CN1194308C - 通用串行总线的热插拔电路 - Google Patents

Abstract

本发明是一种通用串行总线(USB)的热插拔电路，通过增设一较短的插接指示脚位(PRESENCE)作为USB模块是否已完全插入USB插槽的指示信号产生的部分；当此插接指示脚位指示为USB模块未完全插入USB插槽时，则控制USB过流信号，使之不输出至系统，即可防止USB因热插拔所产生的过流信号，以解决USB模块无法热插拔的问题。

Description

通用串行总线的热插拔电路

技术领域

本发明涉及一种热插拔电路，特别是一种通用串行总线的热插拔电路。

背景技术

从1994年通用串行总线(Universal Serial Bus，以下简称USB)问世以来，由于其传输数据速度快(1.1版可达1.5～12Mbps，2.0版更可达240Mbps)，因而目前已被普遍用来作为信息处理设备与外围设备的连接线，例如，USB鼠标、键盘、摇杆、喇叭、调制解调器、软盘机、硬盘机、光驱、扫描仪、电荷耦合组件(CCD)以及数字相机等等。

而目前市场上所应用的USB组件，多半为一对一(one by one)的连接方式。如果需要同时与多个USB组件相连接时，就必须设法将USB模块化并通过此USB模块来连接多个USB组件。

然而，USB模块却无法符合热插拔的需求。因为，在USB模块插入USB插槽的瞬间，会产生电容效应，进而可能导致电压的降低。如此，将会使得USB模块当中的过流保护(overcurrent)信号被触发，该信号一旦传至系统，USB即无法工作，即无法传输数据。此举是USB设计之初，为了保护USB组件而设计的。

因此，为了让USB模块能够实现热插拔的功能，有必要设计一套符合USB模块的热插拔电路，以让USB模块具有热插拔功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通用串行总线的热插拔电路，其能让USB模块在系统运行时，可使USB模块随插即用且不致产生过流保护信号而让USB无法工作。

为实现上述目的，本发明所提供的通用串行总线的热插拔电路，用以在USB模块插入USB插槽时，防止在热插拔时所产生的过流信号传至USB插槽，而导致USB模块无法运行。其中，USB的热插拔电路包括通用串行总线接触高电位脚位(SUSB_PEN_H)、通用串行总线过流低电位脚位(USBOC_L)与通用串行总线过流脚位(USBOVRCUR)。包含有：插接指示脚位(PRESENCE)、一开关单元、一反相器与一或门，各部分的连接关系与功用分述如下：

PRENSECE，其中USB插槽与USB同时装设，其长度较SUSB_PEN_H为短，当USB未完全插入USB插槽时，PRESENCE为高电位(H)，而USB完全插入USB插槽时，则输出为低电位(L)。

开关单元则与PRESENCE相连接，当PRESENCE为H则开启，而当PRESENCE为L则截止。

反相器的输入端与SUSB_PEN_H相连接。

或门的输入端分别连接反相器的输出端与USBOC_L，其输出端连接USBOVRCUR。

运行时，当PRESENCE输出为H时，USBOVRCUR输出则因开关单元为开启而恒为高电位(H)。当PRESENCE输出为高电位(L)时，USBOVRCUR则因开关单元截止而受控于USBOC_L的输出。

其中，更可在反相器的输入端与SUSB_PEN_H之间加设一延迟单元。延迟单位可使用ADM809，开关单元则可使用晶体管。

有关本发明的特征与实例配合附图详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的通用串行总线的热插拔电路的示意图；

图2为本发明的通用串行总线的热插拔电路应用的系统示意图；

图3为本发明的通用串行总线的热插拔电路的第一具体实施例。

具体实施方式

为了要让USB模块能够热插拔(随插即用)，因此，有必要设计一个能感测USB模块已完全插入USB插槽的机制。图1是本发明的USB的热插拔电路20的示意图。其包含了四个脚位：PRESENCE(插接指示)22、SUSB_PEN_H 21、USBOC_L 23与USBOVERCUR 24。PRESENCE 22为本发明所设计的一个脚位，其在系统的USB插槽中比其它的插接的脚位(SUSB_PEN_H 21、USBOC_L 23、USBOVERCUR 24)短。因此，当USB的热插拔电路的PRESENCE 22接触到USB插槽较短的脚位而导通时，表示其它插脚也已经完全与USB插槽的相对应脚位相接触。所以，可使用PRESENCE 22作为判定USB模块已完全插入USB插槽之指针。

在确定USB模块的接脚已完全插入USB插槽后，接下来，就必须设法防止USB模块产生过流保护信号而使USB无法工作。图2是本发明的通用串行总线的热插拔电路应用的系统示意图。本发明的USB的热插拔电路20中，USBOVERCUR 24与SUSB_PEN_H 21是连接到系统10，而PRESENCE 22与USBOC_L 23则连接到USB模块30。

各脚位所连接的部分表示信号传递的位置，各脚位的信号内涵说明如下。SUSB_PEN_H 21表示USB模块30已插入系统10的USB插槽，PRESENCE 22则表示USB模块30已完全插入USB插槽。而USBOC_L23则为USB模块30所传递的过流信号，USBOVERCUR 24则为从USB的热插拔电路20传递至系统10的USB模块过流信号。此过流信号的产生，是用来保护USB模块免于过流所产生的组件损坏。因此，当此USBOVERCUR 24被触发时，USB模块的供电将会被切断，以保护USB模块。

由于在热插拔时，可能会产生的电容效应，导致保护USB模块30之用的USBOVERCUR 24被触发。然而，此时所产生的电容效应并非破坏性的过流现象，因此，将其排除即可让USB模块成为可热插拔。具体做法请参考表1。

表1

PRESENCE	SUSB_PEN_H	USBOC_L	USBOVRCUR
				H	H	H	H
H	H	L	H
				L	H	H	H
L	H	L	L

表1是本发明的通用串行总线的热插拔电路的真值表，说明了本发明调整上述四个脚位的信号状况。在USB的热插拔电路20未插入PRESENCE 22时，PRESENCE脚位为高电位(H)，插入后，PRESENCE成为低电位(L)。其它的SUSB_PEN_H的信号均为H(只说明插入时的状况)，而USBOC_L为L表示USB模块产生过流状况，H表示未发生过流状况。USBOVRCUR为H表示USB模块未发生过流状况，反之，L则为USB模块发生过流状况。所以，当USBOC_L为H时，USBOVRCUR信号应该为H；反之，同为L。

由于USB模块的过流信号的产生，是依据USBOC_L的信号L，再转换为USBOVRCUR的信号L。由于因热插拔而产生过流信号会在USB模块插入USB插槽的讯瞬间产生，所以，这种状况只会发生在PRESENCE为H时。因此，只要在PRESENCE为H时，将USBOC_L的信号忽略，而将USBOVRCUR的信号保持H即可防止插入瞬间所产生的过流效应，如表1所示。所以，当PRESENCE为H时，即使USBOC_L为L，USBOVRCUR同样为H，USB模块便不会被死锁，而能正常运行。

实现表1真值表的电路，即可用来实现USB模块的热插拔。图3则为其中的一种实施例。从图中可观察到本发明对各脚位的信号产生的线路安排。SUSN_PEN_H安排在电阻R1与R2之接点，电阻R1的另一端接电源(+5V)，而电阻R2的另一端则连接到端点N1。端点N1连接了晶体管Q1的集极并作为ADM809(用来作信号延迟以确保信号位准在稳定状态)的电压输入(Vcc)。PRESENCE信号则通过电阻R3接至晶体管Q1的基极；晶体管Q1的射极则接地。

此外，ADM809的重置输出接至反相器NOT1的输入。反相器NOT1的输出则接至或门OR1。或门OR1的另一个输入则为USBOC_L，其输出则为USBOVRCUR。

具体的电路运行说明如下：

当USB模块未插入USB插槽时：

PRESENCE为H故Q1为开启的状态。而SUSB_PEN_H为L，此时USB_PEN_H为L，故ADMS09的重置输出为L，经过反相器NOT1的反相输出为H。最后，经过或门OR1的输出，亦即，USBOVRCUR为H。因此SYSTEM得到的USBOVRCUR信号为正常状态。所以，此时不论USBOC_L的信号为何，均不会影响USBOVRCUR的输出，其均为H。

而在USB模块未完全插入USB插槽时：

PRESENCE为L，故晶体管Q1截止。当USB模块插入USB模块但未完全插入时，SUSB_PEN_H为H，此时USB_PEN_H为H。经过ADM809延迟输出后，反相器NOT1输出为L。于是，此时USBOVRCUR为H或L状态，就由USBOC_L来控制，即此时完全由USB模块当时情况来控制。

综上所述，本发明是通过延迟单元ADM809将SUSB_PEN_H输出加以延迟，即可确保信号位准在稳定状态。并且，晶体管Q1的功用在于将PRESENCE的输入作为开关之用，因此，可称之为开关单元。而反相器NOT1则将SUSB_PEN_H的信号反相并输出至或门OR1。或门可将经反相的SUSB_PEN_H作为USBOVRCUR的输出控制。

通过使用本发明的通用串行总线的热插拔电路，即可使USB模块实现可随插即用的功效。

虽然本发明以前述之较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本行业的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可进行各种轻易思及的变化和润饰，因此本发明的保护范围须以权利要求书界定的为准。

Claims (9)

1.一种通用串行总线的热插拔电路，用以于该通用串行总线模块插入一通用串行总线插槽时，防止一过流信号于热插拔瞬间产生时传送至该通用串行总线插槽，其中，该通用串行总线的热插拔电路包括一通用串行总线接触高电位脚位、一通用串行总线过流低电位脚位与一通用串行总线过流脚位，其特征在于，所述的通用串行总线的热插拔电路包含：

一插接指示脚位，在该通用串行总线插槽与该通用串行总线同时装设，其长度较通用串行总线接触高电位脚位为短，当该通用串行总线未完全插入该通用串行总线插槽时，该插接指示脚位输出为高电位，且当该通用串行总线完全插入该通用串行总线插槽时，则其输出为低电位；

一开关单元，与该插接指示脚位相连接，当该插接指示脚位为高电位则开启，而当该插接指示脚位为低电位则截止；

一反相器，其输入端与该通用串行总线接触高电位脚位相连接；及

一或门，其输入端分别连接该反相器之输出端与该通用串行总线过流低电位脚位，其输出端连接该通用串行总线过流脚位；

其中，当该插接指示脚位输出为高电位时，该通用串行总线过流脚位输出因该开关单元开启而恒为高电位；当该插接指示脚位输出为低电位时，该通用串行总线过流脚位则因该开关单元截止而受控于该通用串行总线过流低电位脚位。

2.如权利要求1所述的通用串行总线的热插拔电路，其特征在于还包含一延迟单元，连接于该通用串行总线接触高电位脚位与该反相器之间，用以确保信号位准在稳定状态。

3.如权利要求2所述的通用串行总线的热插拔电路，其特征在于所述的延迟单元是一ADM809。

4.如权利要求1所述的通用串行总线的热插拔电路，其特征在于所述的开关单元是一晶体管。

5.如权利要求4所述的通用串行总线的热插拔电路，其特征在于所述的晶体管的基极连接于该插接指示脚位，其集极连接于该通用串行总线接触高电位脚位，且其射极接地。

6.如权利要求5所述的通用串行总线的热插拔电路，其特征在于还在该晶体管的基极与该插接指示脚位之间连接一电阻。

7.如权利要求1所述的通用串行总线的热插拔电路，其特征在于还在该通用串行总线接触高电位脚位与该反相器之间连接一电阻。

8.如权利要求1或2所述的通用串行总线的热插拔电路，其特征在于还在该通用串行总线接触高电位脚位与该延迟单元之间连接一电阻。

9.如权利要求1所述的通用串行总线的热插拔电路，其特征在于所述的通用串行总线接触高电位脚位是以一电阻连接一电源。

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