CN103810066A - 未供电的总线上usb外围设备的检测 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测外围设备（230）连接至电子设备（10）的通信接口（2,3,5,8）的方法和相关的检测电路（8,200）；通信接口包括用于为外围设备供电的电压供电线（V_BUS），额定操作电压值的范围与该供电线相关，该方法的特征在于，其包括如下步骤：将在该额定操作电压值范围中包括的额定电压施加（S4）给供电线；取消施加给供电线（V_BUS）的额定操作电压（1）；在出现小于该额定电压值的阈值的剩余电压时在供电线上检测（S2）由外围设备（230）连接至该接口引起的瞬时信号；以及根据所检测的瞬时信号将额定电压施加给电压供电线。

Description

未供电的总线上USB外围设备的检测

技术领域

本发明涉及包括配备有供电线的通信接口的家用电子设备的领域。尤其本发明涉及一种用于在供电线未激活时检测外围设备与接口的连接的方法。背景技术

存在使得能够将USB外围设备连接到具有待检测的USB接口的设备的方法。第一方法在于检测USB总线上配备有上拉或下拉电阻器的数据线的电势变化。另一方法在于在产品的USB接口上检测对应于该USB总线的额定电压V_BUS的电势的出现。

某些方法需要被供电的电路以使得能够区分所扫描的馈电线或数据线的不同电势（或状态）。其它方法需要以额定方式为USB供电，使得根据协议在USB接口与连接至该接口的外围设备之间的数据交换是可能的。

然而，对于降低家用设备的耗电的限制日益增加，并且数年来为了降低其耗电而必须应用的官方指示需要在任何可能的地方降低消耗。

发明内容

本发明使得能够改进这种情况，通过提出一种在设备未以其额定电压供电时，尤其是因为该设备配置为在低耗模式或者待机状态中而未以其额定电压供电时，或者当未施加该接口的额定电压并且当在该接口的供电线上存在残余电压时，检测USB外围设备连接至该设备的USB接口。

更确切而言，本发明涉及一种用于检测外围设备连接至电子设备的通信接口的方法，该通信接口包括用于为外围设备供电的电压供电线，操作电压值范围内的额定值与供电线关联，该方法包括如下步骤：

-通过电子设备施加在供电线的操作电压值范围之间包括的额定电压，

-由电子设备取消施加给供电线的额定操作电压，

-在供电线上，在出现小于额定电压值的阈值的剩余电压的情况下，检测由外围设备连接至接口引起的瞬时信号，

-根据所检测的瞬时信号生成控制信号，

-根据所生成的控制信号将额定电压施加给电压供电线。

对于USB通信接口，例如，供电线通常称作V_BUS。

根据本发明的一个实施例，通信接口与通用串行总线是兼容的。

根据本发明的一个实施例，剩余电压是由专用供电电路生成的。

根据本发明的一个实施例，阈值小于或等于额定电压的10%。

根据本发明的一个实施例，瞬时信号是剩余电压的电压降。

本发明涉及一种用于在电子设备中供电并且对外围设备连接至该电子设备的通信接口进行检测的电路，该通信接口包括用于为外围设备供电的电压供电线，操作电压值的额定范围与供电线关联，该检测电路包括：

-电压生成器电路，用于由所述电子设备施加在所述供电线的额定操作电压值范围之间包括的额定电压，

-检测电路，在出现小于所述额定电压值的阈值的剩余电压的情况下，检测由所述外围设备连接至所述接口引起的瞬时信号，

-控制信号生成电路，其根据所检测的瞬时信号生成控制信号。

根据本发明的一个实施例，将电压供电线V_BUS施加给与通用串行总线标准兼容的连接器。

本发明还涉及包括如上面描述那样供电和检测的电路的任意电子设备。

附图说明

根据阅读下面参考附图的描述将会更好地理解本发明，并且其它特定特征和优点也将显现，其中：

-图1示出了数字电视的接收器-解码器类型的电子设备，其包括与USB标准兼容的通信接口，配备有根据本发明的一个实施例的连接检测电路。

-图2示出了图1中的USB接口的连接检测电路。

-图3示出了USB外围设备与图1中所示的该设备接口的连接以及之后通过图2中示出的检测电路检测外围设备和激活该接口对应的序列。

-图4是示出了检测和激活方法的步骤的图。

具体实施方式

在图1到3中，示出的模块是可以对应于或者可以不对应于物理上可区分的单元的功能单元。例如，这些模块或者其中一些分组在一起成为单个部件，或者构成相同软件的功能。相反，根据其它实施例，一些模块包括单独的物理实体。

以通用但非限制性的方式，本发明涉及一种方法和一种电路，用于当通信接口未被以额定功率供电时检测外围设备至该通信接口的连接。该检测因此而使得能够激活接口在额定模式中的供电。这有利地避免必须以额定模式为通信接口供电而允许其用于检测外围设备的连接。一个重要优点是这因此有助于限制能耗。

“额定模式”理解为意味着一种供电模式，对于该供电模式而言电压被包括在其额定值周围的值的范围内。一个示例是，对于5伏特的额定电压，则施加被包括在从4.5伏特到5.5伏特的电压范围内的电压。应注意的是，额定值电压在本发明的描述中定义为实现设备或者其为之供电的设备或模块的正常操作的电压。例如，对于USB通信接口，额定电压是适配于接口的额定（或正常）操作和特别地适配于主机设备与所连接的外围设备之间的数据交换的电压。

图1图示了例如根据本发明的优选实施例的数字电视的接收器-解码器类型的电子设备STB10。该电子设备包括主板MB9，还叫做母板，以及供电模块PSU1、输入模块INP18和输出模块OUT19。母板MB9除了其他元件之外，还包括USB通信接口，其包括供电接口USBPI3、总线USB-BUS16、检测电路DET8和连接器USB C35。检测电路DET8通过检测总线USB-DET连接至总线USB-BUS16。

母板包括核心电路CU2，其起该设备STB10的控制和处理单元的作用。母板MB9还包括待机（或者低耗）模式管理电路KDB4。电路KDB4控制信号PCTRL14实现以受控方式激活在供电模块PSU1的输出端上的某些供电线，例如母板MB9的接口USB的供电接口USB PI3的供电线PL212,或者甚至是母板MB9的控制单元CU2的供电线PL111。信号PLA13将供电模块PSU1的状态告知管理电路KDB4，即是否配置在待机（或者低耗）模式中。所有线路PL111、PL212、PLA13和PCTRL14都借助连接器C26连接至母板MB9。外围设备的检测电路USB DET8供给与信号PCTRL14关联的信号USB-CTRL15，并且其实现以受控方式激活供电线PL111和PL212。

输入模块INP18包括对于借助输入链路L120接收的数字电视信号的接收和解调有用的所有电路。输出模块OUT19将音频和视频信号供给外部恢复设备（在此未示出），诸如，例如电视机。信号由链路L221承载，其例如可以是SCART连接器或者HDMI线缆。在控制单元CU2与分别输入端INP18和输出端OUT19模块之间交换的所有信号都由互联总线BUS17承载。控制单元CU2包括所有如下电路，这些电路对于利用特定于传输数字电视的视听节目的方法来接收和解码所编码的视听内容的功能而言是必需的。这些在全局上执行滤波、解复用、存储、解码和信号路由操作的电路在此未示出，其对于本领域技术人员而言是公知的并且对于理解本发明而言也并非必要的。

供电模块PSU1由主电流借助连接器C17供电。

根据本发明的该优选实施例，当接收器-解码器设备STB10以待机模式配置时，将供电线PL111和PL212禁止。为USB通信接口的供电接口USBPI3供电的供电线PL212未被以额定方式供电，而是承载有剩余电压，例如电路的一个或多个电学特性使得该剩余电压的出现变得可能。可以有利地设计储备（reservoir）电容器的存在并且为该目的而校准(calibrate)，甚至可以聪明地使用寄生电容器。

根据本发明的一个变形实施例，剩余电压并非来自特定于电路的电学特性，而是来自为该用途而设计的特定供电线200。

当外围设备在连接器C35上连接至通信接口时，剩余电压的存在有助于瞬时信号在总线USB-BUS16上的出现。

瞬时信号（也称作“假信号（glitch）”）由检测电路DET8放大并且格式化为使得校准过的信号USB-CTRL15在检测模块DET8的输出端上可用，以用作在模块PSU1的输入端上的控制信号PCTRL14。信号PCTRL14在模块PSU1的输入端上的激活引起供电线PL212的激活，该供电线因此而承载对于使用USB通信接口和特别地对于在接收器-解码器STB10的控制单元CU2与连接至接口USB的连接器C35的USB外围设备之间进行数据交换而言满意的额定电压。外围设备USB例如可以是USB密钥、外部硬盘或者能够与通信接口兼容的存储介质。

图2示出了在图1中出现的检测电路DET8的细节，以及实现为检测电路供电的供电电路200，包括当接收器-解码器STB10配置为待机或低耗模式时。供电210被包括在图1中示出的模块PSU1中，并且在线路PL212上提供额定电压（当其为该目的被控制时）。额定电压然后施加给接收器-解码器STB10的USB通信接口的供电接口USBPI3。模块230示出了连接至USB接口的供电线的USB外围设备。模块220示出了USB接口的供电线的电学特性（电阻性和电容性）。

根据本发明的一个特定并且非限制性的实施例，供电电路200是供电电路210的一个子组件。

USB检测模块DET8包括三个主要模块810、820和830，适配于检测连接在接收器-解码器STB10的USB插口C35上的USB外围设备的连接。

模块810是适配于瞬时信号（或者假信号）的放大的放大器，该瞬时信号的出现是由于外围设备连接至USB插口这一事实。

模块820是单稳态的，其从由放大器810放大的放大瞬时信号形成峰值校准过的信号。

模块830构成NOR（异或）门电路，当USB总线的供电线被供给有额定电压时其禁止检测输出端的瞬时情况。应注意的是，当接收器-解码器设备STB10并未配置为待机模式并且USB接口（或总线）的供电线被供给有额定值电压时，刚被连接的外围设备的检测通过根据预定协议的数据交换来实现，诸如，例如，在主机发起、即在接收器-解码器STB的控制单元CU2发起的情况下的列举（enumeration）阶段或者声明阶段。在该情况下，在软件控制下最频繁地实施协议交换。

因此，根据本发明的该优选实施例的、用于检测外围设备的连接的方法依赖于当放电的电容器突然被连接至至少部分充电的另一电容器时检测不可避免出现的瞬时信号。在该连接时刻出现的电压取决于所涉及的电容器的ESR值（等效串联电阻）的比率。在与USB标准兼容的通信接口的背景内，待考虑的电容器通常是具有约为120uF的值的电解电容器。对于这种类型的电容器，常见的ESR值在250到500毫欧姆（mohms）量级中。最为常见的是，将小的陶瓷电容器与具有6mohms的ESR值的10uF的电容器并联。USB外围设备还在输入端具有其等效电容器，对于30mohms的普通ESR值在1uF的量级中。USB标准规定了对于10uF量级中的热连接（当接口被供给有额定值电压时）使用10uF的化学电容器；其对应于通常远大于30mohms的ESR。为了更确切地建立USB外围设备的电容器的ESR值，缆线和相关的接触电阻器的电阻值必须相加，其通常大于30mohms。

考虑到这一点，对于外围设备到USB接口的供电线的连接固有的电压降值可以通过一次逼近，根据下式来计算：

V0×(1–(Rcu+Rcl)/(Rcu+Rcl+Rc2))

其中将V0isa剩余电压施加给USB接口的供电线。

V0小于USB接口的供电线的额定电压值的阈值。

USB接口的阈值的一个示例例如是额定值的10%，即0.5伏特。

Rc1和Rc2分别是连接至USB外围设备的电容器和USB接口的供电线的小陶瓷电容器的ESR值。

Rcu是供电线的缆线和接触电阻器的等效电阻。

这通常意味着，考虑连接期间的电压降在0.91×V0的量级中。

根据现有技术，在与USB标准兼容的通信接口的供电线上不存在剩余电压。然而，并且为了检测由外围设备的连接所引起的、电压降类型的瞬时信号而需要低电势。这就是为什么根据本发明的优选实施例在USB接口的供电线未被以额定方式供电时（例如当接收器-解码器STB10在待机模式中时）向其施加150mV量级的剩余电压。因此，约150mV的该剩余电压使得能够出现14mV（0.09×150mV）量级的瞬时电压降。该瞬时电压降由检测电路DET8的放大器模块810放大，然后由单稳态模块820格式化以在检测模块DET8的输出端上生成信号USB-CTRL15。该信号然后与信号PCTRL14结合或者直接接线，该信号PCTRL14控制在供电模块PSU1的输出端上的供电线的激活，并且特别地供电线PL212用于为USB接口的供电线供电。

电源200和检测DET8电路因此可以检测外围设备连接至接收器-解码器STB10类型的电子设备的USB通信接口，该USB通信接口包括用于为外围设备供电的电压供电线V_USB，额定操作电压与该供电线关联，该方法包括如下步骤：

-由电子设备STB10施加包括在供电线V_BUS的额定操作电压值范围内、例如为5伏特的额定电压，

-由电子设备STB10经由供电模块PSU1取消施加给供电线V_USB的额定操作电压，

-在供电线V_BUS上，在出现小于所述额定电压值的阈值的、例如150mV的剩余电压的情况下，检测由外围设备连接到USB接口引起的瞬时电压降，该电压降典型地在该情况下处于14mV的量级中，

-根据所检测到的瞬时信号而生成控制信号USB_CTRL，根据本发明的该优选实施例，该瞬时信号是平均为14mV的瞬时电压降，

-根据在检测电路DET8的输出端上生成的控制信号USB_CTRL，将5伏特的额定电压施加给电压供电线V_BUS。

电子设备STB10中的检测电路DET8适配于检测外围设备连接至电子设备STB10的USB通信接口，该通信接口包括用于为外围设备供电的电压供电线V_BUS，将额定操作电压值的一范围与该供电线关联，将检测电路DET8与电压生成器电路关联，该电压生成器电路用于由电子设备STB10经由其供电模块PSU1施加被包括在额定操作电压值的范围中的额定电压。模块DET8还构成检测电路，在出现小于额定电压值的阈值的剩余电压、例如150mV的情况下，检测由外围设备连接至电子设备STB10的USB通信接口所引起的瞬时电压降（仍称作瞬时信号）。模块DET8包括根据所检测瞬时电压降的控制信号USB-CTRL15的生成电路。

图3示出了检测连接至接收器-解码器STB10的USB接口的连接器C35的外围设备。

在时刻t1，将外围设备连接至连接器C35，其中供电线仅提供150mV量级的剩余电压，远低于USB总线的等于5伏特的额定供电电压值。被视为瞬时信号的瞬时电压降然后在供电线上出现。该电压降由检测电路DET8放大并且格式化。这导致激活根据本发明的优选实施例对于大于或等于10ms的时段（即直至时刻t2）校准的信号USB-CTRL15。信号USB-CTRL15然后发送给供电模块PSU1，其从时刻t3起激活线路PL111和PL212。USB总线USB-BUS16的供电线V_BUS借助供电接口电路USBPI3依赖于供电线PL212的状态。

在时刻t4，将第二外围设备连接，其中供电线V_BUS以在5伏特量级的额定值来供电。应注意的是，在该情况下，由于模块NOR830，在检测电路DET8的输出端上不激活信号USB-CTRL。

图4是表示该方法的主要步骤的图示。步骤S0对应于接收器解码器设备STB10的待机模式配置。例如在用户的输入指令之后进入待机模式。在待机状态模式中检测到输入指令后，链接至远程控制接收器的模块KDB4控制供电模块PSU1将该设备STB配置为待机模式并且降低其耗电。信号PCTR14为该目的而设置并且供电模块PSU1停止在供电线PL111和PL212上提供额定电压，因此将母板MB9的某些电路去激活（deactivate），这对应于待机模式配置。

在该配置中，因此从步骤S1起在线路PL212上存在剩余电压。根据本发明的优选实施例，剩余电压在150mV的量级并且由包括储备电容器的电路生成。根据一个变型，电压生成器电路特别地为此目的而设于供电模块PSU1中。

该电压施加在USB通信接口的供电接口USBPI3的输入端上，并且还处在USB总线USB-BUS16的供电线V_BUS上。

线路V_BUS还连接至该设备STB10的连接器USB C35。

在步骤S2中，当外围设备连接至连接器USB C35时，由检测电路DET8检测到“假信号”，其在步骤S3具有激活检测电路的输出端上的信号USB-CTRL15的效果。信号USB-CTRL15耦合至供电模块的控制信号PCTRL14并且因此可以控制模块PSU1在正常供电模式中的配置，即待机模式之外的正常操作模式，其中母板MB9的所有功能都可用。用于将控制信号USB-CTRL15与PCTRL14耦合的方法在此并不详述，其对于理解本发明而言不是必需的。

在步骤S4，模块PSU1配置为额定模式并且额定电压在供电线PL111和PL212上可用。在该情况下，并且根据本发明的实施例，总线USB-BUS16的电压V_BUS的额定值包括在4.5和5.5伏特之间的电压值范围中，并且典型地等于5伏特。该电压在USB通信接口的连接器C35上可用，并且可以为所连接的外围设备供电。控制单元也被供电，其实现USB通信接口的逻辑控制。然后，通信接口的使用是可能的，直至步骤S0中的新待机配置。

应注意的是该设备STB10的对应于步骤S4的正常模式配置可以通过外围设备在由模块2、3、5、8构成的接口USB上的连接之后而退出待机模式来完成，但是也可以通过任意其它至正常模式的配置手段来完成。其它在（至）正常模式的配置手段例如是用户退出待机模式的动作（通过按下键盘或者遥控器的按键），设备的所编程的唤醒或者甚至是上电后的初始化。

本发明不限于上面描述的实施例，并且也适用于使得能够检测在通信接口的供电线上由于连接外围设备而引起的电压波动的任意电路；该连接在该接口配置为待机或低耗模式并且在接口的供电线因此仅供给比其额定值小得多（例如小于正常模式中的供电电压的额定值的20%）的剩余电压时发生。

根据本发明的一个变型方案，接口可以由适配于承载分别对应于接口的若干个操作模式的额定电压的若干个值的电压线来供电。在该情况下，所描述的剩余电压是参考额定电压之一来限定，并且优选地是这些值中最小值。

根据该实施例的一个变型方案，所检测的瞬时信号不是剩余电压的变化或者波动。根据该变型方案，剩余电压以按预定频率校准过的周期波的形式来施加。外围设备的连接因此可以通过该周期波的频率的变化来检测；该变型方案因此通过适配的检测电路来检测。

根据该实施例的其它变型方案，所检测的瞬时信号对应于电流变化。

上面详述的实施例以电视接收器-解码器设备类型来描述本发明。然而，本发明并不仅应用于该类型的设备，而是还适用于包括通信接口的任意设备，该通信接口具有设计用于为连接至接口的外部外围设备供电的供电线，诸如，例如FireWire接口（IEEE1394）、HDMI接口（高清多媒体接口）、PoE接口（以太网供电）或者甚至是车辆中使得能够互联车载设备的通信接口。

本发明还适用于例如办公用计算机、便携式计算机、平板电脑、电视机、hi-fi系统、至宽带通信网络的接入网关、汽车收音机、家用收音机、收发器设备、个人音乐播放器、视听内容的投影仪、照相机、摄像放像机、摄像机、测量设备、医学诊断或医学监视设备。

Claims (10)

1.一种用于检测外围设备（230）连接至电子设备（10）的通信接口的的方法，所述通信设备（2,3,5,8）包括为所述外围设备（230）供电的电压供电线（V_BUS），额定操作电压值与供电线（V_BUS）关联，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

-由所述电子设备在所述供电线（V_BUS）处施加额定操作电压，

-由所述电子设备（10）取消（S1）施加给所述供电线（V_BUS）的所述额定操作电压，

-在所述供电线（V_BUS）上，在出现小于所述额定电压值的阈值的剩余电压的情况下，检测由所述外围设备（230）连接至所述接口（2,3,5,8）引起的瞬时信号，

-根据所生成的控制信号，将所述额定电压施加给所述电压供电线（V_BUS）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信接口与通用串行总线标准兼容。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述剩余电压由专用供电电路生成。

4.根据权利要求1到2中的任一项所述的方法，其特征在于，所述阈值小于或等于所述额定电压的10%。

5.根据权利要求1到2中的任一项所述的方法，其特征在于，所述瞬时信号是所述剩余电压的电压降。

6.一种用于在电子设备（10）中供电并且对外围设备（230）连接至所述电子设备（10）的通信接口（2,3,5,8）进行检测（200,8）的电路，所述通信接口包括为所述外围设备（230）供电的电压供电线（V_BUS），额定操作电压值与所述供电线（V_BUS）相关联，其特征在于，用于供电和检测（200,8）的电路包括：

-电压生成器电路（200），用于由所述电子设备（10）将额定操作电压施加给供电线（V_BUS），

-检测电路（810），在出现小于所述额定电压值的阈值的剩余电压的情况下，检测由所述外围设备连接至所述接口引起的瞬时信号。

7.根据权利要求6所述的用于供电和检测的电路，其特征在于，所述阈值小于或等于所述额定电压的10%。

8.根据权利要求6到7中任一项所述的用于供电和检测的电路，其特征在于，所述瞬时信号是所述剩余电压的电压降。

9.根据权利要求6到7中任一项所述的用于供电和检测的电路，其特征在于，所述电压供电线（V_BUS）应用于与通用串行总线标准（C3）兼容的连接器。

10.一种电子设备（10），其特征在于，其包括根据权利要求6到9中任一项所述的供电和检测电路（8,200）。

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