CN103019352B - 通用串行总线供电方法及应用其的装置端装置及系统 - Google Patents
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Abstract
一种通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)供电方法及应用其的装置端装置及系统。该通用串行总线供电方法应用于USB用户端装置上，用以对USB用户端装置的电池进行充电，USB用户端装置经由USB通讯连结与USB主控端装置连接，USB通讯连结包括D+、D-讯号线，供电方法包括下列步骤。首先回应于连接操作事件，判断USB主控端装置是否为专用充电讯号线(Dedicated Charging Port，DCP)；若是则提供认证讯号至USB主控端装置。接着判断是否接收到USB主控端装置回应的认证回应讯号；若是则驱动USB主控端装置经由D+及D-讯号线提供辅助充电电流对电池进行充电。
Description
技术领域
本发明涉及一种通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)供电方法，特别是涉及一种在装置端装置与专用充电连接端口(Dedicated Charging Port，DCP)连接的条件下所执行的USB供电方法。
背景技术
在科技发展日新月异的现今时代，手持式装置，例如是数字个人助理(Digital Personal Assistant，PDA)、智能手机等，已广为人们所接受，以便利人们的生活。随着手持式装置的运算能力日渐提升，其耗电量亦对应地增加。为了使手持式装置可以配置有充足的电力续航能力，在现有解决方案中多针对手持式装置多配置大容量的电池组，以因应手持式装置的高额的电力需求。
一般来说，在充电机制配置的充电电流为固定的前提下，容量较大的电池组将对应地需要较长的充电时间。举例来说，目前手持式装置多应用微型通用串行总线(Micro Universal Serial Bus，Micro USB)连接器来做为充电时的供电路径，以对其动辄数千毫安培小时(mAh)的电池组进行充电；然而一般Micro USB多仅能供应1.5到1.8安培左右的充电电流，换言之，往往需要好几个小时的充电时间才能充饱数千mAh的电池组。这样一来，往往会造成使用者的不便。据此，如何在以Micro USB做为供电路径的应用情境中，经由USB提供更高额的充电电流以增进手持式装置的使用便利性，为业界不断致力方向之一。
发明内容
本发明有关于一种通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)供电方法及应用其的USB装置端装置及USB系统，其是于判断对应的USB主控端装置为专用充电连接端口(Dedicated Charging Port，DCP)时，对此USB主控端装置进行认证操作，以判断其是否支持超级DCP供电模式；若是，则驱动USB主控端装置经由D+及D-讯号线提供辅助充电电流，使得USB装置端装置可根据D+及D-讯号线提供的辅助充电电流对其中的电池进行充电。据此，相较于传统USB供电方法，本发明相关的USB供电方法及应用其的USB装置端装置及USB系统具有可有效地提供流量更高的充电电流及对应所需的充电时间较短的优点。
根据本发明的第一方面，提出一种USB装置端装置，经由USB通讯连结与USB主控端装置连接，USB通讯连结包括D+、D-讯号线。USB装置端装置包括供电单元、检测单元及主控控制单元。供电单元包括电池。检测单元判断USB主控端装置是否为专用充电连接端口(Dedicated ChargingPort，DCP)；若是则提供DCP检测讯号。主控控制单元回应于DCP检测讯号提供认证讯号至USB主控端装置，并判断是否接收到USB主控端装置回应的认证回应讯号；若是，则驱动USB主控端装置经由D+及D-讯号线提供辅助充电电流，并将D+及D-讯号线提供的辅助充电电流提供至供电单元，以对电池进行充电。
根据本发明的第二方面，提出一种USB系统，包括USB主控端装置、USB通讯连结及USB装置端装置。USB主控端装置包括从属控制单元。USB通讯连结包括D+及D-讯号线。USB装置端装置经由USB通讯连结与USB主控端装置连接，USB装置端装置包括供电单元、检测单元及主控控制单元。供电单元包括电池，检测单元判断USB主控端装置是否为DCP；若是，则提供DCP检测讯号。主控控制单元回应于DCP检测讯号提供认证讯号至从属控制单元，并判断是否接收到从属控制单元回应的认证回应讯号；若是，则驱动从属控制单元经由D+及D-讯号线提供辅助充电电流，并将D+及D-讯号线提供的辅助充电电流提供至供电单元，以对电池进行充电。
根据本发明的第三方面，提出一种USB供电方法，应用于USB用户端装置上，用以对USB用户端装置的电池进行充电，USB用户端装置经由USB通讯连结与USB主控端装置连接，USB通讯连结包括D+及D-讯号线，供电方法包括下列步骤。首先回应于连接操作事件，判断USB主控端装置是否为DCP；若是则提供认证讯号至USB主控端装置。接着判断是否接收到USB主控端装置回应的认证回应讯号；若是则驱动USB主控端装置经由D+及D-讯号线提供辅助充电电流。之后根据D+及D-讯号线提供的辅助充电电流对电池进行充电。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并结合附图详细说明如下。
附图说明
图1绘示本发明实施例的通用串行总线系统的方块图。
图2绘示依照本发明实施例的通用串行式总线供电方法的流程图。
图3绘示依照本实施例的通用串行式总线供电方法的部份流程图。
附图符号说明
1：通用串行总线系统
10：通用串行总线主控端装置
20：通用串行总线
30：通用串行总线装置端装置
10a：从属控制单元
10b：电源单元
10c1、10c2、30c1、30c2：电源开关
30a：主控控制单元
30b：检测单元
30d：供电单元
30d1：充电单元
30d2：电池
30e：物理层
具体实施方式
请参照图1，其绘示本发明实施例的通用串行总线系统的方块图。本实施例的通用串行式总线(Universal Serial Bus，USB)系统1包括USB主控端装置10、USB通讯连结20及USB装置端装置30。USB通讯连结20用以连接USB主控端装置10及USB装置端装置30。举例来说，USB通讯连结20包括USB缆线及USB连接器；USB连接器例如为Micro-USB连接器，其中包括D+讯号线P_D+、D-讯号线P_D-、VDD讯号线P_VDD、GND讯号线P_GND及ID讯号线P_ID。
USB主控端装置10包括从属控制单元10a、电源单元10b、电源开关10c1及10c2。电源单元10b例如为交流直流(AC to DC)转换器，其用以提供参考电压VUSB及辅助充电电流C_D+及C_D-。从属控制单元10a控制电源开关10c1的切换操作，使其选择性地输出辅助供电电压电流C_D+(对应至电源开关10c1的输入端A)及数据讯号S_D+(对应至电源开关10c1的输入端B)其中之一。从属控制单元10A还控制电源开关10c2的切换操作，使其选择性地输出辅助充电电流C_D-(对应至电源开关10c2的输入端A)及数据讯号S_D-(对应至电源开关10c2的输入端B)其中之一。举例来说，在一般正常操作情况中，电源开关10c1及10c2系切换至其的输入端B，以对应地输出数据讯号S_D+及S_D-。
USB装置端装置30包括主控控制单元30a、检测单元30b、电源开关30c1、30c2、供电单元30d及物理层30e。供电单元30d包括充电单元30d1及电池30d2。电源开关30c1的输入端耦接至D+讯号线P_D+，输出端A及输出端B分别耦接至物理层30e及耦接至供电单元30d。电源开关30c2的输入端耦接至D-讯号线P_D-，输出端A及输出端B分别耦接至物理层30e及耦接至供电单元30d。
电源开关30c1及30c2回应于指令CE的控制，选择性地将D+及D-讯号线P_D+及P_D-传输的讯号提供至物理层30e或提供至供电单元30d。在正常操作情形中，指令CE为非致能，而电源开关30c1及30c2回应于非致能的指令CE，将D+及D-讯号线P_D+及P_D-传输的讯号(例如是数据讯号S_D+及S_D-)提供至物理层30e。
检测单元30b判断USB主控端装置10是否为专用充电连接端口(Dedicated Charging Port，DCP)；当USB主控端装置10为DCP时，检测单元30b提供DCP检测讯号S_DCP。举例来说，检测单元30b根据现有的USB规格，依序地执行总线电压检测(VBUS Detect)、数据连接检测(Data ContactDetect)、主要检测(Primary Detect)流程操作及次要检测(Secondary Detection)，来判断USB主控端装置10是否为DCP。
主控控制单元30a回应于DCP检测讯号S_DCP，提供认证讯号S_vf至USB主控端装置10中的从属控制单元10a；主控控制单元30a还根据从属控制单元10a是否对应地回传认证回应讯号S_vfd，来判断USB主控端装置10是否支持预设的超级DCP供电模式。举例来说，超级DCP供电模式定义为经由D+及D-讯号线P_D+及P_D-来提供充电电流的自订操作模式。主控控制单元30a例如经由USB连接器的ID讯号线P_ID来提供认证讯号S_vf，其中认证讯号S_vf例如为电平持续地切换于高参考电平VDD及低参考电平GND间的讯号。
当从属控制单元10a支持超级DCP供电模式时，从属控制单元10a经由ID讯号线P_ID回传认证回应讯号S_vfd，以通知主控控制单元30a，USB主控端装置10支持超级DCP供电模式。
当主控控制单元30a接收到认证回应讯号S_vfd时，主控控制单元30a经由ID讯号线P_ID提供致能的指令CE至从属控制单元10a。从属控制单元10a回应于致能的指令CE，控制电源开关10c1及10c2切换至输入端A，使得电源开关10c1及10c2对应地输出经由D+及D-讯号线P_D+及P_D-提供辅助充电电流C_D+及C_D-。
主控控制单元30a还提供致能的指令CE至电源开关30c1及30c2，以控制电源开关30c1及30c2切换至其的输出端B。如此，电源开关30c1及30c2回应于致能的指令CE，将D+及D-讯号线P_D+及P_D-传输的电流(例如是辅助充电电流C_D+及C_D-)提供至供电单元30d，并据以对电池30d2进行充电。
当主控控制单元30a未接收到认证回应讯号S_vfd时，表示USB主控端装置10并未支持超级DCP供电模式。如此主控控制单元30a提供非致能的指令CE，以控制电源开关30c1及30c2切换至其的输出端A。如此，电源开关30c1及30c2回应于非致能的指令CE，将D+及D-讯号线P_D+及P_D-传输的讯号(例如是数据讯号S_D+及S_D-)提供至物理层30e，以实现现有规格中定义的USB数据传输操作。
在一个操作实例中，主控控制单元30a还参考电池30d1的既有的电能储存状态，以对应地决定是否控制USB系统1进入超级DCP供电模式。举例来说，主控控制单元30a耦接至电池30d1，以读取电池30d1的状态信息ST，而主控控制单元30a还在提供致能的指令CE前，参考状态信息ST来判断电池30d1是否处于电能充足状态，其中此电能充足状态例如是电池30d1中的储存电能高于一预设临界值的状态。
当状态信息ST指示电池30d1处于电能充足状态时，主控控制单元30a判断电池30d1中仍有充足的电能。据此，主控控制单元30a持续地提供非致能的指令CE，而不启动USB系统1的超级DCP供电模式。当状态信息ST指示电池30d1处于不处于电能充足状态时，主控控制单元30a判断电池30d1中剩余的电能不足。据此，主控控制单元30a提供致能的指令CE，以启动USB系统15的超级DCP供电模式，以对应地供应高额的充电电流来对电池30d1进行充电。换言之，本实施例的主控控制单元30a还可视电池30d1中的剩余电量信息，来选择性地致能USB系统1的超级DCP供电模式。
请参照图2，其绘示依照本发明实施例的通用串行式总线供电方法的流程图。举例来说，本实施例的USB供电方法包括下列的步骤。首先如步骤(a)，检测单元30b回应于装置端装置30经由USB通讯连结20连接至USB主控端装置10的连接操作事件，判断USB主控端装置10是否为DCP；若否，则重复执行步骤(a)。
当USB用户端装置30连接的主控端装置10为DCP时执行步骤(b)，主控控制单元30a提供认证讯号S_vf至USB主控端装置10。然后如步骤(c)，主控控制单元30a判断是否接收到USB主控端装置10回应的认证回应讯号S_vfd；若否，表示USB主控端装置10不支持超级DCP供电模式，而本USB供电方法对应地终止。
当主控控制单元30a接收到认证回应讯号S_vfd时执行步骤(d)，主控控制单元30a判断USB主控端装置10可经由D+及D-讯号线P_D+及P_D-来提供辅助充电电流C_D+及C_D-，使得USB主控端装置10的供电电流上限对应至数值CC_MAX1。举例来说，数值CC_MAX1等于4.5安培。当主控控制单元30a并未接收到认证回应讯号S_vfd时执行步骤(e)，主控控制单元30a判断USB主控端装置10无法经由D+及D-讯号线P_D+及P_D-来提供辅助充电电流C_D+及C_D-，使得USB主控端装置10的供电电流上限对应至数值CC_MAX2。举例来说，数值CC_MAX2等于1.5安培。
请参照图3，其绘示依照本实施例的通用串行式总线供电方法的部份流程图。在一个例子中，USB供电方法于步骤(d)及(e)之后还包括步骤(f)-(j)。进一步的说，USB供电方法于步骤(d)及(e)之后执行步骤(f)，主控控制单元30a读取电池30d1的状态信息ST。然后如步骤(g)，主控控制单元30a判断电池30d1是否处于电能充足状态；若是，本USB供电方法对应地终止。
当电池30d1非处于电能充足状态时，USB供电方法则执行步骤(h)，主控控制单元30a判断USB主控端装置10的供电电流上限是否实质上大于数值CC_MAX2；若是，表示USB主控端装置10支持超级DCP供电模式，而USB供电方法执行步骤(i)，以提供致能的指令CE，藉此驱动USB系统1的超级DCP供电模式。之后执行步骤(j)，主控控制单元30a驱动充电单元30d1对电池30d2进行充电。
当USB主控端装置10的供电电流上限实质上不大于数值CC_MAX2时，表示USB主控端装置10不支持超级DCP供电模式，而USB供电方法跳过步骤(i)并直接执行步骤(j)。
本发明实施例的USB供电方法及应用其的USB装置端装置及USB系统，其是于判断对应的USB主控端装置为专用充电连接端口(DedicatedCharging Port，DCP)时，对此USB主控端装置进行认证操作，以判断其是否支持超级DCP供电模式；若是，则驱动USB主控端装置经由D+及D-讯号线提供辅助充电电流，使得USB装置端装置可根据D+及D-讯号线提供的辅助充电电流对其中的电池进行充电。据此，相较于传统USB供电方法，本实施例的USB供电方法及应用其的USB装置端装置及USB系统具有可有效地提供流量更高的充电电流及对应所需的充电时间较短的优点。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。
Claims (13)
1.一种USB装置端装置，经由一USB通讯连结与一USB主控端装置连接，该USB通讯连结包括一D+讯号线及一D-讯号线，该USB装置端装置包括：
一供电单元，包括一电池；
一检测单元，判断该USB主控端装置是否为一专用充电连接端口DCP，当该USB主控端装置为该DCP时，该检测单元提供一DCP检测讯号；以及
一主控控制单元，回应于该DCP检测讯号，提供一认证讯号至该USB主控端装置，并判断是否接收到该USB主控端装置回应的一认证回应讯号，当该主控控制单元接收到该认证回应讯号时，该主控控制单元驱动该USB主控端装置经由该D+及该D-讯号线提供一辅助充电电流；
其中，该主控控制单元还将该D+及该D-讯号线提供的该辅助充电电流提供至该供电单元，并据以对该电池进行充电。
2.如权利要求1所述的USB装置端装置，其中当该主控控制单元接收到该认证回应讯号时，该主控控制单元提供致能的一指令，以驱动该USB主控端装置经由该D+及该D-讯号线提供该辅助充电电流；
其中，该USB装置端装置还包括一组电源开关耦接至该D+及该D-讯号线，该组电源开关回应于致能的该指令，将该D+及该D-讯号线传输的该辅助充电电流提供至该供电单元。
3.如权利要求2所述的USB装置端装置，其中当该主控控制单元未接收到该认证回应讯号时，该主控控制单元提供非致能的一指令，该USB主控端装置回应于非致能的该指令经由该D+及该D-讯号线分别提供一D+讯号及一D-讯号；
其中，该组电源开关回应于非致能的该指令，将该D+及该D-讯号提供至该USB装置端装置的一物理层。
4.如权利要求3所述的USB装置端装置，其中该该USB通讯连结还包括一ID讯号线，该主控控制单元经由该ID讯号线提供该认证讯号、致能的该指令及非致能的该指令至该USB主控端装置，该USB主控端装置经由该ID讯号线提供该认证回应讯号至该主控控制单元。
5.如权利要求1所述的USB装置端装置，其中该该USB通讯连结还包括一供电讯号线，该USB主控端装置经由该供电讯号线提供一供电讯号至该USB装置端装置。
6.如权利要求1所述的USB装置端装置，其中该主控控制单元还耦接至该电池，以读取该电池的一状态信息，以判断该电池是否处于一电能充足状态。
7.如权利要求1所述的USB装置端装置，其中该USB通讯连结包括至少一个Micro-USB连接器。
8.如权利要求1所述的USB装置端装置，其中该检测单元依序地执行总线电压检测、数据连接检测、主要检测流程操作及次要检测流程，来判断该USB主控端装置是否为该DCP。
9.一种USB系统，包括：
一USB主控端装置，包括一从属控制单元；
一USB通讯连结，包括一D+讯号线及一D-讯号线：以及
一USB装置端装置，经由该USB通讯连结与该USB主控端装置连接，该USB装置端装置包括：
一供电单元，包括一电池；
一检测单元，判断该USB主控端装置是否为一专用充电讯号线DCP，当该USB主控端装置为该DCP时，该检测单元提供一DCP检测讯号；及
一主控控制单元，回应于该DCP检测讯号，提供一认证讯号至该从属控制单元，并判断是否接收到该从属控制单元回应的一认证回应讯号，当该主控控制单元接收到该认证回应讯号时，该主控控制单元驱动该从属控制单元经由该D+及该D-讯号线提供一辅助充电电流；
其中，该主控控制单元还将该D+及该D-讯号线提供的该辅助充电电流提供至该供电单元，并据以对该电池进行充电。
10.如权利要求9所述的USB系统，其中该主控控制单元还耦接至该电池，以读取该电池的一状态信息，以判断该电池是否处于一电能充足状态。
11.如权利要求9所述的USB系统，其中该USB通讯连结包括至少一个Micro-USB连接器。
12.一种USB供电方法，应用于一USB用户端装置上，用以对该USB用户端装置的一电池进行充电，该USB用户端装置经由一USB通讯连结与一USB主控端装置连接，该USB通讯连结包括一D+讯号线及一D-讯号线，该USB供电方法包括：
(a)回应于一连接操作事件，判断该USB主控端装置是否为一专用充电连接端口DCP；
(b)当该USB用户端装置连接至该DCP时，提供一认证讯号至该USB主控端装置；
(c)判断是否接收到该USB主控端装置回应的一认证回应讯号；
(d)当接收到该认证回应讯号时，驱动该USB主控端装置经由该D+及该D-讯号线提供一辅助充电电流；以及
(e)根据该D+及该D-讯号线提供的该辅助充电电流对该电池进行充电。
13.如权利要求12所述的USB供电方法，其中于步骤(c)及(d)之间还包括：
(f)读取该电池的一状态信息，以判断该电池是否处于一电能充足状态；及
(g)当该电池非处于该电能充足状态时，执行步骤(d)。
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