CN207164746U - 一种实现USB设备检测的USB Type‑C适配器 - Google Patents

一种实现USB设备检测的USB Type‑C适配器 Download PDF

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Abstract

本实用新型实施例公开了一种USB Type‑C适配器，USB Type‑C适配器，获取第一连接器中的第一接地信号，根据该第一接地信号判断USB3.X设备是否被挂载，第一接地信号作为独立信号，也就是说该接地信号不与其他接地信号短接在一起，这样，有USB3.X设备挂载时，该第一接地信号被置为地信号，而当没有USB3.X设备挂载时，为非地信号，通过该信号可以判断第一连接器是否被挂载，进而，可以通过该信号来识别适配器的使用状态，进而可以进行是否重新分配数据通道的控制。

Description

一种实现USB设备检测的USB Type-C适配器
技术领域
本实用新型涉及视频数据传输领域，尤其涉及一种实现USB设备检测的USB Type-C适配器。
背景技术
USB Type-C接口具有更快传输速度、更强电力传输能力以及支持双面插接等特点，是目前电子设备接口的一个主流选择，越来越多的电子设备上都配备了USB Type-C接口。
USB Type-C适配器将USB Type-C的接口转换为其他视频信号的接口，同时还具有USB接口，视频信号接口例如DP(Display Port)、VGA(Video Graphics Array)或HDMI(HighDefinition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口)接口等，这样，可以将源设备上的多媒体数据通过传统的视频信号接口输出到显示设备上，同时还可以用于数据的传输。
USB Type-C有四对高速差分对数据通道，USB3.x数据以及视频数据共用这些数据通道进行传输，目前，在USB Type-C适配器应用中，数据通道的分配是在系统配置初始化时固定下来的，无法根据不同的应用情景来重新分配数据通道，例如数据通道的具体分配方式为：当传输视频数据时，所有数据通道用于视频的传输；当传输USB3.x数据时，所有数据通道用于USB3.x数据的传输，这无法满足同时传输USB3.x数据和视频数据的需求；而当数据通道的具体分配方式为：将其中一些数据通道用于USB3.x数据的传输，将另外一些数据通道用于视频数据的传输，这样，可以满足同时传输USB3.x数据和视频数据的需求，但在仅需传输视频数据时，仍然还有部分的数据通道进行传输，部分通道的传输会降低视频传输的分辨率，影响视频质量。这样，一旦确定了通道的应用方式，传输方式就被固定下来，若能够根据适配器的使用状态来确定相应的传输方式，则可以满足用户对适配器的功能多样化和灵活性的需求，然而，目前并没有能够识别自身使用状态的USB Type-C适配器。
实用新型内容
本实用新型提供了一种USB Type-C适配器，能够实现USB设备检测，以满足功能多样化和灵活性的需求。
一种USB Type-C适配器，包括：
USB Type-C连接器；
USB3.X数据传输模块，一端与USB Type-C连接器连接，另一端与USB3.X的第一连接器连接，用于通过USB Type-C端口进行USB3.X数据的传输；
视频数据传输模块，一端与USB Type-C连接器连接，另一端与视频数据的第二连接器连接，用于通过USB Type-C端口进行视频数据的传输；
第一连接器状态确定模块，用于获取第一连接器中的第一接地信号，并通过所述第一接地信号，确定并输出第一连接器的状态信号，所述状态信号表示是否被USB3.X设备挂载，所述第一接地信号为第七针脚或壳体信号且为独立信号，其中，所述状态信号输出至控制单元，用于USBType-C端口中数据通道的控制。
可选地，所述第一连接器状态确定模块包括：
第一比较器，其一输入端连接第一参考电压，另一输入端连接至第一接地信号、以及通过第一上拉电阻连接至第一电源，所述第一电源的电压大于所述第一参考电压。
可选地，所述适配器还用于通过USB Type-C端口的D+/D-数据通道向第一连接器传输USB2.0数据，所述第一接地信号为所述第一连接器中第七针脚的接地信号。
可选地，所述第一连接器状态确定模块，还用于获取第一连接器中的第二接地信号，所述第二接地信号为独立信号且为所述第一连接器的壳体信号；则，
所述通过所述第一接地信号，确定并输出第一连接器的状态信号包括：
通过所述第一接地信号和所述第二接地信号，确定并输出第一连接器的状态信号，所述状态信号为是否被USB3.X设备挂载以及是否被USB2.0设备挂载。
可选地，所述第一连接器状态确定模块还包括：
第二比较器，其一输入端连接第二参考电压，另一输入端连接至第二接地信号、以及通过第二上拉电阻连接至第二电源，所述第二电源的电压大于所述第二参考电压。
可选地，所述视频数据包括DP、VGA或HDMI数据。
本实用新型实施例提供的实现USB设备检测的USB Type-C适配器，获取第一连接器中的第一接地信号，根据该第一接地信号判断USB3.X设备是否被挂载，第一接地信号作为独立信号，也就是说该接地信号不与其他接地信号短接在一起，这样，有USB3.X设备挂载时，该第一接地信号被置为地信号，而当没有USB3.X设备挂载时，为非地信号，通过该信号可以判断第一连接器是否被挂载，进而，可以通过该信号来识别适配器的使用状态，进而可以进行是否重新分配数据通道的控制。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本实用新型实施例的USB Type-C适配器的结构示意图；
图2为USB3.X的连接器的针脚分布及连接结构示意图；
图3为根据本实用新型实施例的USB Type-C适配器中第一连接器状态确定模块的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
正如背景技术中的描述，目前，在USB Type-C适配器应用中，数据通道的分配是在系统配置初始化时固定下来的，无法根据不同的应用情景来重新分配数据通道，为此，本实用新型提供了一种USB Type-C适配器，以满足数据传输中功能多样化和灵活性的需求。
为了更好地理解本实用新型的技术方案，先对USB Type-C的各数据端口进行说明。USB Type-C的端口包括四对差分对数据通道、D+/D-、边带通道SBU1/SBU2、配置通道CC以及VCONN等。其中，四对差分对数据通道分别为：TX1+/TX1-，TX2+/TX1-，RX1+/RX1-，RX2+/RX2-，为高速数据通道，默认情况下，支持USB3.X数据传输，是高速的数据端口，最高数据速率可达到10Gb/s，此外，还可以用来传输DP或HDMI视频数据，其中，USB3.X数据包括USB3.0或USB3.1数据。D+/D-用来传送USB2.0数据。边带通道SBU1/SBU2(SBU,Side Band Use)为辅助信号端口。CC(Configuration Channel)为配置通道，其与VCONN一同为Type-C的主机判断USB Type-C适配器的插入方向及为适配器提供电源，当判断Type-C适配器插入后，将在VCONN上提供电压，通常该电压为5V，以为Type-C适配器提供工作电压。
USB Type-C适配器为USB Type-C端口与USB端口、视频数据端口的转接设备，参考图1所示，适配器01的一端为USB Type-C端口，USB Type-C端口连接到USB Type-C连接器02，适配器01的另一端为USB3.X的连接器400和视频数据的连接器500，为了便于描述，USB3.X的连接器400记做第一连接器，视频数据的连接器500记做第二连接器。
通常地，该USB Type-C连接器02可以为公头连接器，连接至USB Type-C的主机03，也就是源数据设备，例如可以为个人计算机、笔记本电脑、平板电脑、服务器、手机或其他设置有源数据的设备等，第一连接器400和第二连接器500可以为母座连接器，第一连接器400用于与USB设备连接，该USB设备可以为USB存储设备或具有USB接口的个人计算机、笔记本电脑、平板电脑或手机等其他电子设备，第二连接器500用于与视频显示设备05连接，视频显示设备05可以为显示器设备或具有显示器设备的个人计算机、电视、笔记本电脑、平板电脑或手机等其他电子设备。
在本实用新型中，该适配器01用于通过USB Type-C端口的四对差分对数据通道向第一连接器400传输USB3.X数据、以及向第二连接器500传输视频数据，根据不同的设计，适配器01可以由不同的单元组成，来实现USB3.X数据以及视频数据的传输功能。在一些具体的实施例中，参考图1所示，该适配器01包括控制单元100和传输模块200，传输模块200包括USB3.X数据传输模块202以及视频数据传输模块201，控制单元100连接USB Type-C端口的CC通道、VCONN和SBU1/SBU2通道，用于连接检测、USB-PD通信控制、AUX通信控制、协议管理以及其他处理；USB3.X数据传输模块202一端与USB Type-C端口的四对差分对数据通道连接，另一端与USB3.X的连接器400相连，用于USB3.X数据的传输，USB3.X数据传输模块202可以为无源数据旁路开关，在控制单元100的控制下，可以仅连通部分的数据通道或全部的数据通道进行USB3.X数据的传输；视频数据传输模块201一端与USB Type-C端口的四对差分对数据通道连接，另一端与视频数据的第二连接器500相连，用于将输入视频信号处理或转换为输出视频信号，输出视频信号例如为DP、VGA或HDMI视频数据信号等。在控制单元100的控制下，通过USB3.X数据传输模块以及视频数据传输模块实现USB3.X数据以及视频数据的传输。控制单元100可以是独立的芯片模块，也可以是与USB3.X数据传输模块202以及视频数据传输模块201集成在一起的芯片模块，本申请对其实现形式不做限定。
此外，为了更好地兼容USB2.0数据，在本实用新型实施例中，该适配器01还用于USB2.0数据的传输，可以通过USB Type-C端口的D+/D-数据通道直接向第一连接器400传输USB2.0数据。
在本实用新型实施例中，适配器01还包括第一连接器状态确定模块500，第一连接器状态确定模块500用于获取第一连接器400中的第一接地信号，并根据所述第一接地信号，确定并输出第一连接器400的状态信号，所述状态信号表示是否被USB3.X设备挂载，所述第一接地信号为第七针脚或壳体的信号为独立信号，该状态信号输出至控制单元，用于USB Type-C端口中数据通道的控制。
该状态信号可以体现适配器的使用状态，进而可以用于通道的控制，在具体进行通道控制时，可以当所述状态信号表示为USB3.X设备挂载时，判断所述四对差分对数据通道是否被占用，若是，则重新分配数据通道，使得所述四对差分对数据通道中的一部分用于传输USB3.X数据、另一部分用于继续传输视频数据；以及，当所述状态信号表示由USB3.X设备挂载转变为非挂载时，重新分配数据通道，使得所述四对差分对数据通道都用于传输视频数据。
参考图2所示，其中图(A)为USB3.X的连接器的针脚分布结构示意图，USB3.X的连接器同时还兼容USB2.0数据的连接，当用于USB2.0数据的连接时，仅第一针脚至第四针脚被占用，第五针脚至第九针脚为悬空，当用于USB3.X数据的连接时，所有的针脚被占用。
USB3.X的连接器中有三个接地信号，分别为第七针脚GND_DRAIN、第四针脚GND和连接器的壳体SHELL。在一些实施例中，在当适配器的USB3.X的连接器仅用于USB3.X数据的连接时，其中第四针脚GND为常地端，这三个接地信号中的第七针脚GND_DRAIN和连接器的壳体SHELL可以用于确定第一连接器的状态信号的第一接地信号，也就是说，第一接地信号可以为第七针脚GND_DRAIN和连接器的壳体SHELL的接地信号中的任意一个。第一接地信号为独立信号，即该信号并不与其他的接地信号短接，仅为一个独立的信号，这样仅在有设备挂载时，才会被置为接地信号。参考图2中(B)所示，图(B)为有USB3.X设备挂载时的第一连接器的连接状态示意图，由于第一接地信号为独立信号，只有在有USB3.X设备挂载时，第一接地信号才被置为地信号，而没有USB3.X设备挂载时，第一接地信号则被置为非地信号。因此，通过该信号可以判断第一连接器是否被挂载的状态信号，进而，通过该状态信号来确定是否重新分配数据通道。
在另一些实施例中，适配器的USB3.X的连接器400既用于USB3.X数据的连接又用于USB2.0数据的连接时，第一连接器400上挂载的设备可能是USB2.0设备或者USB3.X设备，而USB2.0设备通过D+/D-数据通道传输数据，无需与视频传输共用数据通道，仅当挂载为USB3.X设备时，需要与视频传输共用数据通道，因此，当第一连接器400有被挂载时，需要判断出是USB2.0设备还是USB3.X设备挂载。参考图2中(B)、(C)所示，第七针脚GND_DRAIN仅在USB3.X设备挂载时被占用，在当USB2.0设备挂载时为悬空，则，在第一连接器状态确定模块中，可以确定两个接地信号，第一接地信号为第七针脚GND_DRAIN的接地信号，第二接地信号为第一连接器壳体SHELL的接地信号，这两个接地信号都为独立信号，即不与其他常地信号短接，这样，当第一接地信号和第二接地信号都为地信号时，则表示为USB3.X设备挂载，当第二接地信号为地信号而第一接地信号为非地信号时，则表示为USB2.0设备挂载，当第一接地信号和第二接地信号都为非地信号时，则表示无USB设备挂载。这样，通过识别这两个接地信号，就可以确定出第一连接器的状态信号，该状态信号指是否被USB3.X设备挂载以及是否被USB2.0设备挂载。
在本实用新型优选实施例中，第一连接器状态确定模块为包括比较器的电路模块，通过比较器来获取并输出连接器的状态信息。参考图3所示，第一连接器状态确定模块包括第一比较器501A，用于获取和输出第一接地信号，还可以进一步包括第二比较器501B，用于获取和输出第二接地信号。
具体的，如图3所示，第一比较器501A的一输入端连接第一参考电压VREF1，另一输入端连接至第一接地信号、以及通过第一上拉电阻Ru1连接至第一电源VCC1，所述第一电源VCC1的电压大于所述第一参考电压VREF1。在该具体的实施例中，第一参考电压VREF1连接第一比较器501A的正输入端，第一接地信号及第一上拉电阻Ru1连接第一比较器501A的负输入端，在没有USB3.X设备挂载时，负输入端被上拉电阻Ru1将该端的电压保持在第一电源的电压VCC1，由于第一电源VCC1大于参考电压VREF1，此时，第一比较器VREF1输出U3CON为0，而当有USB3.X设备挂载时，第一接地信号被接地，负输入端被接地信号下拉至接地电压，参考电压为非接地电压，大于接地电压，此时，第一比较器输出U3CON为1。在该具体的示例中，第一接地信号为第七针脚GND_DRAIN的信号。
第二比较器501B的一输入端连接第二参考电压VREF2，另一输入端连接至第二接地信号、以及通过第二上拉电阻Ru2连接至第二电源VCC2，所述第二电源VCC2的电压大于所述第二参考电压VREF2。同第一比较器，在该具体的实施例中，第二参考电压连接第二比较器501B的正输入端，第二接地信号及第二上拉电阻Ru2连接第二比较器501B的负输入端，在没有USB2.0或USB3.X设备挂载时，负输入端被上拉电阻Ru2将该端的电压保持在第二电源的电压VCC2，由于第二电源VCC2大于第二参考电压VREF2，此时，第二比较器输出UXCON为0，而当有USB2.0设备或USB3.X设备挂载时，第二接地信号被接地，负输入端被接地信号下拉至接地电压，参考电压为非接地电压，大于接地电压，此时，第二比较器输出UXCON为1。在该具体的示例中，第二接地信号为连接器壳体SHELL的信号。
在当第一连接器仅用于USB3.X数据的连接时，通过第一比较器就可以获取并输出USB3.X设备挂载是否挂载的状态信息，在上述具体的示例中，第一比较器的输出U3CON为1时，表示第一连接器被USB3.X设备，U3CON为0时，为没有USB3.X设备挂载；而当第一连接器用于USB3.X数据和USB2.0数据的连接时，通过第一比较器和第二比较器获取并输出是否被USB3.X设备挂载以及是否被USB2.0设备挂载的状态信号，在上述具体的示例中，当第一比较器的输出U3CON为1且第二比较器的输出UXCON为1时，表示第一连接器400被USB3.X设备挂载，当第一比较器的输出U3CON为0且第二比较器的输出UXCON为1时，表示第一连接器400被USB2.0设备挂载，当第一比较器的输出U3CON为0且第二比较器的输出UXCON为0时，表示第一连接器400没有被挂载。
由于可以获得第一连接器是否被USB3.X设备挂载的状态信号，那么，可以根据该状态信号，来进一步控制数据传输通道的控制，以满足不同的需要，在具体的通道控制中，可以通过实时获取上述的状态信号，当状态信号表示为USB3.X设备挂载时，继续判断四对差分对数据通道是否被占用，若是，则表示此时正在进行视频数据的传输，则，重新进行数据通道的分配，使得所述四对差分对数据通道中的一部分用于传输USB3.X数据、另一部分用于继续传输视频数据。具体的，可以通过USB-PD/AUX通信的方式告知数据源设备降低视频分辨率，使用其中的两对差分数据通道进行视频数据的传输，而将另外两对差分数据通道用于USB3.X数据的传输，而后，以低分辨率的方式以两条数据通道传输视频数据，另两条数据通道同时传输USB3.X数据。
在整个传输中，持续获取状态信号，当状态信号改变时，当所述状态信号表示由USB3.X设备挂载转变为非挂载时，则表示此时USB3.X数据传输已结束，则，重新进行数据通道的分配，使得所述四对差分对数据通道都用于传输视频数据。具体的，可以通过USB-PD/AUX通信的方式告知数据源设备重新以高分辨率的方式进行视频传输，重新使用四对差分对数据通道用于视频数据传输。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块或单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块或单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种实现USB设备检测的USB Type-C适配器，其特征在于，包括：
USB Type-C连接器；
USB3.X数据传输模块，一端与USB Type-C连接器连接，另一端与USB3.X的第一连接器连接，用于通过USB Type-C端口进行USB3.X数据的传输；
视频数据传输模块，一端与USB Type-C连接器连接，另一端与视频数据的第二连接器连接，用于通过USB Type-C端口进行视频数据的传输；
第一连接器状态确定模块，用于获取第一连接器中的第一接地信号，并通过所述第一接地信号，确定并输出第一连接器的状态信号，所述状态信号表示是否被USB3.X设备挂载，所述第一接地信号为第七针脚或壳体信号且为独立信号，其中，所述状态信号输出至控制单元，用于USBType-C端口中数据通道的控制。
2.根据权利要求1所述的适配器，其特征在于，所述第一连接器状态确定模块包括：
第一比较器，其一输入端连接第一参考电压，另一输入端连接至第一接地信号、以及通过第一上拉电阻连接至第一电源，所述第一电源的电压大于所述第一参考电压。
3.根据权利要求1或2所述的适配器，其特征在于，所述适配器还用于通过USB Type-C端口的D+/D-数据通道向第一连接器传输USB2.0数据，所述第一接地信号为所述第一连接器中第七针脚的接地信号。
4.根据权利要求3所述的适配器，其特征在于，所述第一连接器状态确定模块，还用于获取第一连接器中的第二接地信号，所述第二接地信号为独立信号且为所述第一连接器的壳体信号；则，
所述通过所述第一接地信号，确定并输出第一连接器的状态信号包括：
通过所述第一接地信号和所述第二接地信号，确定并输出第一连接器的状态信号，所述状态信号为是否被USB3.X设备挂载以及是否被USB2.0设备挂载。
5.根据权利要求4所述的适配器，其特征在于，所述第一连接器状态确定模块还包括：
第二比较器，其一输入端连接第二参考电压，另一输入端连接至第二接地信号、以及通过第二上拉电阻连接至第二电源，所述第二电源的电压大于所述第二参考电压。
6.根据权利要求1所述的适配器，其特征在于，所述视频数据包括DP、VGA或HDMI数据。
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