CN109478174A - 用于可逆接口的开关 - Google Patents

Abstract

一种不需要使用控制器或固件的用于在设备中容纳可逆连接器的装置和方法，该装置包括用于检测连接到可逆连接器的外部连接器的取向的检测电路。两个开关允许根据检测到的取向将设备的电线连接到可逆连接器的一组引脚中的任一组引脚。开关独立工作，每个开关包括单独的检测电路。

Description

用于可逆接口的开关

技术领域

本公开一般涉及可逆通信接口领域。

背景技术

本文描述的任何背景信息旨在向读者介绍本领域的各个方面，其可以与下面描述的本发明实施例相关。相信该讨论有助于向读者提供背景信息以促进更好地理解本公开的各个方面。因此，应该理解，应该从这个角度阅读这些陈述。

电子设备制造商不断努力改善其设备的用户友好性。用户友好性的一部分是能够将电子设备与多种不同的其他电子设备连接以交换数据。政府实例和标准化机构致力于减少用于类似目的的不同用户界面的数量，以减少所需的不同线缆和连接器的多样性，从而减少电子浪费并减少消费者的额外成本。例如，欧洲委员会倡议得到了一种通用外部电源的规范，该通用外部电源具有微型USB格式以用于在欧盟出售的具有数据功能的移动电话。充电器的不兼容性被视为主要的环境问题并且给用户带来不便。对于用户来说进一步的不便是，对于许多类型的当前使用的连接器，消费者必须注意以正确的方式连接连接器。通常，需要多次尝试才能正确将连接器插入。以错误的方式频繁常识连接连接器最终会导致连接器和/或接收连接器的设备的机械损坏。可逆连接器的出现是这种意义上的进一步改进。示例性可逆连接器是Apple的Lightning和USB C型连接器。然而，电子设备制造商要遵守连接器可逆性是一个进一步的挑战，因为它需要额外的布线、额外的电子部件和软件用于切换和控制。

因此需要进一步优化用于管理可逆连接器的接口的解决方案。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了一种设备，其包括多个开关，所述多个开关被配置为将电线耦合到可逆连接器的触头，以根据用于连接到所述可逆连接器的外部连接器的取向，将所述可逆连接器的第一组连接器触头或所述可逆连接器的第二组连接器触头可逆地连接到所述电线。所述设备部包括耦合到第一组连接器触头中的至少一个连接器触头的第一启用电路和耦合到第二组连接器触头中的至少一个连接器触头的第二启用电路。第一启用电路被配置为响应于在第一组连接器触头中的至少一个连接器触头上接收到的信号的特征的存在而生成第一启用信号至多个开关中的第一开关，并且第二启用电路电路被配置为响应于在第二组连接器触头中的至少一个连接器触头上接收到的信号的特征的存在而生成第二启用信号至多个开关中的第二开关。当所述第一启用电路和所述第二启用电路中任一个均未生成所述第一启用信号和所述第二启用信号时，所述第一开关和所述第二开关处于断开状态，在该断开状态中在任一组连接器触头和所述电线之间均不进行接触。所述第一开关被配置为响应于所述第一启用信号而切换到连接状态，在该连接状态中所述第一组连接器触头耦合到所述电线。所述第二开关被配置为响应于所述第二启用信号而切换到连接状态，在该连接状态中所述第二组连接器触头耦合到所述电线。

根据所述设备的变型实施例，在第一触头和第二触头中的至少一个上接收到的信号的特征是在接收到的信号中存在直流分量。

根据所述设备的变型实施例，第一启用电路和第二启用电路中的至少一个包括DC滤波器。

根据所述设备的变型实施例，第一启用电路和第二启用电路中的至少一个包括比较器，所述比较器被配置为将接收到的信号与参考信号进行比较，并且被配置为当接收到的信号对应于参考信号时生成启用信号。

根据所述设备的变型实施例，可逆连接器是通用串行总线C型连接器。

根据所述设备的变型实施例，所述信号是以太网传输信号。

本公开原理还涉及一种用于将设备的电线耦合到所述设备的可逆连接器的方法，以根据用于连接到所述可逆连接器的外部连接器的取向，将所述可逆连接器的第一组连接器触头或所述可逆连接器的第二组连接器触头可逆地连接到所述电线。所述方法包括：对施加到所述第一组连接器触头中的至少一个连接器触头的信号的特征的存在进行第一检测和对施加到所述第二组连接器触头中的至少一个连接器触头的信号的存在进行第二检测。所述方法还包括响应于第一检测生成第一启用信号和响应于第二检测生成第二启用信号。所述方法还包括，响应于第一启用信号，将第一开关从在所述第一组连接器触头之间不进行接触的断开位置设置到在所述第一组连接器触头和所述电线之间进行接触的连接位置，并且响应于所述第二启用信号，将第二开关从在所述第二组连接器触头之间不进行接触的断开位置设置到在所述第二组连接器触头和所述电线之间进行接触的连接位置。

根据所述方法的一个实施例，对接收到的信号的特征的存在进行检测是对接收到的信号中直流分量的存在进行检测。

根据所述方法的一个实施例，对接收到的信号中直流分量的存在进行检测包括从接收到的信号中滤除所述直流分量。

根据所述方法的一个实施例，对接收到的信号的特征的存在进行检测是基于接收到的信号与参考信号的比较。

附图说明

通过具体的、非限制性实施例的描述，将显示本公开的更多优点。为了描述可以获得本公开的优点的方式，通过参考在附图中示出的本发明的特定实施例来呈现本原理的特定描述。附图描绘了本公开的示例性实施例，因此不应被视为限制其范围。所描述的实施例可以组合以形成特定的有利实施例。在以下附图中，将不再描述具有与先前图中已经描述的项目相同的附图标记的项目，以避免不必要地模糊本公开。

将参考以下附图描述示例性实施例，其中：

图1是示例性可逆连接器。

图2示出了用于双向数字数据通信目的的典型可逆连接器。

图3示出了典型的可逆连接器如何线连到不可逆连接器。

图4是根据本原理的用于连接可逆连接器的示例性布置。

图5是根据本原理的电路的详细视图。

图6是本原理的变型实施例。

图7是根据本发明的一个实施例的用于将设备的电线耦合到可逆连接器的方法的流程图。

应当理解，附图是出于说明本公开的概念的目的，并且不一定是用于说明本公开的唯一可能的配置。

具体实施方式

本说明书说明了本公开的原理。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计各种布置，这些布置虽然未在本文中明确描述或示出，但体现了本公开的原理并且包括在其精神和范围内。

本文引用的所有示例和条件语言旨在用于教示目的，以帮助读者理解本公开的原理和发明人为推进技术发展而贡献的概念，并且应被解释为不限于这些具体叙述的示例和条件。

此外，本文叙述本公开的原理、方面和实施例的所有陈述以及其具体示例旨在包含其结构等同物和功能等同物。另外，这些等同物旨在包括当前已知的等同物以及将来开发的等同物，即，开发的执行相同功能的任何元件，而不管结构如何。

图1是示例性可逆连接器，这里为USB C型的可逆连接器。24引脚双面USB C型连接器提供四个电源/接地对、用于非超级速度数据的两个差分对(尽管C型线缆中只分布了一对)、用于高速数据总线的四对、两个“边带使用”引脚(SBU1、SBU2)和用于线缆取向检测和供电的两个配置引脚(CC1、CC2)。专用控制逻辑，诸如Texas-Instruments TUSB320配置通道逻辑和端口控制，已被开发用于根据C型规范使用CC引脚，并且能够确定端口附接和分离、线缆取向、角色检测和端口控制。在将设备连接到USB C型端口时，CC逻辑块监测CC1和CC2引脚的上拉或下拉电阻，以确定何时附接了USB端口、线缆的取向和检测到的角色(宿、源或双模式)。基于该确定，管理USB C型接口的装置可以建立从连接器的引脚到其后面的逻辑的连接，这通常在软件(也称为“固件”)中完成，然后需要微控制器或CPU(中央处理单元)或处理器和存储器。此外，如果CC引脚没有如标准文件中描述的那样被正确使用，则可能对连接到托管接口的装置的电子部件造成损坏。

期望具有不依赖于正确使用CC引脚并且不需要复杂的控制逻辑或软件的稳健的解决方案。该问题的解决方案可以利用设备中可逆连接器的使用。

图2示出了典型可逆连接器，其用于双向数字数据通信目的，例如，用于以太网信号的发送和接收，或用于I2C总线数据通信。

转到图2a，典型的可逆连接器200包括八个引脚。可逆连接器200左侧的引脚是右侧引脚的反向投影，反之亦然。第一组引脚200A(引脚3、4、7和8)包括用于数据传输的第一差分对(引脚3、4；TX1+和TX1-)和用于数据接收的第一差分对(引脚7、8；RX1-和RX1+)。第二组引脚200B(引脚1、2、5和6)包括用于数据传输的第二差分对(引脚5、6；TX2+和TX2-)和用于数据接收的第二差分对(引脚1、2；RX2+和RX2-)。利用这种引脚布置，产生了可逆连接器，这将根据以下内容变得明显。

在图2b中，类型200的两个可逆连接器210和220可以直互连，例如，如果连接器是配对的(例如，如果连接器210是插头连接器，并且连接器220是插口连接器；或反之亦然)则直接互连，或通过直线线缆互连。因此，连接器210的引脚1-4连接到连接器220的引脚5-8，并且连接器210的引脚5-8连接到连接器220的引脚1-4。然后可以观察到，连接器210的每个差分对(RX和TX)正确地连接到连接器220的配对的差分对(TX和RX)，使得连接器210的RX连接到连接器220的TX并且连接器210的TX连接到连接器220的RX。

在图2c中，描绘了相同的两个可逆连接器210和220，但是连接器220被示出为上下颠倒。连接器可以这种方式直接连接或用直线线缆连接。然后，连接器210的引脚1-4连接到连接器220的引脚4-1，并且连接器210的引脚5-8连接到连接器220的引脚8-5。同样，可以观察到连接器210的每个差分对(RX和TX)正确地连接到连接器220的配对的差分对(TX和RX)。

利用典型可逆连接器的引脚布局，连接器可以被正确连接，无论连接器以哪种方式相互连接。

图3示出了典型的可逆以太网连接器200如何连接到标准的不可逆以太网连接器201。

图4是根据本原理的用于连接可逆连接器的示例性布置，并且提供了对图3的典型布置的改进。图4的示例性布置包括电路20。电路20包括第一开关202。可以通过第一启用输入203启用开关202。连接到第一启用输入的是第一启用电路，第一启用电路包括第一电阻器204和第一电容器205。第一电阻器204在一侧连接到连接器210的第一组差分RX/TX对的接收数据线(RX1+)，并且在另一侧连接到第一启用输入203和第一电容器205。第一电容器205接地。电路20包括具有第二启用输入213的第二开关212。连接到第二启用输入的是由电阻器404、电容器405组成的第二启用电路。第二电阻器404在一侧连接到连接器210的第二组差分RX/TX对的第二接收数据线(RX2+)，并且在另一侧连接到第二启用输入213和第二电容器405。第二电容器405接地。如上针对电阻器204和电容器205提到的那样来计算电阻器404和电容器405。电路20包括两个开关和相关联的启用电路。开关212和启用电路404-405以与开关202和启用电路203-205类似的方式操作。这些开关独立工作。因此，在任何时候，取决于传输信号如何连接到连接器200，开关202和212都处于断开状态或者一个开关202或212处于闭合状态。有利地，当在连接器200的任何RX引脚上不存在有效传输信号时，在连接器200和201之间不进行电连接，这有利地电保护开关后面的任何电路，例如连接器201后面的电路(未示出)。

根据另一实施例，启用电路的电容器205或405中的任一者或两者连接到Vcc(正电压)而不是如图所示连接到地，在这种情况下，电阻器204或404中的任一者或两者连接到RX对的负极(因此，到RX1-或RX2-)。

图5是具有启用电路204、205的开关202的详细视图，其中开关202以图5a所示的第一配置断开并且以图5b所示的第二配置闭合。

在第一配置5a中，在开关202的RX1+输入上没有从连接器200接收到信号501。因此，开关202处于禁用(断开)状态，因为启用输入203没接收到启用信号500。

在第二配置5b中，从开关202的RX1+输入上的连接器200接收传输信号503。传输信号具有叠加在3.3V DC分量上的特殊性。电阻器204和电容器205用作DC滤波器，滤除DC分量502。因此，启用信号502被提供给开关202，并且开关处于闭合状态，其中在连接器210和连接器201之间形成电接触。因此可以观察到输入信号的特征(这里是传输信号的DC分量)用于建立电连接。

为了将DC分量与数据传输信号分离，低截止频率是优选的。对于诸如以太网10BaseT和更高(100BaseT/1000BaseT)的传输信号，1MHz的截止频率便于从传输信号中去除高频分量并且仅保持DC分量。选择电阻器204/404的值作为从发射器汲取的用于操作DC滤波器的电流的函数。取决于发射器驱动器，典型的可接受的电流范围介于几百微安到几毫安之间。根据欧姆定律：

这对于3.3V DC分量给出了针对电阻器204/404的例如1K欧姆(I＝3.3mA)至10K欧姆(I＝330μA)的范围。然后根据以下公式根据滤波器的期望截止频率和电阻器204/404的值来计算电容器205/405的值：

在F＝1MHz且R＝1K的示例情况下，C因此是160nF。对于F＝1MHz并且R＝10K，则C＝16nF。

有利地，不需要控制软件(“固件”)并且不需要处理器来操作开关。

根据另一实施例，启用电路包括比较器，该比较器允许将在RX输入处接收的信号与参考信号进行比较，并且仅在RX输入上接收的信号对应于参考信号的情况下提供启用信号。

根据另一实施例，在从连接位置到断开位置的切换中增加延迟，以允许在接收到的信号中的特征的暂时缺失并且避免在该暂时缺失期间切换开关。

图6是本原理的变型的另一实施例，其包括使用与门和反相器的另一逻辑电路，与门和反相器被布置成避免开关202和212同时处于闭合状态，这种情况可能发生在传输信号同时连接到两个RX端子时。这种电路包括针对第一开关202的逻辑与功能块600，以及针对第二开关的逻辑与功能块601。逻辑与功能块600和601中的每一个在其一个输入上包括反相器。这种布置具有这样的效果：对于每个开关，为了将开关设置在连接位置，对传输信号的存在增加条件，即不存在另一传输信号。例如，为了启用开关202，需要在RX1+端子上存在传输信号，并且需要在RX2+端子上不存在传输信号。这是针对开关212的反转。

图7是根据本发明原来的一个实施例的用于将设备的电线耦合到设备的可逆连接器200的方法700的流程图，以根据用于连接到可逆连接器的外部连接器的取向，将可逆连接器的第一组连接器触头200A或所述可逆连接器的第二组连接器触头200B可逆地连接到电线。步骤701a是检测施加到第一组连接器触头200A中的至少一个连接器触头的信号的特征，并且步骤701b是检测施加到第二组连接器触头200B中的至少一个连接器触头的信号的特征。在步骤702a中，响应于第一检测生成第一启用信号，并且响应于第二检测生成第二启用信号702b。在步骤703a中验证第一启用信号的存在，并且在步骤703b中验证第二启用信号的存在。如果存在第一启用信号，则在步骤704a中将第一开关设置到连接位置，在该连接位置处，在第一组连接器触头和电线之间进行接触。如果存在第二启用信号，则在步骤704b中将第二开关设置到连接位置，在该连接位置处，在第二组连接器触头和电线之间进行接触。如果不存在第一启用信号，则在步骤705a中将第一开关设置到断开位置，在该断开位置处，第一组连接器触头和电线之间不接触。如果不存在第二启用信号，则在步骤705b中将第二开关设置到断开位置，在该断开位置处，第二组连接器触头和电线之间不接触。

根据所述方法的另一实施例，检测所接收的信号的特征的存在是检测所接收的信号中DC分量的存在。根据所述方法的变型实施例，检测所接收的信号中的DC分量包括从所接收的信号中滤除DC分量。这种检测例如利用根据图4的RC滤波器电路或利用比较器电路(未示出)来完成。

根据所述方法的另一实施例，检测所接收的信号的特征的存在是基于所接收的信号与参考信号的比较。

应当理解，附图中的一些元件可以不在所有实施例中使用或者不是所有实施例中必需的。某些操作可以并行执行。除了所示出和/或描述的那些之外的变型实施例是可能的。例如，该布置可以包括在连接器线缆中。

应了解，本原理的各方面可实施为系统、方法或计算机可读介质。因此，本原理的各方面可以采用完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)的形式，或者组合硬件和软件方面的实施例，这些方面在本文通常都可以被定义为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本原理的各方面可以采用计算机可读存储介质的形式。可以使用一个或多个计算机可读存储介质的任何组合。

因此，例如，应当理解，本文呈现的图表示体现本公开的原理的说明性系统组件和/或电路的概念视图。类似地，应当理解，任何流程图、流图、状态转换图、伪代码等表示可以基本上在计算机可读存储介质中表示并且因此由计算机或处理器执行的各种过程，无论是否明确地示出了这种计算机或处理器。

计算机可读存储介质可以采取计算机可读程序产品的形式，该计算机可读程序产品包含在一个或多个计算机可读介质中并且具有可由计算机执行的计算机可读程序代码。本文使用的计算机可读存储介质被认为是非暂时性存储介质，其具有在其中存储信息的固有能力以及从中提供信息检索的固有能力。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或者前述的任何合适的组合。应当理解，以下虽然提供了可以应用本公开原理的计算机可读存储介质的更具体示例，但仅仅是说明性的而非详尽的列举，如本领域普通技术人员容易理解的：硬盘，只读存储器(ROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)，便携式光盘只读存储器(CD-ROM)，光学存储设备，磁存储设备或者前述的任何合适的组合。

Claims (10)

1.一种电子设备，包括：

多个开关(202，212)，被配置为将电线耦合到可逆连接器(200)的触头，以根据用于连接到所述可逆连接器的外部连接器的取向，将所述可逆连接器的第一组连接器触头(200A)或所述可逆连接器的第二组连接器触头(200B)可逆地连接到所述电线；

耦合到所述第一组连接器触头中的至少一个连接器触头的第一启用电路(204-205)，和耦合到所述第二组连接器触头中的至少一个连接器触头的第二启用电路(404-405)；

所述第一启用电路被配置为响应于在所述第一组连接器触头中的所述至少一个连接器触头上接收到的信号的特征的存在，生成第一启用信号(203)至所述多个开关中的第一开关(202)，并且所述第二启用电路被配置为响应于在所述第二组连接器触头中的所述至少一个连接器触头上接收到的信号的特征的存在，生成第二启用信号(213)至所述多个开关中的第二开关(212)；

当所述第一启用电路和所述第二启用电路中任一个均未生成所述第一启用信号和所述第二启用信号时，所述第一开关和所述第二开关处于断开状态，在该断开状态中在任一组连接器触头和所述电线之间均不进行接触；

所述第一开关被配置为响应于所述第一启用信号而切换到连接状态，在该连接状态中所述第一组连接器触头耦合到所述电线；以及

所述第二开关被配置为响应于所述第二启用信号而切换到连接状态，在该连接状态中所述第二组连接器触头耦合到所述电线。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中在第一触头和第二触头中的所述至少一个触头上所述接收到的信号的所述特征是在所述接收到的信号中存在直流分量。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述第一启用电路和所述第二启用电路中的至少一个包括DC滤波器。

4.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一启用电路和所述第二启用电路中的至少一个包括比较器，所述比较器被配置为将所述接收的信号与参考信号进行比较，并且被配置为当所述接收的信号对应于所述参考信号时生成所述启用信号。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电子设备，其中所述可逆连接器是通用串行总线C型连接器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电子设备，其中所述信号是以太网传输信号。

7.一种用于将设备的电线耦合到所述设备的可逆连接器(200)的方法，以根据用于连接到所述可逆连接器的外部连接器的取向，将所述可逆连接器的第一组连接器触头(200A)或所述可逆连接器的第二组连接器触头(200B)可逆地连接到所述电线，所述方法包括：

对施加到所述第一组连接器触头中的至少一个连接器触头的信号的特征的存在进行第一检测(701a)和对施加到所述第二组连接器触头中的至少一个连接器触头的信号的存在进行第二检测(701b)；

响应于所述第一检测生成(702a)第一启用信号并且响应于所述第二检测生成(702b)第二启用信号；

响应于所述第一启用信号，将第一开关从在所述第一组连接器触头之间不进行接触的断开位置设置(705a)到在所述第一组连接器触头和所述电线之间进行接触的连接位置，并且响应于所述第二启用信号，将第二开关从在所述第二组连接器触头之间不进行接触的断开位置设置(705b)到在所述第二组连接器触头和所述电线之间进行接触的连接位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其中对所述接收到的信号的特征的存在进行所述检测是对所述接收到的信号中直流分量的存在进行检测。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述对所述接收到的信号中所述直流分量的存在进行检测包括从所述接收到的信号中滤除所述直流分量。

10.根据权利要求7所述的方法，其中对所述接收到的信号的特征的存在进行所述检测是基于所述接收到的信号与参考信号的比较。