CN103917937B

CN103917937B - 能够有线和无线操作的通用io连接器和接口

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Publication number: CN103917937B
Application number: CN201180074755.0A
Authority: CN
Inventors: S·R·穆尼; H·L·赫克; J·E·若斯; B·K·卡斯珀; D·乔杜里; F·T·哈迪
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: WO2013070239A1; TWI471068B; TW201334650A; US20140242927A1; CN103917937A; US9312908B2

Abstract

将设备互连的系统和方法可包括具有衬底、一组输入/输出(IO)触点、天线结构和收发机逻辑单元的连接器组件。在一个示例中，收发机逻辑单元可处理与天线结构相关联的一个或多个IO信号，并处理与这组IO触点相关联的一个或多个IO信号。

Description

能够有线和无线操作的通用IO连接器和接口

技术领域

实施例通常涉及输入/输出(IO)接口。更具体地，实施例涉及实现有线和无线操作的IO连接器配置。

讨论

计算系统可包括一个或多个USB(通用串行总线，例如，USB规范2.0、USB实施者论坛)端口以支持与外围部件(例如键盘、鼠标、照相机等)的IO通信。然而，一般USB端口可能被限制到与讨论中的外围部件的有线通信，除非单独的无线适配器被使用，其中无线适配器维持与USB端口的有线连接。

附图说明

通过阅读下面的说明书和所附的权利要求书并通过参考下面的附图，本发明实施例的各种优点将对于本领域技术人员而言变得明显，其中：

图1A是根据实施例的具有输入/输出(IO)连接器组件的计算系统的示例的透视图；

图1B是根据实施例的具有IO连接器组件的计算系统电路板的示例的放大透视图；

图2是根据实施例的在设备和IO连接器组件之间的有线连接的示例的透视图；

图3是具有根据实施例的IO连接器衬底的示例的透视图；

图4A是根据实施例的起天线作用的连接器壳体的示例的透视图；

图4B是图4A所示的连接器壳体的侧视图；

图5是根据实施例的与面向底部的电路板一体化的天线结构的示例的侧视图；

图6是根据实施例的与面向顶部的电路板一体化的天线结构的示例的侧视图；

图7是根据实施例的包括多组IO触点的衬底的示例的透视图；

图8A是根据实施例的合并到单个半导体封装中的收发机逻辑单元的示例的侧视图；

图8B是根据实施例的合并到多个半导体封装中的收发机逻辑单元的示例的侧视图；以及

图9是根据实施例的认证外围设备的方法的示例的流程图。

具体实施方式

实施例可包括具有衬底、一组输入/输出(IO)触点、天线结构和收发机逻辑单元的连接器组件。收发机逻辑单元可配置成处理与天线结构相关联的一个或多个IO信号，并处理与这组IO触点相关联的一个或多个IO信号。

实施例还可包括具有电路板、耦合到电路板的芯片组部件、以及耦合到电路板的连接器组件的系统。连接器组件可包括衬底、一组IO触点、天线结构、以及收发机逻辑单元，该收发机逻辑单元配置成处理与天线结构相关联的一个或多个IO信号并处理与这组IO触点相关联的一个或多个IO信号。

其它实施例可包括计算机实现的方法，其中与连接器组件的天线结构相关联的一个或多个IO信号被处理。该方法还可包括处理与连接器组件的一组IO触点相关联的一个或多个IO信号。

此外，实施例可包括具有一组指令的计算机可读存储介质，所述指令如果被处理器执行，则使连接器组件处理与连接器组件的天线结构相关联的一个或多个IO信号。这些指令还可使连接器组件处理与连接器组件的一组IO触点相关联的一个或多个IO信号。

现在转到图1A和1B，示出计算系统10，其中连接器组件12能够处理有线和无线IO信号。而且，无线IO信号可被同时处理并与有线IO信号分离。如将更详细讨论的，所示连接器组件12包括配置成接收和发送有线IO信号的一组IO触点、以及配置成接收和发送无线IO信号的天线组件。计算系统10可包括具有芯片组部件16(例如处理器和/或平台控制单元(PCH))的电路板(例如母板)14、以及安装在其上的连接器组件12。在一个示例中，连接器组件12包括缓冲器IC(集成电路)18，其在适当时根据情况提供至和从芯片组部件16的缓冲信号。虽然所示计算系统10具有笔记本电脑外形，然而其它类型的计算系统也可受益于本文描述的技术。例如，系统10可以是移动设备(例如个人数字助理(PDA)、移动互联网设备(MID)、无线智能电话、媒体播放器、成像设备、智能平板计算机等)的部分或其组合。系统10可以可选地包括固定平台，例如桌上型个人计算机(PC)或服务器。

图2示出在连接器组件20和具有配置成与连接器组件20配合的电缆22的外围设备(未示出)之间的有线连接。配合布置(例如钥匙形状)和基本信令协议可以根据例如USB技术、DisplayPort(DP，例如嵌入式DisplayPort标准(eDP)版本1.3，2011年1月，视频电子标准协会)技术、高清多媒体接口(HDMI，例如HDMI规范，版本1.3a，2006年11月10日，HDMI许可，LLC)技术、Thunderbolt(例如ThunderboltTM技术：The Transformational PC I/O，2011，英特尔公司)技术、外围部件互连表达(PCI-e，例如PCI表达x16图形150W-ATX规范1.0，PCI特殊兴趣组)技术等。在所示示例中，连接器组件20具有壳体28和具有设置在壳体28内的一组IO触点26的衬底(例如，和/或插入器)24。连接器组件20还可包括安装到衬底24的收发机逻辑单元半导体封装30。如将更详细讨论的那样，壳体28可由金属材料/合金构成，并起能够发送和接收无线IO信号的天线的作用。可选地，天线可以与衬底24或其它电路板(例如电路板14(图1))一体化和/或相邻。

图3示出连接器组件20(图2)的一部分的放大视图。在所示示例中，IO触点26耦合到衬底24的顶部，且一个或多个功率/接地触点32耦合到衬底24的底部。连接器衬底24的大致宽度可以是大约几毫米(例如4.48mm)，其中正被处理的IO信号的波长也可以是大约几毫米或更小。在这点上，在研究环境中可对高达122GHz的信令频率展示基于硅的RF-CMOS(射频-互补金属氧化物半导体)收发机电路，且60GHz基于CMOS的无线电系统作为用于无线应用的产品而正处于发展中。因此，基于RF-CMOS的技术进步可支持在小形状因子平台内的低成本较高毫米-波(mm-wave)频率无线电应用。而且，因为无线技术在速度上增加了，天线结构的体积要求也会降低。简单地说，在毫米波频率下，天线体积的要求可变得小的足以能够集成到封装和小电连接器的壳体中。

现在转到图4A和4B，示出连接器组件34，其中连接器组件34的金属壳体36起天线的作用。在所示示例中，壳体36的宽度和高度分别为大约6mm和3mm，并可因此支持具有大约24GHz或更大的频率的IO信号的发送和接收。例如，自由空间波长在120GHz下是大约2.5mm。因此，较小的信号波长可允许天线构造在相对小的电连接器的壳体中，而不会明显损害辐射效率和带宽。这种配置的辐射场38可类似于端射天线的辐射场。

图5示出连接器组件40的可选配置，其中天线结构与相邻于衬底44(例如在衬底44之下)的印刷电路板(PCB)42一体化，衬底44具有设置在连接器壳体46内的IO触点(未示出)。具体来说，所示天线结构包括具有端射辐射场50的端射天线48、以及具有边射辐射场54的边射天线(broadside antenna)52。在这点上，全向天线的增益可在mm-wave频率下降低。虽然单个定向天线可在较高mm-wave频率下只提供视线传播，然而由于分别部署了端射天线50和边射天线54，所示方法能够实现在总体(general)方向59上的全向辐射场56的近似。所示连接器组件40还包括设置在PCB42和衬底44之间的可选的插入器衬底45。

图6示出连接器组件58可被构造成使得天线结构与位于连接器壳体46之上的PCB60一体化。因此，端射天线62可具有端射辐射场64，且边射天线66可具有边射辐射场68，其中场64、68可组合以近似在总体方向69上的全向场70。此外，垂直和水平偏振天线的组合可用于实现在不同方向上的覆盖。

现在转到图7，示出连接器组件72，其中衬底74具有设置在共用的金属壳体78内的多组IO触点76(76a-76d)。通过堆叠小连接器(例如水平地)以产生彼此相邻的多个连接器(例如在所示示例中的四个)的较大块，金属壳体78(或插入器衬底、相邻电路板等)可用作支持每个较小连接器的较低频率的天线。例如，结合主机电路板所示的配置可提供足够的体积区域以为宽带USB(WUSB)型应用支持大约5.5GHz到2.4GHz的定向天线频率。在所示示例中，每组IO触点76具有相对应的收发机逻辑封装80(80a-80d)，以处理与天线结构以及相应组的IO触点76相关联的IO信号。所示连接器组件72也可具有多种操作模式，包括有线和无线连接的同时或时分复用操作。

图8A和8B示出实现收发机(例如缓冲器)逻辑单元的可选方式。具体来说，图8A示出收发机逻辑单元可实现在单个半导体封装82中。因此，单个半导体封装82的方法可在数字硅技术适合于FR和mm-wave电路的情况下被使用。另一方面，图8B示出收发机逻辑单元可分割成多个半导体封装84(84a、84b)。在所示示例中，第一半导体封装84a可用于处理有线IO信号，而第二半导体封装84b可用于针对数字技术可能不适于所讨论的无线应用的情况，来处理无线IO信号。在任一实例中，收发机逻辑单元可同时处理与天线结构相关联的IO信号，并与这组IO触点相关联的IO信号相分离。

可受益于本文所述的技术的计算系统的另一方面涉及对外围设备的认证。例如，有线连接相对于无线连接(例如，与蓝牙配对过程相比)的有利特征可以是它们建立的安全和容易。本文描述的技术因此能够使用有线连接产生到外围设备的初始连接，以便将连接器密钥从主机平台下载到外围设备中(或反之亦然)，其中随后的连接是无线的并进行密钥的验证。

例如，图9示出认证外围设备的方法86。该方法86可在连接器组件中作为一组逻辑指令来实现，这组逻辑指令存储在机器或计算机可读存储介质(例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、闪存等)中，在可配置逻辑(例如可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑设备(CPLD))中，在使用电路技术(例如专用集成电路(ASIC)、CMOS或晶体管-晶体管逻辑(TTL)技术或其任何组合)的固定功能硬件中。例如，执行在方法86中所示的操作的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言——包括面向对象的编程语言(例如C++等)和常规过程编程语言(例如“C”编程语言或类似编程语言)——的任意组合编写以实现收发机逻辑功能。而且，方法86可使用任一前述电路技术被实现为嵌入式收发机逻辑单元。

处理块88提供了检测设备到连接器组件的一组IO触点的有线连接。有线连接可以是与具有合适的钥匙形状以与连接器组件配合的一次性电缆/引线。所示块90提供经由有线连接与设备交换认证(例如，密钥)数据。如已经提到的，交换认证数据可包括从设备接收密钥或将密钥发送到设备。随后，可在块92中检测设备到连接器组件的无线连接。所示块94提供基于认证数据经由无线连接来验证设备。因此，如果密钥先前在有线连接期间被发送到设备，则块94可包括将在无线连接期间接收到的密钥与先前发送的密钥进行比较以确定匹配是否存在。如果密钥先前在有线连接期间从设备接收到，则块94可包括将在无线连接期间接收到的密钥与先前接收到的密钥进行比较以确定匹配是否存在。如果匹配存在，则设备可被允许通过无线链路与连接器组件通信。另一方面，如果没有匹配，则验证过程可禁用连接器组件和设备之间的链路。

因此，可给用户提供与有线连接相同的简易配对以及安全连接的保证，其中对于在初始连接之后的连接而言易于使用无线。简单地说，配对可只进行一次，认证密钥随后用于消除对额外配对的任何需要。

认证也可由第二外围设备(例如无线智能电话)提供。在这样的示例中，第一外围设备的验证(有线或无线链路是否试图用于第一外围设备)可取决于连接器组件和第二外围设备之间的无线连接(例如配对)的检测。如果这样的无线连接未被检测到，则与第一外围设备的通信链路可被禁用。

将无线功能放置在有线连接点内也可具有平台级优点。例如，平台架构不需要被改变来支持无线I/O连接。此外，计算系统制造商可提供组合连接器作为不导致从制造商提供的额外的板的购买时间选项。此外，因为到平台的连接可通过相同的内部平台IO连接和主机控制器，因此IO软件栈不需要被修改来操作无线IO收发机逻辑单元。

本文描述的技术还可便于在有线和无线连接模块之间的公共电路块的协同使用。此外，低速和高速无线模式都可被支持，同时最大化向后兼容。例如，无线收发机逻辑单元可配置成在穿过有线IO触点的无线链路上处理IO信号(例如，使用附加无线模块来操作的传统设备被连接)。

本发明的实施例可适于用在所有类型的半导体集成电路(“IC”)芯片上。这些IC芯片的示例包括但不限于处理器、控制器、芯片组部件、可编程逻辑阵列(PLA)、存储器芯片、网络芯片、片上系统(SoC)、SSD/NAND控制器ASIC等。此外，在一些附图中，信号导线用线表示。一些可能是不同的，以表示更多的组成信号路径，具有数字标签，以表示多个组成信号路径，和/或具有在一端或多端处的箭头，以表示主要信息流方向。然而，这不应以限制的方式来解释。更确切地，这样增加的细节可结合一个或多个示例性实施例来使用以便于电路更容易地理解。任何所表示的信号线——不管是否有额外的信息——都可实际上包括一个或多个信号，其可在多个方向上传播，并可使用任何适当类型的信号方案来实现，例如使用差分对来实现的数字或模拟线、光纤线和/或单端线。

可给出示例性尺寸/模型/值/范围，虽然本发明的实施例不限于此。因为制造技术(例如光刻法)随着时间而成熟，预期可制造出较小尺寸的设备。此外，为了简化说明和讨论且为了不使本发明的实施例的某些方面不清楚，到IC芯片和其它部件的公知功率/接地连接可以或可以不在附图内示出。此外，布置可以在方框图中示出，以便避免使本发明的实施例不清楚，且也鉴于关于这样的方框图布置的实现的细节高度取决于平台(实施例应在该平台内实现)的事实，即，这样的细节应完全在本领域技术人员的范围内。在特定的细节(例如电路)被阐述，以便描述本发明的示例性实施例的场合，对于本领域技术人员应明白，本发明的实施例可在没有或有这些特定细节的变化的情况下进行实施。本描述因此应被视为例证性的而不是限制性的。

术语“耦合”可在本文用于指在讨论中的部件之间的任何类型的关系，直接或间接的，并可应用于电、机械、流体、光、电磁、电化学或其它连接。此外，术语“第一”、“第二”等可在本文只用于便于讨论，且不具有特定的时间或按时间顺序的意义，除非另外指示。

本领域技术人员从前述描述中将认识到，本发明的实施例的广泛技术可在各种形式中实现。因此，虽然该本发明的实施例结合其特定的示例来描述，本发明的实施例的真实范围不应被如此限制，因为在研究附图、说明书和以下权利要求时，其它修改将对有技能的从业人员变得明显。

Claims

1.一种接口系统，包括：

电路板；

芯片组部件，其耦合到所述电路板；以及

连接器组件，其耦合到所述电路板，所述连接器组件包括衬底、一组输入/输出(IO)触点、天线结构和收发机逻辑单元，所述收发机逻辑单元用于：

处理与所述天线结构相关联的一个或多个IO信号，以及

处理与该组IO触点相关联的一个或多个IO信号，

检测设备到该组IO触点的有线连接，

检测所述设备到所述连接器组件的无线连接，

经由所述有线连接将所述设备与该组IO触点配对，

在所述设备与该组IO触点配对之后，允许所述设备到所述连接器组件的所述无线连接以及所述设备到所述连接器组件的随后的无线连接，而不需要额外的配对操作，

其中所述连接器组件还包括：具有用于处理一个或多个有线IO信号的第一收发机逻辑单元的第一封装，以及具有用于处理一个或多个无线IO信号的第二收发机逻辑单元的第二封装。

2.如权利要求1所述的接口系统，其中所述天线结构包括金属壳体，且该组IO触点设置在所述金属壳体内。

3.如权利要求2所述的接口系统，其中所述衬底包括设置在所述金属壳体内的多组IO触点，且所述收发机逻辑单元用于处理具有大于2.4GHz的频率的一个或多个无线IO信号。

4.如权利要求1所述的接口系统，其中所述天线结构与所述衬底一体化。

5.如权利要求1所述的接口系统，其中所述天线结构与所述电路板一体化，并与所述衬底相邻。

6.如权利要求5所述的接口系统，其中所述天线结构包括端射天线和边射天线中的至少一个。

7.如权利要求1所述的接口系统，其中所述第一封装和所述第二封装耦合到所述衬底。

8.如权利要求1所述的接口系统，其中所述收发机逻辑单元用于：

经由所述有线连接与所述设备交换认证数据。

9.如权利要求8所述的接口系统，其中所述收发机逻辑单元用于：

基于所述认证数据经由所述无线连接来验证所述设备。

10.如权利要求1所述的接口系统，其中所述收发机逻辑单元用于处理具有大于60GHz的频率的一个或多个IO信号。

11.如权利要求1所述的接口系统，其中所述收发机逻辑单元用于同时处理与所述天线结构相关联的一个或多个IO信号，并与该组IO触点相关联的一个或多个IO信号分离。

12.一种连接器组件，包括：

衬底，其具有一组输入/输出(IO)触点；

天线结构；以及

收发机逻辑单元，所述收发机逻辑单元用于：

处理与所述天线结构相关联的一个或多个IO信号，以及

处理与该组IO触点相关联的一个或多个IO信号，

检测设备到该组IO触点的有线连接，

检测所述设备到所述连接器组件的无线连接，

经由所述有线连接将所述设备与该组IO触点配对，

13.如权利要求12所述的连接器组件，其中所述天线结构包括金属壳体，且该组IO触点设置在所述金属壳体内。

14.如权利要求13所述的连接器组件，其中所述衬底包括设置在所述金属壳体内的多组IO触点，且所述收发机逻辑单元用于处理具有大于2.4GHz的频率的一个或多个无线IO信号。

15.如权利要求12所述的连接器组件，其中所述天线结构与所述衬底一体化。

16.如权利要求12所述的连接器组件，还包括耦合到所述衬底的电路板，其中所述天线结构与所述电路板一体化，并与所述衬底相邻。

17.如权利要求16所述的连接器组件，其中所述天线结构包括端射天线和边射天线中的至少一个。

18.如权利要求12所述的连接器组件，其中所述第一封装和所述第二封装耦合到所述衬底。

19.如权利要求12所述的连接器组件，其中所述收发机逻辑单元用于：

经由所述有线连接与所述设备交换认证数据。

20.如权利要求19所述的连接器组件，其中所述收发机逻辑单元用于：

基于所述认证数据经由所述无线连接来验证所述设备。

21.如权利要求12所述的连接器组件，其中所述收发机逻辑单元用于处理具有大于60GHz的频率的一个或多个IO信号。

22.如权利要求12所述的连接器组件，其中所述收发机逻辑单元用于同时处理与所述天线结构相关联的一个或多个IO信号，并与该组IO触点相关联的一个或多个IO信号分离。

23.一种计算机实现的方法，包括：

处理与连接器组件的天线结构相关联的一个或多个输入/输出(IO)信号；以及

处理与所述连接器组件的一组IO触点相关联的一个或多个IO信号，

检测设备到该组IO触点的有线连接，

检测所述设备到所述连接器组件的无线连接，

经由所述有线连接将所述设备与该组IO触点配对，

其中所述连接器组件还包括具有用于处理一个或多个有线IO信号的第一收发机逻辑单元的第一封装，以及具有用于处理一个或多个无线IO信号的第二收发机逻辑单元的第二封装。

24.如权利要求23所述的方法，还包括：

经由所述有线连接与所述设备交换认证数据。

25.如权利要求24所述的方法，还包括：

基于所述认证数据经由所述无线连接来验证所述设备。

26.如权利要求24所述的方法，其中交换所述认证数据包括经由所述有线连接从所述设备接收密钥。

27.如权利要求24所述的方法，其中交换所述认证数据包括经由所述有线连接将密钥发送到所述设备。

28.如权利要求23所述的方法，还包括：

检测第一外围设备到所述连接器组件的连接；以及

如果检测到所述连接器组件和第二外围设备之间的无线连接，则验证所述第一外围设备。

29.如权利要求23所述的方法，其中与所述天线结构相关联的一个或多个IO信号被同时处理，并与该组IO触点相关联的一个或多个IO信号分离。

30.一种接口装置：

用于处理与连接器组件的天线结构相关联的一个或多个输入/输出(IO)信号的单元；以及

用于处理与所述连接器组件的一组IO触点相关联的一个或多个IO信号的单元，

用于检测设备到该组IO触点的有线连接的单元，

用于检测所述设备到所述连接器组件的无线连接的单元，

用于经由所述有线连接将所述设备与该组IO触点配对的单元，

用于在所述设备与该组IO触点配对之后，允许所述设备到所述连接器组件的所述无线连接以及所述设备到所述连接器组件的随后的无线连接，而不需要额外的配对操作的单元，

31.如权利要求30所述的接口装置，还包括：

用于经由所述有线连接与所述设备交换认证数据的单元。

32.如权利要求31所述的接口装置，还包括：

用于基于所述认证数据经由所述无线连接来验证所述设备的单元。

33.如权利要求31所述的接口装置，还包括用于经由所述有线连接从所述设备接收密钥的单元。

34.如权利要求31所述的接口装置，还包括用于经由所述有线连接将密钥发送到所述设备的单元。

35.如权利要求31所述的接口装置，还包括：

用于检测第一外围设备到所述连接器组件的连接的单元；以及

用于如果检测到所述连接器组件和第二外围设备之间的无线连接，则验证所述第一外围设备的单元。

36.如权利要求31所述的接口装置，其中与所述天线结构相关联的一个或多个IO信号将被同时处理，并与该组IO触点相关联的所述一个或多个IO信号分离。