JP2021045026A - 電子機器、電子機器の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 より簡便な電源制御技術を提供すること。【解決手段】 電源供給および双方向の信号伝送を行う複合ケーブルを介して供給した副電源に応じて変化した電気特性を、該複合ケーブルを介して検知し、該複合ケーブルを介して供給する主電源を、該検知の結果に応じて制御する。【選択図】 図１

Description

本発明は、電源供給および双方向の信号伝送を行う複合ケーブルを用いた電源制御技術に関するものである。

近年、電子デバイスおよび半導体の性能向上に伴い、電子機器の高速化および取り扱うデータ量の大容量化が進んでいる。また、複数の電子機器を接続するシステムにおいて、同データの伝送量は増大し、双方向の信号伝送が必要となるシステムも多くみられる。さらに、ユーザの利便性を向上させるため、信号の伝送のみならず電源の供給も１本のケーブルに集約されていることや、ケーブルを前後逆に接続すること、コネクタを表裏反転すること、が可能となる複合ケーブルも少なくない。

上記のケーブルを実現する技術として、ケーブルの接続とコネクタの表裏反転を検知すること、電源の供給を制御すること、に関しては特許文献１が提案されている。また、双方向の信号を伝送すること、電源の供給を制御すること、に関しては特許文献２が提案されている。さらに、知られた技術として、ユニバーサルシリアルバスが世代を追うごとに利便性が向上しており、Ｔｙｐｅ−Ｃ規格では、電源供給と双方向の信号伝送および前後逆の接続と表裏反転した接続を可能としている。

特許第４０８２１０５号公報 特許第５４１７１５１号公報

一方で、前述のすべての技術では、ケーブル接続の検知および電源制御のために専用の制御信号線を必要とする。また、ユニバーサルシリアルバスでは、電源を制御するために専用のコントローラーＩＣを用いた複雑な回路構成を必要とすることが少なくない。本発明では、より簡便な電源制御技術を提供する。

本発明の一様態は、電源供給および双方向の信号伝送を行う複合ケーブルを介して供給した副電源に応じて変化した電気特性を、該複合ケーブルを介して検知する検知部と、前記複合ケーブルを介して供給する主電源を、前記検知部による検知の結果に応じて制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、より簡便な電源制御技術を提供することができる。

電子機器の構成例を示すブロック図。 複合ケーブルプラグ前２０のみ表裏反転して接続した構成を示すブロック図。 複合ケーブルプラグ前２０および複合ケーブルプラグ後４０のコネクタピン配置の一例を示す図。 電子機器による電源制御動作のフローチャート。 電子機器の構成例を示すブロック図。 複合ケーブルプラグ前２０のみ表裏反転して接続した構成を示すブロック図。 電子機器による電源制御動作のフローチャート。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

［第１の実施形態］
先ず、本実施形態に係る電子機器の構成例について、図１のブロック図を用いて説明する。図１に示す如く、本実施形態に係る電子機器は、電源を供給する機器である給電機器１０、複合ケーブルプラグ前２０、複合ケーブル線３０、複合ケーブルプラグ後４０、給電機器１０により供給される電源を受ける受電機器５０、を有する。

先ず、給電機器１０について説明する。制御部１５は、主電源（主供給電源）を供給する主電源供給ライン１１の電気特性を制御する。「主電源を供給する主電源供給ライン１１の電気特性」は、例えば、主電源の電圧、電流、周波数、位相のうち１つ以上を含む。また制御部１５は、検知部１６による後述の検知の結果や、監視部１７による後述の監視の結果に応じて、主電源供給ライン１１の電気特性を制御する。つまり制御部１５は、主電源を制御する機能部である。制御部１５による制御を簡便に構成するのであれば、トランジスタのベースないしゲートを用いてコレクタ・エミッタ間ないしドレイン・ソース間の電圧および電流を制御することが考えられる。もしくは、ロードスイッチの活用も考えられる。

検知部１６は、制御部１５から出力される主電源供給ライン１１に接続されており、複合ケーブルを介して該主電源供給ライン１１と繋がっている主電源供給ライン５１の電気特性を検知し、該検知の結果に基づいて制御部１５に指示を出力する。なお、後述する素子５５によっては、検知部１６は、後述する接地ライン１４への接続を用いてプルダウン抵抗を内包することが考えられる。

監視部１７は、電源供給および双方向の信号伝送を行う双方向伝送ライン１３を流れる信号の伝送状況を監視し、該監視している伝送状況に基づいて制御部１５に指示を出力する。例えば監視部１７は、双方向伝送ライン１３における信号の伝送のオン／オフを検出し、該検出した結果に応じた指示を制御部１５に出力する。しかし、監視部１７が監視する対象は双方向伝送ライン１３における信号の伝送のオン／オフに限らず、例えば、双方向伝送ライン１３におけるデータレートの変化や電圧、電流、周波数、位相といった電気特性に基づく状態変化であっても良い。

主電源供給ライン１１、副電源（副供給電源）を供給する副電源供給ライン１２、双方向伝送ライン１３、後述する接地ライン１４、が通る複合ケーブルは、複合ケーブルプラグ前２０、複合ケーブル線３０、複合ケーブルプラグ後４０、で構成されている。

複合ケーブルプラグ前２０および複合ケーブルプラグ後４０は同様のコネクタピン配置（後述）を有しており、複合ケーブルプラグ前２０を受電機器５０に、複合ケーブルプラグ後４０を給電機器１０に挿入しても動作に変わりはない。

ここで、電源に関し、図１には、電源系統は主電源と副電源の２系統しか記載していないが、これに限るものではなく、２系統以上の電源系統に対応するために、３系統ないし４系統、またはそれ以上の系統数でも構わない。電源の制御を含まない電源系統が複数である場合も考えられる一方で、電源の供給を制御される系統が複数であることも考えられ、組み合わせによって制御部１５および検知部１６の数も変化する。また、図１では、双方向伝送ライン１３も１レーンしか記載していないが、双方向伝送ライン１３が複数レーン存在する複合ケーブルであっても構わない。また、接地ライン１４が物理的に複数線あっても構わないことは言うまでもない。

次に、受電機器５０について説明する。素子５５は、制御部１５から出力される主電源供給ライン１１（複合ケーブルが有する主電源供給ライン１１）と繋がっている主電源供給ライン５１と、副電源供給ライン１２（複合ケーブルが有する副電源供給ライン１２）と繋がっている副電源供給ライン５２と、に接続されており、主電源供給ライン５１と副電源供給ライン５２とを電気的に接続している。素子５５は、電気的な接続を目的としているが、抵抗や半導体のみならず、フォトカプラやリアクトルなど、中間部分は電気的な結合が絶縁されている素子でも構わない。素子５５を簡便に構成するのであれば、抵抗もしくはダイオードが考えられる。

双方向伝送ライン５３は、上記の双方向伝送ライン１３（複合ケーブルが有する双方向伝送ライン１３）と繋がっている。また、接地ライン５４は、上記の接地ライン１４（複合ケーブルが有する接地ライン１４）と繋がっている。

なお、上記の主電源供給ライン５１と、副電源供給ライン５２と、双方向伝送ライン５３と、接地ライン５４と、素子５５と、が複数あっても構わないことは前述のとおりである。

図１の構成において、複合ケーブルプラグ前２０のみ表裏反転して接続した構成を図２に示す。給電機器１０から複合ケーブルに接続される副電源供給ライン１２のコネクタピンは異なるものの、受電機器５０では副電源供給ライン５２が図１と同じ関係で素子５５に接続される。ここでは、複合ケーブルプラグ前２０のみ表裏反転しているが、複合ケーブルプラグ後４０のみを表裏反転しても、副電源供給ライン１２が副電源供給ライン５２に接続されることに変わりない。さらに、複合ケーブルプラグ前２０および複合ケーブルプラグ後４０を共に表裏反転したとしても同様である。また、複合ケーブルプラグ前２０と複合ケーブルプラグ後４０を入れ替えても構わないことは前述のとおりである。

複合ケーブルプラグ前２０および複合ケーブルプラグ後４０のコネクタピン配置の一例を図３に示す。図３（ａ）には１列のコネクタピン配置の一例を示しており、図３（ｂ）には２列のコネクタピン配置の一例を示している。

図３（ａ）の例では、左からＧＮＤ、Ｔｘ１、Ｒｘ１、Ｖｍａｉｎ、Ｖｓｕｂ、ＧＮＤ、Ｖｓｕｂ、Ｖｍａｉｎ、Ｒｘ２、Ｔｘ２、ＧＮＤとしている。ここで、主電源供給ラインはＶｍａｉｎ、副電源供給ラインはＶｓｕｂ、双方向伝送ラインはＴｘ（Ｔｘ１，Ｔｘ２）およびＲｘ（Ｒｘ１，Ｒｘ２）、接地ラインはＧＮＤを示している。

図３（ｂ）の例では、上段左からＧＮＤ、Ｔｘ１＋、Ｔｘ１−、Ｖｍａｉｎ、Ｖｓｕｂ、Ｎ．Ｃ．、Ｎ．Ｃ．、Ｎ．Ｃ．、Ｖｍａｉｎ、Ｒｘ２−、Ｒｘ２＋、ＧＮＤとしている。また、下段左からＧＮＤ、Ｒｘ１＋、Ｒｘ１−、Ｖｍａｉｎ、Ｎ．Ｃ．、Ｎ．Ｃ．、Ｎ．Ｃ．、Ｖｓｕｂ、Ｖｍａｉｎ、Ｔｘ２−、Ｔｘ２＋、ＧＮＤとしている。このとき、主電源供給ラインはＶｍａｉｎ、副電源供給ラインはＶｓｕｂ、双方向伝送ラインはＴｘ１＋、Ｔｘ１−、Ｔｘ２＋、Ｔｘ２−、Ｒｘ１＋、Ｒｘ１−、Ｒｘ２＋、Ｒｘ２−、接地ラインはＧＮＤを示している。

表裏反転して接続が可能なコネクタピン配置については、すでに多数の技術が存在するため、本実施形態では、コネクタピン配置は図３に示したコネクタピン配置に限らない。つまり、図３で示した例でも構わないし、図３よりも複雑で冗長なコネクタピン配置でも構わないが、対称にコネクタピンを配置することで、表裏反転した接続を可能とする。

次に、本実施形態に係る電子機器による電源制御動作について、図４のフローチャートに従って説明する。

ステップＳ１１では、給電機器１０の電源が投入され、これにより、主電源供給ライン１１の電圧（主電源の電圧）と、副電源供給ライン１２の電圧（副電源の電圧）と、が上昇する。給電機器１０の電源を投入する手法は特定の手法に限らず、例えば、外部電源からの投入、スイッチによる電源の投入、ソフトウェア制御による電源の投入がある。

ここで、給電機器１０の電源が投入されても、制御部１５は主電源供給ライン１１には何も出力しない。以下では、後述する簡便な制御のために、双方向伝送ライン１３のＴｘが動作を始めることを想定しているが、監視部１７の監視方法によっては双方向伝送ライン１３が動作を始めなくてもよい。

複合ケーブルが給電機器１０と受電機器５０に接続されている状態では、副電源供給ライン１２が副電源供給ライン５２に接続されるので、ステップＳ１２では、副電源供給ライン１２を介して副電源供給ライン５２に副電源が供給される。

なお、複合ケーブルプラグ前２０が給電機器１０に接続されていない場合は、副電源供給ライン１２は副電源供給ライン５２に接続されない。また、複合ケーブルプラグ後４０が受電機器５０に接続されていない場合も、副電源供給ライン１２は副電源供給ライン５２に接続されない。

ステップＳ２１では、副電源供給ライン５２における電圧が上昇することで、素子５５を伝わって主電源供給ライン５１における電圧も上昇する。この状態では、制御部１５からは主電源供給ライン１１を介して何も出力されていないものの、素子５５を通じて主電源供給ライン５１の電圧が上昇する電源系統間のループを形成している。

ステップＳ２２では、検知部１６は、受電機器５０において上昇した主電源供給ライン５１の電圧を、複合ケーブルを介して検知する。なお、検知部１６が検知する電気特性は電圧に限らず、電流、周波数、位相といった他の種類の電気特性を検知しても良い。

ステップＳ２３では、検知部１６は、検出した結果が規定の条件を満たしている場合には、制御部１５に対して起動指示を出力する。例えば検知部１６は、複合ケーブルを介して検知した「主電源供給ライン５１の電圧」が規定値以上となった場合には、制御部１５に起動指示を出力する。起動指示を受けた制御部１５は起動する。そして起動した制御部１５は、主電源供給ライン１１の出力を制御し、主電源の電圧、電流、周波数、位相といった電気特性を制御する。なお、制御部１５による制御対象は、これらの電気特性の一部でも良いし全てでも良い。

ステップＳ２４では、制御部１５により電気特性が制御された出力（主電源）が複合ケーブルを介して主電源供給ライン５１に供給される。このとき、検知部１６への入力がステップＳ２２の時点から変化することも考えられるが、簡便に構成するのならば、検知部１６はステップＳ２３で確定した制御部１５の出力を覆すような動作は行わない。一方で、制御部１５の出力に異常が発生した際には、検知部１６が制御部１５に対して別の指示を出すことも考えられる。

ステップＳ３１では、受電機器５０の電源が投入される。受電機器５０の電源の投入については、例えば、制御部１５からの出力が複合ケーブルを介して主電源供給ライン５１に供給されたら直ちに受電機器５０の電源を投入しても良いし、スイッチやソフトウェアの制御によって受電機器５０の電源を投入しても良い。後述する簡便な制御のために、双方向伝送ライン５３のＴｘが動作を始めることを想定しているが、監視部１７の監視方法によっては双方向伝送ライン５３が動作を始めなくてもよい。

ステップＳ３２では、ステップＳ１１で動作を始めた双方向伝送ライン１３のＴｘが双方向伝送ライン５３のＲｘとして受信され、ステップＳ３１で動作を始めた双方向伝送ライン５３のＴｘが双方向伝送ライン１３のＲｘとして受信される。これにより、双方向伝送が確立する。このとき、簡便な構成と配線数の削減のために、双方向伝送ラインにはクロックが埋め込まれ、絶えず動作を継続する双方向伝送を想定するものの、監視部１７の監視方法によってはクロックが別であることや断続的な双方向伝送でも構わない。本ステップを継続することで、電子機器は定常状態となる。

ステップＳ４１では、受電機器５０の電源が停止される。主電源供給ライン５１には制御部１５の出力が接続されているため、スイッチやソフトウェアの制御もしくは何らかの異常によって終了することを示している。

ステップＳ４２では、受電機器５０の電源が停止されたことに伴って、双方向伝送ライン５３の動作が停止し、双方向伝送ライン１３のＲｘに信号が受信されなくなることで、双方向伝送が切断される。ここでは、双方向伝送の切断の一例として、受電機器５０の電源停止による双方向伝送の切断を説明したが、これに限らず、例えば、複合ケーブルが給電機器１０から若しくは受電機器５０から抜けることでも同様に双方向伝送が切断される。

ステップＳ４３では、監視部１７は双方向伝送を監視しており、該双方向伝送が切断されると、該切断を検知する。給電機器１０の電源がオンである場合には双方向伝送ライン１３が動作し、受電機器５０の電源がオンである場合には双方向伝送ライン５３が動作することで、電子機器の電源が入っている限りは継続して双方向伝送が確立している。この双方向伝送が切断することを監視する方法には様々な方法があり、例えば、双方向伝送している信号の電圧、電流、周波数、位相といった電気特性により双方向伝送の切断を監視することも考えられる。例えば、監視部１７は、双方向伝送している信号の電圧や電流の値が規定値未満となった場合には、信号の双方向伝送が切断されたと判断する。また、監視部１７は、データパケットやシーケンスなどの双方向伝送している信号の内容に基づいて、双方向伝送の切断を監視することも考えられる。

ステップＳ４４では、監視部１７は、双方向伝送の切断を検知すると、制御部１５に対して停止指示を出力する。停止指示を受けた制御部１５は動作を停止させる。つまり制御部１５は、停止指示を受けると、主電源供給ライン１１の出力を制御し、主電源の電圧、電流、周波数、位相といった主電源の電気特性を制御して出力を停止する。このとき、制御部１５による制御対象は、これらの電気特性の一部でも良いし全てでも良い。

ステップＳ４５では、制御部１５の出力が停止したため、複合ケーブルを介した受電機器５０の主電源供給ライン５１への電源供給が停止する。ここで、複合ケーブルを抜いた場合、もしくは、複合ケーブルが抜かれたことでステップＳ４２以降の順に本ステップへたどり着いた場合は、給電機器１０が残るのみとなり、処理はステップＳ５１に進む。一方で、給電機器１０と受電機器５０との間を複合ケーブルが接続している状態の場合は、副電源供給ライン１２と副電源供給ライン５２との接続が解消されていないため、処理はステップＳ１２に進み、再度主電源が供給される。

ステップＳ５１では、給電機器１０の電源を停止し、これにより、主電源供給ライン１１における電圧および副電源供給ライン１２における電圧が下降する。給電機器１０の電源を停止させる手法は特定の手法に限らず、例えば、外部電源からの投入停止、スイッチによる電源の投入停止、ソフトウェア制御による電源の投入停止がある。

［第２の実施形態］
以下では、第１の実施形態との差分について説明し、以下で特に触れない限りは第１の実施形態と同様であるものとする。第１の実施形態では、副電源供給ラインは給電機器から受電機器に副電源を給電するだけであり、かつ、複合ケーブルが銅線などメタル素材で構成された、パッシブケーブルを想定して主電源を制御する方法を説明してきた。

しかし、伝送する信号を増幅することや該信号を光信号に変換することで長距離通信を可能とするアクティブケーブルも近年では盛んに開発されており、本実施形態では、同ケーブルの副供給電源を有効に活用し、主電源を簡便に制御する構成について説明する。

本実施形態に係る電子機器の構成例について、図５のブロック図を用いて説明する。図５において図１に示した機能部と同じ機能部には同じ参照番号を付しており該機能部に係る説明は省略する。

本実施形態に係る複合ケーブルプラグ前２０は、変換部２１を有する。変換部２１は、複合ケーブルプラグ前２０が給電機器１０に繋がれており且つ給電機器１０の電源が投入されている状態で、副電源供給ライン１２から副電源が供給されると動作する。副電源が供給された変換部２１は、伝送する信号の電圧、電流、周波数、位相といった電気特性を変換したり、伝送する信号を光信号に変換したりする。変換部２１による何れの変換も長距離伝送を実現するための手法として考えられる。変換部２１は、双方向伝送ライン１３の信号を給電機器１０から入力して複合ケーブル線３０に導く役割と、複合ケーブル線３０からの信号を給電機器１０へ双方向伝送ライン１３の信号として導く役割がある。また、変換部２１の半導体によっては、電源供給を受ける限り動作を継続するものであっても良いし、電源供給を受けたうえで信号の入力によって動作を開始するものでもよい。

なお、複合ケーブル線３０は、第１の実施形態から構成上の変わりは無いものの、変換部２１の動作によっては、信号線が銅線などのメタル線から、オプティカルファイバー線など材質が異なるものとなる。

また、本実施形態に係る複合ケーブルプラグ後４０は、変換部４１を有する。変換部４１は、受電機器５０の副電源供給ライン５２から副電源が供給されると変換部２１と同様に動作し、給電機器１０に伝送する信号を変換する。変換部４１による変換の内容は変換部２１と同様である。

図５の構成において、複合ケーブルプラグ前２０のみ表裏反転して接続した構成を図６に示す。給電機器１０から複合ケーブルに接続される副電源供給ライン１２のコネクタピンは異なるものの、副電源供給ライン１２から変換部２１に副電源を供給することができる。また、受電機器５０では副電源供給ライン５２が図５と同じ関係で素子５５に接続される。ここでは、複合ケーブルプラグ前２０のみ表裏反転しているが、複合ケーブルプラグ後４０のみを表裏反転しても、複合ケーブルプラグ前２０および複合ケーブルプラグ後４０を共に表裏反転したとしても同様である。また、複合ケーブルプラグ前２０と複合ケーブルプラグ後４０を入れ替えても構わないことは前述のとおりである。

次に、本実施形態に係る電子機器による電源制御動作について、図７のフローチャートに従って説明する。図７のフローチャートは、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ２１〜Ｓ２４の動作と並行してステップＳ２５の動作が行われることを示している。図７において図４に示した処理ステップと同様の処理ステップには同じステップ番号を付しており、該処理ステップについての説明は省略する。

ステップＳ２５では、変換部２１および変換部４１のそれぞれに対して、副電源供給ライン１２および副電源供給ライン５２から副電源が供給され、それぞれが上記の如く変換動作を開始する。このとき、図５の構成を説明する際に述べた通り、変換部２１および変換部４１は、電源供給のみで動作を継続してもよいし、本ステップで電源供給を受けたのちにステップＳ３２で双方向伝送が行われる際のみ動作を実施するものでもよい。

このように、本実施形態によれば、主に長距離伝送のために使用されるアクティブケーブルにおいても、副供給電源を有効に活用しながら、簡便な構成で、主供給電源を制御することができる。

なお、上記の説明において使用した具体的な数値は、具体的な説明を行うために使用したものであって、上記の各実施形態がこれらの数値に限定されることを意図したものではない。また、以上説明した各実施形態の一部若しくは全部を適宜組み合わせても構わない。また、以上説明した各実施形態の一部若しくは全部を選択的に用いても構わない。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１０：給電機器 １１：主電源供給ライン １２：副電源供給ライン １３：双方向伝送ライン １４：接地ライン １５：制御部 １６：検知部 １７：監視部 ２０：複合ケーブルプラグ前 ３０：複合ケーブル線 ４０：複合ケーブルプラグ後 ５０：受電機器 ５１：主電源供給ライン ５２：副電源供給ライン ５３：双方向伝送ライン ５４：接地ライン ５５：素子

Claims (7)

1. 電源供給および双方向の信号伝送を行う複合ケーブルを介して供給した副電源に応じて変化した電気特性を、該複合ケーブルを介して検知する検知部と、
   前記複合ケーブルを介して供給する主電源を、前記検知部による検知の結果に応じて制御する制御部と
   を備えることを特徴とする電子機器。
2. 更に、
   主電源供給ラインと副電源供給ラインとを接続する素子を備え、
   前記検知部は、前記副電源供給ラインを介して前記副電源を供給した場合の前記主電源供給ラインにおける電気特性を、前記複合ケーブルを介して検知することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 更に、
   前記複合ケーブルを介した信号の伝送状況を監視する監視部を備え、
   前記制御部は、前記複合ケーブルを介して供給する主電源を、前記監視部による監視の結果に応じて制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
4. 更に、
   前記信号の電気特性を変換する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電子機器。
5. 更に、
   前記信号を光信号に変換する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電子機器。
6. 前記電気特性は、電圧、電流、周波数、位相を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電子機器。
7. 電源供給および双方向の信号伝送を行う複合ケーブルを介して供給した副電源に応じて変化した電気特性を、該複合ケーブルを介して検知し、
   前記複合ケーブルを介して供給する主電源を、前記検知の結果に応じて制御する
   ことを特徴とする電子機器の制御方法。

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