CN110471521A - 电子单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电子单元，对于在从USB主机允许连接之前需要超过USB2.0规格的电流值的设定的电流值的USB设备，能够抑制动作的稳定性的降低。在具备USB主机及USB设备、在USB主机和USB设备由USB线缆相互连结之后从USB设备向USB主机发送要求允许连接的信号、并基于该信号来判定USB主机是否能够连接的电子单元中，还具备对USB设备进行电力供给的电源，在USB主机和USB设备的至少一方的USB端口的GND电连接有与USB线缆的GND图案不同的其他GND图案即追加GND图案，追加GND图案的面积为2000mm2以上。

Description

电子单元
技术领域
本发明涉及电子单元。
背景技术
公知有具备带GND(地线)的USB线缆及经由分别具有的USB端口而能够相互连接的USB主机和USB设备的电子单元。日本特开2004-086359号公报公开有USB主机为PC、USB设备为终端的结构。
根据USB2.0规格，将从USB主机向USB设备供给的电流值设定为从USB主机允许连接之前比允许连接之后低。即，在USB2.0规格中，从USB主机向USB设备供给的电流值能够在允许连接之后变大至500mA，但在允许连接之前被限制为100mA。
然而，也存在如下的USB设备：不以USB2.0规格作为前提，而例如以在从USB主机允许连接之前从USB主机对USB设备供给比以上述USB2.0规格设定的电流值(100mA)大的电流值(例如500mA)作为前提而设计。例如，在传感器类设备中，多为物理层使用USB的设备，在从USB主机允许连接之前，要求对USB主机供给超过100mA的电流。在这样的USB设备中，未供给允许连接前所需要的电流，由此存在初始化动作失败而无法进行稳定的起动等动作不稳定的情况。
为了应对这样的问题，在USB设备设置外部电源端子，经由AC适配器等而从外部的电源对USB设备供给电流。然而，即便在从USB主机允许连接之前从外部的电源对该USB设备供给充分的电流，有时该USB设备的动作也不稳定。
发明内容
本发明是鉴于以上的背景而完成的，目的在于提供一种电子单元，对于在从USB主机允许连接之前需要超过USB2.0规格的电流值的设定的电流值的USB设备，能够抑制动作的稳定性的降低。
本发明是电子单元，具备：带GND的USB线缆；及USB主机和USB设备，经由分别具有的USB端口而能够相互连接，在上述USB主机和上述USB设备经由上述USB端口而由上述USB线缆相互连结之后，从上述USB设备向上述USB主机发送要求允许连接的信号，基于该信号来判定上述USB主机是否能够连接，在上述电子单元中，还具备对上述USB设备进行电力供给的电源，在上述USB主机和上述USB设备的至少一方的上述USB端口的GND电连接有与上述USB线缆的GND图案不同的其他GND图案即追加GND图案，上述追加GND图案的面积为2000mm2以上。
根据实验确认了追加GND图案的面积越增加，则GND间电位差越小。另外，根据实验确认了若追加GND图案的面积为2000mm2以上，则USB设备起动成功率提高至80％左右。因此，在本发明所涉及的电子单元中，对于在从USB主机允许连接之前需要超过USB2.0规格的电流值的设定的电流值的USB设备，能够抑制动作的稳定性的降低。
也可以是，上述追加GND图案的面积为4000mm2以上。根据实验确认了若追加GND图案的面积为4000mm2以上，则能够使USB设备起动成功率几乎为100％。因此，对于在从USB主机允许连接之前需要超过USB2.0规格的电流值的设定的电流值的USB设备，能够更有效地抑制动作的稳定性的降低。
也可以是，上述追加GND图案设置于将上述电源和上述USB设备的GND连接的GND连接路径。
也可以是，上述USB主机和上述USB设备的连结经由中继机构来进行，上述追加GND图案设置于上述中继机构的GND。由于将追加GND图案设置于中继机构的GND，所以在用于从电源对USB设备供给电力的电力供给线缆中，不需要增大长度、增大直径。由此，电力供给线缆变得容易处理。
也可以是，上述电源连接于上述中继机构，经由上述中继机构对上述USB设备进行电力供给。若这样构成，则能够不需要特别地改造USB设备的连接器而利用现有的连接器。由此，USB设备的选择项变多。
根据本发明，对于在从USB主机允许连接之前需要超过USB2.0规格的电流值的设定的电流值的USB设备，能够抑制动作的稳定性的降低。
根据从下面给出的详细描述和附图可更全面地理解本发明的上述和其他目的、特征和优点，上述详细描述和附图仅用于说明而不是用于限制本发明。
附图说明
图1是表示作为本实施方式所涉及的电子单元的机器人装置的结构的一个例子的框图。
图2是针对本实施方式所涉及的机器人装置中的特别是作为USB设备的距离图像传感器和作为USB主机的运算处理部的接线的一个例子而示出的示意图。
图3是表示追加GND图案的面积和GND间电位差的关系的实验结果的坐标图。
图4是表示追加GND图案的面积和USB设备起动成功率的关系的实验结果的坐标图。
图5是表示作为USB设备的距离图像传感器和作为USB主机的运算处理部的接线的变形例1的示意图。
图6是表示作为USB设备的距离图像传感器和作为USB主机的运算处理部的接线的变形例2的示意图。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但权利要求书所涉及的发明不限定于以下的实施方式。另外，实施方式中说明的所有结构不局限于作为用于解决课题的技术方案而必需的。为了说明的明确化，适当地省略及简化以下的记载及附图。在各附图中，对相同的要素标注相同的附图标记，根据需要省略重复说明。
图1是表示作为本实施方式所涉及的电子单元的机器人装置1的结构的一个例子的框图。此处，机器人装置1对来自用户的输入或者来自传感器的输入进行解析而进行信息的提供，或者进行搬运/移动物体等动作。如图1所示，机器人装置1包含运算处理部4、无线LAN适配器5、蓄电池信息数据库9、距离图像传感器12、扬声器14、显示器16、输入装置19、辅助存储部21、马达控制部22及蓄电池35。
机器人装置1经由因特网3、并经由无线LAN适配器5、接口(I/F：Interface)6而将来自操作用终端2的语音信息、文本信息获取至运算处理部4。运算处理部4经由接口11将来自距离图像传感器12等识别类传感器的信息获取至运算处理部4而暂时输入至存储器17，在CPU7中对是否需要识别类传感器的校准进行解析处理。
距离图像传感器12是在高速串行通信中也使用USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)的设备(USB设备)。USB作为用于在电子单元连接外部设备的接口机构而广泛普及。USB设备的驱动电力的获取形式大致分为自供电和总线供电。自供电是指从内置电池、外部的电源(例如工业电源)获取到的驱动电力或者基于该驱动电力的驱动。总线供电是指经由USB线缆从USB主机获取到的驱动电力或者基于该驱动电力的驱动。距离图像传感器12是总线供电类型的USB设备。
此外，在本实施方式中，将处于USB连接中的上游侧的运算处理部4称为“USB主机”，将从USB主机观察处于下游侧的距离图像传感器12等装置称为“USB设备”。
运算处理部4的处理程序储存于辅助存储部21。在运算处理部4中，在CPU7中经由接口20适当地读出该处理程序，将读出的该处理程序向存储器17转送并进行运算处理。在存储器17储存有由该运算处理作成的各种数据及计算结果，上述各种数据及计算结果根据需要来参照。
显示器16是用于经由接口15而显示运算处理部4的输出内容的装置，例如是液晶显示器。扬声器14根据用户的要求经由接口13而获取输入至运算处理部4的语音信号并输出等。
输入装置19由鼠标等指点设备、键盘等数值输入设备及麦克风等语音输入装置构成，经由接口18进行相对于运算处理部4的命令、阈值的设定。
马达控制部22经由各接口(接口24、26、28、30、32)来控制机器人装置1中的各马达(马达25、27、29、31、33)。在马达控制部22中，经由接口10及接口38而从运算处理部4接收指令，将该指令暂时输入存储器34。而且，在CPU23中适当地读出储存于未图示的辅助存储部的该指令的处理程序，向存储器34转送并处理该指令。在存储器34存储有马达控制所需要的各种数据及计算结果，根据需要来参照。
蓄电池35对运算处理部4及马达控制部22供给电力。蓄电池35例如采用锂离子蓄电池等高容量并且高电压的二次电池系统。在蓄电池35设置有对其电压、电流、温度、环境温度进行计测的传感器。此外，蓄电池35在余量解析处理中伴随有各种信号处理，但在图1中省略。在蓄电池信息数据库9储存有与蓄电池35相关的信息例如、电压、电流、温度、充电次数等数值数据。蓄电池信息数据库9和运算处理部4经由接口8进行上述数值数据的交换。
如上述那样，在机器人装置1中，经由输入装置19而通过语音信号来进行来自用户的输入。用于解析语音信号的运算处理部4能够比较简单地构成，能够以低成本实现。此外，机器人装置1的结构不限定于图1所示的结构，显示器16、扬声器14等的影像/语音输出部也可以是装置内置方式和外附方式的任一个方式。
作为USB设备的距离图像传感器12和作为USB主机的运算处理部4经由各自具有的USB端口而能够通过带GND的USB线缆相互连接。在USB主机和USB设备的至少一方的USB端口的GND电连接有与USB线缆的GND图案不同的其他GND图案即追加GND图案。在距离图像传感器12和运算处理部4通过USB线缆而相互连结之后，从距离图像传感器12向运算处理部4发送要求允许连接的信号，基于该信号判定运算处理部4是否能够连接。
图2是针对本实施方式所涉及的机器人装置1中的特别是作为USB设备的距离图像传感器12和作为USB主机的运算处理部4的接线的一个例子而示出的示意图。如图2所示，通过USB线缆40，将距离图像传感器12的接口即USB端口36和运算处理部4的接口即USB端口11连接。USB线缆40包含D+线、D-线、GND线、VBus线。在USB线缆40的GND线、VBus线分别连接有电源37的电力供给线缆41的GND线、VBus线。此外，从电源37向距离图像传感器12供给的电压V0优选为比5.23V大，且优选为5.25V以下。
在机器人装置1中，若开始距离图像传感器12的通电，则始终由电源37供给足够距离图像传感器12起动的电流。由此，即便是在从USB主机允许连接之前需要超过USB2.0规格的电流值的设定(100mA)的电流值的USB设备(此处距离图像传感器12)，也不产生因电流不足引起的起动的不稳定。
追加GND图案38设置于将电源37和作为USB设备的距离图像传感器12的GND连接的GND连接路径。追加GND图案38也可以通过GND线的追加而构成，也可以通过设置GND图案的平面而构成。追加GND图案38的面积成为2000mm2以上。更优选追加GND图案的面积成为4000mm2以上。在通过GND线的追加构成追加GND图案38的情况下，若将电源37与距离图像传感器12之间的距离设为L[mm]，将GND线的直径设为d[mm]，则追加GND图案38的面积S[mm2]能够通过S＝πdL来计算。例如，若电源37与距离图像传感器12之间的距离L为2500mm，则用于使追加GND图案38的面积成为2000mm2的GND线的直径约为0.25mm，用于使追加GND图案38的面积成为4000mm2的GND线的直径约为0.51mm。
接下来，对在作为USB主机的运算处理部4和作为USB设备的距离图像传感器12的至少一方的USB端口(USB端口11或者USB端口36)的GND电连接追加GND图案38的效果进行说明。
在USB2.0规格中，将一种规格的GND间电位差(VGNDD：GND Voltage drop)规定为最大125mV。此处，GND间电位差是指USB主机侧的GND与处于由USB线缆连接的前端的USB设备侧的GND之间的电位差。根据本发明人的深入研究可知，该GND间电位差相对于125mV越大，则噪声越增大而使USB设备的起动越不稳定。
另外，在USB2.0规格中，将一种规格的VHSCM(High-speed data signaling commonmode voltage range：高速数据信号共模电压范围)规定为最小值-50mV、最大值500mV。根据本发明人的深入研究可知，GND间电位差相对于125mV越大，则VHSCM越难以进入到规定的范围。若VHSCM未进入到规定的范围，则USB设备的起动依然不稳定。
本发明人通过实验确认追加GND图案38的面积和GND间电位差的关系。图3是表示追加GND图案38的面积和GND间电位差的关系的实验结果的坐标图。在坐标图中，纵轴是GND间电位差，横轴是追加GND图案38的面积。如图3所示，确认了追加GND图案38的面积越增加，则GND间电位差越小。
本发明人还通过实验确认了追加GND图案38的面积和USB设备起动成功率的关系。图4是表示追加GND图案38的面积和USB设备起动成功率的关系的实验结果的坐标图。在坐标图中，纵轴是USB设备起动成功率，横轴是追加GND图案38的面积。此处，USB设备起动成功率是指接通机器人的电源300次时作为USB设备的距离图像传感器12能够正常动作的次数的比例。如图4所示，确认了若追加GND图案38的面积为2000mm2，则USB设备起动成功率提高至80％左右。另外，确认了若追加GND图案38的面积为4000mm2以上，则USB设备起动成功率为100％(即，距离图像传感器12的起动一次也没失败)。
根据图3及图4所示的实验结果，认为在作为本实施方式所涉及的电子单元的机器人装置1中，若追加GND图案38的面积为2000mm2以上，则能够使USB设备起动成功率提高至80％左右。另外，认为若追加GND图案38的面积为4000mm2以上，则能够使USB设备起动成功率几乎为100％。
根据以上内容，作为本实施方式所涉及的电子单元的机器人装置1具备对作为USB设备的距离图像传感器12进行电力供给的电源37。另外，在作为USB主机的运算处理部4和作为USB设备的距离图像传感器12的至少一方的USB端口(USB端口11或者USB端口36)的GND电连接有与USB线缆40的GND图案不同的其他GND图案即追加GND图案38。追加GND图案38的面积为2000mm2以上。根据实验确认了追加GND图案38的面积越增加则GND间电位差越小。另外，若追加GND图案38的面积为2000mm2以上，则根据实验确认了USB设备起动成功率提高至80％左右。因此，在本实施方式所涉及的电子单元中，对于在从USB主机允许连接之前需要超过USB2.0规格的电流值的设定的电流值的USB设备，能够抑制动作的稳定性的降低。另外，在经由可动部分布设USB线缆的机器人装置中，在未顺利地进行USB设备的起动的情况下通过USB线缆的拔插来对应较为困难。在作为本实施方式所涉及的电子单元的机器人装置1中，能够抑制动作的稳定性的降低，因此不需要进行USB线缆的拔插。由此，能够减少维护、维修/修理的频率。
[变形例1]
图5是表示作为USB设备的距离图像传感器12和作为USB主机的运算处理部4的接线的变形例1的示意图。如图5所示，作为USB主机的运算处理部4和作为USB设备的距离图像传感器12的连结经由中继机构143进行。中继机构143例如是用于在USB主机的一个USB端口安装多个USB设备的USB集线器。
向距离图像传感器12的电力供给专门从电源37经由电力供给线缆141来进行。即，距离图像传感器12的VBus和运算处理部4的VBus未连接，距离图像传感器12的GND和运算处理部4的GND未连接。若这样构成，则能够以不取决于作为USB设备的距离图像传感器12和作为USB主机的运算处理部4的协商的方式从电源37对距离图像传感器12供给Vbus电源。
此外，从电源37向距离图像传感器12供给的电压V0优选为比5.23V大，且优选为5.25V以下。另外，追加GND图案38在中继机构143的GND作为GND图案的平面而设置。即，追加GND图案38例如在中继机构143的电路基板的一部分作为GND图案的平面而设置。追加GND图案38的面积为2000mm2以上。更优选追加GND图案的面积为4000mm2以上。追加GND图案38在中继机构143的GND作为GND图案的平面而设置，从而在电力供给线缆141中不需要增大长度、增大直径。由此，电力供给线缆141变得容易处理。
[变形例2]
图6是表示作为USB设备的距离图像传感器12和作为USB主机的运算处理部4的接线的变形例2的示意图。如图6所示，作为USB主机的运算处理部4和作为USB设备的距离图像传感器12的连结经由中继机构243进行。中继机构243例如是用于在USB主机的一个USB端口安装多个USB设备的USB集线器。
电源37经由电力供给线缆241而连接于中继机构243，经由中继机构243对作为USB设备的距离图像传感器12进行电力供给。若这样构成，则能够不需要特别地改造USB设备的连接器而利用现有的连接器。由此，USB设备的选择项变多。此外，从电源37向中继机构243供给的电压V1能够使用12V或者5.25V。从中继机构243向距离图像传感器12供给的电压V0优选为比5.23V大，且优选为5.25V以下。另外，追加GND图案38在中继机构243的GND作为GND图案的平面而设置。即，追加GND图案38例如在中继机构243的电路基板的一部分作为GND图案的平面而设置。使追加GND图案38的面积成为2000mm2以上。更优选使追加GND图案38的面积为4000mm2以上。
根据如此描述的公开内容，显而易见的是本公开的实施例可以以多种方式变化。这些变化不应被视为脱离本公开的精神和范围，并且对于本领域技术人员来说显而易见的是所有这些修改都包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (5)

1.一种电子单元，具备：带地线的USB线缆；及USB主机和USB设备，能够经由各自具有的USB端口而相互连接，
在所述USB主机和所述USB设备经由所述USB端口而由所述USB线缆相互连结之后，从所述USB设备向所述USB主机发送要求允许连接的信号，基于该信号来判定所述USB主机是否能够连接，其中，
所述电子单元还具备对所述USB设备进行电力供给的电源，
在所述USB主机和所述USB设备的至少一方的所述USB端口的地线电连接有与所述USB线缆的地线图案不同的其他地线图案即追加地线图案，
所述追加地线图案的面积为2000mm2以上。
2.根据权利要求1所述的电子单元，其中，
所述追加地线图案的面积为4000mm2以上。
3.根据权利要求1或2所述的电子单元，其中，
所述追加地线图案设置于将所述电源和所述USB设备的地线连接的地线连接路径。
4.根据权利要求1或2所述的电子单元，其中，
所述USB主机和所述USB设备的连结经由中继机构来进行，
所述追加地线图案设置于所述中继机构的地线。
5.根据权利要求4所述的电子单元，其中，
所述电源连接于所述中继机构，经由所述中继机构对所述USB设备进行电力供给。
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