CN107452417B

CN107452417B - 数据处理电路与数据处理方法

Info

Publication number: CN107452417B
Application number: CN201610382528.9A
Authority: CN
Inventors: 林家强
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2036-06-01
Also published as: CN107452417A

Abstract

本发明公开一种数据处理电路与数据处理方法。该数据处理方法用于控制一USB控制单元及一USB接口之间的数据传输，包含：检测该USB接口的一配置通道接脚的电压以产生一检测信号；依据该检测信号，决定该USB控制单元及该USB接口是否导通；以及当该USB控制单元及该USB接口不导通时，执行一音频信号处理程序。

Description

数据处理电路与数据处理方法

技术领域

本发明涉及通用序列总线(universal serial bus,USB)装置的数据处理电路与数据处理方法，尤其涉及C型USB(USB Type-C或USB 3.1)的数据处理电路与数据处理方法。

背景技术

图1为C型USB接头的脚位图。C型USB接头为一种可反转(reversible)的设计，根据USB 3.1规格书的定义，接脚A6/B6及A7/B7除了可以用来传送数据信号之外，还可以用来传送声音信号。接脚A5/B5为配置通道(configuration channel)接脚，USB主控端(host)可以通过检测配置通道接脚的电位得知目前与其连线的USB装置(device)是否为音频装置。然而，传送声音信号前必须检测USB装置的阻抗，以及为了提升使用者体验，还必须避免爆音(pop)的发生，因此有必要提出应用于C型USB的爆音消除(de-pop)及阻抗检测的解决方案。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的一目的在于提供一种数据处理电路与数据处理方法，以为C型USB的音效装置提供爆音消除(de-pop)及/或阻抗检测的解决方案。

本发明公开一种数据处理电路，耦接一USB控制单元及一USB接口(port)，包含：一检测单元，耦接该USB接口的一配置通道(configuration channel)接脚，通过检测该配置通道接脚的电压以产生一检测信号；一第一开关单元，耦接该USB控制单元及该USB接口，其导通状态与该检测信号有关；以及一音频处理单元，耦接该检测单元，用来选择性地执行一音频信号处理程序；其中，当该第一开关单元导通时，该USB控制单元及该USB接口导通，且该音频处理单元不执行该音频信号处理程序，以及当该第一开关单元不导通时，该USB控制单元及该USB接口不导通，且该音频处理单元执行该音频信号处理程序。

本发明另公开一种数据处理方法，用于控制一USB控制单元及一USB接口之间的数据传输，包含：检测该USB接口的一配置通道接脚的电压以产生一检测信号；依据该检测信号，决定该USB控制单元及该USB接口是否导通；以及当该USB控制单元及该USB接口不导通时，执行一音频信号处理程序。

本发明的数据处理电路与数据处理方法能够自动检测USB装置是否为音频装置，并且当USB装置为音频装置时，选择性地执行直流偏移校正与阻抗检测。相较于传统技术，本发明的数据处理电路与数据处理方法适用于C型USB的音效装置，为C型USB的音效装置提供爆音消除及/或阻抗检测的解决方案。

有关本发明的特征、实作与技术效果，兹配合附图作实施例详细说明如下。

附图说明

图1为C型USB接头的脚位图；

图2为本发明的数据处理电路的一实施例的功能方块图；

图3为本发明的数据处理电路的功能方块图，包含音频处理单元240的一实施例的细节功能方块图；

图4为对应图3的数据处理方法的一实施例的流程图；

图5为直流偏移校正的流程图；

图6为本发明的数据处理电路的功能方块图，包含音频处理单元240的另一实施例的细节功能方块图；

图7为对应图6的数据处理方法的一实施例的流程图；

图8为阻抗检测程序的流程图；

图9为本发明的数据处理电路的功能方块图，包含音频处理单元240的另一实施例的细节功能方块图；以及

图10为对应图9的数据处理方法的一实施例的流程图。

附图标记说明：

10 USB主控端

20 数据处理电路

30 USB接口

110 USB控制单元

120 音频控制单元

210、220 连接垫

230 音频装置检测单元

240 音频处理单元

241 音频控制单元

242 数字模拟转换单元

243 放大电路

244 模拟数字转换单元

245 直流偏移补偿单元

246 测试信号产生单元

247 阻抗检测单元

248 阻抗单元

249 多工器

252、254、256、258 开关单元

S410～S470、S510～S530、S740～S770、S810～S840、S1040～S1090 步骤

具体实施方式

以下说明内容的技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准。

本发明的公开内容包含数据处理电路与数据处理方法。由于本发明的数据处理电路所包含的部分元件单独而言可能为已知元件，因此在不影响该装置发明的充分公开及可实施性的前提下，以下说明对于已知元件的细节将予以省略。此外，本发明的数据处理方法可以是软件及/或固件的形式，并且可通过本发明的数据处理电路或其等效装置来执行，在不影响该方法发明的充分公开及可实施性的前提下，以下方法发明的说明将着重于步骤内容而非硬件。

图2是本发明的数据处理电路的一实施例的功能方块图。数据处理电路20耦接于USB主控端10与USB接口30之间。USB主控端10的USB控制单元110用来控制USB主控端10与USB装置(连接至USB接口30，未绘示)之间的数据传输，音频控制单元120用来控制USB主控端10的音频解码操作。

数据处理电路20分别通过连接垫(pad)210及220与USB主控端10及USB接口30连接，更详细地说，连接垫210及连接垫220连接图1所示的差动信号对接脚A6/B6及A7/B7。数据处理电路20通过开关单元252控制USB主控端10与USB装置之间的差动信号对接脚A6/B6及A7/B7是否导通，以控制两者之间的数据传输。数据处理电路20还包含音频处理单元240，具有音频解码、爆音消除及/或阻抗检测等功能。音频处理单元240通过HDA(High-Definition Audio，高清晰度音频)接口或I²S(Inter-IC Sound，集成电路内声音)接口或其他可以传输声音的接口与USB主控端10的音频控制单元120沟通。在一个实施例中，音频控制单元120传输PCM(Pulse Code Modulation，脉冲编码调制)格式的音频数据给音频处理单元240，音频处理单元240将音频数据转换成模拟的音频信号，并通过连接垫220(亦即差动信号对接脚A6/B6及A7/B7)将音频信号输出至与USB接口30耦接的USB装置(例如耳机)。数据处理电路20还包含音频装置检测单元230，音频装置检测单元230与USB接口30上的配置通道接脚连接，用来检测配置通道接脚上的电压变化来判定连接至USB接口30的USB装置是否为音频装置，例如耳机、扩音器等。当USB装置是音频装置时，配置通道接脚A5及B5皆为低电位。音频装置检测单元230根据判断结果产生检测信号JD；根据检测信号JD，数据处理电路20操作在音频模式或非音频模式。

图3公开音频处理单元240的一实施例的细节功能方块图。如图3所示，音频处理单元240包含音频控制单元241、数字模拟转换单元(digital to analog converter,DAC)242、放大电路243、模拟数字转换单元(analog to digital converter,ADC)244、直流偏移补偿单元245以及开关单元254及256。音频控制单元241控制音频解码操作，例如上述将音频数据从PCM格式转换成PDM(Pulse Density Modulation，脉冲密度调制)格式即为音频解码操作的一部分。数字模拟转换单元242将音频控制单元241所产生的音频数据从数字域转换至模拟域，模拟域的音频数据经放大电路243放大后得到音频信号，最后音频信号经由连接垫220输出至USB接口30。当数字模拟转换单元242有直流偏移时，音频信号会有爆音的情况发生；直流偏移补偿单元245的目的即在于检测电路中的直流偏移，并提供相对于数字模拟转换单元242的直流偏移的直流偏移补偿，以避免爆音发生。

图4为对应图3的数据处理方法的一实施例的流程图。当USB装置插上USB接口30时，音频装置检测单元230会检测该USB装置是否为音频装置(步骤S410)。如果不是音频装置(例如以检测信号JD＝0代表之)，则USB装置与USB主控端10将通过连接垫210及连接垫220传递数据，所以数据处理电路20将操作于非音频模式(步骤S420)，此时开关单元252导通，以建立一个供USB主控端10及USB接口30传输数据的数据传输路径。接下来音频装置检测单元230检测USB接口30是否有装置插拔的情况发生(步骤S430)，例如检测配置通道接脚的电位是否发生变化。如果没有，表示目前的USB装置未被置换，所以数据处理电路20继续维持操作在非音频模式(步骤S420)；如果音频装置检测单元230检测到装置插拔，则重新判断新的装置是否为音频装置(步骤S410)。如果新的装置是音频装置(例如以检测信号JD＝1代表之)，接下来判断是否要执行音频信号处理程序。在此实施例中，音频信号处理程序是为一直流偏移校正程序。如果步骤S440判断为是，则进行直流偏移校正(步骤S450)，校正完成后数据处理电路20进入音频模式(步骤S460)；如果步骤S440判断为否，则数据处理电路20略过直流偏移校正程序，直接进入音频模式(步骤S460)。在音频模式中，开关单元252不导通，使USB接口30无法从USB控制单元110接收数据信号，此时USB接口30可以接收音频处理单元240所输出的音频信号。接下来音频装置检测单元230检测USB接口30是否有装置插拔的情况发生(步骤S470)。如果没有，表示目前的USB装置未被置换，所以数据处理电路20继续维持操作在音频模式(步骤S460)；如果音频装置检测单元230检测到装置插拔，则重新判断新的装置是否为音频装置(步骤S410)。

图5为直流偏移校正的流程图。首先，先检测模拟数字转换单元244的直流偏移(步骤S510)，其详细动作包含切换开关步骤(步骤S512)及直流偏移检测步骤(步骤S514)。在步骤S512中，控制开关单元252、开关单元254及开关单元256为不导通状态；接下来在步骤S514中，直流偏移补偿单元245检测模拟数字转换单元244的直流偏移。完成模拟数字转换单元244的直流偏移的检测后，接着检测数字模拟转换单元242的直流偏移(步骤S520)，其详细动作包含切换开关步骤(步骤S522)、检测数字模拟转换单元242与模拟数字转换单元244的直流偏移总和的步骤(步骤S524)及数字模拟转换单元242直流偏移的计算步骤(步骤S526)。在步骤S522中，控制开关单元252不导通，并控制开关单元254与开关单元256导通，接着在步骤S524中直流偏移补偿单元245检测数字模拟转换单元242及模拟数字转换单元244的直流偏移的总和，然后在步骤S526中以步骤S524所测得的直流偏移的总和减去步骤S514所测得的模拟数字转换单元244的直流偏移，即可得到数字模拟转换单元242的直流偏移。

请注意，放大电路243包含多级串接的放大器，模拟数字转换单元244的输入端耦接最后一级的放大器的输入端，也就是倒数第二级的放大器的输出信号同时输出至放大电路243的最后一级的放大器以及模拟数字转换单元244。在步骤S522中，放大电路243的最后一级的放大器被切换为非致能状态，以免接下来的步骤S524检测直流偏移的过程受其干扰。

图6公开音频处理单元240的另一实施例的细节功能方块图。如图6所示，音频处理单元240包含音频控制单元241、数字模拟转换单元242、放大电路243、模拟数字转换单元244、测试信号产生单元246、阻抗检测单元247、阻抗单元248、多工器249以及开关单元254、256及258。测试信号产生单元246用来产生一测试信号，例如是低频弦波的侧音(sidetone)信号，其频率可以是低于人耳的听力范围，但不以此为限。测试信号经过数字模拟转换单元242后由数字域转换至模拟域。阻抗单元248的目的在于提供一阻抗，其可由无源元件实作，例如电阻、电感及/或电容，但不以此为限。阻抗检测单元247根据模拟数字转换单元244所输出的数字码来得知耦接USB接口30的音频装置的阻抗；更详细地说，测试信号经阻抗单元248及音频装置分压后，模拟数字转换单元244输入端所接收到的电压是测试信号于音频装置上的分压，也就是说，音频装置的阻抗愈大，则模拟数字转换单元244将接收到愈大的电压，其所产生的数字码也就愈大；反之，音频装置的阻抗愈小，则模拟数字转换单元244将接收到愈小的电压，其所产生的数字码也就愈小。阻抗检测单元247便可根据数字码的大小来得知音频装置的阻抗。

图7为对应图6的数据处理方法的一实施例的流程图。如图7的流程所示，当确定插入USB接口30的装置为音频装置后(步骤S410判断为是)，接下来判断是否要执行音频信号处理程序。在此实施例中，音频信号处理程序是为一阻抗检测程序。如果步骤S740判断为是，则进行阻抗检测(步骤S750)，检测完成后数据处理电路20进入音频模式(步骤S760)；如果步骤S740判断为否，则数据处理电路20略过阻抗检测程序，直接进入音频模式(步骤S760)。在音频模式中，开关单元252不导通，使USB接口30无法从USB控制单元110接收数据信号，此时USB接口30可以接收音频处理单元240所输出的音频信号。接下来音频装置检测单元230检测USB接口30是否有装置插拔的情况发生(步骤S770)。如果没有，表示目前的USB装置未被置换，所以数据处理电路20继续维持操作在音频模式(步骤S760)；如果音频装置检测单元230检测到装置插拔，则重新判断新的装置是否为音频装置(步骤S410)。

图8为阻抗检测程序的流程图。首先，控制开关单元252与开关单元254不导通，以及控制开关单元256与258导通，并且控制多工器249选择阻抗单元248的输出作为其输出(步骤S810)。接着测试信号产生单元246开始输出测试信号(步骤S820)。当音频装置耦接上USB接口30时，对测试信号而言，其阻抗与阻抗单元248形成串联；因此，模拟数字转换单元244的输入电压事实上为测试信号在音频装置上的分压，此分压与音频装置的阻抗大小成正比。也就是说，阻抗检测单元247可以根据此分压的大小得知音频装置的阻抗大小(步骤S830)。得知阻抗后，则停止测试信号(步骤S840)。

图9公开音频处理单元240的另一实施例的细节功能方块图。如图9所示，音频处理单元240包含音频控制单元241、数字模拟转换单元242、放大电路243、模拟数字转换单元244、直流偏移补偿单元245、测试信号产生单元246、阻抗检测单元247、阻抗单元248、多工器249以及开关单元254、256及258。各元件的功能已描述于先前的实施例，故不再赘述。图10为对应图9的数据处理方法的一实施例的流程图。在图10的流程中，当确定插入USB接口30的装置为音频装置后(步骤S410判断为是)，接下来判断是否要执行音频信号处理程序。在此实施例中，音频信号处理程序是为一直流偏移校正程序及一阻抗检测程序。图10的流程先选择性地执行直流偏移校正程序(步骤S1040及S1050)再选择性地执行阻抗检测程序(步骤S1060及S1070)，最后再进入音频模式(步骤S1080)以及检测装置是否插拔(步骤S1090)。在不同的实施例中，图10的流程也可以先选择性地执行阻抗检测程序，再选择性地执行直流偏移校正程序。

数据处理电路20可以是独立的电路或晶片，亦可以整合在USB主控端10中。当数据处理电路20是独立的电路或晶片，开关单元252、254、256、258的导通状态，及放大电路243的最后一级的放大器是否致能，可以由数据处理电路20的控制单元(未绘示)依据检测信号JD控制，或是由USB主控端10依据检测信号JD对数据处理电路20下达参数(例如通过改变暂存器的暂存值)控制。当数据处理电路20整合在USB主控端10中，开关单元252、254、256、258的导通状态，及放大电路243最后一级的放大器是否致能，可以由USB主控端10直接控制。

请注意，前揭图示中，元件的形状、尺寸、比例以及步骤的顺序等仅为示意，是供本技术领域技术人员了解本发明之用，非用以限制本发明。虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种数据处理电路，耦接一USB控制单元及一USB接口，包含：

一检测单元，耦接该USB接口的一配置通道接脚，通过检测该配置通道接脚的电压以产生一检测信号；

一开关单元，耦接该USB控制单元及该USB接口，其导通状态与该检测信号有关；以及

一音频处理单元，耦接该检测单元，用来选择性地执行一音频信号处理程序；

其中，当该开关单元导通时，该USB控制单元及该USB接口导通，且该音频处理单元不执行该音频信号处理程序，以及当该开关单元不导通时，该USB控制单元及该USB接口不导通，且该音频处理单元执行该音频信号处理程序；

该音频处理单元包含：

一音频控制单元，用来产生一音频数据；

一数字模拟转换单元，用来将该音频数据自数字域转换至模拟域；

一放大电路，耦接该数字模拟转换单元，用来放大该模拟域的音频数据以产生一音频信号；

一模拟数字转换单元，耦接该放大电路；以及

一直流偏移补偿单元，耦接该模拟数字转换单元，用来对该数字模拟转换单元进行直流偏移校正；

其中，该音频信号处理程序是包含该直流偏移补偿单元的一直流偏移校正程序。

2.如权利要求1所述的数据处理电路，其中该开关单元是连接于该USB接口的一差动信号对接脚，该音频处理单元是产生一音频信号，并于该开关单元不导通时，通过该差动信号对接脚传送该音频信号。

3.如权利要求1所述的数据处理电路，该音频处理单元还包含：

一测试信号产生单元，耦接该数字模拟转换单元，用来产生一测试信号；

一阻抗单元，耦接该数字模拟转换单元及该模拟数字转换单元，用来提供一阻抗；以及

一阻抗检测单元，耦接该模拟数字转换单元，用来依据该测试信号检测耦接该USB接口的一音频装置的阻抗；

其中，该音频信号处理程序还包含该阻抗检测单元的一阻抗检测程序。

4.一种数据处理电路，耦接一USB控制单元及一USB接口，包含：

该音频处理单元包含：

一测试信号产生单元，用来产生一测试信号；

一数字模拟转换单元，耦接该测试信号产生单元，用来将该测试信号从数字域转换至模拟域；

一阻抗单元，耦接该数字模拟转换单元，用来提供一阻抗；

一模拟数字转换单元，耦接该阻抗单元；

一阻抗检测单元，耦接该模拟数字转换单元，用来依据该模拟数字转换单元所输出的数字码检测耦接该USB接口的一音频装置的阻抗；

5.一种数据处理方法，用于控制一USB控制单元及一USB接口之间的数据传输，包含：

检测该USB接口的一配置通道接脚的电压以产生一检测信号；

依据该检测信号，决定该USB控制单元及该USB接口是否导通；以及

当该USB控制单元及该USB接口不导通时，执行一音频信号处理程序；

该音频信号处理程序包含一直流偏移校正程序，该直流偏移校正程序包含以下步骤：

检测一模拟数字转换单元的直流偏移；

检测一数字模拟转换单元与该模拟数字转换单元的一直流偏移总和；以及

依据该直流偏移总和与该模拟数字转换单元的直流偏移的差值，得到该数字模拟转换单元的直流偏移。

6.如权利要求5所述的数据处理方法，其中当该决定该USB控制单元及该USB接口是否导通的步骤控制该USB控制单元及该USB接口导通时，是控制该USB接口的一差动信号对接脚与该USB控制单元的对应接脚导通，该方法还包含：

于该USB控制单元及该USB接口不导通时，通过该差动信号对接脚传输一音频信号。

7.如权利要求5所述的数据处理方法，其中该USB接口是耦接一音频装置，该音频信号处理程序还包含一阻抗检测程序，该阻抗检测程序包含以下步骤：

产生一测试信号；

将该测试信号于该音频装置上的一分压转换为一数字码；以及

依据该数字码得到该音频装置的阻抗。

8.一种数据处理方法，用于控制一USB控制单元及一USB接口之间的数据传输，包含：

检测该USB接口的一配置通道接脚的电压以产生一检测信号；

其中该USB接口是耦接一音频装置，该音频信号处理程序包含一阻抗检测程序，该阻抗检测程序包含以下步骤：

产生一测试信号；

依据该数字码得到该音频装置的阻抗。