JP2006221485A

JP2006221485A - Usb device and usb controller

Info

Publication number: JP2006221485A
Application number: JP2005035393A
Authority: JP
Inventors: Yuji Hirano; 裕士平野
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2006-08-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To electrically insulate a USB device from a host such as a PC by a small-scale circuit for lowering production cost for the USB device. <P>SOLUTION: This USB device 1 and the like is provided with a USB controller 11, which provides a USB interface to the host and generates a data direction signal 8 identifying a data flow direction on a USB bus, and an insulation circuit 9 performing electrical insulation of the USB bus according to the data direction signal 8 generated by the USB controller 11. The USB controller 11 identifies the data flow direction on the USB bus to generate the data direction signal 8, and the insulation circuit 9 performs electrical insulation of the USB bus based on the data direction signal 8. A high-speed insulation device including a digital isolator can be used as the insulation circuit 9. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ＵＳＢデバイス及びＵＳＢコントローラに関し、特に、ＵＳＢデバイス内においてＰＣ等のホストの内部回路とＵＳＢデバイスの内部回路とを電気的に絶縁する方法に関する。 The present invention relates to a USB device and a USB controller, and more particularly to a method for electrically isolating an internal circuit of a host such as a PC and an internal circuit of a USB device in the USB device.

従来、図３に示すような構内交換機６１に接続される電話機６２に接続され、ＡＣ電源を必要とするＵＳＢ（Universal Serial Bus）デバイス６３と、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）６４等との絶縁をＵＳＢデバイス６３の回路バス上で行っていた。すなわち、図４に示すように、ＵＳＢデバイス６３は、ホストとのＵＳＢ通信、ＣＰＵ等とのデータ通信を行うＵＳＢコントローラ７１と、ＣＰＵを含む他回路デバイス（以下、「ＣＰＵ等７２」という）と、電源７３と、ＵＳＢコントローラ７１とＣＰＵ等７２とを絶縁するためのフォトカプラ７７の４つのブロックで構成されていた。尚、ＵＳＢケーブル７６の内部の信号線は、ＵＳＢ仕様に従い、Ｄ＋、Ｄ−（データライン）、ＧＮＤ（グランド）、ＶＣＣ（電源電圧）、及びそれらをシールドするためのＦＧ（フレームグランド）で構成される。 Conventionally, a USB (Universal Serial Bus) device 63 connected to a telephone 62 connected to a private branch exchange 61 as shown in FIG. 3 and requiring an AC power source is insulated from a personal computer (PC) 64 and the like USB device. It was done on 63 circuit buses. That is, as shown in FIG. 4, the USB device 63 includes a USB controller 71 that performs USB communication with the host and data communication with the CPU, and other circuit devices including the CPU (hereinafter referred to as “CPU etc. 72”). The power source 73, the USB controller 71, and the photocoupler 77 for insulating the CPU and the like 72 are included. The signal lines inside the USB cable 76 are configured with D +, D− (data line), GND (ground), VCC (power supply voltage), and FG (frame ground) for shielding them in accordance with the USB specification. Is done.

ここで、ＵＳＢコントローラ７１とフォトカプラ７７のＵＳＢ側の発光素子の動作電源をバスパワー（BusPower）／ＧＮＤから給電し、フォトカプラ７７のＣＰＵ側のトランジスタとＣＰＵ等７２の動作電源を電源７３から給電する。これによって、ＵＳＢコントローラ７１とＣＰＵ等７２は電気的に絶縁される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１１０１６９号公報 Here, the USB controller 71 and the USB-side light emitting element operating power of the photocoupler 77 are powered from the bus power (BusPower) / GND. Supply power. As a result, the USB controller 71 and the CPU 72 are electrically insulated (see, for example, Patent Document 1).
JP 2004-110169 A

しかし、上記従来のＵＳＢデバイス６３等においては、ＵＳＢデバイス６３の回路バス上で絶縁するか、絶縁型ＡＣ電源を使用し、かつ、上位装置（図３の例では電話機６２に相当）との絶縁を必要とするため、例えば、信号線１本につき１つのフォトカプラ７７を必要とする。そのため、回路規模が膨大になり、ＵＳＢデバイスの製造コストが高騰するという問題があった。 However, in the conventional USB device 63 or the like, it is insulated on the circuit bus of the USB device 63 or an insulated AC power source is used and insulated from the host device (corresponding to the telephone 62 in the example of FIG. 3). Therefore, for example, one photocoupler 77 is required for each signal line. Therefore, there is a problem that the circuit scale becomes enormous and the manufacturing cost of the USB device increases.

そこで、本発明は、上記従来のＵＳＢデバイスにおける問題点に鑑みてなされたものであって、ＵＳＢデバイスとＰＣ等との間の電気的絶縁を小規模の回路で行うことができ、製造コストを低減することが可能なＵＳＢデバイス等を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the problems in the conventional USB device described above, and the electrical insulation between the USB device and the PC or the like can be performed with a small-scale circuit, and the manufacturing cost can be reduced. An object is to provide a USB device or the like that can be reduced.

上記目的を達成するため、本発明は、ＵＳＢデバイスであって、ホストに対するＵＳＢインタフェースを提供するとともに、ＵＳＢバス上のデータの流れ方向を識別するデータディレクション信号を生成するＵＳＢコントローラと、該ＵＳＢコントローラが生成したデータディレクション信号によって前記ＵＳＢバスの電気的な絶縁を行う絶縁回路とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a USB controller that provides a USB interface to a host and generates a data direction signal for identifying a data flow direction on a USB bus, and the USB controller. And an insulation circuit that electrically insulates the USB bus by a data direction signal generated.

そして、本発明によれば、ＵＳＢコントローラによってＵＳＢバス上のデータの流れ方向を識別してデータディレクション信号を生成し、絶縁回路がデータディレクション信号に基づいてＵＳＢバスの電気的な絶縁を行うため、ＵＳＢデバイスとホストとの間の電気的絶縁を小規模の回路で、低コストで実現することができる。 According to the present invention, the data direction signal is generated by identifying the data flow direction on the USB bus by the USB controller, and the insulation circuit electrically isolates the USB bus based on the data direction signal. Electrical insulation between the USB device and the host can be realized with a small-scale circuit at a low cost.

前記ＵＳＢデバイスにおいて、前記絶縁回路を、デジタルアイソレータを含む高速絶縁デバイスとすることができる。 In the USB device, the insulation circuit may be a high-speed insulation device including a digital isolator.

また、本発明は、ＵＳＢデバイスに搭載され、ホストに対するＵＳＢインタフェースを提供するＵＳＢコントローラであって、ＵＳＢバス上のデータの流れ方向を識別するデータディレクション信号を生成することを特徴とする。そして、ＵＳＢコントローラが生成したデータディレクション信号に基づいて、絶縁回路がＵＳＢバスの電気的な絶縁を行うことにより、ＵＳＢデバイスとホストとの間の電気的絶縁を小規模の回路で、低コストで実現することができる。 The present invention is also a USB controller that is mounted on a USB device and provides a USB interface to a host, and generates a data direction signal that identifies a data flow direction on the USB bus. Then, based on the data direction signal generated by the USB controller, the insulation circuit performs electrical insulation of the USB bus, so that electrical insulation between the USB device and the host can be achieved with a small circuit at a low cost. Can be realized.

以上のように、本発明によれば、ＵＳＢデバイスとＰＣ等との間の電気的絶縁を小規模の回路で行うことができ、製造コストを低減することが可能となる。 As described above, according to the present invention, electrical insulation between a USB device and a PC or the like can be performed with a small-scale circuit, and the manufacturing cost can be reduced.

図１に示すように、本発明にかかるＵＳＢデバイス１は、ＵＳＢ信号線Ｄ＋、Ｄ−をＵＳＢデバイス１と、図示しないＰＣとの間で絶縁するためのデジタルアイソレータ等の高速絶縁デバイス９と、高速絶縁デバイス９のデータ方向を制御するためのデータディレクション信号８を生成する機能を有するＵＳＢコントローラ１１と、ＣＰＵを含む他回路デバイス（以下、「ＣＰＵ等２」という）と、電源３と、ＣＰＵ等２とＵＳＢコントローラ１１とを接続するデバイスデータバス１０とを備える。尚、デジタルアイソレータとは、市販されている高速半導体絶縁素子であり、光絶縁を基本技術としたものである。 As shown in FIG. 1, a USB device 1 according to the present invention includes a high-speed insulation device 9 such as a digital isolator for insulating the USB signal lines D + and D− between the USB device 1 and a PC (not shown), A USB controller 11 having a function of generating a data direction signal 8 for controlling the data direction of the high-speed isolation device 9, another circuit device including a CPU (hereinafter referred to as "CPU 2"), a power source 3, a CPU Etc. and a device data bus 10 for connecting the USB controller 11. The digital isolator is a commercially available high-speed semiconductor insulating element and uses optical insulation as a basic technology.

高速絶縁デバイス９は、データディレクション信号８によりデータストリーム方向を切り替える。その結果、ＵＳＢバス上のデータ通信に支障を来すことなく、ＰＣ内部回路とＵＳＢデバイス内部回路とを絶縁することができるように構成される。 The high speed isolation device 9 switches the data stream direction according to the data direction signal 8. As a result, the internal circuit of the PC and the internal circuit of the USB device can be insulated without hindering data communication on the USB bus.

次に、上記構成を有するＵＳＢデバイス１の動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。 Next, the operation of the USB device 1 having the above configuration will be described with reference to FIGS.

まず、ＵＳＢデバイス１がデータを受信する場合の動作について説明する。図示しないＰＣのＵＳＢホストコントローラと、ＵＳＢデバイス１のＵＳＢコントローラ１１とが物理的に結合すると、エニュミレーション開始となり、ＰＣからＵＳＢデバイス１に対してトークンが送信される。この際、絶縁デバイス４１、４３は、信号方向を制御するＤＩＲＥＣ−ＰアクティブによりＯＮ（伝達）の状態にある。 First, the operation when the USB device 1 receives data will be described. When the USB host controller (not shown) of the PC and the USB controller 11 of the USB device 1 are physically coupled, enumeration starts and a token is transmitted from the PC to the USB device 1. At this time, the insulating devices 41 and 43 are in the ON (transmission) state by the DIREC-P active that controls the signal direction.

ここで、ＤＩＲＥＣ−ＰとＤＩＲＥＣ−Ｎとは、逆論理の関係にあるので、絶縁デバイス４２、４４はＯＦＦ（絶縁）しており、入力、出力ともにハイインピーダンスの状態にある。尚、ＤＩＲＥＣ−ＰとＤＩＲＥＣ−Ｎは、図１におけるデータディレクション信号８に相当する。 Here, since DIREC-P and DIREC-N are in an inverse logic relationship, the insulating devices 42 and 44 are OFF (insulated), and both the input and output are in a high impedance state. Note that DIREC-P and DIREC-N correspond to the data direction signal 8 in FIG.

次に、ＵＳＢデバイス１がデータを送信する場合の動作について説明する。ＰＣからのトークンに対しＵＳＢコントローラ１１が応答を返す際には、絶縁デバイス４１、４２、４３、４４は、上記データ受信の場合と逆の動作となり、絶縁デバイス４２、４４は、ＤＩＲＥＣ−ＮアクティブによりＯＮ（伝達）の状態になり、絶縁デバイス４１、４３はＯＦＦ（絶縁）の状態になる。このようにして、ＰＣとＵＳＢデバイス１の間では、ＰＣ→ＵＳＢデバイス１、ＵＳＢデバイス１→ＰＣどちらの方向のデータも電気的な絶縁状態の通信が可能となる。 Next, an operation when the USB device 1 transmits data will be described. When the USB controller 11 returns a response to the token from the PC, the insulating devices 41, 42, 43, and 44 operate in the reverse manner to the above-described data reception, and the insulating devices 42 and 44 are in the DIREC-N active state. Is turned ON (transmission), and the insulating devices 41 and 43 are turned OFF (insulated). In this way, between the PC and the USB device 1, data in the direction of both the PC → USB device 1 and the USB device 1 → PC can be communicated in an electrically insulated state.

尚、ＤＩＲＥＣ−Ｐ、ＤＩＲＥＣ−Ｎは、ＵＳＢコントローラ１１のＤ＋、Ｄ−の状態が受信中であるか、あるいは送信中であるかを判断することができる信号であればよく、通常のＵＳＢデバイス１内で双方向バッファ（Ｄ＋、Ｄ−信号の入出力バッファ）を制御している信号と同じものでもよい。 The DIREC-P and DIREC-N may be any signals that can determine whether the D + and D- states of the USB controller 11 are receiving or transmitting. 1 may be the same as the signal that controls the bidirectional buffer (D +, D− signal input / output buffer).

また、上記実施の形態においては、本発明にかかるＵＳＢデバイスを、交換機に接続される電話機をＵＳＢインタフェースを介してホストとしてのＰＣに接続する場合を例にとって説明したが、ＦＡＸ、その他のデータ通信端末等とＰＣ等との相互の内部回路の絶縁に用いることも可能である。 In the above embodiment, the USB device according to the present invention has been described by taking as an example the case where a telephone connected to an exchange is connected to a PC as a host via a USB interface. It can also be used to insulate internal circuits between terminals and PCs.

本発明にかかるＵＳＢデバイスの内部の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the inside of the USB device concerning this invention. 本発明にかかるＵＳＢデバイスの内部の絶縁部を示す詳細ブロック図である。It is a detailed block diagram which shows the insulation part inside the USB device concerning this invention. 電気的絶縁を要する装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the apparatus which requires electrical insulation. 従来のＵＳＢデバイスの内部の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the inside of the conventional USB device.

Explanation of symbols

１ＵＳＢコントローラ
２ＣＰＵ等
３電源
４ＵＳＢケーブル
５ＵＳＢバスパワー（ＧＮＤ）
６ＵＳＢバスパワー（５Ｖ）
８データディレクション信号
９高速絶縁デバイス
１０デバイスデータバス
１１ＵＳＢコントローラ
４１〜４４絶縁デバイス 1 USB controller 2 CPU etc. 3 Power supply 4 USB cable 5 USB bus power (GND)
6 USB bus power (5V)
8 Data direction signal 9 High-speed isolated device 10 Device data bus 11 USB controllers 41 to 44 Insulated device

Claims

A USB controller that provides a USB (Universal Serial Bus) interface to the host and generates a data direction signal that identifies the direction of data flow on the USB bus;
An USB device comprising: an insulation circuit that electrically isolates the USB bus by a data direction signal generated by the USB controller.

The USB device according to claim 1, wherein the isolation circuit is a high-speed isolation device including a digital isolator.

A USB controller mounted on a USB device and providing a USB interface to a host,
A USB controller that generates a data direction signal for identifying a flow direction of data on a USB bus.