CN101006435A - 使数字数据和模拟数据能够通过数据总线进行通信的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子设备(100)，例如音频设备，其能够利用如USB连接器的单个低成本连接器通过如通用串行总线(USB)的数据总线进行数字数据和模拟数据的通信。根据一个实施例，该电子设备(100)包括：连接器(60)，用于把电子设备(100)连接到数字装置(200)和模拟装置(300)其中的一个。控制器(10)，用于判断连接器(60)是被连接到数字装置(200)还是被连接到模拟装置(300)。开关(50)，响应于判断结果，把连接器(60)连接到数字元件或模拟元件其中的一个。

Description

使数字数据和模拟数据能够通过数据总线进行通信的设备和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2004年8月27日在美国专利商标局提交的申请号为60/605,296的临时申请的优先权和全部利益。

技术领域

本发明涉及一种数据通信技术，除了其它方面以外，尤其涉及到一种能够利用如USB连接器的单个低成本连接器通过一个如通用串行总线(USB)的数据总线进行数字数据和模拟数据通信的设备和方法。

背景技术

通过总线进行数据通信已为业内所共知。一种众所周知的总线类型是USB，它通常用于在设备/装置之间传输数字数据。因此，许多设备/装置如音频/MP3播放器、计算机、外围设备以及其它的装置经常包括用来连接USB的连接器/插头。

对于一个例如MP3播放器的音频设备/装置，理想情况是提供一种器件，利用它不仅能接收数字音频数据，而且能够输出模拟音频数据到其它的装置。一种像这样能够兼容数字数据和模拟数据的方法是为这两种不同的数据类型提供各自的电连接器。例如，可通过USB连接器接收数字数据而通过另外的连接器输出模拟数据。另外一种方法是使用物理体积比标准USB连接器大一些的连接器。然而，这些方法的不完善之处是会显著地提高制造成本。

因此，需要可以解决上述问题的设备和方法，从而能够利用单个的如USB连接器的低成本连接器在如USB的数据总线上进行数字数据和模拟数据的通信。本发明处理这些以及其它一些问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，揭示了一种电子设备。根据一个实施例，该电子设备包含：接口器件，用于把该电子设备连接到一个数字装置和一个模拟装置其中的一个。控制器件，判断该接口器件是被连接到数字装置还是连接到模拟装置。转换器件，响应于此判断结果把该接口器件连接到一个数字元件和一个模拟元件其中的一个。

根据本发明的另一方面，揭示了一种控制电子设备的方法。根据一个实施例，该方法包含：检测电子设备的连接器是否处于连接状态，如果此电子设备处于连接状态就判断这个连接器是被连接到一个数字装置还是被连接到一个模拟装置，以及响应于此判断结果把连接器连接到该电子设备的一个数字元件或一个模拟元件其中的一个。

根据本发明的另外一个方面，揭示了一种音频设备。根据一个实施例，该音频设备包含一个连接器，用于把该音频设备连接到一个数字装置和一个模拟装置其中的一个。一个控制器，判断该连接器是被连接到模拟装置还是被连接到数字装置。一个开关，响应于此判断结果把该连接器连接到一个数字元件和一个模拟元件其中的一个。

附图说明

结合下面实施例的附图和说明可以更好的理解本发明上述特点和有益效果以及其实现方法：

图1是根据本发明一个实施例的电子设备方框图；

图2是根据本发明一个实施例的处于数字模式的图1中的电子设备的框图；

图3是根据本发明一个实施例的处于模拟模式的图1中的电子设备的框图；以及

图4是根据本发明一个实施例的控制一个电子设备的步骤的流程图。

这里的例子描述了本发明的较佳实施例，但这些示例不会对本发明的任何方面构成限制。

具体实施方式

请参考附图，尤其是图1，根据本发明一个实施例，展示了一个电子设备100的方框图。根据一个实施例，电子设备100被具体化为一个音频设备，如RCA型号为RD2765的MP3播放器，但也可以具体化为其它类型的电子装置或设备。电子设备100包含：控制器件如系统控制器10，存储器件如存储器20，处理器件如USB处理器30，数据转换器件如模数转换器(ADC)和/或数模转换器(DAC)40，开关器件如场效应管(FET)开关50，以及接口器件如USB连接器60。图1中一些前述元件可以使用集成电路(IC)实现，而且一些元件可以被包括在一片或多片IC中。例如，在一些设计中，系统控制器10、USB处理器30、以及ADC/DAC 40可以用单片IC来实现。为了描述清楚起见，一些与电子设备100有关的常规要素如一些控制信号、电源信号和/或其它元要素可能没有在图1中出现。

系统控制器10用于执行各种控制和处理功能。根据一个实施例，系统控制器10用于从存储器20通过数据/地址总线(如，响应于用户输入)读取数字音频数据并且对该数字音频数据进行解码(如，MP3解码，等等)，从而产生解码的数字音频数据。然后解码后的数字音频数据再通过内部集成音频(“I2S”)总线被串行提供给DAC 40。系统控制器10还可以从ADC 40接收数字音频数据，对收到的数字音频数据进行处理，并使处理后的数字音频数据被存储到存储器20中。系统控制器10还用于控制USB处理器30的复位状态。根据一个实施例，系统控制器10为具有用于指示复位状态的逻辑状态的USB处理器30提供复位信号。例如，在USB处理器30处于复位状态时该复位信号可能表现为逻辑状态“0”(或相反)，并且在USB处理器30被从复位状态中释放时表现为逻辑状态“1”(或相反)。

系统控制器10还用于控制电子设备100的运行模式。根据一个实施例，电子设备100包括数字模式和模拟模式。当处于数字模式时，电子设备100用于接收、处理并存储数字数据，该数字数据包括外部数字装置如个人电脑(PC)提供的数字音频数据。处于数字模式的电子设备100还可以向外部数字装置输出这种数字数据。图2是根据本发明的一个实施例在数字模式下通过一个如USB的数据总线连接到一个PC 200的电子设备100的示意图。处于模拟模式时，电子设备100用于从外部模拟装置接收如模拟音频数据的模拟数据，把接收到的模拟数据转换成数字格式，并将得到的数字数据进行存储。电子设备100在处于模拟状态时还可以把存储的如数字音频数据的数字数据转换成模拟格式，并把得到的模拟数据输出到如扩展底座(docking station)的外部模拟装置。图3是根据本发明的一个实施例在模拟模式下连接到一个扩展底座300的电子设备100的示意图。如图3所示，扩展底座300可以通过数据总线如USB向一个或多个输出元件(如，扬声器)提供左右模拟音频信号。如图1所示，系统控制器10向FET开关50提供一个模式控制信号，把电子设备100从数字模式切换到模拟模式，反之亦然。

系统控制器10还用于执行和/或实现此处描述的电子装置100的其它功能。例如，系统控制器10通过将枚举代码加载到USB控制器30来识别通过USB连接器60连接到电子设备100的外部装置。尽管没有在图1中特别显示，系统控制器10还与USB连接器60的至少一个预定的管脚(例如，管脚1)相连接，并且还能够根据这个预定管脚上的电压检测出USB连接器60的连接和断开状态。根据一个实施例，如果一个门限电压(如5V)出现在预定的管脚上，系统控制器10可判断出USB连接器60处于连接状态。反过来，如果在预定的管脚上没有出现门限电压，系统控制器10可判断出USB连接器60处于断开状态。

存储器20用于存储包括数字音频数据在内的数字数据。根据一个实施例，存储器20可以被具体化为非易失性存储器例如同步动态随机存取存储器(SDRAM)，闪速存储器，硬盘驱动器(HDD)，或其它类型的存储器。

USB处理器30用于执行各种与USB有关的处理功能。根据一个实施例，USB处理器30进行数据处理使数据通信符合USB协议。如业内共知，USB协议包括同时传输数字数据的原始版本(即，D+流)和一个相同数字数据的互补版本(即，D一流)。USB处理器30用于把这些通过FET开关50接收到数字数据在存储到存储器20之前从串行格式转换为并行格式。相反地，USB处理器30还用于把从存储器20读出的数字数据在通过USB连接器60输出到USB总线之前，从并行格式转换为串行格式。后面会阐述到，USB处理器30还进一步用于执行枚举代码从而识别出电子设备100连接到的特定的主机装置。

ADC/DAC 40用于处理模拟数据。通常，ADC/DAC 40用于把数据从模拟格式转换为数字格式和/或反向转换。这就是说，电子设备100可以包括一个ADC(没有DAC)、一个DAC(没有ADC)或者两个元件都包括。根据一个实施例，ADC 40从FET开关50接收左(L)右(R)模拟音频数据，并把接收到的模拟音频数据转换为数字音频数据。然后此数字音频数据可以被系统控制器10处理并被存储在存储器20中。同样根据一个实施例，DAC40通过I2S总线以串行方式接收来自系统控制器10的已解码数字音频数据，并把该已解码数字音频数据转换为模拟音频数据。如图1所示，此模拟音频数据可以是分开的左(L)和右(R)模拟音频信号。

FET开关50基于系统控制器10提供的模式控制信号执行切换功能。根据一个实施例，FET开关50在数字模式下为数字数据(如数字音频数据)提供一个或多个在USB处理器30与USB连接器60之间的输入/输出路径。反过来，FET开关50在模拟模式下为模拟数据(如左右音频数据)提供一个或多个在ADC/DAC 40与USB连接器60之间的输入/输出路径。同样根据一个实施例，在模拟模式下从DAC 40输出的模拟数据信号大概是可用供电电压一半的直流(DC)电压。这样，就会避免信号为负的可能性。典型地，传统的模拟和数字信号复用的方法需要以严格的方式进行模拟信号的正和负偏移的开关。但上述方法有严重的局限性，它们不能使较高速率的数字信号(如325MHz以上)通过，从而不适于在如USB(如2.0版本)的数据总线上进行数字信号和模拟信号的复用。因此，由于允许在模拟信号和高速数字信号(如480Mbps)之间进行切换，FET开关50的使用具有独特的先进性。

USB连接器60用于把电子设备100连接到各种外部装置，这些的外部装置包括如图2所示的PC200等数字装置和如图3所示的扩展底座300等模拟装置。如图1所示，FET开关50和USB连接器60之间的模拟信号路径包括一个或多个电容，用于滤除FET开关50输出的模拟数据的直流成份。根据一个实施例，USB连接器可以被具体化为迷你B型USB连接器，标准B型USB连接器，或其它类型的连接器。下面的表1显示了处于本发明数字模式和模拟模式下的迷你B型和标准B型USB连接器的管脚定义。

表1

	迷你B型连接器	迷你B型连接器	B型连接器	B型连接器
					管脚号	数字模式	模拟模式	数字模式	模拟模式
1	+5V	+5V	+5V	+5V
					2	D-	左声道	D-	左声道
3	D+	右声道	D+	右声道
					4	识别	识别	地	地
5	地	地	不可用	不可用

参照图4，展示根据本发明一个实施例电子设备的控制步骤的流程图400。为了举例和说明，图4中的步骤将参照图1至图3中的电子设备100来说明。图4中的步骤只是例子，不会在任何方面对本发明产生限制。

流程从步骤405开始。根据一个实施例，当流程从步骤405开始时电子设备100处于数字模式。在步骤410中，会判断USB连接器60是否处于连接状态。根据一个实施例，如果在USB连接器60的预定的管脚(如管脚1)上出现门限电压(如5伏特)，会表示USB连接器60处于连接状态，系统控制器10在步骤410通过检测此电压来进行判断。如图4所示，步骤410会一直重复，直到系统控制器10判断出USB连接器处于连接状态为止。

一旦在步骤410中判断出USB连接器60处于连接状态，流程会前进至步骤415，在那里处理器30从复位状态中释放并且加载枚举代码。根据一个实施例，系统控制器10改变提供给USB处理器30的复位信号的状态(如从“0”变为“1”或者相反)，从而在步骤415把USB处理器30从复位状态释放。系统控制器10还在步骤415中通过I2C总线把枚举代码加载到USB处理器30中。当执行后，该枚举代码能使USB处理器30识别出电子设备100连接到的特定的主机装置。

在步骤420中，判断电子设备100连接到的特定的主机装置是否为一个数字装置(如，PC等)。根据一个实施例，USB处理器30在步骤420中执行枚举代码，开始一个与连接到电子设备100的主机装置的“握手”过程。在“握手”过程中，USB处理器30通过I2C总线(或者其它为此目的配置的数字数据线)把从主机装置接收到的任何数据都提供给系统控制器10，从而在步骤420中使系统控制器10能够判断该主机装置是否是一个数字装置。

如果在步骤420中的判断为肯定的，流程会前进至步骤425，在该步骤电子设备100将保持在数字模式。当处于数字模式时，电子设备100会从数字主机装置，如图2所示，接收如数字音频数据的数字数据，并存入存储器20。

步骤425之后，流程会前进至步骤430，在该步骤判断USB连接器60是否处于断开状态。如前所述，系统控制器10可以通过检查USB连接器60预定管脚上的电压来判断USB连接器60处于连接状态还是处于断开状态。因此，系统控制器10在步骤430中通过检查USB连接器60预定管脚上的电压来做出判断。如图4所示，步骤425和430会一直重复，直到系统控制器10判断出USB连接器60处于断开状态为止。

一旦在步骤430中判断出USB连接器60处于断开状态，流程会前进到步骤435，在该步骤USB处理器30被复位。根据一个实施例，系统控制器10改变提供给USB处理器30的复位信号的逻辑状态(如从“1”变到“0”，或者相反)，从而在步骤435中把USB处理器30复位。步骤435之后，流程循环回步骤410，如图4所示。

回到步骤420，如果在步骤420中的判断为否定的，流程会前进至步骤440，在那里电子设备100切换到模拟模式。根据一个实施例，系统控制器10给FET开关50提供模式控制信号，从而在步骤440中把电子设备100从数字模式切换至模拟模式。当处于模拟模式时，电子设备100可以通过一个扩展底座，如图3所示，把模拟数据如模拟音频数据输出到一个输出装置。

步骤440之后，流程会前进至步骤445，在该步骤判断USB连接器是否处于断开状态。如前所述，系统控制器10能通过检查USB连接器60预定管脚上的电压来判断出USB连接器60是处于连接状态还是处于断开状态。因此，系统控制器10在步骤445中通过检查USB连接器60预定管脚上的电压来做出判断。如图4所示，步骤440和445会一直重复，直到系统控制器10判断出USB连接器60处于断开状态为止。

一旦在步骤445中判断出USB连接器60处于断开状态，流程会前进至步骤450，在那里电子设备100切换回数字模式。根据一个实施例，系统控制器10给FET开关50提供模式控制信号，从而在步骤450中把电子设备100从模拟模式切换至数字模式。步骤450之后，流程循环回步骤410，如图4所示。

如上所述，除了其它方面以外，本发明提供了一种能够利用单个的如USB连接器的低成本连接器通过一个如通用串行总线(USB)的数据总线进行数字数据和模拟数据通信的设备和方法。尽管本发明是通过优选实施例进行描述的，但可以本着文中所述的精神和范畴对本发明做进一步的修改。因此任何根据本发明基本原理进行的变化、应用、或改动都将在本申请的涵盖范围之内。进一步地，本申请旨在涵盖本领域内落入附属权利要求范围内的与本文有出入的已知或惯例技术。

Claims (30)

1、一种电子设备(100)，包含：

接口器件(60)，用于把所述电子设备(100)连接到数字装置(200)和模拟装置(300)其中的一个；

控制器件(10)，用于判断所述接口器件(60)是被连接到所述数字装置(200)还是连接到所述模拟装置(300)；以及

开关器件(50)，用于响应于所述判断，把所述接口器件(60)连接到处理数字信号的数字处理单元或者是处理模拟信号的模拟处理单元其中的一个。

2、权利要求1的电子设备(100)，其中电子设备(100)是MP3播放器。

3、权利要求1的电子设备(100)，其中所述接口器件(60)包含通用串行总线连接器。

4、权利要求1的电子设备(100)，其中所述数字装置(200)和所述模拟装置(300)位于电子设备(100)的外部。

5、权利要求4的电子设备(100)，其中所述数字装置(200)是计算机，所述模拟装置(300)是扩展底座。

6、权利要求1的电子设备(100)，进一步包含所述数字处理单元和所述模拟处理单元。

7、权利要求1的电子设备(100)，其中所述数字处理单元包含处理器件(30)，用于处理由所述数字装置(200)提供的数字信号，并且进一步包含存储器件(20)，用于存储所述处理后的数字信号。

8、权利要求7的电子设备(100)，其中所述由所述数字装置(200)提供的数字信号包含数字音频数据。

9、权利要求1的电子设备(100)，其中：

所述模拟处理单元包含数模转换器(40)，用于把数字信号转换成模拟信号；以及

所述被转换后的模拟信号被提供给所述模拟装置(300)。

10、权利要求9的电子设备(100)，其中所述要被转换的数字信号包含数据音频数据并且所述转换后的模拟信号包含音频信号。

11、权利要求1的电子设备(100)，其中所述开关器件(50)包括一个场效应晶体管。

12、权利要求1的电子设备(100)，进一步包含电容器件，连接在所述开关器件(50)和所述接口器件(60)之间，用于对所述模拟元件提供的模拟音频信号进行滤波。

13、一种控制电子设备的方法(400)，所述方法包含：

检测所述电子设备的一个连接器是否处于连接状态(410)；

如果所述连接器处于所述连接状态，判断所述连接器是被连接到一个数字装置还是被连接到一个模拟装置(420)；以及

响应于所述判断，把所述连接器连接到所述电子设备的用于处理数字信号的数字处理单元和所述电子设备的用于处理模拟信号的模拟处理单元其中的一个(425，440)。

14、权利要求13的方法(400)，其中所述连接器包含通用串行总线连接器。

15、权利要求13的方法(400)，其中所述数字装置和所述模拟装置位于电子设备的外部。

16、权利要求15的方法(400)，其中所述数字装置是计算机并且所述模拟装置是扩展底座。

17、权利要求13的方法(400)，进一步包含以下步骤：

如果所述连接器被连接到所述数字装置，则通过所述连接器从所述数字装置接收数字音频数据；

利用数字处理单元对所述数字音频数据进行处理；以及

存储所述处理后的数字音频数据。

18、权利要求13的方法(400)，进一步包含以下步骤：如果所述连接器被连接到所述模拟装置，则通过所述连接器把模拟音频数据输出到所述模拟装置。

19、权利要求18的方法(400)，进一步包含以下步骤：在通过所述连接器把所述模拟音频数据输出到所述模拟装置之前，对所述模拟音频数据进行滤波。

20、权利要求13的方法(400)，其中所述连接器通过一个包括场效应晶体管的开关被有选择地连接到所述数字处理单元或所述模拟处理单元。

21、一种音频设备(100)，包含：

连接器(60)，用于把所述音频设备(100)连接到数字装置(200)和模拟装置(300)其中的一个上；

控制器(10)，用于判断所述连接器(60)是被连接到所述数字装置(200)还是被连接到所述模拟装置(300)；以及

开关(50)，响应于所述判断，把所述连接器(60)连接到用于处理数字信号的数字处理单元和用于处理模拟信号的模拟处理单元其中的一个。

22、权利要求21的音频设备(100)，其中所述连接器(60)包含通用串行总线连接器。

23、权利要求22的音频设备(100)，其中所述数字装置(200)和所述模拟装置(300)位于音频设备(100)的外部。

24、权利要求23的音频设备(100)，其中所述数字装置(200)是计算机并且所述模拟装置(300)是扩展底座。

25、权利要求24的音频设备(100)，进一步包含所述数字处理单元和所述模拟处理单元。

26、权利要求25的音频设备(100)，其中所述数字处理单元包含：处理器(30)，用于处理所述数字装置(200)提供的数字音频数据；以及进一步包含存储器(20)，用于存储所述处理后的数字音频数据。

27、权利要求26的音频设备(100)，其中

所述模拟处理单元包含数模转换器(40)，用于把数字音频数据转换成模拟音频数据；以及

所述转换后的模拟音频数据被提供给所述模拟装置(300)。

28、权利要求27的音频设备(100)，其中所述开关(50)包括场效应晶体管。

29、权利要求28的音频设备(100)，进一步包含至少一个电容，连接于所述开关(50)和所述连接器(60)之间，对所述模拟单元提供的模拟音频信号进行滤波。

30、权利要求29的音频设备(100)，其中所述音频设备(100)是MP3播放器。

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