CN100338594C - 具主机模式与被控模式切换功能的usb控制电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种USB控制电路及其作业方法，尤其涉及一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路及其工作方法，其主要构造包含有一主机控制器、一被控装置电路、一数据线组及一监控单元，其中，数据线组包含有一D+数据线及一D-数据线，通过监控单元可选择连接主机控制器或被控装置电路；另外，将前段电源线与后段电源线一开关器串接；提升电阻的一端连接于前段电源线，另一端则通过一转接器，从而可选择为断路或连接D+或D-数据线之一；利用开关器与转接器配合监控单元的切换作动，可使控制电路在主机模式与被控模式之间进行周期性的切换，可快速侦测并完成传输模式的选定以进行数据传输。

Description

具主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路及其方法

技术领域

本发明涉及一种USB控制电路及其作业方法，尤其涉及一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路及其工作方法，利用监控单元令USB控制电路在主机模式及被控模式之间进行周期性切换，不仅可通过原有的通讯协议简单快速达成传输模式的侦测，还可以不通过计算机而与其它USB产品进行点对点的传输。

背景技术

随着数字科技的蓬勃发展，电子器材已演变成人类生活中不可或缺的用品，而各个电子产品间彼此数据传输的技术也相对变得日益重要。通用串行总线(USB)是一种目前很流行的数据传输接口，因其有高传输速率、热插拔及即插即用等诸多优点，而让这种接口在使用上充分展现了灵活性，致使各大厂商业者纷纷开发具有USB接口的电子产品。然而，以往具有USB接口的电子产品都被设计为USB被控装置，只能在连接具有USB主机控制器的信息产品(如计算机)时，才能进行数据传输，而一般的USB产品(被控装置)之间则无法进行数据的交换或传输，使用上仍有其不便之处。因此，如何提供一种不需经由计算机主机即可作点对点双向数据传输的USB控制电路，就成为目前为大众所期待的技术。

部分业者致力于一种称为USB On-The-Go(USB OTG)的USB衍生接口规格，试图令所有的USB OTG产品之间都可以直接进行数据传输而不用再通过计算机。其控制电路如第1图所示。该控制电路10为由USB 2.0所分支出来的技术规格，其主要结构包括有：一主机控制器(host controller)11、一被控制装置电路(device controller)13及一OTG控制器(USB OTG controller)19。其中，主机控制器用以执行主机模式(host mode)，被控装置电路13用以执行被控模式(device mode)，两者连接于OTG控制器19，而OTG控制器19则可通过一ID信号线191侦测连接端口所连接的装置是一般的USB装置还是USBOTG装置，若所连接的装置是一般的USB装置，则OTG控制器19选择通过一USB收发器171连接D+信号线151与D-信号线152，与该USB装置进行数据传输；若所连接的装置为USB OTG装置，则OTG控制器19选择通过一OTG收发器173连接该D+信号线151与D-信号线152，与该USB OTG装置进行数据传输。另外，OTG控制器还可以侦测ID信号线的电位高低，由此决定系统要以主机模式或被控模式来与所连接的装置进行数据传输。

上述USB OTG控制电路虽可实现不通过计算机主机即可与其它USB接口或USB OTG接口的电子装置作点对点的双向数据传输，然而，其电路构造较传统USB控制电路复杂许多，不仅需增设OTG控制器，且因其传输信号的电位也与传统USB信号不同而需另外建置OTG收发器。如此，光是结构性的改变就要使其制作成本大幅提高，而为了配合OTG的电路构造而对传统USB传输协订进行改变，在产品的开发上更是令厂商视为畏途。

发明内容

为此，如何针对上述现有技术中USB OTG所存在的缺点，设计出一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路及其工作方法，不仅可通过原有的通讯协议简单快速达成传输模式的侦测，还可以不通过计算机而与其它USB产品进行点对点的传输，这就是本发明的发明重点。因此本发明的主要目的，在于提供一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路，不需改变现行USB接口的连接端口与连接线的构造规格，且不需通过计算机主机，而可作点对点双向的数据传输。

本发明的另一目的，在于提供一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路，其主要由监控单元令控制电路在主机模式与被控模式之间进行切换，可分别与USB的被控装置与主机装置进行传输者。

本发明的又一目的，在于提供一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路，其监控单元分别在主机模式与被控模式中监控数据线组的电位变化，并由此判断所插接的USB装置为主机装置或被控装置。

本发明的又一目的，在于提供一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路的工作方法，其主要可提供一第一时间区与一第二时间区，令控制电路在第一时间区间执行被控模式，而在第二时间区间执行主机模式，可分别与所插接的USB主机装置及被控装置进行数据传输。

本发明的又一目的，在于提供一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路的工作方法，其第一时间区间与第二时间区间接续而形成周期循环，可快速且正确地判断所插接的USB装置为主机装置或被控装置。

本发明的另一目的，在于提供一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路的工作方法，其为利用第一时间区间大于第二时间区间的安排，可避免在主机模式时插接USB主机装置而发生短路的情况。

为实现上述目的，本发明提供一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路，其主要结构包括有：一主机控制器，用以执行一USB接口的主机模式；一被控装置电路，用以执行一USB接口的被控模式；一数据线组，包含有一D+数据线及一D-数据线，可用以传输数据；及一监控单元，用以控制数据线选择连接该主机控制器或该被控装置电路，并可侦测数据线的电位变化而决定控制电路的传输模式。

本发明还提供一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路的工作方法，其主要实施步骤包括有：提供一第一时间区间及一第二时间区间；判断数据线在第一时间区间内电位有无上升，若有，则令控制电路以被控模式进行数据传输；若无，则令控制电路切换为主机模式；判断数据线在第二时间区间内电位有无上升，若有，则令控制电路以主机模式进行数据传输；若无，则令控制电路切换为被控模式。

附图说明

图1为现有技术中USB OTG的控制电路示意图；

图2为本发明一优选实施例的控制电路示意图；

图3为本发明一较佳实施例的工作方法流程图；

图4A为本发明一较佳实施例的切换时序图；及

图4B与图4C为本发明一较佳实施例于t₁时间点插入一USB装置时不同态样的切换时序图；

其中，附图标记

10  USB OTG控制电路         11  主机控制器

13  被控装置电路            151 D+信号线

152  D-信号线         171  USB收发器

173  OTG收发器        19   OTG控制器

191  ID信号线

20   控制电路         21   主机控制器

23   被控装置电路     25   数据线组

251  D+数据线         252  D-数据线

261  第一电容         262  第二电容

27   监控单元         28   提升电阻

281  转接器           29   电源线

291  前段电源线       292  后段电源线

293  开关器

具体实施方式

首先，请参阅图2，其为本发明一较佳实施例的控制电路示意图。如图所示，本发明控制电路20之主要构造包括有一主机控制器21、一被控装置电路23、一数据线组25及一监控单元27。其中，该数据线组25包含有一D+数据251及一D-数据252，可通过监控单元27的切换而选择连接主机控制器21以执行主机模式，或连接被控装置电路23而执行被控模式；另外，监控单元27还可分别在主机模式及被控模式时侦测数据线组25的电位变化。若侦测到数据线组25在主机模式时有电位提升(pull up)的现象，则可判断所插接的USB装置为被控装置(USB device)，控制电路可以主机模式与之进行数据传输；反之，若在被控模式侦测到数据线组25的电位提升，则所插接的USB装置应为主机装置(USB host)，应以被控模式与之进行数据传输。

本发明也可对USB控制电路的电源线29进行部分变更设计。如图所示，该电源线29分设为一前段电源线291及一后段电源线292，并将前段与后段以一开关器293加以连接。前段电源线291另连接有一提升电阻(pull-upresistor)28，而提升电阻28的另一端则连接一转接器281，可利用该转接器281而选择将提升电阻28连接到D+数据线251、D-数据线252或形成一断路状态。

其中，开关器293与转接器281配合监控单元27的切换动作而动作。当监控单元27将数据线组25连接到主机控制器21时，控制电路20执行主机模式，开关器293为导通，转接器281则为断路。此时，若插接一USB被控装置，则由USB接口规格(specification)的通讯协议，监控单元27将可在D+数据线251或D-数据线252上侦测到电位的提升(其中D+数据线为高速high speed或全速full speed规格；D-数据线则为低速low speed规格)，即可确定控制电路20应以主机模式进行数据传输。

当监控单元27将数据线组25连接到被控装置电路23时，控制电路20执行被控模式，开关器293为断路，转接器则选择连接到D+数据线251或D-数据线252(高速及全速时为D+资料线；低速时为D-资料线)。此时，若插接一USB主机装置(如计算机)，则由于主机装置可在电源线提供一电位，此电位经由提升电阻28与转接器281的导通而可将D+数据线251或D-数据线252之电位加以提升。监控单元27侦测到此一电位提升的信号，即可确定控制电路20应以被控模式进行数据传输。

根据本发明的控制电路设计，业者便可利用现行USB接口的连接端口与连接线的结构规格，使得该控制电路20同时具有主机模式与被控模式，可直接与其它USB装置进行点对点的数据传输，而不用再通过计算机，致使其在使用上创造更大的便利性，而其产品开发的难度及其制作成本亦较USB OTG规格的产品降低许多，对业界而言具有一定经济效益。

请参阅图3及图4A，其分别为本发明一较佳实施例的工作方法流程图及其切换顺序图。如图所示，本发明的主要实施步骤包括：提供一第一时间区间T₁及一第二时间区间T₂；将控制电路(20)于第一时间区间T₁中切换成被控模式301；并利用监控单元(27)侦测并判断该D+数据线(251)或D-数据线(252)在第一时间区间T₁内其电位有无上升302，若有，则可判断所插接之装置为USB主机装置，而控制电路(20)应以被控模式与之进行数据传输313；若无，则待第一时间区间T₁结束而进入第二时间区间T₂后将控制电路切换为主机模式303。

此时，同样利用监控单元侦测且判断该D+数据线或D-数据线在第二时间区间T₂内其电位有无上升304，若有，则可判断所插接之装置为USB被控装置，而控制电路应以主机模式与之进行数据传输305；若无，则待第二时间区间T₂结束而进入第一时间区间T₁后将控制电路切换为被控模式，执行步骤301及其后序的步骤以形成一循环流程。

由于在USB接口规格中，主机装置应可通过电源线对被控装置提供电源，为了避免控制电路在执行主机模式时由于插接了一主机装置，造成电源冲突，在本发明中可令控制电路执行被控模式的第一时间区间T₁大于执行主机模式的第二时间区间T₂；而当第一时间区间T₁远大于第二时间区间T₂时，则可让发生电源冲突的机率趋近于零。

另外，请参阅图2，在USB连接端口中，D+数据线251与D-数据线252之线路等效电容分别为第一电容261与第二电容262，为了避免线路等效电容的充放电现象干扰监控单元27侦测数据线组25的电位变化，可设定该第二时间区间T₂略大于第一电容261与第二电容262的放电时间；而第一时间区间T₁则可根据使用者对系统效能的需求而设定。如此，即可快速而精确判断出所插接的装置为主机装置或被控装置，确定控制电路应执行的模式与所插接的装置进行数据传输。

最后，请参阅图4B及图4C，其分别为本发明一较佳实施例于t₁时间点插入一主机装置与一被控装置的切换时序图。如图所示，本发明的控制电路于第一时间区间T₁执行被控模式，其时间长短由使用者依需求而自行设定，可令其远大于控制电路执行主机模式的第二时间区间T₂，如此，该控制电路便有较长的时间处于被控模式，以大幅降低外界电子装置同样以主机模式连接的机率，进而可达到保护控制电路的目的。

当使用者在t₁时间点插入一USB装置时，若监控单元在T₁时间内侦测到数据线组之电位上升，则可确认插入的装置为主机装置，而令控制电路继续执行被控模式，以被控模式与该USB装置进行数据传输，如图4B所示。若监控单元并未在第一时间区间T₁内侦测到数据线组对电位提升，则控制电路在第一时间区间T₁结束进入第二时间区间T₂时自动切换成主机模式。若该监控单元在第二时间区间T₂内侦测到该数据线组的电位上升，则可确认插入的装置为被控装置，而令控制电路继续执行主机模式，以主机模式与该USB装置进行后序的沟通协议与数据传输。

综上所述，本发明涉及一种USB控制电路及其工作方法，特别是一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路及其工作方法，利用监控单元令USB控制电路于主机模式及被控模式之间进行周期性切换，不仅可通过原有的通讯协议简单而快速达成传输模式的侦测且可不经过计算机而与其它USB产品进行点对点的传输。

以上所述，仅为本发明的优选实施例，并非用来限定本发明实施的范围，任何根据本发明权利要求所述的形状、构造、特征、方法及其精神所作的变化与修改，均应包括于本发明权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种具有主机模式与被控模式切换功能的USB控制电路，其特征在于，包括：

一主机控制器，用以执行一USB接口的主机模式；

一被控装置电路，用以执行一USB接口的被控模式；

一数据线组，包含有一D+数据线及一D-数据线，可用以传输数据；及

一监控单元，用以控制数据线组周期性循环选择连接所述主机控制器或所述被控装置电路，连接所述被控装置电路的时间区间大于连接所述主机控制器的时间区间，并持续侦测数据线组的电位变化，如果电位升高，结束所述周期性循环选择连接的过程，采用当前的连接方式。

2.根据权利要求1所述的USB控制电路，其特征在于，还包括：

一电源线，定义有一前段电源线及一后段电源线，可通过一开关器串接前段电源线与后段电源线；

一提升电阻，其一端连接前段电源线；及

一转接器，连接到提升电阻的另一端，并可选择使提升电阻连接到D+数据线或D-数据线。

3.根据权利要求2所述的USB控制电路，其特征在于，所述开关器配合所述监控单元的作动而选择为导通状态或断路状态，而当该控制电路处于主机模式时，该开关器处于导通状态；当该控制电路处于被控模式时，该开关器处于断路状态。

4.根据权利要求2所述的USB控制电路，其特征在于，所述转接器配合该监控单元的作动而选择为断路、连接所述D+数据线或连接所述D-数据线的状态，而当所述控制电路处于主机模式时，该转接器处于断路状态；当所述控制电路处于被控模式时，该转接器可选择连接所述D+数据线或所述D-数据线。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的USB控制电路，其特征在于，所述D+数据线与地线之间以及D-数据线与地线之间分别具有一电容。

6.一种用于权利要求1所述USB控制电路的切换方法，其特征在于，包括：

提供一第一时间区间及一第二时间区间；

所述第一时间区间与所述第二时间区间接续形成周期循环，第一时间区间大于第二时间区间；

其中，控制电路于第一时间区间执行被控模式，而于第二时间区间执行主机模式；

判断数据线组在第一时间区间内电位有无上升，

若有，则令该控制电路以被控模式进行数据传输；

若无，则令该控制电路切换为主机模式；

判断数据线组在第二时间区间内电位有无上升，

若有，则令该控制电路以主机模式进行数据传输；

若无，则令该控制电路切换为被控模式。

7.根据权利要求6所述的切换方法，其特征在于，所述控制电路还包括：

一电源线，定义有一前段电源线及一后段电源线，可通过一开关器串接前段电源线与后段电源线；

一提升电阻，其一端连接前段电源线；及

一转接器，连接于提升电阻之另一端，并可选择使提升电阻连接到D+数据线或D-数据线。

8.根据权利要求6所述的切换方法，其特征在于，所述USB控制电路执行主机模式时，所述数据线组通过监控单元连接所述主机控制器，且所述开关器处于导通状态，转接器处于断路状态。

9.根据权利要求7所述的切换方法，其特征在于，所述USB控制电路执行被控模式时，所述数据线组通过该监控单元连接所述被控装置电路，且所述开关器处于断路状态，转接器可选择转接该D+数据线或该D-数据线。

10.根据权利要求6所述的切换方法，其特征在于，所述第二时间区间的长度略大于D+数据线与D-数据线的等效电容的放电时间。

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