CN102541798B - 通用串行总线系统的在线校正方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种适用于通用串行总线系统的在线校正方法及其装置。该方法包含有下列步骤：提供多对啁啾信号；检测该些啁啾信号，于一预设数目的该啁啾信号发出前，将该装置端的终端电阻与其耦接的该主机端的终端电阻挂载上一电源，以改变该啁啾信号的准位；检测该改变后的啁啾信号在一节点上的准位变化；以及根据该准位变化进行在线校正以使该改变后的啁啾信号的准位维持在一预设范围内。

Description

通用串行总线系统的在线校正方法及其装置

技术领域

本发明涉及通用串行总线装置，特别涉及一种通用串行总线装置的在线校正方法与具有此校正功能的通用串行总线装置或系统。

背景技术

由于通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)的大量普及，因而衍生许多不同的通用串行总线主机端(Host)(以下简称USB主机端)以及通用串行总线设备端(Device)(以下简称USB设备端)产品。USB主机端与USB设备端为了正确的连结，就必须考虑到信号的兼容性。通用串行总线装置(以下简称USB装置)，如USB主机端或USB设备端，内部设有收发器(transceiver)。收发器用以接收与传送两端(主机端与设备端)的数据、及进行信号的检测。

另外，USB2.0规格的USB装置在高速(High-speed)操作时，其信号是采用电流驱动方式来进行传输，而收发器内部的终端电阻(terminationimpedance)必须符合设计规范的误差范围，如此才可以保证信号接收的正确性、及主机端与设备端连结的兼容性。

半导体工艺制造产品时常有误差产生。因此，当一USB装置与另一USB装置相连结时，于一收发器看到另一收发器的等效终端电阻，即可能会超出设计规范容许的误差范围。所以USB产品为了提高与其它USB装置的连结兼容性，就必须针对此误差进行修正。

一般的校正方法使用“自我校正(Self-calibration)”的方法，此方法是参考USB装置内部的一个参考电压源或电流源，针对自身装置产生的误差加以微调，使的达到设计规范容许的误差范围。

然而，USB2.0规格的USB装置于连结建立过程中的握手机制(handshake)的运作，属于主机端与设备端共同参与的过程，由于两者本身都可能存在误差，所以只考虑到单一方的终端电阻的误差调整，仍无法涵盖双方贡献的整体误差，而可能造成连结时的兼容性问题发生、甚至导致产品功能失效、无法正确连结使用。

发明内容

本发明一实施例的目的之一，在提供一种在线校正方法与具有此校正功能的装置或系统，其可于同时考虑到通用串行总线主机端与装置端的终端电阻特性。

本发明一实施例的目的之一，在提供一种在线校正方法与具有此校正功能的装置或系统，其可提高通用串行总线装置的兼容性。

本发明一实施例提供了一种适用于通用串行总线系统的在线校正方法，通用串行总线系统包含有一主机端与一装置端，该方法包含有下列步骤：首先，提供多对啁啾(JK)信号；检测这些JK信号，于一预设数目的JK信号发出前，将装置端的终端电阻与其耦接的主机端的终端电阻挂载上一电源，以改变该JK信号的准位，且检测改变后的啁啾信号在一节点上的准位变化，根据该准位变化进行在线校正，以使改变后的啁啾信号的准位维持在一预设范围内。

本发明另一实施例提供了一种适用于通用串行总线装置的在线校正方法，用以在通用串行总线装置耦接另一通用串行总线装置时进行在线较正，该方法包含有下列步骤：首先，于一第一时间，挂载电源于两通用串行总线装置分别包含的两终端电阻，使一啁啾信号的准位降低并在该两终端电阻间一节点上造成一电压准位；以及，于一第二时间，比较该电压准位与一参考电压的准位，并根据准位比较的结果调整该终端电阻或该两终端电阻其中之一的阻值，以使该降低后的啁啾信号的电压准位维持在一预设范围内。其中，上述第二时间在上述第一时间之后，且第一时间是在通用串行总线完成高速能力宣告后。

本发明另一实施例提供了一种通用串行总线装置，其用以连接另一通用串行总线装置并进行一在线较正。该装置包含有：一电源、一终端电阻、以及一校正电路。其中，校正电路包含有一第一开关电路、一第二开关电路、一比较单元、及一调整单元。开关电路耦接在电源及终端电阻之间，用以使电源经由一节点提供给终端电阻。第二开关电路，用以提供一参考电压。比较单元，包括一第一输入端耦接参考电压，一第二输入端耦接该节点，以在一输出端输出一比较结果。而调整单元，耦接比较单元的输出端，根据该比较结果调整终端电阻的阻值。其中，第一开关电路在一第一时间导通，将电源挂载上终端电阻，使一啁啾信号的电压准位降低并在节点上造成一电压准位，第二开关电路在一第二时间提供该参考电压，校正电路将该参考电压与该节点上的电压准位相比较以产生该比较结果，调整单元根据该比较结果调整终端电阻的阻值，使降低后的啁啾信号的电压准位维持在一预设范围内。而上述第二时间在上述第一时间之后，且第一时间是在通用串行总线完成高速能力宣告后。

本发明的在线校正方法与具有此校正功能的通用串行总线装置或系统，在主机端与装置端两端的终端电阻耦接后，利用JK信号与耦接的两终端电阻产生的节点电压与一参考电压比较、调整终端电阻大小，使节点电压实质上等于参考电压，而达成减少通用串行总线装置连结的误差、降速、断线的机率，提升通用串行总线装置兼容性的功效。

附图说明

图1A显示本发明一实施例的通用串行总线系统的示意图。

图1B显示本发明一实施例的在线校正方法的流程图。

图1C显示本发明一实施例的在线校正方法适用的通用串行总线装置或系统的波形图。

图2A显示本发明一实施例的通用串行总线系统的示意图。

图2B显示本发明一实施例的通用串行总线装置部分电路与其校正电路的示意图。

图2C显示本发明一实施例的通用串行总线装置部分电路与其校正电路的示意图。

图3A显示本发明一实施例的通用串行总线装置部分电路与其校正电路的示意图。

图3B显示本发明一实施例的在线校正方法的流程图。

图3C显示本发明一实施例的通用串行总线装置部分电路与其校正电路的示意图。

图4显示本发明一实施例的通用串行总线装置部分电路与其校正电路的示意图。

图5显示本发明一实施例的通用串行总线系统的收发器电路图。

主要组件符号说明

1、2、5 通用总线系统         10、20 主机端

11、21 装置端                20a、21a 校正电路

R10、R11、R20、R21 终端电阻  I20、I21 电源

sw1、sw2、sw3、sw4、sw5 开关 com 比较器

adj 调整单元                 50a、51a 差分接收器

50b、51b 校正电路            50c、51c 差分驱动器

50d、51d 单端接收器          50e、51e 电流驱动器

50f、51f 传输包络检测器      50g 断线包络检测器

具体实施方式

图1A显示本发明一实施例的通用串行总线系统1的示意图。该通用串行总线系统(以下简称USB系统)1包含有两通用串行总线装置(简称USB装置)，该两USB装置通过通用串行总线(USB bus)连结。如该图的示例，该两USB装置分别为一通用串行总线主机端(Host)(以下简称主机端)10与一通用串行总线装置端(Device)(以下简称装置端)11。

图1B显示本发明一实施例的USB装置的校正方法的流程图。图1C显示图1A的主机端10与装置端11连结的信号波形图。

请参考图1B，并配合图1A、1C说明本发明一实施例的主机端10与装置端11连结的校正方法。该方法的步骤如下：

步骤S102：开始，请参照图1C，此一步骤包括时间t0～t4期间USB装置的初始动作，在时间t0时，装置端11通过总线耦接主机端10，此时装置端11的高速收发器的终端电阻R11耦接主机端10的高速收发器的终端电阻R10，且耦接处形成一节点，但尚无信号(电压或电流)挂载此两终端电阻，此时装置端11电源启动并维持在高(High)；在时间t0～t1期间，装置端重置信号为低(Low)，装置端11内部重置(Reset)，之后装置端重置信号回到High；装置端11及主机端10在t1～t2期间进行现有的自我校正程序，其中，自我校正程序的完成时间t2早于时间t3；共享USB信号在电源信号及装置端重置完成后，会被切换到高(High)以告知主机端10有装置端11连接到端口(Port)，在时间t3时，主机端10辨识出有装置端11接上，主机端10进行重置并将USB信号拉回低(Low)，接着进入时间t4，即步骤S104。

步骤S104：于时间t4～t5期间，装置端11通过总线提供高速(Highspeed)的宣告信号，以宣告装置端11具有高速通讯的能力，符合USB高速规格。

步骤S106：于时间t5开始，主机端10与装置端11开始进行握手(handshaking)机制，主机端10发出连续的多对啁啾信号(JK信号)。

步骤S108：装置端11检测这些JK信号，于一预设数目的JK信号发出前，例如时间t6所示的第三对JK信号中的K信号发出前，装置端11将一电源挂载上其终端电阻，以使该二终端电阻连接形成的节点上产生相应的电性信号。

步骤S110：在该电源挂载上装置端内的终端电阻后，JK信号的电压准位会降低，即时间t6所示，以供主机端辨识。依据规格书(spec.)的规定，主机端10会根据这一降低后的电压准位是否在预设范围内，决定这一连结(LINK)可正常工作、降速工作，或中断连结不动作。步骤S112：在时间t6后，检测该准位改变后的JK信号JK。

步骤S114：在时间tN之前，根据该准位改变后的JK信号，进行在线校正，使改变后的JK信号的准位维持在该预设范围内。

步骤S116：结束，时间tN时，主机端10依据规格书(spec.)的规定完成与装置端11的握手机制及辨识，装置端11与主机端10开始通讯，进行数据传输。

依据上述方式，本发明提出的USB装置，除了原本的自我校正外，还可同时参考到主机端10与装置端11双方的特性，例如同时参考到两者的终端电阻，涵盖两者贡献的整体误差，而进行精确的阻抗校正、微调，正确反映总线上的信号状态，以提高USB产品的兼容性、解决现有技术的间题。本发明提出的USB装置可设置在主机端10内，亦可以设置于装置端11。

本发明提出的在线校正方法可由主机端或装置端进行，图2A显示本发明另一实施例的通用串行总线系统2的示意图。USB系统2亦包含主机端20与装置端21，在本实施例中，校正电路21a设置于装置端21，参照图1B的流程，主机端20与装置端21连结后开始执行高速握手机制，如图1C所示，主机端20发出预定数目的JK信号(例如第三对半的JK信号)直到双方开始数据传输之前，即时间t6～tN期间，主机端20的终端电阻R20与装置端21的终端电阻R21挂载上装置端21的电源(如电流源)，此时校正电路21a检测准位改变后的JK信号，进行在线校正。

图2B显示校正电路21a一实施例的示意图。在本实施例中，主机端20以主机端电流源I20与一终端电组R20来表示。装置端21中包含有装置端电流源I21、终端电组R21以及校正电路21a。校正电路21a包含有开关sw1、开关sw2、比较单元com、及调整单元adj，其中，开关sw1一端耦接电源I21，另一端耦接第一终端电阻R21以形成一节点N1；开关sw2的一端耦接比较单元com的一输入端，另一端则在自我校正电压V1和在线校正电压V2之间切换；比较单元com包含二输入端，其一输入端耦接开关sw2，另一输入端则耦接节点N1，调整单元adj耦接比较单元com的输出端。

以下参考图1B、1C配合说明图2B的运作方式。

在时间t0～t2期间，主机端20与装置端21通过USB BUS相耦接，但其终端电阻R20与R21尚未挂载上装置端21的电源，此时两端各自进行现有的终端电阻自我校正的动作。以装置端21为例，在此期间开关sw1导通(On)，开关sw2切至自我校正电压V1，使比较单元com将自我校正电压V1与节点N1上的电压相比较，此时节点N1上的电压

VN＝I21*R21...(1)

比较单元com比较节点电压VN与自我校正电压V1，产生一比较信号Sc。而调整单元adj接收比较信号Sc，依据比较信号Sc调整终端电阻R21的大小，直至节点电压VN实质上等于自我校正电压V1，完成自我校正。在一实施例中，假设两终端电阻R20＝R21＝45欧姆、两电流源I1＝I2＝17.78mA、自我校正电压V1＝800mV，因此于装置端21节点N1的节点电压VN约为800mv。由于工艺或环境因素影响，节点电压VN的数值可能会偏离800mv，装置端21于此自我校正流程，即可将偏离800mv的电压调整至实质上等于800mV。

在自我校正程序完成后，经过步骤S102～S106后，主机端20得知装置端21符合USB高速规格，主机端20于时间t5开始连续发出多对JK信号。而于步骤S108(时间t6)，即该预设数目的JK信号(如第三对JK信号中的K信号)发出前，开关sw1导通(On)，开关sw2切换至在线校正电压V2，主机端20与装置端21的终端电阻R20与R21挂载上装置端21的电流源I21，因此于步骤S110中，JK信号的准位下降。接着，进入步骤S112，在该JK信号准位下降至主机端20完成辨识开始通讯之前，即时间t6～tN期间，由于开关sw1导通(On)，且开关sw2切换至在线校正电压V2，比较器com比较在线校正电压V2及JK信号在装置端21的节点N1形成的节点电压VN，此时节点电压

$\mathrm{VN}=I21*\frac{R20*R21}{R20+R21}...\left(2\right)$

比较单元com比较节点电压VN与在线校正电压V2，依据比较结果产生一比较信号Sc。调整单元adj再依据比较信号Sc调整终端电阻R21的大小，直至节点电压VN实质上等于在线校正电压V2。在一实施例中，两终端电阻R20＝R21＝45欧姆、两电流源I1＝I2＝17.78mA、在线校正电压V2＝400mV，此时，两终端电阻R10、R20已耦接，因此由装置端21看出的负载为R20并联R21，约等于22.5欧姆，则于装置端21节点N1的节点电压VN约为400mv。由于工艺或环境因素影响，节点电压VN的数值可能会偏离400mv，此时比较单元com比较节点电压VN与在线校正电压V2的大小，产生适当的比较信号Sc，以供调整单元adj调整终端电阻R21，将偏离400mv的电压调整至实质上等于400mV。

由于每个JK信号的期间约为50微(μ)秒，而整个JK信号的时间长度(t6～tN)约为几十毫(m)秒，因此，装置端21的校正电路21a将有足够的时间进行终端电阻校正动作，以达成同时考虑到主机端20与装置端21两端终端电阻的调校功效。

在一实施例中，该比较信号Sc包含有上数信号(Up)与下数信号(Dn)，且调整单元adj可为一计数器，依据该上数、或下数信号以数字的方式调整终端电阻R21的大小。

参照图2C所示，校正电路21a亦可通过开关Sw3，只提供线校正电压V2，不提供上述自我校正电压V1，换言之，省略前述的现有自我校正，只进行该预设数目的JK信号后的在线校正。

本发明提出的在线校正方法亦可于主机端20执行，如图3A所示，主机端20包含有一主机端电流源I20、终端电阻R20、以及一校正电路20a。其中校正电路20a包含有开关sw4、开关sw5、一比较单元com、及一调整单元adj，其架构与图2B校正电路大致相同，不再赘述。主机端20的校正方法的流程图如图3B所示，其时序图可参考图1C，包含下列步骤：

步骤S302：开始，装置端21通过总线耦接主机端20，此时装置端21的高速收发器的终端电阻耦接主机端20的高速收发器的终端电阻，形成一节点，但尚无信号(电压或电流)挂载此两终端电阻，装置端21电源启动并进行内部重置，主机端20及装置端21各自完成自我校正，开关sw4导通且开关sw5切换到自我校正电压V1。比较单元com比较节点电压VN与自我校正电压V1，依据比较结果产生比较信号Sc，调整单元adj依据比较信号Sc调整终端电阻R21，直至节点电压VN实质上等于自我校正电压V1，完成自我校正功能，此时节点电压

VN＝I20*R20...(3)

主机端20辨识出有装置端21连接，进入步骤S304。

步骤S304：装置端21通过总线提供一宣告信号，通知主机端20装置端21符合USB高速规格。

步骤S306：主机端20与装置端21开始进行握手机制，发出多对JK信号。

步骤S308：主机端20于一预设数目的JK信号发出前，例如第三对JK信号中的K信号发出前，将一电源挂载上其终端电阻R20，以使终端电阻R20及R21相连接的节点上产生相应的电性信号。

步骤S310：JK信号的电压准位改变。

步骤S312：主机端21检测该准位改变后的JK信号。

步骤S314：主机端20根据该准位改变后的JK信号进行在线校正，使改变后的JK信号的准位维持在一预设范围内。参照图3A，开关sw4导通(On)，开关sw5切换至在线校正电压V2，此时JK信号在节点N1上形成的节点电压

$\mathrm{VN}=I20*\frac{R20*R21}{R20+R21}...\left(4\right)$

比较单元com比较节点电压VN与在线校正电压V2，产生一比较信号Sc，调整单元adj再依据比较信号Sc调整终端电阻R20的大小，直至节点电压VN实质上等于在线校正电压V2，换言之，使改变后的JK信号的准位维持在预设范围内。

步骤S116：结束，主机端20依据规格书(spec.)的规定完成与装置端21的握手机制及辨识，主机端20与装置端21开始通讯，传输数据。

通过前述操作，主机端20可以同时参考到主机端与装置端的终端电阻进行在线调校，故能有效提高USB装置的兼容性，解决现有技术的问题。

须注意，如图3C所示，主机端20的校正电路20a同样可只使用一开关Sw3来提供在线校正电压V2，只进行该预设数目的JK信号后的在线校正，省略现有的自我校正动作。

再者，一实施例中，如图4所示，主机端与装置端均可设有校正电路，两端均进行上述在线调校终端电阻动作，更加提高USB装置间的兼容性。本领域技术人员应能依据上述说明理解图4的USB系统如何运作及进行在线校正，因此不再赘述。

图5显示本发明一实施例的USB系统5的收发器电路图。以缆线区段(Cable segment)来区分，缆线区段左方为USB主机端50；右方为USB装置端51。两装置均包含有差分接收器(Differential receiver)50a与51a、校正电路50b与51b、差分驱动器(Differential driver)50c与51c、单端接收器(Single-ended receiver)50d与51d、电流驱动器(Current driver)50e与51e、以及传输包络检测器(Transmission envelope detector)50f与51f。而主机端50还包含有一断线包络检测器(Disconnect envelopedetector)50g。主机端50与装置端51的校正电路50b与51b采用上述说明的校正电路实施，差分接收器50a与51a用以提供前述终端电阻，而电流驱动器50e用以提供上述电源(如电流源)。本领域技术人员应能依据前述说明理解本电路的运作与校正方法，不再重复赘述。于一实施例中，主机端50与装置端51可以选择性地设置校正电路50b、51b，例如只有主机端50或装置端51任一端设有校正电路另一端不设置校正电路。

请注意，本发明各实施例的电路耦接方式如各图示所示，不再赘述每一图的线路细节。

本发明的在线校正方法与具有此校正功能的通用串行总线装置，在主机端发出预设数目的JK信号且主机端与装置端两端的终端电阻挂载上电源后，利用JK信号与耦接的两终端电阻产生的节点电压与参考电压比较，于主机装置两端或任一端调整终端电阻大小，使节点电压实质上等于参考电压，而达成减少USB装置连结的误差、降速、断线的机率，提升USB装置兼容性的功效。

以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，只要不脱离本发明的要旨，该行业者可进行各种变形或变更。

Claims (12)

1.一种适用于通用串行总线系统的校正方法，所述通用串行总线系统包含有一主机端与一装置端，所述方法包含有：

分别进行所述主机端与所述装置端的自我校正，以校正所述主机端与所述装置端的终端电阻；

进行所述自我校正后，执行以下步骤：

提供多对啁啾信号；

检测所述啁啾信号，于一预设数目的所述啁啾信号发出前，将所述装置端的终端电阻与其耦接的所述主机端的终端电阻挂载上一电源，以改变所述啁啾信号的准位；

检测所述改变后的啁啾信号在一节点上的准位变化；以及

根据所述准位变化进行在线校正，以使所述改变后的啁啾信号的准位维持在一预设范围内。

2.根据权利要求1所述的校正方法，其中，所述预设数目的啁啾信号为第三对半的啁啾信号。

3.根据权利要求1所述的校正方法，其中，所述校正的步骤包括：

将所述改变后的啁啾信号的准位与一参考电压相比较以产生一比较结果；以及

根据所述比较结果调整所述主机端的终端电阻或所述装置端的终端电阻。

4.根据权利要求1所述的校正方法，其中，所述校正的步骤包括：

将所述改变后的啁啾信号的准位与一参考电压相比较以产生一比较结果；以及

根据所述比较结果调整所述主机端的终端电阻与所述装置端的终端电阻。

5.一种适用于通用串行总线装置的校正方法，用以在所述通用串行总线装置耦接另一通用串行总线装置时进行在线校正，所述方法包含有：

分别进行所述串行总线装置端的自我校正，以校正所述串行总线装置端的终端电阻；以及

进行自我校正后，执行以下步骤：

于进行所述自我校正后的一第一时间挂载电源于所述两通用串行总线装置分别包含的两终端电阻，使一啁啾信号的准位降低并在所述二终端电阻间一节点上造成一电压准位；以及

于一第二时间比较所述电压准位与一参考电压的准位，并通过根据准位比较的结果调整所述二终端电阻或所述二终端电阻其中之一的阻值以使所述降低后的啁啾信号的电压准位维持在一预设范围内来进行在线校正；

其中，所述第二时间在所述第一时间之后，且所述第一时间在所述通用串行总线完成高速能力宣告后。

6.根据权利要求5所述的校正方法，其中，所述第一时间在第三对半的啁啾信号发出前。

7.一种通用串行总线装置，用以连接另一通用串行总线装置并进行一在线校正，所述通用串行总线装置包含有：

一电源；

一终端电阻；以及

一校正电路，包含有：

一第一开关电路，耦接在所述电源及所述终端电阻之间，用以使所述电源经由一节点提供给所述终端电阻；

一第二开关电路，用以提供一参考电压；

一比较单元，包括一第一输入端耦接所述参考电压，一第二输入端耦接所述节点，以在一输出端输出一比较结果；以及

一调整单元，耦接所述比较单元的输出端，根据所述比较结果调整所述终端电阻的阻值；

其中，所述第一开关电路在一第一时间导通，将所述电源挂载上所述终端电阻，使一啁啾信号的电压准位降低并在所述节点上造成一电压准位，所述第二开关电路在一第二时间提供所述参考电压，所述校正电路将所述参考电压与所述节点上的电压准位相比较以产生所述比较结果，所述调整单元根据所述比较结果调整所述终端电阻的阻值，使所述降低后的啁啾信号的电压准位维持在一预设范围内，所述第二时间在所述第一时间之后，且所述第一时间在所述通用串行总线完成高速能力宣告后，其中，所述第二开关电路在所述第一时间前，提供一自我校正电压，以供所述通用串行总线装置进行自我校正。

8.根据权利要求7所述的通用串行总线装置，其中，所述第二开关电路包括：

一第一电压源，提供一在线校正电压；

一第二电压源，提供一自我校正电压；以及

一开关元件，在所述第一电压源及所述第二电压源之间切换，以将所述在线校正电压或所述自我校正电压作为所述参考电压，提供给所述比较单元。

9.根据权利要求8所述的通用串行总线装置，其中，所述在线校正电压与所述自我校正电压的大小比例与两终端电阻的阻抗匹配相关。

10.根据权利要求7所述的通用串行总线装置，其中，所述第一时间是在所述通用串行总线完成高速能力宣告之后。

11.根据权利要求7所述的通用串行总线装置，其中，所述第一时间在一预设数目的啁啾信号发出前。

12.根据权利要求11所述的通用串行总线装置，其中，所述预设数目的啁啾信号为第三对半的啁啾信号。