JP2016077065A - 携帯電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部機器側の負荷を増大させることなく、スマートフォン等の外部機器とＵＳＢ接続した場合に必要に応じて給電を遮断してスマートフォン等の外部機器の内部バッテリの不必要な容量低下を防止する。
【解決手段】携帯電子機器１は、外部機器と接続するＵＳＢコネクタ１６と、二次電池３８と、ＶＢＵＳラインから二次電池３８への給電をＯＮ／ＯＦＦする給電スイッチ４０と、ＣＰＵ１０を備える。ＣＰＵ１０は、給電スイッチ４０を常時ＯＮ制御するか、あるいは常時ＯＦＦ制御するか、あるいはＵＳＢコネクタ１６に外部機器が接続された場合に給電と非給電のいずれかを選択するための選択メニューを表示し、ユーザが給電を選択した場合に給電スイッチ４０をＯＮ制御し、ユーザが非給電を選択した場合に給電スイッチ４０をＯＦＦ制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電子機器に関し、特にＵＳＢを介した給電制御に関する。

ＵＳＢ（Universal Serial Bus）は、データラインの他にＶＢＵＳラインを有し、このＶＢＵＳラインを介してＡプラグが接続されたホスト側からＢプラグが接続されたデバイス側に給電することが可能である。

しかしながら、スマートフォンやポータブルヘッドホンアンプ装置等の携帯型電子機器は内蔵二次電池で動作するため、たとえＡプラグが接続された側であっても、給電を行うのは一般的に好ましくない。

特許文献１には、ＵＳＢホスト機能を有する携帯機器であって、携帯機器が内部電源で動作している状態で、バスパワーで動作するデバイス機器が接続された場合に、携帯機器からデバイス機器への電源供給を停止することが記載されている。

特許文献２には、ＵＳＢのＡプラグ接続側の電子機器からＵＳＢのＢプラグ接続側の電子機器にＶＢＵＳ給電の交替要求パケットを送信し、Ｂプラグ接続側の電子機器から承諾パケットを受信した場合に、Ａプラグ接続側の電子機器からの給電を停止することが記載されている。

特開２００６−０８５２４８号公報 特許第４０６３２００号

ところで、スマートフォン等の外部機器とポータブルヘッドホンアンプ装置等の電子機器をＵＳＢケーブルのうちのＯＴＧ（USB On The Go）ケーブルで接続すると、ＯＴＧケーブルはＢプラグをＡプラグに変換する機能を有しているため、スマートフォン側がホスト、ポータブルヘッドホンアンプ装置側がデバイスとして機能し、スマートフォン側からポータブルヘッドホンアンプ装置に対して給電が行われることになる。

しかしながら、スマートフォンは内蔵バッテリによる長時間使用が困難という課題を有しており、スマートフォンの長時間連続駆動が大きな技術課題となっている現状において、スマートフォンから給電を行うのは不都合な場合が多い。

この場合、ポータブルヘッドホンアンプ装置がＵＳＢコネクタへの外部機器接続を検出した場合に、常にＶＢＵＳによる給電を遮断する構成とすることも考えられるが、スマートフォンではなくパソコンに接続した場合にはむしろ積極的にパソコンから給電して内蔵二次電池を充電したいと欲する場合もあり、一律に給電を遮断するのはユーザの使い勝手を低下させるおそれがある。

上記の従来技術では、スマートフォン側で給電を制御するものであり、スマートフォン側でデバイスの仕様に合わせた制御アプリケーションを用意する、あるいはデバイス側にスマートフォンに合わせた制御アプリケーションを用意しなければならず負担が大きい。スマートフォンにおける常駐アプリケーションが増えてＣＰＵやメモリの負荷が増大する懸念もある。

また、一部のスマートフォンでは、ポータブルヘッドホンアンプ装置に接続しても自動的に給電を行わない機種も知られているが、特別なプロトコルを実装する必要があり、また、他の機種では自動的に給電が実行されてしまうことから、接続される外部機器の種類や機種によらず、ポータブルヘッドホンアンプ装置側で給電を簡易に制御できることが望ましい。

本発明の目的は、外部機器側の負荷を増大させることなく、スマートフォン等の外部機器とＵＳＢ接続した場合に必要に応じて給電を遮断してスマートフォン等の外部機器の内蔵バッテリの不必要な容量低下を防止できるとともに、コンピュータと接続した場合にはコンピュータからの給電を許容できるフレキシブルな携帯電子機器を提供することにある。

本発明は、外部機器と接続するためのＵＳＢコネクタと、二次電池と、ＶＢＵＳラインから前記二次電池への給電をＯＮ／ＯＦＦする給電スイッチと、前記ＵＳＢコネクタに外部機器が接続された場合に、給電と非給電のいずれかを選択するための選択メニューを表示し、ユーザが給電を選択した場合に前記給電スイッチをＯＮ制御して前記外部機器から前記二次電池への給電を実行し、ユーザが非給電を選択した場合に前記給電スイッチをＯＦＦ制御して前記外部機器から前記二次電池への給電を非実行とする制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明の１つの実施形態では、さらに、前記給電スイッチを常時ＯＦＦに設定するための操作手段を備える。

本発明の他の実施形態では、さらに、前記給電スイッチを常時ＯＮあるいは常時ＯＦＦに設定するための操作手段を備える。また、前記制御手段は、前記二次電池の蓄電残量を監視し、前記蓄電残量が予め設定されるレベル以下になったことを検出した場合に、前記給電スイッチを自動的にＯＮ制御に切り替えてもよい。あるいは、前記制御手段は、電源スイッチの状態を監視し、前記電源スイッチがＯＦＦ操作されたことを検出した場合に、前記給電スイッチを自動的にＯＮ制御に切り替えてもよい。

本発明によれば、外部機器側の負荷を増大させることなく、スマートフォン等の外部機器とＵＳＢ接続した場合に必要に応じて給電を遮断して外部機器の内蔵バッテリの不必要な容量低下を防止できる。また、コンピュータと接続した場合にはコンピュータからの給電も許容できる。

実施形態の構成ブロック図である。 実施形態の外部機器接続説明図である。 実施形態の処理フローチャートである。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について、ＳＤプレーヤ内蔵のポータブルヘッドホンアンプ装置１を例にとり説明する。ここで、ポータブルヘッドホンアンプ装置１は、スマートフォンその他の携帯機器と接続し、携帯機器から入力したデジタルオーディオ信号をＤ／Ａコンバータで変換し、高品質のアンプで増幅してヘッドホン端子から出力する装置である。ＳＤプレーヤは、ＳＤカードに記憶されたデジタルオーディオ信号を再生して出力する装置である。本実施形態の装置は、これら２つの機能をともに実現する装置である。

図１は、本実施形態の装置の構成ブロック図である。ポータブルヘッドホンアンプ装置１は、ＣＰＵ１０，ＲＯＭ１２，ＲＡＭ１４，ＵＳＢコネクタ１６，ＳＤカード１８，ＤＡＣ（Ｄ／Ａコンバータ）２０，切替部２２，アンプ２４，ＰＨＯＮＥ（ヘッドホン）端子２６，DIGITAL I/O LINE IN端子２８，スイッチ３０，表示部３２，操作部３４，充電回路３６，二次電池３８，及び給電スイッチ４０を備える。

ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ１２に記憶されたプログラムに従い、ＲＡＭ１４をワーキングメモリとして用いて所定の処理（システム制御や各種信号処理等）を実行する。

ＵＳＢコネクタ１６は、スマートフォン等の携帯機器やパソコンと接続するためのコネクタである。

ＳＤカード１８は、デジタルオーディオデータを記憶する。

ＣＰＵ１０は、スマートフォン等の携帯機器がＵＳＢコネクタ１６に接続され、デジタルオーディオ信号を受信すると、これをＤＡＣ２０に出力する。また、図示しない操作部からの操作によりＳＤプレーヤ機能が選択されると、ＳＤカード１８に記憶されたデジタルオーディオ信号を読み出し、これをＤＡＣ２０に出力する。

ＤＡＣ２０は、デジタルオーディオ信号を処理してアナログオーディオ信号に変換し、切替部２２に出力する。なお、ＤＡＣ２０は、ＰＣＭ２４ｂｉｔ／１９２ｋＨｚ，ＤＳＤ１２８の所謂ハイレゾ音源をアナログオーディオ信号に変換してもよい。

切替部２２は、複数の切替接点から構成され、ＤＡＣ２０の出力をアンプ２４に出力するか、あるいはDIGITAL I/O LINE IN端子２８から入力されたオーディオ信号をアンプ２４に出力するかを切り替える。切替部２２の切替は、ＣＰＵ１０からの制御信号（図中破線で示す）で制御される。

アンプ２４は、切替部２２から出力されるオーディオ信号を増幅してPHONE（ヘッドホン）端子２６に出力する。アンプ２４は、例えばディスクリート構成のプッシュプル回路によりオーディオ信号を増幅する。なお、ゲインセレクタ等でアンプ２４のゲインをハイ／ローの２段階で切替可能に構成してもよい。

DIGITAL I/O LINE IN端子２８は、DIGITAL INPUT（デジタル入力）とDIGITAL OUTPUT（デジタル出力）とLINE IN（アナログ入力）を共用する端子であり、DIGITAL INPUTはさらに、デジタル光入力とデジタル同軸入力を共用する。すなわち、本実施形態の端子２８は、
デジタルオーディオ光入力
デジタルオーディオ同軸入力
アナログオーディオ入力
デジタルオーディオ同軸出力
の４つの入出力端子を１つの端子に集約したものである。

スイッチ３０は、ユーザ操作可能なスイッチであり、DIGITAL I/O LINE IN端子２８を、DIGITAL I/O端子として機能させるか、LINE IN端子として機能させるかを切り替えるスイッチである。スイッチ３０は、例えばDIGITAL I/O LINE IN端子２８の近傍に設けられたスライドスイッチとして構成される。

スイッチ３０がLINE IN側に切り替えられた場合、ＣＰＵ１０は、スイッチ３０による切替に応じて切替部２２を制御し、DIGITAL I/O LINE IN端子２８から入力されたアナログオーディオ信号をアンプ２４に供給し、アンプ２４で増幅してPHONE端子から出力する。また、スイッチ３０がDIGITAL I/O側に切り替えられた場合、ＣＰＵ１０は、表示部３２に選択メニューを表示し、ユーザがデジタル入力とデジタル出力のいずれかを選択できるようにする。デジタル入力とデジタル出力の選択は、メニュー階層から定常設定値として設定できるようにしてもよい。ユーザがデジタル入力を選択した場合、ＣＰＵ１０は、この選択に応じてDIGITAL I/O LINE IN端子２８から入力されたデジタル光入力信号あるいはデジタル同軸入力信号を入力し、ＤＡＣ２０に供給する。また、切替部２２を制御して、ＤＡＣ２０の出力をアンプ２４に供給する。なお、デジタル光入力かデジタル同軸入力かは、インピーダンス特性の相違や光信号の検知等の識別情報を用いて識別する。ユーザがデジタル出力を選択した場合、ＣＰＵ１０は、この選択に応じてＳＤカード１８に記憶されたデジタルオーディオ信号をDIGITAL I/O LINE IN端子２８に出力する。

DIGITAL I/O LINE IN端子２８は、デジタル入力端子及びアナログ入力端子の機能を有しているため、デジタル出力端子を有する他のオーディオ機器、及びデジタル出力端子を有しない他のオーディオ機器と接続して、高品質なオーディオ信号をPHONE端子２６から出力できる。

操作部３４は、外部機器がＵＳＢコネクタ１６に接続された場合の給電状態を設定する。本実施形態では、ユーザは以下の３つの状態のいずれかを設定可能である。
常時給電
常時非給電
ＵＳＢ接続されたときに選択メニューを表示

上記のうち、（１）常時給電を設定した場合、ＣＰＵ１０は、ＵＳＢコネクタ１６に接続された外部機器からの給電を実行する。（２）常時非給電を設定した場合、ＣＰＵ１０は、ＵＳＢコネクタ１６に接続された外部機器からの給電を実行しない。さらに、（３）ＵＳＢ接続されたときに選択メニューの表示を設定した場合、ＣＰＵ１０は、ＵＳＢ接続を検出すると表示部３２に選択メニューをポップアップ表示し、給電を実行するか否かをユーザが選択可能とする。例えば、
「充電する」
「充電しない」
の２つのメニューを表示する。ユーザがこの選択メニュー表示に応じて「充電する」を選択すると、外部機器からの給電を実行する。他方、ユーザが「充電しない」を選択すると、外部機器からの給電を実行しない。

従って、例えばパソコンと接続する場合がほとんどである場合には常時給電を設定し、スマートフォン等と接続する場合がほとんどである場合には常時非給電を設定し、パソコンに接続する場合もあればスマートフォンに接続する場合もある場合には接続時に選択メニューを表示する設定としておくことで、必要な場合には給電を実行しつつ、不必要な場合には給電を遮断できる。

充電回路３６は、ＵＳＢコネクタ１６に接続されたケーブルのＶＢＵＳを用いて二次電池３８に充電電流を供給して二次電池３８を充電する。

二次電池３８は、装置各部に電力を供給する。

給電スイッチ４０は、ＵＳＢコネクタ１６と充電回路３６との間に配置され、ＶＢＵＳ経由の充電電流をＯＮ／ＯＦＦ制御する。給電スイッチ４０のＯＮ／ＯＦＦは、ＣＰＵ１０からの制御信号（図中破線で示す）で制御される。

ＣＰＵ１０は、操作部３４により常時給電が設定された場合、給電スイッチ４０を常にＯＮ制御する。また、操作部３４により常時非給電が設定された場合、給電スイッチ４０を常にＯＦＦ制御する。さらに、操作部３４により接続時の選択メニューが表示され、「充電する」が選択された場合には給電スイッチ４０をＯＮ制御し、「充電しない」が選択された場合には給電スイッチ４０をＯＦＦ制御する。

図２は、ポータブルヘッドホンアンプ装置１をパソコン２あるいはスマートフォン３と接続した場合をそれぞれ示す。

図２（ａ）は、ＵＳＢケーブル１００を介してポータブルヘッドホンアンプ装置１とパソコン２を接続した場合である。パソコン２側がホスト、ポータブルヘッドホンアンプ装置１がデバイスとして、ＶＢＵＳ経由でパソコン２からポータブルヘッドホンアンプ装置１に給電される。このとき、操作部３４を操作して常時給電に設定しておけば、パソコン２からの給電により二次電池３８が充電される。選択メニューで「充電する」を選択した場合も同様である。

他方、図２（ｂ）は、ＯＴＧケーブル２００を介してポータブルヘッドホンアンプ装置１とスマートフォン３を接続した場合である。ＯＴＧケーブル２００は、ＵＳＢのＢプラグ側をＡプラグ側に変換する機能を有しており、この場合スマートフォン３がホストとなり、ＶＢＵＳ経由でスマートフォン３から給電しようとする。但し、操作部３４を操作して常時非給電を設定、あるいは選択メニューで「充電しない」を選択することで、給電スイッチ４０をＯＦＦ制御し、スマートフォン３からの給電を遮断できる（図において、Ｘ印は給電遮断状態を示す）。これにより、スマートフォン３からのデジタルオーディオ信号を変換・増幅してＰＨＯＮＥ端子２６から出力する場合においても、スマートフォン３側の内部バッテリの不必要な容量低下を防止できる。

図３は、本実施形態の処理フローチャートである。

まず、ＣＰＵ１０は、外部機器がＵＳＢ接続されたか否かを判定する（Ｓ１０１）。ＵＳＢ接続された場合、次に、操作部３４により常時給電が設定されているか否かを判定する（Ｓ１０２）。

常時給電が設定されている場合、ＣＰＵ１０は、給電スイッチ４０をＯＮ制御する（Ｓ１０５）。これにより、外部機器からのＶＢＵＳ経由の給電が可能となる。

常時給電が設定されていない場合、ＣＰＵ１０は、操作部３４により常時非給電が設定されているか否かを判定する（Ｓ１０３）。

常時非給電が設定されている場合、ＣＰＵ１０は、給電スイッチ４０をＯＦＦ制御する（Ｓ１０６）。これにより、外部機器からのＶＢＵＳ経由の給電は実行されない。

常時給電及び常時非給電のいずれも設定されていない場合、ＣＰＵ１０は、ＵＳＢ接続を検出すると表示部３２に選択メニューを表示する（Ｓ１０４）。そして、ユーザが「充電する」等の給電を選択した場合には給電スイッチ４０をＯＮ制御し（Ｓ１０５）、ユーザが「充電しない」等の非給電を選択した場合には給電スイッチ４０をＯＦＦ制御する（Ｓ１０６）。

このように、本実施形態では、ユーザがポータブルヘッドホンアンプ装置１と外部機器とをＵＳＢ接続した場合に、外部機器から常時給電するか、常時給電しないか、接続時にいずれかを選択するか、のいずれかのモードを選択できるように構成しているため、接続する外部機器に応じてフレキシブルに給電を制御できる。

なお、本実施形態におけるポータブルヘッドホンアンプ装置１では、給電スイッチ４０がＯＦＦ制御されている状態でポータブルヘッドホンアンプ装置１の電源がＯＦＦ（二次電池３８の充電切れや電源スイッチＯＦＦ）になってしまった場合、ポータブルヘッドホンアンプ装置１の内部設定が給電ＯＦＦに維持されているため、ＵＳＢコネクタ１６にケーブルを接続しても二次電池３８が充電できない事態が発生する。この場合、電源スイッチを一旦ＯＮにして給電スイッチ４０をＯＮ制御に切り替えたり（二次電池３８の充電切れの場合は電源スイッチを操作しても電源がＯＮにならないため不可）、ＡＣアダプタを使用してセルフパワーで充電することで対応可能であるが、ユーザの使い勝手をさらに良くするために、二次電池３８の蓄電残量を監視し、二次電池３８の蓄電残量が、例えば５％以下（電力供給が不安定になりそうなレベルや電力供給が停止しそうなレベルを考慮した任意の設定値）になったことを検出して、ポータブルヘッドホンアンプ装置１の電源が落ちる前に給電スイッチ４０を自動的にＯＮ制御に切り替えたり、電源スイッチのＯＦＦ操作に応答して給電スイッチ４０を自動的にＯＮ制御に切り替えるように構成してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、本実施形態では、ユーザが、
常時給電
常時非給電
接続時に給電／非給電を選択
のいずれかを選択できるように構成しているが、通常は、ＵＳＢ接続された場合に給電されることに鑑みて、
（２）常時非給電
（３）接続時に給電／非給電を選択
のいずれかを選択できるように構成してもよい。さらに、
（３）接続時に給電／非給電を選択
のみが可能なように構成してもよい。この場合、ＣＰＵ１０は、ＵＳＢ接続を検出すると、図３の処理フローチャートにおいてＳ１０１からＳ１０４の処理に移行し、給電するか否かの選択メニューを表示部３２に表示する。なお、選択メニューを表示してユーザがいずれかを選択するまでの間は、ＣＰＵ１０は、給電スイッチ４０をＯＦＦ制御しておくことが望ましい。

また、本実施形態では、常時給電、常時非給電をスライドスイッチ等のメカニカルスイッチとし、接続時に給電／非給電を選択するメニューを表示部３２に表示する構成とすることができるが、ポータブルヘッドホンアンプ装置１の起動時に選択メニューを表示部３２に表示し、この選択メニューで常時給電／常時非給電／接続時に選択のいずれかのメニューを選択するように構成してもよい。選択されたメニューはフラッシュＲＯＭ等のＲＯＭ１２に記憶し、電源がＯＦＦされた後でも記憶しておくことが望ましい。

また、本実施形態では、ユーザが（３）接続時の給電／非給電を選択した場合に、ＣＰＵ１０は、外部機器のＵＳＢ接続を検出した場合に表示部３２にポップアップ表示してユーザの選択を促すように構成しているが、ユーザがＵＳＢ接続時に操作部３４を操作して表示部３２に選択メニューを表示させて給電／非給電のいずれかを選択してもよい。但し、ＵＳＢ接続の度に階層メニュー等から給電／非給電を選択するのは煩わしいので、ＣＰＵ１０が接続時に自動的に選択メニューをポップアップ表示するのが好適であろう。

また、本実施形態において、ポータブルヘッドホンアンプ装置１がＡＣ電源で二次電池３８を充電する機能を有しており、実際に充電している場合や、二次電池３８が既に満充電状態にある場合は、たとえ常時給電や接続時に給電を選択したとしても、ＣＰＵ１０は給電スイッチ４０をＯＦＦ制御することは言うまでもない。要するに、ＣＰＵ１０は、二次電池３８の充電状態に応じて給電スイッチ４０をＯＮ／ＯＦＦ制御する公知の制御も併せて実行できる。従って、本実施形態における「常時給電」は、外部機器がＵＳＢ接続されたときには給電が常に開始される意味であり、二次電池３８が満充電状態である等、外部機器からの給電が不要な場合にまで給電を行う意味ではない。

また、本実施形態では、ＵＳＢコネクタ１６と充電回路３６の間に給電スイッチ４０を配置しているが、これは一例であり、給電スイッチ４０を充電回路３６内に組み込んでも良く、あるいは充電回路３６と二次電池３８の間に配置してもよい。要するに、ＶＢＵＳラインによる二次電池３８への給電を経路のいずれかで制御すればよい。

また、本実施形態においては、ＵＳＢ接続された外部機器がコンピュータであるかスマートフォンであるかをＵＳＢ接続だけで識別することが困難であることに鑑みて接続時にユーザが選択する構成としているが、仮に、接続された外部機器を識別できる場合には、ＣＰＵ１０が識別結果に応じて給電／非給電を制御してもよい。但し、この場合でも、表示部３２に「スマートフォンが接続されました。給電を開始しますか？」等のメニューを表示し、ユーザからの操作に応じて給電／非給電を実行するのが望ましい。

さらに、本実施形態では携帯電子機器としてポータブルヘッドホンアンプ装置を例示したが、これに限定されるものではなく、ＯＴＧケーブルでコンピュータやスマートフォンと接続し得る任意の携帯電子機器に適用し得る。

１０ ＣＰＵ、１２ ＲＯＭ、１４ ＲＡＭ、１６ ＵＳＢコネクタ、１８ ＳＤカード、２０ ＤＡＣ、２２ 切替部、２４ アンプ、２６ PHONE端子、２８ DIGITAL I/O LINE IN端子、３０ スイッチ、３２ 表示部、３４ 操作部、３６ 充電回路、３８ 二次電池、４０ 給電スイッチ。

Claims (5)

1. 外部機器と接続するためのＵＳＢコネクタと、
   二次電池と、
   ＶＢＵＳラインから前記二次電池への給電をＯＮ／ＯＦＦする給電スイッチと、
   前記ＵＳＢコネクタに外部機器が接続された場合に、給電と非給電のいずれかを選択するための選択メニューを表示し、ユーザが給電を選択した場合に前記給電スイッチをＯＮ制御して前記外部機器から前記二次電池への給電を実行し、ユーザが非給電を選択した場合に前記給電スイッチをＯＦＦ制御して前記外部機器から前記二次電池への給電を非実行とする制御手段と、
   を備えることを特徴とする携帯電子機器。
2. 請求項１記載の携帯電子機器において、さらに、
   前記給電スイッチを常時ＯＦＦに設定するための操作手段
   を備えることを特徴とする携帯電子機器。
3. 請求項１記載の携帯電子機器において、さらに、
   前記給電スイッチを常時ＯＮあるいは常時ＯＦＦに設定するための操作手段
   を備えることを特徴とする携帯電子機器。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の携帯電子機器において、
   前記制御手段は、前記二次電池の蓄電残量を監視し、前記蓄電残量が予め設定されるレベル以下になったことを検出した場合に、前記給電スイッチを自動的にＯＮ制御に切り替える
   ことを特徴とする携帯電子機器。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の携帯電子機器において、さらに、
   電源スイッチを備え、
   前記制御手段は、前記電源スイッチの状態を監視し、前記電源スイッチがＯＦＦ操作されたことを検出した場合に、前記給電スイッチを自動的にＯＮ制御に切り替える
   ことを特徴とする携帯電子機器。
   

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