CN107870883B - 通用串行总线usb电路及其连接的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种通用串行总线(USB)电路，其包括：USB接口，其被配置成发射和接收电力与数据；随机数产生器电路，其被配置成产生随机数；以及控制器，其被配置成接收所述随机数并且基于所述随机数选择双重作用端口(DRP)占空比以及选择DRP持续时间，其中当将C型USB DRP装置连接到另一C型USB DRP装置时使用所述DRP占空比时间和DRP持续时间。

Description

通用串行总线USB电路及其连接的方法
技术领域
本文所公开的各种示例性实施例涉及通用串行总线(universal serial bus，USB)应用程序的双重作用端口(dual role port，DRP)连接。
背景技术
USB赢得了最广泛的使用且最受欢迎的接口的声誉。最新C型插头/插口机械管脚被称赞为“最后的接口”，这是因为它的较小形状因数、在位置上的易修改性，以及在缆线的两端上使用的能力。这一灵活性使得USB在满足便携式配件、计算装置和其它电子设备的供电和数据要求方面是非常适宜且吸引人的。具有附接到C型USB DRP装置的USB接口的缆线可以用作简单的数据和/或电源缆线，并且它还可以向高端应用程序提供高达100W的额定功率、高达10Gbps的数据流，以及如显示器端口、HDMI或任何定制接口的替代模式。
发明内容
在下文中呈现各种实施例的简要总结。在以下总结中可以做出一些简化和省略，其意图突出和引入各种实施例的一些方面，而不是限制本发明的范围。在稍后的部分中将详细地描述足以让本领域的一般技术人员能获得且使用本发明概念的实施例。
各种示例性实施例涉及通用串行总线(universal serial bus，USB)电路，其包括：USB接口，其被配置成发射和接收电力与数据；随机数产生器电路，其被配置成产生随机数；以及控制器，其被配置成接收随机数并且基于随机数选择双重作用端口(dual roleport，DRP)占空比以及选择DRP持续时间，其中当将第一C型USB DRP装置的USB接口连接到第二C型USB DRP装置的USB接口时，使用DRP占空比时间和DRP持续时间。
USB电路可以包括配置信道(configuration channel，CC)线路、将CC线路牵引到第一电压源的上拉电阻器，以及将CC线路牵引到第二电压源的下拉电阻器。
第一开关可以连接在控制器与上拉电阻器之间，并且第二开关连接在控制器与下拉电阻器之间。
第三开关可以连接到CC线路以将DRP占空比时间和DRP持续时间传送到第一C型USB DRP装置的USB接口。
控制器可以在第一状态与第二状态之间交替DRP的状态，其中在第一状态中下拉电阻器连接到第一C型USB DRP装置的USB接口，并且在第二Rd状态中上拉电阻器连接到第一C型USB DRP装置的USB接口。
各种示例性实施例还涉及将第一C型USB DRP装置的通用串行总线(USB)接口连接到第二C型USB DRP装置的USB接口的方法，该方法包括：在第一装置的USB接口中通过随机数产生器电路产生随机数，以及基于随机数选择双重作用端口(DRP)占空比以及选择DRP持续时间，其中DRP占空比和DRP持续时间用于将第一装置的USB接口连接到第二装置。
第一装置的播发的DRP模式和第二装置的播发的DRP模式可以在足以使装置附接到彼此的时间内不同。
方法可以包括在第一状态与第二状态之间交替第一装置的DRP的状态，其包括在第一状态中将下拉电阻器连接到USB接口并且在第二状态中将上拉电阻器连接到USB接口。
各种示例性实施例还涉及一种通用串行总线(USB)电路，包括：USB接口，其被配置成发射和接收电力和数据；随机数产生器电路，其被配置成产生第一随机数和第二随机数；以及控制器，其被配置成接收所述第一随机数和所述第二随机数并且基于所述第一随机数选择双重作用端口(DRP)占空比并且基于所述第二随机数选择DRP持续时间，其中当将第一C型USB DRP装置的所述USB接口连接到第二C型USB DRP装置的USB接口时使用所述DRP占空比时间和DRP持续时间。
在一个或多个实施例中，所述USB电路包括：配置信道(CC)线路；上拉电阻器，其将所述CC线路牵引到第一电压源；以及下拉电阻器，其将所述CC线路牵引到第二电压源。
在一个或多个实施例中，所述USB电路包括：第一开关，其连接在所述控制器与上拉电阻器之间；以及第二开关，其连接在所述控制器与下拉电阻器之间。
在一个或多个实施例中，所述USB包括：第三开关，其连接到所述CC线路以传送所述DRP占空比时间和DRP持续时间到所述第一C型USB DRP装置的所述USB接口。
在一个或多个实施例中，所述控制器在第一状态与第二状态之间交替所述DRP的状态，其中在所述第一状态中所述下拉电阻器连接到所述第一C型USB DRP装置的所述USB接口并且在第二Rd状态中所述上拉电阻器连接到所述第一C型USB DRP装置的所述USB接口。
本发明的这些和其它方面将根据下文中所描述的实施例显而易见，且参考这些实施例予以阐明。
附图说明
结合附图，本发明的额外目标和特征将从以下详细描述和所附权利要求书中更加显而易见。虽然示出并描述了若干实施例，但是在各个图式中相同的参考标号标识相同的零件，其中：
图1示出了根据本文所描述的实施例的在CC线路上控制Rp和Rd的电路框图；
图2示出了根据本文所描述的实施例的连接到电源和连接装置的USB缆线；
图3示出了根据本文所描述的实施例在多个DRP之间的阶段对齐的图示；以及
图4示出了根据本文所描述的实施例的不同步DRP的图示。
具体实施方式
应理解，图式仅仅是示意性的并且不按比例绘制。还应理解，所有图式中使用的相同参考标号指示相同或类似的零件。
描述和图式示出各种示例实施例的原理。因此将了解，本领域的技术人员将能够设计各种布置，尽管本文中未明确地描述或示出所述布置，但所述布置体现了本发明的原理且被包括在本发明的范围内。此外，本文中所述的所有例子主要明确地意图用于教学目的以辅助读者理解本发明的原理及由所提供的概念，从而深化所属领域，且所有例子应解释为不限于此类特定陈述的例子及条件。另外，除非另外指明(例如，“或另外”或“或在替代方案中”)，否则如本文所使用的术语“或”指代非排他性的“或”(即，“和/或”)。并且，本文所描述的各种实施例不一定相互排斥，这是因为一些实施例可与一个或多个其它实施例组合从而形成新的实施例。如本文所使用，除非另外指明，否则术语“上下文”和“上下文对象”应被理解成同义。例如“第一”、“第二”、“第三”等描述词并不意图限制所论述元件的次序，且用于区分一个元件与下一元件，且通常可互换。
C型USB规范描述了所支持的不同模式和装置的功能性行为。所描述的一个应用程序是双重作用端口(DRP)类型的装置，其可以寻求在播发上拉电阻器(Rp)与下拉电阻器(Rd)之间交替以找出装置或主机是否连接到缆线的另一端。
本文中所描述的实施例使用重复上拉/下拉播发的持续时间的基于随机化器电路的占空比。根据本文中所描述的实施例的未连接的装置得到检测且锁定到在USB缆线的另一端上的另一DRP类型的装置的较快的机会。
在C型USB规范中，当连接到另一电子装置时，在近端处连接到电源的一侧或C型USB DRP装置并且在它的远端上未附接的USB接口可能将远端未连接端呈现为面向上游端口(Upstream Facing Port，UFP)或面向下游端口(Downstream Facing Port，DFP)或双重作用端口(DRP)。
在UFP作用中，未附接的USB接口可以指示它是在缆线电力总线VBUS线路上的电力储集器。为了表明这一偏好，未附接的USB接口将连续地将下拉电阻器(Rd)施加到在VBUS的配置信道(configuration channel，CC)线路两者上的GND。
在DFP作用中，未附接的USB接口可以指示它可以为在VBUS上的电源。未附接的USB接口将连续将上拉电阻器(或电流源)(Rp)施加到在VBUS的CC线路两者上的VCC。
在DRP作用中，C型USB DRP装置的未附接的USB接口可以指示它可以为在VBUS上的电力储集器或电源，这取决于缆线的另一端附接到装置(UFP)或主机(DFP)。为了表明这一偏好，未附接的USB接口将在将下拉电阻器(Rd)施加到CC线路两者上与随后将上拉电阻器(或电流源)(Rp)施加到CC线路两者上之间交替。
当被配置为DRP的USB连接器与UFP或DFP附接时，USB接口将检测附接事件，并且将停止Rp与Rd之间的交替，并且将保持Rp(如果附接到UFP)或Rd(如果附接到DFP)。
在DRP附接到另一DRP的情况下，两个端口将指示在同步Rp、Rd作用中的交替，并且DRP接口可以镜像类型关系交替，这指示同时的Rp与Rp以及Rd与Rd，且并不附接。
本文中所描述的实施例在C型控制器中插入随机化器电路以引起在交替的Rp、Rd作用的占空比中的随机化以减少附接过程持续时间。通过Rp/Rd占空比的随机化，被配置为DRP的C型USB DRP装置的未附接的USB接口将随机地播发作为SOURCE或SINK，并且快速地与在还可以具有随机的Rp/Rd占空比的附接的装置或主机中的相反信号相匹配。
本文中所描述的实施例包括被配置成产生随机数的随机数产生器电路和控制器，所述控制器被配置成接收随机数并且选择tDRP值(Source的一个DRP循环到Sink和反馈播发的持续时间)，以及还选择dcSRC.DRP值(其中DRP将在CC线路两者上呈现Rp或Rd对的tDRP的时间的百分比)。C型规范包括每个端口的一对CC线路。为了便于理解，图式示出一对中的一个CC线路。USB类型C规范表明tDRP在50ms到100ms之间，并且dcSRC.DRP在30％到70％之间。举例来说，如果选择随机数为从0到1中的值，那么随机值可用于根据规范在允许的范围内选择tDRP和dcSRC.DRP的值。替代地，随机数产生器电路可以产生在50和100之间的随机数以指示tDRP的ms的数量，并且可以产生在30和70之间的另一随机数以指示dcSRC.DRP的百分比值。
代替使用tDRP和dcSRC.DRP的固定值的设计，本文中所描述的实施例使用随机地产生的值(在规定的界限内)以增加两个DRP快速地附接到彼此的可能性。
图1示出了根据本文所描述的实施例被配置成在CC线路130上控制Rp和Rd的USB接口的一部分的电路图100。
在图1的电路图100中，控制器140包括线路反馈移位寄存器(line feedbackshift register，LFSR)145以产生至少一个随机值(或伪随机值)。随机值用于确定启用Rp或Rd所需的时长。电路100包括可以上拉到参考电压VCC以表示电源状况的上拉电阻器110和可以下拉到接地GND以表示电力储集器状况的下拉电阻器120。取决于DRP循环，开关112可以从控制器140中接收信号以通过上拉电阻器110连接或断开到CC线路130的VCC，并且开关122可以从控制器140中接收交替信号以通过下拉电阻器120交替地连接或断开到CC线路130的GND。操作开关112和开关122使得当一个闭合时另一个是打开的。
电路100还可以包括多个比较器电路150。取决于VCC或GND是否连接在CC线路130上，多个比较器150可以比较接收到的电压电平以在控制器140内做出状态决策。
电路100还包括在DRP接口215和255的端口侧面处的接收器160和发射器170对。当沿着CC线路130传输信号时，切换控制器140控制开关180接通，并且根据由在被称为Rx 160或Tx 170线路上的LFSR145产生的随机值在规定的持续时间内传送交替的Rp和Rd。举例来说，当控制器140控制开关112接通并且开关122断开并且在CC线路130上传导VCC时，闭合开关180并且电力可以在传输端口170处作为DFP播发。替代地，当控制器140控制开关112断开并且开关122接通时，GND信号放置在CC线路130上并且通过DRP的接收端口160播发。
图2示出了连接到电源210的C型USB缆线230，所述电源210具有USB接口215和可以被配置为DRP的端口218。DRP端口218可以连接到C型USB缆线230的第一连接器220，所述C型USB缆线230继而可以连接到根据本文所描述的实施例的电子装置260。电源210可以为独立电源或可作为电源操作以将电力提供到电子装置260的电子装置的USB端口。尽管元件210可以标记电源且连接装置260从电源210中接收电力，但是这些标识是可互换的并且电力可以在两个方向上流动。
参考图1和图2，电源210可以在C型USB缆线230的近端处连接到C型USB缆线230的第一连接器220。C型USB缆线230的远端可以具有待连接到电子装置260的未附接的第二USB连接器240。电源210和连接装置260两者都包括本文中所述的电路100。集成电路100可以位于电源210的接口215内，并且位于连接装置260的接口255处。DRP端口218和250相应地连接到接口215和255。
第二连接器240可被配置成插入到电子装置260的连接端口250内。当未附接的USB接口连接器240基于由LFSR 145产生的随机数插入到电子装置260(例如，具有DRP端口250的装置260)中以产生随机DRP占空比以及Rp或Rd持续时间时，电源210的控制器140和/或电子装置260的控制器140可以根据随机DRP占空比交替地切换开关112和122。换句话说，当Rp或Rd将在CC线路130上播发时，控制器140中的任一者或两者将决定时间和持续时间。随机DRP占空比和持续时间可以启用DRP配置的接口215以快速地附接到连接装置260的DRP配置的接口255。
图3示出了根据本文所描述的实施例在多个DRP之间的阶段对齐的图示。如图3中所示，在310处表示播发DRP端口的第一装置。在360处表示播发DRP端口的第二装置。如图2和图3中所示，如果使用DRP连接器的装置310和360两者具有相同的实施方案、为tDRP和dcSRC.DRP挑选相同的值，那么装置310和360两者可以在播发它们的相应的Rp和Rd的同时同步锁定，并且装置310和360将不能够通过USB缆线230连接。并不同时启用相应的Rp和Rd的播发。Rp和Rd各自具有被配置成根据不同的时钟循环启用/停用Rp和Rd的单独的串联开关。
图4示出了根据本文所描述的实施例的不同步DRP的图示。如图4中所示，在410处表示播发DRP端口的第一装置。在420处表示播发DRP端口的第二装置。如图4中所示，由于两个装置410和460具有tDRP和dcSRC.DRP的不同的值，所以装置410和460两者更有可能在播发Rp/Rd中不同步，这有助于解决附接。
基于LFSR 145的瞬时随机值，设计将瞬时地选择tDRP和dcSRC.DRP的有效值。由于USB装置410和460两者选取它们自身的tDRP和dcSRC.DRP值，所以它们的交替的Rp/Rd播发将快速地变得不同步并且使得它们能够附接到Source/Sink作用中。
与在图3中示出的镜像模式相反，装置410和460的Rp/Rd关系以若干方式变化。变化的一个方式是Rp或Rd播发的占空比。当tDRP的随机数由控制器140的LFSR 145产生时，确定Rp到Rd以及再次返回的占空比。播发的占空比可以在50ms与100ms之间，但是不存在固定的标准循环。如图4中所示，不同随机数可以对应于不同时间的占空比440。
变化的另一方式是在给定占空比内的Rp或Rd的持续时间。dcSRC.DRP的随机数可以由控制器140的LFSR 145产生。此随机数可以对应于在占空比440内播发的时间Rp或Rd的百分比。Rp或Rd的播发的持续时间可以在30％到70％之间，但是不存在固定的标准持续时间。如图4中所示，不同随机数可以对应于不同长度的持续时间450。
当一个DRP的播发的Rp与另一DRP的播发的Rd在最小时间量中重叠时，附接可以出现在第一接口215与第二接口255之间(图2中所示)。在图4中示出了当Rp和Rd可以附接时的重叠部分430。这些重叠部分430表示从装置410和460中并不彼此成镜像的Rp和Rd的可能的附接的出现。取决于USB缆线所需的附接时间和所需的端口，最小重叠持续时间可以是固定的，并且如果重叠部分430大于最小持续时间，那么USB接口将通过USB缆线附接。
本文中所描述的实施例并不限于此。由于装置210和260两者可以在不同时间上电，各自在它们自身的时钟上运行，所以自由运转计数器可以代替LFSR 145用于控制器140中。此自由运转计数器将产生在特定装置的通电重置事件上的重置，并且连续计数和环绕。基于此自由运转计数器的瞬时值，设计将瞬时地选择将不同于另一装置的值的tDRP和dcSRC.DRP的有效值，连接待建立到所述另一装置。值中的此偏移还将允许两个侧面获得在播发Rp/Rd中不同步的更多的可能性，这有助于解决在USB缆线230与电子装置260之间的附接。这是随机地选择tDRP和dcSRC.DRP的值的另一方式。任何其它类型的随机数产生器可用于产生tDRP和dcSRC.DRP的随机值。
本文中所描述的实施例可用于任何C型USB启用的装置，例如，蜂窝式电话、平板电脑、笔记型电脑、笔记本电脑、桌上型电脑、集线器、连接器、加密锁，这些装置支持如本领域的技术人员已知的双重作用模式。
虽然已具体参考各种实施例的某些方面来详细描述各种实施例，但应理解，本文中所描述的实施例能够容许其它实施例，且本文中所描述的实施例的细节能够容许在各种显而易见的方面的修改。如对于本领域的技术人员容易显而易见的，可在保持于本文中所描述的实施例的精神和范围内的同时实现改变和修改。因此，上述的公开内容、描述和附图仅出于说明性目的，且并不以任何方式限制本文中所描述的实施例，本文中所描述的实施例仅由权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种通用串行总线USB电路，其特征在于，包括：
USB接口，其被配置成发射和接收电力和数据；
随机数产生器电路，其被配置成产生随机数；以及
控制器，其被配置成接收所述随机数并且基于所述随机数选择双重作用端口DRP占空比以及选择DRP持续时间，其中当将第一C型USB DRP装置的所述USB接口连接到第二C型USBDRP装置的USB接口时，使用所述DRP占空比和DRP持续时间。
2.根据权利要求1所述的USB电路，其特征在于，包括：
配置信道CC线路；
上拉电阻器，其牵引所述CC线路到第一电压源；以及下拉电阻器，其牵引所述CC线路到第二电压源。
3.根据权利要求2所述的USB电路，其特征在于，包括：
第一开关，其连接在所述控制器与上拉电阻器之间；以及第二开关，其连接在所述控制器与下拉电阻器之间。
4.根据权利要求2所述的USB电路，其特征在于，包括：
第三开关，其连接到所述CC线路以传送所述DRP占空比和DRP持续时间到所述第一C型USB DRP装置的所述USB接口。
5.根据权利要求2所述的USB电路，其特征在于，所述控制器在第一状态与第二状态之间交替所述DRP的状态，其中在所述第一状态中所述下拉电阻器连接到所述第一C型USBDRP装置的所述USB接口并且在第二Rd状态中所述上拉电阻器连接到所述第一C型USB DRP装置的所述USB接口。
6.一种将第一C型USB DRP装置的通用串行总线USB接口连接到第二C型USB DRP装置的USB接口的方法，其特征在于，包括：
在所述第一C型USB DRP装置的所述USB接口中通过随机数产生器电路产生随机数；以及
基于所述随机数选择双重作用端口DRP占空比并且选择DRP持续时间，其中所述DRP占空比和DRP持续时间用于将所述第一C型USB DRP装置的所述USB接口连接到所述第二C型USB DRP装置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一C型USB DRP装置的播发的DRP模式和所述第二C型USB DRP装置的播发的DRP模式在足以将所述第一C型USB DRP装置、第二C型USB DRP装置附接到彼此的时间内不同。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括在第一状态与第二状态之间交替所述第一C型USB DRP装置的DRP的状态，包括在所述第一状态中将下拉电阻器连接到USB接口并且在第二状态中将上拉电阻器连接到USB接口。
9.一种通用串行总线USB电路，其特征在于，包括：
USB接口，其被配置成发射和接收电力和数据；
随机数产生器电路，其被配置成产生第一随机数和第二随机数；以及
控制器，其被配置成接收所述第一随机数和所述第二随机数并且基于所述第一随机数选择双重作用端口DRP占空比并且基于所述第二随机数选择DRP持续时间，其中当将第一C型USB DRP装置的所述USB接口连接到第二C型USB DRP装置的USB接口时使用所述DRP占空比和DRP持续时间。
10.根据权利要求9所述的USB电路，其特征在于，包括：
配置信道CC线路；
上拉电阻器，其将所述CC线路牵引到第一电压源；以及下拉电阻器，其将所述CC线路牵引到第二电压源。
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