Type‑C连接器子系统的低功率实现的制作方法

优先权

本申请是于2015年9月25日提交的美国申请号为14/866,276的国际申请，其要求于2015年6月19日提交的美国临时申请号为62/182,238的优先权和利益，所有申请的全部内容通过引用并入本文。

本公开大体上涉及type-c连接器子系统。

背景

各种电子设备(例如，诸如智能电话、蜂窝电话、平板电脑、笔记本式计算机、膝上型计算机、台式计算机、集线器等)被配置为通过通用串行总线(usb)连接器进行通信。用于usb连接器的新兴技术(被称作usbtype-c)最近在usbtype-c规范的1.0版(于2014年8月11日发布)中进行了定义并随后在1.1版(于2015年4月3日发布)中进行了补充。usbtype-c规范定义了usbtype-c插座、插头和电缆，其可支持通过较旧的usb协议(例如，诸如于2000年4月27日发布的usb规范修订版2.0，以及于2010年12月7日发布的usb电池充电规范修订版1.2)以及较新的usb协议(例如，诸如于2013年7月26日发布的usb3.1规范，以及于2014年8月11日发布的usb电力输送规范修订版2.0)的usb通信和/或电力输送。

虽然usbtype-c规范定义了(例如，关于usb挂起模式的)一些功率要求，但是留给特定的type-c实现的是管理特定的电子设备中的type-c子系统的整体功耗。然而，为此，即使有效的功耗可增强终端用户体验并大大改进type-c电缆和支持type-c的usb设备中的type-c子系统的整体操作，但当前的usbtype-c实现在它们的整体功耗中不是有效的。

附图简述

图1a图示了根据一些实施方式的具有type-c子系统的示例晶片上(on-die)集成电路(ic)控制器。

图1b图示了根据示例实施方式的包括具有图1a的type-c子系统的ic控制器的示例设备。

图2a图示了根据一些实施方式的示例片上usbtype-c子系统中的ra终端电路。

图2b图示了根据一些实施方式的示例片上usbtype-c子系统中的备用参考电路。

图3图示了根据一些实施方式的用于禁用type-c子系统中的ra终端的示例方法。

图4图示了根据一些实施方式的用于使用type-c子系统中的备用参考的示例方法。

图5a图示了根据一些实施方式的示例片上usbtype-c子系统中的ra终端电路。

图5b图示了根据一些实施方式的示例片上usbtype-c子系统中的精密电阻器电路。

详细描述

以下的描述阐述很多特定的细节，诸如特定的系统、部件、方法等的示例，以便提供对用于低功率usbtype-c子系统的本文中所描述的技术的各种实施方式的良好理解。然而，对本领域中的技术人员来说将明显的是，至少一些实施方式可在没有这些特定细节的情况下实践。在其它实例中，公知的部件、元件或方法没有被详细描述或以简单的框图格式呈现，以便避免不必要地模糊本文中所描述的技术。因此，在下文中阐述的特定细节仅仅是示例性的。特定的实施方式可与这些示例性细节不同且仍然被认为在本发明的精神和范围内。

在描述中对“实施方式”、“一个实施方式”、“示例实施方式”、“一些实施方式”和“各种实施方式”的引用意味着结合实施方式所描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中。此外，在描述中的各个地方出现的短语“实施方式”、“一个实施方式”、“示例实施方式”、“一些实施方式”和“各种实施方式”并不一定都指同一实施方式。

描述包括对形成详细描述的一部分的附图的参考。附图示出了根据示例性实施方式的图示。在本文中也可被称为“示例”的这些实施方式被足够详细地描述，以使本领域中的技术人员能够实践本文所描述的所要求保护的主题的实施方式。在不偏离所要求保护的主题的范围和精神的情况下，可组合实施方式，可使用其它实施方式，或可做出结构、逻辑和电气改变。应理解的是，本文中所描述的实施方式并不旨在限制主题的范围，而是使本领域中的技术人员能够实践、制作和/或使用该主题。

本文中所描述的是用于电子设备中的低功率usbtype-c子系统的技术的各种实施方式。这样的电子设备的示例包括但不限于，个人计算机(例如，台式计算机、膝上型计算机、笔记本式计算机等)、移动计算设备(例如，平板电脑、平板计算机、电子阅读器设备等)、移动通信设备(例如，智能电话、蜂窝电话、个人数字助理、消息传递设备、袖珍型pc等)、连接设备(例如，电缆、适配器、集线器、扩展坞等)、音频/视频/数据记录和/或播放设备(例如，相机、话音记录器、手持式扫描仪、监控器等)以及可使用type-c连接器(接口)以用于通信和/或电池充电的其他类似的电子设备。

如本文中所使用的，如果电子设备符合通用串行总线(usb)规范中的至少一个版本，则该电子设备被称作“支持usb的”。这样的usb规范的示例包括但不限于，usb规范修订版2.0、usb3.0规范、usb3.1规范和/或各种补充(例如，诸如on-the-go或otg)、其版本和勘误表。usb规范通常定义了差分串行总线的用于设计和建立标准通信系统和外设所需的特性(例如，属性、协议定义、事务类型、总线管理、编程接口等)。例如，外围电子设备通过主机设备的usb端口附接到该主机设备。usb2.0端口包括5v的电源线(表示为vbus)、一对差分数据线(表示为d+或dp以及d-或dn)和用于电源返回的接地线(表示为gnd)。usb3.0端口还提供用于与usb2.0的向后兼容性的vbus线、d+线、d-线和gnd线。另外，为了支持更快的差分总线(usb超高速总线)，usb3.0端口还提供了一对差分发射机数据线(表示为sstx+和sstx-)、一对差分接收器数据线(表示为ssrx+和ssrx-)、用于供电的电源线(表示为dpwr)和用于电源返回的接地线(表示为dgnd)。usb3.1端口提供了与usb3.0端口相同的线，以用于与usb2.0和usb3.0的通信的向后兼容性，但通过被称作增强的超高速的特征的集合扩展了超高速总线的性能。

一些电子设备可符合给定的usbtype-c规范或其特定版本(例如，如usbtype-c规范1.0版、usbtype-c规范1.1版或之后的版本)。如本文中所使用的，usb“type-c子系统”指的是集成电路(ic)控制器中的硬件电路和固件/软件逻辑，其被配置并可操作用于执行功能和满足usbtype-c规范的至少一个版本中规定的要求。这样的type-c功能和要求的示例可包括但不限于，根据usb2.0和usb3.1的通信、对type-c插座的机电定义和性能要求、对type-c插头的机电定义和性能要求、对type-c到传统电缆组件和适配器的要求、对基于type-c的设备检测和接口配置的要求、对type-c连接器的优化电力输送的要求等。

根据usbtype-c规范，usbtype-c电缆是有源电缆，该有源电缆具有布置于其中以在该电缆的两端限定usbtype-c端口的一个或多个集成电路(ic)设备。为了支持根据usb2.0和usb3.1的usb通信，type-c端口提供了vbus线、d+线、d-线、gnd线、sstx+线、sstx-线、ssrx+线和ssrx-线等等。另外，type-c端口还提供了用于信号化边带功能性的边带使用(表示为snu)线和用于发现、配置和管理跨type-c电缆的连接的配置通道(表示为cc)线。type-c端口可与type-c插头相关联并与type-c插座相关联。为方便使用，type-c插头和type-c插座被设计为不管插头到插座的取向而进行操作的可逆对。因此，被布置为标准type-c插头或插座的标准type-c连接器(接口)提供了用于以下线的引脚：四个vbus线、四个接地返回(gnd)线、两个d+线(dp1和dp2)、两个d-线(dn1和dn2)、两个sstx+线(sstxp1和sstxp2)、两个sstx-线(sstxn1和sstxn2)、两个ssrx+线(ssrxp1和ssrxp2)、两个ssrx-线(ssrxn1和ssrxn2)、两个cc线(cc1和cc2)、以及两个sbu线(sbu1和sbu2)等等。当电缆的type-c插头附接到type-c插座时，cc线中的一个通过电缆连接以建立信号取向，并且另一cc线被重新用作用于向布置在type-c电缆内的集成电路(ic)设备供电的5v电源线(表示为vconn)。

根据usbtype-c规范，几种类型的终端电路用于按支持usb的主机设备、支持usb的外围设备和usbtype-c电缆设备进行识别。例如，主机电子设备(例如，和/或其usb控制器)需要提供包括上拉电阻器元件的rp终端电路(“rp终端”)，该上拉电阻器元件在被断言时识别type-c电缆上的主机设备。在另一示例中，外围电子设备(例如，和/或其usb控制器)需要提供包括下拉电阻器元件的rd终端电路(“rd终端”)，该下拉电阻器元件在被断言时识别type-c电缆上的外围设备。在另一示例中，type-c电缆设备(例如，布置在电缆的插头中的ic控制器)需要提供包括下拉电阻器元件的ra终端电路(“ra终端”)，该下拉电阻器元件在被断言时识别type-c电缆到连接到其的外围设备和/或主机设备的ic控制器。

usbtype-c电缆是具有布置于其中的一个或多个集成电路(ic)设备的有源设备。因此，当type-c电缆在使用时(例如，当连接到至少一个支持usb的设备时)，电缆内的ic消耗功率。然而，由于usbtype-c规范的复杂要求，usbtype-c子系统(和其中的收发器)的常规实现方式通常将type-c电缆内的ic保持在活动状态下，从而使电缆能够汲取相对大的电流量(例如，诸如5ma或更高)。然而，汲取相对大的电流量(和相应地功率)通常是缺点，尤其是对于电池供电的设备。另外，usbtype-c子系统(和其中的收发器)的常规实现方式通常使用外部的片外部件(例如，诸如电阻器、电容器等)来实现各种type-c所需的终端电路和传输电路，这就需要更大的芯片并且进一步增加type-c电缆在使用时所使用的总功率。

为了解决相对高的功率使用的问题和其他问题，用于本文中所描述的低功率usbtype-c子系统的技术保证，当ic控制器处于附接/分离状态下并在type-c子系统的cc线上没有进行活动地通信时，降低ic控制器(例如，系统)功率。例如，本文中所描述的技术在电缆附接到支持usb的设备时保证移除/禁用type-c电缆的ra终端，从而降低由在一些实施方式中由电缆所使用的功率。此外，在这些和/或其他实施方式例中，本文中所描述的技术提供了新的““等待附接””状态，其中type-c电缆中的ic控制器甚至关闭深度睡眠的系统资源并因而消耗非常低的功率。在这些和/或其他实施方式中，精密的电压和/或电流参考由深度睡眠状态下的ic控制器生成，这些电压和/或电流参考满足几种类型的type-c应用中的usbtype-c规范的所有附接/分离要求，从而避免变成高功耗活动模式的电压和电流参考的需要。示例类型的type-c应用包括但可以不限于：下行面端口(dfp)usb应用，其中具有type-c子系统的ic控制器被配置为(例如，在支持usb的主机设备中)提供面向下行的usb端口；上行面端口(ufp)usb应用，其中具有type-c子系统的ic控制器被配置为(例如，在支持usb的外围设备或适配器中)提供面向上行的usb端口；双重作用端口(drp)usb应用，其中具有type-c子系统的ic控制器被配置为在同一usb端口上支持dfp和ufp二者的应用；以及电子标记的电缆应用(emca)，其中具有type-c子系统的ic控制器被配置为在电缆设备(例如，有源type-c电缆、vconn供电的附件等)内提供type-c端口。

在示例实施方式中，设备包括usbtype-c子系统。在该实施方式的一些方面中，该设备是可布置到type-c电缆或另一usb应用(例如，诸如混合电缆、usb到type-c的适配器、vconn供电的附件等)中的ic芯片。type-c子系统包括负电荷泵和ra终端电路，其中该负电荷泵耦合到ra终端电路，并且ra终端电路耦合到type-c子系统的vconn线。如本文中所使用的，“负电荷泵”指的是被配置为创建零以下的电压电源(例如，对于一些实现方式，在-0.7v到-1.95v范围内的电压源)的电子电路。ra终端电路的设计使得ra终端在type-c子系统没有被供电时被启用(例如，是“接通”的)。type-c子系统被配置为当vconn线上的电压达到阈值电压以上时启用负电荷泵，并且当负电荷泵被启用时禁用ra终端电路，其中ra终端电路在被禁用后消耗不超过50μa的电流。在该实施方式的示例方面中，阈值电压在2.375v到2.625v的范围内。在相同或不同的方面中，ra终端电路包括本机的片上设备，其包括一个或多个n型金属氧化物(nmos)晶体管。本机设备的晶体管具有耗尽掺杂，使得本机设备具有零或近零的电压栅极阈值vt(例如，对于各种本机设备实现方式，本机设备在其栅极电压vt为零或近零(例如，为0v或远远小于700mv的vt电压)时接通其通道)。在示例方面中，type-c子系统还被配置为检测何时不再施加vconn线上的电压，并禁用负电荷泵，以便启用ra终端电路。

在示例实施方式中，设备包括usbtype-c子系统。在该实施方式的一些方面中，该设备是可被布置到type-c电缆中或在dfp、ufp或drpusb应用中进行配置的ic芯片。在该实施方式中，type-c子系统包括被配置为控制ra终端的栅极控制装置和耦合到该栅极控制装置的负电荷泵，使得当启用/激活该负电荷泵时，其被配置为禁用ra终端。负电荷泵到ra终端电路的栅极控制装置的耦合确保了ra终端在其不再需要进行识别(例如，以便降低功耗)时可被禁用(例如，变为“断开”)。在该实施方式的示例方面中，ra终端在包括一个或多个n型金属氧化物(nmos)晶体管的本机的片上设备中实现，其中该本机设备具有零或近零的电压栅极阈值。在相同或另一示例方面中，当禁用ra终端时，由type-c子系统消耗的总电流等于或小于50μa。在该实施方式的一些示例方面中，type-c子系统还可包括一个或多个备用参考，其被配置用于施加rp终端并且在cc线上检测ra终端和rd终端，其中该一个或多个备用参考消耗10μa到15μa范围内的电流。

在示例实施方式中，装备包括usbtype-c子系统。在一些方面中，装备是usbtype-c电缆，其包括type-c子系统被布置于其中的usbtype-c插头，而在其他方面中，装备包括type-c插座，其中type-c子系统根据该插座来配置。在该示例实施方式中，type-c子系统包括被配置为控制ra终端的栅极控制装置和耦合到该栅极控制装置的负电荷泵，使得当启用/激活时，该负电荷泵被配置为禁用ra终端。在该实施方式的一些方面中，type-c子系统还可包括一个或多个备用参考，其被配置用于施加rp终端并且在type-c子系统的cc线上检测rp和rd终端。

在示例实施方式中，设备是包括处理器和耦合到其的usbtype-c子系统的集成电路(ic)芯片。在一些形式因素中，设备可以是usbtype-c电缆，其包括type-c子系统被布置于其中的usbtype-c插头，而在其他形式因素中，设备可被布置在包括type-c插座的装备(例如，诸如移动设备)中，其中type-c子系统根据该插座来配置。在该实施方式中，type-c子系统被配置为：操作耦合到type-c子系统的vconn线的ra终端电路，其中ra终端电路在ra终端电路被施加到vconn线之后消耗不超过100μa的电流(或更优选地，不超过50μa的电流)；以及在设备的深度睡眠状态下操作一个或多个备用参考电路，以在type-c子系统的cc线上执行检测，其中该设备在深度睡眠状态下消耗不超过100μa的电流(或更优选地，不超过50μa的电流)。在该实施方式的示例方面中，ra终端电路被配置为在type-c子系统未被供电时保持“接通”。在相同或不同的方面中，为了操作ra终端电路，type-c子系统被配置为：在type-c子系统未被供电时保持ra终端电路“接通”；检测vconn线何时被供电；以及当vconn线到达阈值电压以上时启用负电荷泵，以便禁用ra终端电路。在该实施方式的示例方面中，type-c子系统被配置为当在cc线上检测到通信时从设备的深度睡眠状态转变为设备的活动状态，并且当cc线变为空闲时恢复到深度睡眠状态。在相同或不同的方面中，type-c子系统被配置为当在深度睡眠状态下在cc线上检测到终端的分离时，从设备的深度睡眠状态转变为设备的等待附接状态。

在示例实施方式中，装备包括处理器和耦合到其的usbtype-c子系统，其中该type-c子系统被布置在集成电路(ic)芯片中。在一些形式因素中，该装备还可包括type-c插座，其中type-c子系统根据该插座来配置和耦合。在该实施方式中，type-c子系统被配置为：在ic芯片的活动状态下启用一个或多个备用参考电路，从ic芯片的活动状态转变为ic芯片的深度睡眠状态，以及在深度睡眠状态下操作该一个或多个备用参考电路，以在type-c子系统的cc线上执行检测，其中在深度睡眠状态下，ic芯片消耗不超过50μa的电流和/或该一个或多个备用参考电路消耗10μa到15μa的范围内的电流。在该实施方式的示例方面中，type-c子系统还可被配置为当在cc线中的一个上检测到终端的附接时启用精密的rd终端检测器或精密的ra终端检测器，并且在检测到终端的附接之后启用一个或多个备用参考电路。在相同或不同的方面中，type-c子系统还可被配置为当在cc线中的一个上检测到通信时将ic芯片从深度睡眠状态转回到活动状态，并且当cc线变为空闲时恢复到深度睡眠状态。在相同或不同的方面中，type-c子系统还可被配置为当在深度睡眠状态下在cc线中的一个上检测到终端的分离时，将ic芯片从深度睡眠状态转变为ic芯片的等待附接状态。在等待附接状态中，type-c系统可被配置为消耗不超过2μa的电流。此外，在等待附接状态中，type-c子系统可被配置为在cc线中的一个上等待rd终端或ra终端的附接，并且当检测到rd终端或ra终端中任一个时，将ic芯片从等待附接状态转变为活动状态。

在示例实施方式中，用于降低由usbtype-c子系统消耗的功率的方法包括：当type-c子系统未被供电时，保持ra终端“接通”；检测type-c子系统的vconn线何时被供电；以及当vconn线到达阈值电压时，通过启用负电荷泵来禁用ra终端。在该实施方式的示例方面中，检测vconn线何时被供电包括：检测vconn线上的附接事件；在检测到附接事件之后并在vconn线达到阈值电压之前，推迟type-c子系统所需的电路的激活；以及在vconn线达到阈值电压之后，激活type-c子系统所需的电路。在该方面中，推迟type-c子系统所需的电路的激活在等待附接状态下执行，其中在等待附接状态中，type-c子系统等待type-c子系统的cc线上的rd终端或ra终端的附接。在该实施方式的一些方面中，用于降低功率的方法还包括：当检测到rd终端或ra终端的附接时，启用相应的精密的rd终端检测器或精密的ra终端检测器；以及在深度睡眠状态下，启用一个或多个备用参考，其中在深度睡眠状态下，由type-c子系统消耗的总电流等于或小于50μa。在这些方面中，方法还可包括：当在cc线上检测到通信时，从深度睡眠状态转变为活动状态，并且当cc线变为空闲时恢复到深度睡眠状态；以及当在深度睡眠状态下检测到rd终端或ra终端的分离时，从深度睡眠状态转变为等待附接状态。在该实施方式的一些方面中，vconn线的阈值电压是在2.375v到2.625v的范围内。在这些和/或其他方面中，在不使type-c子系统处于活动状态下的情况下执行禁用ra终端，其中在活动状态中，type-c子系统消耗至少1ma的总电流。

图1a图示了根据用于本文中所描述的低功率usbtype-c子系统的技术来配置的示例设备100。在图1a中所图示的实施方式中，设备100是在ic晶片上制造的集成电路(ic)控制器芯片。例如，ic控制器100可以是由美国加利福尼亚州圣何塞市的赛普拉斯半导体公司开发的usb控制器系列中的单芯片ic设备。

除了其他部件之外，ic控制器100还包括cpu子系统102、外设互连114、系统资源116、各种输入/输出(i/o)块(例如，118a-118c)和usb子系统120。另外，ic控制器100提供了被配置并可操作用于支持多个功耗状态122的电路和固件。

cpu子系统102包括一个或多个cpu(中央处理单元)104、闪存106、sram(静态随机存取存储器)108和rom(只读存储器)110，它们都耦合到系统互连112。cpu104是可在片上系统设备中运行的适当的处理器。在一些实施方式中，cpu可用扩展的时钟门控针对低功率操作来进行优化，并且可包括允许cpu运行在各种功耗状态下的各种内部控制器电路。例如，cpu可包括唤醒中断控制器，其被配置为将cpu从深度睡眠状态唤醒，从而使电源能够在ic芯片处于深度睡眠状态时关闭。闪存106可以是可配置用于储存数据和/或程序的任意类型的程序存储器(例如，与非闪存、或非闪存等)。sram108可以是适于储存由cpu104访问的数据和固件/软件指令的任意类型的易失性或非易失性存储器。rom110可以是可配置用于储存引导例程、配置参数和其他片上系统固件的任意类型的合适的储存器。系统互连112是系统总线(例如，单级或多级的高级高性能总线或ahb)，其被配置作为将cpu子系统102的各个部件彼此耦合的接口以及cpu子系统的各个部件和外设互连114之间的数据和控制接口。

外设互连114是外设总线(例如，单级或多级ahb)，其提供cpu子系统102和其外设以及其他资源(诸如系统资源116、i/o块(例如，118a-118c)和usb子系统120)之间的控制接口和主要数据。外设互连可包括各种控制器电路(例如，直接存储器访问或dma控制器)，其可被编程为在外围块之间传递数据而无需给cpu子系统增加负担。在各种实施方式中，cpu子系统的每个部件和外设互连可随着cpu、系统总线和/或外设总线的每种选择或类型而不同。

系统资源116包括各种电子电路，其支持ic控制器100在其各种状态和模式下的操作。例如，系统资源116可包括电源子系统，其提供每个控制器状态/模式所需的电源资源，诸如例如，电压和/或电流参考、唤醒中断控制器(wic)、上电复位(por)等。在一些实施方式中，系统资源116的电源子系统还可包括允许ic控制器100从具有几个不同电压电平的外部源汲取电力的电路。系统资源116还可包括提供由ic控制器100使用的各种时钟的时钟子系统，以及允许诸如外部复位的各种控制器功能的电路。

在各种实施方式和实现中，诸如ic控制器100的ic控制器可包括各种不同类型的i/o块和子系统。例如，在图1a中所图示的实施方式中，ic控制器100包括gpio(通用输入输出)块118a、tcpwm(计时器/计数器/脉冲宽度调制)块118b、scb(串行通信块)118c和usb子系统120。gpio118a包括被配置为实现各种功能(诸如例如，上拉、下拉、输入阈值选择、输入和输出缓冲器启用/禁用、连接到各个i/o引脚的多路复用信号等)的电路。tcpwm118b包括被配置为实现计时器、计数器、脉冲宽度调制器、解码器以及被配置为对输入/输出信号进行操作的各种其他模拟/混合信号元件的电路。scb118c包括被配置为实现各种串行通信接口(诸如例如，i²c、spi(串行外设接口)、uart(通用异步接收器/发送器)等)的电路。

usb子系统120是根据本文中所描述的技术来进行配置的type-c子系统，并且也可提供用于通过usb端口(例如，诸如usb2.0、usb3.0、usb3.1等)进行usb通信的支持以及诸如电力输送和电池充电的其他usb功能。usb子系统120包括type-c收发器120a和物理层逻辑120b。type-c收发器120a和phy120b被配置作为集成基带phy电路，以执行各种数字编码/解码功能(例如，双相标记编码或bmc、循环冗余校验或crc等等)以及涉及物理层传输的模拟信号处理功能。根据本文中所描述的技术，usb子系统120被配置有用于识别ic控制器100在type-c操作中的作用所需的终端电路。例如，在一些实施方式中，usb子系统120包括：ra终端电路，其被配置为将ic控制器100识别为vconn供电的附件或电子标记的电缆；rd终端电路，其被配置为将ic控制器100识别为(例如，混合电缆或软件狗(dongle)中的)ufp应用；以及rp终端电路，其被配置为将ic控制器100识别为dfp应用并使用电流源，该电流源可被编程以指示在usbtype-c规范中定义的vbus线上的电流容量的完整范围。另外，在这些和/或其他实施方式中，ic控制器100(和/或其usb子系统120)可被配置为响应在usb电力输送(usb-pd)规范中定义的通信，诸如例如，sop、sop’和sop”消息传递。

usb子系统120包括被配置为根据本文中所描述的低功率技术来操作的电路。在一些实施方式中，usb子系统120包括被配置为控制ra终端电路的栅极控制装置和耦合到该栅极控制装置的负电荷泵，使得当启用/激活该负电荷泵时，其被配置为禁用ra终端电路。通过设计，ra终端电路在ic控制器100未被供电时被启用(例如，“接通”)。当电力被施加在usb子系统120的vconn线上时，在vconn线上的电压保持低于阈值电压(例如，诸如2.5v)时，ra终端电路保持被启用(例如，“接通”)。当vconn线上的电压超过阈值电压时，usb子系统120中的控制电路启用负电荷泵，该负电荷泵转而经由栅极控制装置禁用ra终端，从而降低由usb子系统和ic控制器100使用的功率。

在这些和/或其他实施方式中，usb子系统120还可包括备用参考源，该备用参考源耦合到cc/vconn线上的电压阈值检测器，以便实现ic控制器100的几个功耗状态122。功耗状态122包括活动状态(例如，其中ic控制器消耗至少1ma的电流，并且通常约为5ma的电流)和睡眠状态(其在运行的时钟数量方面不同于活动状态)。根据本文中所描述的技术，功耗状态122还包括以下低功耗状态：深度睡眠状态(其中ic控制器消耗50μa或更少的电流)，以及等待附接状态(例如，其中ic控制器消耗2μa或更少的电流)。例如，usb子系统120被配置为当等待cc线上的附接事件时(或当vconn线上的电压未达到阈值水平时)，将ic控制器100保持在等待附接状态，被配置为当ra或rd终端电路被启用以检测所附接的终端的类型时，将ic控制器转变为活动/睡眠状态，被配置为在基于ra/rd终端电路的检测完成之后转变为深度睡眠状态，以及当ra/rd终端电路断开时转回到等待附接状态。

图1b图示了可实现用于低功率type-c子系统的所描述的技术的示例操作环境。在这些操作环境中的每个中，ic控制器(诸如图1a的ic控制器100)可根据本文中所描述的技术来在支持usb的设备中进行布置和配置。参照图1b，在一个示例实施方式中，usb控制器100a可作为dfp或drpusb应用在计算设备(例如，膝上型计算机130)中进行布置和配置。在另一示例实施方式中，usb控制器100b可作为dfp或drpusb应用在电子设备(例如，监控器140)中进行布置和配置。在又一个示例实施方式中，usb控制器100c可作为ufpusb应用在网络化设备(例如，集线器150)中进行布置和配置。在又一个实施方式中，usb控制器100d和(可能)usb控制器100e可作为emca应用在type-c电缆160的一个(或两个)插头内进行布置和配置。

图2a图示了示例片上usbtype-c子系统中的ra终端电路，该示例片上usbtype-c子系统可被布置在诸如图1a中的ic控制器100的usb控制器中。在图2a的示例实施方式中，ic控制器和其type-c子系统120可根据本文中所描述的技术来被布置在电缆内并被配置为emca(电缆)应用。

在图2a中，usbtype-c子系统120是在ic晶片上制造的ic控制器芯片的部分。type-c子系统120包括耦合到cc/vconn线的片上ra终端电路。在操作中，type-c子系统120中的cc线中的一个被连接以建立信号取向，并且另一cc线被重新用作用于向usb控制器和其中的type-c子系统供电的vconn线。因此，虽然在图2a中未示出，但type-c子系统120可包括两个ra终端电路，每个ra终端电路耦合到cc/vconn线中的单独一个。图2a中的ra终端电路包括与本机的片上设备206串联耦合的ra电阻器元件(例如，～1kω)。具有相对高的阻抗(例如，～1mω)的电阻器元件耦合在cc/vconn线和本机设备206的栅极之间。本机设备206是片上电子电路，其可包括一个或多个本机nmos晶体管和其他片上元件。本机设备206具有零或近零的阈值电压-例如，本机设备甚至在其栅极耦合到接地时接通。根据本文中所描述的技术，本机设备206的栅极耦合到栅极控制装置204，该栅极控制装置204是包括被配置为应用控制功能的电子元件(例如，二极管、晶体管、开关等)的电子电路。栅极控制装置204耦合到负电荷泵202。负电荷泵202是被配置为创建零以下(例如，负)的电压电源的电子电路。

本机设备206被配置为使得ra终端电路在type-c子系统120未被供电时保持被启用(“接通”)。本机设备206的栅极通过高阻抗电阻器元件的与cc/vconn线的耦合确保了当type-c子系统120未被供电时(和/或在vconn线上的电压低于某阈值时)，栅极上的电压为零或接近零，这使本机设备206在cc/vconn线上导通和有效地施加ra下拉电阻。当type-c子系统120通过vconn线供电且其上的电压到达阈值电压时，生成固件中断以启用负电荷泵202。当负电荷泵202被激活时，其经由栅极控制装置204将负电压施加在本机设备206的栅极上。在其栅极上的负电压关断本机设备206，从而禁用耦合到vconn线的ra终端并有效降低了由usb控制器和其type-c子系统120使用的功率。当vconn线上的电源被移除时(例如，当vconn线分离/断开时)，负电荷泵202关闭且本机设备206的栅极上的电压返回到零或近零，从而接通本机设备并有效启用vconn线上的ra终端。

注意到的是，根据本文中所描述的低功率技术，图2a中的ra终端电路的所有部件(例如，负电荷泵202、栅极控制装置204、本机设备206、ra和高阻抗电阻器元件等)是内部的片上部件。此外，通过禁用图2a中的ra终端电路，本文中所描述的技术将由ra终端消耗的电流降低到小于50μa。这与ra终端电路的常规实现方式相反，该常规实现方式通常使用外部的片外部件(例如，诸如启用/禁用引脚、精密的电阻器、电容器等)，该外部的片外部件在usb控制器和其usbtype-c子系统被供电时保持ra终端接通，并因而消耗至少5ma的电流。因此，本文中所描述的技术提供了对usb控制器和其type-c子系统的电流/功率消耗的约二十倍(20x)的改进。

图2b图示了示例片上usbtype-c子系统，该示例片上usbtype-c子系统可被布置在诸如图1a中的ic控制器100的usb控制器中。在图2b的示例实施方式中，ic控制器和其type-c子系统120可根据本文中所描述的技术作为dfp或drp应用进行布置和配置。在图2b中，type-c子系统120是在ic晶片上制造的ic控制器芯片(未示出)的部分。

根据本文中所描述的技术，type-c子系统120包括备用参考210，该备用参考210用于在type-c子系统120的cc线上实现检测和终止。备用参考210是可消耗10μa到15μa的电流的精密的低功率电压和/或电流参考源。备用参考210耦合到电压阈值检测器212、rp终端电路214和rd终端电路216。电压阈值检测器212是耦合到type-c子系统120的cc线(cc1和cc2)并被配置为检测其上的电压电平的电子电路。rp终端电路214耦合到type-c子系统120的cc线并用于在type-c子系统(和其usb控制器)作为dfp或drp应用被布置在设备中时进行主机设备识别。rd终端电路216耦合到type-c子系统120的cc线并用于在type-c子系统(和其usb控制器)作为ufp应用被布置在设备中时进行外围设备识别。在运行中，当usb控制器进入深度睡眠状态时，备用参考210由type-c子系统120启用。在深度睡眠状态中，备用参考210被配置为向电压阈值检测器212、rp终端电路214和/或rd终端电路216提供电压/电流参考，而无需给usb控制器供电使其进入活动状态。这允许type-c子系统120在cc线上执行rp终止和附接/分离检测，而不会使usb控制器在活动状态下消耗功率。

注意到的是，根据本文中所描述的低功率技术，图2b中的备用参考210是汲取非常低的电流量(例如，在10μa到15μa的范围内)的精密的电压和/或电流参考源。这与type-c的检测和终止的常规实现方式相反，该常规实现方式通常将usb控制器保持在活动模式中(从而导致增加的功率消耗)并使用消耗相对大的电流量(例如，大约1ma或更多)的有源参考。

图3是图示根据本文中所描述的技术的用于禁用被配置为emca(电缆)应用的type-c子系统中的ra终端的示例方法的流程图。根据示例实施方式，图3中的方法的操作被描述为由控制器(例如，usb控制器)和/或其电路(例如，usbtype-c子系统)执行。然而，注意到的是，各种实现和实施方式可使用各种和可能不同的部件来执行图3中的方法的操作。例如，在各种实施方式中，片上系统的设备可被配置有固件指令，该固件指令在由一个或多个处理器或者其他硬件部件(例如，微控制器、asic等)执行时可操作以执行图3中的方法的操作。在另一示例中，在各种实施方式中，ic设备可包括被配置为执行图3中的方法的操作的单芯片或多芯片的控制器。因此，由控制器和/或其电路执行的图3中的方法的以下描述被视为说明性而非限制性的意义。

在操作302中，控制器(和/或其type-c子系统)被布置在电缆中且未被供电。在该未被供电的状态中，ra终端根据本文中所描述的技术保持“接通”。只要电源未被施加到控制器，该控制器就保持在未被供电的状态下，这可在操作304中确定。

在操作304中，控制器(重复地)确定电缆是否被供电。例如，控制器(和/或其type-c子系统)确定电压是否被施加到type-c子系统的vconn线上。如果在操作304中确定电压未被施加到vconn线，则控制器返回到未被供电的状态(例如，按照操作302)。如果在操作304中确定电压被施加到vconn线，则控制器(和/或其type-c子系统)进行操作306。

在操作306中，控制器(和/或其type-c子系统)确定电缆附接到电源(例如，这在电缆被插到插座中时发生)。例如，控制器(和/或其type-c子系统)确定电力在vconn线上被供应且ra终端仍保持“接通”，同时执行操作308。

在操作308中，控制器确定vconn线上的电压是否达到阈值水平。例如，控制器(和/或其type-c子系统)确定vconn线上的电压是否达到2.5v以上。如果在操作308中确定vconn线上的电压未达到2.5v以上，则ra终端保持“接通”，并且控制器(和/或其type-c子系统)返回到附接状态(例如，按照操作306)。如果在操作308中确定vconn线上的电压达到2.5v以上，则控制器(和/或其type-c子系统)进行操作310。

在操作310中，vconn线上的电压达到2.5v以上且控制器(和/或其type-c子系统)生成固件中断以启用耦合到ra终端电路的负电荷泵。启用/激活负电荷泵禁用了ra终端，从而降低了由控制器和其type-c子系统消耗的电流(因而也降低了功率)。在一些实施方式中，当ra终端“断开”时，耦合到vconn的漏泄电路也可被启用/激活，以便满足usbtype-c规范中的vconn放电要求。在这样的实施方式中，漏泄电路可以是可编程的，以便提供额外的电力节省。例如，可在控制器(系统)级下基于存在于vconn线上的解耦电容的量来确定漏泄电路电平并对其进行动态编程。

在完成操作310之后，只要在vconn线上提供有电源，ra终端就保持“断开”。当电缆分离或vconn线断开或以其他方式被移除时，控制器(和/或其type-c子系统)的电源被移除。在这种情况下，负电荷泵关闭，这使ra终端和控制器(和其type-c子系统)能够返回到未被供电的状态(例如，按照操作302)。

通过这种方式，与一些常规的实现方式相比，本文中所描述的用于低功率的技术允许控制器和其usbtype-c子系统节省至少1ma的电流。例如，在一些实施方式中，由控制器(和/或其type-c子系统)使用的电流可从1ma变为小于50μa-20x的改进，而在其他实施方式中，所使用的电流可从5ma降到50μa或更低以用于近100x的改进。

图4是图示根据本文中所描述的技术的用于使用被配置为dfp或drp(例如，基于主机的)应用的usbtype-c子系统中的备用参考的示例方法的流程图。根据示例实施方式，图4中的方法的操作被描述为由控制器(例如，usb控制器)和/或其电路(例如，usbtype-c子系统)执行。然而，注意到的是，各种实现和实施方式可使用各种和可能不同的部件来执行在图4中的方法的操作。例如，在各种实施方式中，片上系统的设备可被配置有固件指令，该固件指令在由一个或多个处理器或者其他硬件部件(例如，微控制器、asic等)执行时可操作以执行图4中的方法的操作。在另一示例中，在各种实施方式中，ic设备可包括被配置为执行图4中的方法的操作的单芯片或多芯片的控制器。因此，由控制器和/或其电路执行的图3中的方法的以下描述被视为说明性而非限制性的意义。

在操作402中，控制器(和/或其type-c子系统)被配置在支持usb的主机设备中且未被供电。在该未被供电的状态中，rd终端可存在但不被施加。只要电源未被施加到控制器，该控制器(和/或其type-c子系统)就保持在该未被供电的状态下，这可在操作404中确定。

在操作404中，控制器(重复地)确定上电复位(por)信号是否被施加到该控制器。如果在操作404中确定por信号未被施加，则控制器返回到并保持在未被供电的状态下(例如，按照操作402)。如果在操作404中确定por信号被施加，则控制器(和/或其type-c子系统)进行操作406。

在操作406中，当por存在时或者一旦电源被施加到控制器和/或其type-c子系统，控制器启用粗略的(crude)rp终端电路(例如，通过使用最小的功率量基于自定义的预定阈值施加rp终端的电路)，接通粗略的rd/ra附接检测器电路(例如，通过使用最小的功率量基于单个阈值检测rd/ra附接事件的电路)，并等待检测cc线上的rd或ra附接事件。根据本文中所描述的技术，该状态被称作“等待附接”状态，其中控制器(和/或其type-c子系统)等待cc线上的附接事件。例如，在等待附接状态中，控制器(和/或其type-c子系统)可重复执行操作408，以检测rd终端或ra终端的附接。等待附接状态是低功耗状态，其中控制器消耗约2μa的总电流。

在操作408中，控制器(和/或其type-c子系统)确定rd终端电路或ra终端电路是否连接/施加在type-c子系统的cc线上。如果在操作408中确定rd终端或ra终端未被连接/施加，则控制器(和/或其type-c子系统)返回到等待附接状态(例如，按照操作406)。如果在操作408中确定rd终端或ra终端被连接或施加，则控制器(和/或其type-c子系统)进行操作410。

在操作410中，控制器(和/或其type-c子系统)根据usbtype-c规范执行通常在活动状态下执行的动作。例如，一旦rd终端或ra终端中的任意一个连接/施加到cc线，则控制器(和/或其type-c子系统)就从等待附接状态转变为活动状态并施加精密的rp终端，以便识别cc线上的主机设备。另外，根据本文中所描述的技术，控制器(和/或其type-c子系统)启用相应的精密的rd终端检测器电路或ra终端检测器电路(例如，诸如基于多个阈值检测rd或ra附接事件的电路)，并随后进行操作412。

在操作412中，当处于活动状态时，控制器(和/或其type-c子系统)根据本文中所描述的技术来启用深度睡眠的备用参考。例如，在示例实施方式中，精密的备用电压参考可被配置为生成0.74v的参考电压，以及精密的备用电流参考可被配置为生成2.4μa的参考电流。随后，控制器从活动状态转变为深度睡眠状态，其中控制器和/或其电路消耗少于50μa的电流。控制器(和/或其type-c子系统)保持在深度睡眠状态中，直至如操作414中所确定的两种事件中的一种发生。

在操作414中，控制器(和/或其type-c子系统)确定：(1)rd终端或ra终端是否已经与cc线断开，以及/或者(2)活动(例如，以发送或接收包的形式的通信)是否存在于cc线上。如果在操作414中确定(先前连接的)rd终端或ra终端已经断开(例如，cc线上的分离事件)，则控制器(和/或其type-c子系统)从深度睡眠状态转回到等待附接状态，并启用粗略的rp终端电路和粗略的rd/ra附接检测器电路(例如，按照操作406)。如果在操作414中确定在cc线上有通信活动，则控制器(和/或其type-c子系统)进行操作416。

在操作416中，控制器(和/或其type-c子系统)从深度睡眠状态转变为活动状态，并且只要线活动继续就执行cc线上进行通信所需的任何动作，这可在操作418中(重复)确定。在操作418中，控制器(和/或其type-c子系统)确定cc线是否空闲。如果在操作418中确定cc线不是空闲的，则控制器保持在活动状态中，以支持cc线上的通信(例如，按照操作416)。如果在操作418中确定cc线已经变为空闲，则控制器(和/或其type-c子系统)进行操作412，以从活动状态转变为深度睡眠状态。例如，当检测到cc线已变为空闲时，控制器(和/或其type-c子系统)启用备用参考并转变为深度睡眠状态。

通过这种方式，本文中所描述的用于低功率的技术允许控制器和其usbtype-c子系统避免使用可能消耗相对大量的电流(例如，～1ma)的有源电压和/或电流参考。相比之下，根据本文中所描述的技术，备用参考在深度睡眠状态下消耗小于15μa的电流，这在电流消耗上是接近60x的改进。另外，在没有新的等待附接状态的情况下，在等待检测cc线上的附接事件时控制器的总的电流消耗可能为50μa或更多。相比之下，根据本文中所描述的技术，在等待附接状态下由控制器消耗的总电流约为2μa，这是大约25x的改进。

图5a图示了示例片上usbtype-c子系统中的ra终端电路，该示例片上usbtype-c子系统可被布置在诸如图1a中的ic控制器100的usb控制器中。图5a的替代实施方式中的ra终端电路执行与图2a中的ra终端电路类似的禁用功能，除了使用正电荷泵和常规开关设备。在图5a的替代实施方式中，ic控制器和其type-c子系统520可根据本文中所描述的技术被布置在电缆内并被配置为emca(电缆)应用。

参照图5a，usbtype-c子系统520是在ic晶片上制造的ic控制器芯片的部分。type-c子系统520包括耦合到该子系统的cc线的片上ra终端电路。图5a中的ra终端电路包括与设备505串联耦合的ra电阻器元件(例如，～1kω)。具有相对高的阻抗(例如，～1mω)的电阻器元件耦合在cc/vconn线和设备505的栅极之间。设备505是具有正阈值电压的开关电路。设备505的栅极耦合到逻辑503，该逻辑503包括被配置为提供控制功能的电子电路和正电荷泵。正电荷泵是被配置为创建正电压电源的电子电路。逻辑503耦合到type-c子系统520的cc线并耦合到检测电路501。检测电路501耦合到cc线，并被配置为检测cc线中的任意一个上的附接事件。

在操作中，检测电路501检测cc线中的一个上的电压上拉，并启用逻辑503中的正电荷泵，其中该正电荷泵由cc线上的电压供电。当逻辑503中的正电荷泵和控制装置被启用/供电时，它们启用开关设备505。当设备505被启用时，ra终端电路接通并被在另一cc线(其被重新用作vconn线)上(例如，通过主机设备)检测。注意到的是，一旦ra终端被启用，第一cc线上的电压就可低于0.2v，并且正电荷泵可能不保持运行。为了规避这个问题，由正电荷泵泵浦的电压需要被储存(例如，缓冲)足够长时间，使得耦合在cc线上的主机设备可检测ra终端并将电压施加在vconn线上。一旦施加并检测到vconn线，逻辑503就禁用正电荷泵，这将设备505的栅极拉至接地，从而关断了该设备并禁用了ra终端电路，以便节省电力。

图5b图示了可被布置在诸如图1a中的ic控制器100的usb控制器中的示例片上usbtype-c子系统。在图5b的替代实施方式中，ic控制器和其type-c子系统520可根据本文中所描述的技术作为dfp或drp应用进行布置和配置。在图5b中，type-c子系统520是在ic晶片上制造的ic控制器芯片(未示出)的部分。

根据本文中所描述的技术，type-c子系统520包括电源522。电源522通过外部片外高精密电阻器523耦合到type-c子系统520的cc线(cc1和cc2)。电源522还耦合到粗略的附接检测器524。粗略的附接检测器524通过rd终端电路526耦合到type-c子系统520的cc线(cc1和cc2)，并被配置为(例如，通过使用单一电压阈值)检测cc线上电压电平。在操作中，图5b中所图示的电路被配置为通过实现在此之前所描述的等待附接状态来降低电流消耗。例如，电源522、高精密电阻器523和粗略的附接检测器524可用于检测cc线上的附接事件。

在一些实施方式中，本文中所描述的用于低功率usbtype-c子系统的技术通过使用本机设备连同负电荷泵保证了实现ra终端。这可将由ra终端电路消耗的总电流从(例如，如可用在常规实现方式中的)约5ma降低到小于50μa。在这些和/或其他实施方式中，本文中所描述的技术也可提供精密的备用参考电路，其用在深度睡眠状态中，以在type-c子系统的cc线上执行终止和附接/分离检测，而不会使usb控制器在活动状态下消耗功率，但仍满足精密电压/电流要求。这可将由ic(控制器)在深度睡眠状态下消耗的总电流从(例如，如可用在常规实现方式中的)多于1ma降低到约50μa，其中备用参考本身可消耗10μa到15μa的电流。在这些和/或其他实施方式中，本文中所描述的技术还可提供新的等待附接状态，其中type-c子系统配置在dfp或drp应用中时等待cc线上的附接事件。这可将ic(控制器)在等待附接事件时(例如，在由控制器提供的type-c端口没有附接到任何事物时)消耗的电流从(例如，如可用在常规实现方式中的)约50μa降低到约2μa。

本文中所述的用于低功率usbtype-c子系统的技术的各种实施方式可包括各种操作。这些操作可由硬件部件、数字硬件和/或固件、以及/或者它们的组合执行和/或控制。如本文中所使用的，术语“耦合到”可意味着直接或通过一个或多个中间部件间接耦合。通过本文中所描述的各种晶片上总线提供的任意信号可与其他信号时间复用，并通过一个或多个公共晶片上总线提供。此外，在电路部件或块之间的互连可被示为总线或单信号线。可替代地，每个总线可以是一个或多个单信号线，并且可替代地，每个单信号线可以是总线。

某些实施方式可被实现为可包括储存在非临时计算机可读介质(例如，诸如易失性存储器和/或非易失性存储器)上的指令的计算机程序产品。这些指令可用于对包括一个或多个通用或专用处理器(例如，诸如cpu)或其等效形式(例如，诸如处理核心、处理引擎、微控制器等)的一个或多个设备编程，使得当由处理器或其等效形式执行时，指令使设备执行用于本文中所描述的低功率usb子系统的所述操作。计算机可读介质还可包括用于储存或传输以机器(例如，诸如设备或计算机)可读的形式(例如，软件、处理应用等)的信息。非临时计算机可读存储介质可包括但不限于电磁存储介质(例如，软盘、硬盘等)、光学存储介质(例如，cd-rom)、磁光存储介质、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、可擦除可编程存储器(例如，eprom和eeprom)、闪存或适合于储存信息的另一现在已知或以后开发的非临时类型的介质。

虽然以特定的顺序示出和描述了本文的方法的操作，但在一些实施方式中，每个方法的操作顺序可改变，使得某些操作可以按相反的顺序来执行，或使得某个操作可至少部分地同时和/或并行地与其它操作一起来执行。在其它实施方式中，指令或不同操作的子操作可以是间歇和/或交替的方式。

在前述说明书中，已经参考本发明的具体示例性实施方式对本发明进行了描述。然而，将明显的是，在不背离如在所附权利要求中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可对其做出各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的意义而非限制性意义。