CN1106017C - 改进的主机连接接口 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卡式外部设备和主机，例如PC，之间的一种接口，在主机向此外部设备提供操作电源电压之前此接口确定用于操作此外部设备的操作电源电压。其中主机首先接收此外部设备中存储的指定操作此外部设备所需的操作电压的信息。然后生成合适的操作电源电压并将其提供给外部设备。此接口能够防止因主机提供不正确的操作电压而造成的外设损坏。

Description

改进的主机连接接口

本发明一般涉及一种连接到主机的外部设备，尤其涉及一种改进的外设到主机的连接和接口方法。

近来，卡式扩展设备(如PC卡)已被用于将外设连接到主机，例如一微型计算机，以便扩展主机的功能。卡式扩展设备包括为主机提供存储功能的内存卡，为主机提供接口电路功能的通信卡。这种卡式扩展设备通常由一个信用卡大小的面板及其上的功能电路构成。

主机具有一个用于安装此卡式接口设备的卡片槽。当卡式扩展设备的连接器连接到主机的卡片槽时，卡式扩展设备将通过连接器从主机获得驱动电源，并与主机进行通信以提供预定的功能。

在某些情况下，虽然连接器在形状上是匹配的，但扩展设备和主机在某些物理规格，例如电源电压上是不匹配的。例如，某卡式扩展设备要求提供3伏电源电压，它就不能用在为连接设备提供5伏电源电压的主机中。考虑到这一点，用户必须首先查看主机的规格说明，然后选择使用适于此主机的卡式扩展设备。

因此，本发明的一个目的就是提供一种改进的主机和卡设备连接，使得用户无须检查电源电压兼容性。

简单地讲，本发明提供一种读取可连接到主机的卡设备中存储的信息的方法。此卡设备从主机获取操作电源电压。此方法包括步骤：将卡设备连接到主机；卡设备根据其上存储的卡信息生成一电压信号；在主机向卡设备提供操作电源电压之前，主机从此电压信号中获取卡信息。

本发明提供一种卡设备，它从主机接收操作电源电压。此卡设备包括：卡主电路，当卡设备连接到主机并从主机接收到操作电源电压后，卡主电路为主机提供预定功能；卡信息保持电路，它存储预定的卡信息，在卡设备连接到主机之后、卡设备从主机接收电源电压之前，卡信息保持电路根据预定的卡信息生成一模拟信号。

本发明提供一种主机，当具有某预定功能的卡设备连接到主机并从主机接收操作电源电压之后，此主机从卡设备获取预定的功能。卡设备上存储了规格说明信息，卡设备连接到主机之后卡设备将根据此规格说明信息生成一个模拟信号。主机包括有一个卡信息读取电路，在主机向卡设备提供操作电源电压之前，卡信息读取电路接收卡设备发出的模拟信号并根据此模拟信号确定卡设备的规格说明信息。

本发明提供一种可连接卡设备和主机的驱动部件。卡设备存储卡信息，并且在连接到驱动部件之后根据此信息生成第一信号。卡设备从驱动部件和主机其中一个接收操作电源电压。驱动部件包括有卡信息读取电路，在卡设备从主机接收操作电源电压之前，此卡信息读取电路接收卡设备发出的第一信号，它根据此信号确定卡信息并将此卡信息提供给主机。

本发明提供一种卡式外部设备到主机的接口方法。此方法包括步骤：将外部设备连接到主机的连接器；主机读取存储在此外部设备上的信息；主机根据从此外部设备读取出的信息生成一个操作电压；主机将生成的操作电压提供给外部设备，以便外部设备执行预期的功能。

本发明提供一种可连接到主机并从主机接收操作电源电压的卡设备。此卡设备包括：一个卡主电路，当主机提供操作电源电压之后执行预定的功能；一个用于存储卡设备规格说明信息的卡信息保持电路，其中卡设备连接到主机之后、卡设备从主机接收操作电源电压之前，卡信息保持电路根据卡设备规格说明信息生成一个模拟电压信号。

结合阐述本发明主要原理的附图和实施例，本发明的其它特征和优点将更加清楚。

通过以下推荐实施例及附图的详细描述，本发明以及其目的和优点会得到更好的理解。其中：

图1是根据本发明的一个实施例的一个主机和一个卡式扩展设备的示意框图；

图2是显示图1所示的主机的卡信息读取单元和卡式扩展设备的卡信息保持单元的示意框图；

图3是图2中卡信息读取单元中的一个卡检测器的示意电路图；

图4是演示图3中卡检测器的操作的波形表；

图5是根据本发明的一个实施例的一个卡检测过程的流程表；

图6是显示根据本发明的另一个实施例的一个卡信息读取单元和一个卡信息保持单元的示意框图；和

图7A至7F是根据本发明的卡信息保持单元的其它实例的电路图。

图1给出了一个主机11，例如一个个人计算机(PC)，和一个卡式扩展设备21的示意框图。主机11具有一个卡插槽12，卡插槽12具有用来接受卡式扩展设备21的主机连接器13。卡式扩展设备21具有一个可连接到主机连接器13的卡连接器22。

主机11包括一个主机主电路14、一个卡控制单元15和一个卡信息读取单元16。卡式扩展设备21包括一个卡主电路23和一个卡信息保持单元24。

主机主电路14包括多种电路(未显示)，例如CPU、存储器和接口电路，它用来提供主机11的主要功能。主机主电路14包括一个卡控制器(未显示)，它用来通过连接器13和22与卡式扩展设备21的卡主电路23交换数据。

连接到连接器22的卡主电路23为主机主电路14提供预置的功能(例如，RAM、ROM或类似的存储器功能，或者是扩展设备21与一外部部件25的接口功能)。

卡信息保持单元24存储为不同相关卡式扩展设备预置的卡信息。卡信息包括卡主电路23的功能和卡主电路23的操作电源电压的物理规格说明。卡信息保持单元24被连接到连接器22，当卡式扩展设备21连接到主机11时卡信息保持单元24将向连接器22发送一个代表卡信息的模拟信号Vi

卡信息读取单元16检测卡式扩展设备21是否安装，当卡式扩展设备21插入到卡插槽12并连接到主机11时，卡信息读取单元16读取卡信息保持单元24中保持的卡信息。卡信息读取单元16在通过模拟信号Vi传送的卡信息基础上识别卡式扩展设备21的功能和物理规格说明。在识别其功能和物理规格说明的基础上，卡信息读取单元16将指令信号S2发送给卡控制单元15。卡控制单元15输出一个卡控制信号给扩展设备21，用于控制卡主电路23响应指令信号S2。

卡主电路23通过连接器13和22接收到卡控制单元15的卡控制信号后被使能。也就是说，主机11确定卡式扩展设备21的功能和物理规格说明，并且输出用于操作特定的连接到主机11的卡式扩展设备21的卡控制信号。根据本实施例，一个对应于操作电源电压的卡电压Vc从主机11提供给卡式扩展设备21。这将允许用户在主机11中直接安装一个扩展设备21，而不必指定扩展设备21的功能和物理规格说明。也可以不由卡主电路来接收卡控制信号，而由主机主电路14接收此卡控制信号并直接访问卡主电路23。

如图2中所示，主机连接器13和卡连接器具有相同数目(本实施例中为4个)的端子，Ta1至Ta4和Tb1至Tb4。第一对端子Ta1和Tb1用于从主机11向卡式扩展设备21提供一个高位电源电压(主机主电路14的操作电源电压)Vdd。第二对端子Ta2和Tb2用来把卡信息保持单元存储的卡信息(例如数据)提供给卡信息读取单元16。第三对端子Ta3和Tb3用来从主机11向卡式扩展设备21提供卡控制信号。第四对端子Ta4和Tb4用于从主机11向卡式扩展设备21提供一个低位电源电压(在本实施例中是0V或接地GND)。

卡信息保持单元24最好具有一个电阻Rc，其阻值对应卡式扩展设备21的卡信息。电阻Rc的一个端子连接到卡连接器22的第二个端子Tb2，另一个端子接地GND。卡连接器22的第二个端子Tb2通过主机连接器13的第二个端子Ta2连接到卡信息读取单元16。

卡信息读取单元16包括一个AD(模拟-数字)转换器(ADC)31、一个CPU32、一个卡检测器34、一个电阻Rh和一个开关SW1。ADC31的一个输入端子连接到连接器13的第二个端子Ta2。电阻Rh的一个第一端子也连接到连接器13的第二个端子Ta2，另一个第二端子通过开关SW1连接到高位电源Vdd。

当连接器13和22在电气上连接在一起时，CPU32接通(闭合)开关SW1来读取卡信息。然后，电阻Rc和Rh在高位电源Vdd和GND之间被串联起来。因此，高位电源电压和GND之间的电位差按照电阻Rc和Rh的阻值分压，分压施加于第二个端子ta2和电阻Rc的第一个端子上。ADC31接收电阻Rc的电压信号Vi(代表卡信息的模拟信号)，并将其转换为数字信号提供给CPU32。当连接器22和13不再电气连接时，连接器13的第二个端子Ta2上的电压保持在高位电源电压Vdd。

如附图3中所示，卡检测器34包括一个电阻R1、一个开关SW2和一个触发器(FF)电路35。电阻R1和开关SW2在高位电源Vdd和GND之间串联。FF电路35具有一个时钟输入端子CK，被连接到电阻R1和开关SW2之间的一个节点上；一个数据输入端子D；一个输出端子Q，用于输出检测信号S3；一个反向输出端子/Q；和一个复位端子R，用于接受CPU32的复位信号RST。

第二开关SW2，最好具有一个瞬时开关，通常是断开的。当卡式扩展设备21插入或卸下时，SW2将持续地接通或断开。卡式扩展设备21的插入或卸下将产生脉冲信号S4，此信号将提供给FF电路35的时钟输入端子CK。响应脉冲信号S4的下降，FF电路35输出一高(H)电位或低(L)电位的检测信号S3。如附图4所示之例，FF电路35在卡式扩展设备21插入并连接到主机11时输出一高电位的检测信号S3，在卡式扩展设备卸下时输出一低电位的检测信号S3。CPU32(图2)从卡检测器34接收检测信号S3，并且根据检测信号S3的电位高低确定卡式扩展设备是否连接。

CPU32包括一个ROM33，其中事先存储了一个卡检测程序。卡检测程序包含一个检测卡式扩展设备21的插入/卸下的程序和一个读取卡信息的程序。CPU32从高位电源Vdd获取电源，执行适当的程序将指令信号S2提供给卡控制单元15。

卡控制单元15最好具有一个卡电压生成器，本实施例中卡电压生成器用来为操作卡主电路23而生成一个驱动电压Vc。卡控制单元15可以由一个生成卡控制信号的电路构成，也可以由一个卡电压生成器和一个卡控制信号生成器构成。卡控制单元15生成一个卡电压Vc，电压值由卡信息中包含的电源电压规格说明指定。卡控制单元15通过连接器的第三对端子Ta3和Tb3向卡主电路23提供卡电压Vc。卡主电路23从卡电压Vc接收电源，这将保证它向主机11提供预定的功能。

下面通过图5中的流程图对根据卡检测程序的CPU32的操作进行说明。

在步骤41，当主机11加电时，CPU32初始化存储在内部寄存器(未显示)中的数据，普通的技术人员对此已公知。接下来在步骤42，CPU32闭合图2中的开关SW1。在接下来的步骤43中，CPU32输出复位信号RST来复位FF电路35，这将初始化卡检测器34。

在步骤44，CPU32确定主机11加电时卡式扩展设备21是否连接。特别地，当卡式扩展设备21连接到主机11时，ADC31从主机11的电阻Rh和卡式扩展设备21的电阻Rc电压分割信号产生的数字信号S1被提供给CPU32。当卡式扩展设备未被连接到主机11时，ADC31从高电位电源Vdd产生的数字信号S1被提供给CPU32。CPU32根据从ADC31接收到的S1信号的值确定当前卡式扩展设备是否存在。

如果主机11加电时卡式扩展设备未被连接到主机11，CPU32在步骤45中根据卡检测器34的卡检测信号S3确定卡式扩展设备21是否后来被插入到卡插槽12。CPU32重复执行步骤45，直到扩展设备21连接到主机11为止。一旦检测到卡式扩展设备21在卡插槽12中，CPU32便前进到步骤46。

当卡式扩展设备21已经连接到主机11(步骤44)或是后来插入到主机11(步骤45)，CPU32在步骤46根据ADC31的数字信号S1读取卡信息，数字信号S1是ADC31从从卡信息保持单元24接收的模拟电压信号转换得到的。CPU32然后根据读取到的卡信息向卡控制单元15提供指令信号S2。CPU32更可取地应连接到一个显示装置36，如LED、LCD或类似部件，以便可以显示卡信息或指示电压规格说明错误的消息。除了使用显示装置36之外，也可以使用其它的用于向其它设备通告卡信息或出错消息的通信装置。响应指令信号S2，卡控制单元15生成值在卡规格说明中指定的卡驱动电压Vc，并通过连接器13和22将此卡驱动电压Vc提供给卡主电路23。卡主电路23从卡电压Vc接收电源并向主机11提供卡的功能。这样，即便不检查卡式扩展设备的规格说明就将卡式扩展设备21连接到主机11也不会导致设备21的损坏或不正常工作。

在步骤47，CPU32断开第一开关SW1，以便在卡式扩展设备21连接到主机11之后禁止电阻Rh中的电流。这样就会减少主机11的电源消耗。

在步骤48，根据卡检测器34的检测信号S3，CPU32确定卡式扩展设备21是否保持插入还是被卸下。只要卡式扩展设备21保持插入，CPU32就不断重复执行步骤48；当扩展设备21取消连接或被拔出卡插槽12时，CPU32前进到步骤49。

在步骤49，CPU32闭合开关SW1，然后转向步骤45。CPU32不断重复步骤45直到卡式扩展设备被重新连接到主机11。

根据本实施例，在读取卡信息时不会从操作电源电压Vc向卡主电路23提供电源。即便没有检查卡式扩展设备21的规格说明就把它插入到卡插槽12也不会引起卡式扩展设备工作不正常。因为在常规读取卡信息的方法(以下将予以讨论)中，扩展设备21一连接就从操作电源电压向卡主电路供电，当主机11的操作电源电压规格说明与扩展设备21的操作电源电压规格说明不一致(尤其是当卡式扩展设备21的操作电源电压低于主机11的操作电源电压时)，扩展设备21可能会工作不正常。在常规的卡信息读取方法中，预先存储在卡主电路23的ROM中的卡信息是以并行数据或串行数据方式提供给主机11的。在这种情况下，卡主电路23需要操作电源以便从ROM中读取数据并发送给主机11。

本实施例可以如图6所示一样进行修改。在卡信息保持单元24，电阻Rc连接在高电位电源Vdd和第二个端子Tb2之间。卡信息读取单元16的电阻Rh连接在第二个端子Ta2和GND之间。ADC31从电阻Rh和电阻Rc电压接收分压信号，即模拟信号Vi，产生数字信号S1，并将其提供给CPU32。更可取地应将开关SW1连接在第二个端子Ta2和电阻Rh之间

卡信息保持单元24可以如如下所述进行修改。图7A中给出的卡信息保持单元24包括多个二极管D，它们串联在第二个端子Tb2和GND之间

附图7D中的卡信息保持单元24包括多个二极管D，它们串联在高电位电源Vdd和第二个端子Tb2之间。可以通过改变二极管D的数目来生成不同的模拟电压信号来改变卡信息的内容。在这种情况下，使用的模拟电压信号Vi通过二极管D的正向电压乘以二极管D的数目来确定。二极管D的数目可以通过连接或不连接二极管D来容易地改变。因为模拟电压信号Vi根据二极管D的数目按一定的步幅跳跃分布，CPU可以精确地检测到不同的模拟电压信号Vi即卡信息。

二极管D最好使用硅二极管、锗二极管或肖特基二极管。硅二极管的正向电压大约为0.6V。在使用它的情况下，图7A的模拟电压信号Vi的值应为N(二极管D的数目)×0.6V；图7D的模拟电压信号Vi的值应为Vdd-(N×0.6V)。锗二极管的正向电压大约为0.2V。在使用它的情况下，附图7A的模拟电压信号Vi的值应为N×0.2V；图7D的模拟电压信号Vi的值应为Vdd-(N×0.2V)。肖特基二极管的正向电压大约为0.3V。在使用它的情况下，图7A的模拟电压信号Vi的值应为N×0.3V；图7D的模拟电压信号Vi的值应为Vdd-(N×0.3V)。

图7B中的卡信息保持单元24包括多个齐纳二极管ZD，它们串联在第二个端子Tb2和GND之间。图7E中的卡信息保持单元24包括多个齐纳二极管ZD，它们串联在高电位电源Vdd和第二个端子Tb2之间。图7B的模拟电压信号Vi的值应为N(齐纳二极管ZD的数目)×Vz(稳压电压)；图7E的模拟电压信号Vi的值应为Vdd-(N×Vz)。

图7C中的卡信息保持单元24包括多个二极管D、多个齐纳二极管ZD和一个电阻Rc，它们都串联在第二个端子Tb2和GND之间。附图7F中的卡信息保持单元24包括多个二极管D、多个齐纳二极管ZD和一个电阻Rc，它们都串联在高电位电源Vdd和第二个端子Tb2之间。

本发明可以改动以适用于操作电源电压与主机11的操作电源电压Vdd相同的卡式扩展设备。在这种情况下，卡主电路23的电源从高电位电源电压Vdd获取。

本发明也可以改动以适用于主机11或插件板一端具有可连接到相关连接器的PAD的卡式扩展设备21。

卡式扩展设备21可以通过一个驱动部件(未显示)连接到主机11。最好在此驱动部件中提供卡信息读取单元16。此驱动部件从卡式扩展设备读取卡信息并将读取到的卡信息传送给主机11。

对于熟练的技术人员来说，很明显在不背离本发明的精神实质和范围的基础上本发明可以实施为许多其它的具体形式。例如，本发明可以应用于一个包括一个数字照相机、一个数字视频摄像机、一个音频部件及其它类似设备的主机。因此，给出的例子和实施例应被视为示例性质而非限制性质的；并且本发明并不限于此处给出的描述，而是可以在所附权利要求书的范围内进行修改。

Claims (20)

1.一种用于读取存储在可连接到一个主机的卡设备中存储的信息的方法，其中所述卡设备从所述主机接受操作电源电压，此方法包括步骤：

将所述卡设备连接到所述主机；

所述卡设备根据所述卡设备中存储的所述卡信息生成一个电压信号；和

在向所述卡设备提供操作电源电压之前，所述主机从所述生成的电压信号获取所述卡信息。

2.权利要求1的方法，还包括一个所述主机根据所述读取到的卡信息生成一个控制信号以控制所述卡设备的步骤。

3.权利要求1的方法，还包括一个所述主机根据所述读取到的卡信息向所述卡设备提供操作电源电压的步骤。

4.一种从一个主机接收操作电源电压的卡设备，包括：

一个卡主电路，用于当所述卡设备连接到所述主机并从所述主机接受所述操作电源电压时为主机提供一个预定的功能；及

一个卡信息保持电路，用于存储预定的卡信息，所述卡设备连接到所述主机时并在所述卡设备从所述主机接受所述操作电源电压之前，所述卡信息保持电路根据所述预定的卡信息生成一个模拟信号。

5.一种用于当一个卡设备连接到主机并从所述主机接收操作电源电压时从此具有预定功能的卡设备获取预定的功能的主机，所述卡设备上存储了规格说明信息，并且当所述卡设备连接到所述主机时所述卡设备根据所述规格说明信息生成一个模拟信号，所述主机包括：

一个卡信息读取电路，用于在所述主机向所述卡设备提供所述操作电源电压之前从所述卡设备接收所述模拟信号并根据所述模拟信号确定所述规格说明信息。

6.权利要求5的主机，其中所述卡信息读取电路生成一个指明所述规格说明信息已经读取的卡读取信号；并且所述主机还包括一个连接到所述卡信息读取电路的卡控制电路，用于从所述卡信息读取电路接收卡读取信号并生成一个控制信号来控制所述卡设备。

7.权利要求6的主机，其中所述卡信息读取电路检测所述卡设备是否连接到所述主机上，并当所述卡设备连接到所述主机时从所述卡设备读取所述规格说明信息。

8.权利要求6的主机，其中所述卡控制电路在所述卡读取信号基础上生成用来应用于所述卡设备的所述操作电源电压。

9.权利要求5的主机，其中所述卡信息读取电路包括：

一个模数转换器，用于从所述卡设备接收模拟信号并将所述模拟信号转换为数字信号；和

一个控制电路，连接到所述模数转换器，从所述模数转换器接收所述数字电压信号，并根据所述识别的规格说明生成一个操作指令信号。

10.权利要求5的主机，其中所述卡信息读取电路包括一个用于接收所述模拟信号的输入端子和一个连接在所述输入端子和一个电源之间的电阻。

11.一种可连接在一个卡设备和一个主机之间的驱动部件，所述卡设备存储卡信息并在连接到所述驱动部件时根据所述卡信息生成一个第一信号，其中所述卡设备从所述主机和所述驱动部件的其中一个接收操作电源电压，所述驱动部件包括：

一个卡信息读取电路，用于在所述卡设备接收所述操作电源电压之前从所述卡设备接收所述第一信号、从中确定所述卡信息并将所述卡信息提供给所述主机。

12.一种将卡式外部设备连接到主机的方法，该卡式外部设备存储卡规格信息，该方法包括步骤：

将外部设备连接到主机的一个连接器；

该外部设备根据该卡规格信息生成一个模拟电压信号；

主机从外部设备接收模拟电压信号；

主机根据该模拟电位信号生成一个操作电压；和

主机将生成的操作电压提供给外部设备，以此保证外部设备执行其功能。

13.一种可连接到一个主机的卡设备，此卡设备从此主机接收操作电源电压，此卡设备包括：

一个卡主电路，用于当主机提供操作电源电压时执行一个预定的功能；和

一个卡信息保持电路，用于存储卡设备规格说明信息，其中当卡设备连接到主机、卡设备从主机接收操作电源之前，卡信息保持电路根据卡设备规格说明信息生成一个模拟电压信号。

14.权利要求13的卡设备，其中卡信息保持电路包括一个连接在一个卡端子和一个接地之间的电阻。

15.权利要求13的卡设备，其中卡信息保持电路包括一个连接在一个卡端子和一个高电位电源电压之间的电阻。

16.权利要求13的卡设备，其中卡信息保持电路包括多个串联在一个卡端子和一个高位电源电压之间的二极管。

17.权利要求13的卡设备，其中卡信息保持电路包括多个串联在一个卡端子和一个接地之间的二极管。

18.权利要求13的卡设备，其中卡信息保持电路包括：

多个串联连接的二极管；

多个串联连接的齐纳二极管；和

一个电阻。其中串联的二极管、串联的齐纳二极管和电阻在一个卡端子和接地之间串联连接。

19.权利要求13的卡设备，其中卡信息保持电路包括：

多个串联连接的二极管；

多个串联连接的齐纳二极管；和

一个电阻，其中串联的二极管、串联的齐纳二极管和电阻在一个卡端子和高位电源电压之间串联连接。

20.权利要求13的卡设备，还包括：

可连接到主机第一个端子的第一端子，用于从主机接收高电位电源电压；

可连接到主机第二个端子的第二端子，用于向主机提供模拟信号；

可连接到主机第三个端子的第三端子，用于从主机接收卡控制信号；

可连接到主机第四个端子的第四端子，用于从主机接收低电位电源电压。

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