DE102014116741A1

DE102014116741A1 - System und Verfahren für eine serielle Busschnittstelle

Info

Publication number: DE102014116741A1
Application number: DE102014116741.4A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Furtner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2015-05-21
Anticipated expiration: 2034-11-18
Also published as: CN104657314A; US20150137789A1; DE102014116741B4; US10114401B2

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Ladeanschlusses mit einer Energieverbindung und einer ersten Datenverbindung ein Bestimmen, ob eine kompatible Vorrichtung mit dem Ladeanschluss gekoppelt ist, und ein Empfangen eines seriellen Datenstroms von der kompatiblen Vorrichtung über die erste Datenverbindung. Der serielle Datenstrom umfasst eine Vielzahl von Symbolen, die eine Anforderung für Energieversorgungsspannung und/oder -strom repräsentieren, und das Verfahren umfasst ferner ein Anlegen der angeforderten Energieversorgungsspannung und/oder Beaufschlagen des angeforderten Energieversorgungsstroms an die Energieverbindung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf eine elektronische Vorrichtung, und insbesondere auf ein System und Verfahren für eine serielle Busschnittstelle.
HINTERGRUND
In dem Maß, in dem tragbare elektronische Vorrichtungen, wie Mobiltelefone und Tablets, rechnerisch leistungsstärker und komplexer werden, verbrauchen sie auch mehr Energie. Um diesen erhöhten Leistungsanforderungen Rechnung zu tragen, wird häufig auch die Energiespeicherkapazität der Batterien entsprechend erhöht, die verwendet werden, um solche Vorrichtungen mit Energie zu versorgen.
In vielen tragbaren Produkten wird oft ein universeller serieller Bus (USB) sowohl als Kommunikationsanschluss als auch als Energiezufuhranschluss verwendet, um ein Laden einer Batterie vorzunehmen. Beispielsweise kann ein Standard-USB 2.0-kompatibler Anschluss eine maximale Energiezufuhr von 7,5 W (5 V bei 1,5 A) für einen dedizierten Ladeanschluss vorsehen, der verwendet werden kann, um die Batterie einer tragbaren Vorrichtung wiederaufzuladen. Da sich jedoch die Batteriekapazitäten von Tablet-Vorrichtungen erhöhen, beispielsweise von 5600 mAh auf 8000 mAh und 10000 mAh, steigt auch die Ladezeit für diese Vorrichtungen entsprechend. Unter Verwendung eines Standard-USB 2.0-kompatiblen Anschlusses dauert es beispielsweise etwa 2 Stunden und 40 Minuten, um eine 5600 mAh Batterie wiederaufzuladen, aber es dauert 4 Stunden und 45 Minuten, um eine 10000 mAh aufzuladen.
Durch die Erhöhung des Ladestroms oder der Ladespannung können jedoch schnellere Ladezeiten erzielt werden. In einigen Fällen kann ein „Y“-Verbinder verwendet werden, um den Ausgang von zwei USB-Anschlüssen zum Vorsehen höherer Ströme zu kombinieren, oder es können einige Nicht-Standard-USB-Typ-Implementierungen höhere Ströme ermöglichen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Möglichkeiten bereitzustellen, flexibel auf verschiedene Versorgungsspannungs- und/oder Versorgungsstromanforderungen reagieren zu können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es werden Verfahren nach Anspruch 1 oder 9, eine Ladeanschlussschaltung nach Anspruch 16, ein System nach Anspruch 23 sowie eine Kabelschaltung nach Anspruch 31 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Ladeanschlusses mit einer Energieverbindung und einer ersten Datenverbindung ein Bestimmen, ob eine kompatible Vorrichtung mit dem Ladeanschluss gekoppelt ist, und ein Empfangen eines seriellen Datenstroms von der kompatiblen Vorrichtung über die erste Datenverbindung. Der serielle Datenstrom umfasst eine Vielzahl von Symbolen, die eine Anforderung für Energieversorgungsspannung und/oder -strom repräsentieren, und das Verfahren umfasst ferner das Anlegen der angeforderten Energieversorgungsspannung und/oder das Beaufschlagen des angeforderten Energieversorgungsstroms an die Energieverbindung.
Der Begriff „Energie“ bezeichnet im Zusammenhang dieser Anmeldung insbesondere elektrische Energie, in Form von elektrischer Leistung, elektrischem Strom und/oder elektrischer Spannung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum vollständigeren Verständnis der vorliegenden Erfindung und der Vorteile davon wird nun auf die folgenden Beschreibungen Bezug genommen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen sind, in denen:
die 1a–b eine Ausführungsform eines Ladesystems und ein entsprechendes Wellenformdiagramm veranschaulichen;
2 ein Wellenformdiagramm veranschaulicht, das den Betrieb eines Systems gemäß einer Ausführungsform zeigt;
die 3a–b ein Wellenformdiagramm veranschaulichen, das ein serielles Datenübertragungsverfahren und ein Beispiel eines seriellen Datenübertragungsworts veranschaulicht;
4 Schnittstellenschaltungen eines Systems gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
5 Schnittstellenschaltungen eines Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform veranschaulicht;
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
7 eine schematische Darstellung einer Ladeschaltung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht; und
8 eine schematische Darstellung einer intelligenten Kabelschaltung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
Entsprechende Zahlen und Symbole in unterschiedlichen Figuren beziehen sich allgemein auf entsprechende Teile, wenn nichts anderes angegeben ist. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen klar zu veranschaulichen, und sind nicht unbedingt maßstabgetreu. Um bestimmte Ausführungsformen klarer zu veranschaulichen, kann ein Buchstabe, der Variationen der gleichen Struktur, des gleichen Materials oder Verfahrensschritts anzeigt, einer Zahl in einer Figur folgen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Herstellung und Verwendung der vorliegend bevorzugten Ausführungsformen werden nachstehend detailliert diskutiert. Es ist jedoch klar, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte vorsieht, die in verschiedensten spezifischen Kontexten ausgeführt werden können. Die diskutierten spezifischen Ausführungsformen dienen nur der Veranschaulichung spezifischer Wege, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und schränken den Umfang der Erfindung nicht ein.
Die vorliegende Erfindung wird in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext, ein System und ein Verfahren für eine serielle Busschnittstelle beschrieben, die für eine Kommunikation zwischen einem USB-Ladeanschluss und einer tragbaren Vorrichtung verwendet werden können. Die Erfindung kann auch auf andere Systeme und Anwendungen angewendet werden, die andere Schaltungen umfassen, welche eine serielle Kommunikation vornehmen und/oder elektronische Vorrichtungen mit Energie versorgen.
In einer Ausführungsform umfasst ein Ladesystem einen dedizierten Ladeanschluss, der eingerichtet ist, eine über ein USB-Kabel angeschlossene Vorrichtung mit Energie zu versorgen. Nach einem Detektionsvorgang nimmt das Ladesystem eine serielle Zweiweg-Kommunikation mit der angeschlossenen Vorrichtung auf. Während dieser Zweiweg-Kommunikation können verschiedene Parameter zwischen der Ladeeinheit und der angeschlossenen Vorrichtung auf wenigstens einer der D+ und D– Leitungen des USB-Kabels unter Verwendung dedizierter Spannungspegel ausgetauscht werden, die als High- und Low-Zustände definiert sind. Beispielsweise kann die angeschlossene Vorrichtung eine angeforderte Ladespannung für den dedizierten Ladeanschluss anzeigen, die der angeschlossenen Vorrichtung zuzuführen ist. In einem solchen Fall kann der dedizierte Ladeanschluss eine Ausgangsspannung einer Energiezufuhrschaltung einstellen, die der angeschlossenen Vorrichtung eine Ladung zuführt.
1a veranschaulicht das Energiesystem 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unser System 100 umfasst einen Energieadapter 102, der mit der tragbaren Vorrichtung 110 über eine USB-Verbindung 120 gekoppelt ist. Es ist klar, dass in einigen Ausführungsformen die tragbare Vorrichtung 110 eine beliebige Vorrichtung repräsentieren kann, die mit dem Energiedapter 102 über ein USB-Kabel gekoppelt ist. Wie gezeigt, umfasst die USB-Verbindung 120 vier Signalleitungen, nämlich eine Energiezufuhrverbindung VBUS, die Masse-Verbindung GND und Datenleitungen D+ und D–. In alternativen Ausführungsformen können andere Energie- und Datenverbindungen anstelle der USB-Verbindung 120 verwendet werden.
Der Energieadapter 102 umfasst eine einstellbare Energiezufuhr 104, welche die Energiezufuhrverbindung VBUS mit Energie versorgt. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Menge an Energie, die der tragbaren Vorrichtung 110 geliefert wird, durch ein Ändern der Ausgangsspannung der einstellbaren Energiezufuhr 104 eingestellt werden. Beispielsweise kann die Spannung der Energiezufuhrverbindung VBUS zwischen etwa 5 V und etwa 20 V in einer unterschiedlichen Anzahl von Schritten eingestellt werden. Alternativ dazu können Spannungen außerhalb dieses Bereichs in Abhängigkeit von der bestimmten Ausführungsform und ihren Spezifikationen verwendet werden.
Der Energieadapter 102 umfasst auch eine Schnittstellenschaltung 108, die mit den Datenleitungen D+ und D– gekoppelt ist. In einer Ausführungsform umfasst die Schnittstellenschaltung 108 einen Sender und Empfänger, die eingerichtet sind, eine serielle Zweiweg-Kommunikation zwischen dem Energieadapter 102 und der tragbaren Vorrichtung 110 durchzuführen. Eine Steuereinheit 106 betreibt die Schnittstellenschaltung 108 und stellt eine Steuerung für die einstellbare Energiezufuhr 104 bereit.
Die tragbare Vorrichtung 110 umfasst eine Energiezufuhr/Ladeeinheit 112, die Energie von der einstellbaren Energiezufuhr 104 innerhalb des Energieadapters 102 empfängt. In Abhängigkeit von der bestimmten Implementierung der tragbaren Vorrichtung 110 kann die Energiezufuhr/Ladeeinheit 112 bei verschiedenen Spannungen der Energieverbindung VBUS arbeiten. Beispielsweise kann während eines normalen Betriebsmodus die Energiezufuhr/Ladeeinheit 112 die tragbare Vorrichtung 110 mit ausreichender Energie versorgen, wenn die Energieverbindung VBUS auf etwa 5 V eingestellt ist. Andererseits kann während eines Ladebetriebs oder während eines Schnellladebetriebs die Energiezufuhr/Ladeeinheit 112 in der Lage sein, eine Batterie (nicht gezeigt), die mit der tragbaren Vorrichtung 110 gekoppelt ist, schneller zu laden, wenn die Energieverbindung VBUS auf eine höhere Spannung eingestellt ist, wie 12 V oder 20 V. In einer Ausführungsform kann die tragbare Vorrichtung 110 dem Energieadapter 102 eine angeforderte Energieversorgungsspannung für die Energieverbindung VBUS signalisieren. Diese Signalisierung kann beispielsweise über die Schnittstellenschaltung 114 auftreten, die einen Sender und einen Empfänger umfasst, welche eine serielle Kommunikation mit dem Energieadapter 102 vornehmen können, und liefert einen Weg für die tragbare Vorrichtung 110, dem Energieadapter 100 anzuzeigen, dass die tragbare Vorrichtung 110 bei einer höheren Spannung als der 5 V Standard-USB-Versorgungsspannung arbeiten kann. Eine Steuereinheit 116 betreibt die Schnittstellenschaltung 114, und eine USB-Schnittstelle 118 ist über die Schnittstellenschaltung 114 mit Datenanschlussstiften D+ und D+ gekoppelt. In einigen Ausführungsformen wird eine Kommunikation zwischen dem Energieadapter 102 und der tragbaren Vorrichtung 110 nicht unter Verwendung einer Hochgeschwindigkeitsschaltung einer Standard-USB-Schnittstelle vorgenommen, wodurch eine bidirektionale Kommunikation unter Verwendung einer einfacheren physikalischen Schnittstelle ermöglicht wird.
1b zeigt ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb der USB-Schnittstelle 120 veranschaulicht, wenn das System 100 initialisiert wird. Während der Zeitperiode 132 wird ein Detektionsvorgang zwischen dem Energieadapter 102 und der tragbaren Vorrichtung 110 vorgenommen. Dieser Detektionsvorgang kann verwendet werden, um festzustellen, dass der Energieadapter 102 und die tragbare Vorrichtung 110 jeweils zu seriellen Kommunikationsvorgängen gemäß einer Ausführungsform fähig sind. In einer Ausführungsform wird der Detektionsvorgang unter Verwendung der Datenanschlussstifte D+ und D– vorgenommen. Sobald festgestellt ist, dass der Energieadapter 102 und die tragbare Vorrichtung 110 zu einer seriellen Kommunikation fähig sind, beginnt die serielle Kommunikation zwischen den beiden Vorrichtungen. Im veranschaulichten Beispiel werden serielle Daten 136 von der tragbaren Vorrichtung 110 gesendet und vom Energieadapter 102 empfangen. Serielle Daten 138 repräsentieren hingegen die Kommunikation vom Energieadapter 102 und der tragbaren Vorrichtung 110. In einer Ausführungsform werden Spannungspegel auf der Datenleitung D+ durch die Kopplung der Datenleitung D+ mit einer Hochzieh-Spannung über einen Hochzieh-Widerstand festgelegt. Wie im Wellenformdiagramm von 1B gezeigt, ist die Hochzieh-Spannung mit der Datenleitung D+ zur Zeit 134 gekoppelt. In einer Ausführungsform werden Daten auf der Datenleitung D+ in einer Pseudodifferentialbetriebsart unter Verwendung der Datenleitung D– als Bezugspunkt gesendet. Unter Verwendung von D– als Signalisierungsbezugspunkt anstelle der Masse-Verbindung GND, die einen Energieversorgungsstrom und ein Masse-Rauschen führt, kann in einigen Ausführungsformen ein ruhigerer Betrieb erzielt werden. Alternativ dazu können Daten auf der Datenleitung D+ oder D– gesendet und auf die GND bezogen werden.
In einer Ausführungsform kann ein Energieadapter anfänglich eine 5 V Energieversorgungsspannung am VBUS vorsehen, was die Standard-Energieversorgungsspannung für USB-Vorrichtungen ist. Im veranschaulichten Beispiel umfassen die seriellen Daten 136 jedoch eine Anforderung für eine höhere Energieversorgungsspannung. Wie gezeigt, steigt die Spannung der Energiezufuhrverbindung VBUS von 5 V auf 12 V während der Zeitperiode 140 nach dem Empfang der seriellen Daten 136.
2 veranschaulicht ein Wellenformdiagramm einer Detektions- und bidirektionalen Kommunikationssequenz gemäß einer Ausführungsform zwischen dem Adapter 102 und der tragbaren Vorrichtung (PD) 110, die eine Kompatibilität mit der Revision 1.2 der USB-Batterieladespezifikation (USB BC 1.2) vorsieht, welche hier gänzlich durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Die USB BC 1.2 Spezifikation definiert eine Prozedur, in der eine tragbare Vorrichtung (PD) bestimmen kann, ob sie verbunden ist mit einem nachgeschalteten Standardanschluss (SDP), der mit der USB 2.0-Definition eines Hosts oder Hubs übereinstimmt, einem nachgeschalteten Ladeanschluss (CDP), der mit der USB 2.0-Definition eines Hosts oder Hubs übereinstimmt, welcher eine zusätzliche Energiezufuhrfunktionalität aufweist, oder einem dedizierten Ladeanschluss (DCP), der Energie durch einen USB-Verbinder ausgibt, jedoch keine nachgeschaltete Vorrichtung darstellt. Diese Detektionsprozedur ist in eine primäre Detektionsphase, die einen SDP von anderen Vorrichtungstypen unterscheidet, und eine sekundäre Detektionsphase unterteilt, die den DCP vom CDP unterscheidet.
Beispielsweise legt eine USB BC 1.2-kompatible tragbare Vorrichtung (PD) einen Spannungspegel von V_{DP_SRC} ≅ 0,6 V an D+ während der primären Detektion und an D– während der sekundären Detektion an. Außerdem vergleicht sie D– mit einem Spannungspegel von V_{DAT_REF} ≅ 0,325 V während der primären Detektion und D+ während der sekundären Detektion. Gegebenenfalls vergleicht sie D– mit einem Spannungspegel von V_LGC ≅ 1,4 V während der primären Detektion und D+ während der sekundären Detektion.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beginnt die Vorrichtungsdetektion mit der primären und sekundären Detektion von USB BC 1.2 und setzt dann mit einer Detektionssequenz fort, die bestimmt, ob die angeschlossenen Vorrichtungen eine bidirektionale serielle Kommunikation gemäß einer Ausführungsform vornehmen können. Wie in 2 gezeigt, beginnt die primäre Detektionsphase 220, wenn die PD eine Spannung zwischen etwa 0,325 V und etwa 1,4 V, beispielsweise 0,6 V auf der Datenleitung D+ zur Zeit 202, aktiviert. Falls die PD detektiert, dass der Adapter eine höhere Spannung als etwa 0,325 V auf der Datenleitung D– zur Zeit 206 liefert, bestimmt die PD, dass die Vorrichtung, mit der sie verbunden ist, kein SDP ist. Als Nächstes, in der sekundären Detektionsphase 222, aktiviert die PD eine höhere Spannung als etwa 0,325 V, beispielsweise 0,6 V, auf der Datenleitung D– zur Zeit 208. Falls die PD detektiert, dass der Adapter eine höhere Spannung als etwa 0,325 V auf der Datenleitung D+ zur Zeit 204 liefert, bestimmt die PD, dass die Vorrichtung, mit der sie verbunden ist, kein CDP ist, wodurch angezeigt wird, dass die Vorrichtung ein DCP oder eine Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform sein kann.
Als Nächstes, während der Ladeeinheitsdetektionsphase zur Zeit 210, aktiviert die PD eine größere Spannung als 1,4 V, beispielsweise 3,3 V, auf der Datenleitung D+ und aktiviert eine Spannung von weniger als etwa 1,4 V, beispielsweise 0,6 V, auf der Datenleitung D–. Die PD sendet eine Abfrage 212, und der Adapter liefert eine Antwort 214 auf die Abfrage 212. Die Abfrage kann beispielsweise Identifikationsdaten, eine Schnittstellenversionsnummer und/oder Spannungs- und Stromanforderungen der PD umfassen, und die Antwort kann beispielsweise Identifikationsdaten, eine Schnittstellenversionsnummer und/oder Spannungs- und Stromfähigkeiten des Adapters umfassen. Sobald die PD die Antwort 214 vom Adapter empfängt, endet die Ladeeinheitsdetektionsphase 224, und es kann nun eine weitere Kommunikation 216 auftreten, entweder vom Adapter zur PD oder von der PD zum Adapter. Sobald die Kommunikation beendet ist, werden die Anschlussstifte D+ und D– in der Aus-Phase 228 auf Low gebracht. Es ist jedoch klar, dass in alternativen Ausführungsformen in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung und ihren Spezifikationen andere Detektionsmethoden verwendet werden können.
3a veranschaulicht ein Wellenformdiagramm, und 3b veranschaulicht ein Datenwort eines Zeit-Abstand-Modulationssignalisierungsverfahrens, das verwendet werden kann, um die bidirektionale serielle Signalisierung in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu implementieren. Dieses Verfahren wird im US-Patent Nr. 7,636,806 mit dem Titel „Electronic System and Method for Sending or Receiving a Signal”, erteilt am 22. Dezember 2009, beschrieben, dessen Anmeldung in ihrer Gesamtheit hier durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Wie in 3a gezeigt, werden serielle Daten durch die Modulation der Zeit zwischen Signaländerungen vom Pegel High auf Low (Abfallkante) und vom Pegel Low auf High (Anstiegkante) und umgekehrt codiert. Daten werden zwischen nachfolgenden Wechseln des Signals codiert. Eine kurze Dauer τ_SWI zwischen Kanten bezeichnet eine binäre Null, eine längere Dauer 3τ_SWI bezeichnet eine binäre Eins, und eine noch längere Dauer > 5τ_SWI codiert ein Stoppsignal. Es ist klar, dass in alternativen Ausführungsformen andere Zeitperioden als τ_SWI, 3τ_SWI und > 5τ_SWI verwendet werden können, um Daten zu codieren.
3b veranschaulicht ein Beispiel eines Datenworts, das aus den mit Bezugnahme auf 3a beschriebenen drei Codes besteht. Wie gezeigt, wird das Stoppsymbol verwendet, um Datenworte zu trennen. Innerhalb des Datenworts sind 17 Bits von Informationen mit 18 Signalwechseln (9 Abfallkanten und 9 Anstiegkanten) codiert. Das Datenwort enthält eine Übungssequenz, um die Bitzeiteinstellung des Worts festzulegen, und es enthält Paritätsinformationen, um die Datenintegrität zu schützen. Zusätzlich wird ein Inversionsbit verwendet, um die Übertragung abzukürzen, falls die Datenwörter zu viele binäre Einsen enthalten. In alternativen Ausführungsformen kann die Datenarbeit mehr oder weniger als 17 Bits umfassen. Ferner ist anzumerken, dass das in 3a–b veranschaulichte Codierverfahren nur ein Beispiel vieler möglicher Codierverfahren ist, die in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
In Ausführungsformen kann eine bidirektionale serielle Kommunikation zwischen dem Energieadapter und der tragbaren Vorrichtung verwendet werden, um eine Reihe unterschiedlicher Funktionen vorzunehmen. Beispielsweise können Daten verwendet werden, um eine Identifikation des Adapters bereitzustellen, die das Modell, den Hersteller und andere Parameter umfasst. Ausgetauschte Daten können auch verwendet werden, um eine kryptografische Authentifizierung des Adapters bereitzustellen, wobei beispielsweise ein Aufgabe-Antwort-Algorithmus verwendet wird. Serielle Schnittstellen gemäß Ausführungsformen können auch verwendet werden, um es der tragbaren Vorrichtung zu ermöglichen, Adapterfähigkeiten abzufragen und eine erweiterte Ausgangsspannungssteuerung bereitzustellen. Beispielsweise kann die tragbare Vorrichtung eine bestimmte Energieversorgungsspannung anfordern. Solche Spannungen können im Bereich von niedrigen Spannungen bis mehr als 20 V liegen, und willkürliche Spannungen können adressierbar sein. Zusätzlich können serielle Schnittstellen gemäß Ausführungsformen verwendet werden, um den maximalen Ladestrom zwischen dem Adapter und der tragbaren Vorrichtung auszuhandeln.
In einigen Ausführungsformen kann eine serielle Kommunikation verwendet werden, um Sensorzustände im Adapter und/oder in der tragbaren Vorrichtung zu kommunizieren. Beispielsweise kann der Adapter einen Temperatursensor aufweisen, dessen Messwerte für die tragbare Vorrichtung über die serielle Kommunikation verfügbar sind. Zusätzlich zu Temperaturdaten kann andere Telemetrie von Adapterparametern, die WS-Spannung, verbrauchte Energie und Ausgangsspannungsmessungen umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind, an die tragbare Vorrichtung geliefert werden. In einigen Ausführungsformen kann ein serieller Datenaustausch auch zur Kabelidentifizierung und -authentifizierung verwendet werden.
4 veranschaulicht eine schematische Darstellung, die Schaltungen gemäß einer Ausführungsform innerhalb einer Adapterschnittstelle 402 und Schnittstelle 420 der tragbaren Vorrichtung zeigt. In einigen Ausführungsformen können die Adapterschnittstelle 402 und die Schnittstelle 420 der tragbaren Vorrichtung verwendet werden, um Schnittstellenschaltungen 108 und 114 zu implementieren, die jeweils in 1 gezeigt sind. Die Adapterschnittstelle 402 umfasst einen Komparator 404, der als Empfänger funktioniert. Wie gezeigt, wird die Spannung der Datenleitung D+ mit einer 1,4 V Schwellenspannung verglichen, um einen empfangenen Signalpegel zu bestimmen. Der Ausgang des Komparators 404 empfängt ein Signal RX, das mit einer Steuereinheit des Adapters gekoppelt werden kann. Es ist zu beachten, dass in alternativen Ausführungsformen ein anderer Schwellenpegel für den Komparator 404 verwendet werden kann.
Die Adapterschnittstelle 402 umfasst auch ferner eine Verzögerungsschaltung 406, ODER-Gatter 408 und 410, und einen Transistor 412, der mit den Leitungen D+ und D– gekoppelt ist. Wenn D+ kleiner ist als die 1,4 V Schwelle, ist der Transistor 412 eingeschaltet, wie gezeigt, wodurch D+ und D– miteinander verbunden werden, was die primäre und sekundäre Detektion erleichtert. Wenn D+ eine Spannung von mehr als 1,4 V aufweist, wird der Transistor 412 rasch ausgeschaltet, was D+ von D– während der bidirektionalen seriellen Kommunikation gemäß einer Ausführungsform trennt. Die Verzögerungsschaltung 406 verhindert, dass der Transistor 412 während des Verlaufs der seriellen Kommunikation wieder eingeschaltet wird. Falls jedoch die Spannung von D+ für mehr als etwa 2 ms kleiner ist als 1,4 V, wird die Verbindung zwischen den Leitungen D+ und D– wiederhergestellt, wohingegen Kommunikationsimpulse, die D+ für weniger als 2 ms auf weniger als 1,4 V bringen, eine Verbindung zwischen D+ und D– nicht wiederherstellen. In einigen Ausführungsformen wird eine permanente Verbindung zwischen den Leitungen D+ und D– hergestellt, wenn die Spannung von D+ für mehr als etwa 2 ms weniger als 1,4 V beträgt. Es ist zu beachten, dass die 2 ms Verzögerung nur ein Beispiel vieler möglicher Verzögerungswerte ist, die in Adapterschnittstellen gemäß Ausführungsformen verwendet werden können. In alternativen Ausführungsformen können in Abhängigkeit von der bestimmten Ausführungsform und ihren Spezifikationen unterschiedliche Verzögerungswerte und unterschiedliche Schwellenwerte verwendet werden. Außerdem kann die Schaltungsimplementierung unter Verwendung des Komparators 404, der Verzögerung 406, der ODER-Gatter 408 und 410 und des Transistors 412 unter Verwendung anderer Schaltungen implementiert werden.
Während der Datenübertragung zwischen der Adpaterschnittstelle 402 und der Schnittstelle 420 der tragbaren Vorrichtung koppelt die Schnittstelle 420 der tragbaren Vorrichtung die Leitung D– mit 0,6 V über einen Schalttransistor 430 und zieht die Leitung D+ auf 3,3 V über einen Hochzieh-Widerstand 422 und Schalttransistor 424. Die Adapterschnittstelle sendet Daten durch das Ein- und Ausschalten des Transistors 412 gemäß einem Logiksignal TXB, das eine logisch invertierte Version eines seriellen Sendedatenbits ist. Es ist jedoch klar, dass in einigen Ausführungsformen auch ein nicht-invertiertes Signal verwendet werden kann. Wenn der Transistor 412 eingeschaltet ist, wird D+ auf 0,6 V über den Transistor 430, der als Pulldown-Schalter dient, in der Schnittstellenschaltung 420 der tragbaren Vorrichtung heruntergezogen, und wenn der Transistor 412 ausgeschaltet ist, wird D+ durch den Hochzieh-Widerstand 422 und den Schalttransistor 424 hochgezogen. Der Hochzieh-Widerstand 422 kann einen Widerstand zwischen etwa 1 kΩ und etwa 10 kΩ, beispielsweise 4,7 kΩ, aufweisen, es können jedoch auch Widerstandswerte außerhalb dieses Bereichs in Abhängigkeit von den bestimmten Anforderungen des Systems verwendet werden. Der empfangene Zustand der Datenleitung D+ wird vom Komparator 426 abgefühlt und mit 1,4 V in der Schnittstellenschaltung 420 der tragbaren Vorrichtung verglichen.
Ähnlich sendet die Schnittstelle der tragbaren Vorrichtung Daten durch das Ein- und Ausschalten des Transistors 430 gemäß dem Logiksignal TXB, das eine logisch invertierte Version eines seriellen Sendedatenbits auf der Seite der tragbaren Vorrichtung ist. Wenn der Transistor 430 eingeschaltet ist, wird D+ auf 0,6 V heruntergezogen, und wenn der Transistor 430 ausgeschaltet ist, wird D+ durch den Hochzieh-Widerstand 422 und den Schalttransistor 424 hochgezogen. Der empfangene Zustand der Datenleitung D+ wird vom Komparator 404 abgefühlt und mit 1,4 V in der Adapterschnittstellenschaltung 402 verglichen.
Die tragbare Vorrichtung umfasst ferner einen Schalttransistor 436, der verwendet werden kann, um die Leitung D– auf 0,6 V herunterzuziehen, und einen Schalttransistor 440, der verwendet werden kann, um die Leitung D– auf Masse zu ziehen. Die Schalttransistoren 424, 430, 436 und 440 können verwendet werden, um eine Signalisierung während der hier beschriebenen primären und sekundären Detektionsphasen bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen koppeln Schalttransistoren 428 und 438 die Leitungen D+ und D– mit einem USB-Sender/Empfänger (nicht gezeigt).
5 veranschaulicht ein System, das eine zusätzliche Schnittstellenschaltung 450 umfasst, die in einem intelligenten Kabel enthalten sein kann, das auch verwendet werden kann, um mit der Adapterschnittstellenschaltung 402 und der Schnittstelle 420 der tragbaren Vorrichtung zu kommunizieren. Die Schnittstellenschaltung 450 sendet durch ein schaltbares Verbinden der Leitungen D+ und D– miteinander über einen Schalter 454 gemäß dem Signal TXB; wenn der Schalttransistor 454 eingeschaltet ist, wird die Leitung D+ auf 0,6 V über den Transistor 436 in der Schnittstellenschaltung 420 der tragbaren Vorrichtung gezogen, und wenn der Schalttransistor 454 ausgeschaltet ist, wird die Leitung D+ auf 3,3 V über den Hochzieh-Widerstand 422 und den Schalttransistor 424 hochgezogen. Daten werden von einem Komparator 452 empfangen. In einigen Ausführungsformen kann die Adapterschnittstellenschaltung 402 die Benutzervorrichtung und das intelligente Kabel getrennt über unterschiedliche Adressen im gesendeten Datenwort adressieren.
Es ist klar, dass die hier ausgeführten und in den 4 und 5 veranschaulichten Spannungspegel nur zwei von vielen möglichen Beispielen sind. In alternativen Ausführungsformen können unterschiedliche Spannungspegel sowohl in Bezug auf Referenzspannungen als auch Schwellenspannungen verwendet werden.
6 veranschaulicht ein Flussdiagramm 600 eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform, das von einer tragbaren Vorrichtung verwendet werden kann, um eine Kommunikation mit einem Adapter gemäß einer Ausführungsform herzustellen. In der veranschaulichten Ausführungsform wird eine primäre Detektion von der tragbaren Vorrichtung in Schritt 602 initiiert, indem eine Spannung V_{DP_SRC} auf der Leitung D+ aktiviert wird. Falls die Spannung auf der Leitung D– kleiner ist als V_{DAT_REF}, dann bestimmt die Benutzervorrichtung, dass die angeschlossene Vorrichtung ein SDP ist. Falls hingegen die Spannung auf der Leitung D– größer ist als V_{DAT_REF}, wird eine sekundäre Detektion in Schritt 604 vorgenommen, in dem die tragbare Vorrichtung die Spannung V_{DM_SRC} auf der Leitung D+ aktiviert. Falls die Spannung auf der Leitung D+ kleiner ist als V_{DAT_REF}, dann bestimmt die Benutzervorrichtung, dass die angeschlossene Vorrichtung ein CDP ist. Ansonsten geht die Vorrichtung weiter, um zu bestimmen, ob die angeschlossene Vorrichtung zu einer seriellen Kommunikation gemäß einer Ausführungsform fähig ist.
In Schritt 608 zieht die tragbare Vorrichtung die Leitung D+ auf die Spannung V_{DAT_REF} und sendet dann in Schritt 610 eine Abfrage über die Leitung D+. Falls die tragbare Vorrichtung erfolgreich eine Rückantwort vom Adapter in Schritt 612 empfängt, bestimmt die Benutzervorrichtung, dass die angeschlossene Vorrichtung mit der seriellen Datenkommunikation gemäß einer Ausführungsform kompatibel ist. Ansonsten bestimmt die tragbare Vorrichtung, dass die angeschlossene Vorrichtung ein DCP ist. In einigen Ausführungsformen kann der Abfrage-Antwort-Prozess der Schritte 610 und 612 wiederholt werden. In einer Ausführungsform gilt: V_{DAT_REF} = 0,325 V, V_{DP_SRC} = 0,6 V, V_{DM_SRC} = 0,6 V und V_{DP_UP} = 3,3 V. Alternativ dazu können andere Spannungen verwendet werden.
Eine Adapterimplementierung 700 gemäß einer Ausführungsform ist in 7 gezeigt. Eine Mikrosteuereinheit (µC) 704 wird verwendet, um die Kommunikation und Detektion zu steuern, und ein WS/GS-Wandler 702 wird verwendet, um eine GS-Zufuhrspannung am VBUS aus einer WS-Leitungsspannung zu generieren. Der WS/GS-Wandler 702 kann unter Verwendung einer Energiezufuhr mit geschaltetem Modus oder einer anderen in der Technik bekannten Energiezufuhrarchitektur implementiert werden. Die Mikrosteuereinheit 704 kann die Ausgangsspannung des WS/GS-Wandlers steuern. In einigen Ausführungsformen kann die Ausgangsspannung gesteuert werden, indem Schaltsignale auf der Basis eines abgefühlten Stroms und einer Spannungsrückkopplung vom WS/GS-Wandler 702 generiert werden. Ein Parallel-Seriell-Umsetzer 710 liefert ein invertiertes Sendesignal TXB an das ODER-Gatter 410 und den Transistor 412, wohingegen ein Seriell-Parallel-Umsetzer 708 ein Empfangssignal RX vom Komparator 404 empfängt. In einigen Ausführungsformen können vorrichtungsbezogene Daten in einem nicht-flüchtigen Speicher 706 gespeichert werden, die zu einer angeschlossenenen Vorrichtung über die USB-Schnittstelle unter Verwendung serieller Datenübertragungsmethoden gemäß Ausführungsformen gesendet werden können.
Eine schematische Darstellung einer intelligenten Kabelschaltung 750 gemäß einer Ausführungsform ist in 8 gezeigt. In einer Ausführungsform kann die Schaltung 750 innerhalb eines Kabels angeordnet sein, beispielsweise innerhalb eines Teils eines Verbinders. In einigen Ausführungsformen kann das Kabel ein USB oder ein anderer Kabeltyp sein. Wenn sie mit einer tragbaren Vorrichtung verbunden wird, kann die Schaltung 750 solche Parameter wie Herstellername, Seriennummer, Kabeltyp, Strombearbeitungsfähigkeit, Spannungsbearbeitungsfähigkeit sowie andere Parameter unter Verwendung von hier gemäß Ausführungsformen beschriebenen Kommunikationssystemen und -verfahren kommunizieren. In einigen Ausführungsformen kann die Schaltung 750 eine kryptografische Authentifizierung liefern, indem ein kryptografischer Schlüssel und/oder kryptografische Antworten einer tragbaren oder anderen Vorrichtung zugeführt werden, die mit D+ und D– gekoppelt ist.
Ähnlich der Adapterimplementierung von 7 wird die Mikrosteuereinheit (µC) 704 verwendet, um eine Kommunikation und Detektion unter Verwendung von Verfahren gemäß Ausführungsformen zu steuern. Der Parallel-Seriell-Umsetzer 710 liefert ein invertiertes Sendesignal TXB an den Transistor 412, und der Seriell-Parallel-Umsetzer 708 empfängt ein Empfangssignal RX vom Komparator 404. In einigen Ausführungsformen können vorrichtungsbezogene Daten in einem nicht-flüchtigen Speicher 706 gespeichert werden, die zu einer angeschlossenen Vorrichtung über die USB-Schnittstelle unter Verwendung serieller Datenübertragungsverfahren gemäß Ausführungsformen gesendet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Ladeanschlusses mit einer Energieverbindung und einer ersten Datenverbindung ein Bestimmen, ob eine kompatible Vorrichtung mit dem Ladeanschluss gekoppelt ist, und ein Empfangen eines seriellen Datenstroms von der kompatiblen Vorrichtung über die erste Datenverbindung. Der serielle Datenstrom umfasst eine Vielzahl von Symbolen, die eine Anforderung für Energieversorgungsspannung und/oder -strom repräsentieren, und das Verfahren umfasst ferner ein Anlegen der angeforderten Energieversorgungsspannung und/oder ein Beaufschlagen des angeforderten Energieversorgungsstroms an die Energieverbindung.
In einer Ausführungsform umfasst der Ladeanschluss ferner eine zweite Datenverbindung und der serielle Datenstrom von der kompatiblen Vorrichtung umfasst eine Pseudodifferentialübertragung, die auf die zweite Datenverbindung bezogen ist. Das Empfangen des seriellen Datenstroms kann ferner ein Empfangen eines Zeit-Distanz-modulierten Datenstroms umfassen. Außerdem kann das Bestimmen, ob die kompatible Vorrichtung mit dem Ladeanschluss gekoppelt ist, umfassen: Bestimmen, ob eine Spannung der ersten Datenverbindung größer ist als eine erste Schwelle, Überwachen der ersten Datenverbindung auf eine Abfrage, nachdem bestimmt wird, dass die Spannung der ersten Datenverbindung größer ist als die erste Schwelle, und Bestimmen, dass die kompatible Vorrichtung mit dem Ladeanschluss gekoppelt ist, falls die Abfrage empfangen wird.
Das Verfahren kann ferner ein Senden einer Antwort an die kompatible Vorrichtung über die erste Datenverbindung und/oder ein Senden weiterer Daten an die kompatible Vorrichtung auf der ersten Datenverbindung umfassen. In einer Ausführungsform umfasst die Antwort oder umfassen die weiteren Daten wenigstens eines von einer Produktnummer, einem Produktnamen, einer Seriennummer, Versionsnummern, einer Nennleistung, Spannungszufuhrfähigkeiten, Stromzufuhrfähigkeiten, einer Temperatur, einem Energieverbrauch, einer WS-Eingangsspannung, einer GS-Ausgangsspannung, kryptografischen Schlüsseln und kryptografischen Aufgaben oder Antworten.
In einer Ausführungsform umfasst die kompatible Vorrichtung eine universelle serielle Bus(USB)-Vorrichtung, und das Bestimmen, ob die kompatible Vorrichtung mit dem Ladeanschluss gekoppelt ist, umfasst ein Vornehmen einer primären Detektionsphase und einer sekundären Detektionsphase.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung, die mit einem Ladeanschluss über eine Energieverbindung und eine erste Datenverbindung gekoppelt ist: Herstellen einer Datenverbindung mit dem Ladeanschluss; und Senden eines seriellen Datenstroms über die erste Datenverbindung. Der serielle Datenstrom umfasst eine Vielzahl von Symbolen, die eine Anforderung für Energieversorgungsspannung und/oder -strom repräsentieren; und das Verfahren umfasst ferner ein Empfangen der angeforderten Energieversorgungsspannung und/oder des angeforderten Energieversorgungsstroms vom Ladeanschluss über die Energieverbindung. Das Herstellen der Datenverbindung kann umfassen: Aktivieren einer ersten Spannung auf der ersten Datenverbindung; Senden einer Abfrage auf der ersten Datenverbindung; und Empfangen einer Antwort vom Ladeanschluss. Die Abfrage umfasst die Anforderung für Energieversorgungsspannung und/oder -strom in einigen Ausführungsformen. Außerdem kann das Senden des seriellen Datenstroms ein Senden eines Zeit-Abstand-modulierten Datenstroms umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Senden weiterer Daten an den Ladeanschluss auf der ersten Datenverbindung umfassen.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung eine universelle serielle Bus(USB)-Vorrichtung und ist ferner mit dem Ladeanschluss über eine zweite Datenverbindung gekoppelt. Das Herstellen der Datenverbindung umfasst: Aktivieren einer ersten Spannung auf der ersten Datenverbindung; Bestimmen, ob eine Spannung der zweiten Datenverbindung größer ist als eine erste Schwelle nach dem Aktivieren der ersten Spannung; Aktivieren einer zweiten Spannung auf der zweiten Datenverbindung, falls die Spannung der zweiten Datenverbindung größer ist als die erste Schwelle; Bestimmen, ob eine Spannung der ersten Datenverbindung größer ist als die erste Schwelle nach dem Aktivieren der zweiten Spannung; Aktivieren einer dritten Spannung auf der ersten Datenverbindung; Senden einer Abfrage auf der ersten Datenverbindung nach dem Aktivieren der dritten Spannung; und Bestimmen, dass die Datenverbindung hergestellt ist, falls eine Antwort auf die Abfrage auf der ersten Datenverbindung empfangen wird.
In einer Ausführungsform umfasst das Senden des seriellen Datenstroms ein Hochziehen der ersten Datenverbindung auf eine dritte Spannung unter Verwendung eines Widerstands, und Koppeln der ersten Datenverbindung mit einer vierten Spannung unter Verwendung eines Schalttransistors, wenn ein Symbol des seriellen Datenstroms in einem ersten Zustand ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Ladeanschlussschaltung eine Leitungsschnittstellenschaltung, welche eine erste Datenleitungsverbindung aufweist, die eingerichtet ist, mit einer ersten Datenleitung eines Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden, und ausgelegt ist, einen seriellen Datenstrom an der ersten Datenleitungsverbindung zu empfangen. Der serielle Datenstrom kann eine Vielzahl von Symbolen umfassen, die eine Anforderung für Energieversorgungsspannung und/oder -strom repräsentieren. Der Ladeanschluss kann ferner eine Steuereinheit-Schaltung umfassen, die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt und ausgelegt ist, mit einer einstellbaren Energiezufuhr gekoppelt zu werden. Die Steuereinheit-Schaltung kann ausgelegt sein zu bestimmen, ob eine kompatible Vorrichtung mit dem Schnittstellenbus gekoppelt ist, und die einstellbare Energiezufuhr einzustellen, um die angeforderte Energieversorgungsspannung einer Energieleitung des Schnittstellenbusses zuzuführen.
In einer Ausführungsform umfasst die Schnittstellenschaltung eine Empfängerschaltung, die ausgelegt ist, eine Spannung an der ersten Datenleitungsverbindung zu messen, wobei der Empfänger einen Ausgang umfasst, der mit der Steuereinheit gekoppelt ist. Der Empfänger kann einen Schalter umfassen, der zwischen der ersten Datenleitungsverbindung und einer zweiten Datenleitungsverbindung gekoppelt ist, die ausgelegt ist, mit einer zweiten Datenleitung des Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden. Zusätzlich ist die Steuereinheit ferner ausgelegt, Daten auf der ersten Datenleitungsverbindung durch Ändern eines Zustands eines Schalters zu senden, der zwischen der ersten Datenleitungsverbindung und der zweiten Datenleitungsverbindung gekoppelt ist.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Empfänger einen Komparator. Der Ladeanschluss kann ferner einen Schalter umfassen, der zwischen der ersten Datenleitungsverbindung und einer zweiten Datenleitungsverbindung gekoppelt ist, die ausgelegt ist, mit einer zweiten Datenleitung des Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden. In einigen Ausführungsformen kann die Steuereinheit ausgelegt sein zu bestimmen, ob eine Spannung der ersten Datenverbindung größer ist als eine erste Schwelle, und die erste Datenverbindung auf eine Abfrage zu überwachen, nachdem bestimmt wird, dass eine Spannung der ersten Datenverbindung größer ist als die erste Schwelle.
In einer Ausführungsform kann die kompatible Vorrichtung eine USB-Vorrichtung sein. In einigen Ausführungsformen kann der Ladeanschluss die einstellbare Energiezufuhr umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein System eine Busschnittstellenschaltung, die einen ersten Datenleitungsanschluss und einen Energieanschluss umfasst, wobei die Busschnittstellenschaltung ausgelegt ist, mit einem Ladeanschluss gekoppelt zu werden. Das System umfasst ferner eine Steuereinheit, die mit der Busschnittstellenschaltung gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, eine Datenverbindung mit dem Ladeanschluss über die Busschnittstellenschaltung herzustellen, und einen seriellen Datenstrom über den ersten Datenleitungsanschluss an den Ladeanschluss zu senden, wobei der serielle Datenstrom eine Vielzahl von Symbolen umfasst, die eine Anforderung für Energieversorgungsspannung und/oder -strom repräsentieren. Die Steuereinheit ist ferner ausgelegt, die angeforderte Energieversorgungsspannung und/oder den angeforderten Energieversorgungsstrom vom Ladeanschluss über den Energieanschluss zu empfangen.
In einer Ausführungsform umfasst die Busschnittstellenschaltung eine Empfängerschaltung, die ausgelegt ist, eine Spannung am ersten Datenleitungsanschluss zu messen, und der Empfänger umfasst einen Ausgang, der mit der Steuereinheit gekoppelt ist. Die Steuereinheit kann ausgelegt sein, eine erste Spannung am ersten Datenleitungsanschluss zu aktivieren; zu bestimmen, ob eine Spannung einer zweiten Datenanschlussleitung der Busschnittstellenschaltung größer ist als eine erste Schwelle nach der Aktivierung der ersten Spannung auf der Basis des Ausgangs der Empfängerschaltung; eine zweite Spannung am zweiten Datenleitungsanschluss zu aktivieren, falls die Spannung des zweiten Datenleitungsanschlusses größer ist als die erste Spannung; zu bestimmen, ob eine Spannung des ersten Datenleitungsanschlusses größer ist als die erste Schwelle nach der Aktivierung der zweiten Spannung auf der Basis des Ausgangs der Empfängerschaltung; eine dritte Spannung am ersten Datenleitungsanschluss zu aktivieren; eine Abfrage am ersten Datenleitungsanschluss nach dem Aktivieren der dritten Spannung zu senden; und zu bestimmen, dass die Datenverbindung hergestellt ist, falls eine Antwort auf die Abfrage am ersten Datenleitungsanschluss empfangen wird.
In einer Ausführungsform umfasst die Busschnittstellenschaltung: einen ersten schaltbaren Hochzieh-Widerstand oder eine Stromquelle, der oder die zwischen dem ersten Datenleitungsanschluss und einer ersten Referenzspannung gekoppelt ist; einen ersten Pulldown-Schalter, der zwischen dem ersten Datenleitungsanschluss und einer zweiten Referenzspannung gekoppelt ist; und einen zweiten Pulldown-Schalter, der mit dem zweiten Datenleitungsanschluss und der zweiten Referenzspannung gekoppelt ist. Die Busschnittstellenschaltung kann auch einen Komparator mit einem Eingang umfassen, der mit dem ersten Datenleitungsanschluss gekoppelt ist. Die Steuereinheit kann ausgelegt sein, eine Abfrage durch ein Schalten des ersten Pulldown-Schalters gemäß den Abfragedaten zu senden.
In einer Ausführungsform ist ein universeller serieller Bus(USB)-Sender/Empfänger mit dem ersten Datenanschluss und mit einem zweiten Datenleitungsanschluss der Busschnittstellenschaltung gekoppelt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Busschnittstellenschaltung ferner einen zweiten Datenleitungsanschluss, und der serielle Datenstrom wird über den ersten Datenleitungsanschluss unter Verwendung des zweiten Datenleitungsanschlusses als eine Referenz gesendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst eine intelligente Kabelschaltung: eine Leitungsschnittstellenschaltung, welche eine erste Datenleitungsverbindung, die ausgelegt ist, mit einer ersten Datenleitung eines Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden, eine zweite Datenleitungsverbindung, die ausgelegt ist, mit einer zweiten Datenleitung des Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden, eine Energieleitungsverbindung, die ausgelegt ist, mit einer Energieverbindung des Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden, und eine Masse-Verbindung umfasst, die ausgelegt ist, mit einer Masse-Verbindung des Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden, wobei der Schnittstellenbus ein universeller serieller Bus (USB) ist. Die intelligente Kabelschaltung umfasst ferner eine Steuereinheit-Schaltung, die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt und ausgelegt ist zu bestimmen, ob eine kompatible Vorrichtung mit dem Schnittstellenbus über die erste Datenleitungsverbindung gekoppelt ist; und einen seriellen Datenstrom, der eine Vielzahl von Symbolen umfasst, an der ersten Datenleitungsverbindung unter Verwendung einer Pseudodifferentialsignalisierung zu senden, die auf die zweite Datenleitungsverbindung bezogen ist.
In einer Ausführungsform umfasst der serielle Datenstrom wenigstens eines von einer Produktnummer, einem Produktnamen, einer Seriennummer, Versionsnummern, einer Nennleistung, Spannungszufuhrfähigkeiten, Stromzufuhrfähigkeiten, einer Temperatur, einem Energieverbrauch, einer WS-Eingangsspannung, einer GS-Ausgangsspannung, kryptografischen Schlüsseln, und einem kryptografischen Schlüssel, einer kryptografischen Aufgabe und einer kryptografischen Antwort.
Vorteile der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Fähigkeit, eine mit einer angeschlossenen USB-Vorrichtung gekoppelte Batterie rasch zu laden, und in einigen Fällen eine Kompatibilität mit anderen USB-Vorrichtungen aufrechtzuerhalten. Andere Vorteile umfassen das Identifizieren des Adapters (z.B. Hersteller, Produktnummer, Produktname, Versionsnummer, Spannungszufuhrfähigkeit, WS-Eingangsspannung, GS-Ausgangsspannung, Seriennummer), eine gegenseitige kryptografische Authentifizierung zwischen dem Adapter und der PD sowie Telemetrie von Betriebsparametern vom Adapter an die PD.
Obwohl diese Erfindung mit Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben wurde, ist diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn auszulegen. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung sind für Fachleute bei Bezugnahme auf die Beschreibung ersichtlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7636806 [0032]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Ladeanschlusses mit einer Energieverbindung und einer ersten Datenverbindung, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen, ob eine kompatible Vorrichtung mit dem Ladeanschluss gekoppelt ist; Empfangen eines seriellen Datenstroms von der kompatiblen Vorrichtung über die erste Datenverbindung, wobei der serielle Datenstrom eine Vielzahl von Symbolen umfasst, die eine Anforderung für eine Energieversorgungsspannung und/oder einen Energieversorgungsstrom umfassen; und Anlegen der angeforderten Energieversorgungsspannung an und/oder Beaufschlagen des angeforderten Energieversorgungsstroms auf die Energieverbindung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der Ladeanschluss ferner eine zweite Datenverbindung umfasst; und der serielle Datenstrom von der kompatiblen Vorrichtung eine Pseudodifferentialübertragung umfasst, die auf die zweite Datenverbindung bezogen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Empfangen des seriellen Datenstroms ein Empfangen eines Zeit-Abstandmodulierten Datenstroms umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, wobei das Bestimmen, ob die kompatible Vorrichtung mit dem Ladeanschluss gekoppelt ist, umfasst: Bestimmen, ob eine Spannung der ersten Datenverbindung größer ist als eine erste Schwelle; Überwachen der ersten Datenverbindung auf eine Abfrage, nachdem bestimmt wurde, dass die Spannung der ersten Datenverbindung größer ist als die erste Schwelle; und Bestimmen, dass die kompatible Vorrichtung mit dem Ladeanschluss gekoppelt ist, falls die Abfrage empfangen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, ferner umfassend ein Senden einer Antwort an die kompatible Vorrichtung über die erste Datenverbindung.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Senden weiterer Daten an die kompatible Vorrichtung auf der ersten Datenverbindung.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Antwort und/oder die weiteren Daten eine Produktnummer, einen Produktnamen, eine Seriennummer, eine Versionsnummer, eine Nennleistung, Spannungsversorgungsfähigkeiten, Stromversorgungsfähigkeiten, eine Temperatur, einen Energieverbrauch, eine Eingangswechselspannung, eine Ausgangsgleichspannung, kryptografische Schlüssel und kryptografische Aufforderungen und/oder kryptografische Antworten umfasst bzw. umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei: die kompatible Vorrichtung eine universelle serielle Bus(USB)-Vorrichtung umfasst; und das Bestimmen, ob die kompatible Vorrichtung mit dem Ladeanschluss gekoppelt ist, ein Durchführen einer primären Detektionsphase und einer sekundären Detektionsphase umfasst.
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung, die mit einem Ladeanschluss über eine Energieverbindung und eine erste Datenverbindung gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen einer Datenverbindung mit dem Ladeanschluss; Senden eines seriellen Datenstroms über die erste Datenverbindung, wobei der serielle Datenstrom eine Vielzahl von Symbolen umfasst, die eine Anforderung für eine Energieversorgungsspannung und/oder einen Energieversorgungsstrom darstellen; und Empfangen der angeforderten Energieversorgungsspannung und/oder des angeforderten Energieversorgungsstroms vom Ladeanschluss über die Energieverbindung.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Herstellen der Datenverbindung umfasst: Aktivieren einer ersten Spannung auf der ersten Datenverbindung; Senden einer Abfrage auf der ersten Datenverbindung; und Empfangen einer Antwort vom Ladeanschluss.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Abfrage die Anforderung für die Energieversorgungsspannung und/oder den Energieversorgungsstrom umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–11, wobei das Senden des seriellen Datenstroms ein Senden eines Zeit-Abstand-modulierten Datenstroms umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–12, wobei die Vorrichtung eine universelle serielle Bus(USB)-Vorrichtung umfasst und ferner mit dem Ladeanschluss über eine zweite Datenverbindung gekoppelt ist, und das Herstellen der Datenverbindung umfasst: Aktivieren einer ersten Spannung auf der ersten Datenverbindung; Bestimmen, ob nach dem Aktivieren der ersten Spannung eine Spannung der zweiten Datenverbindung größer ist als eine erste Schwelle; Aktivieren einer zweiten Spannung auf der zweiten Datenverbindung, falls die Spannung der zweiten Datenverbindung größer ist als die erste Schwelle; Bestimmen, ob nach dem Aktivieren der zweiten Spannung eine Spannung der ersten Datenverbindung größer ist als die erste Schwelle; Aktivieren einer dritten Spannung auf der ersten Datenverbindung; Senden einer Abfrage auf der ersten Datenverbindung nach dem Aktivieren der dritten Spannung; und Bestimmen, dass die Datenverbindung hergestellt ist, falls eine Antwort auf die Abfrage auf der ersten Datenverbindung empfangen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–13, ferner umfassend ein Senden weiterer Daten zum Ladeanschluss auf der ersten Datenverbindung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–14, wobei das Senden des seriellen Datenstroms umfasst: Hochziehen der ersten Datenverbindung auf eine dritte Spannung unter Verwendung eines Widerstands; und Koppeln der ersten Datenverbindung mit einer vierten Spannung unter Verwendung eines Schalttransistors, wenn ein Symbol des seriellen Datenstroms in einem ersten Zustand ist.
Ladeanschlussschaltung, umfassend: eine Leitungsschnittstellenschaltung, welche eine erste Datenleitungsverbindung umfasst, die eingerichtet ist, mit einer ersten Datenleitung eines Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden, und eingerichtet ist, einen seriellen Datenstrom an der ersten Datenleitungsverbindung zu empfangen, wobei der serielle Datenstrom eine Vielzahl von Symbolen umfasst, die eine Anforderung für eine Energieversorgungsspannung und/oder einen Energieversorgungsstrom darstellen; und eine Steuerschaltung, die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt ist und eingerichtet ist, mit einer einstellbaren Energieversorgung gekoppelt zu werden, wobei die Steuerschaltung eingerichtet ist: zu bestimmen, ob eine kompatible Vorrichtung mit dem Schnittstellenbus gekoppelt ist; und die einstellbare Energieversorgung einzustellen, um die angeforderte Energieversorgungsspannung und/oder den angeforderten Energieversorgungsstrom einer Energieleitung des Schnittstellenbusses zuzuführen.
Ladeanschluss nach Anspruch 16, wobei die Leitungsschnittstellenschaltung eine Empfängerschaltung umfasst, die eingerichtet ist, eine Spannung an der ersten Datenleitungsverbindung zu messen, wobei der Empfänger einen Ausgang umfasst, der mit der Steuerschaltung gekoppelt ist.
Ladeanschluss nach Anspruch 17, wobei: der Empfänger einen Schalter umfasst, der zwischen der ersten Datenleitungsverbindung und einer zweiten Datenleitungsverbindung gekoppelt ist, wobei die zweite Datenleitungsverbindung eingerichtet ist, mit einer zweiten Datenleitung des Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden; wobei die Steuerschaltung ferner eingerichtet ist, Daten auf der ersten Datenleitungsverbindung durch Ändern eines Zustands eines Schalters zu senden, der zwischen der ersten Datenleitungsverbindung und der zweiten Datenleitungsverbindung gekoppelt ist.
Ladeanschluss nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei der Empfänger einen Komparator umfasst.
Ladeanschluss nach Anspruch 19, ferner umfassend einen Schalter, der zwischen der ersten Datenleitungsverbindung und einer zweiten Datenleitungsverbindung gekoppelt ist, die ausgelegt ist, mit einer zweiten Datenleitung des Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden.
Ladeanschluss nach einem der Ansprüche 16–20, wobei die Steuerschaltung ferner eingerichtet ist: zu bestimmen, ob eine Spannung der ersten Datenverbindung größer ist als eine erste Schwelle; und die erste Datenverbindung auf eine Abfrage zu überwachen, nachdem bestimmt wurde, dass eine Spannung der ersten Datenverbindung größer ist als die erste Schwelle.
Ladeanschluss nach Anspruch 16, ferner umfassend die einstellbare Energieversorgung.
System, umfassend: eine Busschnittstellenschaltung, die einen ersten Datenleitungsanschluss und einen Energieanschluss umfasst, wobei die Busschnittstellenschaltung eingerichtet ist, mit einem Ladeanschluss gekoppelt zu werden; eine Steuerung, die mit der Busschnittstellenschaltung gekoppelt ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist: eine Datenverbindung mit dem Ladeanschluss über die Busschnittstellenschaltung herzustellen; einen seriellen Datenstrom über den ersten Datenleitungsanschluss an den Ladeanschluss zu senden, wobei der serielle Datenstrom eine Vielzahl von Symbolen umfasst, die eine Anforderung für eine Energieversorgungsspannung und/oder einen Energieversorgungsstrom darstellen; und die angeforderte Energieversorgungsspannung und/oder den angeforderten Energieversorgungsstrom vom Ladeanschluss über den Energieanschluss zu empfangen.
System nach Anspruch 23, wobei die Busschnittstellenschaltung eine Empfängerschaltung umfasst, die eingerichtet ist, eine Spannung am ersten Datenleitungsanschluss zu messen, wobei der Empfänger einen Ausgang umfasst, der mit der Steuerung gekoppelt ist.
System nach Anspruch 24, wobei die Steuerung eingerichtet ist: eine erste Spannung am ersten Datenleitungsanschluss zu aktivieren; nach dem Aktivieren der ersten Spannung auf der Basis der Ausgabe der Empfängerschaltung zu bestimmen, ob eine Spannung einer zweiten Datenanschlussleitung der Busschnittstellenschaltung größer ist als eine erste Schwelle; eine zweite Spannung am zweiten Datenleitungsanschluss zu aktivieren, falls die Spannung des zweiten Datenleitungsanschlusses größer ist als die erste Schwelle; nach der Aktivierung der zweiten Spannung auf der Basis der Ausgabe der Empfängerschaltung zu bestimmen, ob eine Spannung des ersten Datenleitungsanschlusses größer ist als die erste Schwelle; eine dritte Spannung am ersten Datenleitungsanschluss zu aktivieren; eine Abfrage am ersten Datenleitungsanschluss nach dem Aktivieren der dritten Spannung zu senden; und zu bestimmen, dass die Datenverbindung hergestellt ist, falls eine Antwort auf die Abfrage am ersten Datenleitungsanschluss empfangen wird.
System nach einem der Ansprüche 23–25, wobei die Busschnittstellenschaltung umfasst: einen ersten schaltbaren Pullup-Widerstand oder eine Stromquelle, der oder die zwischen dem ersten Datenleitungsanschluss und einer ersten Referenzspannung gekoppelt ist; einen ersten Pulldown-Schalter, der zwischen dem ersten Datenleitungsanschluss und einer zweiten Referenzspannung gekoppelt ist; und einen zweiten Pulldown-Schalter, der zwischen einem zweiten Datenleitungsanschluss der Busschnittstellenschaltung und der zweiten Referenzspannung gekoppelt ist.
System nach Anspruch 26, ferner umfassend einen Komparator mit einem Eingang, der mit dem ersten Datenleitungsanschluss gekoppelt ist.
System nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Steuerung eingerichtet ist, eine Abfrage durch ein Schalten des ersten Pulldown-Schalters gemäß den Abfragedaten zu senden.
System nach einem der Ansprüche 23–28, ferner umfassend einen universellen seriellen Bus(USB)-Sender/Empfänger, der mit dem ersten Datenleitungsanschluss und mit einem zweiten Datenleitungsanschluss der Busschnittstellenschaltung gekoppelt ist.
System nach einem der Ansprüche 23–28, wobei: die Busschnittstellenschaltung ferner einen zweiten Datenleitungsanschluss umfasst; und der serielle Datenstrom über den ersten Datenleitungsanschluss unter Verwendung des zweiten Datenleitungsanschlusses als eine Referenz gesendet wird.
Intelligente Kabelschaltung, umfassend: eine Leitungsschnittstellenschaltung, welche eine erste Datenleitungsverbindung, die eingerichtet ist, mit einer ersten Datenleitung eines Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden, eine zweite Datenleitungsverbindung, die eingerichtet ist, mit einer zweiten Datenleitung des Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden, eine Energieleitungsverbindung, die eingerichtet ist, mit einer Energieverbindung des Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden, und eine Masse-Verbindung, die eingerichtet ist, mit einer Masse-Verbindung des Schnittstellenbusses gekoppelt zu werden, umfasst, wobei der Schnittstellenbus ein universeller serieller Bus (USB) ist; und eine Steuerschaltung, die mit der Schnittstellenschaltung gekoppelt und eingerichtet ist: zu bestimmen, ob eine kompatible Vorrichtung mit dem Schnittstellenbus über die erste Datenleitungsverbindung gekoppelt ist; und einen seriellen Datenstrom, der eine Vielzahl von Symbolen umfasst, an der ersten Datenleitungsverbindung unter Verwendung einer Pseudodifferentialsignalisierung zu senden, die auf die zweite Datenleitungsverbindung bezogen ist.
Intelligente Kabelschaltung nach Anspruch 31, wobei der serielle Datenstrom eine Produktnummer, einen Produktnamen, eine Seriennummer, eine Versionsnummer, eine Nennleistung, Spannungsversorgungsfähigkeiten, Stromversorgungsfähigkeiten, eine Temperatur, einen Energieverbrauch, eine Eingangswechselspannung, eine Ausgangsgleichspannung, einen oder mehrere kryptografische Schlüssel, eine kryptografische Aufforderung und/oder eine kryptografische Antwort umfasst.