DE60130860T2

DE60130860T2 - Steuervorrichtung zur automatischen Steuerung von an einer Datenleitung angelegten Spannung in einer Serienverbindung

Info

Publication number: DE60130860T2
Application number: DE60130860T
Authority: DE
Inventors: Xavier c/o Cabinet Mariaud; Daniel c/o Cabinet Klingelschmidt
Original assignee: STMicroelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2021-11-10
Also published as: EP1209575B1; US20020062456A1; US7000123B2; DE60130860D1; FR2817051B1; FR2817051A1; EP1209575A1

Description

Die Erfindung betrifft Serienkabelverbindungen zwischen elektronischen Geräten und genauer Serienverbindungen, die unter der Abkürzung USB für den angelsächsischen Ausdruck „Universal Serial Bus" bekannt sind, und bei denen der eine der vier Leiter des Kabels an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, um das Gerät zu versorgen, an welches das Kabel angeschlossen ist.
Eine Serienverbindung der Art USB zur Verbindung von zwei elektronischen Geräten A und B (1) umfasst vier Leitungsdrähte 10, 12, 14 und 16, die wie folgt zugeordnet sind:

– der erste 10 dem Massenanschluss,
– der zweite 12 und der dritte 14 jeweils einer Datenleitung, wovon die eine 12 DM (oder D–) und die andere 14 DP (oder D+) heißt, und
– der vierte 16 einer Versorgungsspannung von fünf Volt (5 V), welche mit V_BUS bezeichnet ist.

Diese Leitungsdrähte 10, 12, 14 und 16 sind an jedem Ende an einen Verbindungsstift 18 und 20 beispielsweise der männlichen Art angeschlossen, welcher mit einem Verbindungsstift 22 und 24 der weiblichen Art zusammenwirkt, wobei der eine von dem Gerät A und der andere von dem Gerät B getragen ist.
So versorgt das Gerät A dank des Leitungsdrahtes 16 das Gerät B mit der Spannung V_BUS.
In dem Gerät B ist ein so genannter pull-up-Widerstand Rr (oder „pull-up" in angelsächsischer Sprache) vorgesehen, welcher den Leiter DP oder DM mit dem Versorgungsleiter verbindet. Der Wert dieses Widerstandes Rr bestimmt die Kommunikationsgeschwindigkeit des Gerätes B, nämlich entweder eine hohe Geschwindigkeit, wenn er an DP angeschlossen ist, oder eine niedrige Geschwindigkeit, wenn er an DM angeschlossen ist.
Das Gerät B weist eine interne Versorgungsquelle auf, welche durch das Rechteck 26 dargestellt ist, das einen Spannungsregler symbolisiert und eine geregelte Spannung V_cc von 3,3 Volt liefert; die Ausgangsklemme dieser Quelle 26 ist an den pull-up-Widerstand Rr angeschlossen. Diese Versorgungsquelle 26 ist entweder von der Spannung V_BUS oder von einer externen Spannung V_DD an einer Eingangsklemme 28 abgezweigt.
Die Spezifizierungen des Busses USB bestimmen, dass die Versorgungsquelle 26 des pull-up-Widerstandes Rr von der Versorgungsspannung V_BUS derart abgeleitet oder gesteuert sein muss, dass wenn die Spannung V_BUS nicht vorhanden ist, der pull-up-Widerstand keinen Strom an die Datenleitung DP oder DM liefert, mit welcher er verbunden ist. Dies betrifft einzig die mit V_DD versorgten Geräte B, d. h. diejenigen, die nicht von V_BUS versorgt werden.
Diese Spezifizierung ergibt sich daraus, dass das Fehlen von V_BUS anzeigt, dass das Gerät A nicht im funktionierenden Zustand (beispielsweise im Stoppzustand) ist, und in diesem Zustand würde der Spannungsregler 26 einen Strom an das Gerät A liefern, was zu der Gefahr einer Beschädigung dieses letzteren führen würde.
Hieraus ergibt sich, dass das Gerät B das Vorhandensein oder das Fehlen von V_BUS derart erfassen muss, dass der pull-up-Widerstand Rr nur in dem Fall versorgt wird, wo V_BUS vorhanden ist.
Derzeit wird diese Erfassung von V_BUS durch ein Programm eines Mikrosteuerschalters MC des Gerätes B durchgeführt.
Hierzu ist die Klemme V_BUS an die Eingangsklemme einer elektronischen Vorrichtung 30 der Art „Schmitt-Trigger" angeschlossen, deren Ausgangsklemme den Zustand einer Kippschaltung 32 eines Registers 34 steuert, nämlich den Zustand „1" für V_BUS vorhanden und den Zustand „0" für V_BUS fehlt. Außerdem wird das Einschalten oder das Anhalten des Reglers 26 durch den Zustand einer Kippschaltung 36 eines Steuerregisters 38 gesteuert, nämlich der Zustand „1" für den angehaltenen Regler und der Zustand „0" für den laufenden Regler.
Das Programm des Mikrosteuerschalters besteht somit darin, periodisch den Zustand der Zustandskippschaltung 32 auszulesen und die Kippschaltung 36 nur dann in den Zustand „0" (Regler 26 angeschaltet) zu versetzen, wenn die Kippschaltung 32 in dem Zustand „1" (V_BUS vorhanden) ist.
Während des Einschaltens des Gerätes B darf der Regler 26 nur bei Vorhandensein von V_BUS angeschaltet werden. Dies wird durch eine Initialisierungsphase des Mikrosteuerschalters gemäß dem Organigramm der 2 erreicht. Bei der durch den Vorgang 40 dargestellten Initialisierung des Gerätes B liest der Mikrosteuerschalter die Kippschaltung 32. Während des folgenden Schrittes 42 vergleicht er den Zustand dieser Kippschaltung mit „1". Im Falle einer positiven Antwort versetzt er durch den Vorgang 44 die Kippschaltung 36 in den Zustand „0" (PDWN = 0), was die Initialisierungsphase durch den Endzustand 46 beendet. Im Falle einer negativen Antwort führt der Mikrosteuerschalter eine neue Schleife 48 durch.
Wenn diese Initialisierung stattgefunden hat, führt das Programm 50 (3) des Mikrosteuerschalters MC periodisch eine Überprüfung durch, ob die Spannung V_BUS vorhanden ist, indem der Zustand der Kippschaltung 32 gelesen und indem er in dem Schritt 52 mit dem Zustand „1" verglichen wird, der dem Vorhandensein von V_BUS entspricht. Im Falle einer negativen Antwort wird die Kippschaltung 36 durch den Vorgang 54 in den Zustand „1" (PDWN = 1) versetzt, was den Regler 26 anhält. Im Falle einer positiven Antwort wird die Kippschaltung 36 durch den Schritt 56 in den Zustand „0" versetzt (PDWN = 0), was den Regler 26 eingeschaltet hält.
Die soeben beschriebenen Vorrichtungen zur Erfüllung der Vorschriften der Spezifizierungen bezüglich des USB-Busses sind zufrieden stellend, um das Einhalten dieser Spezifizierungen sicherzustellen, aber sie „verbrauchen" Verarbeitungszeit des Mikrosteuerschalters, denn die Überprüfung des Zustandes der Klemme V_BUS muss sehr oft vorgenommen werden.
JP 2000224450 beschreibt eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Spannung, die an den einen der beiden Leiter eines USB-Kabels angelegt wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine automatische Überwachung der Eingangsklemme V_BUS durchzuführen, wobei das regelmäßige und häufige Eingreifen des Programms des Mikrosteuerschalters vermieden wird.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Spannung Vcc, die an den einen der beiden Leiter DP, DM einer Serienkabelverbindung der Art USB in einem Anschlussgerät B angelegt wird, dem ein anderes Gerät A vorgeschaltet ist, wobei das Anschlussgerät B eine eigene Versorgungsspannungsquelle aufweist, welche die an den Datenleiter DP, DM angelegte Spannung Vcc liefert, und welche auf einem anderen Leiter eine Versorgungsspannung V_BUS empfangen kann, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist:

– eine Schaltung zur Erfassung des Vorhandenseins oder des Fehlens der Versorgungsspannung V_BUS,
– eine Schaltung zur Speicherung des Zustands des Vorhandenseins oder des Fehlens der Versorgungsspannung V_BUS, und
– eine logische Schaltung zur Steuerung der Versorgungsquelle, welche die Spannung Vcc erzeugt, um die Versorgungsquelle 26 nur bei Vorhandensein der Versorgungsspannung V_BUS in Gang zu setzen.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden während der Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels deutlich werden, wobei diese Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erstellt ist, in welchen:
1 ein Schema einer Verbindung über USB-Bus zwischen zwei elektronischen Geräten A und B gemäß Stand der Technik ist;
Die 2 und 3 Organigramme sind, welche die Funktionsweise der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik illustrieren,
4 eine logische Wahrheitstabelle ist,
6 ein elektronisches Diagramm ist, welches die erfindungsgemäße automatische Vorrichtung illustriert,
7 ein Schema ist, welches die Schaltung zur Erfassung des Vorhandenseins oder des Fehlens der Spannung V_BUS gemäß der Erfindung illustriert, und
8 ein Organigramm ist, welches die Funktionsweise des Zustandsmechanismus illustriert, der in der Schaltung zur Erfassung des Vorhandenseins oder des Fehlens von V_BUS eingesetzt wird.
In den Abbildungen bezeichnen identische Bezugszahlen identische Elemente, welche identische Funktionen ausüben.
Die 1, 2 und 3, welche den Stand der Technik illustrieren, sind im Einleitungsteil beschrieben worden.
Die Vorrichtung zur automatischen Steuerung des Reglers 26 weist die folgenden Elemente auf (6):

– eine Schaltung 60 zur Erfassung des Vorhandenseins oder des Fehlens der Spannung V_BUS an der entsprechenden Klemme V_BUS des Stiftes 24,
– eine logische Schaltung 70 zur Steuerung des Reglers 26,
– die Kippschaltung 36 des Kontrollregisters 38 des Mikrosteuerschalters MC,
– eine Kippschaltung 80 eines Zustandsregisters 68 des Mikrosteuerschalters MC,
– eine Kippschaltung 76 eines Unterbrechungszustandsregisters 62 des Mikrosteuerschalters MC,
– eine Kippschaltung 78 eines Unterbrechungsmaskenregisters 64 (IMR) des Mikrosteuerschalters MC, und
– eine logische UND-Schaltung 66.

Die Erfassungsschaltung 60, welche hiernach in Verbindung mit den 7 und 8 in größeren Einzelheiten beschrieben werden wird, liefert ein erstes Signal „set-vbusstat", um die Kippschaltung 89 in den Zustand „1" zu versetzen, wenn sie eine steigende Flanke des Signals V_BUS erfasst, und ein zweites Signal „reset-vbusstat", um die Kippschaltung 80 in den Zustand „0" zu versetzen, wenn sie eine fallende Flanke des Signals V_BUS erfasst, wobei die steigende Flanke und die fallende Flanke diejenigen des von der Schaltung 30 gelieferten Signals sind.
Die Erfassungsschaltung 60 liefert ein drittes Signal „set-vbusint", welches die Kippschaltung 76 (ITVBUS) des Unterbrechungszustandsregisters 62 (ISR) in den Zustand „1" versetzt.
Die logische Schaltung 70 umfasst eine Umkehrschaltung 74, deren Eingangsklemme an die Ausgangsklemme der Kippschaltung 80 des Registers 68 (SR) angeschlossen ist. Sie umfasst ebenfalls eine ODER-Umkehrschaltung 72, deren eine der beiden Eingangsklemmen an die Ausgangsklemme der Umkehrschaltung 74 angeschlossen ist, und deren andere Eingangsklemme an die Ausgangsklemme der Kippschaltung 36 (PDWN) des Kontrollregisters 38 (CR) angeschlossen ist. Die Kippschaltung 36 wird während der Initialisierungsphase (5) des Mikrosteuerschalters MC in den Zustand „0" versetzt, was bedeutet, dass der Regler 26 in Gang gesetzt werden kann. Diese Initialisierungsphase (5) umfasst den Startvorgang 90, den Vorgang 92 des Versetzens in den Zustand „0" und den Endvorgang 94. Im Gegensatz zu der Vorrichtung des Standes der Technik gibt es keine Schleife 48 (2).
Die Kippschaltung 78 wird von dem Mikrosteuerschalter MC in den Zustand „1" oder „0" versetzt, um anzuzeigen, ob er den Zustand der Kippschaltung 76 kennen möchte oder nicht.
Die Erfassungsschaltung 60 umfasst (7):

– eine Schaltung zur Erfassung 90 der steigenden Flanke und der fallenden Flanke des von der elektronischen Vorrichtung der Art „Schmitt-Trigger" 30 gelieferten Signals,
– ein Zustandsmechanismus 92, und
– eine Zählvorrichtung 94.

Diese verschiedenen Elemente 90, 92 und 94 empfangen von dem Mikrosteuerschalter MC ein Taktsignal „ck" und ein Signal der Rückstellung auf Null „nreset", so dass die Synchronisierung durchgeführt wird.
Die Erfassungsschaltung 90 empfängt außerdem das Signal usbV_bus über die Schaltung 30. Sie liefert die drei folgenden Signale an den Zustandsmechanismus 92:

– Vbus-rise entsprechend der Erfassung einer steigenden Flanke,
– Vbus-fall entsprechend der Erfassung einer fallenden Flanke,
– Vbus-dd entsprechend der Erfassung einer steigenden Flanke oder einer fallenden Flanke.

Sie empfängt von dem Zustandsmechanismus 92 ein Signal clr-event, welches anzeigt, dass das Signal Vbus-rise oder Vbus-fall berücksichtigt wurde und wieder auf Null gestellt werden kann.
Die Erfassungsschaltung 90 liefert die drei hier oben definierten Signale: set-Vbusint, rsset-vbusstat und set-vbusstat.
Die Zählvorrichtung 94 misst die Zeitdauer, die nach der Erfassung der steigenden Flanke oder der fallenden Flanke ab dem Zeitpunkt des Erscheinens eines Signals „count-en" entsprechend einer Zustandsänderung der Klemme V_BUS vergeht. Wenn die Zählvorrichtung einen gewissen vorab bestimmten Wert erreicht hat, bedeutet dies, dass die Zustandsänderung stabil ist, und dass sie von dem Zustandsmechanismus 92 berücksichtigt werden kann, der dann das Signal end-count empfängt.
Der Zustandsmechanismus 92 funktioniert gemäß dem Organigramm der 8. Der Zustand 100 entspricht einem Wartezustand des Mechanismus. Sobald die Erfassungsschaltung 90 ein Signal Vbus-rise = 1 oder Vbus-fall = 1 liefert, geht der Zustandsmechanismus zu einem Zustand 102 der Rückstellung in den Zustand „0" der verschiedenen Schaltungen über.
In dem Fall, wo es sich um ein Signal Vbus-fall = 1 handelt, geht der Mechanismus in den Zustand 104 (Vbus-reset) über, der eine zu einer niedrigen Höhe fallende Flanke anzeigt. Wenn diese niedrige Höhe durch das Signal end-count = 1 der Zählvorrichtung 94 bestätigt wird, geht der Mechanismus in den Zustand 106 über, der das Ausgangssignal „reset-vbusstat" liefert, um die Kippschaltung 80 des Zustandsregisters 68 in den Zustand „0" zu versetzen.
In dem Fall, wo es sich um ein Signal Vbus-rise = 1 handelt, geht der Mechanismus in den Zustand 108 (Vbus-set) über, der eine zu einer hohen Höhe aufsteigende Flanke anzeigt. Wenn diese hohe Höhe durch das Signal end-count = 1 der Zählvorrichtung 94 bestätigt wird, geht der Mechanismus in den Zustand 110 über, der das Ausgangssignal „set-vbusstat" liefert, um die Kippschaltung 80 des Zustandsregisters 68 in den Zustand „1" zu versetzen.
In den beiden oben behandelten Fällen geht der Zustandsmechanismus 92 aus dem einen der Zustände 106 und 110 in den Zustand 112 über, welcher das Signal set-vbusint liefert, das zu der Kippschaltung 76 des Unterbrechungszustandsregisters 62 gesendet wird.
In diesen beiden Fällen kehrt der Zustandsmechanismus aus dem Zustand 104 zu dem Zustand 102 zurück, wenn das Signal Vbus-dd = 1, d. h. wenn ein Signal Vbus-rise = 1 auftaucht, und aus dem Zustand 108 in den Zustand 102, wenn das Signal Vbus-dd = 0, d. h. wenn ein Signal Vbus-fall = 1 erscheint.
Die logische Schaltung 70 führt die von der Wahrheitstabelle der 4 definierte logische Funktion zwischen den beiden von den Zuständen der Kippschaltungen 80 und 36 bestimmten binären Variablen durch, d. h. den Werten von vbusstat und PDWN. Diese Wahrheitstabelle zeigt, dass der Regler 26 nur dann in Gang gesetzt ist, wenn die Klemme V_BUS von dem Kabel der USB-Verbindung gespeist wird.

Claims

Vorrichtung zur automatischen Steuerung der Spannung (Vcc), die an den einen der beiden Leiter (DP, DM) einer Serienkabelverbindung der Art USB in einem Anschlussgerät (B) angelegt wird, dem ein anderes Gerät (A) vorgeschaltet ist, wobei das Anschlussgerät (B) einen Mikrosteuerschalter (MC) und eine eigene Versorgungsspannungsquelle (26) aufweist, welche die an den Datenleiter (DP, DM) angelegte Spannung (Vcc) liefert, und es auf einem anderen Leiter eine Versorgungsspannung (V_BUS) empfangen kann, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: – eine Schaltung zur Erfassung (30, 60) des Vorhandenseins oder des Fehlens der Versorgungsspannung (V_BUS) während eines bestimmten Zeitintervalls, – eine Schaltung zur Speicherung (80) des Zustands des Vorhandenseins oder des Fehlens der Versorgungsspannung (V_BUS) und – eine logische Schaltung zur Steuerung (70) der Versorgungsquelle, welche die Spannung (Vcc) erzeugt, um die Versorgungsquelle (26) nur bei Vorhandensein der Versorgungsspannung (V_BUS) in Gang zu setzen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zur Erfassung (30, 60) des Vorhandenseins oder des Fehlens der von dem Verbindungskabel gelieferten Versorgungsspannung (V_BUS) aufweist: – eine elektronische Vorrichtung (30) der Art „Schmitt-Trigger", deren Eingangsklemme an die Versorgungsklemme des Kabels angeschlossen ist, – eine Schaltung zur Erfassung (90) der steigenden Flanke oder der fallenden Flanke des von der Kippschaltung (30) gelieferten Signals, welche entsprechende Signale für die steigende Flanke und die fallende Flanke (Vbus-rise und Vbus-fall) liefert, – eine Zählvorrichtung (94) für die Dauer des Haltens im Zustand der Signale mit steigender Flanke und fallender Flanke (Vbus-rise, Vbus-fall), welche ein Zählendsignal (end-count) liefert, wenn die Haltedauer erreicht ist, – eine Zustandsmaschine (92), welche den Zustand in Abhängigkeit von den Signalen mit steigender Flanke und mit fallender Flanke (Vbus-rise, Vbus-fall) und dem Zählendsignal (end-count) ändert, und welche Zustandssignale (set-Vbusstat, reset-Vbusstat) des Vorhandenseins und Fehlens der Versorgungsspannung (V_BUS) sowie ein Signal (set-Vbusint) liefert, welches die Zustandsänderung von (V_BUS) signalisiert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherschaltung eine Kippschaltung (80) eines Zustandsregisters (68, SR) des Kommunikations-Mikrosteuerschalters (MC) ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die logische Steuerschaltung (70) für die Versorgungsquelle, welche die Spannung (Vcc) erzeugt, aufweist: – eine Umkehrschaltung (74), deren Eingangsklemme das Zustandssignal über das Vorhandensein oder Fehlen der Versorgungsspannung (V_BUS) empfängt; und – eine ODER-Umkehrschaltung (72), deren eine Eingangsklemme an die Ausgangsklemme der Umkehrschaltung (74) angeschlossen ist, und deren andere Eingangsklemme ein Zustandssignal (PDWN = 0) empfängt, welches anzeigt, dass das Anschlussgerät (B) eine eigene Versorgungsquelle aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem eine Unterbrechungsschaltung für den Mikrosteuerschalter (MC) aufweist, mit: – einer Kippschaltung (76) für das Unterbrechungszustandsregister (62, ISR) des Mikrosteuerschalters (MC), in welcher die Zustandsveränderung (Vbusint-ITVBUS) der Versorgungsklemme (V_BUS) registriert ist, und – einer Kippschaltung (78) für das Unterbrechungsmaskenregister (64, IMR) des Mikrosteuerschalters, in welcher durch diesen letzteren der Maskierungszustand (ITVBUSM) der Zustandsänderung (ITVBUS) registriert ist, und – einer UND-Schaltung (66), deren eine der beiden Eingangsklemmen das Zustandsänderungssignal (ITVBUS) empfängt, und deren andere Eingangsklemme das Maskierungszustandssignal (ITVBUSM) empfängt, so dass der Mikrosteuerschalter (MC) nur dann ein Unterbrechungsanforderungssignal (IR) empfängt, wenn es eine Zustandsänderung (ITVBUS = 1) gegeben hat und wenn das Zustandssignal der Maskierungskippschaltung den Wert „1" (ITVBUSM = 1) hat.
Anschlussgerät (B), das durch ein Serienverbindungskabel der Art USB an ein vorgeschaltetes Gerät (A) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, das es eine Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.