを含む種々の電子デバイスにおいて見られる。ＵＳＢポートは、デバイス間のシリアル通信接続だけでなく、バッテリー電力供給周辺デバイスを充電するため及びそういったデバイスを動作させるための電力伝送を提供するために、標準化されたＵＳＢケーブルを介してアクセス可能である。また、種々のポータブルデバイスを充電するための複数のＵＳＢポートを有する専用の充電デバイスが利用可能であり、こういったデバイスには、或る周辺デバイスを高速充電するための回路要素が含まれ得る。ＵＳＢ互換システムは、典型的に、電力回路及びホストプロセッサなどのホストシステム回路要素へのＵＳＢデータ及び電力接続をインタフェースするために内部回路基板に搭載されるインタフェースチップを含む。電子デバイスは、典型的に、過渡ＥＳＤ電流を安全に導通させる能力を確認するため、ＥＳＤテスト規格の準拠についてテストされる。或る人体モデル（ＨＢＭ）テストは、２ｋＶで約１．３Ａの電流の導通に関与し、より厳密な規格は一層高い過渡電流の導通を必要とする。例えば、８ｋＶのＩＥＣ６１０００−４−２コンタクト放電及びＩＳＯ  １０６０５規格は、３０Ａ又は３０Ａ近辺の過渡電流に対する保護を検証する。
【０００３】
ＵＳＢコネクタ及びインタフェース回路要素を有する多くの回路基板は、適用し得る規格との準拠のために回路基板に搭載される、専用のＥＳＤ保護集積回路（ＩＣ）又はディスクリートＥＳＤ保護回路構成要素を含む。しかしながら、ＵＳＢデータラインでは、多くの従来のＥＳＤ保護回路は実現可能又は所望ではない。例えば、正及び負のＵＳＢデータライン（ＤＰ及びＤＭ、Ｄ＋及びＤ−と示されることもある）上の高速データオペレーションは、データライン上の最小抵抗及び浮遊容量を必要とし、そのため、抵抗性又は容量性クランピングタイプのＥＳＤ保護回路要素が、ＵＳＢデータライン保護に適さなくなる。また、外部クランピングダイオードが、望ましくない浮遊容量をデータラインに付加し得る。
【０００４】
専用ＮＭＯＳベースの又はその他の能動ＥＳＤ回路など、ＥＳＤ事象に対する保護回路要素のために多くの異なる回路ソリューションが概して用いられているが、これらのソリューションは、集積回路ソリューションのダイエリア及びコストを著しく増大させる。また、専用ＥＳＤ  ＩＣ及び／又はその他のボードレベル回路要素が、貴重なボード面積を占有し、ＵＳＢデータラインに対してインピーダンスを過度に増大させ得る。例えば、ＵＳＢ  ＤＰ及びＤＭラインのための外部ＩＥＣ保護構成要素（即ち、オフチップＩＥＣダイオード）は、付加されるコスト及びシステムボード上の寄生容量のため、好ましくない。オンチップシステムレベルＥＳＤ構造を実装することの影響には、ＩＣダイエリアの著しい増大、及び総ＩＣコストの増大が含まれる。従って、従来のソリューションは、大抵、システムボード上に置かれる外部保護ダイオード又はクランピング回路を含み、ＥＳＤ電流は、外部ダイオードを介して接地に放電される。しかし、クランピング電圧は、通常、外部ＥＳＤ保護構造のために高く、従って、ＵＳＢデータピン上に望ましくない直列抵抗及び浮遊容量を付加することなく先進のＥＳＤ規格のための充分なＥＳＤ保護を提供することは、困難であるか又は不可能であり、このような外部保護ダイオードの利用は、総システムコスト及びサイズを増大させる。また、オンチップＥＳＤ構造の提供は、ＩＣダイ空間の著しい増大を必要とする。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の一つ又は複数の態様に従って、ＵＳＢインタフェース集積回路が提供され、これは、それぞれ正のＵＳＢバス電圧及びＵＳＢ接地のための第１及び第２の電力端子、並びに、ホスト回路基板の第１のデータ接続又はトレースを介するＵＳＢコネクタのデータ端子への接続のための第１のデータ端子を含む。ＵＳＢインタフェース集積回路はまた、ＵＳＢインタフェース集積回路において形成される第１のダイオードであって、第１のデータ端子に電気的に接続されるアノードと第１の電力端子に電気的に接続されるカソードとを有する、第１のダイオードを含む。幾つかの実施例において、ＵＳＢインタフェース集積回路において第２のダイオードが形成され、第２のダイオードは、第２のＩＣデータ端子に電気的に接続されるアノードと、第１の電力端子に電気的に接続されるカソードとを備える。ＵＳＢインタフェース集積回路の種々の実施例において、第３及び第４のダイオードが提供され、これらは、第２の又は接地電力端子に接続されるアノードを備え、それぞれの第１及び第２のデータ端子に接続されるアノードを独立して有する。他の実施例において、更なるダイオード接続が、データ端子の一方又は両方からクランピングツェナーダイオードまで提供される。
【０００６】
幾つかの応用例において、第１及び第２のダイオードは、ホスト回路基板上の接続される外部ＵＳＢバス静電容量における、ＥＳＤ及びその他の過渡電流エネルギーの放散を促進するために、過渡電流を、対応するデータ端子から第１の電力端子に導くための導通経路を提供する。本願において開示される実施例は、ポートコントローラ及びその他のＵＳＢインタフェースＩＣを充電するためＵＳＢデータライン動作性能に対する悪影響を低減しつつ、オンチップ集積されたＥＳＤ保護ソリューションの提供を促進し、ボードマウントＥＳＤ保護回路要素又は専用ＥＳＤ保護ＩＣの必要性を低減するか又は避けるために用いることができる。このようにして、空間及びコストは、ＵＳＢポート及び関連する回路要素を有する回路基板に対して低減され得る。また、本開示の概念は、以前のオンチップＥＳＤ保護回路よりも、低コストで及びより少ないダイエリアを用いて、ＵＳＢデータラインのためのＥＳＤ保護を備えるＵＳＢインタフェースＩＣを提供するために用いることができる。
【０００７】
下記の説明及び図面は、本開示の幾つかの例示の実装を詳細に記載し、これらは、本開示の種々の原理が実施され得る幾つかの方式を示すものである。しかしながら、図示される例は、本開示の多くのあり得る実施例を網羅するものではない。本開示の他の目的、利点、及び新規の特徴が、図面と関連して考慮される際に、下記詳細な説明において説明され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ＵＳＢポートと、ＵＳＢデータラインのための一体型ＥＳＤ保護ダイオードを備える関連する充電ポートコントローラＩＣとを備える、ホスト回路基板アッセンブリを図示する部分的概略の頂部平面図である。
【０００９】
【図２】ＩＣ  ＶＢＵＳ端子を介して、第１のＵＳＢデータ端子から、接続されるＵＳＢバス静電容量まで、過渡電流を導くための充電ポートコントローラＩＣの第１のＥＳＤ保護ダイオードのオペレーションを示す概略図である。
【００１０】
【図３】例示のＨＢＭ及びＩＥＣ  ６１０００−４−２放電電流曲線を図示するグラフである。
【００１１】
【図４】例示のＨＢＭ及びＩＳＯ  １０６０５放電電流曲線を図示するグラフである。
【００１２】
【図５】ＶＢＵＳ端子を介して第２のＵＳＢデータ端子からＵＳＢバス静電容量まで過渡電流を導くための充電ポートコントローラＩＣの第２のＥＳＤ保護ダイオードのオペレーションを示す概略図である
【００１３】
【図６】ＵＳＢデータラインのための一体型ＥＳＤ保護ダイオードを備えるＵＳＢ充電ポートコントローラＩＣを図示する底部平面図である。
【００１４】
【図７】ＵＳＢデータラインのための付加的なクランプされたＥＳＤ保護を提供するローサイドツェナーダイオードを備える、別のＵＳＢ充電ポートコントローラＩＣ実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
一つ又は複数の実施例又は実装を図面と関連してこれ以降に記載し、同様の参照番号は、全体を通して同様の要素を指すために用いられ、種々の特徴は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。
【００１６】
図１はシステム１００を図示し、システム１００は、ＵＳＢケーブル１１２を介して周辺デバイス１１０に接続されて示されるＵＳＢコネクタ１０８と共に、電力供給１０４及びＵＳＢホストコントローラ回路又はＩＣ  １０６を含むホスト印刷回路基板又はＰＣＢ  １０２を備える。充電ポートコントローラＩＣ  １２２は、本明細書において端子と称する種々の伝導性ピン又はパッドを含んで、ホストＰＣＢ  １０２上に提供され、端子は、任意の標準的な直接はんだ付け及び／又はソケット配置を用いて、対応するメッキされたスルーホール又は回路基板１０２の表面実装パッドに、はんだ付けされ得るか又はその他の方式で電気的に接続される。回路基板１０２は、接続された周辺デバイス１１０の電力及びデータラインを充電ポートコントローラＩＣ  １２２と電気的に接続するために、充電ポートコントローラＩＣ  １２２の対応する端子１２４、１２６、１２８、及び１３０とのＵＳＢコネクタ１０８の４つ又はそれ以上のピン又は端子の電気的接続を提供するために、本明細書において接続と称する種々の伝導性トレース又はその他の伝導性構造を含む。特に、ＵＳＢコネクタ１０８は、接続された周辺デバイス１１０（ＶＢＵＳ）の動作及び／又は充電のための正のバス電圧を、ＩＣ  １２２の第１の電力端子１２４とのＶＢＵＳ端子の電気的結合（例えば、接続）を提供する、ホスト回路基板１０２の第１の電力接続１１４に提供するために、正の電力端子（ピン又はソケット）を含む。
【００１７】
また、集積回路１２２の第２の電力端子１３０が、回路基板１０２の第２の電力接続を介する電気的結合を介してＵＳＢコネクタ１０８のＵＳＢ接地端子（ＧＮＤ）への電気的結合を提供する。ＵＳＢ相互接続は、更に、ＵＳＢコネクタ１０８の負のデータライン（ＤＭ）及び正のＵＳＢデータライン（ＤＰ）のための第１及び第２のデータ端子を提供し、負のデータライン（ＤＭ）及び正のＵＳＢデータライン（ＤＰ）は、ＩＣ  １２２の対応する第１及び第２のデータ端子１２６及び１２８を備える第１及び第２のデータ接続１１６及び１１８を介してそれぞれ結合される（例えば、接続される）。ＵＳＢコネクタ１０８は、例えば、関連するＵＳＢ規格に従って任意の適切な数の接続を有するＡタイプ又はＢタイプのＵＳＢケーブルプラグ又はレセプタクルなど、標準のＵＳＢケーブル１１２とインタフェースするように構成される任意の適切なコネクタであり得、コネクタ１０８の幾つかの実施例が、４つ以上の接続に適応し得、また、雄コネクタ（プラグ）又は雌コネクタ（レセプタクル）を受けるか又はそれらとインタフェースするように適合され得、ＶＢＵＳ、ＤＭ、ＤＰ、及びＧＮＤ信号のためのピン及び／又はソケットを含み得る。
【００１８】
図１に更に示すように、この例ではＩＣ  １２２は、第１の電力端子１２４と電力入力端子１３６との間の充電制御回路要素を含む充電ポートコントローラである。電力入力端子１３６は、第１の電力端子１２４に供給される充電電流を制御するためにドライバ回路１４０により動作されるゲート制御端子を備えるスイッチングデバイス１３８（例えば、この実施例においてＭＯＳＦＥＴ）を含む充電制御回路要素を備える電力供給１０４から電力を受け取るように結合される。オペレーションにおいて、充電ポートコントローラＩＣ  １２２は、電力供給１０４からスイッチ１３８を介して、及び正のバス電圧ＶＢＵＳ（例えば、一つの実装において５Ｖ）で伝導性ＩＣ経路又はノード１４４に沿って、接続された周辺デバイス１１０に提供される充電又は動作の電流をレギュレートするようにスイッチ１３８を選択的に動作させる。また、図示される例において、第１の電力端子１２４は、ＵＳＢコネクタ１０８のＵＳＢバス電圧端子ＶＢＵＳにおいて正のバス電圧を提供するためにバス電圧出力信号ＯＵＴを提供する。ＯＵＴの第１の電力端子１２４において提供される正のバス電圧は、ＩＣ  １２２内の第２の電力接続１５０と電気的に接続される導電性接地構造を含む第２の電力端子１３０（ＧＮＤ）における回路基板接地電圧に対して正である。幾つかの実装において充電ポートコントローラＩＣ  １２２内の他の回路要素（図示せず）に電力供給するために、電力供給１０４からの入力電力も用いられ得る。充電制御回路要素１３８、１４０を有する充電ポートコントローラＩＣ  １２２の文脈において図示されるが、本開示の種々のＥＳＤ保護概念は、例えば、ＵＳＢホストコントローラＩＣ、又は、ＵＳＢポート（例えば、ＶＢＵＳ、ＧＮＤ、ＤＭ、及びＤＰ）の電力及びデータラインとの動作結合のために構成されるその他の集積回路など、他のＵＳＢインタフェース集積回路に関連しても有用である。
【００１９】
また、回路基板１０２は、ＵＳＢコネクタ１０８の対応するデータ端子ＤＭ及びＤＰを、それぞれ、ＩＣ  １２２の第１及び第２のデータ端子１２６及び１２８と接続する回路基板トレースなど、それぞれ、第１及び第２の伝導性データ接続１１６及び１１８を提供する。内的に、データ端子１２６及び１２８は、伝導性構造１４６及び１４８により他の回路要素とＩＣ  １２２内部で電気的に接続され、導電性データ構造１４６及び１４８だけでなく正の及び接地特徴１４４及び１５０は、メタライゼーション層トレース、層間コンタクト、及び他の伝導性特徴等、又は、集積回路１２２上又は内に形成されるそれらの組み合わせであり得る。例示される充電ポートコントローラＩＣ  １２２の実施例において、導電性データ構造１４６及び１４８は、ホスト回路要素１０６に、それぞれ、データシグナリングＤＭ_ＯＵＴ及びＤＰ_ＯＵＴを提供するため、第１及び第２のデータ出力端子１３２及び１３４との選択的接続のために、ＩＣデータ端子１２６及び１２８から図１に概略で示すスイッチング回路にＵＳＢデータ信号ＤＭ＿ＩＮ及びＤＰ＿ＩＮを電気的に結合する。
【００２０】
例示されるシステム１００において、ホストＰＣＢ  １０２は、充電ポートコントローラＩＣ端子１３２及び１３４に接続されるデータラインを備えるＵＳＢホストコントローラ集積回路１０６を含む。上述のように、充電ポートコントローラ以外のＵＳＢインタフェース回路要素が、ＵＳＢポートとインタフェースするために本明細書に開示されるようにオンチップＥＳＤ保護回路要素を備えて提供され得る。例えば、ＵＳＢホストコントローラＩＣ  １０６が、例えば充電制御回路要素を必要とすることなく、ＵＳＢポートと直接インタフェースするために本明細書に開示されるＥＳＤ保護特徴を含む、他の実施例が可能である。図１の例示の実施例において、データラインスイッチング回路要素は、伝導性特徴１４６及び１４８に沿ったＤＭ＿ＩＮ及びＤＰ＿ＩＮシグナリングの、端子１３２及び１３４を介する、直にＤＭ_ＯＵＴ及びＤＰ_ＯＵＴラインへの選択的接続を可能にする。他のあり得るスイッチ回路構成が、ＤＭ_ＩＮ伝導性構造１４６を、レジスタＲ３を介して２.０Ｖノードに、又はレジスタＲ１と１．２Ｖサプライに接続されるレジスタＲ２とを結合するノードに、接続する。また、図示される下側スイッチは、ＤＰ_ＩＮ伝導性構造１４８をレジスタＲ４を介して２．７Ｖサプライに、又はレジスタＲ１の下側に、選択的に接続するスイッチング状態を含む。オペレーションにおいて、データラインスイッチング回路要素は、ＵＳＢコネクタ１０８への及び関連するＵＳＢ規格に従った他の特徴及び機能性への周辺デバイス１１０の接続の検出を促進する。
【００２１】
また、図１における集積回路１２２は、対応するデータ端子１２６又は１２８から、第１の電力端子１２４における正のＵＳＢバス電圧ノードへ、過渡電流を導くための導通経路を提供するために、ＩＣ  １２２上又はその中に又はその他の方式でＩＣ  １２２に一体的に形成されるダイオードＤ１、Ｄ２を通る、静電放電又はその他の高電圧及び／又は高電流過渡事象に対する、ＵＳＢデータラインのためのオンチップシステムレベル保護を提供する。この点で、関連するＵＳＢ規格は、ＶＢＵＳライン１１４と接地又はＧＮＤライン１２０との間のＵＳＢ電力バスにわたって最小の１２０μＦを特定し、この場合、ホスト回路基板１０２は、必要とされる静電容量を提供する単一キャパシタＣＶＢＵＳを含む。マルチポートＵＳＢ構成などの他の応用例において、バス静電容量ＣＶＢＵＳは、ホスト回路基板１０２上の一つ以上のキャパシタデバイスによって提供され得る。幾つかの実施例において、図１に示すように、第３及び第４のダイオードＤ３及びＤ４も提供され、これらは、接地伝導性構造１５０に接続されるアノードと、データライン伝導性構造１４６及び１４８にそれぞれ接続されるカソードとを備える。
【００２２】
本願発明者らは、チップベースの一体型ＥＳＤ保護が、静電容量ＣＶＢＵＳの放散のためＥＳＤ関連過渡電流をデータ端子１２６、１２８から第１の電力端子１２４へ導くために、図１に示すように結合されるダイオードＤ１及びＤ２によって提供され得ることを認識している。また、通常データ転送信号のための又はＵＳＢオペレーションの間のシグナリングにおける、ＤＭ及びＤＰラインに沿った電圧は、典型的に、ＵＳＢバス電圧ＶＢＵＳから引き出され、ＵＳＢバス電圧ＶＢＵＳ（例えば、５Ｖ未満である）より小さいので、ＥＳＤ保護ダイオードＤ１及びＤ２は、通常は順方向バイアスされず、そのためデータラインＤＭ及びＤＰに沿った浮遊容量に悪影響を及ぼさない。これは、回路基板１０２に搭載される、以前の回路基板ベースの保護ダイオードとは対照的である。また、集積回路１２２内部にダイオードＤ１及びＤ２を提供することは、有利にも、ディスクリート構成要素及び／又は専用ＩＣタイプのＥＳＤ保護回路要素に比して、印刷回路基板空間を節約し、また、ＥＳＤ保護を提供しつつ、はるかに低コストのソリューションを提供する。また、ＥＳＤ保護は、チップレベルＩＣ設計の影響が最小であるシステムレベルＥＳＤ要件を満たすために、ホストシステムボード１０２上に既に存在する既存の外部ＶＢＵＳキャパシタＣＶＢＵＳの存在を活用する。またこの点で、開示されるソリューションは、ＤＭ又はＤＰラインのインピーダンスに著しい影響を与えず、従って、ホストシステム１００と、接続される周辺デバイス１１０との間の通信に悪影響を与えない。また、本願発明者らは、並列接続マルチポートＵＳＢシステムが、１２０μＦで特定される最小必要静電容量も有し、そのため、ＵＳＢインタフェース集積回路１２２において提供されるＥＳＤ保護は、単一又はマルチポート応用例において動作し得ることを認識している。
【００２３】
更に図２〜５を参照すると、図２は、ＩＣ  １２２の第１のＵＳＢデータ端子１２６から、ＩＣ  ＶＢＵＳ端子１２４を介して、ボード搭載ＵＳＢバス静電容量ＣＶＢＵＳの正の端子へ、過渡電流を導くためのオンチップＥＳＤ保護ダイオードＤ１のオペレーションを図示する。この状況において、ＥＳＤソース１６０が、例えばＵＳＢコネクタ１０８を介して、回路基板１０２のＤＭデータライン１１６上に過渡電流を導入する。実際には、ＥＳＤ事象は、ホストＰＣＢ  １０２の使用において、又はＩＣ  １２２、及びホストＰＣＢ  １０２を含む全体的なシステム１００を評価するための標準化されたＥＳＤ過渡電流を提供するためにソース１６０を用いるＥＳＤ保護テストの間に、起こり得る。
【００２４】
図３は、過渡電流のグラフ１７０を示し、第１の曲線１７２は、約１．３Ａのピーク電流での人体モデル（ＨＢＭ）２ｋＶ  ＥＳＤ事象を表し、８ｋＶ  ＩＥＣ  ６１０００−４−２コンタクト放電電流曲線１７４は、３０Ａを超えるピーク電流を有する。また、図４は、ＥＳＤ過渡電流のグラフ１８０を提供し、ＨＢＭ過渡電流曲線１７２、及び３０Ａ近辺のピーク電流を有する８ｋＶ  ＩＳＯ  １０６０５放電電流曲線１８２を示す。
【００２５】
図２に図示されるように、曲線１７２、１７４、又は１８２によって表される過渡電流ＥＳＤ事象の一つをＤＭライン１１８に印加することで、過渡電流が経路１６２に沿って流れ、過渡電流は、初期的に第１のデータ端子１２６においてＩＣ  １２２に入り、保護ダイオードＤ１を介して伝導性構造１４６に沿って流れる。過渡電流経路１６２は、Ｄ１のカソードから伝導性構造１４４へ続き、第１の電力端子１２４においてＩＣ  １２２を出て、静電容量ＣＶＢＵＳを介して回路基板１０２のＧＮＤ第２の電力接続１２０に導通される。本願発明者らは、第１のデータ端子１２６に接続されるアノードと第１の電力端子１２４に接続されるカソードを備える、集積回路１２２内のダイオードＤ１の提供が、正の過渡電圧が第１のデータ端子１２６に印加されるようなＥＳＤ事象からＩＣ  １２２及び全体的なシステム１００を保護することを認識している。また、この例では、負の電圧をＤＭ端子１２６に提供するＥＳＤ事象が、過渡電流の、第３のダイオードＤ３を介する、直に回路基板１０２の回路接地１２０への導通となることに留意されたい。
【００２６】
図５は、第２のＵＳＢデータ端子１２８（ＤＰ）からＶＢＵＳ  ＩＣ出力端子１２４を介してボード搭載静電容量ＣＶＢＵＳへ過渡電流を導くための第２のＥＳＤ保護ダイオードＤ２のオペレーションを図示する。この場合、過渡電流は、経路１６４に沿ってデータ端子１２８からダイオードＤ２を介して導通し、バス静電容量ＣＶＢＵＳでの放散のため第１の電力端子１２４を介して出る。この場合のＤＰデータ端子１２８に対して負のＥＳＤ事象は、下側の第４のダイオードＤ４を介する過渡電流の導通となる。
【００２７】
上記から分かるように、ＣＶＢＵＳキャパシタ（又は、特定された最小総値を有する分配された静電容量）は、ＵＳＢインタフェースＩＣ  １２２及びホスト回路基板１０２を含むシステム１００のためのＥＳＤ遷移保護を提供するために有利に用いられ、また、充電制御スイッチ回路１３８、１４０（図１）のオペレーションに起因する電圧ドループ及び動的分離（detach）フライバック電圧を緩和又は防止するようにＵＳＢ規格に従って動作する。幾つかの実際の応用例において、ＵＳＢバス静電容量は、充電制御スイッチ１３８（図１）のいずれかの側で接続される静電容量を有して、複数ポート間で分配され得、１２０μＦを超える総計を提供する必要がない。この点で、一層低い静電容量値であっても、オンチップ保護ダイオードＤ１及びＤ２と組み合わせてデータラインＤＭ及びＤＰのためのＥＳＤ保護を提供するように働く。このようにして、オンチップハイサイドダイオードＤ１及びＤ２を、ＵＳＢデータ端子１２６及び１２８からＶＢＵＳ端子１２４に提供すること、及び更に、ローサイドダイオードＤ３及びＤ４を接地に提供することが、ＩＣ  １２２がシステムレベルＥＳＤ電流を放電するためのオンチップＥＳＤ保護ネットワークをつくる。また、上述のように、ダイオードＤ１及びＤ２は、ＵＳＢシステムの典型的なデータ転送オペレーションの間、通常は導通しておらず、データラインインピーダンスに著しい影響を与えない。また、オンチップＥＳＤ保護回路の提供は、外部ディスクリート構成要素及び／又はホスト印刷回路基板１０２上の専用ＥＳＤ保護ＩＣの必要性をなくし、それにより、ボード面積が節約され、システムのコストが低減される。また、ダイオードＤ１〜Ｄ４（又は幾つかの実施例においてＤ１又はＤ２のみ）の提供は、充電ポートコントローラＩＣ  １２２又はその他のＵＳＢインタフェースＩＣのダイサイズに最小の影響を有する。ＵＳＢデータピン上のクランピング電圧は、ＩＣからキャパシタへの外部キャパシタ及び寄生抵抗及びインダクタンスの等価直列抵抗（ＥＳＲ）及び等価直列インダクタンス（ＥＳＬ）によって決まり、オンチップＥＳＤ保護ダイオードＤ１及び／又はＤ２の提供は、ＵＳＢデータラインの抵抗性及び／又は容量性インピーダンスに悪影響を与えない。
【００２８】
図６は、ＵＳＢ充電ポートコントローラＩＣ  １２２の底部平面図を示し、この場合、表面実装集積回路が、図示するように１〜１６で番号が付された１６個の端子又はパッドを備える。図６はまた、ＵＳＢデータラインを保護するための内部又は一体型ＥＳＤ保護ダイオードＤ１及びＤ２を概略的に示し、これらは、ＩＣ  １２２の残りの内部回路要素を保護するために、端子又はピン１２４、１２６、及び１２８に近接するＩＣ  １２２において形成されることが好ましい。また、図６は、ダイオードＤ１、Ｄ２を介して過渡電流をシンクするための協調的ＥＳＤ保護のために端子１２及び１４間に接続される、ＵＳＢバス電圧キャパシタ又は静電容量ＣＶＢＵＳを概略的に図示する。上述のように、図示される例は、ダイオードＤ１及びＤ２両方を含む。ダイオードＤ１又はＤ２の一つが省かれ得る代替の実施例が可能である。また、ローサイドダイオードＤ３及び／又はＤ４が省かれ得る種々の実施例が可能である。
【００２９】
図７は、図１、図２、及び図５に示したように接続される上述のＥＳＤ保護ダイオードＤ１〜Ｄ４を備える、別のＵＳＢ充電ポートコントローラＩＣ実施例１２２を示す概略図である。また、第５及び第６のダイオードＤ５及びＤ６と共に、更なるＥＳＤ保護を提供するため電圧クランピングのためにツェナーダイオードＤ７が含まれ、ツェナーＤ７及びダイオードＤ５及びＤ６は、集積回路１２２において形成される。この場合、ツェナーダイオードＤ７は、第２の電力端子１３０に電気的に接続されるアノードを含み、第５のダイオードＤ５は、Ｄ３のカソードとＤ１のアノードとの間の第１のデータ端子１２６に電的に接続されるアノードを有し、ダイオードＤ５は、ツェナーダイオードＤ７のカソードに接続されるカソードを含む。同様に、第６のダイオードＤ６は、第２のデータ端子１２８に電気的に接続されるアノードと、ツェナーダイオードＤ７のカソードに電気的に接続されるカソードとを含む。そのため、図７の実施例は、外部ボード搭載回路要素を必要とすることなく、高度化されたオンチップソリューションに対して上述のダイオードＤ１及びＤ２と組み合わせて、ＵＳＢデータ端子に対するクランピングタイプのＥＳＤ保護を提供する。別の代替の実装において、ツェナーダイオードＤ７のカソードは、第１の電力端子１２４と結合され、Ｄ５及びＤ６は省かれる。
【００３０】
上述の例は単に、本開示の種々の態様のうちの幾つかの可能な実施例を例示するものであり、本明細書及び添付の図面を読んで理解することで、同等の変更及び／又は改変が当業者に見出され得る。また、本開示の特定の特徴を幾つかの実装の一つのみに関して開示した場合もあるが、このような特徴は、任意の所与の又は特定の応用例に対して所望とされ有利となるよう、他の実施例の一つ又は複数の他の特徴と組み合わされ得る。また、詳細な説明及び／又は特許請求の範囲において用いられる「含む（including）」「含む（includes）」、「を有する（having）」、「を有する（has）」、「を備える（with）」、という用語又はそれらの異型の範囲について、このような用語は、用語「含む（comprising）」と同様に包括的であることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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