CN107807893A - 通用串行总线c型模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通用串行总线C型模块，具有多个接地接脚、第一组态接脚、第二组态接脚与侦测器。多个接地接脚中包括第一接地接脚。侦测器电性连接到第一接地接脚，用以侦测第一接地接脚的电压值，以选择性地致能一控制器以通过第一组态接脚与第二组态接脚判断对应的连接器的型态。

Description

通用串行总线C型模块
技术领域
本发明关于一种通用串行总线C型模块，特别关于此类连接模块的控制电路。
背景技术
通用串行总线C型(universal serial bus type-C，USB Type-C)连接器是由USB-IF倡议而提出的连接器规格，其优点在于连接器再也没有正反之分，如同苹果公司近年来常用的连接器一般，使用者无需先行确认连接器的方向即可插入与使用。
USB Type-C连接器的运作机制在于其有一个控制器与两根组态接脚。当USBType-C连接器与一外部连接器相连时，USB Type-C连接器的控制器可借由两根组态接脚与所连接的外部连接器沟通确认所插入的外部连接器的方向。然而，控制器是随时随地都在工作的，对于使用电池的行动装置而言，这样的工作方式对于电池的续航力有负面的影响。因此如何提出一个更好的控制器/连接器运作方式，是一个有待解决的课题。
发明内容
鉴于前述问题，本发明旨在提供一种通用串行总线C型(USB Type-C)模块，能自动地侦测是否有连接到对应的连接器，以选择性地启动其中的控制器。从而达到降低功耗的效果。
依据本发明一实施例的USB Type-C模块，具有多个接地接脚、第一组态接脚、第二组态接脚与侦测器。多个接地接脚包括一个第一接地接脚。侦测器电性连接到第一接地接脚，用以侦测第一接地接脚的电压值，以依据所述电压值而选择性地致能一USB Type-C控制器。
依据本发明另一实施例的USB Type-C模块，具有多个接地接脚、第一组态接脚、第二组态接脚、USB Type-C控制器与侦测器。多个接地接脚包括一个第一接地接脚。USBType-C控制器电性连接第一组态接脚以及第二组态接脚。侦测器电性连接到第一接地接脚以及USB Type-C控制器，用以侦测第一接地接脚的电压值，以依据所述电压值而选择性地致能USB Type-C控制器。其中当USB Type-C控制器被致能且USB Type-C模块连接于对应的连接器时，USB Type-C控制器通过第一组态接脚与第二组态接脚，判断对应的连接器的型态。
综上所述，当本发明实施例的USB Type-C模块连接到对应的连接器时，该些接地接脚的电压位准才会被统一定义为低电压，从而使得侦测器判断当前有连接到对应的连接器而致能控制器，反之则不致能控制器。藉此，控制器并非永远都在运作，因此其不必要的电能消耗得以被降低。
以上关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。
附图说明
图1是依据本发明一实施例的通用串行总线C型模块的电路架构图。
图2是图1的通用串行总线C型模块连接到对应的连接器的电路架构图。
图3是依据本发明另一实施例的通用串行总线C型模块的电路架构图。
图4是依据本发明另一实施例的通用串行总线C型模块的电路架构图。
图5是依据本发明再一实施例的通用串行总线C型模块的电路架构图。
其中，附图标记：
1000、1000A、1000B、1000C 通用串行总线C型连接模块
1100 控制器
1200 侦测器
1210 比较电路
1220 第一电能开关
1230 致能开关
1300 第二电能开关
2000 连接器
CC1、CC2 组态接脚
GND1～GND4 接地接脚
GND 接地端
LDO 线性稳压器
PS 电源
R、R1、R2 阻抗元件
VREF 门槛电压
Vs 开关信号
VBUS 电源脚位
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域普通技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求及图式，任何本领域普通技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
请参照图1，其是依据本发明一实施例的通用串行总线C型连接模块的电路架构图。如图1所示，通用串行总线C型(USB Type-C)模块1000具有多个接地接脚GND1～GND4、第一组态接脚CC1、第二组态接脚CC2与侦测器1200。其中接地接脚GND2至GND4都直接连接到接地端GND，而接地接脚GND1则并非直接连接到接地端GND。
侦测器1200电性连接到接地接脚其中之一，用以侦测所电性连接的接地接脚的电压值，并依据侦测器1200所侦测到的上述电压值判断USB Type-C模块1000是否连接到对应的连接器。在本实施例中，侦测器1200例如是电性连接接地接脚GND1，从而借由接地接脚GND1上的电压值来判断USB Type-C模块1000是否连接到另一连接器(例如一外部连接器)，并且判断所连接的外部连接器的型态。为了解释侦测器1200的工作方式，请参照图2，其进一步绘示出图1的通用串行总线C型模块1000连接到对应的连接器2000的电路架构图。在此实施例中，侦测器1200具有阻抗元件R、比较电路1210与第一电能开关1220。其中阻抗元件R一端电性连接电源PS，另一端电性连接侦测器1200所电性连接的接地接脚GND1。比较电路1210电性连接接地接脚GND1，以依据接地接脚GND1的电压值与门槛电压VREF，产生开关信号Vs。第一电能开关1220分别电性连接电源PS、控制器1100与比较电路1210，依据开关信号Vs选择性地导通电源PS至控制器1100的电流路径以达成选择性致能控制器1100的目的。
受控于侦测器1200的控制器1100电性连接第一组态接脚CC1与第二组态接脚CC2，用以在被致能且USB Type-C模块1000连接于对应的连接器2000时，通过第一组态接脚CC1与第二组态接脚CC2的至少其中之一，判断连接器2000的型态。上述对应的连接器2000可指的是连接器2000和USB Type-C模块1000在硬件接口形式上互为对应。例如，当USB Type-C模块1000和连接器2000的其中之一为插头(plug)时，另一者为插座(receptacle)。另外，上述连接器2000的型态则例如是连接器2000的插设方向或可支持的传输规格/协议。
如图2所示，当USB Type-C模块1000连接到对应的连接器2000时，接地接脚GND1连接到连接器2000的接地端，且接地接脚GND2至GND4也都连接到连接器2000的接地端。换句话说，接地接脚GND1的电压位准会被拉到等同于接地端GND的电压。此时，接地接脚GND1的电压值会低于门槛电压VREF，因此比较电路1210可输出高电压的开关信号Vs来使得第一电能开关1220导通。反之若是USB Type-C模块1000未连接到对应的连接器2000，则接地接脚GND1的电压值等同于电源PS提供的电压(高电压)，因此比较电路1210可输出低电压的开关信号Vs来使得第一电能开关1220不导通。换句话说，阻抗元件R是用来确保当USB Type-C模块1000未连接到对应的连接器2000时，电源PS提供的电压会通过阻抗元件R而使接地接脚GND1的电压值为高电压的元件。因此，只有当USB Type-C模块1000连接到对应的连接器2000时，控制器1100才会被致能而通过第一组态接脚CC1和/或第二组态接脚CC2来侦测连接器2000的型态。换句话说，也就是侦测器1200依据所侦测到的电压，判断USB Type-C模块1000是否已经连接到对应的一个连接器2000。当侦测器1200判断USB Type-C模块1000已经连接到连接器2000，侦测器1200使对应的一个或多个电路或功能模块开始工作，在此实施例中，所述对应的功能模块即为控制器1100。如此，避免对应的功能模块或电路在通用串行总线C型连接模块1000未连接到任何装置仍在工作，因此不必要的电能消耗得以避免。在一实施例中，前述比较电路1210由模拟比较器实现。在另一实施例中，比较电路1210例如由微控制器(micro controller unit,MCU)或是嵌入控制器(embedded controller,EC)来实现。
具体来说，当USB Type-C模块1000是插头(plug)时，侦测器1200通过第一组态接脚CC1与第二组态接脚CC2其中之一来侦测对应的连接器2000的型态。例如连接器2000可以用几组信号信道(channels)来进行信号收发、连接器2000是否支持显示端口模式(DisplayPort Alternative mode)。而当USB Type-C模块1000是插座(receptacle)时，侦测器1200同时通过第一组态接脚CC1与第二组态接脚CC2来侦测对应的连接器2000的型态。
在一实施例中，控制器1100属于USB Type-C模块1000。在另一实施例中，控制器1100不属于USB Type-C模块1000，而是USB Type-C模块1000以外的一个控制器。
在另一实施例中，请参照图3，其是依据本发明另一实施例的通用串行总线C型连接模块的电路架构图。如图3所示，在本实施例的USB Type-C模块1000A具有多个接地接脚GND1～GND4、第一组态接脚CC1、第二组态接脚CC2与侦测器1200。其中接地接脚GND2至GND4都直接连接到接地端GND，而接地接脚GND1则并非直接连接到接地端GND。本实施例中各元件的工作方式与图1的实施例类似，而相异的地方在于，本实施例的侦测器1200具有第一阻抗元件R1、线性稳压器LDO与致能开关1230。其中第一阻抗元件R1例如为一个高阻值(百万欧姆以上)的电阻，一端电性连接到电源PS，另一端电性连接到接地接脚GND1。线性稳压器LDO在被致能的时候，从电源PS汲取电能提供给控制器1100。致能开关1230例如为连接成共源极(common source,CS)组态的N型金属氧化物半导体场效晶体管，其栅极(控制端)电性连接到接地接脚GND1，而其源极接地，其漏极电性连接到线性稳压器LDO的致能接脚。因此，当USB Type-C模块1000A未插接到对应的连接器时，接地接脚GND1的电压位准会是高电位，从而使得致能开关1230中的晶体管的漏极电压为低电压，不致能线性稳压器LDO。当USBType-C模块1000A插接到对应的连接器时，接地接脚GND1的电压位准会是低电位，从而使得致能开关1230中的晶体管的漏极电压为高电压，致能线性稳压器LDO。
在另一实施例中，请参照图4，其是依据本发明另一实施例的通用串行总线C型连接模块的电路架构图。如图4所示，USB Type-C模块1000B相比较于图3实施例中的USBType-C模块1000A而言，更多了一个第二阻抗元件R2。第二阻抗元件R2一端电性连接第一阻抗元件R1与接地接脚GND1，第二阻抗元件R2的另一端电性连接到接地端GND。借由这样的设计，可以避免当电源PS提供的电压过高(例如20伏特或12伏特)时，致能开关1230中的晶体管因过高的柵极电压而发生故障。
在再一实施例中，请参照图5，其是依据本发明再一实施例的通用串行总线C型连接模块的电路架构图。如图5所示，USB Type-C模块1000C相比较于图2的USB Type-C模块1000来说，另外具有第二电能开关1300。其中第二电能开关1300电性连接到电源PS与通用串行总线C型连接模块1000C的电源脚位VBUS。在上述实施例中的电源PS，例如为降压转换器(buck converter)、升/降压转换器(buck-boost converter)或其他适合的直流直流转换器(DC/DC converter)。
在一实施例中，如果USB Type-C模块1000C是操作于主控端模式(host mode)，则当其插设到对应的连接器2000时，需要提供电能给连接器2000。在此实施例中，第二电能开关1300用于从电源PS抽取电能，通过电源脚位VBUS提供电能给连接器2000。在此实施例中，电源PS将从市电转换得到的直流电能或是从电池得到的直流电能转换为电压为12伏特或20伏特的电能提供给第二电能开关1300。电源PS并将从市电转换得到的直流电能或是从电池得到的直流电能转换为电压例如是1.8伏特、3.3伏特或5伏特的电能提供给侦测器1200。
在另一实施例中，如果USB Type-C模块1000C是操作于装置模式(device mode)，则当其插设到对应的连接器2000时，可由连接器2000提供电能。在此实施例中，第二电能开关1300用于从电源脚位VBUS抽取电能，提供电能给电源PS。在此实施例中，电源PS将从第二电能开关1300处得到的电能转换为电压为1.8伏特、3.3伏特或5伏特的电能提供给侦测器1200。上述第二电能开关1300的设置也能类似地配置于图3或图4的实施例中，在这里不再赘述。
根据上述几个实施例的USB Type-C模块的电路架构，本发明实施例可借由将USBType-C模块中的其中一个接地接脚(例如接地接脚GND1)设计成与其他接地脚位(例如接地接脚GND2～GND4)隔离，从而利用被隔离的接地脚位上的电压来判断USB Type-C模块是否插接到对应的连接器。当USB Type-C模块所插接的连接器的脚位并不与USB Type-C模块对应，或是当USB Type-C模块未插接到任何连接器时，USB Type-C模块的接地接脚GND1就不会被短路至接地接脚GND2～GND4。这样，侦测器得以直接判断USB Type-C模块并未插接到对应的连接器，因此USB Type-C模块内建或是外接的控制器就不会被致能，从而达到降低能耗的效果。
虽然本发明以前述的实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所作的改变与润饰，均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考所附的权利要求书。

Claims (15)

1.一种通用串行总线C型USB Type-C模块，其特征在于，包括：
多个接地接脚，包括一第一接地接脚；
一第一组态接脚；
一第二组态接脚；以及
一侦测器，电性连接该第一接地接脚，用以侦测该第一接地接脚的一电压值，以依据该电压值而选择性地致能一控制器。
2.根据权利要求1所述的USB Type-C模块，其特征在于，该控制器电性连接该第一组态接脚、该第二组态接脚以及该侦测器，当该控制器被致能且该USB Type-C模块连接于对应的连接器时，该控制器通过该第一组态接脚与该第二组态接脚的至少其中之一，判断该对应的连接器的型态。
3.根据权利要求1所述的USB Type-C模块，其特征在于，当该第一接地接脚的该电压值小于一门槛电压时，该侦测器致能该控制器，当该第一接地接脚的该电压值不小于该门槛电压时，该侦测器禁能该控制器。
4.根据权利要求1所述的USB Type-C模块，其特征在于，该侦测器包括：
一阻抗元件，一端电性连接一电源，另一端电性连接该第一接地接脚；
一比较电路，电性连接该第一接地接脚，以依据该电压值与一门槛电压，产生一开关信号；以及
一电能开关，分别电性连接该电源、该控制器与该比较电路，依据该开关信号选择性地导通该电源至该控制器的一电流路径。
5.根据权利要求4所述的USB Type-C模块，其特征在于，当该电压值小于该门槛电压时，该比较电路送出该开关信号使该电能开关导通该电流路径。
6.根据权利要求1所述的USB Type-C模块，其特征在于，该侦测器包括：
一第一阻抗元件，一端电性连接一电源，另一端电性连接该第一接地接脚；
一线性稳压器，分别电性连接该电源与该控制器，当被致能时从该电源汲取电能提供给该控制器；以及
一致能开关，电性连接该第一接地接脚、该线性稳压器与该电源，依据该电压值，选择性地致能该线性稳压器。
7.根据权利要求6所述的USB Type-C模块，其特征在于，该侦测器更包括：
一第二阻抗元件，一端电性连接一接地端，另一端电性连接该第一接地接脚。
8.根据权利要求1所述的USB Type-C模块，其特征在于，更包括：
至少一电源接脚；以及
一第二电能开关，电性连接该至少一电源接脚，当被致能时从一电源撷取电能提供给该至少一电源接脚；
其中该侦测器更依据该电压值选择性地致能该第二电能开关。
9.一种通用串行总线C型USB Type-C模块，其特征在于，包括：
多个接地接脚，包括一第一接地接脚；
一第一组态接脚；
一第二组态接脚；
一USB Type-C控制器，电性连接该第一组态接脚以及该第二组态接脚；以及
一侦测器，电性连接到该第一接地接脚以及该USB Type-C控制器，用以侦测该第一接地接脚的一电压值，以依据该电压值而选择性地致能该USB Type-C控制器；
其中当该USB Type-C控制器被致能且该USB Type-C模块连接于对应的连接器时，该USB Type-C控制器通过该第一组态接脚与该第二组态接脚其中至少之一，判断该对应的连接器的型态。
10.根据权利要求9所述的USB Type-C模块，其特征在于，当该电压值小于一门槛电压时，该侦测器致能该USB Type-C控制器，当该电压值不小于该门槛电压时，该侦测器禁能该USB Type-C控制器。
11.根据权利要求9所述的USB Type-C模块，其特征在于，该侦测器包括：
一阻抗元件，一端电性连接一电源，另一端电性连接该第一接地接脚；
一比较电路，电性连接该第一接地接脚，以依据该电压值与一门槛电压，产生一开关信号；以及
一电能开关，分别电性连接该电源、该USB Type-C控制器与该比较电路，依据该开关信号选择性地导通该电源至该USB Type-C控制器的一电流路径。
12.根据权利要求11所述的USB Type-C模块，其特征在于，当该电压值小于该门槛电压时，该比较电路送出该开关信号使该电能开关导通该电流路径。
13.根据权利要求9所述的USB Type-C模块，其特征在于，该侦测器包括：
一第一阻抗元件，一端电性连接一电源，另一端电性连接该第一接地接脚；
一线性稳压器，分别电性连接该电源与该USB Type-C控制器，当被致能时从该电源汲取电能提供给该USB Type-C控制器；以及
一致能开关，电性连接该第一接地接脚、该线性稳压器与该电源，依据该电压值，选择性地致能该线性稳压器。
14.根据权利要求13所述的USB Type-C模块，其特征在于，该侦测器更包括：
一第二阻抗元件，一端电性连接一接地端，另一端电性连接该第一接地接脚。
15.根据权利要求9所述的USB Type-C模块，其特征在于，更包括：
至少一电源接脚；以及
一第二电能开关，电性连接该至少一电源接脚，当被致能时从一电源撷取电能提供给该至少一电源接脚；
其中该侦测器更依据该电压值选择性地致能该第二电能开关。
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