JP2013196179A - 充電制御装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器の消費電流及びチップ面積を削減し、コストを抑える。
【解決手段】ＵＳＢインタフェース回路１８は、ホスト装置４からの電源電圧又は二次電池６からの電源電圧により動作し、ホスト装置４との間でＤ＋データライン３１及びＤ−データライン３２を介してＵＳＢ規格に準拠した通信を行う。スイッチ回路９は、Ｄ＋データライン３１及びＤ−データライン３２に挿入される。システム制御回路１７は、ＵＳＢインタフェース回路１８が通信を停止しているか否かを示す状態検出信号Ｓ１７を発生する。充電制御部２は、二次電池２がデッドバッテリー状態であるとき、ＵＳＢインタフェース回路が通信を停止していることを示す状態検出信号Ｓ１７に応答して、スイッチ回路９をオフしかつＵＳＢインタフェース回路１８への電源電圧の供給を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホスト装置からの電源電圧又は内部に設けられる二次電池からの電源電圧により動作し、ホスト装置からの電源電圧で二次電池を充電する電子機器であって、ホスト装置との間で、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格などの所定の規格に準拠した通信を行う電子機器のための充電制御装置、及び当該充電制御装置を備えた電子機器に関する。

近年、ホストコンピュータに接続されるＵＳＢ規格に準拠した電子機器として、電池パックのような二次電池を備えた携帯機器が用いられている。図７は、従来技術に係る携帯機器３００の構成を示すブロック図である。図７において、携帯機器３００は、ＵＳＢ規格に準拠したＵＳＢケーブル５を介してパーソナルコンピュータなどのホスト装置４のＵＳＢポート４ｐに接続される。携帯機器３００は、主制御部１００と、充電制御部２００と、高周波除去及び平滑用ローパスフィルタ７と、電池パックとして構成された二次電池６と、データ端子ＤＰ１及びＤＭ１と、接地端子ＧＮＤとを備えて構成される。ここで、主制御部１００は、携帯機器３００全体の制御を行うメインシステムであって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３と、メディア制御回路１４と、撮像装置及び撮像制御回路１５と、電源制御回路１６と、システム制御回路１７０と、ＵＳＢインタフェース回路１８と、電源端子Ｖｓｅｔと、データ端子ＤＰ２及びＤＭ２とを備えて構成される。また、充電制御部２００は携帯機器３００のサブシステムであって、充電制御回路２１０と、スイッチＳＷ１及びＳＷ２と、電源端子Ｖｂｕｓと、システム端子Ｖｓｙｓと、電池端子Ｖｂａｔと、接地端子Ｖｓｓとを備えて構成される。さらに、データ端子ＤＰ１とＤＰ２とはＤ＋データライン３１を用いて接続され、データ端子ＤＭ１とＤＭ２とはＤ−データライン３２を用いて接続される。

ＣＰＵ１１は、バス１９を介してＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、メディア制御回路１４、撮像装置及び撮像制御回路１５、電源制御回路１６、システム制御回路１７０、及びＵＳＢインタフェース回路１８を制御するほか、種々のソフトウェアの機能を実行する。ＲＯＭ１２は、携帯機器３００の動作に必要であってＣＰＵ１１によって実行される種々のソフトウェア（ファームウェア）のプログラムを予め格納する。また、ＲＡＭ１３は、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ（Dynamic RAM）、ＳＤＲＡＭ（Synchronous DRAM）などで構成され、ＣＰＵ１１のワーキングエリアとして使用されてプログラムの実行時に発生する一時的なデータを記憶する。メディア制御回路１４はメディアカードを制御し、撮像装置及び撮像制御回路１５は撮像処理を行う。また、ＵＳＢインタフェース回路１８は、ＵＳＢ規格に準拠したインタフェース回路であって、ＵＳＢの物理層の回路（ＵＳＢ ＰＨＹ）、及びＵＳＢのシリアルインタフェースエンジン（ＵＳＢ ＳＩＥ（Serial Interface Engine））の回路を備えて構成される。ここで、シリアルインタフェースエンジン回路は、ホスト装置４から、ＵＳＢケーブル５とデータ端子ＤＰ１及びＤＭ１と、Ｄ＋データライン３１及びＤ−データライン３２と、データ端子ＤＰ２及びＤＭ２とを介して差動信号として入力されたＵＳＢ規格に準拠したシリアル信号をパラレル信号に変換する一方、パラレル信号をＵＳＢ規格に準拠したシリアル信号に変換して、差動信号としてデータ端子ＤＰ２及びＤＭ２と、Ｄ＋データライン３１及びＤ−データライン３２と、データ端子ＤＰ１及びＤＭ１と、ＵＳＢケーブル５とを介してホスト装置４に出力する。

電源回路１６は、充電制御部２００から、インダクタＬ及びコンデンサＣを備えた高周波除去及び平滑用ローパスフィルタ７と、電源端子Ｖｓｅｔとを介して入力された直流電圧を所定の電源電圧Ｖ１６に変換して、主制御部１００内の各部に供給する。また、システム制御回路１７０は、主制御部１００の動作状態に基づいて充電制御回路２１０を制御する。

図７において、電源端子ＶｂｕｓはＵＳＢケーブル５を介してホスト装置４に接続される。また、スイッチＳＷ１は、電源端子Ｖｂｕｓと高周波除去及び平滑用ローパスフィルタ７の間に接続される。スイッチＳＷ２はシステム端子Ｖｓｙｓと電池端子Ｖｂａｔとの間に接続され、二次電池６は電池端子Ｖｂａｔと接地端子Ｖｓｓとの間に接続される。さらに、システム端子Ｖｓｙｓは電源端子Ｖｓｅｔに接続される。充電制御回路２１０は、システム制御回路１７０の制御の下で、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２をオンオフ制御して、二次電池６の充電制御及び主制御部１００への電源電圧の供給を行う。

図７の携帯機器３００のように二次電池６を備えた携帯機器では、駆動時間をできるだけ長くすることが重要である。携帯機器３００の代表例であるスマートフォン及びデジタルカメラは、多機能型であり、最終ユーザーにとっては非常に便利な電子機器である一方で、各機能の利用に伴う二次電池６の消費が激しく、携帯機器３００を使用すればそれに応じて二次電池６への充電が必要になるためである。近年、携帯機器の電池パックの充電方法は、電池パックを取り出して専用充電器を使用して交流電源から給電する方法から、ＵＳＢケーブル５などの通信用のインタフェースから供給される電源電圧により充電する方法に変わってきている。これは、後者の方法であれば、携帯機器とともに専用充電器を持ち歩く必要がなく、ユーザーの身近にあるパーソナルコンピュータを利用して携帯機器を充電でき、携帯機器の携帯性を向上できるためである。また、ＵＳＢ規格がプラグアンドプレイに対応しており、ユーザーの管理面で手間が全くないことも、上述したように充電手法が変化してきた理由の一つといえる。

図７のＵＳＢケーブル５を利用する充電（以下、ＵＳＢ充電という。）では、電源端子Ｖｂｕｓにホスト装置４から供給される電流は、ＵＳＢ規格により、１００ｍＡ〜５００ｍＡの範囲内に制限されている。さらに、ＵＳＢ規格に準拠した機器は、所定の条件において、低消費電流モードであるサスペンド（一時停止）状態になる必要があり、サスペンド状態では電源端子Ｖｂｕｓにホスト装置４から供給される電流は、５００μＡ又は２．５ｍＡに制限される。ＵＳＢ規格に準拠した従来技術に係るデジタルカメラなどの携帯機器３００は、パーソナルコンピュータ又はプリンタなどのホスト装置４とのデータ通信のためにＵＳＢインタフェース回路１８を備えているので、専用充電器を用いて二次電池６を充電しながら、ＵＳＢ充電も行っていた。この場合、上述したＵＳＢ規格上の制限を無視して消費電流を増加させてしまうことがあった。また、ＵＳＢ規格で定義されているサスペンド状態においても、同様の問題があった。このため、携帯機器３００がホスト装置４に正常に接続できなかったり、最悪の場合、ホスト装置４自体が破壊されてしまったりする可能性があった。

上述した問題が発生することを防止するために、ＵＳＢ−ＩＦ（USB Implementers Forum, Inc.）は、電子機器に対して、ＵＳＢ２．０規格の仕様において規定されている認証項目を満たしているかを確認するための認証試験（コンプライアンステスト）を行っている。ＵＳＢ−ＩＦは、コンプライアンステストをパスしないシステム及びデバイスに対しては、ＵＳＢ認証マークの使用を認めないため、認証マークのない機器をＵＳＢ規格に準拠した機器として使用すると、ＵＳＢ規格に準拠した動作は保証されず、ユーザーにそのリスクを課すことになりかねない。

図８は、従来技術に係る携帯機器３０１の構成を示すブロック図である。携帯機器３０１は、図７の携帯機器３００と比較して、充電制御部２００に代えて充電制御部２０１を備えて構成される。充電制御部２０１は、充電制御部２００と比較してＵＳＢインタフェース回路２１１をさらに備えた点が異なる。ＵＳＢインタフェース回路２１１はデータ端子ＤＰ１及びＤＭ１に接続され、ＵＳＢインタフェース回路１８と同様にＵＳＢ ＰＨＹ及びＵＳＢ ＳＩＥを備え、ＵＳＢ規格に準拠した充電方法で二次電池６を充電するように充電制御回路２１０を制御する。このため、携帯機器３０１によれば、コンプライアンステストにおいて、サスペンド状態での消費電流がＵＳＢ規格において設定された制限値以下になるように制御できる。しかしながら、１つの携帯機器３０１が２つのＵＳＢインタフェース回路１８及び２１１を備えることは、消費電力の増大及びチップコストの増加につながる。このため、携帯機器のメーカーは、ＵＳＢ規格の仕様を満足した上で、必要なＵＳＢ充電の機能も持つ携帯機器を製造する必要がある。また、携帯性の観点から、システムの小規模化も必要となってくる。

特許文献１の周辺機器は、サスペンド中にメインシステムへの電源供給を停止させて省電力化を図っている。しかしながら、電源端子Ｖｂｕｓ（図７及び図８参照。）からＵＳＢインタフェース回路のＵＳＢ ＰＨＹ及びＵＳＢ ＳＩＥへの電源供給を停止しないので、サスペンド状態での電源端子Ｖｂｕｓ（図７及び図８参照。）からの供給電流を十分に削減できず、例えば、サスペンド時の電源端子Ｖｂｕｓからの供給電流が５００μＡ以下に制限されるＵＳＢ規格のコンプライアンステストにパスできない可能性がある。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して消費電流及びチップ面積を削減し、コストを抑えることができる充電制御装置及び当該充電制御装置を備えた電子機器を提供することにある。

本発明に係る充電制御装置は、二次電池と、ホスト装置に接続されたデータラインと、上記ホスト装置からの電源電圧又は上記二次電池からの電源電圧により動作し、上記ホスト装置との間で上記データラインを介して所定の規格に準拠した通信を行うインタフェース回路と、上記インタフェース回路が上記通信を停止しているか否かを示す状態検出信号を発生するシステム制御回路と、上記ホスト装置からの電源電圧又は上記二次電池からの電源電圧を上記インタフェース回路に供給し、上記ホスト装置からの電源電圧により上記二次電池を充電する充電制御装置とを備えた電子機器のための充電制御装置であって、上記データラインに挿入されたスイッチ回路を備え、上記二次電池の充電レベルが所定の充電レベルしきい値より低いとき、上記インタフェース回路が上記通信を停止していることを示す状態検出信号に応答して、上記スイッチ回路をオフしかつ上記インタフェース回路への電源電圧の供給を停止することを特徴とする。

本発明に係る充電制御装置によれば、データラインに挿入されたスイッチ回路を備え、二次電池の充電レベルが所定の充電レベルしきい値より低いとき、インタフェース回路が通信を停止していることを示す状態検出信号に応答して、スイッチ回路をオフしかつインタフェース回路への電源電圧の供給を停止するので、従来技術に比較して消費電流及びチップ面積を削減し、コストを抑えることができる充電制御装置及び当該充電制御装置を備えた電子機器を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る携帯機器３の構成を示すブロック図である。 グッドバッテリー状態の二次電池６を備えた図１の携帯機器３がホスト装置４に接続されるときの携帯機器３の動作を示すタイミングチャートである。 グッドバッテリー状態の二次電池６を備えた図１の携帯機器３がサスペンド状態から復帰するときの携帯機器３の動作を示すタイミングチャートである。 デッドバッテリー状態の二次電池６を備えた図１の携帯機器３がホスト装置４に接続されるときの携帯機器３の動作を示すタイミングチャートである。 デッドバッテリー状態の二次電池６を備えた図１の携帯機器３がサスペンド状態から復帰するときの携帯機器３の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る携帯機器３Ａの構成を示すブロック図である。 従来技術に係る携帯機器３００の構成を示すブロック図である。 従来技術に係る携帯機器３０１の構成を示すブロック図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係る携帯機器３の構成を示すブロック図である。図１において、携帯機器３は、ＵＳＢ規格に準拠したＵＳＢケーブル５を介してパーソナルコンピュータなどのホスト装置４のＵＳＢポート４ｐに接続される。携帯機器３は、主制御部１と、充電制御部２（充電制御装置）と、高周波除去及び平滑用ローパスフィルタ７と、電池パックとして構成された二次電池６と、接地端子ＧＮＤとを備えて構成される。ここで、主制御部１は、携帯機器３全体の制御を行うメインシステムであって、ＣＰＵ１１と、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１３と、メディア制御回路１４と、撮像装置及び撮像制御回路１５と、電源制御回路１６と、システム制御回路１７と、ＵＳＢインタフェース回路１８と、電源端子Ｖｓｅｔと、データ端子ＤＰ２及びＤＭ２とを備えて構成される。また、充電制御部２は携帯機器３のサブシステムであって、充電制御回路２１と、スイッチ制御回路２２と、電圧検出回路２３と、スイッチＳＷ１及びＳＷ２と、ＳＷ３及びＳＷ４を備えたスイッチ回路９と、Ｄ＋データライン３１と、Ｄ−データライン３２と、電源端子Ｖｂｕｓと、システム端子Ｖｓｙｓと、電池端子Ｖｂａｔと、接地端子Ｖｓｓと、データ端子ＤＰ１及びＤＭ１と、データ端子ＴＤＰ及びＴＤＭとを備えて構成される。なお、Ｄ＋データライン３１と、Ｄ−データライン３２とは１対の差動伝送ラインである。

詳細後述するように、本実施形態に係る充電制御部２は、スイッチ回路９を備え、二次電池２の充電レベルが所定のデッドバッテリーしきい値より低いとき、ＵＳＢインタフェース回路１８がホスト装置４との間の通信を停止していることを示す状態検出信号Ｓ１７に応答して、スイッチ回路９をオフしかつＵＳＢインタフェース回路１８への電源電圧の供給を停止することを特徴としている。

図１において、ＣＰＵ１１は、バス１９を介してＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、メディア制御回路１４、撮像装置及び撮像制御回路１５、電源制御回路１６、システム制御回路１７、及びＵＳＢインタフェース回路１８を制御するほか、種々のソフトウェアの機能を実行する。図１のＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、メディア制御回路１４、撮像装置及び撮像制御回路１５、電源制御回路１６、及びＵＳＢインタフェース回路１８は、それぞれ図７のＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、メディア制御回路１４、撮像装置及び撮像制御回路１５、電源制御回路１６、及びＵＳＢインタフェース回路１８と同様に構成されるので、説明を省略する。

図１において、システム制御回路１７は、ＵＳＢインタフェース回路１８の動作状態がＵＳＢ規格において定義されたサスペンド状態であるか又はデータ通信を行う通常状態（データ送受信可能状態）であるかを検出し、ＵＳＢインタフェース回路１８の動作状態がサスペンド状態であるときはローレベルのシステム状態信号（ＳＹＳ＿ＳＴＡ信号）Ｓ１７を発生する一方、通常状態であるときはハイレベルのシステム状態信号Ｓ１７を発生して充電制御回路２１及びスイッチ制御回路２２に出力する。さらに、システム制御回路１７は、充電制御回路２１からの起動信号Ｓ２１に応答して、電源制御回路１６の動作を開始させる。電源制御回路１６は、システム制御回路１７の制御の下で、電源端子Ｖｓｅｔを介して入力された直流電圧を所定の電源電圧Ｖ１６に変換して、主制御部１００内の各部に供給する。

また、図１において、データ端子ＤＰ２はデータ端子ＴＤＰ及びＤ＋データライン３１を介してデータ端子ＤＰ１に接続され、データ端子ＤＭ２はデータ端子ＴＤＭとＤ−データライン３２とを介してデータ端子ＤＭ１に接続される。また、電源端子ＶｂｕｓはＵＳＢケーブル５を介してホスト装置４に接続される。さらに、スイッチＳＷ１は、電源端子Ｖｂｕｓと高周波除去及び平滑用ローパスフィルタ７との間に接続され、ホスト装置４からＵＳＢケーブル５及び電源端子Ｖｂｕｓを介して供給された電源電圧を主制御部１に供給するか否かを切り換える。システム端子Ｖｓｙｓは電源端子Ｖｓｅｔに接続され、二次電池６は電池端子Ｖｂａｔと接地端子Ｖｓｓとの間に接続され、スイッチＳＷ２はシステム端子Ｖｓｙｓと電池端子Ｖｂａｔとの間に接続される。スイッチＳＷ２は、ホスト装置４からＵＳＢケーブル５及び電源端子Ｖｂｕｓを介して供給された電源電圧により二次電池６を充電するか否かを切り換える。スイッチＳＷ３はＤ＋データライン３１に挿入接続され、スイッチＳＷ４はＤ−データライン３２に挿入接続される。スイッチＳＷ３及びＳＷ４は、ホスト装置４をＵＳＢインタフェース回路１８に接続するか否かを切り換える。

さらに、図１において、電圧検出回路２３は、電池端子Ｖｂａｔと接地端子Ｖｓｓとの間の電圧を検出することにより二次電池６の電圧を検出し、検出した電圧を含む電圧検出信号Ｓ２３を充電制御回路２１及びスイッチ制御回路２２に出力する。充電制御回路２１は、電圧検出信号Ｓ２３と、システム状態信号Ｓ１７と、Ｄ＋データライン３１の電圧レベルと、Ｄ−データライン３２の電圧レベルとに基づいて、詳細後述するようにスイッチＳＷ１及びＳＷ２をそれぞれオンオフ制御する。また、スイッチ制御回路２２は、システム状態信号Ｓ１７及び電圧検出信号Ｓ２３に基づいて、スイッチＳＷ３及びＳＷ４を詳細後述するように連動してオンオフ制御する。

ここで、ＵＳＢポート４ｐに携帯機器３などの電子機器を接続して、当該電子機器の二次電池（例えば、二次電池６）を充電する方法は、非特許文献１に記載されている。非特許文献１において、二次電池６の状態は、二次電池６の充電レベルに応じてグッドバッテリー（Good Battery）状態、ウィークバッテリー（Weak Battery）状態又はデッドバッテリー（Dead Battery）状態に分類される。グッドバッテリー状態の二次電池６の充電レベルは、二次電池６からの電源電圧により携帯機器３が起動することが保証される最小の充電レベル（ウィークバッテリーしきい値）より高い。また、ウィークバッテリー状態の二次電池６の充電レベルは、携帯機器３が立ち上がることが保証されない充電レベル（デッドバッテリーしきい値）より高くかつウィークバッテリーしきい値より低い。さらに、デッドバッテリー状態の二次電池６の充電レベルは、デッドバッテリーしきい値より低い。

また、非特許文献１において、携帯機器３などの電子機器をホスト装置４に接続して通信を行うための様々な処理が定義されている。例えば、デッドバッテリープロビジョン（Dead Battery Provision）処理（以下、ＤＢＰ処理という。）では、二次電池６がデッドバッテリー状態にあるとき、ホスト装置４から二次電池６に所定の時間だけ充電する。また、ポートディテクション（Port Detection）処理（以下、ＰＤ処理という）では、携帯機器３は、携帯機器３に接続されたＵＳＢポート４ｐを検出する。さらに、データコンタクトディテクト（Data Contact Detect）処理（以下、ＤＣＤ処理という。）では、携帯機器３は、充電専用ポートと、ＵＳＢポート４ｐなどのＵＳＢ標準ポート（USB Standard Port）とを区別する。

さらに、ＵＳＢ２．０規格において、ホスト装置４と携帯機器３との間で３ミリ秒にわたってデータ転送がない状態（アイドル状態）が継続すると、携帯機器３は動作をサスペンド（一時停止）して低消費電流モードに移行することが規定されている。また、ホスト装置４は、携帯機器３がサスペンド状態であるときに携帯機器３にデータを送信することが必要になると、データ端子ＤＰ１の電圧レベルをローレベルに設定し、データ端子ＤＭ１の電圧レベルをハイレベルにすることにより、レジューム信号（復帰信号）を携帯機器３に送信する。これに応答して、携帯機器３はサスペンド状態から復帰する。

また、ＵＳＢ２．０規格において、ホスト装置４に接続される携帯機器３は４８０Ｍｂｐｓのデータ転送速度でデータ転送を行うハイスピードデバイス又は１２Ｍｂｐｓのデータ転送速度でデータ転送を行うフルスピードデバイスに分類される。ホスト装置４に接続された後の初期動作において、ホスト装置４と携帯機器３との間で、携帯機器３のデータ転送速度を識別するための所定のネゴシエーションが行われる。

図２は、グッドバッテリー状態の二次電池６を備えた図１の携帯機器３がホスト装置４に接続されるときの携帯機器３の動作を示すタイミングチャートである。なお、携帯機器３がホスト装置４に接続される前は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３及びＳＷ４はオフされている。図２のタイミングｔ０において、携帯機器３はＵＳＢケーブル５を介してＵＳＢポート４ｐに接続され、これにより、ホスト装置４から電源端子Ｖｂｕｓに電源電圧が供給される。次に、充電制御回路２１は、電圧検出信号Ｓ２３に含まれる二次電池６の電圧に基づいて二次電池６がグッドバッテリー状態にあることを検出すると、ホスト装置４との間で、データ端子ＤＰ１及びＤＭ１を介して、上述したＤＣＤ処理及びＰＤ処理を行う。さらに、充電制御回路２１は、ＰＤ処理を終了した後に、タイミングｔ１においてスイッチＳＷ１をオンし、さらにタイミングｔ２においてスイッチＳＷ２をオンする。これにより、ホスト装置４から電源端子Ｖｂｕｓと、スイッチＳＷ１と、高周波除去及び平滑用ローパスフィルタ７と、システム端子Ｖｓｙｓとを介して供給された電源電圧による二次電池６の充電が開始される。

次に、タイミングｔ３において、充電制御回路２１は、主制御部１を起動するための起動信号Ｓ２１をシステム制御部１７に出力する。これに応答して、システム制御部１７は電源制御回路１６の動作を開始させ、電源制御回路１６は電源端子Ｖｓｅｔを介して入力された直流電圧を所定の電源電圧Ｖ１６に変換して、主制御部１００内の各部に供給する。さらに、主制御部１が起動してホスト装置４に接続可能な状態になると、システム制御部１７は、タイミングｔ４においてハイレベルのシステム状態信号Ｓ１７をスイッチ制御回路２２及び充電制御回路２１に出力する。これに応答して、スイッチ制御回路２２はタイミングｔ５においてスイッチＳＷ３及びＳＷ４をオンする。

タイミングｔ５においてスイッチＳＷ３及びＳＷ４がオンされると、ＵＳＢインタフェース回路１８内に設けられかつＤ＋データライン３１に接続された１．５ｋΩのプルアップ抵抗（図示せず。）により、Ｄ＋データライン３１の電圧レベルはハイレベルにプルアップされる。ホスト装置４は、Ｄ＋データライン３１の電圧レベルがハイレベルになったことを検出することにより、ＵＳＢポート４ｐに携帯機器３が接続されたことを検出し、Ｄ＋データライン３１及びＤ−データライン３２の各電圧レベルをローレベルにすることにより初期リセット信号（USB Bus Reset）を発生してＵＳＢインタフェース回路１８に出力する。携帯機器３がＵＳＢ規格に準拠したハイスピードデバイスであるとき、ＵＳＢインタフェース回路１８は、初期リセット信号の受信後にＤ−データライン３２の電圧レベルをハイレベルにすることにより、ＵＳＢ規格に準拠したチャープＫ（ChirpK）信号を発生してホスト装置４に出力する。ホスト装置４は、チャープＫ信号を受信することにより、携帯機器３がハイスピードデバイスであることを検出し、ＵＳＢ規格に準拠したハブチャープ（Hub Chirp）信号を発生してＵＳＢインタフェース回路１８に出力する。ホスト装置４とＵＳＢインタフェース回路１８との間でチャープＫ信号及びハブチャープ信号の送受信が終了すると、ホスト装置４とＵＳＢインタフェース回路１８とはＵＳＢ規格に準拠したハイスピードのデータ転送を行う。

携帯機器３がＵＳＢ規格に準拠したフルスピードデバイスである場合は、ＵＳＢインタフェース回路１８はチャープＫ信号をホスト装置４に出力しない。ホスト装置４は、初期リセット信号をＵＳＢインタフェース回路１８に出力後、所定の期間だけチャープＫ信号を受信しなかった場合、携帯機器３がフルスピードデバイスであることを検出し、ＵＳＢ規格に準拠したハブチャープ（Hub Chirp）信号を発生してＵＳＢインタフェース回路１８に出力する。その後、ホスト装置４はＤ＋データライン３１の電圧レベルをハイレベルにプルアップし、ホスト装置４とＵＳＢインタフェース回路１８とはＵＳＢ規格に準拠したフルスピードのデータ転送を行う。

図３は、グッドバッテリー状態の二次電池６を備えた図１の携帯機器３がサスペンド状態から復帰するときの携帯機器３の動作を示すタイミングチャートである。ＵＳＢインタフェース回路１８は、図３のタイミングｔ１１において、Ｄ＋データライン３１及びＤ−データライン３２の各電圧レベルに基づいて、ホスト装置４とＵＳＢインタフェース回路１８との間で３ｍｓ以上データ通信が行われなかったことを検出すると、Ｄ＋データライン３１の電圧レベルをハイレベルに設定しかつＤ−データライン３２の電圧レベルをローレベルに設定することによりサスペンド状態に移行して低消費電力モードとなる。タイミングｔ１２において、システム制御回路１７はＵＳＢインタフェース回路１８がサスペンド状態に移行したことを検出すると、ローレベルのシステム状態信号Ｓ１７をスイッチ制御回路２２及び充電制御回路２１に出力する。

図３のタイミングｔ１２において、充電制御回路２１は、ローレベルのシステム状態信号Ｓ１７に応答して、電圧検出信号Ｓ２３に基づいて二次電池６の状態を検出し、二次電池６がグッドバッテリー状態にあるときにスイッチＳＷ１をオフする。これにより、電源制御回路１６に供給される電源電圧は、ホスト装置４から電源端子Ｖｂｕｓを介して充電制御部２に供給される電源電圧から、二次電池６からの電源電圧に切り換えられる。また、タイミングｔ１２において、スイッチ制御回路２２は電圧検出信号Ｓ２３に基づいて二次電池６の状態を検出し、二次電池６がグッドバッテリー状態にあるときはスイッチＳＷ３及びＳＷ４のオン状態を保持する。従って、タイミングｔ１２からタイミングｔ１３までのサスペンド期間において、主制御部１は二次電池６からの電源電圧で動作し、ＵＳＢインタフェース回路１８はＤ＋データライン３１及びＤ−データライン３２を介してホスト装置４に接続されている。一方、スイッチＳＷ１はオフされているので、電源端子Ｖｂｕｓに供給された電源電圧は主制御部１に供給されず、電源端子Ｖｂｕｓにホスト装置４から供給される電流はＵＳＢ規格において規定されている５００μＡの上限値を下回る。

ホスト装置４は、タイミングｔ１３において携帯機器３にデータを送信することが必要になると、タイミングｔ１３からタイミングｔ１６までのレジューム期間において、Ｄ＋データライン３１の電圧レベルをローレベルに設定し、Ｄ−データライン３２の電圧レベルをハイレベルにすることにより、レジューム信号を携帯機器３に送信する。これに応答して、ＵＳＢインタフェース回路１８はサスペンド状態から通常状態に復帰する。そして、タイミングｔ１４において、システム制御回路１７は、ハイレベルのシステム状態信号Ｓ１７をスイッチ制御回路２２及び充電制御回路２１に出力する。これに応答して、充電制御回路２１は、タイミングｔ１５においてスイッチＳＷ１をオンする。これにより、電源制御回路１６に供給される電源電圧は、二次電池６からの電源電圧から、ホスト装置４から電源端子Ｖｂｕｓを介して充電制御部２に供給される電源電圧に切り換えられる。そして、タイミングｔ１６以降は、ホスト装置４と携帯機器３との間でＵＳＢ規格に準拠したデータ転送が行われる。

図４は、デッドバッテリー状態の二次電池６を備えた図１の携帯機器３がホスト装置４に接続されるときの携帯機器３の動作を示すタイミングチャートである。なお、携帯機器３がホスト装置４に接続される前は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３及びＳＷ４はオフされている。図４のタイミングｔ２０において、携帯機器３はＵＳＢケーブル５を介してＵＳＢポート４ｐに接続され、これにより、ホスト装置４から電源端子Ｖｂｕｓに電源電圧が供給される。次に、充電制御回路２１は、電圧検出信号Ｓ２３に含まれる二次電池６の電圧に基づいて二次電池６がデッドバッテリー状態にあることを検出すると、ホスト装置４との間で、データ端子ＤＰ１及びＤＭ１を介して、上述したＤＢＰ処理を行う。ここで、充電制御回路２１は、ＤＢＰ処理を実行することによりタイミングｔ２１においてスイッチＳＷ１及びＳＷ２をオンし、二次電池６を充電する。次に、充電制御回路２１は、ホスト装置４との間で、データ端子ＤＰ１及びＤＭ１を介して、上述したＤＣＤ処理及びＰＤ処理を行う。

次に、ＰＤ処理を終了した後のタイミングｔ２３において、充電制御回路２１は、主制御部１を起動するための起動信号Ｓ２１をシステム制御部１７に出力する。これに応答して、システム制御部１７は電源制御回路１６の動作を開始させ、電源制御回路１６は電源端子Ｖｓｅｔを介して入力された直流電圧を所定の電源電圧Ｖ１６に変換して、主制御部１００内の各部に供給する。さらに、主制御部１が起動してホスト装置４に接続可能な状態になると、システム制御部１７はタイミングｔ２４においてハイレベルのシステム状態信号Ｓ１７をスイッチ制御回路２２及び充電制御回路２１に出力する。これに応答して、スイッチ制御回路２２は、タイミングｔ２５においてスイッチＳＷ３及びＳＷ４をオンする。タイミングｔ２５以降の処理は、図２のタイミングｔ５以降の処理と同一であるので説明を省略する。

図５は、デッドバッテリー状態の二次電池６を備えた図１の携帯機器３がサスペンド状態から復帰するときの携帯機器３の動作を示すタイミングチャートである。ＵＳＢインタフェース回路１８は、図５のタイミングｔ３１において、Ｄ＋データライン３１及びＤ−データライン３２の各電圧レベルに基づいて、ホスト装置４とＵＳＢインタフェース回路１８との間で３ｍｓ以上データ通信が行われなかったことを検出すると、Ｄ＋データライン３１の電圧レベルをハイレベルに設定しかつＤ−データライン３２の電圧レベルをローレベルに設定することによりサスペンド状態に移行して低消費電力モードとなる。タイミングｔ３２において、システム制御回路１７はＵＳＢインタフェース回路１８がサスペンド状態に移行したことを検出すると、ローレベルのシステム状態信号Ｓ１７をスイッチ制御回路２２及び充電制御回路２１に出力する。

図５のタイミングｔ３２において、充電制御回路２１は、ローレベルのシステム状態信号Ｓ１７に応答して、電圧検出信号Ｓ２３に基づいて二次電池６の状態を検出し、二次電池６がデッドバッテリー状態にあるときにスイッチＳＷ１及びＳＷ２をオフする。これにより、電源制御回路１６には電源電圧は供給されなくなり、ＵＳＢインタフェース回路１８の動作は停止され。また、タイミングｔ３２において、スイッチ制御回路２２は電圧検出信号Ｓ２３に基づいて二次電池６の状態を検出し、二次電池６がデッドバッテリー状態にあるときはスイッチＳＷ３及びＳＷ４をオフする。これにより、ホスト装置４とＵＳＢインタフェース回路１８との間の接続は切断される。

ホスト装置４は、タイミングｔ３３において携帯機器３にデータを送信することが必要になると、充電制御回路２１との間でＤＢＰ処理を行う。ＤＢＰ処理以降の処理は、図４のＤＢＰ処理以降の処理と同一であるので説明を省略する。すなわち、ＤＢＰ処理においてスイッチＳＷ１はオンされ、ホスト装置４とＵＳＢインタフェース回路１８とはＵＳＢ規格に準拠したハイスピード又はフルスピードのデータ転送を行う。

以上説明したように、本実施形態によれば、デッドバッテリー状態の二次電池６を使用しているときに、サスペンド状態においてＵＳＢインタフェース回路１８への電源供給を停止しかつスイッチＳＷ３及びＳＷ４をオフし、サスペンド状態から復帰するための処理を充電制御回路２１とホスト装置４との間で行う。従って、例えば図８の従来技術に係る携帯機器３０１に比較して、サスペンド状態における携帯機器３の消費電流を従来技術に比較して削減でき、ＵＳＢ規格の認証試験において問題なく認可されるとともに、チップ面積を削減し、コストを抑えることができる。また、従来技術に比較して、携帯機器３のＬＳＩの消費電力を削減できる。

第２の実施形態．
図６は、本発明の第２の実施形態に係る携帯機器３Ａの構成を示すブロック図である。携帯機器３Ａは、携帯機器３に比較して、充電制御部２に代えて充電制御部２Ａを備えた点が異なる。また、充電制御部２Ａは、充電制御部２に比較して、プルダウン抵抗４１と、プルアップ抵抗４２と、スイッチＳＷ５及びＳＷ６をさらに備え、スイッチ制御回路２２に代えてスイッチ制御回路２２Ａを備えた点が異なる。以下、第１の実施形態との相違点のみを説明する。

図６において、スイッチＳＷ５は、スイッチＳＷ４とデータ端子ＴＤＭとの間のＤ−データライン３２の電圧レベルをプルダウン抵抗４１によりプルダウンするか否かを切り換える。また、スイッチＳＷ６は、スイッチＳＷ３とデータ端子ＤＰ１との間のＤ＋データライン３１の電圧レベルをプルアップ抵抗４２によりプルアップするか否かを切り換える。さらに、スイッチ制御回路２２Ａは、スイッチ制御回路２２と同様にスイッチＳＷ３及びＳＷ４をオンオフ制御する。

スイッチ制御回路２２Ａは、ＵＳＢインタフェース回路１８がサスペンド状態であることを示すローレベルのシステム状態信号Ｓ１７に応答して、電圧検出信号Ｓ２３に基づいて二次電池６の状態を検出する。そして、二次電池６がデッドバッテリー状態であるときに、スイッチＳＷ３及びＳＷ４をオフするとともに、スイッチＳＷ５及びＳＷ６をオンする。これにより、サスペンド期間において、ホスト装置４とＵＳＢインタフェース回路１８との間の接続は第１の実施形態と同様に切断されるが、データ端子ＤＰ１とスイッチＳＷ３との間のＤ＋データライン３１の電圧レベルはプルアップされるので、ＵＳＢ規格に準拠したホスト装置４は、携帯機器３がホスト装置４に接続されていると判断する。このため、ＵＳＢ規格によれば、ホスト装置４から電源端子Ｖｂｕｓに例えば２．５ｍＡ以下の電流を供給できる。また、充電制御回路２１は、ＵＳＢインタフェース回路１８がサスペンド状態であることを示すローレベルのシステム状態信号Ｓ１７に応答して、電圧検出信号Ｓ２３に基づいて二次電池６の状態を検出する。そして、二次電池６がデッドバッテリー状態であるときに、スイッチＳＷ１及びＳＷ２のオン状態を保持する。このため、充電制御回路２１は、図５のディスコネクト期間において、ホスト装置４から電源端子Ｖｂｕｓに供給される電源電圧により、デッドバッテリー状態の二次電池６を充電できる。

また、図５のディスコネクト期間において、スイッチＳＷ４とデータ端子ＴＤＭとの間のＤ−データライン３２の電圧レベルはプルダウンされるので、ＵＳＢインタフェース回路１８において、データ端子ＤＭ２が開放端になることに伴うリーク電流が発生することを防止できる。なお、ＵＳＢインタフェース回路１８は、Ｄ＋データライン３１の電圧レベルをプルアップするためのプルアップ抵抗（図示せず。）を備えているので、スイッチＳＷ３とデータ端子ＴＤＰとの間のＤ＋データライン３１にはプルアップ抵抗を設ける必要はない。

以上説明したように、本実施形態によれば、ホスト装置４とＵＳＢインタフェース回路１８との間の接続が切断されても、充電制御回路２１はホスト装置４に接続されるので、ホスト装置４からの電源電圧により二次電池６を充電でき、携帯機器３Ａを継続して使用可能になる。

なお、上記各実施形態において、ホスト装置４は携帯機器３又は３ＡとＵＳＢ規格に準拠した通信を行ったが、本発明はこれに限られない。本発明は、二次電池と、ホスト装置に接続されたデータラインと、ホスト装置からの電源電圧又は二次電池からの電源電圧により動作し、ホスト装置との間でデータラインを介して所定の規格に準拠した通信を行うインタフェース回路と、インタフェース回路が通信を停止しているか否かを示す状態検出信号を発生するシステム制御回路と、ホスト装置からの電源電圧又は二次電池からの電源電圧をインタフェース回路に供給し、ホスト装置からの電源電圧により二次電池を充電する充電制御装置とを備えた電子機器に適用できる。この場合、充電制御装置は、データラインに挿入されたスイッチ回路を備え、二次電池の充電レベルが所定の充電レベルしきい値より低いとき、インタフェース回路が通信を停止していることを示す状態検出信号に応答して、スイッチ回路をオフしかつインタフェース回路への電源電圧の供給を停止する。

１…主制御部、
２，２Ａ…充電制御部、
３，３Ａ…携帯機器、
４…ホスト装置、
４ｐ…ＵＳＢポート、
５…ＵＳＢケーブル、
６…二次電池、
７…高周波除去及び平滑用ローパスフィルタ、
９…スイッチ回路、
１１…ＣＰＵ、
１２…ＲＯＭ、
１３…ＲＡＭ、
１４…メディア制御回路、
１５…撮像装置及び撮像制御回路、
１６…電源制御回路、
１７…システム制御回路、
１８…ＵＳＢインタフェース回路、
１０…バス、
２１…充電制御回路、
２２，２２Ａ…スイッチ制御回路、
２３…電圧検出回路、
ＳＷ１〜ＳＷ６…スイッチ。

特開２００９−１８７３９６号公報

"Battery Charging Specification Revision 1.2", USB Implementers Forum, Incorporated, ２０１１年１０月１２日.

Claims (6)

1. 二次電池と、
   ホスト装置に接続されたデータラインと、
   上記ホスト装置からの電源電圧又は上記二次電池からの電源電圧により動作し、上記ホスト装置との間で上記データラインを介して所定の規格に準拠した通信を行うインタフェース回路と、
   上記インタフェース回路が上記通信を停止しているか否かを示す状態検出信号を発生するシステム制御回路と、
   上記ホスト装置からの電源電圧又は上記二次電池からの電源電圧を上記インタフェース回路に供給し、上記ホスト装置からの電源電圧により上記二次電池を充電する充電制御装置とを備えた電子機器のための充電制御装置であって、
   上記データラインに挿入されたスイッチ回路を備え、
   上記二次電池の充電レベルが所定の充電レベルしきい値より低いとき、上記インタフェース回路が上記通信を停止していることを示す状態検出信号に応答して、上記スイッチ回路をオフしかつ上記インタフェース回路への電源電圧の供給を停止することを特徴とする充電制御装置。
2. 上記電子機器が上記ホスト装置に接続されたとき、上記スイッチ回路をオフして、上記ホスト装置との間で上記データラインを介して上記規格に準拠した所定の接続処理を行い、当該接続処理の終了後に、上記ホスト装置からの電源電圧を上記インタフェース回路に供給し、上記スイッチ回路をオンすることを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
3. 上記規格はＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格であることを特徴とする請求項１又は２記載の充電制御装置。
4. 上記データラインは１対の差動伝送ラインであり、
   上記充電制御装置は、
   プルアップ抵抗と、
   上記１対の差動伝送ラインのうちの一方の差動伝送ラインの上記スイッチ回路と上記ホスト装置との間の部分と、上記プルアップ抵抗との間に接続された第１のスイッチとをさらに備え、
   上記インタフェース回路が上記通信を停止していることを示す状態検出信号に応答して上記スイッチ回路をオフするとき、上記第１のスイッチをオンし、上記ホスト装置からの電源電圧により上記二次電池を充電することを特徴とする請求項３記載の充電制御装置。
5. プルダウン抵抗と、
   上記１対の差動伝送ラインのうちの他方の差動伝送ラインの上記スイッチ回路と上記インタフェース回路との間の部分と、上記プルダウン抵抗との間に接続された第２のスイッチとをさらに備え、
   上記第１のスイッチをオンするとき上記第２のスイッチをオンすることを特徴とする請求項４記載の充電制御装置。
6. 二次電池と、
   ホスト装置に接続されたデータラインと、
   上記ホスト装置からの電源電圧又は上記二次電池からの電源電圧により動作し、上記ホスト装置との間で上記データラインを介して所定の規格に準拠した通信を行うインタフェース回路と、
   上記インタフェース回路が上記通信を停止しているか否かを示す状態検出信号を発生するシステム制御回路と、
   請求項１乃至５のうちのいずれか１つに記載の充電制御装置とを備えたことを特徴とする電子機器。

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