JP2004005283A - Ｕｓｂホスト／デバイス接続機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＵＳＢコネクタを１つにすることができるＵＳＢホスト／デバイス接続機構を提供する。
【解決手段】判別回路１０２が、ＵＳＢコネクタ１０１にＵＳＢ機器が接続されたときの差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧に基づいてこのＵＳＢ機器の種別を自動判別する。この判別結果を基にして、セレクタ回路１０３はＵＳＢコネクタ１０１の接続先をＵＳＢデバイス回路１０４またはＵＳＢホスト回路１０５に切り替え、電源供給制御回路１０６はＵＳＢ機器への電源供給を制御する。
【選択図】 図１
【解決手段】判別回路１０２が、ＵＳＢコネクタ１０１にＵＳＢ機器が接続されたときの差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧に基づいてこのＵＳＢ機器の種別を自動判別する。この判別結果を基にして、セレクタ回路１０３はＵＳＢコネクタ１０１の接続先をＵＳＢデバイス回路１０４またはＵＳＢホスト回路１０５に切り替え、電源供給制御回路１０６はＵＳＢ機器への電源供給を制御する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デバイス間で通信を行うためにＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）１．１（以下、ＵＳＢ）を採用した携帯電話や携帯端末などの小型デバイスに用いるＵＳＢホスト／デバイス接続機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタや外部記憶装置、パソコン等と小型デバイスがデータ通信を行うため、シリアル、パラレル（ＩＥＥＥ１２８４）、ＩｒＤＡ、ＩＥＥＥ１３９４等が考えられるが、シリアル、パラレル、ＩｒＤＡにおいては、転送速度が遅く実用的ではない。また、ＩＥＥＥ１３９４においては、コストの問題や、必要以上の転送速度を有していることから最適な通信手段とは言えない。
【０００３】
そのため、小型デバイスにおいては、市場での普及率が高くコスト的にも妥当なＵＳＢが採用される傾向にある。しかし、ＵＳＢはその規格においてホスト用とデバイス用の２種類のコネクタ形状が定められており、ホスト側のコネクタ形状とデバイス側のコネクタ形状が異なる。そのため、ＵＳＢホストとＵＳＢデバイスのいずれの動作も行い得る小型デバイスがＵＳＢインターフェースを介してあらゆるＵＳＢ機器と通信を行うには、つまり、ＵＳＢホストとして動作するパソコンなどに対してはＵＳＢデバイスとして動作し、ＵＳＢデバイスとして動作するプリンタなどに対してはＵＳＢホストとして動作するには、２種類のＵＳＢコネクタを用意する必要があり、コストや機器の小型化といった面で問題となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み、ＵＳＢバスに含まれる差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧に基づき、接続されているＵＳＢ機器の種別を自動判別し、この判別結果に応じてＵＳＢホストまたはＵＳＢデバイスとして動作させることにより、ＵＳＢコネクタを１つにすることができるＵＳＢホスト／デバイス接続機構を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、ＵＳＢホスト回路とＵＳＢデバイス回路を有する機器において、この機器に接続されるＵＳＢ機器からの差動信号を前記ＵＳＢホスト回路または前記ＵＳＢデバイス回路に接続するためのＵＳＢホスト／デバイス接続機構であって、一対の差動信号端子、電源端子、グランド端子からなるＵＳＢコネクタと、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の電圧を検知し、前記ＵＳＢコネクタに接続されたＵＳＢ機器がＵＳＢホストとして動作するものかＵＳＢデバイスとして動作するものかを自動判別する判別回路と、前記判別回路の判別結果に基づき、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を前記ＵＳＢホスト回路と前記ＵＳＢデバイス回路との間で切り替えるセレクタ回路と、前記判別回路の判別結果に基づき、前記ＵＳＢコネクタの電源端子への電源供給を制御する電源供給制御回路とを有し、前記ＵＳＢホスト回路または前記ＵＳＢデバイス回路は、ＵＳＢ機器が前記ＵＳＢコネクタに接続されていることを認識する間前記判別回路の状態を保持するための信号を出力し、ＵＳＢ機器が前記ＵＳＢコネクタから抜かれたことを確認すると前記判別回路を初期状態とするための信号を出力することを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項２記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、請求項１記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構であって、前記判別回路が、ＵＳＢ機器が接続されていない状態での前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の電圧を設定するための分割抵抗と、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の電圧を検知するためのコンパレータ部と、前記コンパレータ部の出力から前記ＵＳＢコネクタに接続されているＵＳＢ機器の種別に応じた信号を出力する論理回路部と、前記論理回路部の出力を保持するフリップフロップとからなり、前記ＵＳＢホスト回路または前記ＵＳＢデバイス回路は、ＵＳＢ機器が前記ＵＳＢコネクタに接続されていることを認識する間前記フリップフロップが前記論理回路部の出力を保持するための信号を出力し、ＵＳＢ機器が前記ＵＳＢコネクタから抜かれたことを確認すると前記フリップフロップが保持状態を解除するための信号を出力することを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項３記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、請求項２記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構であって、前記ＵＳＢコネクタに接続されるＵＳＢデバイスとして動作するＵＳＢ機器の一対の差動信号端子において、ＵＳＢ機器識別用のプルアップ抵抗が付加されていない端子側にプルダウン抵抗を付加することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項４記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、請求項２もしくは３のいずれかに記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構であって、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を自動で切り替えるための前記判別回路からの判別信号を無効にして前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を手動にて切り替えるためのスイッチと、自動接続状態か手動接続状態かを示す表示デバイスと、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を示す表示デバイスとを有することを特徴とする。
【０００９】
以上のように、本発明によれば、ホスト用とデバイス用のＵＳＢコネクタを１つにすることができるので、低コスト、省スペース化が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明によるＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、ＵＳＢインターフェースを介してあらゆるＵＳＢ機器と通信を行えるようにするためのものであり、ＵＳＢホストとして動作するパーソナルコンピュータなどに対してはＵＳＢデバイスとして動作し、ＵＳＢデバイスとして動作するプリンタなどに対してはＵＳＢホストとして動作する機器に用いることができる。
【００１１】
なお、ＵＳＢ規格にてシリーズＡ、シリーズＢの二種類のコネクタ形状が定められているが、本発明ではシリーズＡのコネクタの口のみを用意し、接続されるＵＳＢ機器に応じてシリーズＡ−シリーズＡのケーブル、シリーズＡ−シリーズＢのケーブルを使い分ける。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１において、１０１はＵＳＢ機器を接続するためのＵＳＢコネクタであり、電源端子、一対の差動信号端子（Ｄ＋、Ｄ−）、グランド端子の４つの端子からなる。１０２はＵＳＢコネクタ１０１にＵＳＢ機器を接続したときの差動信号端子の電圧を検知し、接続されたＵＳＢ機器がＵＳＢホストとして動作するものであるのかＵＳＢデバイスとして動作するものであるのかを判別する判別回路であり、マイクロコンピュータ等を組み合わせて構成されている。１０３は判別回路１０２の判別結果を基に差動信号端子の接続先を切り替えるセレクタ回路、１０４は当該機器がＵＳＢデバイスとして動作するためのＵＳＢデバイス回路、１０５は当該機器がＵＳＢホストとして動作するためのＵＳＢホスト回路、１０６は判別回路１０２の判別結果を基にＵＳＢコネクタ１０１の電源端子への電源供給を制御する電源供給制御回路であり、当該機器がＵＳＢホストとして動作する場合に、接続されているＵＳＢデバイスに電源を供給する。
【００１４】
ＵＳＢコネクタ１０１の差動信号端子は判別回路１０２に接続されており、判別回路１０２はＵＳＢ機器が接続されたときの差動信号端子の電圧を検知することでその機器がＵＳＢホストであるのかＵＳＢデバイスであるのかを判別する。
【００１５】
判別回路１０２から出力される判別信号ａはセレクタ回路１０３に、また判別信号ｂは電源供給制御回路１０６に接続されており、これらの信号は判別回路１０２の判定結果に基づいてそれぞれの回路の制御を行うための信号である。つまり、判別信号ａは、ＵＳＢホスト接続時には差動信号端子がＵＳＢデバイス回路１０４に接続され、ＵＳＢデバイス接続時には差動信号端子がＵＳＢホスト回路１０５に接続されるようにセレクタ回路１０３を制御する。また、判別信号ｂは、ＵＳＢデバイス接続時に電源の供給が行われるように電源供給制御回路１０６を制御する。
【００１６】
ＵＳＢデバイス回路１０４およびＵＳＢホスト回路１０５は、ＵＳＢ機器の接続状態を示す状態信号ｃおよびｄを出力する。これらの信号は判別回路１０２に入力され、ＵＳＢ機器判別後の判別信号ａおよびｂの状態を保持するのに用いられる。
【００１７】
図２は、当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構の処理を示すフローチャート図である。以下、図１と図２により当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構の動作について説明する。
【００１８】
当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、ＵＳＢ機器が何も接続されていない状態では差動信号端子がＵＳＢホスト回路とＵＳＢデバイス回路のいずれに接続されていてもよく、判別信号ａの状態は任意でよい。つまりセレクタ回路１０３がいずれを選択していてもよい。しかし、判別信号ｂは電源供給制御回路から電源が供給される状態になっていなければならない。ＵＳＢ機器に対して電源供給状態でなければ、相手がＵＳＢデバイスであった場合、電源を供給することができず、結果として相手を判別することができなくなってしまうからである。
【００１９】
この状態からＵＳＢ機器が接続されたときの動作を説明する。
まずＵＳＢ機器が接続されると、電源ラインを通してＵＳＢ機器に電源供給制御回路１０６から電源が供給される（ステップＳ２０１）。
【００２０】
判別回路１０２は、接続されたＵＳＢ機器により変化した差動信号端子の電圧を検知し（ステップＳ２０２）、接続された機器がＵＳＢホストなのかＵＳＢデバイスなのかを判別し、判別信号ａおよびｂの状態を決定する（ステップＳ２０３）。
【００２１】
判別信号ａおよびｂによりセレクタ回路１０３と電源供給制御回路１０６が制御され、ＵＳＢデバイスが接続されたのであればＵＳＢホストとして、ＵＳＢホストが接続されたのであればＵＳＢデバイスとして動作する（ステップＳ２０４、Ｓ２０５）。
【００２２】
ＵＳＢデバイス回路１０３またはＵＳＢホスト回路１０４にて接続が認識されると、接続された回路からの状態信号が変化し、これにより判別信号ａおよびｂの状態が固定され、接続されたＵＳＢ機器との通信中に接続が切り替わるということがなくなる。
【００２３】
ＵＳＢ機器がＵＳＢコネクタ１０１から抜かれると、状態信号ｃまたはｄが変化し（ステップＳ２０６）、その結果、判別回路１０２の判別信号ａおよびｂの固定状態が解除されて初期状態となる（ステップＳ２０７）。
【００２４】
（実施の形態２）
以下、本実施の形態２におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構について説明する。当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、実施の形態１のＵＳＢホスト／デバイス接続機構と比べ、マイクロコンピュータなどを組み合わせた構成となっておらず、回路構成が簡単でサイズとして小さくなるという利点がある。つまり、ＵＳＢ機器の接続によるＵＳＢコネクタの差動信号端子の電圧変化をコンパレータを用いて検知し、接続機器の種別を判別するようにする。
【００２５】
図３は、本実施の形態２におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図である。
図３において、３０１はＵＳＢ機器を接続するためのＵＳＢコネクタであり、電源端子、一対の差動信号端子（Ｄ＋、Ｄ−）、グランド端子の４つの端子からなる。３０２はＵＳＢコネクタ３０１にＵＳＢ機器を接続したときの差動信号端子の電圧を検知し、接続されたＵＳＢ機器がＵＳＢホストとして動作するものであるのかＵＳＢデバイスとして動作するものであるのかを判別する判別回路、３０３は判別回路３０２の判別結果を基に差動信号端子の接続先を切り替えるセレクタ回路、３０４は当該機器がＵＳＢデバイスとして動作するためのＵＳＢデバイス回路、３０５は当該機器がＵＳＢホストとして動作するためのＵＳＢホスト回路、３０６は判別回路３０２の判別結果を基にＵＳＢコネクタ３０１の電源端子への電源供給を制御する電源供給制御回路であり、当該機器がＵＳＢホストとして動作する場合に、接続されているＵＳＢデバイスに電源を供給する。
【００２６】
抵抗３０７、３０８、３０９、３１０はＵＳＢ機器が接続されていない初期状態での差動信号端子の電圧を設定するための分割抵抗であり、３０８は３０７に対して、３１０は３０９に対して十分に大きい抵抗値を持つ。また、抵抗３０７、３０８、３０９、３１０は、ＵＳＢ機器が接続されていない状態で、差動信号端子Ｄ＋、Ｄ−の電圧がＵＳＢデバイス回路およびＵＳＢホスト回路によってＬｏｗと認識される（ＵＳＢ機器が接続されていないと認識される）抵抗値の構成である。
【００２７】
以上の条件で分割された電圧値を持つ差動信号Ｄ＋、Ｄ−は、それぞれコンパレータ３１１、３１２（本実施の形態２におけるコンパレータ部はコンパレータ３１１、３１２で構成される）の非反転入力端子に入力される。Ｖｒｅｆはコンパレータ３１１、３１２の反転入力端子に入力される基準電圧であり、ＵＳＢ機器が接続されていない初期状態での差動信号端子Ｄ＋、Ｄ−の電圧より低く、ＵＳＢホストが接続された状態での差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧より高い任意の電圧とする。つまりコンパレータからの出力はＵＳＢホストが接続されたときのみＬｏｗに遷移する。また、何も接続されていない状態ではＨｉｇｈの状態となる。
【００２８】
コンパレータ３１１、３１２の出力信号は、ＯＲ回路３１３（本実施の形態２における論理回路部はＯＲ回路３１３で構成される）にそれぞれ入力される。ＯＲ回路３１３の出力信号は、フリップフロップ３１４のデータ入力端子に入力される。
【００２９】
フリップフロップ３１４から出力される判別信号ｅはセレクタ回路３０３および電源供給制御回路３０６に接続されており、ＵＳＢデバイスが接続されたときにはＨｉｇｈ、ＵＳＢホストが接続されたときにはＬｏｗとなることで差動信号端子の接続先の切り替えと電源供給を制御している。つまり、判別信号ｅがＨｉｇｈのとき、電源供給制御回路３０６は電源を供給し、セレクタ回路３０３は差動信号端子とＵＳＢホスト回路３０５を接続させる。また判別信号ｅがＬｏｗのとき、電源供給制御回路３０６は電源を供給せず、セレクタ回路３０３は差動信号端子とＵＳＢデバイス回路３０４を接続させる。
【００３０】
一方、ＵＳＢデバイス回路３０４およびＵＳＢホスト回路３０５は、ＵＳＢ機器の接続状態を示す状態信号ｆおよびｇを出力する。これらの信号はＵＳＢ機器が接続されている状態ではＬｏｗ、抜かれている状態ではＨｉｇｈとなってＡＮＤ回路３１５に入力され、ＵＳＢ機器判別後の判別信号ｅの状態を保持するのに用いられる。つまり、ＵＳＢホストが接続されている状態ではＵＳＢデバイス回路３０４からＬｏｗが出力され、ＵＳＢホスト回路３０５からＨｉｇｈが出力される。ＵＳＢデバイスが接続されている状態ではＵＳＢデバイス回路３０４からＨｉｇｈが出力され、ＵＳＢホスト回路３０５からＬｏｗが出力される。そしてＵＳＢ機器が抜かれると両信号ともＨｉｇｈとなる。
【００３１】
ＡＮＤ回路３１５からの出力信号は、ＡＮＤ回路３１６に入力され、このＡＮＤ回路３１６の一方の入力にはクロックＣＬＫが入力される。ＡＮＤ回路３１６の出力信号はフリップフロップ３１４のクロック入力端子に接続される。
【００３２】
続いて、当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構の動作について説明する。
当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、ＵＳＢ機器が何も接続されていない状態では判別信号ｅはＨｉｇｈであり、ＵＳＢホストとして動作する状態にあるので、差動信号端子はＵＳＢホスト回路３０５に接続され、電源供給制御回路３０６からＵＳＢ機器に対して電源を供給する状態にある。このように初期状態をホスト状態とする理由は、実施の形態１で述べた理由と同じである。
【００３３】
この状態からＵＳＢ機器が接続されたときの動作を説明する。
まずＵＳＢ機器が接続されると、電源ラインを通してＵＳＢ機器に電源供給制御回路３０６から電源が供給される。
【００３４】
判別回路３０２は、接続されたＵＳＢ機器により変化した差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低いか否かを判別する。ＵＳＢホストが接続されると、ＵＳＢホストからの差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧はプルダウンされているため基準電圧Ｖｒｅｆよりも低くなり、判別信号ｅはＬｏｗとなる。一方、ＵＳＢデバイスが接続されると差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧は基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなるので、判別信号ｅはＨｉｇｈとなる。このように判別信号ｅの状態が確定することにより、接続されたＵＳＢ機器がＵＳＢデバイスなのかＵＳＢホストなのかが判別される。
【００３５】
セレクト信号ｅの状態により、セレクタ回路３０３と電源供給制御回路３０６内の電源供給トランジスタスイッチの状態が変更され、接続された機器に合った回路への接続と電源制御を行う。その結果、判別信号ｅがＬｏｗであれば、つまりＵＳＢホストが接続されたのであればＵＳＢデバイスとして、判別信号ｅがＨｉｇｈであれば、つまりＵＳＢデバイスが接続されたのであればＵＳＢホストとして動作する。
【００３６】
ＵＳＢデバイス回路３０４またはＵＳＢホスト回路３０５にて接続が認識されると、接続された回路からの状態信号が変化し、ＡＮＤ回路３１５の出力がＬｏｗとなる。その結果ＡＮＤ回路３１６の出力はＬｏｗとなり、フリップフロップ３１４はクロック入力をマスクされホールド状態となる。このように判別信号ｅの状態が固定されるので、接続されたＵＳＢ機器との通信中に接続が切り替わるということがなくなる。
【００３７】
ＵＳＢ機器がＵＳＢコネクタ３０１から抜かれると、状態信号ｆおよびｇはともにＨｉｇｈとなり、ＡＮＤ回路３１６に接続されるクロックＣＬＫの状態がフリップフロップ３１４のクロック入力に反映され、判別信号ｅのホールド状態が解除される。これにより回路全体が初期状態となる。
【００３８】
（実施の形態３）
以下、本実施の形態３におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構について説明する。図４は、本実施の形態３におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図である。なお、図３に基づいて説明した部材に対応する部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、さらに精度よく安定して接続機器の判別処理を行うために、ＵＳＢデバイスとして動作するＵＳＢ機器のＵＳＢ機器識別用のプルアップ抵抗が付加されていない信号線側にプルダウン抵抗を付加させ（図５参照）、判別回路もそれを認識できる回路構成とする点が実施の形態２のＵＳＢホスト／デバイス接続機構と異なる点である。
【００４０】
図４において、抵抗３０７、３０８、３０９、３１０により分割された電圧値を持つ差動信号Ｄ＋、Ｄ−は、それぞれコンパレータ４０１〜４０４（本実施の形態３のコンパレータ部はコンパレータ４０１〜４０４で構成される）の非反転入力端子に入力される。また、コンパレータ４０１および４０４の反転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力され、コンパレータ４０２および４０３の反転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力される。差動信号の入力値が基準電圧よりも高い場合、コンパレータの出力はＨｉｇｈとなる。
【００４１】
これらコンパレータ４０１〜４０４の出力は、ＡＮＤ回路４０５、４０６、４０８とＯＲ回路４０７、４０９からなる論理回路部に入力される。つまり、コンパレータ４０１の出力とコンパレータ４０２の反転出力はＡＮＤ回路４０５にそれぞれ入力され、コンパレータ４０３の反転出力とコンパレータ４０４の出力はＡＮＤ回路４０６にそれぞれ入力される。ＡＮＤ回路４０５と４０６の出力はＯＲ回路４０７に入力される。コンパレータ４０２と４０３の出力はＡＮＤ回路４０８にも入力され、このＡＮＤ回路４０８とＯＲ回路４０７の出力はＯＲ回路４０９に入力され、その出力はフリップフロップ３１４のデータ入力端子に入力される。
【００４２】
Ｖｒｅｆ１はＵＳＢ機器が接続されていない初期状態での差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧より高く、ＵＳＢ機器として図５に示すＵＳＢデバイスが接続されたときのプルアップ抵抗側の差動信号の電圧より低い任意の電圧である。一方Ｖｒｅｆ２は、ＵＳＢ機器が接続されていない初期状態での差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧より低く、ＵＳＢ機器として図５に示すＵＳＢデバイスが接続されたときのプルダウン抵抗側の差動信号の電圧より高い（また、ＵＳＢホスト接続時の差動信号の電圧より高い）任意の電圧である。このようにすれば、フルスピードデバイス、ロースピードデバイスのいずれが接続されても、フリップフロップ３１４のデータ入力端子へはＨｉｇｈの信号が入力される。また何も接続されていない状態ではＨｉｇｈの信号が入力される。一方、ＵＳＢホストが接続されたときには、Ｌｏｗの信号が入力される。
【００４３】
また、図５は図４の機構を持つＵＳＢ機器に接続されるＵＳＢデバイスについて示したものであり、図５（ａ）で示されるフルスピードデバイス回路５０１には、ＵＳＢコネクタ３０１より差動信号が入力され、差動信号のＤ＋側には機器のスピードと接続されたことを認識させるためのプルアップ抵抗５０２が付加されている。また、差動信号のＤ−側には図４で示される判別回路にて機器の判別が可能なようにプルダウン抵抗５０３が付加されている。
【００４４】
同様に、図５（ｂ）で示されるロースピードデバイス回路５０４には、ＵＳＢコネクタ３０１より差動信号が入力され、差動信号のＤ−側には機器のスピードと接続されたことを認識させるためのプルアップ抵抗５０２が付加されている。また、差動信号のＤ＋側には図４で示される判別回路にて機器の判別が可能なようにプルダウン抵抗５０３が付加されている。
【００４５】
続いて、当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構の動作について説明する。
当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、実施の形態２のＵＳＢホスト／デバイス接続機構と同様、ＵＳＢ機器が何も接続されていない状態では判別信号ｅはＨｉｇｈであり、ＵＳＢホストとして動作する。
【００４６】
この状態からＵＳＢ機器が接続されたときの動作を説明する。
まずＵＳＢ機器が接続されると、電源ラインを通してＵＳＢ機器に電源供給制御回路３０６から電源が供給される。
【００４７】
判別回路は、接続されたＵＳＢ機器により変化した差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧をコンパレータ４０１〜４０４を用いて評価し、結果として、図５（ａ）で示されるフルスピードデバイスおよび図５（ｂ）で示されるロースピードデバイスが接続された場合には、Ｈｉｇｈの信号がフリップフロップ３１４に入力され、したがって、判別信号ｅの状態もＨｉｇｈとなる。一方、ＵＳＢホストが接続された場合には、結果として、Ｌｏｗの信号がフリップフロップ３１４に入力され、しがたって、判別信号ｅの状態もＬｏｗとなる。このように判別信号ｅの状態が確定することにより、接続されたＵＳＢ機器がＵＳＢデバイスなのかＵＳＢホストなのかが判別される。
【００４８】
セレクト信号ｅの状態により、セレクタ回路３０３と電源供給制御回路３０６内の電源供給トランジスタスイッチの状態が変更され、接続された機器に合った回路への接続と電源制御を行う。その結果、判別信号ｅがＬｏｗであれば、つまりＵＳＢホストが接続されたのであればＵＳＢデバイスとして、判別信号ｅがＨｉｇｈであれば、つまりＵＳＢデバイスが接続されたのであればＵＳＢホストとして動作する。
【００４９】
ＵＳＢデバイス回路３０４またはＵＳＢホスト回路３０５にて接続が認識されると、接続された回路からの状態信号が変化し、ＡＮＤ回路３１５の出力がＬｏｗとなる。その結果ＡＮＤ回路３１６の出力はＬｏｗとなり、フリップフロップ３１４はクロック入力をマスクされホールド状態となる。このように判別信号ｅの状態が固定されるので、接続されたＵＳＢ機器との通信中に接続が切り替わるということがなくなる。
【００５０】
ＵＳＢ機器がＵＳＢコネクタ３０１から抜かれると、状態信号ｆおよびｇはともにＨｉｇｈとなり、ＡＮＤ回路３１６に接続されるクロックＣＬＫの状態がフリップフロップ３１４のクロック入力に反映され、判別信号ｅのホールド状態が解除される。これにより回路全体が初期状態となる。
【００５１】
（実施の形態４）
以下、本実施の形態４におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構について説明する。当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、実施の形態２または３の機構に加え、手動によってＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を切り替える回路を実装したものである。つまり、実施の形態２および３のＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、自動的に接続機器の種別を判別し、種別に合う回路にＵＳＢコネクタの差動信号端子を接続するものであったが、当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、この自動接続機構に加えて、手動でＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先をＵＳＢホスト回路またはＵＳＢデバイス回路に切り替える回路を実装する。
【００５２】
図６は、本実施の形態４におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図である。なお、図３に基づいて説明した部材に対応する部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
図６に示すように、当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、判別回路３０２と電源供給制御回路３０６およびセレクタ回路３０３の間に手動切替回路６０１を挿入する。判別回路３０２からの判別信号をｋとし、電源供給制御回路３０６およびセレクタ回路３０３に接続される信号をセレクト信号ｌとする。
【００５４】
判別回路３０２からの判別信号ｋを無効にするためのスイッチ６０２は、ＯＮでＨｉｇｈ、ＯＦＦでプルダウン抵抗６０３によりＬｏｗの信号を出力し、その出力はＡＮＤ回路６０４に入力される。ＡＮＤ回路６０４のもう一方の入力端子には判別回路３０２からの判別信号ｋが入力される。また、表示デバイスであるＬＥＤ表示回路６０５は手動接続、自動接続のどちらの設定となっているのかを示す。当該手動切替回路では自動接続の設定（スイッチ６０２がＯＮ）でＬＥＤが点灯するようになっている。
【００５５】
スイッチ６０６は、ＡＮＤ回路６０４の出力とセレクタ回路３０３および電源供給制御回路３０６の接続を制御する。スイッチ６０６の状態がＯＦＦの場合、セレクト信号ｌの状態はプルアップ抵抗６０７によりＨｉｇｈに固定される。表示デバイスであるＬＥＤ表示回路６０８は、セレクト信号ｌの状態、つまりＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先がＵＳＢデバイス回路かＵＳＢホスト回路かを示し、ＵＳＢホスト回路に接続されているときに（セレクト信号ｌがＨｉｇｈ）ＬＥＤが点灯するようになっている。
【００５６】
以上のように、手動切替回路では、スイッチ６０２および６０６により、判別回路からの判別信号を無効として、ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を手動で切り替えることができる。
【００５７】
続いて当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構の動作について説明する。
スイッチ６０２および６０６より、手動接続か自動接続かを設定する。自動接続を設定する場合は、スイッチ６０２および６０６をＯＮの状態とする。手動にてＵＳＢコネクタの差動信号端子をＵＳＢホスト回路に接続する場合は、スイッチ６０２および６０６の状態をＯＦＦとする。手動にてＵＳＢコネクタの差動信号端子をＵＳＢデバイス回路に接続する場合は、スイッチ６０２をＯＦＦ、スイッチ６０６をＯＮとする。但し、スイッチ６０２をＯＮ、スイッチ６０６をＯＦＦとする組み合わせは禁止とする。
【００５８】
続いてＵＳＢ機器を接続する。自動接続の場合、まずＵＳＢホストとして動作するので電源ラインを通してＵＳＢ機器に電源供給制御回路３０６から電源が供給される。また手動にてＵＳＢコネクタの差動信号端子をＵＳＢホスト回路に接続させた場合も同様である。
【００５９】
スイッチ６０２および６０６の両方がＯＮであれば、ＡＮＤ回路６０４の入力のうち片方がＨｉｇｈに固定され、判別回路３０２からの判別信号ｋの状態がそのままセレクト信号ｌの状態となるため、接続されたＵＳＢ機器を自動判別し、ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を変更する。このとき、ＬＥＤ表示回路６０５のＬＥＤは点灯し、ＬＥＤ表示回路６０８のＬＥＤはセレクト信号ｋの状態に応じて点灯する。
【００６０】
スイッチ６０２および６０６の状態がＯＦＦの場合は、プルアップ抵抗６０７により、セレクト信号ｌはＨｉｇｈに固定されるため、手動にてＵＳＢコネクタの差動信号端子をＵＳＢホスト回路に接続する設定としたことになる。このときスイッチ６０２はＯＦＦであるため、ＬＥＤ表示回路６０５のＬＥＤは点灯せず、ＬＥＤ表示回路６０８のＬＥＤのみが点灯する。
【００６１】
スイッチ６０２をＯＦＦ、スイッチ６０６をＯＮとした場合、ＡＮＤ回路６０４の片方の入力はプルダウン抵抗６０３によりＬｏｗに固定され、ＡＮＤ回路６０４の出力は常時Ｌｏｗとなる。これがセレクト信号ｌの状態となるため、手動にてＵＳＢコネクタの差動信号端子をＵＳＢデバイス回路に接続する設定としたことになる。このとき、ＬＥＤ表示回路６０５および６０８のＬＥＤは、どちらも点灯しない。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、差動信号の電圧を基にしてＵＳＢコネクタに接続されたＵＳＢ機器の種別を判別し、ＵＳＢコネクタに接続される回路をＵＳＢホスト回路またはＵＳＢデバイス回路に切り替えることができるため、１つのＵＳＢコネクタでホストおよびデバイスの機能を実現することができる。これにより、小型デバイスで求められる低コスト、省スペースを実現することができ、市場にあるさまざまなＵＳＢ機器との接続が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態１におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明による実施の形態１におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の処理を示すフローチャート図
【図３】本発明による実施の形態２におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図
【図４】本発明による実施の形態３におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図
【図５】本発明による実施の形態３におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構において、ＵＳＢコネクタに接続するＵＳＢデバイスの回路を示すブロック図
【図６】本発明による実施の形態４におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０１、３０１ ＵＳＢコネクタ
１０２、３０２ 判別回路
１０３、３０３ セレクタ回路
１０４、３０４ ＵＳＢデバイス回路
１０５、３０５ ＵＳＢホスト回路
１０６、３０６ 電源供給制御回路
３０７〜３１０ 抵抗
３１１、３１２、４０１〜４０４ コンパレータ
３１３、４０７、４０９ ＯＲ回路
３１４ フリップフロップ
３１５、３１６、４０５、４０６、４０８、６０４ ＡＮＤ回路
５０１ フルスピードデバイス回路
５０２、６０７ プルアップ抵抗
５０３、６０３ プルダウン抵抗
５０４ ロースピードデバイス回路
６０１ 手動切替回路
６０２、６０６ スイッチ
６０５、６０８ ＬＥＤ表示回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、デバイス間で通信を行うためにＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）１．１（以下、ＵＳＢ）を採用した携帯電話や携帯端末などの小型デバイスに用いるＵＳＢホスト／デバイス接続機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタや外部記憶装置、パソコン等と小型デバイスがデータ通信を行うため、シリアル、パラレル（ＩＥＥＥ１２８４）、ＩｒＤＡ、ＩＥＥＥ１３９４等が考えられるが、シリアル、パラレル、ＩｒＤＡにおいては、転送速度が遅く実用的ではない。また、ＩＥＥＥ１３９４においては、コストの問題や、必要以上の転送速度を有していることから最適な通信手段とは言えない。
【０００３】
そのため、小型デバイスにおいては、市場での普及率が高くコスト的にも妥当なＵＳＢが採用される傾向にある。しかし、ＵＳＢはその規格においてホスト用とデバイス用の２種類のコネクタ形状が定められており、ホスト側のコネクタ形状とデバイス側のコネクタ形状が異なる。そのため、ＵＳＢホストとＵＳＢデバイスのいずれの動作も行い得る小型デバイスがＵＳＢインターフェースを介してあらゆるＵＳＢ機器と通信を行うには、つまり、ＵＳＢホストとして動作するパソコンなどに対してはＵＳＢデバイスとして動作し、ＵＳＢデバイスとして動作するプリンタなどに対してはＵＳＢホストとして動作するには、２種類のＵＳＢコネクタを用意する必要があり、コストや機器の小型化といった面で問題となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み、ＵＳＢバスに含まれる差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧に基づき、接続されているＵＳＢ機器の種別を自動判別し、この判別結果に応じてＵＳＢホストまたはＵＳＢデバイスとして動作させることにより、ＵＳＢコネクタを１つにすることができるＵＳＢホスト／デバイス接続機構を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、ＵＳＢホスト回路とＵＳＢデバイス回路を有する機器において、この機器に接続されるＵＳＢ機器からの差動信号を前記ＵＳＢホスト回路または前記ＵＳＢデバイス回路に接続するためのＵＳＢホスト／デバイス接続機構であって、一対の差動信号端子、電源端子、グランド端子からなるＵＳＢコネクタと、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の電圧を検知し、前記ＵＳＢコネクタに接続されたＵＳＢ機器がＵＳＢホストとして動作するものかＵＳＢデバイスとして動作するものかを自動判別する判別回路と、前記判別回路の判別結果に基づき、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を前記ＵＳＢホスト回路と前記ＵＳＢデバイス回路との間で切り替えるセレクタ回路と、前記判別回路の判別結果に基づき、前記ＵＳＢコネクタの電源端子への電源供給を制御する電源供給制御回路とを有し、前記ＵＳＢホスト回路または前記ＵＳＢデバイス回路は、ＵＳＢ機器が前記ＵＳＢコネクタに接続されていることを認識する間前記判別回路の状態を保持するための信号を出力し、ＵＳＢ機器が前記ＵＳＢコネクタから抜かれたことを確認すると前記判別回路を初期状態とするための信号を出力することを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項２記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、請求項１記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構であって、前記判別回路が、ＵＳＢ機器が接続されていない状態での前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の電圧を設定するための分割抵抗と、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の電圧を検知するためのコンパレータ部と、前記コンパレータ部の出力から前記ＵＳＢコネクタに接続されているＵＳＢ機器の種別に応じた信号を出力する論理回路部と、前記論理回路部の出力を保持するフリップフロップとからなり、前記ＵＳＢホスト回路または前記ＵＳＢデバイス回路は、ＵＳＢ機器が前記ＵＳＢコネクタに接続されていることを認識する間前記フリップフロップが前記論理回路部の出力を保持するための信号を出力し、ＵＳＢ機器が前記ＵＳＢコネクタから抜かれたことを確認すると前記フリップフロップが保持状態を解除するための信号を出力することを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項３記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、請求項２記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構であって、前記ＵＳＢコネクタに接続されるＵＳＢデバイスとして動作するＵＳＢ機器の一対の差動信号端子において、ＵＳＢ機器識別用のプルアップ抵抗が付加されていない端子側にプルダウン抵抗を付加することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項４記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、請求項２もしくは３のいずれかに記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構であって、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を自動で切り替えるための前記判別回路からの判別信号を無効にして前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を手動にて切り替えるためのスイッチと、自動接続状態か手動接続状態かを示す表示デバイスと、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を示す表示デバイスとを有することを特徴とする。
【０００９】
以上のように、本発明によれば、ホスト用とデバイス用のＵＳＢコネクタを１つにすることができるので、低コスト、省スペース化が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明によるＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、ＵＳＢインターフェースを介してあらゆるＵＳＢ機器と通信を行えるようにするためのものであり、ＵＳＢホストとして動作するパーソナルコンピュータなどに対してはＵＳＢデバイスとして動作し、ＵＳＢデバイスとして動作するプリンタなどに対してはＵＳＢホストとして動作する機器に用いることができる。
【００１１】
なお、ＵＳＢ規格にてシリーズＡ、シリーズＢの二種類のコネクタ形状が定められているが、本発明ではシリーズＡのコネクタの口のみを用意し、接続されるＵＳＢ機器に応じてシリーズＡ−シリーズＡのケーブル、シリーズＡ−シリーズＢのケーブルを使い分ける。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１において、１０１はＵＳＢ機器を接続するためのＵＳＢコネクタであり、電源端子、一対の差動信号端子（Ｄ＋、Ｄ−）、グランド端子の４つの端子からなる。１０２はＵＳＢコネクタ１０１にＵＳＢ機器を接続したときの差動信号端子の電圧を検知し、接続されたＵＳＢ機器がＵＳＢホストとして動作するものであるのかＵＳＢデバイスとして動作するものであるのかを判別する判別回路であり、マイクロコンピュータ等を組み合わせて構成されている。１０３は判別回路１０２の判別結果を基に差動信号端子の接続先を切り替えるセレクタ回路、１０４は当該機器がＵＳＢデバイスとして動作するためのＵＳＢデバイス回路、１０５は当該機器がＵＳＢホストとして動作するためのＵＳＢホスト回路、１０６は判別回路１０２の判別結果を基にＵＳＢコネクタ１０１の電源端子への電源供給を制御する電源供給制御回路であり、当該機器がＵＳＢホストとして動作する場合に、接続されているＵＳＢデバイスに電源を供給する。
【００１４】
ＵＳＢコネクタ１０１の差動信号端子は判別回路１０２に接続されており、判別回路１０２はＵＳＢ機器が接続されたときの差動信号端子の電圧を検知することでその機器がＵＳＢホストであるのかＵＳＢデバイスであるのかを判別する。
【００１５】
判別回路１０２から出力される判別信号ａはセレクタ回路１０３に、また判別信号ｂは電源供給制御回路１０６に接続されており、これらの信号は判別回路１０２の判定結果に基づいてそれぞれの回路の制御を行うための信号である。つまり、判別信号ａは、ＵＳＢホスト接続時には差動信号端子がＵＳＢデバイス回路１０４に接続され、ＵＳＢデバイス接続時には差動信号端子がＵＳＢホスト回路１０５に接続されるようにセレクタ回路１０３を制御する。また、判別信号ｂは、ＵＳＢデバイス接続時に電源の供給が行われるように電源供給制御回路１０６を制御する。
【００１６】
ＵＳＢデバイス回路１０４およびＵＳＢホスト回路１０５は、ＵＳＢ機器の接続状態を示す状態信号ｃおよびｄを出力する。これらの信号は判別回路１０２に入力され、ＵＳＢ機器判別後の判別信号ａおよびｂの状態を保持するのに用いられる。
【００１７】
図２は、当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構の処理を示すフローチャート図である。以下、図１と図２により当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構の動作について説明する。
【００１８】
当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、ＵＳＢ機器が何も接続されていない状態では差動信号端子がＵＳＢホスト回路とＵＳＢデバイス回路のいずれに接続されていてもよく、判別信号ａの状態は任意でよい。つまりセレクタ回路１０３がいずれを選択していてもよい。しかし、判別信号ｂは電源供給制御回路から電源が供給される状態になっていなければならない。ＵＳＢ機器に対して電源供給状態でなければ、相手がＵＳＢデバイスであった場合、電源を供給することができず、結果として相手を判別することができなくなってしまうからである。
【００１９】
この状態からＵＳＢ機器が接続されたときの動作を説明する。
まずＵＳＢ機器が接続されると、電源ラインを通してＵＳＢ機器に電源供給制御回路１０６から電源が供給される（ステップＳ２０１）。
【００２０】
判別回路１０２は、接続されたＵＳＢ機器により変化した差動信号端子の電圧を検知し（ステップＳ２０２）、接続された機器がＵＳＢホストなのかＵＳＢデバイスなのかを判別し、判別信号ａおよびｂの状態を決定する（ステップＳ２０３）。
【００２１】
判別信号ａおよびｂによりセレクタ回路１０３と電源供給制御回路１０６が制御され、ＵＳＢデバイスが接続されたのであればＵＳＢホストとして、ＵＳＢホストが接続されたのであればＵＳＢデバイスとして動作する（ステップＳ２０４、Ｓ２０５）。
【００２２】
ＵＳＢデバイス回路１０３またはＵＳＢホスト回路１０４にて接続が認識されると、接続された回路からの状態信号が変化し、これにより判別信号ａおよびｂの状態が固定され、接続されたＵＳＢ機器との通信中に接続が切り替わるということがなくなる。
【００２３】
ＵＳＢ機器がＵＳＢコネクタ１０１から抜かれると、状態信号ｃまたはｄが変化し（ステップＳ２０６）、その結果、判別回路１０２の判別信号ａおよびｂの固定状態が解除されて初期状態となる（ステップＳ２０７）。
【００２４】
（実施の形態２）
以下、本実施の形態２におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構について説明する。当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、実施の形態１のＵＳＢホスト／デバイス接続機構と比べ、マイクロコンピュータなどを組み合わせた構成となっておらず、回路構成が簡単でサイズとして小さくなるという利点がある。つまり、ＵＳＢ機器の接続によるＵＳＢコネクタの差動信号端子の電圧変化をコンパレータを用いて検知し、接続機器の種別を判別するようにする。
【００２５】
図３は、本実施の形態２におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図である。
図３において、３０１はＵＳＢ機器を接続するためのＵＳＢコネクタであり、電源端子、一対の差動信号端子（Ｄ＋、Ｄ−）、グランド端子の４つの端子からなる。３０２はＵＳＢコネクタ３０１にＵＳＢ機器を接続したときの差動信号端子の電圧を検知し、接続されたＵＳＢ機器がＵＳＢホストとして動作するものであるのかＵＳＢデバイスとして動作するものであるのかを判別する判別回路、３０３は判別回路３０２の判別結果を基に差動信号端子の接続先を切り替えるセレクタ回路、３０４は当該機器がＵＳＢデバイスとして動作するためのＵＳＢデバイス回路、３０５は当該機器がＵＳＢホストとして動作するためのＵＳＢホスト回路、３０６は判別回路３０２の判別結果を基にＵＳＢコネクタ３０１の電源端子への電源供給を制御する電源供給制御回路であり、当該機器がＵＳＢホストとして動作する場合に、接続されているＵＳＢデバイスに電源を供給する。
【００２６】
抵抗３０７、３０８、３０９、３１０はＵＳＢ機器が接続されていない初期状態での差動信号端子の電圧を設定するための分割抵抗であり、３０８は３０７に対して、３１０は３０９に対して十分に大きい抵抗値を持つ。また、抵抗３０７、３０８、３０９、３１０は、ＵＳＢ機器が接続されていない状態で、差動信号端子Ｄ＋、Ｄ−の電圧がＵＳＢデバイス回路およびＵＳＢホスト回路によってＬｏｗと認識される（ＵＳＢ機器が接続されていないと認識される）抵抗値の構成である。
【００２７】
以上の条件で分割された電圧値を持つ差動信号Ｄ＋、Ｄ−は、それぞれコンパレータ３１１、３１２（本実施の形態２におけるコンパレータ部はコンパレータ３１１、３１２で構成される）の非反転入力端子に入力される。Ｖｒｅｆはコンパレータ３１１、３１２の反転入力端子に入力される基準電圧であり、ＵＳＢ機器が接続されていない初期状態での差動信号端子Ｄ＋、Ｄ−の電圧より低く、ＵＳＢホストが接続された状態での差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧より高い任意の電圧とする。つまりコンパレータからの出力はＵＳＢホストが接続されたときのみＬｏｗに遷移する。また、何も接続されていない状態ではＨｉｇｈの状態となる。
【００２８】
コンパレータ３１１、３１２の出力信号は、ＯＲ回路３１３（本実施の形態２における論理回路部はＯＲ回路３１３で構成される）にそれぞれ入力される。ＯＲ回路３１３の出力信号は、フリップフロップ３１４のデータ入力端子に入力される。
【００２９】
フリップフロップ３１４から出力される判別信号ｅはセレクタ回路３０３および電源供給制御回路３０６に接続されており、ＵＳＢデバイスが接続されたときにはＨｉｇｈ、ＵＳＢホストが接続されたときにはＬｏｗとなることで差動信号端子の接続先の切り替えと電源供給を制御している。つまり、判別信号ｅがＨｉｇｈのとき、電源供給制御回路３０６は電源を供給し、セレクタ回路３０３は差動信号端子とＵＳＢホスト回路３０５を接続させる。また判別信号ｅがＬｏｗのとき、電源供給制御回路３０６は電源を供給せず、セレクタ回路３０３は差動信号端子とＵＳＢデバイス回路３０４を接続させる。
【００３０】
一方、ＵＳＢデバイス回路３０４およびＵＳＢホスト回路３０５は、ＵＳＢ機器の接続状態を示す状態信号ｆおよびｇを出力する。これらの信号はＵＳＢ機器が接続されている状態ではＬｏｗ、抜かれている状態ではＨｉｇｈとなってＡＮＤ回路３１５に入力され、ＵＳＢ機器判別後の判別信号ｅの状態を保持するのに用いられる。つまり、ＵＳＢホストが接続されている状態ではＵＳＢデバイス回路３０４からＬｏｗが出力され、ＵＳＢホスト回路３０５からＨｉｇｈが出力される。ＵＳＢデバイスが接続されている状態ではＵＳＢデバイス回路３０４からＨｉｇｈが出力され、ＵＳＢホスト回路３０５からＬｏｗが出力される。そしてＵＳＢ機器が抜かれると両信号ともＨｉｇｈとなる。
【００３１】
ＡＮＤ回路３１５からの出力信号は、ＡＮＤ回路３１６に入力され、このＡＮＤ回路３１６の一方の入力にはクロックＣＬＫが入力される。ＡＮＤ回路３１６の出力信号はフリップフロップ３１４のクロック入力端子に接続される。
【００３２】
続いて、当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構の動作について説明する。
当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、ＵＳＢ機器が何も接続されていない状態では判別信号ｅはＨｉｇｈであり、ＵＳＢホストとして動作する状態にあるので、差動信号端子はＵＳＢホスト回路３０５に接続され、電源供給制御回路３０６からＵＳＢ機器に対して電源を供給する状態にある。このように初期状態をホスト状態とする理由は、実施の形態１で述べた理由と同じである。
【００３３】
この状態からＵＳＢ機器が接続されたときの動作を説明する。
まずＵＳＢ機器が接続されると、電源ラインを通してＵＳＢ機器に電源供給制御回路３０６から電源が供給される。
【００３４】
判別回路３０２は、接続されたＵＳＢ機器により変化した差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆよりも低いか否かを判別する。ＵＳＢホストが接続されると、ＵＳＢホストからの差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧はプルダウンされているため基準電圧Ｖｒｅｆよりも低くなり、判別信号ｅはＬｏｗとなる。一方、ＵＳＢデバイスが接続されると差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧は基準電圧Ｖｒｅｆよりも高くなるので、判別信号ｅはＨｉｇｈとなる。このように判別信号ｅの状態が確定することにより、接続されたＵＳＢ機器がＵＳＢデバイスなのかＵＳＢホストなのかが判別される。
【００３５】
セレクト信号ｅの状態により、セレクタ回路３０３と電源供給制御回路３０６内の電源供給トランジスタスイッチの状態が変更され、接続された機器に合った回路への接続と電源制御を行う。その結果、判別信号ｅがＬｏｗであれば、つまりＵＳＢホストが接続されたのであればＵＳＢデバイスとして、判別信号ｅがＨｉｇｈであれば、つまりＵＳＢデバイスが接続されたのであればＵＳＢホストとして動作する。
【００３６】
ＵＳＢデバイス回路３０４またはＵＳＢホスト回路３０５にて接続が認識されると、接続された回路からの状態信号が変化し、ＡＮＤ回路３１５の出力がＬｏｗとなる。その結果ＡＮＤ回路３１６の出力はＬｏｗとなり、フリップフロップ３１４はクロック入力をマスクされホールド状態となる。このように判別信号ｅの状態が固定されるので、接続されたＵＳＢ機器との通信中に接続が切り替わるということがなくなる。
【００３７】
ＵＳＢ機器がＵＳＢコネクタ３０１から抜かれると、状態信号ｆおよびｇはともにＨｉｇｈとなり、ＡＮＤ回路３１６に接続されるクロックＣＬＫの状態がフリップフロップ３１４のクロック入力に反映され、判別信号ｅのホールド状態が解除される。これにより回路全体が初期状態となる。
【００３８】
（実施の形態３）
以下、本実施の形態３におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構について説明する。図４は、本実施の形態３におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図である。なお、図３に基づいて説明した部材に対応する部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、さらに精度よく安定して接続機器の判別処理を行うために、ＵＳＢデバイスとして動作するＵＳＢ機器のＵＳＢ機器識別用のプルアップ抵抗が付加されていない信号線側にプルダウン抵抗を付加させ（図５参照）、判別回路もそれを認識できる回路構成とする点が実施の形態２のＵＳＢホスト／デバイス接続機構と異なる点である。
【００４０】
図４において、抵抗３０７、３０８、３０９、３１０により分割された電圧値を持つ差動信号Ｄ＋、Ｄ−は、それぞれコンパレータ４０１〜４０４（本実施の形態３のコンパレータ部はコンパレータ４０１〜４０４で構成される）の非反転入力端子に入力される。また、コンパレータ４０１および４０４の反転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ１が入力され、コンパレータ４０２および４０３の反転入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ２が入力される。差動信号の入力値が基準電圧よりも高い場合、コンパレータの出力はＨｉｇｈとなる。
【００４１】
これらコンパレータ４０１〜４０４の出力は、ＡＮＤ回路４０５、４０６、４０８とＯＲ回路４０７、４０９からなる論理回路部に入力される。つまり、コンパレータ４０１の出力とコンパレータ４０２の反転出力はＡＮＤ回路４０５にそれぞれ入力され、コンパレータ４０３の反転出力とコンパレータ４０４の出力はＡＮＤ回路４０６にそれぞれ入力される。ＡＮＤ回路４０５と４０６の出力はＯＲ回路４０７に入力される。コンパレータ４０２と４０３の出力はＡＮＤ回路４０８にも入力され、このＡＮＤ回路４０８とＯＲ回路４０７の出力はＯＲ回路４０９に入力され、その出力はフリップフロップ３１４のデータ入力端子に入力される。
【００４２】
Ｖｒｅｆ１はＵＳＢ機器が接続されていない初期状態での差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧より高く、ＵＳＢ機器として図５に示すＵＳＢデバイスが接続されたときのプルアップ抵抗側の差動信号の電圧より低い任意の電圧である。一方Ｖｒｅｆ２は、ＵＳＢ機器が接続されていない初期状態での差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧より低く、ＵＳＢ機器として図５に示すＵＳＢデバイスが接続されたときのプルダウン抵抗側の差動信号の電圧より高い（また、ＵＳＢホスト接続時の差動信号の電圧より高い）任意の電圧である。このようにすれば、フルスピードデバイス、ロースピードデバイスのいずれが接続されても、フリップフロップ３１４のデータ入力端子へはＨｉｇｈの信号が入力される。また何も接続されていない状態ではＨｉｇｈの信号が入力される。一方、ＵＳＢホストが接続されたときには、Ｌｏｗの信号が入力される。
【００４３】
また、図５は図４の機構を持つＵＳＢ機器に接続されるＵＳＢデバイスについて示したものであり、図５（ａ）で示されるフルスピードデバイス回路５０１には、ＵＳＢコネクタ３０１より差動信号が入力され、差動信号のＤ＋側には機器のスピードと接続されたことを認識させるためのプルアップ抵抗５０２が付加されている。また、差動信号のＤ−側には図４で示される判別回路にて機器の判別が可能なようにプルダウン抵抗５０３が付加されている。
【００４４】
同様に、図５（ｂ）で示されるロースピードデバイス回路５０４には、ＵＳＢコネクタ３０１より差動信号が入力され、差動信号のＤ−側には機器のスピードと接続されたことを認識させるためのプルアップ抵抗５０２が付加されている。また、差動信号のＤ＋側には図４で示される判別回路にて機器の判別が可能なようにプルダウン抵抗５０３が付加されている。
【００４５】
続いて、当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構の動作について説明する。
当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、実施の形態２のＵＳＢホスト／デバイス接続機構と同様、ＵＳＢ機器が何も接続されていない状態では判別信号ｅはＨｉｇｈであり、ＵＳＢホストとして動作する。
【００４６】
この状態からＵＳＢ機器が接続されたときの動作を説明する。
まずＵＳＢ機器が接続されると、電源ラインを通してＵＳＢ機器に電源供給制御回路３０６から電源が供給される。
【００４７】
判別回路は、接続されたＵＳＢ機器により変化した差動信号Ｄ＋、Ｄ−の電圧をコンパレータ４０１〜４０４を用いて評価し、結果として、図５（ａ）で示されるフルスピードデバイスおよび図５（ｂ）で示されるロースピードデバイスが接続された場合には、Ｈｉｇｈの信号がフリップフロップ３１４に入力され、したがって、判別信号ｅの状態もＨｉｇｈとなる。一方、ＵＳＢホストが接続された場合には、結果として、Ｌｏｗの信号がフリップフロップ３１４に入力され、しがたって、判別信号ｅの状態もＬｏｗとなる。このように判別信号ｅの状態が確定することにより、接続されたＵＳＢ機器がＵＳＢデバイスなのかＵＳＢホストなのかが判別される。
【００４８】
セレクト信号ｅの状態により、セレクタ回路３０３と電源供給制御回路３０６内の電源供給トランジスタスイッチの状態が変更され、接続された機器に合った回路への接続と電源制御を行う。その結果、判別信号ｅがＬｏｗであれば、つまりＵＳＢホストが接続されたのであればＵＳＢデバイスとして、判別信号ｅがＨｉｇｈであれば、つまりＵＳＢデバイスが接続されたのであればＵＳＢホストとして動作する。
【００４９】
ＵＳＢデバイス回路３０４またはＵＳＢホスト回路３０５にて接続が認識されると、接続された回路からの状態信号が変化し、ＡＮＤ回路３１５の出力がＬｏｗとなる。その結果ＡＮＤ回路３１６の出力はＬｏｗとなり、フリップフロップ３１４はクロック入力をマスクされホールド状態となる。このように判別信号ｅの状態が固定されるので、接続されたＵＳＢ機器との通信中に接続が切り替わるということがなくなる。
【００５０】
ＵＳＢ機器がＵＳＢコネクタ３０１から抜かれると、状態信号ｆおよびｇはともにＨｉｇｈとなり、ＡＮＤ回路３１６に接続されるクロックＣＬＫの状態がフリップフロップ３１４のクロック入力に反映され、判別信号ｅのホールド状態が解除される。これにより回路全体が初期状態となる。
【００５１】
（実施の形態４）
以下、本実施の形態４におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構について説明する。当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、実施の形態２または３の機構に加え、手動によってＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を切り替える回路を実装したものである。つまり、実施の形態２および３のＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、自動的に接続機器の種別を判別し、種別に合う回路にＵＳＢコネクタの差動信号端子を接続するものであったが、当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、この自動接続機構に加えて、手動でＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先をＵＳＢホスト回路またはＵＳＢデバイス回路に切り替える回路を実装する。
【００５２】
図６は、本実施の形態４におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図である。なお、図３に基づいて説明した部材に対応する部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
図６に示すように、当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構は、判別回路３０２と電源供給制御回路３０６およびセレクタ回路３０３の間に手動切替回路６０１を挿入する。判別回路３０２からの判別信号をｋとし、電源供給制御回路３０６およびセレクタ回路３０３に接続される信号をセレクト信号ｌとする。
【００５４】
判別回路３０２からの判別信号ｋを無効にするためのスイッチ６０２は、ＯＮでＨｉｇｈ、ＯＦＦでプルダウン抵抗６０３によりＬｏｗの信号を出力し、その出力はＡＮＤ回路６０４に入力される。ＡＮＤ回路６０４のもう一方の入力端子には判別回路３０２からの判別信号ｋが入力される。また、表示デバイスであるＬＥＤ表示回路６０５は手動接続、自動接続のどちらの設定となっているのかを示す。当該手動切替回路では自動接続の設定（スイッチ６０２がＯＮ）でＬＥＤが点灯するようになっている。
【００５５】
スイッチ６０６は、ＡＮＤ回路６０４の出力とセレクタ回路３０３および電源供給制御回路３０６の接続を制御する。スイッチ６０６の状態がＯＦＦの場合、セレクト信号ｌの状態はプルアップ抵抗６０７によりＨｉｇｈに固定される。表示デバイスであるＬＥＤ表示回路６０８は、セレクト信号ｌの状態、つまりＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先がＵＳＢデバイス回路かＵＳＢホスト回路かを示し、ＵＳＢホスト回路に接続されているときに（セレクト信号ｌがＨｉｇｈ）ＬＥＤが点灯するようになっている。
【００５６】
以上のように、手動切替回路では、スイッチ６０２および６０６により、判別回路からの判別信号を無効として、ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を手動で切り替えることができる。
【００５７】
続いて当該ＵＳＢホスト／デバイス接続機構の動作について説明する。
スイッチ６０２および６０６より、手動接続か自動接続かを設定する。自動接続を設定する場合は、スイッチ６０２および６０６をＯＮの状態とする。手動にてＵＳＢコネクタの差動信号端子をＵＳＢホスト回路に接続する場合は、スイッチ６０２および６０６の状態をＯＦＦとする。手動にてＵＳＢコネクタの差動信号端子をＵＳＢデバイス回路に接続する場合は、スイッチ６０２をＯＦＦ、スイッチ６０６をＯＮとする。但し、スイッチ６０２をＯＮ、スイッチ６０６をＯＦＦとする組み合わせは禁止とする。
【００５８】
続いてＵＳＢ機器を接続する。自動接続の場合、まずＵＳＢホストとして動作するので電源ラインを通してＵＳＢ機器に電源供給制御回路３０６から電源が供給される。また手動にてＵＳＢコネクタの差動信号端子をＵＳＢホスト回路に接続させた場合も同様である。
【００５９】
スイッチ６０２および６０６の両方がＯＮであれば、ＡＮＤ回路６０４の入力のうち片方がＨｉｇｈに固定され、判別回路３０２からの判別信号ｋの状態がそのままセレクト信号ｌの状態となるため、接続されたＵＳＢ機器を自動判別し、ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を変更する。このとき、ＬＥＤ表示回路６０５のＬＥＤは点灯し、ＬＥＤ表示回路６０８のＬＥＤはセレクト信号ｋの状態に応じて点灯する。
【００６０】
スイッチ６０２および６０６の状態がＯＦＦの場合は、プルアップ抵抗６０７により、セレクト信号ｌはＨｉｇｈに固定されるため、手動にてＵＳＢコネクタの差動信号端子をＵＳＢホスト回路に接続する設定としたことになる。このときスイッチ６０２はＯＦＦであるため、ＬＥＤ表示回路６０５のＬＥＤは点灯せず、ＬＥＤ表示回路６０８のＬＥＤのみが点灯する。
【００６１】
スイッチ６０２をＯＦＦ、スイッチ６０６をＯＮとした場合、ＡＮＤ回路６０４の片方の入力はプルダウン抵抗６０３によりＬｏｗに固定され、ＡＮＤ回路６０４の出力は常時Ｌｏｗとなる。これがセレクト信号ｌの状態となるため、手動にてＵＳＢコネクタの差動信号端子をＵＳＢデバイス回路に接続する設定としたことになる。このとき、ＬＥＤ表示回路６０５および６０８のＬＥＤは、どちらも点灯しない。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、差動信号の電圧を基にしてＵＳＢコネクタに接続されたＵＳＢ機器の種別を判別し、ＵＳＢコネクタに接続される回路をＵＳＢホスト回路またはＵＳＢデバイス回路に切り替えることができるため、１つのＵＳＢコネクタでホストおよびデバイスの機能を実現することができる。これにより、小型デバイスで求められる低コスト、省スペースを実現することができ、市場にあるさまざまなＵＳＢ機器との接続が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態１におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明による実施の形態１におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の処理を示すフローチャート図
【図３】本発明による実施の形態２におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図
【図４】本発明による実施の形態３におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図
【図５】本発明による実施の形態３におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構において、ＵＳＢコネクタに接続するＵＳＢデバイスの回路を示すブロック図
【図６】本発明による実施の形態４におけるＵＳＢホスト／デバイス接続機構の概略構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０１、３０１ ＵＳＢコネクタ
１０２、３０２ 判別回路
１０３、３０３ セレクタ回路
１０４、３０４ ＵＳＢデバイス回路
１０５、３０５ ＵＳＢホスト回路
１０６、３０６ 電源供給制御回路
３０７〜３１０ 抵抗
３１１、３１２、４０１〜４０４ コンパレータ
３１３、４０７、４０９ ＯＲ回路
３１４ フリップフロップ
３１５、３１６、４０５、４０６、４０８、６０４ ＡＮＤ回路
５０１ フルスピードデバイス回路
５０２、６０７ プルアップ抵抗
５０３、６０３ プルダウン抵抗
５０４ ロースピードデバイス回路
６０１ 手動切替回路
６０２、６０６ スイッチ
６０５、６０８ ＬＥＤ表示回路
Claims (4)
- ＵＳＢホスト回路とＵＳＢデバイス回路を有する機器において、この機器に接続されるＵＳＢ機器からの差動信号を前記ＵＳＢホスト回路または前記ＵＳＢデバイス回路に接続するためのＵＳＢホスト／デバイス接続機構であって、
一対の差動信号端子、電源端子、グランド端子からなるＵＳＢコネクタと、
前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の電圧を検知し、前記ＵＳＢコネクタに接続されたＵＳＢ機器がＵＳＢホストとして動作するものかＵＳＢデバイスとして動作するものかを自動判別する判別回路と、
前記判別回路の判別結果に基づき、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を前記ＵＳＢホスト回路と前記ＵＳＢデバイス回路との間で切り替えるセレクタ回路と、
前記判別回路の判別結果に基づき、前記ＵＳＢコネクタの電源端子への電源供給を制御する電源供給制御回路と
を有し、前記ＵＳＢホスト回路または前記ＵＳＢデバイス回路は、ＵＳＢ機器が前記ＵＳＢコネクタに接続されていることを認識する間前記判別回路の状態を保持するための信号を出力し、ＵＳＢ機器が前記ＵＳＢコネクタから抜かれたことを確認すると前記判別回路を初期状態とするための信号を出力することを特徴とするＵＳＢホスト／デバイス接続機構。 - 前記判別回路は、ＵＳＢ機器が接続されていない状態での前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の電圧を設定するための分割抵抗と、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の電圧を検知するためのコンパレータ部と、前記コンパレータ部の出力から前記ＵＳＢコネクタに接続されているＵＳＢ機器の種別に応じた信号を出力する論理回路部と、前記論理回路部の出力を保持するフリップフロップとからなり、前記ＵＳＢホスト回路または前記ＵＳＢデバイス回路は、ＵＳＢ機器が前記ＵＳＢコネクタに接続されていることを認識する間前記フリップフロップが前記論理回路部の出力を保持するための信号を出力し、ＵＳＢ機器が前記ＵＳＢコネクタから抜かれたことを確認すると前記フリップフロップが保持状態を解除するための信号を出力することを特徴とする請求項１記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構。
- 請求項２記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構であって、前記ＵＳＢコネクタに接続されるＵＳＢデバイスとして動作するＵＳＢ機器の一対の差動信号端子において、ＵＳＢ機器識別用のプルアップ抵抗が付加されていない端子側にプルダウン抵抗を付加することを特徴とするＵＳＢホスト／デバイス接続機構。
- 請求項２もしくは３のいずれかに記載のＵＳＢホスト／デバイス接続機構であって、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を自動で切り替えるための前記判別回路からの判別信号を無効にして前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を手動にて切り替えるためのスイッチと、自動接続状態か手動接続状態かを示す表示デバイスと、前記ＵＳＢコネクタの差動信号端子の接続先を示す表示デバイスとを有することを特徴とするＵＳＢホスト／デバイス接続機構。
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2002
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