JP2023040804A

JP2023040804A - ポートコントローラ、電子機器

Info

Publication number: JP2023040804A
Application number: JP2021147971A
Authority: JP
Inventors: 望古謝; Nozomi Koja; 健一本木; Kenichi Motoki
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2021-09-10
Publication date: 2023-03-23
Also published as: US20230083174A1; CN115793823A

Abstract

【課題】デッドバッテリ状態において、初期ネゴシエーションを実行可能なポートコントローラを提供する。【解決手段】ポートコントローラ３００は、ＵＳＢ（UniversalSerialBus）Ｔｙｐｅ－Ｃ規格に対応し、シンクデバイスとして動作可能な機器に使用可能である。インタフェース回路３３０は、外部のメインコントローラ２１０と通信可能である。トランシーバ３２０は、レセプタクルのＣＣ（ConfigurationChannel）ピンを介してソースデバイス４００と通信可能である。制御部３４０は、トランシーバ３２０を介してソースデバイス４００とネゴシエーションを実行可能である。ピン制御回路３１０は、ＣＣピンの状態を制御するとともに、ＣＣピンの状態を監視する。電源回路は、ソースデバイス４００から供給されるバス電圧を受け、メインコントローラ２１０の電源電圧ＶＤＤ２を生成する。【選択図】図２

Description

本開示は、電子機器への給電技術に関する。

携帯電話端末、スマートホン、タブレット端末、ノート型コンピュータ、ポータブルオーディオプレイヤをはじめとする電池駆動デバイス（電子機器）は、再充電可能な二次電池とともに、それを充電するための充電回路を内蔵する。充電回路には、外部からＵＳＢケーブルを介して供給されたＤＣ電圧（バス電圧Ｖ_ＢＵＳ）や、外部のＡＣアダプタからのＤＣ電圧にもとづいて二次電池を充電するものが存在する。

ＵＳＢを利用した給電装置および給電システムとして、USB Power Delivery規格（以下、ＵＳＢＰＤ規格という）が策定されている。ＵＳＢＰＤ規格では、最大１００Ｗまで給電をサポートしている。ＵＳＢＰＤ規格は、ＵＳＢｔｙｐｅ－Ｃ規格にも採用されている。

ＵＳＢＴｙｐｅ－Ｃでは、給電する側をソース、給電を受ける側をシンクと称する。ソース機能（ソースロール）を有する機器はプロバイダあるいはソースデバイス、シンク機能（シンクロール）を有する機器はコンシューマあるいはシンクデバイスとも称される。

ＵＳＢＰＤおよびＴｙｐｅ－Ｃの機能を提供するために、ＵＳＢＰＤおよびＴｙｐｅ－Ｃに関連する制御を担うポートコントローラＩＣ（Integrated Circuit）が利用される。

ポートコントローラＩＣは、ＵＳＢ－ＴｙｐｅＣの物理層および論理層の機能を提供する。ポートコントローラＩＣは、ＣＣ（Configuration Channel）ポートの状態にもとづいてソースデバイスを検出し、ＣＣピンを介してネゴシエーションを実行する機能を備える。

ポートコントローラＩＣには、電子機器のメインコントローラの制御下で動作するものと、完全にスタンドアロンで動作するものが存在する。

メインコントローラの制御下で動作するポートコントローラＩＣは、メインコントローラから、電子機器２００が要求する電力などに関する情報を取得する。したがって電子機器のバッテリが放電し、メインコントローラが動作不能な状態では、ポートコントローラＩＣは、初期ネゴシエーション（パワーネゴシエーション）を行うことができない。

特許第６６０４８６３号公報

ＵＳＢＰＤ規格では、ＣＣピンをプルダウン抵抗Ｒｄによってプルダウンすることにより、シンクデバイスとみなされる。したがってバッテリが完全に放電した状態（デッドバッテリ状態）であるときには、ＣＣピンをプルダウンした状態で待機しておくことにより、ソースデバイスを接続したときに給電を受けることができ、デッドバッテリ状態から起動させることができる。

ここで、シンクデバイスは、ＶＢＵＳピンから内部回路に至るライン上に設けられたバススイッチを備える。このバススイッチがオフの間は、バス電圧Ｖ_ＢＵＳは、内部回路に供給されない。つまり内部のメインコントローラが起動しないため、ポートコントローラは、初期ネゴシエーションに必要な初期情報を取得することができない。

本開示はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、デッドバッテリ状態において、初期ネゴシエーションを実行可能なポートコントローラの提供にある。

本開示のある態様は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）Ｔｙｐｅ－Ｃ規格に対応し、シンクデバイスとして動作可能な機器に使用可能なポートコントローラに関する。ポートコントローラは、外部のメインコントローラと通信可能なインタフェース回路と、ＣＣ（Configuration Channel）ピンを介してソースデバイスと通信可能なトランシーバと、トランシーバを介してソースデバイスとネゴシエーションを実行可能な制御部と、ＣＣピンの状態を制御するとともに、ＣＣピンの状態を監視するピン制御回路と、ソースデバイスから供給されるバス電圧を受け、メインコントローラの電源電圧を生成する電源回路と、を備える。

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本開示の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本開示のある態様によれば、デッドバッテリ動作が可能となる。

実施形態に係るポートコントローラを備える電子機器のブロック図である。実施形態に係るポートコントローラのブロック図である。図２のポートコントローラの動作を示すタイムチャートである。比較技術に係るポートコントローラの動作を示すタイムチャートである。

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

一実施形態に係るポートコントローラは、ＵＳＢＴｙｐｅ－Ｃ規格に対応し、シンクデバイスとして動作可能な機器に使用可能である。ポートコントローラは、外部のメインコントローラと通信可能なインタフェース回路と、ＣＣ（Configuration Channel）ピンを介してソースデバイスと通信可能なトランシーバと、ＣＣピンの状態を制御するとともに、ＣＣピンの状態を監視するピン制御回路と、ソースデバイスから供給されるバス電圧を受け、メインコントローラの電源電圧を生成する電源回路と、を備える。

デッドバッテリ状態において、バススイッチがオフであっても、メインコントローラには、ポートコントローラの電源回路が生成する電源電圧が供給され、メインコントローラは起動することができる。そしてメインコントローラが起動した後に、ポートコントローラは、メインコントローラから、ネゴシエーションに必要な情報を受け、相手機器（ソースデバイス）と初期ネゴシエーションを実行することができる。

一実施形態において、ポートコントローラは、レセプタクルのＶＢＵＳピンに接続されるバススイッチを制御するスイッチドライバをさらに備えてもよい。スイッチドライバは、メインコントローラからの指示に応答してバススイッチをオンしてもよい。初期ネゴシエーションによって適切な電圧レベルのバス電圧Ｖ_ＢＵＳが供給された後にメインコントローラが、内部回路が正常であることを条件としてポートコントローラに対して、バススイッチをオンするように指示することで、システムを安全に動作させることができる。

一実施形態において、ポートコントローラは、レセプタクルのＶＢＵＳピンに接続されるバススイッチを制御するスイッチドライバをさらに備えてもよい。制御部は、初期ネゴシエーションの完了後に、スイッチドライバにバススイッチのオンを指示してもよい。この場合も、内部回路が正常であることを条件として、メインコントローラが初期ネゴシエーションの開示を指示するようにすれば、システムを安全に動作させることができる。

（実施形態）
以下、好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、開示および発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示および発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に接続された（設けられた）状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図１は、実施形態に係るポートコントローラ３００を備える電子機器２００のブロック図である。電子機器２００は、ポートコントローラ３００、レセプタクル２０２、バススイッチ２０４、メインコントローラ２１０、メイン電源２２０、バッテリ２２２を備える。なお、電子機器２００はここで示すブロック以外にも、それに固有機能に応じたブロックを含みうる。

電子機器２００のレセプタクル２０２には、ＵＳＢケーブル４０２を介してソースデバイス（相手機器ともいう）４００が接続可能である。電子機器２００は、ＵＳＢＴｙｐｅ－Ｃ規格において、コンシューマとなることができ、ソースデバイス４００から給電可能である。メイン電源２２０は、ソースデバイス４００からの電力によってバッテリ２２２を充電する充電回路を含むことができる。

レセプタクル２０２は、ＶＢＵＳピン、ＣＣ１ピン、ＣＣ２ピン、ＧＮＤピンを含む。レセプタクル２０２には、ＵＳＢケーブル４０２を介して、ソースデバイス４００が接続される。

バススイッチ２０４は、ＶＢＵＳピンと、メイン電源２２０の間に挿入される。電子機器２００と相手機器４００との間で初期ネゴシエーションが完了すると、バススイッチ２０４がオンとなり、メイン電源２２０にバス電圧Ｖ_ＢＵＳが供給される。たとえばポートコントローラ３００は、メインコントローラ２１０からの指示に応答して、バススイッチ２０４をオン、オフを切りかえる。

メインコントローラ２１０は、電子機器２００を統合的に制御するプロセッサを含んでおり、たとえばマイクロコントローラやＳｏＣ（System on Chip）で構成される。

ポートコントローラ３００は、電源ピンＶＤＤ、ＣＣピンＣＣ１，ＣＣ２、接地ピンＧＮＤ、スイッチ制御ピンＳＷＣＮＴピン、インタフェースピンＩＦを備えた機能ＩＣ（Integrated Circuit）である。電源ピンＶＤＤ、接地ピンＧＮＤ、ＣＣ１ピン、ＣＣ２ピンは、レセプタクルの対応するピンと接続されている。インタフェースピンＩＦは、メインコントローラ２１０と接続される。ＳＷＣＮＴピンは、バススイッチ２０４の制御端子と接続される。

ポートコントローラ３００には、相手機器４００との通信に必要な物理層および論理層（プロトコル）が実装されている。ポートコントローラ３００は、メインコントローラ２１０から受信した情報にもとづいて、相手機器４００とネゴシエーションを行う。この情報には、電子機器２００に固有の要求電力などが含まれる。

またポートコントローラ３００は電源出力ピンＶＯＵＴを備える。この電源出力ピンＶＯＵＴピンからは、電源電圧Ｖ_ＤＤ２が出力される。メインコントローラ２１０は、メイン電源２２０が動作しているときには、メイン電源２２０が生成する電源電圧Ｖ_ＤＤ１にもとづいて動作することができ、メイン電源２２０が動作していないときには、ポートコントローラ３００が生成する電源電圧Ｖ_ＤＤ２にもとづいて動作することができる。メインコントローラ２１０の電源端子には、たとえばダイオードＯＲ回路によって２つの電源電圧Ｖ_ＤＤ１，Ｖ_ＤＤ２が供給されてもよいし、セレクタ（スイッチ）によって、２つの電源電圧Ｖ_ＤＤ１，Ｖ_ＤＤ２の一方を選択するようにしてもよい。

以上が電子機器２００全体の構成である。続いてポートコントローラ３００の構成を説明する。

図２は、実施形態に係るポートコントローラ３００のブロック図である。ポートコントローラ３００は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）Ｔｙｐｅ－Ｃ規格に対応している。このポートコントローラ３００は、図１に示したように、シンクデバイスとして動作可能な電子機器２００に使用可能であり、物理層および論理層が実装されている。

ポートコントローラ３００は、ピン制御回路３１０、トランシーバ３２０、インタフェース回路３３０、制御部３４０、スイッチドライバ３５０、外部用電源３６０、内部電源３７０を備える。

ピン制御回路３１０は、ＣＣ１ピン、ＣＣ２ピンと接続されるフロントエンドのブロックであり、ＣＣ１，ＣＣ２ピンの状態を制御するとともに、ＣＣピンの状態を監視する。

電子機器２００のロール（ソース／シンク）は、ＣＣ１ピンおよびＣＣ２ピンの状態（プルアップ、プルダウン）に応じて規定される。ピン制御回路３１０は、電子機器２００のロールを規定するためのハードウェア（プルダウン抵抗Ｒｄなど）や、相手機器のロールを判定するためのハードウェア（たとえば電圧コンパレータなど）を含む。ピン制御回路３１０の内部構成は公知技術を用いればよいため説明を省略する。

トランシーバ３２０は、ＳＯＰ（Start Of Packet）通信に準拠しており、トランスミッタ３２２、レシーバ３２４、エンコーダ３２６、デコーダ３２８を備える。エンコーダ３２６およびデコーダ３２８は、ＢＭＣ（Biphase Mark Coding）方式に対応する。エンコーダ３２６は、制御部３４０が生成したデータを符号化し、トランスミッタ（ラインドライバ）１２２は、符号化された信号を送信する。またレシーバ３２４が受信した信号は、デコーダ３２８によって復号され、制御部３４０に受け渡される。

制御部３４０は、ポートコントローラ３００を統合的に制御する。制御部３４０の主たる機能は、トランシーバ３２０を利用して、ソースデバイス４００とネゴシエーションである。制御部３４０は、たとえばソフトウェアプログラムとプロセッサの組み合わせで実装される。なお、制御部３４０は、ネゴシエーションに必要な情報のうち、電子機器２００に固有の情報は、メインコントローラ２１０から取得する。メインコントローラ２１０から取得する情報を、外部情報という。別の見方をすると、ポートコントローラ３００は、メインコントローラ２１０からの外部情報を初期値として初期化される。

この外部情報は、具体的には電子機器２００が要求する電力データを含みうる。この電力データの形式は特に限定されず、後述する複数のＰＤＯの中からひとつを選択できるようなものであればよく、一例として、要求するバス電圧Ｖ_ＢＵＳと電流のリストを含んでもよい。

インタフェース回路３３０は、メインコントローラ２１０と通信可能である。インタフェース回路３３０は、制御部３４０とメインコントローラ２１０の間のデータ通信を提供する。

インタフェース回路３３０の種類はとくに限定されないが、たとえばＩ^２Ｃ（Inter IC）やＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）などを用いることができる。図２において、ＩＦピンを１個で示しているが、このＩＦピンは、Ｉ^２Ｃインタフェースにおいては、クロック端子ＳＣＬとデータ端子ＳＤＡを簡略化して示したものであり、ＳＰＩにおいては、チップセレクト端子ＣＳ、クロック端子ＳＣＬＫ、データ入力端子ＳＤＩ、データ出力端子ＳＤＯを簡略化して示したものである。

インタフェース回路３３０は、レジスタ３３２を含むことができる。メインコントローラ２１０は、インタフェース回路３３０と通信を行い、レジスタ３３２に外部情報をはじめとするデータを書き込む。制御部３４０は、レジスタ３３２にメインコントローラ２１０が書き込んだデータを読み出し、ネゴシエーションに利用する。

図２では、トランシーバ３２０と制御部３４０が直接的に接続されるように示されるがそれは便宜的なものである。トランシーバ３２０と制御部３４０の間のデータのやりとりは、インタフェース回路３３０（レジスタ３３２）を利用して行ってもよい。すなわちトランシーバ３２０は受信したデータをレジスタ３３２に書き込み、制御部３４０は、レジスタ３３２からそのデータを読み出すことができる。反対に、制御部３４０は、ソースデバイス４００に送信すべきデータをレジスタ３３２に書き込み、トランシーバ３２０はレジスタ３３２に書き込まれたデータを、ソースデバイス４００に送信することができる。

メインコントローラ２１０がレジスタ３３２に書き込むデータは、バススイッチ２０４のオン、オフの制御信号を含んでもよい。メインコントローラ２１０は、電子機器２００が安全に動作可能な状態となると、バススイッチ２０４をオンするようにポートコントローラ３００に指示する。制御部３４０は、この指示に応答してスイッチドライバ３５０を制御し、スイッチドライバ３５０にバススイッチ２０４をオンさせる。

またトランシーバ３２０がソースデバイスから受信したデータは、レジスタ３３２に書き込まれる。メインコントローラ２１０は、レジスタ３３２にアクセスすることにより、トランシーバ３２０がソースデバイスから受信したデータを読み出すことができる。

ポートコントローラ３００は、その他、エラー情報などをレジスタ３３２に格納してもよい。メインコントローラ２１０はレジスタ３３２にアクセスし、エラー情報を取得する。

内部電源３７０は、ＶＤＤピンと接続され、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを受ける。内部電源３７０は安定化された電源電圧Ｖ_ＲＥＧを生成し、ポートコントローラ３００の内部の少なくとも一つのブロックに供給する。

外部用電源３６０も、ＶＤＤピンと接続され、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを受ける。外部用電源３６０は、安定化された外部用電源電圧Ｖ_ＤＤ２を生成し、電源出力ピンＶＯＵＴから出力する。外部用電源電圧Ｖ_ＤＤ２の電圧レベルは、メインコントローラ２１０の仕様に応じて決定される。

以上がポートコントローラ３００の構成である。

続いてその動作を説明する。図３は、図２のポートコントローラ３００の動作を示すタイムチャートである。

１．初期状態
初期状態（ｔ_０より前）において、バッテリ２２２は完全に放電しており、電子機器２００は動作不能である。この状態で、ソース機能を有する機器が、ＵＳＢケーブルを介してレセプタクル２０２と接続される。

２．ソース－シンク(Source-to-Sink)の関係の確立
ソースデバイスとなるべき相手機器は、ＣＣ１，ＣＣ２ピンの状態にもとづいて、シンクデバイスとの接続を確立する（ｔ_０～ｔ_１）。具体的には、相手機器は、電子機器２００が備えるプルダウン抵抗Ｒｄの有無によって、電子機器２００がシンクデバイスであるか否かを判定する。相手機器は、プルダウン抵抗Ｒｄを検出し、電子機器２００がシンクデバイスであると判定すると、接続が確立したものとして、デフォルトの５Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳを出力する。

相手機器が出力したバス電圧Ｖ_ＢＵＳは、ポートコントローラ３００の電源ピンＶＤＤに供給され、ポートコントローラ３００が動作可能となる。電子機器２００のポートコントローラ３００は、ＣＣ１，ＣＣ２ピンの状態にもとづいて、相手機器がソースデバイスであることを判定する。具体的には、ポートコントローラ３００のピン制御回路３１０が、ＣＣ１ピンとＣＣ２ピンの電圧にもとづいて、相手方のプルアップ抵抗Ｒｐを検出する。ピン制御回路３１０は、バス電圧Ｖ_ＢＵＳが供給されたこと、相手機器のプルアップ抵抗Ｒｐを検出したこと、を条件として、相手方との接続を確立する。相手機器（ソースデバイス）のプルアップ抵抗Ｒｐは、電流値（３Ａ，１．５Ａ，５００ｍＡ）に応じて異なっている。ＣＣピンには、ＲｐとＲｄで分圧された電圧が発生するから、ピン制御回路３１０は、ＣＣピンの電圧に応じて、プルアップ抵抗Ｒｐの抵抗値、すなわち電流値を検出できる。

この段階では、メインコントローラ２１０は動作しておらず、ポートコントローラ３００はバススイッチ２０４をオンする指令を受けることもできないから、バススイッチ２０４はオフである。つまりバス電圧Ｖ_ＢＵＳはメイン電源２２０には供給されず、電源電圧Ｖ_ＤＤ１は生成されない。

バス電圧Ｖ_ＢＵＳを電源ピンＶＤＤに受けたポートコントローラ３００は、電源電圧Ｖ_ＤＤ２を生成し、メインコントローラ２１０に供給する（時刻ｔ_１）。具体的にはポートコントローラ３００の外部用電源３６０は、５Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳを受けて、電源電圧Ｖ_ＤＤ２を生成する。この電源電圧Ｖ_ＤＤ２によってメインコントローラ２１０が起動する。

メインコントローラ２１０はその起動シーケンスに含まれる（あるいは含まれない）初期化シーケンスにおいて、ポートコントローラ３００のレジスタ３３２に、ネゴシエーションに必要な外部情報を書き込み、ポートコントローラ３００のレジスタ３３２に格納されるデータを初期化する。

ここまでの処理には、ＣＣピンを介した通信は使用されない。

３．初期ネゴシエーション（パワーネゴシエーション）
続いて、初期ネゴシエーションが行われる（ｔ_２～ｔ_３）。この段階では、メインコントローラ２１０の起動は完了しており、電子機器２００は、初期ネゴシエーションに必要な電力データを持っている。

相手機器は、電子機器２００がＵＳＢＰＤに対応しているか否かを判定する。相手機器は、ＣＣラインを使用した通信によって、自身が対応しているＰＤＯ（Power Data Object）を含むパケット（Source_Capabilitiesメッセージ）を電子機器２００に送信する。ＰＤＯは、自身が供給可能な電圧と電流の組み合わせを規定するものである。電子機器２００がＵＳＢＰＤに対応している場合、電子機器２００は、相手機器からのＰＤＯに応答を返す。電子機器２００がＵＳＢＰＤに対応していない場合、ＰＤＯに対する応答が返らないため、相手機器は、電子機器２００がＵＳＢＰＤに非対応であると判定することができる。

電子機器２００のトランシーバ３２０は、ＰＤＯを含むパケットを受信する。このパケットは制御部３４０によって参照される。レジスタ３３２には、メインコントローラ２１０が書き込んだ外部情報、すなわち電子機器２００が要求する電力（電圧、電流）を規定する電力データが格納されている。

制御部３４０は、レジスタ３３２に格納される電力データにもとづいて、複数のＰＤＯの中からひとつを選択する。そして、選択したＰＤＯを示す識別子（番号）を、トランシーバ３２０に返す。トランシーバ３２０は、ＰＤＯの識別子を含むパケット（Requestメッセージ）を、相手機器であるソースデバイス４００に送信する。

相手機器は、Requestメッセージを受信すると、それに含まれるデータにもとづいて、供給する電圧および電流を決定する。そしてバス電圧Ｖ_ＢＵＳの電圧レベルを、ネゴシエーションにより決まった電圧レベルに設定する。

４．バススイッチ２０４の制御
初期ネゴシエーションの完了後、ネゴシエーションで決まった電圧レベルのバス電圧Ｖ_ＢＵＳが安定された状態で、メインコントローラ２１０は、ポートコントローラ３００に対してバススイッチ２０４をオンするように指示する（時刻ｔ_３）。これに応答してポートコントローラ３００はバススイッチ２０４をオンする（時刻ｔ_４）。その結果、ネゴシエーションで決まった電圧レベルのバス電圧Ｖ_ＢＵＳが、メイン電源２２０に供給される。メイン電源２２０は、バス電圧Ｖ_ＢＵＳを受け、バッテリ２２２を充電するとともに、電源電圧Ｖ_ＤＤ１を生成して、メインコントローラ２１０やその他の回路ブロックに供給する。これにより、電子機器２００全体が起動することになり、デッドバッテリ状態からの起動が完了する。

５．その後のネゴシエーション
メインコントローラ２１０が起動した後においても、いくつかのネゴシーションが発生しうるが、それらのネゴシエーションについても、ポートコントローラ３００がメインコントローラ２１０から得た情報にもとづいて実行する。

たとえば、電子機器２００が、シンク、ソースが切りかえ可能なデュアルロールである場合、パワーロールスワップのプロトコルに対応する必要がある。パワーロールスワップに関するネゴシエーションの機能は、ポートコントローラ３００の制御部３４０に実装される。ポートコントローラ３００は、ソースデバイス４００からパワーロールスワップの要求を受けると、それをメインコントローラ２１０に通知し、その可否の判断をメインコントローラ２１０に委ねる。メインコントローラ２１０は、可否を示すフラグをレジスタ３３２に書き込む。ポートコントローラ３００は、レジスタ３３２に書き込まれたフラグにもとづいて、ソースデバイス４００とネゴシエーションを行う。

また、ＵＳＢＰＤ３．０のオプションでは、ＰＰＳ（Programmable Power Supply）と呼ばれる規格が規定される。電子機器２００がＰＰＳに対応する場合、ＰＰＳに関連する通信に関する機能も、ポートコントローラ３００に実装される。メインコントローラ２１０は、バッテリ２２２の電圧や電子機器２００の動作状態に適応して、要求するバス電圧Ｖ_ＢＵＳの電圧レベルを時々刻々と変化させる。メインコントローラ２１０は、要求するバス電圧Ｖ_ＢＵＳの電圧レベルが変化すると、レジスタ３３２に要求する電圧情報を書き込む。ポートコントローラ３００は、レジスタ３３２に書き込まれた電圧情報にもとづいてソースデバイス４００とネゴシエーションを行う。

以上がポートコントローラ３００および電子機器２００の動作である。

ポートコントローラ３００の利点は、比較技術との対比によって明確となる。図４は、比較技術に係るポートコントローラの動作を示すタイムチャートである。比較技術に係るポートコントローラは、外部用電源３６０を備えておらず、その代わりに、バス電圧Ｖ_ＢＵＳが供給されると、メイン電源２２０からの制御とは無関係に、バススイッチをオンする機能を備える。

１．初期状態
時刻ｔ_０より前は初期状態であり、バッテリ２２２は完全に放電しており、電子機器２００は動作不能である。この状態で、ソース機能を有する機器が、ＵＳＢケーブルを介してレセプタクル２０２と接続される。

バス電圧Ｖ_ＢＵＳを電源ピンＶＤＤに受けたポートコントローラは、時刻ｔ_１にバススイッチを自動的にオンする。これにより、メイン電源２２０に５Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳが供給される。

時刻ｔ_２に、メイン電源２２０によって電源電圧Ｖ_ＤＤ１が生成され、メインコントローラ２１０に供給される。これによりメインコントローラ２１０が起動する。メインコントローラ２１０はその起動シーケンスに含まれる（あるいは含まれない）初期化シーケンスにおいて、ポートコントローラ３００のレジスタ３３２に、ネゴシエーションに必要な外部情報を書き込み、ポートコントローラ３００のレジスタ３３２に格納されるデータを初期化する。

３．初期ネゴシエーション（パワーネゴシエーション）
続いて、初期ネゴシエーションが行われる（ｔ_２～ｔ_３）。この段階では、メインコントローラ２１０の起動は完了しており、電子機器２００は、初期ネゴシエーションに必要な電力データを持っている。ポートコントローラは、この電力データにもとづいてソースデバイス４００とネゴシエーションを行う。その結果、時刻ｔ_４にソースデバイス４００がネゴシエーションで決定した電圧レベルのバス電圧Ｖ_ＢＵＳの供給を開始する。

比較技術では、メインコントローラとの指示とは無関係に、つまり電子機器２００の内部回路の状態にかかわらずバススイッチ２０４を自動的にオンするため、信頼性の観点では問題があるといえる。

また初期ネゴシエーションの前の、デフォルトの５Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳによって、メインコントローラ２１０を含む内部システムを動作させることになるため、効率が低下する。すなわち、最適でない５Ｖのバス電圧Ｖ_ＢＵＳの状態でバススイッチ２０４がオンすると、メイン電源２２０が効率が低い状態で動作することとなり、電子機器２００の消費電力が増大する。また同じ電力を受ける場合、バス電圧Ｖ_ＢＵＳが低い方が、バスラインに流れる電流が大きくなるため、バススイッチ２０４やバスラインの寄生抵抗での発熱および電力損失が大きくなる。

これに対して実施形態に係るポートコントローラ３００では、最適なバス電圧Ｖ_ＢＵＳが供給された状態でバススイッチ２０４をオンすることとなるため、比較技術に比べて高効率動作が可能である。また、メインコントローラ２１０の指令にもとづいて、バススイッチ２０４がオンされる。メインコントローラ２１０は、電子機器２００の内部回路が安全な状態であることを条件として、バススイッチ２０４のオンの指令を発生することで、比較技術に比べて信頼性を高めることができる。

上述した実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なことが当業者に理解される。以下、こうした変形例について説明する。

（変形例１）
実施形態では、制御部３４０をプロセッサとソフトウェアプログラムで実装するとしたが、ハードウェアロジックで構成してもよい。

（変形例２）
実施形態では、ポートコントローラ３００について、ソースの機能に着目して説明したが、ポートコントローラ３００は、デュアルロールに対応することができ、この場合、主に、ピン制御回路３１０に、シンクに関連する素子（プルアップ抵抗Ｒｐ）やコンパレータ、ＶＣＯＮＮ電圧の生成回路などが追加される。

（変形例３）
実施形態では、スイッチドライバ３５０は、メインコントローラ２１０からの指示に応答してバススイッチ２０４をオンすることとしたが本発明はそれに限定されない。スイッチドライバ３５０は、初期ネゴシエーションが完了すると自動的にバススイッチ２０４をオンしてもよい。この場合、メインコントローラ２１０は、起動シーケンス中に電子機器２００の内部回路の状態を監視し、異常がない場合にのみ、ポートコントローラ３００に初期ネゴシエーションを実行するように指示を与えてもよい。これにより、異常がある場合には、初期ネゴシエーションは行われず、したがってバススイッチ２０４がオンすることもないため、信頼性は損なわれない。

実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにさまざまな変形例が存在すること、またそうした変形例も本開示または本発明の範囲に含まれることは当業者に理解されるところである。

２００電子機器
２０２レセプタクル
２０４バススイッチ
２１０メインコントローラ
２２０メイン電源
２２２バッテリ
３００ポートコントローラ
３１０ピン制御回路
３２０トランシーバ
３３０インタフェース回路
３３２レジスタ
３４０制御部
３５０スイッチドライバ
３６０外部用電源
３７０内部電源
４００ソースデバイス
４０２ＵＳＢケーブル

Claims

ＵＳＢ（Universal Serial Bus）Ｔｙｐｅ－Ｃ規格に対応し、シンクデバイスとして動作可能な機器に使用可能なポートコントローラであって、
外部のメインコントローラと通信可能なインタフェース回路と、
レセプタクルのＣＣ（Configuration Channel）ピンを介してソースデバイスと通信可能なトランシーバと、
前記トランシーバを介して前記ソースデバイスとネゴシエーションを実行可能な制御部と、
前記ＣＣピンの状態を制御するとともに、前記ＣＣピンの状態を監視するピン制御回路と、
前記ソースデバイスから供給されるバス電圧を受け、前記メインコントローラの電源電圧を生成する電源回路と、
を備える、ポートコントローラ。
前記レセプタクルのＶＢＵＳピンに接続されるバススイッチを制御するスイッチドライバをさらに備え、
前記スイッチドライバは、前記メインコントローラからの指示に応答して前記バススイッチをオンする、請求項１に記載のポートコントローラ。
前記レセプタクルのＶＢＵＳピンに接続されるバススイッチを制御するスイッチドライバをさらに備え、
前記制御部は、初期ネゴシエーションの完了後に、前記スイッチドライバに前記バススイッチのオンを指示する、請求項１に記載のポートコントローラ。
ＵＳＢ（Universal Serial Bus）Ｔｙｐｅ－Ｃ規格に対応し、シンクデバイスとして動作可能な電子機器であって、
レセプタクルと、
メインコントローラと、
前記レセプタクルと前記メインコントローラに接続された、請求項１から３のいずれかに記載のポートコントローラと、
を備える、電子機器。