CN109861038B - 可自动切换连接模式的usb连接埠及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可自动切换连接模式的USB连接埠及其控制方法。在USB连接埠的连接端口内接入连有移动终端的USB快充线或普通USB数据线,该连接端口包括电源端子、数据负端子和数据正端子;当该数据负端子或该数据正端子的电压有变化时,将该数据负端子及该数据正端子由空接状态切换到数据传输状态,并通过该电源端子向该移动终端提供第一充电电流;当该数据负端子和该数据正端子的电压无变化时,将该数据负端子及该数据正端子维持在该空接状态,并通过该电源端子向该移动终端提供第二充电电流。本发明能够自动分辨当前接入连接端口的连接线类型,并自动将USB连接埠内的连接模式作转换,给使用者更大的便利度和自由度。
Description
技术领域
本发明涉及数据传输领域,特别是涉及一种可自动切换连接模式的USB连接埠及其控制方法。
背景技术
USB(通用串行总线)的充电规范以USB应用者论坛(USB-IF)所制定BC(BatteryCharge Spec.)1.2为主,它定义了每个类型充电器的可用电流上限以及充电器的类型。USB的充电类型一共有三种定义:标准下行端口(Standard Downstream Port,SDP)、充电下行端口(Charging Downstream Port,CDP)及专用充电端口(Dedicated Charging Port,DCP)。SDP就是标准的USB接口输出,像计算机或是显示器基座上的USB输出大都支持SDP。以USB 2.0举例,它的充电电流是500毫安,所以不致于充得太快,甚至在被充电装置完全没电时,可以先用100毫安的小电流输出,等到充至0.5到0.7伏特时才改回500毫安。CDP可以提供充电电流到1.5安以上且同时进行数据传输;DCP只能充电不能传输数据但可以提供充电电流到1.5安以上。
市面上存在一种USB AC跳线或称USB快充线的产品,其主要是将USB数据线内的D-与D+短路相接,大多应用在USB变压器充电座上,这类USB插座无法传输数据。而且,使用USBAC跳线进行快充,使用者往往没有考虑到是否会导致充电器或USB接口抽电流过大造成故障,或是直接被限流芯片保护也无法抽载较大的电流。
目前,显示器上通常会内建USB接口集线器功能,以方便用户通过USB接口与主机装置传输数据资料,或藉由显示器本身的供电对移动终端进行充电,常见的移动终端有手机、平板电脑、移动电源、数码相机等。常见的中低阶显示器的USB接口一般会提供标准下行端口(SDP)来实现USB传输功能以及充电电源功能,其中USB 2.0协议的最大可配置电流为0.5A,USB 3.0协议的最大可配置电流为0.9A。较高阶的显示器可能还带有一个充电下行端口(CDP)用以高速充电,其可以同时传输数据与进行高达1.5A的充电。
现代人3C产品越来越多,可以预期越来越多种不同的3C产品需要做充电,而且也有可能需要与个人计算机做数据传输。一般消费者为了解决高速充电需求往往会多买USB专用充电插座(常见1A以上),而显示器本身带的USB接口集线器却由于无法任意择一成为高速充电排不上用场,从而增加工作桌面凌乱的可能性与管理复杂度。
若当使用USB AC跳线产品连接USB接口集线器时可以取得高于标准USB接口的电流量,而当使用普通数据线连接显示器的USB接口集线器时又可以作数据传输而且对应给予USB接口电流量,如此让使用者使用时更为便利,而且可以让集线器设计的电源管理更为有弹性。以手机为例,即使手机内的信息显示为AC充电模式(充电电流可达1.5A以上),但事实上显示器上的USB接口集线器芯片仍是给予低电流量(如USB 2.0的500mA、USB 3.0的900mA),手机还是无法得到BC 1.2规范中DCP定义的1.5A,即使使用AC跳线的情况,显示器还是只能提供低电流量,因此,需要解决兼容AC跳线与普通数据线下的自动侦测后提供高电流量的使用情境问题,为用户在使用显示器上的USB接口集线器时带来便利。
发明内容
针对上述技术问题,本发明的目的之一在于提供一种可自动切换连接模式的USB连接埠。USB连接埠包括用以连接USB快充线或普通USB数据线的连接端口和用以控制数据传输的主控单元,连接端口包括电源端子、数据负端子和数据正端子。USB连接埠还包括切换单元、控制单元和限流单元;切换单元电性连接于数据负端子和数据正端子,切换单元可选择性地通过第一路径空接或通过第二路径电性连接于主控单元;控制单元电性连接于数据负端子和数据正端子,控制单元通过第三路径电性连接于主控单元,控制单元电性连接于切换单元;限流单元包括用以提供第一充电电流的第一限流部和用以提供第二充电电流的第二限流部,第一限流部和第二限流部电性连接于电源端子,第一限流部和第二限流部分别电性连接于控制单元;其中,当连接端口内接入连有移动终端的连接线时,控制单元根据在预设时段内是否接收到数据负端子和数据正端子传来的电压变化内容判断连接线是普通USB数据线或USB快充线,切换单元根据控制单元的判断结果由第一路径切换到第二路径或是维持在第一路径,限流单元根据控制单元的判断结果使第一限流部向移动终端提供第一充电电流或使第二限流部向移动终端提供第二充电电流。
较佳地,当控制单元在预设时段内接收到数据负端子或数据正端子传来的电压有变化时,控制单元判断连接端口内接入的是普通USB数据线,切换单元由第一路径切换到第二路径,控制单元使第二限流部禁用且使第一限流部向电源端子输出第一充电电流。进一步地,当控制单元判断连接端口内接入的是普通USB数据线时,控制单元先通过第三路径传递类热插拔信号至主控单元,再在响应时段内控制切换单元由第一路径切换到第二路径,主控单元通过第二路径与数据负端子及数据正端子建立数据传输通道。
较佳地,当控制单元在预设时段内接收到数据负端子和数据正端子传来的电压无变化时,控制单元判断连接端口内接入的是USB快充线,切换单元维持在第一路径,控制单元使第一限流部禁用且使第二限流部向电源端子输出第二充电电流。进一步地,当控制单元在预设时段内接收到数据负端子和数据正端子传来的电压无变化时,控制单元自行将对应于数据负端子和数据正端子其中之一线路上的电压拉高,若对应于数据负端子和数据正端子其中之另一线路上的电压也随之变高,控制单元判断连接端口内接入的是USB快充线。
较佳地,第二充电电流的最大电流值大于第一充电电流的最大电流值。进一步地,第二充电电流的最大电流值不小于1.5安培,第一充电电流的最大电流值不大于0.9安培。
较佳地,连接端口具有多个,每个连接端口对应有一个切换单元和一个限流单元,每个连接端口的数据负端子和数据正端子分别电性连接于公用的控制单元,每个切换单元分别电性连接于公用的控制单元和公用的主控单元,每个限流单元分别电性连接于每个连接端口的电源端子和公用的控制单元。
本发明的目的之一还在于提供一种USB连接埠的控制方法,包括以下步骤:在USB连接埠的连接端口内接入连有移动终端的USB快充线或普通USB数据线,该连接端口包括电源端子、数据负端子和数据正端子;侦测在预设时段内该数据负端子和该数据正端子的电压是否变化;当该数据负端子或该数据正端子的电压有变化时,将该数据负端子及该数据正端子由空接状态切换到数据传输状态,并通过该电源端子向该移动终端提供第一充电电流;当该数据负端子和该数据正端子的电压无变化时,将该数据负端子及该数据正端子维持在该空接状态,并通过该电源端子向该移动终端提供第二充电电流。
较佳地,当在该预设时段内该数据负端子或该数据正端子的电压有变化时,先传递类热插拔信号至该USB连接埠的主控单元,再在响应时段内将该数据负端子及该数据正端子由空接状态切换到数据传输状态,以使该主控单元与该数据负端子及该数据正端子建立数据传输通道。
较佳地,当在该预设时段内该数据负端子和该数据正端子的电压无变化时,自行将对应于该数据负端子和该数据正端子其中之一线路上的电压拉高,若对应于该数据负端子和该数据正端子其中之另一线路上的电压也随之变高,判断该连接端口内接入的是USB快充线,将该数据负端子及该数据正端子维持在该空接状态,并向该电源端子提供该第二充电电流,其中该第二充电电流的最大电流值大于该第一充电电流的最大电流值。
与现有技术相比,本发明的可自动切换连接模式的USB连接埠及其控制方法,能够自动分辨当前接入连接端口的是USB快充线(也可称为AC充电线)或普通USB数据线,并自动将USB连接埠内的相应功能模式作转换,从而给使用者更大的便利度和自由度。
附图说明
图1为本发明一实施例的可自动切换连接模式的USB连接埠的系统框图。
图2为本发明另一实施例的可自动切换连接模式的USB连接埠的系统框图。
图3为本发明一实施例的USB连接埠的控制方法的流程图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解,兹配合实施例详细说明如下。
请参见图1,图1为本发明一实施例的可自动切换连接模式的USB连接埠的系统框图。本发明的可自动切换连接模式的USB连接埠100包括用以连接USB快充线或普通USB数据线的连接端口1和用以控制数据传输的主控单元2,该连接端口1包括电源端子(Vbus)11、数据负端子(D-)12和数据正端子(D+)13。一般来说,连接端口1还可包括接地端子或其它功能性端子。USB连接埠100还包括切换单元3、控制单元4和限流单元5。需要说明的是,本发明所称的USB连接埠适用于USB2.0、USB3.0等传输协议。
切换单元3的输入端电性连接于数据负端子12和数据正端子13,切换单元3的输出端可选择性地通过第一路径31空接或通过第二路径32电性连接于主控单元2。
控制单元4的输入端电性连接于数据负端子12和数据正端子13,控制单元4的输出端通过第三路径41电性连接于主控单元2,控制单元2的控制端电性连接于切换单元3的使能端。
限流单元5包括用以提供第一充电电流I1的第一限流部51和用以提供第二充电电流I2的第二限流部52,第一限流部51的输出端和第二限流部52的输出端电性连接于电源端子11,第一限流部51的使能端和第二限流部52的使能端分别电性连接于控制单元4的控制端。优选地,第一限流部51的输入端和第二限流部52的输入端分别连接电压源,用以提供5V、9V、12V或20V的充电电压。
其中,当连接端口1内接入连有移动终端的连接线时,控制单元4根据在预设时段(如350毫秒)内是否接收到数据负端子12和数据正端子13传来的电压变化内容判断该连接线是普通USB数据线或USB快充线,切换单元3根据控制单元4的判断结果由第一路径31切换到第二路径32或是维持在第一路径31,限流单元5根据控制单元4的判断结果使第一限流部51向该移动终端提供第一充电电流I1或使第二限流部52向该移动终端提供第二充电电流I2。
在一实施例中,当控制单元4在该预设时段内接收到数据负端子12或数据正端子13传来的电压有变化时,控制单元4判断连接端口1内接入的是普通USB数据线,切换单元3由第一路径31切换到第二路径32,控制单元4使第二限流部52禁用且使第一限流部51向电源端子11输出第一充电电流I1。
优选地,当控制单元4判断连接端口1内接入的是普通USB数据线时,控制单元4先通过第三路径41传递类热插拔信号至主控单元2,再在响应时段(如300毫秒)内控制切换单元3由第一路径31切换到第二路径32,主控单元2通过第二路径32与数据负端子12及数据正端子13建立数据传输通道。举例来说,当移动终端接上连接端口1时,先拉对应于数据正端子13线路的电压为高电平(如0.6V),此时切换单元3预设在第一路径31,移动终端与主控单元2并不连接,控制单元4先在第三路径41重复一次移动终端接入的动作以产生一接入讯号,类似执行一次热插拔,再将切换单元3切换到第二路径32;如此让主控单元2可以针对这个接入讯号做响应并完成握手协议,最后将数据传输通道建立起来;并且将电源端子11切换到利用第一限流部51传输电量。
在一实施例中,当控制单元4在该预设时段内接收到数据负端子12和数据正端子13传来的电压无变化时,控制单元4判断连接端口1内接入的是USB快充线,切换单元3维持在第一路径31,控制单元4使第一限流部51禁用且使第二限流部52向电源端子11输出第二充电电流I2。此方式等同于已经将DCP的高电流量提供给移动终端(portable device),类似SDP状态转成DCP,但因为并无连接到主控单元2,也没有将主控单元2上对应连接端口1作状态变更,而若转变状态则会花费设定主控单元2的时间。
优选地,当控制单元4在该预设时段内接收到数据负端子12和数据正端子13传来的电压无变化时,控制单元4自行将对应于数据负端子12和数据正端子13其中之一线路上的电压拉高,若对应于数据负端子12和数据正端子13其中之另一线路上的电压也随之变高,控制单元4判断连接端口1内接入的是USB快充线。
在上述实施例中,优选地,第二充电电流I2的最大电流值大于第一充电电流I1的最大电流值。在实际应用中,第二充电电流I2的最大电流值不小于1.5安培,如1.5A、2A、5A等;第一充电电流I1的最大电流值不大于0.9安培,如0.9A、0.5A、0.2A等。
请结合参见图2,图2为本发明另一实施例的可自动切换连接模式的USB连接埠的系统框图。与上述实施例的差异主要在于,在该实施例的USB连接埠中,连接端口1具有多个,图2中示意了两个连接端口,但也可以是三个及以上,本发明并不以此为限;每个连接端口1对应有一个切换单元3和一个限流单元5,每个连接端口1的数据负端子12和数据正端子13分别电性连接于公用的控制单元4,每个切换单元3分别电性连接于公用的控制单元4和公用的主控单元2,每个限流单元5分别电性连接于每个连接端口1的电源端子11和公用的控制单元4。其中,当连接端口1内接入连有移动终端的连接线时,控制单元4根据在预设时段(如350毫秒)内是否接收到数据负端子12和数据正端子13传来的电压变化内容判断连接线是普通USB数据线或USB快充线。
如图2所示,当控制单元4在该预设时段内接收到数据负端子12和数据正端子13传来的电压无变化时,控制单元4判断连接端口1内接入的是USB快充线201,通过切换单元3将数据负端子12及数据正端子13维持在对应于第一路径31的空接状态,并将限流单元5切换到第二限流单元52,以通过电源端子11向移动终端200提供第二充电电流I2。当控制单元4在该预设时段内接收到数据负端子12或数据正端子13传来的电压有变化时,控制单元4判断连接端口1内接入的是普通USB数据线301,通过切换单元3将数据负端子12及数据正端子13由对应于第一路径31的空接状态切换到对应于第二路径32的数据传输状态,并将限流单元5切换到第一限流单元51,以通过电源端子11向移动终端300提供第一充电电流I1。
请参见图3,图3为本发明一实施例的USB连接埠的控制方法的流程图。本发明的一种USB连接埠的控制方法包括以下步骤。
S1,在USB连接埠的连接端口内接入连有移动终端的USB快充线或普通USB数据线,该连接端口包括电源端子、数据负端子和数据正端子。举例来说,USB连接埠上的连接端口可预设为SDP模式。
S2,侦测在预设时段内该数据负端子和该数据正端子的电压是否变化。
S3,当该数据负端子或该数据正端子的电压有变化时,将该数据负端子及该数据正端子由空接状态切换到数据传输状态,并通过该电源端子向该移动终端提供第一充电电流。优选地,当在该预设时段内该数据负端子或该数据正端子的电压有变化时,先传递类热插拔信号至该USB连接埠的主控单元,再在响应时段内将该数据负端子及该数据正端子由空接状态切换到数据传输状态,以使该主控单元与该数据负端子及该数据正端子建立数据传输通道。
S4,当该数据负端子和该数据正端子的电压无变化时,将该数据负端子及该数据正端子维持在该空接状态,并通过该电源端子向该移动终端提供第二充电电流。优选地,当在该预设时段内该数据负端子和该数据正端子的电压无变化时,自行将对应于该数据负端子和该数据正端子其中之一线路上的电压拉高,若对应于该数据负端子和该数据正端子其中之另一线路上的电压也随之变高,判断该连接端口内接入的是USB快充线,将该数据负端子及该数据正端子维持在该空接状态,并向该电源端子提供该第二充电电流,其中该第二充电电流的最大电流值大于该第一充电电流的最大电流值。
本发明上述的USB连接埠的控制方法中,与本发明的USB连接埠各实施例中相同的技术细节,不在此赘述。
本发明的可自动切换连接模式的USB连接埠及其控制方法,能够自动分辨当前接入连接端口的是USB快充线(也可称为AC充电线)或普通USB数据线,并自动将USB连接埠内的相应功能模式作转换,从而给使用者更大的便利度和自由度。本发明的USB连接埠适用于显示器、电视机、投影仪等电子产品。
本发明已由上述相关实施例加以描述,然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是,已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地,在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰,均属本发明的专利保护范围。
Claims (11)
1.一种可自动切换连接模式的USB连接埠,包括用以连接USB快充线或普通USB数据线的连接端口和用以控制数据传输的主控单元,该连接端口包括电源端子、数据负端子和数据正端子;其特征在于,该USB连接埠还包括切换单元、控制单元和限流单元;
该切换单元电性连接于该数据负端子和该数据正端子,该切换单元可选择性地通过第一路径空接或通过第二路径电性连接于该主控单元;
该控制单元电性连接于该数据负端子和该数据正端子,该控制单元通过第三路径电性连接于该主控单元,该控制单元电性连接于该切换单元;
该限流单元包括用以提供第一充电电流的第一限流部和用以提供第二充电电流的第二限流部,该第一限流部和该第二限流部电性连接于该电源端子,该第一限流部和该第二限流部分别电性连接于该控制单元;
其中,当该连接端口内接入连有移动终端的连接线时,该控制单元根据在预设时段内是否接收到该数据负端子和该数据正端子传来的电压变化内容判断该连接线是普通USB数据线或是USB快充线,该切换单元根据该控制单元的判断结果由该第一路径切换到该第二路径或是维持在该第一路径,该限流单元根据该控制单元的判断结果使该第一限流部向该移动终端提供该第一充电电流或使该第二限流部向该移动终端提供该第二充电电流。
2.如权利要求1所述的USB连接埠,其特征在于,当该控制单元在该预设时段内接收到该数据负端子或该数据正端子传来的电压有变化时,该控制单元判断该连接端口内接入的是普通USB数据线,该切换单元由该第一路径切换到该第二路径,该控制单元使该第二限流部禁用且使该第一限流部向该电源端子输出该第一充电电流。
3.如权利要求2所述的USB连接埠,其特征在于,当该控制单元判断该连接端口内接入的是普通USB数据线时,该控制单元先通过该第三路径传递类热插拔信号至该主控单元,再在响应时段内控制该切换单元由该第一路径切换到该第二路径,该主控单元通过该第二路径与该数据负端子及该数据正端子建立数据传输通道。
4.如权利要求1所述的USB连接埠,其特征在于,当该控制单元在该预设时段内接收到该数据负端子和该数据正端子传来的电压无变化时,该控制单元判断该连接端口内接入的是USB快充线,该切换单元维持在该第一路径,该控制单元使该第一限流部禁用且使该第二限流部向该电源端子输出该第二充电电流。
5.如权利要求4所述的USB连接埠,其特征在于,当该控制单元在该预设时段内接收到该数据负端子和该数据正端子传来的电压无变化时,该控制单元自行将对应于该数据负端子和该数据正端子其中之一线路上的电压拉高,若对应于该数据负端子和该数据正端子其中之另一线路上的电压也随之变高,该控制单元判断该连接端口内接入的是USB快充线。
6.如权利要求1所述的USB连接埠,其特征在于,该第二充电电流的最大电流值大于该第一充电电流的最大电流值。
7.如权利要求6所述的USB连接埠,其特征在于,该第二充电电流的最大电流值不小于1.5安培,该第一充电电流的最大电流值不大于0.9安培。
8.如权利要求1所述的USB连接埠,其特征在于,该连接端口具有多个,每个连接端口对应有一个该切换单元和一个该限流单元,每个连接端口的数据负端子和数据正端子分别电性连接于公用的该控制单元,每个切换单元分别电性连接于公用的该控制单元和公用的该主控单元,每个限流单元分别电性连接于每个连接端口的电源端子和公用的该控制单元。
9.一种USB连接埠的控制方法,其特征在于包括:
在USB连接埠的连接端口内接入连有移动终端的USB快充线或普通USB数据线,该连接端口包括电源端子、数据负端子和数据正端子;
侦测在预设时段内该数据负端子和该数据正端子的电压是否变化;
当该数据负端子或该数据正端子的电压有变化时,将该数据负端子及该数据正端子由空接状态切换到数据传输状态,并通过该电源端子向该移动终端提供第一充电电流;
当该数据负端子和该数据正端子的电压无变化时,将该数据负端子及该数据正端子维持在该空接状态,并通过该电源端子向该移动终端提供第二充电电流。
10.如权利要求9所述的USB连接埠的控制方法,其特征在于,当在该预设时段内该数据负端子或该数据正端子的电压有变化时,先传递类热插拔信号至该USB连接埠的主控单元,再在响应时段内将该数据负端子及该数据正端子由空接状态切换到数据传输状态,以使该主控单元与该数据负端子及该数据正端子建立数据传输通道。
11.如权利要求9所述的USB连接埠的控制方法,其特征在于,当在该预设时段内该数据负端子和该数据正端子的电压无变化时,自行将对应于该数据负端子和该数据正端子其中之一线路上的电压拉高,若对应于该数据负端子和该数据正端子其中之另一线路上的电压也随之变高,判断该连接端口内接入的是USB快充线,将该数据负端子及该数据正端子维持在该空接状态,并向该电源端子提供该第二充电电流,其中该第二充电电流的最大电流值大于该第一充电电流的最大电流值。
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