CN1351295A - 通用序列总线设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通用序列总线设备(USB),对自我供电USB设备不会产生无端的电力耗电。将电源控制开关(23)设于USB机器(1)的主电源回路(21)内。以控制回路(15)检测USB端口的+5V电源端子(10)是否有电压,并控制电源控制用开关(23)的开、关动作。将开关(18)串联连接到拉升电阻(17)。拉升开关(18)的开、关动作较电源控制用开关(23)延迟一些时间。

Description

通用序列总线设备
技术领域
本发明涉及采用USB接口的CD-ROM、CD-R、CD-RW等USB设备，且特别涉及一种自我供电USB设备。
背景技术
通用序列总线设备USB(Universal Serial Bus)的接口连接线是以两条电源线及两条信号线组成的。可由USB连接线的电源线所驱动的设备称为总线供电装置，而USB连接线以外具有电源的设备称为自我供电装置。本发明是关于后者的自我供电装置。
USB设备是将USB装置连接到主机装置上，且主机装置可自动检测装置的数据传输速度。当装置的数据传输模式为高速度模式时，由1.5KΩ电阻将正极信号线D+连接到拉升(pull up)电源，当装置为低速度模式(low speed)时，由1.5KΩ电组将负极信号线D-连接到拉升电源。
公知的自我供电装置的情况，主机装置(个人电脑)与USB装置连接操作时双方皆处于开启电源状态。只要任意一方忘记开电源，设备则无法正常工作，若考虑将自我供电装置经常处于电源开启状态又可能会浪费电力。如果主机装置有任何问题发生时必须切断电源时，则自我供电装置又必须切断电源使其初始化重开机，否则无法激活。
所以为解决此缺陷，考虑设计USB设备专用的电源装置。但是单独设计的电源装置会使计算机系统复杂化而且提高成本。
而且，因USB设备的连接，且其需使自动检测数据传输速度的拉升电源及自我供电装置的电源同时开启，将导致自动检测不稳定或发生通信协议(protocol)错误的问题。
发明内容
所以本发明的目的是减少自我供电USB设备的电力耗损。本发明的另一目的是提供减少自我供电USB设备的电力耗损并且可以减低通信协议错误发生的自我供电USB设备。
为解决上述课题及达到上述目的，本发明的通用序列总线设备具有以下的特征，包括：通用序列总线端口、自我供电电源端子、控制回路、通用序列总线设备电源回路、以及通用序列总线设备本体部。其中，通用序列总线端口具有信号端子及电源端子。控制回路是由自我供电电源端子或通用序列总线端口的上述电源端子接收电力，并检测上述通用序列总线端口的上述电源端子是否有电压，并将此检测信号作为控制信号输出。通用序列总线设备电源回路是与上述自我供电电源端子及上述控制回路连接，响应由上述控制回路产生的控制信号，当上述控制信号表示上述通用序列总线端口的电源端子有电压时，将通用序列总线设备驱动电压送出，当上述控制信号表示上述通用序列总线端口的电源端子无电压时，停止送出通用序列总线设备驱动电压。通用序列总线设备本体部是与上述通用序列总线设备电源回路及上述信号线连接。
本发明的通用序列总线设备还包括具有拉升电阻和与拉升电阻连接开关的串联回路以及拉升电阻延时控制回路。其中，拉升电阻和拉升电阻连接开关的串联回路连接到通用序列总线设备的电源回路，或通用序列总线端口的电源端子，或拉升电源回路及信号端子之间。拉升电阻延时控制回路响应通用序列总线设备用电源回路送出的通用序列总线设备驱动电压信号，并在此信号发生时点再延时一定时间后，将拉升连接开关控制成开启状态。
本发明通用序列总线设备还包括辅助电源回路，以驱动该控制回路，且辅助电源回路与自我供电电源端子是常连接状态。
本发明的另一种通用序列总线设备具有以下特征，包括：通用序列总线端口、自我供电电源端子、控制回路、通用序列总线设备用电源回路、通用序列总线设备本体部、通用序列总线设备电源用回路。其中，通用序列总线端口，具有信号端子及电源端子。控制回路是由上述自我供电电源端子或通用序列总线端口的上述电源端子接收电力，并检测上述通用序列总线端口的上述电源端子是否有电压，并将此检测的信号作为控制信号输出。通用序列总线设备用电源回路是与上述自我供电电源端子及上述控制回路连接，响应由上述控制回路产生的控制信号，当上述控制信号表示上述通用序列总线端口的电源端子有电压时，将通用序列总线设备驱动用电压送出，当上述控制信号表示上述通用序列总线端口的电源端子无电压时，停止送出通用序列总线设备驱动用电压。通用序列总线设备本体部是与上述通用序列总线设备电源回路及上述信号线连接。且上述通用序列总线设备电源回路是由连接到自我供电电源端子的整流稳压回路与整流稳压回路连接的开关调整器所组成。上述开关调整器包括电压调整开关器件。上述控制回路是当检测上述通用序列总线端口的上述电源端子有电压响应时，准许上述开关器件电压控制动作，当检测上述通用序列总线端口的上述电源端子无电压响应时，将上述开关器件关闭并停止送出通用序列总线设备驱动电压的功能。
本发明所的通用序列总线设备，若当该控制信号表示该通用序列总线端口的电源端子有电压时，将通用序列总线设备驱动电压送出，当该控制信号表示该通用序列总线端口的电源端子无电压时，停止送出通用序列总线器驱驱动电压。所以USB设备用电源回路及USB设备本体而言可以减少多余浪费。
由于与拉升电阻串联方式所连接的开关，此拉升电阻开关较USB设备用电源回路供应电力延时才开启电源之故，可以避免通信协议错误的发生。
由于控制回路为辅助电源回路所驱动之故，控制回路的动作可维持稳定而且快速的效果。
由于USB设备电源回路的开关是与电压调整的开关式器件并用之故，可节省不必要的回路器件以节省成本。
附图说明
图1是使用第一实施例的USB设备的系统方块图；
图2是图1的USB设备的工作流程图；
图3是第二实施例的主电源回路图。
图中标记分别为：
1：USB设备
2：USB连接线2
3：USB设备的主机装置
8、9：信号端子
10、11：电源端子
12：设备本体部
13：自我供电电源端子
14：USB设备用电源回路
15：电源控制回路
16：延时控制回路
17：拉升电阻
18：拉升电阻开关
21：主电源回路
22：辅助电源回路
23：电源控制开关
具体实施方式
以下将本发明的实施例参照图1～图3说明：
第一实施例
图1所示，第一实例的USB设备1是USB连接线2与另外备有USB设备的主机装置3连接在一起。连接线2具备第一及第二连接器4、5，主机装置3的连接器6与USB设备1端口的连接器7可以任意拆卸方式连接。USB连接线2是具有一般的正信号线D+及负信号线D-及+5V的第一电源线及接地的第二电源线。
USB设备1具备有作为USB端口的连接器7，如图1所示出与正信号线D+连接的第一信号端子8，及与负极信号线D-连接的第二信号端子9，及与+5V电源线所连接的第一电源端子10，及与接地电源线所连接的第二电源端子11。
图1的自我供电USB设备1是CD-R装置，可大致区分为具有USB设备本体部12、自我供电电源端子13、USB设备用电源回路14、电源控制回路15、延时控制回路16、拉升电阻17及拉升塔电阻连接开关18。
USB设备本体部12由一般的USB发收信部19及一般的数据转换装置或磁盘(disk)存储装置的CD-R驱动器20所组成。USB发收信部19与CD-R驱动器20之间以第一及第二信号端子8、9连接，而通过内置的USB接口回路及CD-R驱动器20的控制回路，使主机装置3与CD-R驱动器20彼此之间通信及控制操作。CD-R驱动器具备以光束投射于光盘存储媒体上记录数据及读取功能。而且以此实施例的CD-R驱动器20具有高速模式的数据传输速度功能。
自我供电电源端子13是由50Hz或60Hz的商业交流电源连接的端子或由可插入商业用交流电源插座的插头所组成。
USB设备电源回路14是由主电源回路21及辅助电源回路22所组成的。主电源回路21是有电源控制开关23及电源回路24所组成的。电源回路24通过电源控制开关23与自我供电电源端子13连接，且是由可使100V电压整流稳压的整流稳压回路，及输出控制稳定化直流5V及直流3.3V的电压控制回路所组成。电源回路24的5V输出端子25与USB发收信部19及CD-R驱动器20的电源端子连接，而3.3V的输出端子26则与USB发收信部19的电源端子连接，并经由拉升电阻17及拉升电阻连接开关18连接到第一信号端子8。
辅助电源回路22可称为备用(standby)电源回路，其与自我供电电源端子13连接，而将100V的交流电压整流稳压的直流电压5V送至电源控制回路15及延时控制回路16。
电源控制回路15与USB端口的+5V电源端子10连接，可检测其是否有+5V电源端子10的设定值(+5V)的电压，并控制主电源回路21的开关23。此电源控制回路15因由辅助电源回路22所驱动，故与电源控制开关23的开关与否无关，而能迅速动作。开关23可以是晶体管等半导体开关或由电磁开关所构成，而由电源控制回路15而来的控制信号提供给开关23的控制端子。
延时控制回路16连接到电源控制回路15及拉升电阻连接开关18的控制端子之间，例如要把设备初始化所需的数毫秒～数秒的延时，提供给由电源控制回路15输出的控制信号，以形成开关18的控制信号。此延时控制回路16是由辅助电源回路22所驱动，把控制信号送至半导体开关或电磁开关所构成的开关18。先前所述CD-R驱动器20具有高速模式的数据传输速度，所以拉升电阻连接开关18保持开启状态时，正信号线端子8则被拉升，主机装置3会检测出CD-R驱动器20是与装置3连接，同时也会检测出CD-R驱动器20是高速模式装置。亦即，如连接到速度比高速模式低的装置时，拉升电阻17及开关18的串联回路将连接至负信号端子9。
图2是图1的电源控制回路15及延时控制回路16的工作流程。首先检测自我供电电源端子13电力的响应如图2的步骤S0所示，为工作的起始阶段。其次，步骤S1阶段检测+5V电源端子10是否有+5V的电压。如果检测为YES(+5V的电压)时，则步骤S2主电源的开关23处于开启并送出控制信号。其次，比步骤S2延后的阶段为步骤S3，将拉升开关18控制为开启状态。其次，步骤S4则检测+5V的端子10是否为0伏特。若在步骤S4中检测为YES状态，表示+5V的端子10已转换为0伏特，则步骤S5控制将主电源开关23移至关闭状态。其次，步骤S6以拉升开关18控制为关闭状态再回至步骤S1。即步骤S5与步骤S6的先后顺序可互换。
本实施例具有以下的效果。
(1)USB端口的电源端子10检测其若为+5V时，则由USB设备用电源回路21提供电力，若USB端口的源端子10无电压时则停止由USB设备电源回路21提供电力，故对于USB设备电源回路及USB设备本体部12而言可以减少多余电力耗损浪费。
(2)开关18是串联地连接到拉升电阻17上，此开关18在USB端口的电源端子上无电压时则控制为关闭状态，因此可以减少多余电力耗损浪费。
(3)由于拉升用的开关18因较USB设备电源回路21开始提供电力的时间延时才开启之故，可以避免通信协议错误的发生。
(4)电源控制回路15及延时控制回路16是由辅助电源回路22所驱动的，故可使控制回路的工作维持稳定而且快速。
第二实施例
第二实施例的USB设备是将图1的主电源回路21替代成图3的主电源回路21a，其它部分与图1的架构相同。所以在第二实施例的说明中，主电源回路21a以外的部分请参照图1。图3的主电源回路21a由整流稳压回路31及开关调整器32所组成。整流稳压回路31与自我供电电源端子13连接。开关调整器32则由晶体管33及开关器件34和第一及第二输出整流稳压回路35、36及输出电压检出回路37及控制回路38所组成。开关器件34是通过变压器33的初级线圈N1连接到与整流稳压回路31。第一输出整流稳压回路35由二极管D1及电容器组成，而连接到变压器33的次级次线圈N2，以便将+5V电压送出到输出端子25。第二输出整流稳压回路36由二极管D2及电容器C2组成，而连接到次级次线圈N2的一部份，以使输出端子26能接收3.3V的电压。
电压检出回路37将输出端子25的电压控制为定值(+5V)并将检测端子25的电压送至控制回路38。
控制回路38则响应电压检出回路37的输出而形成将控制开关器件34以例如20～150kHz的频率进行开启、关闭控制的PWM控制信号，同时响应供给到线15a上的如图1的电源控制回路15的控制信号，以控制开关器件34的开启或关闭。即控制回路38是响应如图1由电源控制回路15所提供给USB端口的端子10是否为+5V，并取得开关器件34的定电压控制动作的许可，当响应未供给+5V电力给端子10时，将禁止开关器件34的定电压控制动作并控制为关闭状态，使输出电压停止。因此开关器件34具备定电压控制及电源开关两者的功能。
第二实施例除与第一实施例具有同样效果的外，经由主电源回路21a，可容易而且简单地执行电力供应及停止，还可达到抑制成本提高的效果。
变换实施例：
本发明不限于上述实施例，例如以下的改变亦可。
(1)如图1的虚线所示，装设3.3V电源回路40，连接到USB端口的+5V端子10上，可将连接到3.3V电源回路40与信号端子8之间的拉升电阻17及开关18的串联回路连接。而且，可将拉升电阻17连接到辅助电源回路。
(2)将电源控制回路15与延时控制回路16的驱动电源从USB设备端口+5V端子10取得，而取代由辅助电源回路22而来的的电力。
(3)如图1为容易理解之故，将电源控制回路15与延时控制回路16分开表示，其实也可以一体形成。或者，用数字回路形成控制回路15、16的一部或全部。或者以控制回路15、16的一部分或全部构成微处理机。
(4)图1的电源回路24的5V输出端子25侧及3.3V输出端子26侧可设置相当于开关23的开关。
(5)将图3回路中，开关34的控制端子及地线之间以虚线表示的开关Q1连接，可由线15a的信号控制开关Q1。此情况下，在开关Q1的关闭状态期间则开关器件34可以进行电压控制动作，而在开关Q1的开启状态期间则可保持开关器件34为关闭状态。
(6)主电源回路21的一部分(例如整流稳压回路)可由辅助电源回路22以兼用方式构成回路。
(7)拉升电源回路可独立设置，并可连接拉升电源回路与信号端子8或9之间的拉升电阻17及开关18的串联回路。

Claims (4)

1.一种通用序列总线设备，其特征在于：包括：
一通用序列总线端口，具有信号端子及电源端子；
一自我供电电源端子；
一控制回路，由该自我供电电源端子或通用序列总线端口的该电源端子接收电力，并检测该通用序列总线端口的该电源端子是否有电压，并将此检测的信号作为控制信号输出；
一通用序列总线设备电源回路，与该自我供电电源端子及该控制回路连接，响应由该控制回路产生的控制信号，当该控制信号表示该通用序列总线端口的电源端子有电压时，将通用序列总线设备驱动电压送出，当该控制信号表示该通用序列总线端口的电源端子无电压时，停止送出通用序列总线设备驱动电压；
一通用序列总线设备本体部，与该通用序列总线设备电源回路及该信号线连接。
2.根据权利要求1所述的通用序列总线设备，其特征在于：还包括：
一拉升电阻和拉升电阻连接开关的串联回路，连接到该通用序列总线设备电源回路，或该通用序列总线端口的电源端子，或拉升电源回路及该信号端子之间；
一拉升电阻延时控制回路，响应该通用序列总线设备电源回路送出的通用序列总线驱动电压的信号，并在此信号发生时点再延时一定时间后，将该拉升连接开关控制成开启。
3.根据权利要求1或2所述的通用序列总线设备，其特征在于：还包括一辅助电源回路，以驱动该控制回路，且该辅助电源回路与该自我供电电源端子为常连接状态。
4.一种通用序列总线机器，其特征在于：包括：
一通用序列总线端口，具有信号端子及电源端子；
一自我供电电源端子；
一控制回路，由该自我供电电源端子或通用序列总线端口的该电源端子接收电力，并检测该通用序列总线端口的该电源端子是否有电压，并将此检测的信号作为控制信号输出；
一通用序列总线设备电源回路，与该自我供电电源端子及该控制回路连接，响应由该控制回路产生的控制信号，当该控制信号表示该通用序列总线端口的电源端子有电压时，将通用序列总线设备驱动电压送出，当该控制信号表示该通用序列总线端口的电源端子无电压时，停止送出通用序列总线设备驱动电压；
一通用序列总线设备本体部，与该通用序列总线设备电源回路及该信号线连接；其中
该通用序列总线设备电源回路由连接到自我供电电源端子的整流稳压回路、与整流稳压回路连接的开关调整器所组成，
该开关调整器包括电压调整用开关器件；
该控制回路是当检测该通用序列总线端口的该电源端子有电压响应时，准许该开关器件的电压控制动作，当检测该通用序列总线端口的该电源端子无电压响应时，将该开关器件关闭并停止送出通用序列总线设备驱动电压的功能。
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