CN100583074C - 可自动检测通用串行总线主机或外围设备的装置 - Google Patents

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本发明公开了一种可自动检测通用串行总线主机或外围设备的装置。在具有USB接口的设备中，本装置通过VBUS管脚耦接至外部USB设备，并根据电压的变化，来加以判断与之连接的为一USB主机还是USB外围设备。此装置包含一电压检测电路及一电压检测元件，此电压检测电路分别耦接至电压检测元件与USB接口的VBUS管脚。电压检测电路可以是一分压电路，且电压检测电路的电压，根据USB接口的VBUS管脚的外部输入电压信号而改变。电压检测元件则用来检测电压检测电路的电压变化，来判断与之连接的外部设备是一USB主机还是USB外围设备。利用本发明，不依赖ID管脚来判断USB主机和USB外围设备，同时，也不会产生供电冲突。

Description

可自动检测通用串行总线主机或外围设备的装置
技术领域
本发明涉及一种可自动检测通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)主机或外围设备的装置，在备有USB接口的设备中，本装置耦接至外部USB设备，并判断与之连接的是USB主机还是USB外围设备。
背景技术
通用串行总线(USB)接口是可携式装置的一个基本接口标准，不过USB最初的设计是以个人计算机(PC)为发散主轴的联机，传统USB在一开始便被定位在计算机与外围设备间相连接的一个接口，USB外围装置相互间无法互通互连，如个人数字助理(PDA)103、数码相机104、USB键盘105、以及USB鼠标106等，即分别透过集线器(hub)102a、102b与个人计算机101连接，如图1所示。
USB-IF(Implementers Forum)协会在制定USB基本架构时选择了主从式的架构，即将较困难与复杂繁琐的工作都交给主机(Host)端，也就是计算机来负责，其它与计算机相连的通称为外围(peripheral)设备，亦即USB装置。但随着越来越多的USB装置出现后，可携式电子产品的性能逐渐提升，使得部分装置想跳脱PC主机端的连接。因此，USB-IF协会以原有USB规格为基础，衍生制订了USB的对接标准，称为USB携带型(On-The-Go，OTG)。
USB OTG并不是一个独立于USB 2.0存在的规范，USB OTG在于提供一个方式，让USB装置能够跳脱与个人计算机的连接，在USB OTG 1.0的规格中提供一个具备双重角色装置(Dual-role device)的概念，也就是说一个OTG的装置，既可以当主机，也可以当外围设备端。如此一来，任意USB可与USB OTG装置达成主从式的点对点连接。
在USB OTG功能的设备使用一种新型的mini-AB连接头(connector)，新增了一个ID管脚，在两个互连的USB OTG装置中，通过ID管脚分辨出担任主控者的USB OTG主机设备201与受控者的USB OTG外围设备202。ID管脚201a被设为”0“的一方，指定为担任主控者；相对的担任受控者的USB外围设备则将ID管脚201b则被设为空接(NC)，如图2所示。
在USB OTG中，主机设备称为A设备，外围设备称为B设备，其是用连接头的连接方式来决定其主从设备。当两个设备连接后，其主从角色还可以更换，A设备(主机)提供电源VBUS给B设备(外围)，不过考虑到担任主控者的多半也是一个移动装置，其自带的电力有限，还要供应给外围设备，因此下调供电电流标准，从最低100mA改成8mA，电压则修正为4.4伏特(V)～5.25V。
由于USB OTG必须倚赖ID管脚来决定互接时的角色，但是一般使用者在使用USB OTG设备互连时，常会搞不清楚mini-AB连接头的使用，而导致USB OTG设备无法转换成正确的角色(主机或是外围)，造成使用不便。
还有一个问题是，虽然某些具有USB接口的应用产品，已经可以同时支持标准(standard)与mini-AB的连接头，但是当一USB OTG设备连接至一标准USB主机时，其VBUS管脚会由于同时供电产生冲突。
发明内容
本发明提供一种可自动检测USB主机或外围设备的装置，本发明提供在一个备有USB接口的设备中，本装置与设备的USB接口的VBUS管脚耦接，并根据电压的变化，来判断与之连接的外部USB设备为一USB主机还是USB外围设备。
本发明的可自动检测USB主机或外围设备的装置包含电压检测电路及一电压检测(votage detector)元件。其中，电压检测电路分别耦接至电压检测元件和USB接口的VBUS管脚。
电压检测元件则通过检测电压检测电路的电压变化来判断与之连接的外部设备是一USB主机还是USB外围设备。不需要像传统USB OTG标准那样必须利用连接头的ID管脚来区分主机设备端或是外围设备端。
举例来说，电压检测电路可以是一分压电路，其简单的分压电路如下所述：
串联一第一电阻R1与一第二电阻R2在一电源以及一接地电位之间，同时一电容器C1与第二电阻R2并联，并分别连接到电阻R1与R2之间的节点A与接地电位之间。电压检测电路的节点A的电压会根据USB接口的VBUS管脚的外部输入电压信号而改变。而电压检测元件则用来检测分压电路的节点A的电压变化，来判断与之连接的外部设备是一USB主机还是USB外围设备。
根据本发明，两个相连的USB设备，其不论是传统(standard)的USB接口或是USB OTG接口都能够沟通，不会因为两个预设为USB主机设备相连时，而导致VBUS管脚的电压冲突。本装置检测到外部USB装置为主机设备时，就会调整本身成为外围设备；同样地，当检测到外部USB装置为外围设备时，则调整本身成为主机设备。
本发明的一实施例中，一备有本发明装置的USB设备平台与一USB主机设备连接时，本发明装置的电压检测电路的节点A与USB接口的VBUS管脚耦接，而USB主机设备端的VBUS管脚输出5V的电压至节点A，并对电压检测电路内的电容C1充电(charge)，以增加节点A的电压值，电压检测单元检测到节点A的电压升高。如此，即可获知外部设备为USB主机设备，此USB设备平台便可以将自己转换成受控的外围设备。
本发明的另一实施例中，一备有本发明装置的USB设备平台与一USB外围设备连接时，本发明装置的具有变压节点的分压电路的节点A与USB接口的VBUS管脚耦接，当USB外围设备开始工作时，将从备有本发明装置的USB设备平台中的VBUS管脚获取电源，将导致电压检测电路内的电容开始放电(discharge)，并降低节点A的电压值。此时，电压检测单元检测到节点A的电压降低。如此，即可获知外部设备为USB外围设备，此USB OTG设备平台便可以将自己转换成主控的主机设备。
利用本发明，不依赖ID管脚来判断USB主机和USB外围设备，同时，也不会产生供电冲突。
附图说明
图1为传统USB架构中个人计算机与外围设备相连接的示意图；
图2为USB OTG装置通过ID管脚区分主机/外围设备的示意图；
图3为本发明的可自动检测USB主机或外围设备的装置的结构示意图；
图4为本发明装置的电压检测电路的示意图，其通过分压电路实现；
图5为本发明的一实施例的装置与USB主机连接的示意图；
图6为本发明的另一实施例的装置与USB外围设备连接的示意图。
其中，附图标记：
101        个人计算机        102a、102b    集线器
103        个人数字助理      104           数码相机
105        USB键盘           106           USB鼠标
201        USB OTG主机设备   202           USB OTG外围设备
201a、201b ID管脚            301           备有USB接口的设备
303        电压检测电路      305           电压检测元件
VBUS、D+、D-、GND、ID        通用串行总线的管脚
410        电源              411            接地电位
R1、R2     电阻              C1             电容器
A          节点              510            USB主机设备
V1         电源              610            USB外围设备
具体实施方式
图3为本发明的可自动检测USB主机或外围设备的装置的结构示意图，其中该装置应用在一个具有USB接口的设备301中。如图3所示，该可自动检测USB主机或外围设备的装置包含一电压检测电路303及一电压检测元件305。其中，电压检测电路303分别与电压检测元件305以及USB接口的VBUS管脚连接。
此电压检测电路303的电压可根据USB接口的VBUS管脚接收的外部设备VBUS管脚的电压信号而改变。而电压检测元件305则检测此电压检测电路303的电压变化来判断与之连接的外部设备是一USB主机还是USB外围设备。不需如传统USB OTG标准那样必须利用连接头的ID管脚来区分主机设备端与外围设备端。
不失一般性，本发明的装置的电压检测电路303可以利用一分压电路来加以实现，如图4所示，其中此装置应用在一个备有USB接口的设备301里。如图4所示，该可自动检测USB主机或外围设备的装置包含一电压检测电路303及一电压检测元件305。其中，此电压检测电路303的结构如下所述：串联一第一电阻R1与一第二电阻R2在一电源410以及一接地电位411之间，同时一电容器C1与第二电阻R2并联，并分别耦接到电阻R1与R2之间的节点A与接地电位411之间。
此电压检测电路303的节点A分别耦接至电压检测元件305与USB接口的VBUS管脚，而电压检测电路303的节点A的电压，根据USB接口的VBUS管脚的外部设备输入的电压信号而改变。电压检测元件305则检测节点A的电压上升与下降，来判断与之连接的外部设备是一USB主机还是USB外围设备。
图5为根据图4的一个实施例，说明本发明的装置与USB主机连接的一个示意图。
如图5所示，此装置应用于一USB设备平台501，而此USB设备平台501欲与一USB主机设备510连接。其中，该可自动检测USB主机或USB外围设备的装置包含一电压检测电路303及一电压检测元件305，此电压检测电路303分别与电压检测元件305及USB接口的VBUS管脚耦接。
电压检测电路303，其电源V1供应3.3伏特(V)的电压，而电阻R1的电阻值为8K欧姆、电阻R2的电阻值为25K欧姆。因此当节点A尚未与USB主机设备410连接时，此节点A的电压值可由以下公式算得：
所以节点A的电压值为2.5V。
当USB设备平台501与此USB主机设备510连接时，其USB接口的VBUS管脚互连，则USB主机设备510端的VBUS管脚输出5V的电压至电压检测电路303的节点A，由于USB主机设备410端的VBUS管脚的电压(5V)大于节点A的电压2.5V，所以电压检测电路303内的电容C1便开始充电，以增加节点A的电压值。此时，电压检测元件305检测到节点A的电压值高于2.5V，则USB设备平台501即可得知与之连接的是USB主机设备，同时，USB设备平台501将自己转换成受控的外围设备。
图6为本发明的装置的另一个实施例。如图6所示，此装置应用在一USB设备平台601，并欲与一USB外围设备610连接。其中，该装置的电压检测元件305连接至电压检测电路303的节点A，且节点A与此USB设备平台601的VBUS管脚连接。
在此实施例中，电压检测电路303的电源V1供应3.3V的电压，而电阻R1的电阻值为8K欧姆、电阻R2的电阻值为25K欧姆。因此当节点A尚未与USB外围设备610连接时，此节点A的电压值可由以下公式算得：
R 2 R 1 + R 2 × V 1
所以节点A的电压值为2.5V。
USB设备平台601与USB外围设备610连接时，因为USB外围设备610端的VBUS管脚并无输出电压至节点A。所以，当USB外围设备610开始工作时，将从USB设备平台601中的VBUS管脚获取电源。而此现象将导致电压检测电路303内的电容C1开始放电，则节点A的电压值因此开始下降。此时，当电压检测元件305检测到节点A的电压值低于2.5V，则USB设备平台601即可得知与之连接的是外围设备，USB设备平台601便将自己转换成主控的主机设备，且负责提供电源给USB外围设备610。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可自动检测通用串行总线主机或外围设备的装置，应用于一个具有USB OTG接口的设备中，包括：
一电压检测电路，耦接至该具有USB OTG接口的设备的VBUS管脚；及
一电压检测元件，耦接至该电压检测电路；
该电压检测元件检测到该电压检测电路的电压降低，则该具有USB OTG接口的设备成为一通用串行总线主机设备；
该电压检测元件检测到该电压检测电路的电压升高，则该具有USB OTG接口的设备成为一通用串行总线外围设备；
该电压检测电路包括：
串联的电源、第一电阻、第二电阻及接地电位；
一电容器，与该第二电阻并联，且该电容器分别耦接到该第一电阻与该第二电阻之间的一节点以及该接地电位之间，该节点耦接至该具有USB OTG接口的设备的该VBUS管脚。
2.根据权利要求1所述的可自动检测通用串行总线主机或外围设备的装置，其特征在于，该电压检测电路为一分压电路。
3.根据权利要求1所述的可自动检测通用串行总线主机或外围设备的装置，其特征在于，一第二通用串行总线装置的VBUS管脚与该具有USB OTG接口的设备的VBUS管脚连接，该具有USB OTG接口的设备的VBUS管脚与该电压检测电路的该节点耦接时，该电容器放电降低该节点电压，该电压检测元件检测到该节点电压降低，则检测该第二通用串行总线装置为通用串行总线外围设备。
4.根据权利要求1所述的可自动检测通用串行总线主机或外围设备的装置，其特征在于，一第二通用串行总线装置的VBUS管脚与该具有USB OTG接口的设备的VBUS管脚连接，该具有USB OTG接口的设备的VBUS管脚与该电压检测电路的该节点耦接时，该电容器充电提高该节点电压，该电压检测元件检测到该节点电压升高，则检测该第二通用串行总线装置为通用串行总线主机设备。
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