CN107085558B - 一种连接a型usb与c型usb设备的适配器 - Google Patents

一种连接a型usb与c型usb设备的适配器 Download PDF

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Abstract

本文提出了一种连接A型USB与C型USB设备的适配器，它可由电缆或者硬附件组成，用于连接A型USB设备和C型USB设备。本适配器设备具有一个电力转换电路，它可以用于关闭一个适配器的电力通路，在达到该设备电力传送条件的情况下，这个通路用来将电力从A型USB设备传送到C型USB设备上。

Description

一种连接A型USB与C型USB设备的适配器
技术领域
本发明涉及一种USB适配器，特别是一种连接A型USB与C型USB设备 的适配器。
背景技术
当今的移动设备USB接口正在向C型过渡。然而，现存的很多设备例如电源 适配器，私人电脑等都配备并使用旧的A型USB接口，这些接口包括不同的充电 标准，例如8C1.2,QC2.0/3.0和PE+。新的设备必须能够连接到现存的设备上， 比如用一台旧电脑来完成电力或数据的传输。此外，现今的社会人们已经习惯于 随时随地通过广泛分布的A型USB公共设施为自己的智能手机充电。
C型USB和SPEC1.1一起被USB组织在2015年4月被宣布推出。C型USB的出 现就是为了代替那些具有单项插头/插座设备或电缆(cable)的A型USB，B型 USB，micro-B和mini-B.C型USB具有一个十分特殊的接口，可以从两个方向插 入，例如正面朝上或倒转。C型USB还具有可扩展的电源结构。然而，在所有设 备转变为配备C型USB以前，C型USB移动设备需要具备可以连接现存设备的能 力，例如电脑或者适配器。
此外，如今绝大部分的移动电话的适配器都配备的是A型USB接口。这种适 配器的默认输出电压为5V，但是电流范围会有所不同。也有一些移动电话运营 商在尝试通过C型USB来运转新的快速充电标准8C1.2,QC2.0/3.0和PE+。
另外，就智能手机数据传输速度来讲，市场趋势是从高速化(400Mb bps) 到超速化(5G-10Gbps).
本申请提供了一种独特的可以解决A型与C型USB连接问题的产品。
发明内容
一种连接A型USB与C型USB设备的适配器包括：
一个连接A型USB设备的接口，位于适配器设备的第一终端。
一个连接C型USB设备的接口，位于适配器设备的第二终端。
一个转换装置连接着A型与C型USB接口，把A型USB或C型USB接 口中的数据和电力中至少一种转换到另一侧的C型或A型USB接口中。
转换装置中存在着一个与C型USB交流的控制电路；
转换装置中存在一个电力转换操作回路与控制回路相连，这个电源转换回路 可以在两种模式下运转，第一种是：设备的第一终端和第二终端都断开连接，电 力转换失效的时候；第二种是：设备的第一终端和第二终端都联通，此时电力转 换从上述的A型或C型USB接口到另一端的C型或A型USB接口。
通过对本设备更加详尽的细节描述可以证明本发明是一种高效的，高数据传 输速度的，高安全性的连接A型与C型USB设备的设配器。
本适配器的安装可以使电力从A型USB接口传输到C型USB接口的形式 存在。本适配器的被视为提供了一种电源，例如传统的电脑或者电源适配器，传 统的电脑或者电源适配器具备A型USB接口和一个压降设备，A型USB接口和 一个压降设备与本设备第一终端相连，另一台具有C型USB的接口智能手机， 与第二终端的相连，现在大多数移动设备都已经具备了C型USB接口并且可以 提供电源。
初始，电源转换回路在第一种模式下与电源控制回路一起通过与C型USB 的设备交流来确定在转换至第二种模式时，电源转换回路的运行条件。例如，在 第二种模式下的运行条件包括：确定C型USB可以像智能手机一样进行降压。 消极的的可能导致电源转换回路保持在第一种模式下的条件，例如确定C型USB 作为一种电源，因此适配器的两端就可以保持电源的不接通，从而阻止了A型 USB与C型USB两端任意一端因为不正常功率传递造成的损伤。
转换设备可以允许大于20V的电压传送。本适配器可能会用于多种利用高电压 的快速充电标准。
在例一的安排方式中，具有A型USB和C型USB接口的传输装置被安放 在第一终端和第二终端之间的细长灵活的电缆中，包括用于插入插孔型USB接 口的插头型USB接口。
在例二的安排方式中：传输装置被放置在至少一个硬USB A型接口或USB C 型接口上，这种硬性接口包括插孔型的USB接口，并用于接收对应的插头型USB 接口。
附图说明
本发明优选的安排方式会结合附图来描述：
图1：例一适配器设备侧立面视图
图2：例一适配器设备俯视图
图3：例一适配器设备俯视图
图4：适配器内部工作原理示意图
图5：部分适配器内部工作原理示意图和C型USB接口插脚示意图
图6：例一方案的原理示意图
图7：例二方案的原理示意图
图8：例二方案的原理示意图
图9：例二方案的原理示意图
图中的标注表示不同图的对应部分。
具体实施方式
一种新型的适配器设备(10)，用于连接A型USB(记为AD)和C型USB(记 为CD).
适配器设备(10)包括:第一终端(12)A型USB接口(13)应用于连接A型USB 设备AD。这种接口在技术上是比较普遍的，所以这里不做细致的描述。
适配器设备(10)，还包括一个第二终端(15)用于支持常见的C型USB接口(16) 连接到C型USB设备CD上。这种接口在技术上是比较普遍的，所以这里不做 细致的描述。
转换装置(18)安放在第一(12)和第二中端(15)之间,用于连接两种位于 设备(10)相对位置的不同的接口(13)，(16)。转换装置(18)包括内部回 路(20)和外部护罩(22)覆盖着回路用于保护。如图1和图2所示，外部护罩 (22)可以作为一种细长柔软的电缆保护着内部回路(20)，例如，由直接保护 A型USB接口的PCB(i)和内部细线状的链接PCB的电导体(ii)组成，用于 在适配器(10)的相对两端的PCB和C型USB接口之间建立一个距离。在图3(10’)中，外部护罩(22’)相当于一个硬覆盖，在长度上很短，USB设备和适 配器设备(10’)之间的距离需要额外的分离的电缆来建立。在(10’)中，内部回 路仅由PCB构成，没有细线型导体存在，因此两个接口都被PCB所保护。在任 意一种外部护罩(22)形式下，内部回路(20)本质上是一样的，下面将进一步 描述。然而，在硬件接口条件下的安放装置，在A型USB接口(15)和C型 USB接口(16)中至少有一个包括插孔型接口，用于接收对应USB设备上的插头型接口。因此，另外的A型和C型USB接口应该具备插头型接口如图3，这 样图3中的装置(10’)才能和USB设备一端直接相连，但是在另一端，适配器 要求使用电缆链接适配器(10)和其他USB设备。在具有细长柔软电缆外壳的 装置下，A型和C型USB接口具有插头型接口用于接收AD，CD等USB设备 的插孔型接口。
设备(10)中的转换装置(18)包括两个分离的电力通路(24)和(25)， 用于高速传输数据(例如，超过5Gbps的速率)和将电力从一端传输到另一端。 此外，还有一个与(24)，(25)分离的电力通路(26)，用于设备AD和CD 之间不同数据信号D+,D-的低速数据传输(例如，速率大约为480M bps)。转 换装置包括一个控制电路(28)，例如一个具备CC通道配置逻辑的微型控制 器，与通路(24)的电路相连(cc逻辑是比较普遍简单的，这里不做说明)。 控制电路(28)可能会与超速数据通路(25)和低速通路(26)中的至少一个相 连或者不相连。另外，控制电路(28)还具有一个分离的连接器(30)与C型 USB接口(16)相连用于与设备CD交流。基于这些与C型USB设备的交流， 转换设备的内部电路(20)才能正常的在USB设备之间传输数据和提供电力。
关于电力通路(24)，内部电路(20)上的一个电力转换电路(32)用于两 种USB设备之间的电力联通从而保证电力的传送。电力转换电路首先在中断连 接或者阻断的模式下运行，当USB接口(13)，(16)在第一终端和第二终端 上时，它们是电力中断的，这种情况下电力传输中断，在第二种，联通或者无阻 挡的模式下，这时，USB接口的第一和第二终端是联通的，也就是说电力传输 可以从USB接口传输到另一接口。控制电路(28)与转换电路(32)相连，包 括一个驱动电路(34)，该驱动电路从从控制电路输出，因此控制电路(28)可以控制转换电路(32)。转换电路的工作模式取决于控制电路的CC逻辑与C型 USB设备CD通过通路(30)连接的情况，以便判断工作条件是否可以满足在第 二种模式下运行并通过通路(24)传输电力。
如图中装置所示，适配器(10)的设定是为了只从一个方向传输电力，即从 USB接口(13)传输到USB接口(16)。这是因为，基于本发明中适配器设备 的扩展应用，大多数C型USB设备在电力沉降方面被限制，这种电力沉降导致 其会从与他们相连的电源中接收或者吸取电力。因此，在本发明装置中，我们做 了一个关于电源的假设，电源通过电脑或者电力供应适配器产生，它只会与装置 (10)中的A型USB接口(13)相连。然而，由于C型USB接口的设置和大 量启用，并且这种新型接口被用于越来越多的USB设备上，电源同样能接收C 型USB接口是被期待的。这将会在很短时间内实现，电力转换电路(32)将会 保护存在于通过本发明中装置(10)错误链接的两种电源之间的电力传输。
当启动适配器的内部电路(20)时，电力转换电路(32)处于第一种阻挡模 式，存在于接口(13)，(16)之间的电力通路会打开，这样，没有电力连通。 控制电路(28)，通过电力供应设备(35)来接收电力，与在A型USB接口(13) 上的通路(24)相连，并与在C型USB接口(16)上的C型USB设备CD交 流，控制电路用于判定接口上连接的是何种设备。如果控制电路确定C型USB 设备CD是降低电力的电力沉降型装置PK,这时控制电路会启动第二种模式下的 电力转换电路(32)，为从A型USB设备中的电力的传输提供优秀的条件同时 防止造成损伤。然而，如果控制电路(28)确定CD是一个可以提供电力的电源 PS或者USB设备的种类不能被确定时，控制电路(28)依然会控制电力转换电 路(32)处于第一种阻挡模式下，这种情况下，在USB设备中不会有电力传输 发生。
因此基于本范明可以做出推测，一个电源类型设备PS与A型USB接口(13) 相连，一个电源沉降设备PK与C型USB接口(16)相连。
关于超速数据通路(25)，在两种USB接口间存在一个超速数据通路(25) 用于数据传输，这种速度在工业上被定义为超级速度。
它首先应该在设配器设备(10)中的C型USB接口(16)被激励，提供复 数组的SSD引脚，每一组SSD引脚被配置用于两种USB接口间的超速数据传 输。在本装置中，有两种销组，第一组是由A2，A3，B10和B11组成的G1， 第二种组由A10，A11，B2和B3组成的G2。
即使有两种销组G1，G2可用，在本装置中，只有一种SSD销组用于两种 类型设备之间的超速数据传输，例如G1。
因此，C型USB设备中包含一个隐藏的开关，用于选择C型USB设备CD 中的销组，决定了不同的适配器中SSD销组之间的电力联系，比如G1，因此在 C型USB设备上的数据传输接近超速。C型设备通过使用硬件握手协议来完成 接近超速。在C型USB设备上的另一种销组对于C型设备显示端口数组是左边 (Left)可用的,也就是说这个C型设备可以通过销组向电视传递图像或者视频信 号，虽然，他只会发生在与不同链接器连接的情况下，并不是通过本发明的适配 器设备(显示端口在技术上是显而易见的，所以不做详细描述)。
C型设备的开关和销组被C型USB设备的基带控制系统和C型USB设备的整 体回路控制，可支持在C型设备上的USB3.0/3.1和显示端口。
此外，如图中的适配器装置，控制回路(28)可以只用一个C型设备的交 流销组来完成交流，例如，销组通过电力与C型接口(16)上的CC1相连，远 离另一个C型USB设备交流销组，例如销组通过电力与C型接口(16)上的 CC2相连，在高电流和/或需要E-maker鉴别的情况下，漂浮并可自由使用(例如， 通过电力通路传输3.5A电流)。
在超速数据通路(25)中存在一个电的静态击穿保险(39)，作为常规意 图使用。
超速数据通路(25)支持超过5Gbps最高10Gbps的数据速度。在这个范 围的转换速率正是目前市场发展的趋势。这个转换速率被USB3.0和更新的USB 技术所支持，这在技术上是普遍被大家认知的，这里不做详细说明。
同样的，电力转换通路(24)可以转换超过20V的电力。准确的电力转换 电压，可能会低于20V,是由控制电路(28)决定的，控制电路(28)决定了C型设 备中的一个快速充电方案。
控制回路控制了一个内部回路(20)的电力供应以便于建立电力供应的电压 等级，与快速充电方案的额定电压对应。此外，电力转换回路被安放以便于处理 一个超过最大电压值的用于可兼容的快速充电方案的最大电压。在本发明装置 中，被选择的电力转换电路具有30V的最高电压以及9mΩ的电阻来支持26V的 充电电压，被选择的电力供应输出范围在3.6V到27V之间，可以满足充电方案 相对的电压。
本发明的使用者可能会遇到以下适配器(10)使用的范例方案：
1)如图6，使用者用一根电缆通过适配器设备(10)连接了一台电脑(记为AD)， 比如一台笔记本，和一台智能手机(记为CD)。电脑可以给智能手机提供电力， 因此电力通过图6中的方向传输。假设电脑中有支持超速数据传递的硬件，例如USB3.0或USB3.1A型接口，超速数据传输将会在电脑和智能手机间双向的发生。
2)如图7，使用者用一根电缆通过适配器设备(10)连接了一台电源适配器(记 为AD)，和一台智能手机(记为CD)。电源适配器可以向智能手机提供电力 供应，因此电源适配器可以通过图7中的方向给智能手机提供电力供应。取决于 智能手机，如果电源适配器支持可兼容的快速充电方案的话，一种复数形式的快 速充电方案可以被提出用于降低充电时间。
3)如图8，使用者用一根电缆通过适配器设备(10)连接了两台电源适配器。 一个具有A型接口(记为AD)一个具有C型接口(记为CD)。取决于这两种电 源适配器的额定工作电压，如果不同，电力的转换就可能发生。然而，控制电路 (28)认定C型适配器为电源适配器，这时电力转换电路还处在第一种模式下 的阻挡状态，也就是说，在两种适配器之间，没有电力转换。这样，避免了损害 适配器和对使用者造成伤害的可能性。
4)如图9，使用者通过适配器设备(10)连接了两种不同的接口的电源适配器， 这种电源适配器具有A型和C型USB接口。转换电路处于第一种模式下的阻挡 状态，所以在同一个适配器两个接口之间没有电力传输，同样的也可能不会造成 损害。
此外，适配器装置(10)的内部电路(20)可以通过与适配器(10)的A 型USB接口的连接来充电。
活性电缆被设计出来用于具有C型USB接口的移动设备与电脑和适配器相 连。提供一个超速数据通路和高电流电力通路。它可以让电脑和适配器作为C 型USB设备的一种标准资源(DFP)。这个系统可以在安全和理想的状态下运 行。
主要特征包括：
1.声明A侧总是作为资源(DFP)，完全适用于C型USB设备。
2.从两个方向提供10GBW超速信号通路达来支持USB3.0。
3.提供具备26V承受电压和3A的电流承受能力的电路通路以支持快速充电。
4.为了保证安全，当资源与另一资源连接时，关闭开关。
5.3.5V-26V的电压范围可以使用于任何快速充电方案。
应用实例1：PC与智能手机连接
PC作为DFP，手机作为UFP。可以运行超速数据传输。
应用实例2：适配器与智能手机连接
适配器作为DFP(500/900mA)，手机作为UFP。在CC交流后，系统可以 进行快速充电。
应用实例3:适配器与另一资源连接
活性电缆保持视频总线的电源处于关闭状态以保证安全。
应用实例4：适配器自连
活性电缆保持视频总线的电源处于关闭状态，以保证安全。
本发明可以做出许多种变形，其中有一些同样的修改显然是完全不同的表 现，由于本发明特定相关的都通过说明得到解释，但并不局限于此。

Claims (1)

1.一种连接A型USB与C型USB设备的适配器，包括：
用于连接A型USB设备的A型USB设备接口位于适配器的第一终端；
用于连接C型USB设备的C型USB设备接口位于适配器的第二终端；
转换装置，位于A型接口与C型接口之间，用于从A/C型接口到C/A型接口转换数据和电力之间的至少一种；
转换装置包括一个用于和C型USB设备交流的控制电路；
转换装置包括一个电力转换电路，与控制电路相连运转，电力转换电路会在两种模式下运转：第一种：第一终端与第二中端断开连接，电力转换失效；第二种：第一终端与第二终端相连通，电力转换可以从A/C型USB接口转换到C/A型USB接口；电力传输以一个方向进行，该方向为A型USB接口到C型USB接口；在转换为第二种模式以前，电力转换电路和控制电路最初运转于第一模式下，与C型USB设备交流，用于确定电力转换电路在第二种模式下的的工作条件；用于电力转换的转换装置的电压超过20V；转换装置布置于第一和第二终端的A型USB接口和C型USB接口之间的细线型电缆上，包括可以接入插孔型USB接口的插头型USB接口；转换装置具有A型USB接口和C型USB接口中的至少一种USB接口，这些接口处于硬覆盖下，包括了可以接受插头型USB接口的插孔型USB接口。
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