CN105577391B - 一种基于差分型通信接口的供电装置、方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于差分型通信接口的供电装置、方法和系统，供电控制模块接收通过电源信号线传输的供电控制信息，根据供电控制信息生成控制信号；直流供电模块从电源信号线获得第一直流电压信号，根据控制信号将第一直流电压信号转换为第二直流电压信号；然后将第二直流电压信号传输至差分信号线；第二直流电压信号与差分信号线上的差分信号叠加后输出至差分型通信接口。与现有技术相比，本发明只需要在供电装置一侧增加供电控制模块和直流供电模块，差分型通信接口原本的结构无需做出改动，这样就能适配目前通用的接口尺寸。在供电控制模块的控制下，直流供电模块通过差分型通信信号线传递直流电能，提高差分型通信接口对外供电能力。

Description

一种基于差分型通信接口的供电装置、方法和系统

技术领域

本发明涉及供电领域，特别是涉及一种基于差分型通信接口的供电装置、方法和系统。

背景技术

越来越多的设备开始支持通过数据接口对外供电。以应用非常广泛的USB接口为例，该接口由VBUS、D+、D-、GND四根线缆组成。其中D+、D-为差分型通信接口，VBUS、GND作为供电回路为外接设备提供5V的电力，供电电流限制在1A，现有基于差分型通信接口的供电装置对外供电能力较弱。

目前有采用USB typeC接口来提高供电功率，与传统USB接口不同的是，该接口提供4组供电芯线，电压可提升至20V，供电功率最高可达100W。但同时也带来诸多问题，例如芯线数量大幅增加，导致成本显著提高，另外，随着USB接口普遍应用于个人计算机和移动终端等通信产品中，USB typeC接口受制于标准、接口尺寸等原因，还无法广泛地应用到现有的设备上。

发明内容

本发明提供了一种基于差分型通信接口的供电装置、方法和系统，在大幅提高对外供电能力的同时无需增加芯线数量，不需要对现有的差分型通信接口的结构做改动。

为了解决上述问题，本发明公开了一种基于差分型通信接口的供电装置，包括电源信号线和连接于差分信号引脚与所述差分型通信接口之间的差分信号线，所述差分信号线用于传输差分信号，供电装置还包括：

供电控制模块，所述供电控制模块与所述电源信号线通信连接，用于接收通过电源信号线传输的供电控制信息，根据所述供电控制信息生成控制信号；

直流供电模块，用于从电源信号线获得第一直流电压信号，根据所述控制信号将所述第一直流电压信号转换为第二直流电压信号；

所述直流供电模块还用于将所述第二直流电压信号传输至所述差分信号线；所述第二直流电压信号与所述差分信号线上传输的差分信号叠加后输出至所述差分型通信接口。

本发明的另一目的还公开了一种基于差分型通信接口的供电方法，用于供电装置，所述供电装置包括电源信号线和连接于差分信号引脚与所述差分型通信接口之间的差分信号线，所述差分信号线用于传输差分信号，所述方法包括以下步骤：

供电控制模块接收通过电源信号线传输的供电控制信息，根据所述供电控制信息生成控制信号；

直流供电模块从电源信号线获得第一直流电压信号，根据所述控制信号将所述第一直流电压信号转换为第二直流电压信号；

所述直流供电模块将所述第二直流电压信号传输至差分信号线；

所述第二直流电压信号与所述差分信号线上传输的差分信号叠加后输出至所述差分型通信接口。

本发明的另一目的还公开了一种基于差分型通信接口的供电系统，包括供电装置及受电装置；所述供电装置、受电装置均包括电源信号线和连接于差分信号引脚与差分型通信接口之间的差分信号线，所述差分信号线用于传输差分信号，所述供电装置还包括：

第一供电控制模块，所述第一供电控制模块与供电装置的电源信号线通信连接，用于接收通过供电装置的电源信号线传输的第一供电控制信息，根据所述第一供电控制信息生成第一控制信号；

第一直流供电模块，用于从供电装置的电源信号线获得第一直流电压信号，根据所述第一控制信号将所述第一直流电压信号转换为第二直流电压信号；

所述第一直流供电模块还用于将所述第二直流电压信号传输至供电装置的差分信号线；所述第二直流电压信号与供电装置的差分信号线上传输的差分信号叠加后输出至供电装置的差分型通信接口；

所述受电装置还包括：

第二供电控制模块，所述第二供电控制模块与受电装置的电源信号线通信连接，用于接收通过受电装置的电源信号线传输的第二供电控制信息，根据所述第二供电控制信息生成第二控制信号；

第二直流供电模块，用于从受电装置的差分信号线获取所述第二直流电压信号与所述差分信号的叠加信号，根据所述第二控制信号将所述第二直流电压信号转换为第三直流电压信号；

所述第二直流供电模块还用于将所述第三直流电压信号传输至受电装置的电源信号线，为受电装置提供电能。

与现有技术相比，本发明包括以下优点：

本发明中，供电控制模块接收通过电源信号线传输的供电控制信息，根据所述供电控制信息生成控制信号；直流供电模块从电源信号线获得第一直流电压信号，根据控制信号将第一直流电压信号转换为第二直流电压信号；然后将第二直流电压信号传输至差分信号线；第二直流电压信号与差分信号线上的差分信号叠加后输出至差分型通信接口。与现有技术相比，本发明只需要在供电装置一侧增加供电控制模块和直流供电模块，差分型通信接口原本的结构无需做出改动，这样就能适配目前通用的接口尺寸。在供电控制模块的控制下，直流供电模块通过差分型通信信号线传递直流电能，提高差分型通信接口对外供电能力。

附图说明

图1是本发明一实施例的基于差分型通信接口的供电方法步骤图；

图2是本发明一实施例的基于USB接口的供电装置的电路示意图；

图3是本发明另一实施例的基于差分型通信接口的供电方法部分步骤图；

图4是本发明另一实施例的基于USB接口的供电系统电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

参照图1，示出了本发明实施例一的一种基于差分型通信接口的供电方法，用于供电装置，所述供电装置包括电源信号线和连接于差分信号引脚与所述差分型通信接口之间的差分信号线，所述差分信号线用于传输差分信号，该方法具体可以包括以下步骤：

步骤101，供电控制模块接收通过电源信号线传输的供电控制信息，根据所述供电控制信息生成控制信号。

如本领域技术人员所知，差分传输是一种信号传输的技术，每路差分信号线均包括两条分支，区别于传统的一根信号线，差分传输在这两条分支上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反。本实施例供电装置对差分信号线数量没有使用限制，包括一路差分信号线的供电装置和包括多路差分信号线的供电装置均可适用本发明。

差分型通信接口指的是利用差分信号来传输数据的接口，可以是HDMI、DisplayPort等接口，这里以应用较为广泛的USB接口为例进行说明。

参阅图2，为本发明一实施例的基于USB接口的供电装置的电路示意图。USB接口的一对差分端子D+、D-分别与供电装置的一对差分信号引脚SP、SN通过差分信号线连接。当然若差分型通信接口包括多对差分端子，则差分信号引脚也进行相应数量设置。USB接口的VBUS端子、GND端子分别与供电装置的电源信号引脚VCC和接地引脚GND连接，组成电源信号线和接地线。

本发明实施例中，步骤101还包括以下子步骤。

步骤101a，通过电源信号线获取受电装置已连接的状态信息。

步骤101b，供电控制模块根据受电装置已连接的状态信息产生使能控制信号。

步骤101c，通过电源信号线获取受电装置的电压幅度信息。

步骤101d、供电控制模块根据获取的电压幅度信息产生电压控制信号。

步骤101c中的电压幅度信息是指受电装置支持的充电电压大小，可以设置多个级别来表示电压幅度信息。实际应用中，从通用器件的规格、成本等方面考虑，可以在3.3V～20V的范围里设置几个级别以满足不同的需求。

需要说明的是，步骤101c中还可以通过电源信号线获取受电设备的类型、支持的供电模式等信息。供电控制模块产生使能控制信号的条件可以不仅仅是接收到受电装置已连接的状态信息，还可以包括受电装置为本发明实施例供电装置支持的类型或受电装置支持本发明实施例所提供的供电模式，例如当获取受电设备不支持本发明实施例提供的供电模式时，供电控制模块不产生使能控制信号，因此步骤101b、101c可互换。

需要说明的是，本发明实施例利用供电装置原有的 VCC供电网络进行通信，最简单的实现方式是对VCC进行幅度调制，经调制于VCC上交替变化的电压串行转送相关信息，如受电装置已连接的状态信息。数字卫星设备控制（DISEqC 2.0）就是利用的这一技术。这样，无需增加新的信号传输线，利用原有的电源信号线即用于传输状态信息和电压幅度信息。

步骤102，直流供电模块从电源信号线获得第一直流电压信号，根据所述控制信号将所述第一直流电压信号转换为第二直流电压信号。

直流供电模块根据使能控制信号开启供电，并根据电压控制信号将第一直流电压信号转换为第二直流电压信号，所述第二直流电压信号的电压幅度与所述电压幅度信息对应。

具体地，直流供电模块从直流VCC网络吸收电能，即获取第一直流电压信号，例如5V电压信号，通过设置在直流供电模块中的直流转换电路（DC-DC）将其转换为电压幅度为与电压幅度信息对应大小的第二直流电压信号VD，例如供电控制模块获得的受电装置支持的充电电压为20V，则直流供电模块将5V电压信号转换为20V电压信号。

步骤103，所述直流供电模块将所述第二直流电压信号传输至差分信号线。

步骤104，所述第二直流电压信号与所述差分信号线上传输的差分信号叠加后输出至差分型通信接口。

差分信号线上传送的差分信号（如图2中波形P1）与第二直流电压信号VD叠加（叠加信号如图2中波形P2），使得差分型通信信号线传递直流电能。直流信号与交流信号直接进行叠加，波形表现出交流信号上下平移，从图2可以看出，叠加后的信号相对于原差分信号上移了一定位置。

在本实施例中，步骤104之后还包括，当供电装置的电流值大于等于预设阈值时，使得所述直流供电模块停止供电。本步骤用于在发生短路、负载电流超过设计能力等情况下保护相关电路。

本发明实施例差分型通信接口的结构无需做出改动，只需要在供电装置一侧增加供电控制模块和直流供电模块，在供电控制模块的控制下，直流供电模块通过差分型通信信号线传递直流电能，提高差分型通信接口对外供电能力。

实施例二：

参阅图3，为本发明实施例二的基于差分型通信接口的供电方法部分步骤图，与实施例一的区别在于，本实施例在步骤103之后还包括以下步骤。

步骤301，滤除所述差分信号线上且位于差分信号引脚与直流供电模块的输出端之间的第二直流电压信号。

如图2所示，隔直电容设置于差分信号线上，且两端分别与差分信号引脚SP、SN与直流供电模块的输出端连接，需要说明的是，由于差分信号引脚SP、SN输出的是交流电，步骤301能够避免直流输出对交流输出的影响。

步骤302，对所述差分信号线上且位于差分信号引脚与直流供电模块的输出端之间的差分信号进行滤波，以使得滤波后的差分信号消除所述直流供电模块引入的噪声。

如图2所示，共模滤波模块设置于差分信号线上，且两端分别与差分信号引脚SP、SN与直流供电模块的输出端连接。共模滤波模块可采用现有技术中用于滤除共模干扰的电子器件，例如包括滤波电容和共模电感。由于直流供电模块引入的干扰信号，同源同相位，属于共模噪声，使用共模滤波有很好的滤除效果，而且不会对差分信号产生影响。

直流供电模块将所述第二直流电压信号传输至差分信号线之后，差分信号引脚与直流供电模块输出端之间的差分信号线上传输的信号为P1+VD+NOISE、P2+VD+NOISE，其中P1、P2为差分信号，VD为第二直流电压信号，NOISE为直流供电模块引入的噪声信号，经过滤除直流、共模滤波后，还原为差分信号P1、P2。

需要说明的是，步骤301、302的执行顺序不受本实施例的限制，例如可以先执行步骤302，再执行步骤301。

本实施例在提高对外供电能力的同时，对有可能引入的噪声、干扰进行滤除，避免对原有的差分通信造成不利影响。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

实施例三：

参阅图2，本实施例提供一种基于差分型通信接口的供电装置，包括电源信号线和连接于差分信号引脚与所述差分型通信接口之间的差分信号线，所述差分信号线用于传输差分信号，还包括。

供电控制模块，所述供电控制模块与所述电源信号线通信连接，用于接收通过电源信号线传输的供电控制信息，根据所述供电控制信息生成控制信号

直流供电模块，用于从电源信号线获得第一直流电压信号，根据所述控制信号将所述第一直流电压信号转换为第二直流电压信号。

所述直流供电模块还用于将所述第二直流电压信号传输至所述差分信号线；所述第二直流电压信号与所述差分信号线上传输的差分信号叠加后输出至差分型通信接口。

本实施例中，所述供电装置还包括隔直电容，用于滤除所述差分信号线上且位于所述差分信号引脚与直流供电模块的输出端之间的第二直流电压信号。

所述供电装置还包括共模滤波模块，用于对所述差分信号线上且位于所述差分信号引脚与直流供电模块的输出端之间的差分信号进行滤波，以使得滤波后的差分信号消除所述直流供电模块引入的噪声。

本实施例中共模滤波模块的两端分别连接差分信号引脚与隔直电容，但是，共模滤波模块与隔直电容的位置可互换，本发明对此不作限制。

本实施例中，所述直流供电模块包括直流转换电路，用于将所述第一直流电压信号转换为第二直流电压信号。

所述直流供电模块包括电流保护电路，用于当供电装置的电流大于等于预设阈值时，使得所述直流供电模块停止供电。

实施例四：

参阅图4，为本发明实施例四的基于USB接口的供电系统电路示意图。本实施例以USB为例进行说明，但例如HDMI、Display Port等基于差分型的通信接口也都同样适用。

供电系统包括供电装置及受电装置；其中供电装置、受电装置均包括电源信号线和连接于差分信号引脚与差分型通信接口之间的差分信号线，所述差分信号线用于传输差分信号，。所述供电装置还包括。

第一供电控制模块，所述第一供电控制模块与供电装置的电源信号线通信连接，用于接收通过供电装置的电源信号线传输的第一供电控制信息，根据所述第一供电控制信息生成第一控制信号。

第一直流供电模块，用于从供电装置的电源信号线获得第一直流电压信号，根据所述第一控制信号将所述第一直流电压信号转换为第二直流电压信号。

所述第一直流供电模块还用于将所述第二直流电压信号传输至供电装置的差分信号线；所述第二直流电压信号与供电装置的差分信号线上传输的差分信号叠加后输出至供电装置的差分型通信接口。

所述受电装置包括。

第二供电控制模块，所述第二供电控制模块与受电装置的电源信号线通信连接，用于接收通过受电装置的电源信号线传输的第二供电控制信息，根据所述第二供电控制信息生成第二控制信号。

第二直流供电模块，用于从受电装置的差分信号线获取所述第二直流电压信号与所述差分信号的叠加信号，根据所述第二控制信号将所述第二直流电压信号转换为第三直流电压信号。

所述第二直流供电模块还用于将所述第三直流电压信号传输至受电装置的电源信号线，为受电装置提供电能。

对于受电装置而言，其可以是移动终端、平板等可充电装置，受电装置通过差分型通信接口连接供电装置后，供电装置为其提供高于普通差分型通信接口的电压，以USB接口为例，目前规范限定的供电能力为5V×1A，若供电装置的直流供电模块提供20V直流电压，在电流不变的情况下则供电能力可提升至5V×1A + 20V×1A + 20V×1A=45W。受电装置的差分通信接口接收叠加有直流电压的差分电压后，需要从中提取VCC=5V的直流电压为内部设备供电，因此受电装置一侧设置第二直流供电模块，用于在第二供电控制模块的控制下从差分网络吸收电能，并转换为第三直流电压信号。

需要说明的是，第二供电控制模块与第一供电控制模块和电源信号引脚的通信连接方法类似。第二供电控制模块可通过受电装置的电源信号线获得供电装置是否连接、支持的供电模块等信息，从而使能控制第二直流供电模块。

第二直流供电模块与第一直流供电模块的工作原理类似，只不过其输入是第二直流电压信号与差分信号的叠加信号，输出是第三直流电压信号。

另外，受电装置还可以包括隔直电容、共模滤波模块等，这样第二直流电压信号与差分信号的叠加信号经过隔直、滤波后恢复为差分信号，进行数据通信。从图4可以看出，供电装置与受电装置的电路图基本对称设置。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于差分型通信接口的供电装置，包括电源信号线和连接于差分信号引脚与所述差分型通信接口之间的差分信号线，所述差分信号线用于传输差分信号，其特征在于，还包括： 供电控制模块，所述供电控制模块与所述电源信号线通信连接，用于接收通过电源信号线传输的供电控制信息，根据所述供电控制信息生成控制信号； 直流供电模块，用于从电源信号线获得第一直流电压信号，根据所述控制信号将所述第一直流电压信号转换为第二直流电压信号； 所述直流供电模块还用于将所述第二直流电压信号传输至所述差分信号线；所述第二直流电压信号与所述差分信号线上传输的差分信号叠加后输出至所述差分型通信接口。

2.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于：所述供电装置还包括隔直电容，用于滤除所述差分信号线上且位于所述差分信号引脚与直流供电模块的输出端之间的第二直流电压信号。

3.根据权利要求1或2所述的供电装置，其特征在于：所述供电装置还包括共模滤波模块，用于对所述差分信号线上且位于所述差分信号引脚与直流供电模块的输出端之间的差分信号进行滤波，以使得滤波后的差分信号消除所述直流供电模块引入的噪声。

4.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于：所述直流供电模块包括电流保护电路，用于当供电装置的电流大于等于预设阈值时，使得所述直流供电模块停止供电。

5.一种基于差分型通信接口的供电方法，用于供电装置，所述供电装置包括电源信号线和连接于差分信号引脚与所述差分型通信接口之间的差分信号线，所述差分信号线用于传输差分信号，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 供电控制模块接收通过电源信号线传输的供电控制信息，根据所述供电控制信息生成控制信号； 直流供电模块从电源信号线获得第一直流电压信号，根据所述控制信号将所述第一直流电压信号转换为第二直流电压信号； 所述直流供电模块将所述第二直流电压信号传输至差分信号线； 所述第二直流电压信号与所述差分信号线上传输的差分信号叠加后输出至所述差分型通信接口。

6.根据权利要求5所述的供电方法，其特征在于，所述直流供电模块将所述第二直流电压信号传输至差分信号线之后还包括： 滤除所述差分信号线上且位于差分信号引脚与直流供电模块的输出端之间的第二直流电压信号。

7.根据权利要求5或6所述的供电方法，其特征在于，所述直流供电模块将所述第二直流电压信号传输至差分信号线之后还包括： 对所述差分信号线上且位于差分信号引脚与直流供电模块的输出端之间的差分信号进行滤波，以使得滤波后的差分信号消除所述直流供电模块引入的噪声。

8.根据权利要求5所述的供电方法，其特征在于：所述控制信号包括使能控制信号和电压控制信号，所述电压控制信号包括电压幅度信息； 所述直流供电模块从电源信号线获得第一直流电压信号，根据所述控制信号将所述第一直流电压信号转换为第二直流电压信号包括： 所述直流供电模块根据所述使能控制信号开启供电，并根据所述电压控制信号将所述第一直流电压信号转换为第二直流电压信号，所述第二直流电压信号的电压幅度与所述电压幅度信息对应。

9.据权利要求5所述的供电方法，其特征在于，所述第二直流电压信号与所述差分信号线上传输的差分信号叠加后输出至所述差分型通信接口之后还包括： 当供电装置的电流值大于等于预设阈值时，使得所述直流供电模块停止供电。

10.一种基于差分型通信接口的供电系统，包括供电装置及受电装置；所述供电装置、受电装置均包括电源信号线和连接于差分信号引脚与差分型通信接口之间的差分信号线，所述差分信号线用于传输差分信号，所述供电装置还包括： 第一供电控制模块，所述第一供电控制模块与供电装置的电源信号线通信连接，用于接收通过供电装置的电源信号线传输的第一供电控制信息，根据所述第一供电控制信息生成第一控制信号； 第一直流供电模块，用于从供电装置的电源信号线获得第一直流电压信号，根据所述第一控制信号将所述第一直流电压信号转换为第二直流电压信号； 所述第一直流供电模块还用于将所述第二直流电压信号传输至供电装置的差分信号线；所述第二直流电压信号与供电装置的差分信号线上传输的差分信号叠加后输出至供电装置的差分型通信接口； 所述受电装置还包括：第二供电控制模块，所述第二供电控制模块与受电装置的电源信号线通信连接，用于接收通过受电装置的电源信号线传输的第二供电控制信息，根据所述第二供电控制信息生成第二控制信号； 第二直流供电模块，用于从受电装置的差分信号线获取所述第二直流电压信号与所述差分信号的叠加信号，根据所述第二控制信号将所述第二直流电压信号转换为第三直流电压信号； 所述第二直流供电模块还用于将所述第三直流电压信号传输至受电装置的电源信号线，为受电装置提供电能。