CN101082892A - 具有通用串行总线接口的电子设备及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种其中包括通用串行总线(USB)接口的电子设备。该USB接口被配置为支持至少第一和第二不同的USB接口标准。响应于将提供到所述USB接口的信号的电压电平与所述电子设备中生成的参考电压进行比较，该电子设备选择这些不同的接口标准。提供到所述USB的所述信号可以是电源信号，所述第一USB标准可以是USB 2.0接口标准，而所述第二USB标准可以是片间USB(inter－chip USB)接口标准。

Description

具有通用串行总线接口的电子设备及其操作方法
技术领域
本发明涉及其中具有通用串行总线(USB)接口的设备以及操作所述USB接口的方法。
背景技术
USB技术被广泛用于计算机系统与外围设备之间的数据通信。USB技术提供用于将诸如鼠标、打印机、调制解调器、或扬声器的外围设备与计算机连接的接口标准。USB是由诸如英特尔、康柏、微软、飞利浦、IBM和NEC等个人计算机制造商的联盟支持的一种串行端口类型。
串行端口和USB端口用于数据发送的全速分别是100Kbps和12Mbps。因此，可以不受速度限制通过USB端口连接各种设备。当使用计算机并通过USB端口连接外围设备时，自动识别所述连接。通过USB端口连接的所述外围设备无需内部供电。其原因是由USB主机提供电源。例如，外围设备可以通过同一个USB端口连接到诸如计算机的USB主机而无需额外的软件或硬件。因而，可以大幅度减少端口的数量。从而，可以使诸如便携终端的电子设备的尺寸最小化。
根据USB标准，通过USB端口连接的两个终端分别是主机和USB设备。所述主机控制总线的拓扑管理、USB设备状态的监视、设备控制、以及通过总线的数据传输管理，并向所述USB设备提供预定工作电压(即，电源电压VDD)。
如上所述，大多数计算机包括USB端口，使得其不必安装各种复杂的适配器。当从移动电话机或数码相机向计算机传输数据时，广泛使用USB端口。由于USB端口的这种便利性，根据USB标准(即，USB接口标准)连接的终端更广泛地使用在多种应用中。也即，USB标准用于支持诸如移动电话机或个人计算机的单独的终端之间的外部通信，还用于支持集成在一个系统中的芯片之间的内部通信(即，局部通信)。从而，根据应用(即，根据单独的设备之间的外部通信和芯片之间的内部通信)来设置不同的USB标准。在这种情况中，需要一种新的USB设备，其通过一个端口根据不同的USB标准执行通信。因此，有必要开发一种能够根据各种主机以不同的USB接口标准执行通信的新的USB设备。
发明内容
本发明的实施例包括一种其中具有通用串行总线(USB)接口的电子设备。该USB接口被配置为支持至少第一和第二不同的USB接口标准。响应于将提供到所述USB接口的信号的电压电平与所述电子设备中生成的参考电压进行比较，该电子设备选择这些不同的接口标准。在某些所述实施例中，提供到所述USB的所述信号是电源信号，所述第一USB标准是USB 2.0接口标准，而所述第二USB标准是片间USB接口标准。
根据本发明的另外的实施例，提供一种具有通用串行总线(USB)接口的电子设备。该电子设备包括第一和第二输入/输出端子以及分别电连接到所述第一和第二输入/输出端子的第一和第二收发器。该电子设备中还提供接口控制器。电耦合到所述第一和第二收发器的所述接口控制器被配置为根据第一USB标准(例如，USB 2.0接口标准)向所述第一收发器发送并从其接收第一数据信号，而且进一步被配置为根据第二USB标准(例如，片间USB接口标准)向所述第二收发器发送并从其接收第二数据信号。
所述电子设备还可以包括电压检测器。该电压检测器(例如，比较器)可以被配置为响应于将所述电子设备中生成的参考信号的电压电平与在所述USB接口接收的信号的电压电平进行比较而生成电压检测信号(VDET、VCOM)。在本发明的某些实施例中，在所述USB接口接收的所述信号是电源电压。在本发明的其它实施例中，在所述USB接口接收的所述信号是在所述第一输入/输出端子接收的信号。所述接口控制器，对所述电压检测信号作出反应，响应于检测到所述电压检测信号的电平的改变，在根据所述第一USB标准对所述第一收发器的发送和接收与根据所述第二USB标准对所述第二收发器的发送和接收之间更改配置。特别地，所述接口控制器可以包括切换器，其对所述电压检测信号作出反应，并具有分别电耦合到所述第一和第二收发器的第一和第二输入端子。
附图说明
图1是其中具有USB传输组件的系统的框图；
图2是根据本发明的一个实施例的具有USB接口的系统的框图；
图3是根据本发明的另一个实施例的具有USB接口的系统的框图；
图4是根据本发明的更多实施例的具有USB接口的系统的框图；以及
图5是根据本发明的实施例的USB主机和USB设备的透视图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地说明本发明的优选实施例。然而，本发明可以以不同的形式具体化，而不应限于这里阐述的所述实施例来构造。事实上，提供这些实施例使得本公开彻底和完整，并向本领域技术人员全面传达本发明的范围。全文中类似的引用数字代表类似的元素。
图1是USB传输线的框图。参照图1，主机10和USB设备20之间的USB连接包括四条信号线31至34。VDD线31(即，电源线)、以及GND线34是从主机10向USB设备20提供电源的线。D+/DP线32和D-/DM线33是支持主机10与USB设备20之间的串行数据通信的线。用于根据USB规范修订版2.0执行通信的USB标准被称为“USB 2.0接口”。用于执行5至10厘米范围内的通信的USB标准被称为“片间USB(IC-USB)接口”。通过使用USB 2.0标准将一对互补数据信号发送到D+和D-信号线上，并通过使用IC-USB标准将一对互补数据信号发送到DP和DM信号线上。
图2是根据本发明的一个实施例的USB设备的框图。参照图2，USB主机100包括用于发送和接收数据信号D+/DP的焊盘110、用于发送和接收数据信号D-/DM的焊盘120、以及用于提供电源电压VDD的电源焊盘130。还提供地焊盘(未示出)用于向地线(未示出)提供地信号(GND)(例如，参见图1)。例如，当USB主机100使用IC-USB接口用于局部通信时，其发送和接收数据信号DP和DM。另一方面，当USB主机100使用USB 2.0时，其发送和接收数据信号D+和D-。
USB设备200包括第一和第二焊盘210和220、电源焊盘230、第一至第四收发器212、214、222、和224、电压检测器240、参考电压生成器242、以及接口控制器252。第一焊盘210是用于发送和接收数据信号D+/DP的I/O焊盘，而第二焊盘220是用于传输数据信号D-/DM的I/O焊盘。另外，电源焊盘230是用于从主机100接收电源电压VDD的焊盘。
接口控制器252包括具有两个切换器216和226的切换单元、以及控制器250。接口控制器252激活第一至第四数据路径，并控制与主机100的信号交换。所述第一和第二数据路径连接到第一焊盘210。所述第一数据路径包括连接到第一焊盘210的第一收发器212，而所述第二数据路径包括连接到第一焊盘210的第二收发器214。第一收发器212发送和接收数据信号D+，并包括根据USB 2.0接口的输入/输出缓冲器(未示出)和驱动器(未示出)。第二收发器214发送和接收数据信号DP，并包括根据IC-USB接口的输入/输出缓冲器(未示出)和驱动器(未示出)。
所述第三数据路径包括连接到第二焊盘220的第三收发器222，而所述第四数据路径包括连接到第二焊盘220的第四收发器224。第三收发器222发送和接收数据信号D-，并包括根据USB 2.0接口的输入/输出缓冲器(未示出)和驱动器(未示出)。第四收发器224发送和接收数据信号DM，并包括根据IC-USB接口的输入/输出缓冲器(未示出)和驱动器(未示出)。
第一至第四数据路径分别包括数据输入线和数据输出线。每条所述数据输入线通过焊盘210和220以及收发器212、214、222、和224连接到切换器216和226的输入端子。每条所述数据输出线通过控制器250、切换器216和226、以及收发器212、214、222、和224连接到焊盘210和220。
另一方面，如图2中所示，第一焊盘210具有其中两个焊盘211和213以双键合布局连接到传输线32’的结构。另外，第二焊盘220具有其中两个焊盘221和223以双键合布局连接到传输线33’的结构。其中，焊盘211、213、221、和223分别连接到所述第一至第四收发器。
收发器212和214的已接收数据输出线连接到第一切换器216的输入端子。第一切换器216的输出端子连接到控制器250。也即，输入到第一焊盘210的接收信号RX_D+和RX_DP通过所述第一和第二数据路径的收发器212和214被输入到第一切换器216。第一切换器216选择接收信号RX_D+和RX_DP其中之一并将所选的一个输出到控制器250。同样地，收发器222和224的已接收数据输出线连接到第二切换器226的输入端子，而第二切换器226的输出端子连接到控制器250。也即，输入到第二数据焊盘220的接收信号RX_D-和RX_DM通过所述第三和第四路径的收发器222和224被输入到第二切换器226，而第二切换器226选择接收信号RX_D-和RX_DM其中之一并将所选的一个输出到控制器250。
电源焊盘230分别连接到电压检测器240和参考电压生成器242。电压检测器240将输入到电源焊盘230的电源电压VDD与从参考电压生成器242输出的参考电压Vref进行比较。电压检测器240将输出信号Vdet(即，所述比较结果)递送到切换器216和226、以及控制器250中。
第一切换器216响应于电压检测器240的输出信号Vdet将所述第一和第二数据路径中的输入线其中之一连接到控制器250。也即，第一切换器216响应于电压检测器240的输出信号Vdet将从第一收发器212输出的接收信号RX_D+递送到控制器250中、或者将从所述第二收发器输出的接收信号RX_DP递送到控制器250中。同样地，第二切换器226响应于电压检测器240的输出信号Vdet将所述第三或第四数据路径中的输入线其中之一连接到控制器250。也即，第二切换器226响应于电压检测器240的输出信号Vdet将从第三收发器222输出的接收信号RX_D-递送到控制器250中、或者将从所述第四收发器输出的接收信号RX_DM递送到控制器250中。
控制器250处理根据USB 2.0方法输入的接收信号RX_D+和RX_D-或根据IC-USB方法输入的接收信号RX_DP和RX_DM。另外，控制器250根据电压检测器240的输出信号Vdet，激活所述第一和第三数据路径中的输出线其中之一，而且还激活所述第二和第四数据路径中的输出线其中之一。也即，根据电压检测器240的检测结果，控制器250将已发送和接收信号TX_D+和TX_D-输出到通过USB 2.0接口传输信号的收发器212和222中，或者将已发送和接收信号RX_DP和RX_DM输出到通过IC-USB接口传输信号的收发器214和224中。
例如，当USB主机100根据USB 2.0接口传输信号时，其根据USB 2.0协议将数据信号发送到D+/DP和D-/DM传输线32’和33’上。输入到D+/DP传输线32’的信号通过USB设备200的第一焊盘210被输入到收发器212和214中。如上所述，收发器212和222具有根据USB 2.0接口的结构，而收发器214和224具有根据IC-USB接口的结构。收发器212、214、222、和224将接收信号RX_D+、RX_D-、RX_DP、和RX_DM输出到切换器216和226中。
另一方面，如果USB主机100发送数据信号并同时将电源电压VDD提供到VDD线31’中，则电源电压VDD通过USB设备200的电源焊盘230被递送到电压检测器240和参考电压生成器242中。通过电源焊盘230输入的电源电压VDD被提供到USB设备200内的调节器(未示出)。所述调节器将电源电压VDD转换为USB设备200的内部工作电压并接着将该内部工作电压提供到各种内部器件(例如，控制器250以及收发器212、214、222、和224)中。在这种情况中，控制器250中包括附加调节器。
电压检测器240将从参考电压生成器242输出的参考电压Vref与电源电压VDD进行比较。参考电压Vref可以在3.6V和4.5V之间。在USB 2.0标准操作过程中，主机100提供在4.5至5.5V范围内的电源电压。在IC-USB标准操作过程中，主机100提供在2.7至3.6V范围内的电源电压。从而，当使用3.6至4.5V的电压作为参考电压Vref时，可以确定USB主机100是否根据USB 2.0标准传输信号。
电压检测器240在电源电压VDD高于参考电压Vref时生成第一电平(例如，高电平)的信号，并在电源电压VDD低于参考电压Vref时生成第二电平(例如，低电平)的信号。电压检测器240将检测信号Vdet递送到切换器216和226以及控制器250中。
第一切换器216响应于第一电平的检测信号Vdet将第一收发器212的接收线连接到控制器250。也即，第一切换器216响应于第一电平的检测信号Vdet将从第一收发器212输出的信号RX_D+输出到控制器250中。另外，第二切换器226响应于第一电平的检测信号Vdet将从第三收发器222输出的信号RX_D-输出到控制器250中。
控制器250处理接收信号RX_D+和RX_D-。例如，控制器250对来自主机100的命令进行编码以执行诸如数据存储操作的相应的操作。另外，所述控制器生成将被发送到USB主机100的发送信号TX_D+和TX_D-并接着将所述信号输出到收发器212和222中。其中，控制器250根据从电压检测器240输出的检测信号Vdet选择性地仅激活收发器212和222的传输线。也即，控制器250激活通过USB 2.0接口传输信号的收发器212和222的输出驱动器，并接着将发送信号TX_D+和TX_D-通过切换器216和226发送到收发器212和222中。其中，切换器216和226响应于来自电压检测器240的检测信号Vdet将发送信号TX_D+和TX_D-输出到收发器212和222。收发器212和222接着将所述发送信号分别输出到第一和第二焊盘210和220。
以下，当主机100根据IC-USB标准发送信号时，USB设备200的操作除了下面的操作以外与上面相同。因为根据IC-USB标准的工作电压VDD在2.7至3.6V之间，电压检测器240以所述第二电平输出检测信号Vdet。从而，切换器216和226根据IC-USB接口将收发器214和224的接收线连接到控制器250。也即，切换器216和226将分别从收发器214和224输出的接收信号RX_DP和RX_DM发送到控制器250。在将所述发送信号发送到主机100时，控制器250根据电压检测器240的检测信号Vdet仅启用IC_USB接口中使用收发器214和224的传输线(输出驱动)。控制器250通过切换器216和226将发送信号TX_DP和TX_DM输出到收发器214和224。
图3是根据本发明的另一个实施例的USB设备300的框图。图3的USB设备300除了参考电压生成器342和比较器340以外与图2的USB设备200相同。下面将描述USB设备300。参照图3，参考电压生成器342接收输入到第二焊盘220的信号以生成参考电压Vref’。比较器340将参考电压Vref’与电源电压VDD进行比较以生成结果信号Vcom。例如，比较器340在参考电压Vref’与电源电压VDD不相等时生成第一电平的信号，并在参考电压Vref’与电源电压VDD相等时生成第二电平的信号。其中，参考电压生成器342生成电压作为参考电压Vref’。所述电压与从USB主机200输出的数据信号中的高电平电压相同。如图3中所示，输入到第二焊盘220的数据信号被递送到参考电压生成器342。或者可选择地，可以将输入到第一焊盘210的数据信号递送到参考电压生成器342。
根据USB 2.0标准，电源电压VDD在5V区域内(4.5至5.5V)，而所述数据信号的高电平在3V区域内(2.7至3.6V)。另一方面，根据IC-USB标准，电源电压VDD与所述数据信号的高电平(即，参考电压Vref’)具有相同的电压区域(1.8V或3V)。从而，当电源电压VDD与所述数据信号的高电平(即，参考电压Vref’)不同时，则确定所述主机包括USB 2.0接口。当电源电压VDD与所述数据信号的高电平(即，参考电压Vref’)相同时，则确定所述主机包括IC-USB接口。
图4是根据本发明的更多实施例的USB设备的框图。图4的USB设备400除了控制器450和450’之外与图3的USB设备相同。参照图4，USB设备400包括两个控制器450和450’。第一控制器450根据USB 2.0标准处理信号，而第二控制器450’根据IC-USB标准处理信号。当有两个根据USB标准彼此分开的控制器时，可以提高处理信号的效率。例如，当仅使用一个控制器时，在根据USB 2.0标准处理接收信号之后根据IC-USB标准处理接收信号时需要初始化(或重置)信号处理过程的操作。当有两个分开的控制器时，每个控制器处理不同的信号，从而直接处理输入信号而无需初始化(或重置)操作。
图5是根据本发明的实施例的USB主机和USB设备的视图。参照图5，所述USB主机包括计算机系统1000和便携通信终端1000’。计算机系统1000包括使用USB 2.0接口的USB端口1100。便携通信终端1000’包括使用IC-USB接口的USB端口1100’。例如，USB设备2000包括SIM卡。所述SIM卡是用户识别模块卡。SIM卡2000包括可以电连接到USB端口1100和1100’的连接单元2100，并且与USB 2.0和IC-USB接口兼容。也即，当SIM卡2000被插入到便携通信终端1000’时，其使用IC-USB接口。当SIM卡2000被插入到所述个人计算机时，其通过传统USB端口使用USB 2.0接口。从而，用户利用双重端口而无需添加额外的端口或连接器。
已经在附图和说明书中公开了本发明的典型优选实施例，而且，虽然采用了特定的条件，它们仅是一般性和解释性的，并非用于限制的目的，在下面的权利要求书中阐述本发明的范围。
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2006年5月30日提交的韩国专利申请No.2006-48944的优先权，其公开通过参照而被合并于此。

Claims (28)

1.一种具有通用串行总线USB接口的电子设备，包括：
第一和第二输入/输出端子；
第一和第二收发器，分别电连接到所述第一和第二输入/输出端子；以及
接口控制器，电连接到所述第一和第二收发器，所述接口控制器被配置为根据第一USB标准向所述第一收发器发送并从其接收第一数据信号，而且进一步被配置为根据与所述第一USB标准不同的第二USB标准向所述第二收发器发送并从其接收第二数据信号。
2.如权利要求1所述的电子设备，进一步包括：
电压检测器，被配置为响应于将所述电子设备中生成的参考信号的电压电平与在所述USB接口接收的信号的电压电平进行比较而生成电压检测信号。
3.如权利要求2所述的电子设备，其中，所述接口控制器对所述电压检测信号作出反应，响应于检测到所述电压检测信号的电平的改变，在根据所述第一USB标准对所述第一收发器的发送和接收与根据所述第二USB标准对所述第二收发器的发送和接收之间更改配置。
4.如权利要求2所述的电子设备，其中，所述电压检测器被配置为响应于将所述参考信号的电压电平与在所述USB接口接收的电源电压进行比较而生成所述电压检测信号。
5.如权利要求2所述的电子设备，其中，所述电压检测器被配置为响应于将所述参考信号的电压电平与在所述第一输入/输出端子接收的信号的电压电平进行比较而生成所述电压检测信号。
6.如权利要求5所述的电子设备，其中，所述电压检测器包括其输出电耦接到所述接口控制器的电压比较器。
7.如权利要求1所述的电子设备，其中，所述第一USB标准是USB 2.0接口标准，而所述第二USB标准是片间USB接口标准。
8.如权利要求3所述的电子设备，其中，所述接口控制器包括切换器，其对所述电压检测信号作出反应，并具有分别电耦合到所述第一和第二收发器的第一和第二输入端子。
9.一种集成电路系统，包括：
电子设备，其中具有被配置用于支持至少第一和第二不同的USB接口标准的通用串行总线USB接口，该电子设备响应于将提供到所述USB接口的信号的电压电平与所述电子设备中生成的参考电压进行比较而选择所述不同的USB接口标准。
10.如权利要求9所述的集成电路系统，其中，所述提供到所述USB的信号是电源信号。
11.一种电子电路设备，包括：
电源焊盘；
第一和第二数据输入/输出焊盘；
第一和第二收发器，分别连接到所述第一和第二数据输入/输出焊盘，并通过使用第一通用串行总线USB接口发送和接收信号；
第三和第四收发器，分别连接到所述第一和第二数据输入/输出焊盘，并通过使用第二USB接口发送和接收信号；
电压检测器，检测输入到所述电源焊盘的电源电压是否高于参考电压；以及
接口控制器，响应于所述电压检测器的所述检测结果而操作，并根据所述第一和第二USB接口其中之一控制所述第一和第二收发器或第三和第四收发器。
12.如权利要求11所述的电子电路设备，其中，所述接口控制器包括：
第一切换器，连接到所述第一和第三收发器；
第二切换器，连接到所述第二和第四收发器；以及
控制器，响应于所述检测结果操作，并对通过所述第一和第二切换器发送和接收的数据进行处理。
13.如权利要求12所述的电子电路设备，其中，所述第一切换器在所述电源电压高于所述参考电压时选择所述第一收发器，并在所述电源电压低于所述参考电压时选择所述第三收发器，而且
所述第二切换器在所述电源电压高于所述参考电压时选择所述第二收发器，并在所述电源电压低于所述参考电压时选择所述第四收发器。
14.如权利要求11所述的电子电路设备，进一步包括参考电压生成器，其生成并将所述参考电压输出到所述电压检测器。
15.如权利要求14所述的电子电路设备，其中，所述参考电压生成器接收所述电源电压以生成所述参考电压。
16.如权利要求13所述的电子电路设备，其中，所述控制器包括：
第一控制器，响应于所述检测结果操作，并对通过所述第一和第二切换器发送和接收的数据进行处理；以及
第二控制器，响应于所述检测结果操作，并对通过所述第一和第二切换器发送和接收的数据进行处理。
17.如权利要求11所述的电子电路设备，其中，所述第一和第二数据输入/输出焊盘向主机发送并从其接收一对分别互补的数据信号。
18.如权利要求11所述的电子电路设备，其中，所述第一USB接口是USB 2.0，而所述第二USB接口是片间USB。
19.如权利要求11所述的电子电路设备，其中，所述第一数据输入/输出焊盘包括：
第一焊盘，连接到所述第一收发器；以及
第二焊盘，连接到所述第二收发器。
20.如权利要求19所述的电子电路设备，其中，所述第二数据输入/输出焊盘包括：
第三焊盘，连接到所述第三收发器；以及
第四焊盘，连接到所述第四收发器。
21.一种电子电路设备，包括：
电源焊盘；
第一和第二数据输入/输出焊盘；
第一和第二收发器，分别连接到所述第一和第二数据输入/输出焊盘，并通过使用第一USB接口发送和接收信号；
第三和第四收发器，分别连接到所述第一和第二数据输入/输出焊盘，并通过使用第二USB接口发送和接收信号；
参考电压生成器，接收输入到所述第一和第二数据输入/输出焊盘其中之一的接收信号，并生成具有与所述接收信号的高电平相同的值的参考电压；
比较器，检测输入到该电源焊盘的电源电压是否高于该参考电压；以及
接口控制器，响应于所述比较器的该检测结果而操作，并根据所述第一和第二USB接口其中之一控制所述第一和第二收发器或第三和第四收发器。
22.如权利要求21所述的电子电路设备，其中，所述接口控制器包括：
第一切换器，连接到所述第一和第三收发器；
第二切换器，连接到所述第二和第四收发器；以及
控制器，响应于所述检测结果进行操作，并对通过所述第一和第二切换器发送和接收的数据进行处理。
23.如权利要求22所述的电子电路设备，其中，所述第一切换器在所述电源电压高于所述参考电压时选择所述第一收发器，并在所述电源电压低于所述参考电压时选择所述第三收发器，而且
所述第二切换器在所述电源电压高于所述参考电压时选择所述第二收发器，并在所述电源电压低于所述参考电压时选择所述第四收发器。
24.如权利要求23所述的电子电路设备，其中，所述控制器包括：
第一控制器，响应于所述检测结果进行操作，并对通过所述第一和第二切换器发送和接收的数据进行处理；以及
第二控制器，响应于所述检测结果进行操作，并对通过所述第一和第二切换器发送和接收的数据进行处理。
25.一种控制USB双重接口的方法，该方法包括：
分别通过第一和第二数据焊盘接收互补USB数据信号；
生成与所述互补USB数据信号中的一个高电平电压相同的参考电压；
将输入到电源焊盘的电源电压与所述参考电压进行比较；以及
根据所述电源电压与所述参考电压是否相同，激活分别连接到所述第一和第二数据焊盘的第一和第二类型数据路径其中之一。
26.如权利要求25所述的方法，进一步包括在所述电源电压与所述参考电压不同时激活分别连接到所述第一和第二数据焊盘的第一类型数据路径。
27.如权利要求26所述的方法，进一步包括在所述电源电压与所述参考电压相同时激活分别连接到所述第一和第二数据焊盘的第二类型数据路径。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述第一类型数据路径是具有片间USB接口的数据路径，而所述第二类型数据路径是具有USB 2.0接口的数据路径。
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