CN101627348B - 带有类usb连接器的充电电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种充电电缆(500，500’)，该充电电缆包括用于将充电电缆布置(500，500’)连接到充电器中的配套USB连接器的充电器连接器、以及用于将充电电缆(500，500’)连接到便携式设备(10)的设备连接器。充电器连接器包括USB端子，所述USB端子被布置成使得第一USB端子能够连接到VBUS信号，第二USB端子能够连接到D-信号，第三USB端子能够连接到D+信号以及第四USB端子能够连接到USB连接器的地信号；且其中所述设备连接器包括设备端子，所述设备端子被布置成操作性地连接到所述便携式设备(10)以便第一设备端子连接到地端子而第二设备端子连接到所述便携式设备(10)的充电端子。

Description

带有类USB连接器的充电电缆
技术领域
本发明涉及便携式设备的电力供应。本发明的具体方面涉及便携式设备经由带有类USB连接器的充电电缆的电力供应。甚至更具体的方面涉及经由带有类USB连接器的充电电缆对无线便携式设备中的电源进行充电。
背景技术
近年来，通用串行总线(USB)已经成为用于互连电子设备的最广泛使用的方法之一。USB标准例如可从www.usb.org获得。最初USB被用于将计算机互连到各种标准外围设备。然而，USB标准的采用已经变成支持各式各样的设备以及尤其是便携式设备，例如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、照相机和个人音乐播放器等等。
逻辑上，USB标准给系统提供反相树状结构。树的顶部(即在树根，由于该树被倒置)包括USB主机，多个USB设备能够连接到该USB主机。如果要求更多的USB设备，则可以使用USB集线器。USB集线器必要时还可以连接到其自己的一组SUB设备或USB集线器。USB主机、USB集线器和USB设备之间的USB连接允许数据在USB主机和USB设备之间流动。
物理上，USB标准是基于包括一对用于传送标为D+和D-的两个数据信号的绞合线的串行总线。USB标准还定义单个用于提供标为VBUS的5V(伏特)功率信号的电线。允许连接到USB主机或USB集线器的设备从VBUS汲取有限量的功率。因此，USB标准要求每个USB主机和USB集线器为连接到其上的USB设备提供功率。
起初，仅允许USB设备从VBUS功率信号汲取100mA。然而，它可能需要来自上游USB主机或USB集线器的更多电流(以100mA上至最大500mA为单位)。在实践中，在端口关闭电源之前，大多端口会无任何要求地传递满500mA。因此，如果USB设备要求比可获得的500mA更多的功率，则该设备直到用户通过重新布置USB连接或者通过添加外部功率资源而改变网络时才能工作。典型地，诸如磁盘驱动器和打印机之类的大型USB设备包括其自己的电源并且不从其USB连接汲取功率。另一方面，较小设备可能从其USB连接被部分或全部供电。
如已经提及的，USB标准在诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、照相机和个人音乐播放器等等之类的便携式设备方面已经变得日益普遍。给便携式设备添加USB端口使得容易上载和下载包括姓名、电话号码、日历、相片和音乐等在内的信息，这提供甚至提高的便携性。
与本发明有关的特别关注是将USB端口和其中VBUS功率信号用于给便携式设备中的电池或类似电源充电的可能性。在移动电话方面这尤其便利，允许用户例如上班时给其移动电话充电而不用专门的墙式适配器。在USB设备中，充电器有点反常，原因在于它们使用USB连接进行供电而不是用于数据传输。
图1示出了移动电话10形式的便携式设备，如本领域众所周知的，该移动电话10包括显示屏22和键区12。示例性移动电话10包括连接器14，该连接器14被布置在其下短端以用于连接各种外围设备，例如耳机、扬声器、充电器、闪光灯、外部存储器设备以及甚至计算机或类似物。几乎每个商用的移动电话都包括用于连接外围设备的类似连接器。在给定的实例中，连接器14被布置成所谓的FastPort连接器，FastPort连接器通常用于由Sony Ericsson公司提供的许多移动电话中。如图1可见，FastPort连接器包括12个端子1-12。
图2a示出了介绍图1中的示例性FastPort连接器14的端子1-12的表格。就此而论，图2a中挑出的端子1和9-12是就本发明而言尤其关注的。连接器14的端子1被布置成连接到用于从USB主机或USB集线器接收功率的上面提及的USB信号VBUS(视何情况而定)。端子9被布置成连接到USB信号地(GND)，而端子10和11被布置成分别连接到USB数据信号D+和D-以用于在USB和移动电话10之间传送数据。
然而，充电端子12(Charge in)与连接器14的USB端子1、9、10和11没有明确的关系，原因在于它被布置成从外部电源汲取充电功率以用于对移动电话10的电池或类似电源进行充电，即充电端子12不是USB和USB标准的一部分。
在我们继续说明之前，应当再次强调的是上面描述的FastPort连接器14仅仅是实例。其他便携式设备和其他移动电话具体地可以具有其他连接器，包括被布置成分别连接到USB信号VBUS、D-、D+和GND的端子以及被布置成从外部电源汲取功率以对便携式设备中的电池或类似电源充电的充电端子。
即使USB端口能够经由如上提及的VBUS功率信号对USB设备进行充电，VBUS信号仍不能像移动电话10的FastPort连接器14中的端子12那样安全地连接到充电端子。这是由于充电端口通常适于从充电源汲取所需的充电功率量而不考虑由VBUS提供最大500mA的事实。因此，所需的充电功率可能大大超过500mA，造成VBUS表现很差或关闭或甚至过载。换言之，具有适于从外部电源汲取功率的充电端子的移动电话10或类似的便携式设备不能安全地连接到USB VBUS，原因在于该设备可能要求超过可从VBUS获得的功率的充电功率，造成VBUS信号关闭或发生故障或甚至造成所讨论的USB主机或USB集线器过载且可能损坏。
图2b示出了普通USB连接器中针对每个端子1-4的信号的表格。如此可见，端子1提供USB信号VBUS，端子2提供USB信号D-，端子3提供USB信号D+以及端子4提供地GND。在USB连接器之间可能存在变化。如果编号和布局等改变，则如图2b所示的普通USB连接中的端子1-4加以必要的变更。
图3是被布置成将图1中的移动电话10操作性地连接到USB端口的示例性普通USB电缆300a的示意图。USB电缆300a在一端包括用于将电缆300a连接到USB主机或USB集线器(视情况而定)的配套USB连接器的USB连接器。USB电缆300a在另一端包括用于将电缆300a连接到如上所述的移动电话10的FastPort连接器14的电话连接器。应当强调的是，其他USB电缆可以具有适于连接到其他移动电话或类似的便携式设备的连接器以实现设备和USB主机或USB集线器之间的USB连接的其他电话连接器或类似的设备连接器。
如图3可见，在USB电缆300a中USB连接器端子1(VBUS)连接到电话连接器端子1(USB+5V)，USB连接器端子2(D-)连接到电话连接器端子11(USB DATA-)，USB连接器端子3(D+)连接到电话连接器端子10(USB DATA+)，而USB连接器端子4(GND)连接到电话连接器端子9(GND)。
图3中的示例性普通USB电缆300a不打算用于从外部充电器提供充电功率。因而，USB电缆300a不提供到USB电缆300a的电话连接器中的端子12(Charge in)上的充电输入的连接。如上所解释的，将从例如VBUS功率信号到充电输入的连接提供为端子12(Charge in)处的充电输入是不安全的。相反，如果移动电话10要由外部充电器充电，则这是经由专用的充电电缆300b来完成的，如下面将参照图4详细描述的。
图4是示例性组合的USB-充电装置(set-up)的示意图。该装置包括桌机(desk stand)300c、专用充电电缆300b和如上所讨论的USB电缆300a。桌机300c使得移动电话10能够经由充电电缆300b接收充电功率同时它可以经由USB电缆300a与其他SUB设备通信。为此，桌机300c包括用于连接USB电缆300a的电话连接器的第一电缆连接器和用于连接充电电缆300b的电话连接器的第二电缆连接器。充电电缆300b的电话连接器和USB电缆300a的电话连接器优选地具有相同类型并且这两个电话连接器优选地适于与如上面参照图1和2a所描述的移动电话10的FastPort连接器14配套。如图4显而易见的，充电电缆300b的电话连接器被布置成连接到连接器14中的端子9以把地(GND)从充电器供给到移动电话10，并且被布置成连接到连接器14中的端子12以把充电功率从充电器供给到移动电话10。
现在描述的这种桌机商业上可购买到(例如参见Sony Ericsson的桌机CDS-60)且对本领域技术人员是熟知的，因而它们不需要进一步的描述。桌机300c说明了一种USB电缆300a与充电电缆300b组合的解决方案。自然，如众所周知的，通过将电缆300a、300b的电话连接器分别连接到移动电话10的连接器14或一起机械地堆叠(如果允许机械堆叠的话)，也能够每次单独地使用USB电缆300a和充电电缆300b。
如上面描述的已知解决方案显而易见的，USB电缆一般被用于将外部充电器连接到便携式设备的充电端子，例如移动电话10的连接器14中的充电端子12。
然而，一些国家已经决定在其国家内提供的便携式设备且尤其是移动电话应当被布置成由带有USB接口的被建议的外部充电器进行充电，所述USB接口在USB信号VBUS上提供充电功率并且在USB数据信号D+和D-之间提供短路以允许识别这种类型的充电器。
图5a是如上所讨论的示例性普通USB电缆300a现在连接到被建议的外部充电器的示意图。在图5中，USB电缆300a的USB连接器中的信号借助于虚线已经示意性地连接到外部充电器的端子。另外，如图5a可见，USB数据信号D-和D+在外部充电器中经由短路520而彼此连接。
即使普通USB电缆300a不打算用于将外部充电器连接至充电端子，例如移动电话10的连接器14中的端子12，但用于经由USB电缆300a获得充电功能的简单解决方案仍然似乎是在USB连接器的端子1(VBUS)和USB电缆300a的电话连接器的端子12(Charge in)之间提供额外的连接线。然而，如果以此方式修改的USB电缆偶然用于将移动电话10或类似的便携式设备连接到普通USB主机或USB集线器，则移动电话10或类似物可以从其充电端子12汲取超过可从USB主机或USB集线器的VBUS获得的量的功率量。在这种情况下，VBUS功率信号可能关闭或发生故障，并且USB主机或USB集线器可能甚至过载或可能毁坏。因此，这是不安全的解决方案。
另一种解决方案可以是改造移动电话10或类似的便携式设备以当该设备感测到所建议的外部充电器中的短路520时经由VBUS从所建议的外部充电器仅汲取满充电功率。然而，即使这可能是未来的解决方案，但许多现有的USB设备，例如较老移动电话和其他较老便携式设备不适于经由VBUS接收满充电功率。因此，这种解决方案与诸如较老移动电话和其他便携式USB设备之类的较老现有USB设备不能向后兼容。另外，对移动电话10或类似的便携式设备的必要修改要求附加的电路以及可能附加的软件，这是昂贵的且可能发生故障。
又一种解决方案可以是为所建议的外部充电器提供一种电缆，该电缆带有智能电路，其被布置成操作性地感测所建议的充电器中的短路520并且将USB连接器的端子1(VBUS)暂时连接到USB电缆300a中的电话连接器的端子12(Charge in)。然而，这要求附加的电路，这是昂贵的且可能发生故障。
鉴于以上所述，看似需要经由带有类USB连接器的充电电缆来改进外部充电，这种充电要求最小的额外电路和/或软件并且如果该充电电路被偶然地用于普通USB连接器时保证没有或最小的损坏和/或故障。
发明内容
本发明旨在解决经由带有类USB连接器的充电电缆提供改进的外部充电的问题，这种充电要求最小的额外电路和/或软件并且如果该充电电路被偶然地用于普通USB连接器时保证没有或最小的损坏和/或故障。
因而，本发明的一个目标是经由带有类USB连接器的充电电缆提供改进的外部充电，这种充电要求最小的额外电路和/或软件并且如果该充电电路被偶然地用于普通USB连接器时保证没有或最小的损坏和/或故障。
这个目标是根据本发明的第一方面实现的，该第一方面涉及一种充电电缆，该充电电缆包括用于将充电电缆布置连接到充电器中的配套USB连接器的充电器连接器、以及用于将充电电缆连接到便携式电子设备的设备连接器，其中充电器连接器包括USB端子，所述USB端子被布置成使得第一USB端子能够连接到VBUS信号，第二USB端子能够连接到D-信号，第三USB端子能够连接到D+信号以及第四USB端子能够连接到USB连接器的地信号；且其中所述设备连接器包括设备端子，所述设备端子被布置成操作性地连接到所述便携式设备以便第一设备端子连接到地端子而第二设备端子连接到所述便携式设备的充电端子。
该充电电缆的特征在于：第一USB端子经由第一电路而连接到第二或第三USB端子中的一个以便当充电器连接器连接到包括第二电路的外部充电器时第一USB端子能够操作性地连接到所述第二或第三USB端子中的另一个，其中所述第二电路将第二USB端子连接到第三USB端子；以及所述第二或第三USB端子中的所述另一个经由第三电路而连接到第二设备端子以便第一USB端子能够经由所述第一、第二和第三电路而操作性地连接到便携式设备的充电端子。
本发明的第二方面涉及包括第一方面的特征的充电电缆，其特征在于用于连接充电电缆的充电器连接器被布置成连接到充电器的USB插座或或USB插头布置。
本发明的第三方面涉及包括第一方面的特征的充电电缆，其特征在于用于连接充电电缆的设备连接器被布置成连接到便携式电子设备的插座或插头布置。
本发明的第四方面涉及包括第三方面的特征的充电电缆，其特征在于便携式设备的插座或插头布置是FastPort。
本发明的第五方面涉及包括第一、第二、第三或第四方面的特征的充电电缆，其特征在于便携式设备是移动电话或移动电话配件，例如蓝牙耳机或桌机或类似物。
本发明的第六方面涉及包括第一、第二、第三、第四或第五方面的特征的充电电缆，其特征在于便携式设备是USB设备。
通过以下对本发明的详细描述会显现本发明及其实施例的进一步优点。
应当强调的是，术语“包括/包含”在用于本说明书时要理解为指定存在所述特征、整体、步骤或部件，但不排除存在或添加一个或更多其他特征、整体、步骤、部件或其组。
还应当强调的是，由所附权利要求限定的任何方法可以包括除了那些其中提及的之外的其他步骤。此外，权利要求中的步骤可以以除权利要求中提及的顺序之外而不偏离本发明的另一次序来执行。
附图说明
图1示出了设有用于连接外围设备的示例性FastPort连接器14的移动电话10形式的便携式设备。
图2a示出了介绍图1所示的连接器14中特别感兴趣的信号的表格。
图2b示出了普通USB连接器中的端子的信号的表格。
图3是示例性普通USB电缆300a的示意图。
图4是示例性组合USB-充电装置的示意图。
图5a是连接到被建议的外部充电器的示例性普通USB电缆300a的示意图。
图5b是根据本发明实施例的设有类USB充电器连接器的示例性充电电缆500的示意图。
图5c是图5b中的充电电缆500的充电器连接器连接到普通USB主机的USB连接器的示意图。
图5d是根据本发明另一个实施例的另一示例性充电电缆500’的示意图。
具体实施方式
本发明涉及便携式设备的电力供应。本发明的具体方面涉及便携式设备经由类USB电缆对便携式设备的电力供应。甚至更具体的方面涉及经由类USB电缆对便携式设备中的电源进行充电。
下面将参照附图来描述本发明的优选实施例。
图5b是根据本发明实施例的示例性充电电缆500的示意图。充电电缆500被布置成将外部充电器操作性地连接到便携式设备(例如移动电话10)。外部充电器被提供有类USB接口，该接口在USB信号VBUS上提供充电功率并且在USB数据信号D+和D-之间提供短路以便允许识别这种类型的充电器。
充电电缆500在一端包括用于将电缆500连接到外部充电器中的配套类USB连接器的类USB充电器连接器。电缆500的类USB充电器连接器优选地为被布置成与普通USB主机或USB集线器的配套USB连接器连接的普通USB连接器。然而，充电电缆500的类USB充电器连接器中的端子以另一方式被连接，如下面将更详细描述的。
充电电缆500在另一端包括用于将电缆500连接至待充电的便携式设备的设备连接器。该便携式设备优选地为如上面参照图1和2a-2b所讨论的移动电话10。因此，优选充电电缆500的设备连接器是电话连接器。甚至更优选充电电缆500的电话连接器为FastPort连接器，其被布置成与如上面参照图1和2a-2b所讨论的移动电话10中的FastPort连接器14相配套。
然而，应当强调的是，充电电缆500的其他实施例可以具有其他电话连接器或类似的设备连接器，其被布置成连接到其他移动电话或其他便携式设备以使得移动电话或其他设备能够被外部充电器经由充电电缆500充电。
如图5b可见，充电电缆500的充电器连接器被布置成使得端子1(VBUS)经由第一短路510而连接到端子2(D-)。另外，充电器连接器的端子3(D+)经由另一电路530而连接到FastPort电话连接器的充电端子12(Charge in)。充电器连接器的端子4(GND)连接到电话连接器的端子9(GND)，如上面描述的普通USB电缆300a中的一样。此外，如图5b可见，外部充电器包括当充电电缆500的充电器连接器连接到(例如插入)外部充电器时将USB信号D-连接到USB信号D+的短路520。
综上所述，敏锐的读者意识到由充电器连接器端子1(VBUS)上的外部充电器提供的充电功率将经由第一短路510、第二短路520和电路530而路由到充电电缆500的FastPort电话连接器中的充电端子12(Charge in)，因而路由到如上所述的移动电话10的FastPort连接器14中的充电端子12(Charge in)。
图5c是上面所描述的示例性充电电缆500偶然连接到(例如插入)普通USB主机的配套USB连接器的示意图。如图5c可见，充电电缆500的充电连接器中的短路510将包括USB信号VBUS的USB主机的端子1连接到包括USB数据信号D-的端子2。换言之，VBUS功率信号将被提供给数据信号D-。然而，这在USB规范的范围之内。事实上，USB主机会因VBUS功率信号连接到任一数据信号D-、D+而受负面影响。
更重要的是，USB主机或类似物不包括USB数据信号D-和D+之间的任何短路，如在上面所述的包括短路520的外部充电器中一样。因此，如图5c所示，如果充电电缆500的USB连接器偶然连接到USB主机或USB集线器(视情况而定)的配套USB连接器，则端子1(VBUS)连接到移动电话10的FastPort电话连接器中的充电端子12(Charge in)没有危险。换言之，移动电话10在其连接到普通USB主机或USB集线器时将经由充电电缆500从VBUS信号汲取任何充电功率没有危险。因此，VBUS信号不会关闭或发生故障并且所讨论的USB主机或USB集线器不会过载或毁坏。
参照图5b和5c，上面的讨论能够总结为充电电缆500包括用于将充电电缆500连接到外部充电器中的配套USB连接器的充电器连接器。另外，充电电缆500包括用于将充电电缆500连接到便携式设备的设备连接器(例如电话连接器)。电缆500的充电器连接器包括多个USB端子，所述USB端子被布置成使得第一USB端子能够连接到VBUS信号，第二USB端子能够连接到D-信号，第三USB端子能够连接到D+信号以及第四USB端子能够连接到USB的地信号。进而，设备连接器包括多个设备端子，所述多个设备端子被布置成使得操作性地连接到所述便携式设备以便第一设备端子连接到地端子而第二设备端子连接到所述便携式设备的充电端子。此外，如图5b可见，第一USB端子(VBUS)经由第一短路510而连接到第二USB端子(D-)，使得当充电电缆500的充电器连接器连接到包括第二短路520的外部充电器时，第一USB端子(VBUS)能够操作性地连接到第三USB端子(D+)，其中第二短路520将第二USB端子(D-)连接到第三USB端子(D+)。另外，第三USB端子(D+)经由第三电路530而连接到设备连接器的第二设备端子以便第一USB端子(VBUS)经由所述第一、第二和第三电路520、10、530而操作性地连接到便携式设备的充电端子。
图5d示出了另一实施例，根据该实施例已经修改了充电电缆500以形成替代的充电电缆500’，其中充电连接器中的端子1(VBUS)经由第一短路510’而连接到USB连接器的端子3(D+)并且充电连接器中的端子2(D-)经由另一电路530’而连接到充电电缆500’的FastPort电话连接器的充电端子12(Charge in)。如前所述，外部充电器包括当充电电缆500’的充电连接器连接到外部充电器时将第二USB端子(D-)连接到第三USB端子(D+)的第二短路520。
现在已经参照示例性实施例描述了本发明。然而，本发明不限于本文所描述的实施例。相反，本发明的完整范围仅由所附权利要求的范围确定。

Claims (6)

1.一种充电电缆(500，500’)，包括：
用于将充电电缆(500，500’)布置连接到充电器中的配套USB连接器的充电器连接器，以及用于将充电电缆(500，500’)连接到便携式电子设备(10)的设备连接器，其中所述充电器连接器包括USB端子，所述USB端子被布置成使得第一USB端子能够连接到VBUS信号，第二USB端子能够连接到D-信号，第三USB端子能够连接到D+信号以及第四USB端子能够连接到USB连接器的地信号；且其中所述设备连接器包括设备端子，所述设备端子被布置成操作性地连接到所述便携式设备(10)以便第一设备端子连接到地端子而第二设备端子连接到所述便携式设备(10)的充电端子，其中：
-所述第一USB端子经由第一电路(510，510’)而连接到第二或第三USB端子中的一个以便当所述充电器连接器连接到包括第二电路(520)的外部充电器时第一USB端子能够操作性地连接到所述第二或第三USB端子中的另一个，其中所述第二电路将第二USB端子连接到第三USB端子；以及
-所述第二或第三USB端子中的所述另一个经由第三电路(530，530’)而连接到第二设备端子以便第一USB端子能够经由所述第一、第二和第三电路(510，510’，520，520’，530，530’)而操作性地连接到便携式设备(10)的充电端子。
2.根据权利要求1所述的充电电缆，其特征在于：
用于连接所述充电电缆(500，500’)的充电器连接器被布置成连接到充电器的USB插座或USB插头布置。
3.根据权利要求1所述的充电电缆，其特征在于：
用于连接所述充电电缆(500，500’)的设备连接器被布置成连接到便携式电子设备的插座或插头布置(14)。
4.根据权利要求3所述的充电电缆，其特征在于：
便携式设备的插座或插头布置(14)是FastPort。
5.根据前述权利要求中任一项所述的充电电缆，其特征在于：
所述便携式设备是移动电话(10)或移动电话配件。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的充电电缆，其特征在于：
所述便携式设备是USB设备。
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