CN105379132B - 集成电路与相关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有USB连接器的集成电路与装置。该集成电路包括信令电路与接口以经由该USB连接器与该信令电路间接续信号，其中信令电路的互联方案不同于USB规格定义的USB互联；例如，用于信令的频率可以是可程序的，低于无线频带及/或不同于任何USB超速互联的频率。本发明所公开的具有USB连接器的集成电路与装置沿用USB连接器有助于降低产品设计与制造的成本，时间与资源，而采用有别于USB的互联方案则有效避免了USB互联的限制及/或缺点，如EMI。

Description

集成电路与相关装置
技术领域
本发明关于一种集成电路与相关装置，更明确地，关于一种集成电路与装置机械性的接口是标准USB(通用串行总线)连接器但电性信令不同于USB规格。
背景技术
当越来越多不同尺寸，功能与制造商的电子装置普及于现代信息社会，它们需要标准化的连接机制互联彼此以交互作用及/或协同运作。最常用的连接标准之一是USB(通用串行总线)规格定义的USB标准，由USB实施者论坛公司开发与维护。
连接标准的实施是通过机械连接器与电性信令。机械连接器定义插头与插座的尺寸。电性信令定义一般的互联方案，例如设备(外围装置)连接至主机(中央装置)并与其通信的方式，包括互联的拓朴(如星状拓扑即/或菊花链)，涉及的通信层级，达成信息交换的通信层级间关系与互动，以及互联成员的角色(如主机，集线器即/或设备)。
例如，关于机械连接器，USB 3.0规格定义了下列连接器：USB 3.0标准-A插头与插座，USB 3.0标准-B插头与插座，USB 3.0充电-B插头与插座，USB 3.0微型-B插头与插座，USB 3.0微型-A插头与USB 3.0微型-A B插座，等等。关于电性信令，USB 3.0(与3.1)规格在USB 2.x规格所定义的低速，全速与高速互联之外还定义了超速互联。USB超速互联架构包括通信层级如物理层，链接层与协议层；强健性与功率管理的机制；成员如外围设备，集线器与主机；以及数据流模型。
虽然标准化的机械连接器有利于产品设计并降低制造不同电子装置的成本和付出，同一标准的电性信令却很难满足不同电子装置的各种需求。例如，USB超速互联的5.0GHz会导致EMI(电磁干扰)而劣化依赖无线连接的功能。
发明内容
因此，本发明为了去除USB连接器与USB信令间不必要的绑定；虽采用USB连接器，但不一定要依循USB信令(互联方案)。
为了解决USB通信中引起EMI而性能劣化的技术问题，特提供一种新的集成电路。
本发明的一个目的是提供一集成电路，包括信令电路以信号进行信令(如传送及/或接收信号)，以及接口耦接该信令电路以经由USB连接器与信令电路间接续该信号；其中该信号之一频率低于无线频带的频率。例如，该无线频带可为ISM(工业，科学与医药)频带；及/或，该无线频带可以配置为无线定位，卫星定位，WiFi及/或移动通信的频带，如LTE(长期演进)。在一实施例中，该接口安排在该USB连接器的一数目(如两个)超速接脚与信令电路间接续信号(如差动信号其包括两互补信号)。
本发明的另一目的是提供集成电路包括信令电路在规范信号连接与通信方式的预设互联方案下进行信令，以及接口以在USB连接器与信令电路之间接续信号；其中预设互联方案不兼容于任何USB规格(如目前已知的USB3.0及/或3.1规格)定义的USB互联(如USB超速互联)。例如，信令电路可采用PCIe(外围组件快捷互联)1.x的互联方案，其使用2.5GHz的频率以进行信令，而非USB超速互联的5GHz。PCIe标准由PCI-SIG(PC I特殊利益群体)所开发与维护。
本发明的另一目的是提供集成电路包括信令电路以可程序频率进行信令，以及一接口以将信令电路接口至USB连接器；其中信令电路更安排为程序信令用的可程序频率，以使可程序频率不同于任何USB互联的一频率，如USB超速互联的一频率。例如，可程序频率可被程序为避开无线频带。可程序频率的程序可以是由多个默认频率中选出。
本发明的另一目的是提供一电子装置包含USB连接器与信令电路以经由该USB连接器进行信令，其中信令电路进行信令的方式不同于任何USB规格所定义的。例如，信令电路可(被程序)以一不同于任何USB规格使用的频率进行信令。
本发明的技术方案的电路沿用USB连接器有助于降低产品设计与制造的成本，时间与资源，而采用有别于USB的互联方案则有效避免了USB互联的限制及/或缺点，如EM I。
本发明的多个目的，特征与优点将会显而易知，藉由阅读下列本发明实施例的详细描述并连同伴随之图示。然而，此处所用的图示用于描述的目的而不应被视为限制。
附图说明
前述的本发明目的与优点将会对一般技术人士更显而易知，在检视下列的详细描述与伴随图示之后，其中：
图1绘示由USB 3.0的信令所造成的干扰。
图2绘示的是依据本发明一实施例的集成电路与相关装置。
图3绘示的是依据本发明一实施例的USB连接器的接脚用途。
图4与图5绘示的是图2所示连接器的实施例。
具体实施方式
请参考图1示意USB超速互联信令所导致的EM I。图1中，两装置10a与10b由两搭配的USB连接器11a与11b(如插座与插头)所连接，以依循USB3.0规格建立标准的USB超速互联。例如，装置10a与10b可分别为计算机主机与外接硬盘。图1的曲线12代表超速互联的信令频谱，其可被模型化为谷值间距为5GHz的sinc函数，因为超速互联传输数据的速度为5Gbps(千兆位每秒)。注意频谱在跨越2.4GHz处仍维持了相当的幅度，并因此泄漏为电磁波而干扰2.4GHz的RF(调频)频带，而其已被广泛用于许多短程无线连接，例如蓝牙，IEEE802.11无线局域网络，传感器网络与WiFi(由Wi-Fi联盟开发与维持)，等等。
图1中的曲线14示意的是超速互联不存时在装置10a与10b附近的RF背景噪声功率，曲线16示意的则是超速互联被建立且激活时的RF背景噪声功率。比较曲线14与16，可发现USB超速互联的信令会在2.4与2.5GHz的间的频带严重增加噪声(干扰)，进而降低周遭无线连接的质量。例如，当装置10a与10b经由USB连接器11a与11b而以USB超速互联信令交换数据时，装置10a可能也需要对第三装置(未图标)的无线连接；然而，USB超速互联的信令会干扰此无线连接并危害其信号质量，使装置10a无法达成预期的功能。
请参考图2绘示依据本发明一实施例的装置20。装置20，例如消费电子产品如移动电话，平板计算机，手持计算机，可携计算机或笔记本电脑，包括有集成电路22与符合USB机械规格的连接器36a，使具有另一相符USB连接器36b的另一装置40可被附接至装置20，且装置20与40可交换(发出及/或接收)信息如封包，命令，指令，讯息，数据，音频/视讯串流等以协同运作。
虽然装置20与40经由USB规格的机械连接器36a与36b而连接，经由连接器36a与36b的电性信令被安排成不依循USB规格，以避免标准USB互联的缺点，像是USB超速互联导致的EMI。亦即，装置20与40的互联遵循的是定制化的互联方案而不同于USB规格所定义的互联方案，如USB 3.0规格定义的超速互联或后续USB规格(如USB 3.1规格)所定义的更先进互联。
在装置20中，集成电路22，如晶粒，芯片，CPU(中央处理单元)，SOC(芯上系统)，控制器，应用处理器或基带处理器，包括有核心电路24，信令电路30与接口28。信令电路30耦接于核心电路24与接口28之间。接口28耦接至连接器36a以将信令电路30接口至连接器36a。核心电路24主控集成电路22的运作，并通过信令电路30与接口28而桥接至连接器36a。例如，信令电路30可以是PHY(物理层)电路而包括信号接收及/或传送的电路。接口28可包括内部节点(接点)耦接至信令电路30，以及ESD(静电放电)保护电路与外接I/O(输入及/或输出)接垫(未图示)耦接至连接器36a，使接口28可在信令电路30与连接器36a之间接续信号。
在装置20与40间，若装置20的核心电路24需要发出信息至装置40，信令电路30会因应信息而以信号S0进行信令，接口28会将信号S0接续为信号S1至连接器36a；经由连接器36b，装置40便可接收到装置20的信息。若装置20的核心电路24需要由装置40接收信息，一个由装置40发送至连接器36a的信号S1会由界面28接续以在信令电路30中引发信号S0的信令；据此，核心电路24便能获得装置40的信息。
因为装置20与40依循客制化互联方案而不同于标准USB互联(如超速互联)，信令电路30的信令被安排成不同于标准USB物理层的信令。一实施例中，信令电路30被安排成在进行信令时用一频率fd而低于USB 3.0规格下超速互联的5.0GHz。频率fd反映在装置20与40间的数据传输率，并可由时钟电路34供应，如时钟产生器，DLL(延迟锁定回路)，PLL(相位锁定回路)及/或SSCG(分散频谱时钟产生器)，包括于信令电路30中。借着以较低频率进行信令，对周遭无线连接的EMI可被有效地压制或避免。例如，信令电路30可被安排成采用PCIe 1.x的互联方案，其利用2.5GHz以进行信令。如此，信令的频谱会在2.5GHz附近达到谷值(下陷)以避免EMI泄漏于2.4至2.5GHz的常用RF频带。
信令电路30的频率fd也可被安排成避开(如形成谷值于)其他无线(RF)频带，像是配置为蓝牙，WiFi，移动通信(LTE)及/或卫星定位系统(如全球定位系统，GPS)的频带。一实施例中，频率fd为可程序频率而可被程序为不同于USB互联(如USB 3.0/3.1规格的超速互联)的频率，以避免USB信令所导致的副作用。一实施例中，频率fd被程序为由多个默认频率中选出，各默认频率为了关联应用情境所安排。例如，若装置20需要连同蓝牙连接而运作，频率fd就可被成程序为第一默认频率而在蓝牙无线频带附近形成谷值；若装置20还需要连同GPS运作，频率fd可被程序为第二默认频率而在GPS无线频带附近形成谷值；因为GPS的频带低于蓝牙的频带，第二默认频率可低于第一默认频率。
一实施例中，信令电路30被安排为支持多种互联方案且皆不同于USB规格的互联。例如，信令电路30可被设计成支持PCIe 1.x与PCIe 2.x两互联方案而采用不同频率以进行数据交换(交易)。信令电路30可受控在不同互联方案间切换以因应不同应用情境。一实施例中，装置20与40可依循预设协议来交涉彼此支持的互联方案；若两装置皆支持同一互联方案，它们就可切换至那种互联方案以交换信息。例如，装置20与40可先交涉双方是否皆允许(及/或要求)PCIe 2.x的互联方案，若任何一方无法符合(或不偏好)PCIe 2.0的互联方案，双方可切换为PCIe 1.x的互联方案。核心电路24可包括管理电路(未绘示)以实施前述的交涉与互联方案的切换。实施例中，信令电路30不仅支持USB规格定义外的互联方案，也支持符合USB规格的互联方案，如超速，高速，全速及/或低速互联。
不仅时钟电路34，信令电路30更可包括电路以实施其他的PHY组件(未绘示)，像是编码及/或译码(如8b/10b编解码)，扰码及/或解扰码，时钟数据还原(Clock DataRecovery)，串行及/或解串行，及/或数据缓冲(如弹性缓冲)。由于信令电路30的信令可不同于USB互联(如超速互联)的信令，信令电路30的部份或所有PHY组件运作的方式可不同于USB规格中所描述的。以及/或者，信令电路30被建构时所凭借的PHY组件可以是为USB以外的连接标准所设计的。
因为许多现代连接标准皆架构于相似的PHY组件，信令电路30可被设计成支持多种不同标准的互联方案而仅有些微(或几乎极小化)的额外负担。不同标准可能需要相同的PHY组件运作于相似或相同原理而仅有不同参数；因此，信令电路30可包括可程序电路(未绘示)其可运作于所需原理而参数则依据现下使用的标准而被程序，使同一电路可支持多种连接标准。
对应于信令电路30的PHY组件，核心电路24可包括机制用以实现物理层之外的通信层级，包括MAC(媒体存取层)，链接层，及/或高于物理层的协定层级。因为信令电路30可使用不同于USB互联的互联方案，核心电路24实现的通信层级不必遵循USB互联。例如，封包的形成，格式及/或封装方式可不同于USB超速互联；连结起始，维持，受控，管理及/或结束的方式可不同于USB超速互联；以及/或者，功率管理及/或连结错误处理的进行方式可以不同于USB超速互联。
若信令电路30可以支持多种互联方案的PHY功能，核心电路24可为受支持的互联方案实现对应的较高层级功能，以管理每种互联方案的PHY功能。
延续图2所示的实施例，请参考图3举例说明标准USB连接器如何用于信令。在图3的例子中，连接器36a为一个符合USB 3.0规格的连接器，并包括接脚(如导电金手指)VBUS，D+，D-，GND以及接脚SSRX+，SSRX-，SSTX+，SSTX-与GND_DRAIN。接口28包括接垫32a至32e以分别连接至接脚SSRX+，SSRX-，SSTX+，SSTX-与GND_DRAIN。接脚SSRX+，SSRX-，SSTX+与SSTX-(与USB 3.0缆线中的相关电线，未绘示)的设计为了USB超速互联的差动接收与传送，而信令电路30可利用这些接脚来支持不同于USB超速互联的互联方案。例如，信令电路30可包括传送器44以经由接垫32c与32d传送一对差动信号至该接脚SSRX+与SSRX-，并包括接收器42以经由接垫32a与32b而由接脚SSTX+与SSTX-接收一对差动信号；传送器44与接收器42可同时工作以实现全双工通信。不同于USB超速互联的5GHz，传送器44与接收器42可采用PCIe1.x的互联方案而运作于较低频率，如2.5GHz；如此，接脚SSRX+，SSRX-，SSTX+，SSTX-形成PCIe互联的一个通道。
不仅PCIe互联，其他互联方案也可被采用以利用接脚SSRX+，SSRX-，SSTX+，SSTX-。例如，信令电路30可包括两个半双工的传收器，第一传收器经由接脚SSRX+与SSRX-轮流接收与传送一对差动信号，而第二传收器则经由接脚SSTX+与SSTX-轮流接收与传送另一对差动信号。
由于连接器36a还包括有因应传统USB 2.x互联的接脚VBUS，GND，D+与D-，信令电路30可选择性地包括额外的信令电路31而由接口28选择性设置的接垫38a至38d耦接至接脚VBUS，GND，D+与D-。信令电路31可依循USB 2.x的互联方案而经由接脚D+与D-进行信令，及/或依循不同于任何USB互联的互联方案。信令电路31可被省略而接脚D+与D-则保留不被使用。连接器36a可为USB插头或USB插座，例如，USB 3.0的标准-A插头示于图4或USB 3.0的标准-A插座示于图5。
总结而言，本发明提供的技术机械性地接口是经由受欢迎的USB连接器但电性信令采用的互联方案不同于USB互联，如不同于USB 3.x规格中超速互联的互联方案。沿用USB连接器有助于降低产品设计与制造的成本，时间与资源，而采用有别于USB的互联方案则有效避免了USB互联的限制及/或缺点，如EMI。
虽本发明已用现行考虑下最实际与最优选的实施例加以描述，但应理解本发明不需受限于已揭露的实施例。相反地，其欲涵盖的各种变化与相似安排包括于随附权利要求的精神与尺度下而其所依据的是可包含所有变化与相似结构的最广诠释。

Claims (8)

1.一种集成电路包含：
信令电路以信号进行信令；以及
接口耦接该信令电路，经由USB连接器与该信令电路间接续该信号；
其中该信号的频率不同于任何USB规格所定义的频率，且该信号的频率被安排避开其他无线频带。
2.如权利要求1的集成电路，其特征在于，该无线频带配置为卫星定位。
3.如权利要求1的集成电路，其特征在于，该无线频带是工业、科学与医药频带。
4.如权利要求1的集成电路，其特征在于，该无线频带配置为移动通信。
5.如权利要求1的集成电路，其特征在于，该无线频带配置为WiFi。
6.如权利要求1的集成电路，其特征在于，该接口安排在该USB连接器中一数量的超速接脚与该信令电路之间接续该信号。
7.一种集成电路包含；
信令电路以可程序频率进行信令；以及
接口耦接该信令电路，以将该信令电路接口至USB连接器；
其中该信令电路更安排成将该可程序频率程序为不同于任何USB互联的频率。
8.如权利要求7的集成电路，其特征在于，该USB互联的频率是USB超速互联的频率。
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