JP3110949U

JP3110949U - カード検出器を持つｕｓｂコネクタ

Info

Publication number: JP3110949U
Application number: JP2005001062U
Authority: JP
Inventors: 榮生李
Original assignee: 萬國電脳股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2011-03-02
Also published as: TWM256012U; US20050198407A1

Abstract

【課題】低電力容量システムに適したカード検出を持つＵＳＢコネクタを提供する。
【解決手段】ＵＳＢコネクタ１は、少なくとも電力パッド、D-信号パッド１１１、D+信号パッド１１２、グラウンドパッド１１５ａ及び装置差込検出パッド１１５ｂを具える。外付ＵＳＢインターフェース装置がＵＳＢコネクタに差し込まれる場合、装置差込検出パッド及びグラウンドパッドは、装置差込検出パッド及びＵＳＢコネクタのグラウンドパッドが同時にグラウンドされるように、外付ＵＳＢインターフェース装置のグラウンドパッドに対応して設けられる。ＵＳＢコネクタへの電力供給は、装置差込検出パッドによって発生される短絡信号を通じて制御される。
【効果】外付装置がＵＳＢコネクタに差し込まれない場合、適時な方法でＶＢＵＳ電力変換回路を作動させるとともに、ＵＳＢコネクタを、アイドリング状態のときに非常に小さい電力損失で標準動作する。
【選択図】図３

Description

本考案は、向上したＵＳＢコネクタに関する。特に、本考案は、エネルギ効率の良いＵＳＢコネクタに関する。

互いに相違する方式の端末を持つ様々な外付けの周辺機器のリンキングを容易にするため、（コンパック（登録商標）、インテル（登録商標）、マイクロソフト（登録商標）及びＮＥＣ（登録商標）を含む）四つの主要な国際企業は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インターフェースを１９９８年に開発した。マイクロソフトウィンドウズ（登録商標）９８オペレーティングシステムが、ＵＳＢインターフェース周辺機器を駆動するためのビルトインプログラムを提供し始めて以来、これら周辺機器製品の使用が容易になっている。その結果、ＵＳＢ製品のアプリケーションが、徐々に広まっている。

一般的に、ＵＳＢインターフェースは、物理層伝送においてシリアルデータを提供するため、差動シリアル信号を用いる。さらに、ＵＳＢインターフェースは、多種多様かつ高い順応性の通信プロトコルをうまく使うため、多くのタイプの機器がサポートされる。ＵＳＢインターフェースは、少数の信号パッド（電源パッド、グラウンドパッド、信号パッドＤ＋及び他の信号パッドＤ−を含んだ四つの信号パッドのみ）、電力供給の備え、高い伝送速度（ロースピード１．５Ｍｂｉｔ／ｓｅｃ、フルスピード１２Ｍｂｉｔ／ｓｅｃ及びハイスピード４８０Ｍｂｉｔ／ｓｅｃに分類する）及びホットプラグの実現性（増設できる装置のインストールがシステムのシャットダウンを必要としない又はマシンを再起動することを必要としない）を含んでいて、多くの利点を有する。かかる多くの利点のため、ＵＳＢ製品は、古くからあるコンピュータシステムにおけるパラレルポート及びシリアルポートを含んだ第一世代の増設インターフェースを、徐々に取って替えられた。現在、データ収集、データ格納、画像のキャプチャ／スキャン及びドキュメント印刷のため、様々なタイプのＵＳＢ周辺製品が製造されている。

従来、ＵＳＢインターフェースは、外付装置に接続するためのパーソナルコンピュータシステムの付加物（add-on）と考えられていた。ＵＳＢインターフェースは、主に、パーソナルコンピュータの動作を容易にするために設けられたので、ＵＳＢインターフェースを通じて接続された二つの周辺装置がデータを互いにやり取りすることはできなかった。このため、ＵＳＢ−ＩＦ（ＵＳＢインプリメンターズ・フォーラム−ＵＳＢ規格を導入及び開発する団体）は、コンピュータシステムの周辺装置に対するＵＳＢ規格を開発するだけでなく、ＵＳＢＯＴＧ規格によって、例えば、ＤＳＣ、ＰＤＡ、スマートフォンを含めて新しく開発されたデジタル携帯装置を提供している。この新しい規格は、周辺機器インターフェース製品が特定の一式のルールに従いデータを互いにやり取りするのを可能にする。したがって、携帯装置は、中心的なコンピュータシステムを介した任意の媒介を必要とすることなしに、伝達制御を通じて互いに通信することができ、これは、携帯装置のアプリケーションモードの打開策である。例えば、ＤＳＣは、フォトプリンターにダイレクトに接続できるとともに、ＰＤＡは、キーボードやマウスにダイレクトに接続できる。

ＵＳＢインターフェースの設計において、システム端末は、増設インターフェースで、任意の外部からプラグされる装置の存在を検出する信号線D+又はD-の電気変動に依存しなければならない。増設インターフェースにプラグされる装置が無い場合、ＵＳＢインターフェースのD+及びD-信号線パッドは、ポテンシャルクローズをゼロにする。ロースピード装置が増設インターフェースにプラグされる場合、ロースピード装置は、D-信号線パッドを３．３Ｖ電源につなぐ。それゆえ、システム端末は、D-信号線の電圧変動を通じてロースピード装置の差込を検出する。フルスピード装置が増設インターフェースにプラグされる場合、フルスピード装置は、D+信号線パッドを３．３Ｖ電源につなぐ。それゆえ、システム端末は、D+信号線の電圧変動を通じてフルスピード装置の差込を検出する。最後に、ハイスピード装置が増設インターフェースにプラグされる場合、外付装置は、プラグされたフルスピード装置の存在について、システム端末に知らせるため、フルスピード動作モードを使用する。その後、ソフトウエアインターフェースプロトコルを通じて、ハイスピード通信が、両サイドでサポートされているか否かが検証される。検証が終了したときにだけ、装置をハイスピード動作モードに切り替える。

ＵＳＢインターフェースのシステム端末は、動作特性を決定するのと同様にプラグされた外付装置の存在を検出するため、外付装置からの電気信号の変動に依存しなければならない。それゆえ、ＵＳＢインターフェースによる電気供給の特性は、ＶＢＵＳ電源パッドから動作電圧を外付装置に伝送することを通じて、繰り返して促されるようにされなければならないので、外付装置は、D+／D-インターフェースパッドを高電位にするよう準備される。要するに、幾つかのシステム端末内の電子装置は、たとえ外付装置がシステムに差し込まれていなくても動作する必要がある。これは、電子的に常に消費されるとともに絶えず消耗していることを意味する。

先に説明した設計は、固定電源に接続されたノートブックコンピュータシステム又はデスクトップコンピュータシステムに設けられた場合、無制限の電源供給が提供されるので、システム端末のD+／D-信号の任意変動の検出をいつでも許可する。しかしながら、先に説明した設計は、（ＰＤＡやスマートフォンのような）携帯デジタル装置の前記したＵＳＢ−ＯＴＧインターフェースに適用される場合、これは、大きさ及び重さの考慮に起因する有限の電力を供給し、非常に大きな電力が携帯装置の電力供給から要求される。

図１は、記憶装置として作用するＣＦメモリカード及び信号送信センターとして作用するＵＳＢインターフェースを有するデジタルカメラ又はＰＤＡのような携帯装置のアプリケーション回路図を示す。携帯装置は、格納されたデータを紙面にいつでもプリントアウトするためにＵＳＢインターフェースでプリンターに接続させることができる。携帯装置は、プリンターのＵＳＢインターフェースに接続するためのＵＳＢコネクタ（ＣＯＮＮ２）及び、ＵＳＢコネクタを動作するためのＵＳＢインターフェースコントローラ（Ｕ２）を有する。電源を持つＵＳＢコネクタ（ＣＯＮＮ２）の外付装置を提供するとともに、携帯装置がプラグされた外付装置のタイプを決定することができるようにするため、ＵＳＢインターフェースコネクタ（ＣＯＮＮ２）とＵＳＢインターフェースコントローラに電気的に接続された電圧変換回路Ｕ４及びＵ３は、携帯装置内部にインストールされる。さらに、外付装置がプラグに差し込まれるとともに外付装置を駆動する電力を供給するときに適切な応答を保証するため、携帯装置内の電圧変換器Ｕ４及びＵ３は、対応動作電圧を内部装置に供給する継続的な電圧変換を実行しなければならない。その一方で、プラグイン装置の型を決定するため、外付装置の電圧レベルを、任意のプルアップ電圧に対して絶えずチェックする必要がある。さらに、電力はＵＳＢインターフェースコントローラ（Ｕ２）は、常にスタンバイ状態にしておく必要があるから、それを削減することはできない。言い換えると、たとえ外付装置が取り付けられないとしても、電力を、携帯装置内の回路及びコントローラに係わるＵＳＢインターフェースへ供給しなければならない。

要するに、先に説明した現象は、軽量、効率の良い電力、ローバッテリー電力容量の携帯装置を生産するという目的に全く反した設計をもたらす。バッテリーの動作期間は、絶えず続く電力消費に起因して減少するので、バッテリーの蓄電期間は、著しく短縮する。

携帯装置のＵＳＢインターフェースのセットアップに起因するバッテリー寿命の短縮化に対処するため、特有の問題を考慮することが必要である。例えば、任意の外付装置がなければ、電圧変換器及び電力供給のような携帯装置内の一部の装置への電源を完全に断つことができる。

したがって、本考案の少なくとも一目的は、携帯装置のＵＳＢシステムインターフェースのセットアップに起因するバッテリー寿命の短縮化に対処することができるＵＳＢコネクタを提供することである。

本考案の少なくとも第ニ目的は、外付装置がＵＳＢコネクタに挿入されない場合、ＵＳＢインターフェースコントローラを駆動するのに必要とされる動作電圧及び電力を外付装置に供給することのない、付加装置の差込検出メカニズムを具えるＵＳＢコネクタを提供することである。

本考案の少なくとも第三目的は、携帯装置電源を、外付装置がＵＳＢコネクタに挿入された後だけに入れるような、付加装置の差込検出メカニズムを具えるＵＳＢコネクタを提供することである。

これら及び他の利点を達成するとともに考案の目的を従い、ここで具体的かつ概して説明するように、考案は、ＵＳＢコネクタを提供する。ＵＳＢコネクタは、低電力容量システムで設けることができる。ＵＳＢコネクタは、少なくとも電力パッド、D-信号パッド、D+信号パッド、グラウンドパッド及び装置差込検出パッドを具える。外付ＵＳＢインターフェース装置がＵＳＢコネクタに差し込まれる場合、装置差込検出パッド及びグラウンドパッドは、装置差込検出パッド及びＵＳＢコネクタのグラウンドパッドが同時にグラウンドされるよう、外付ＵＳＢインターフェース装置のグラウンドパッドに対応して設けられる。それゆえ、ＵＳＢコネクタへの電力供給は、装置差込検出パッドを通して制御される。

装置差込検出パッド及び電力パッドは、ＵＳＢコネクタへの電力供給が装置差込検出パッドのレベル遷移を通して制御されるよう、外付ＵＳＢインターフェース装置の電力パッドに対応して設けられてもよい。

さらに本考案は、ＵＳＢコネクタに関するアプリケーションシステムを提供する。アプリケーションシステムは、少なくともＵＳＢコネクタと、アプリケーション回路とを具える。ＵＳＢコネクタは、少なくとも電力パッド、D-信号パッド、D+信号パッド、グラウンドパッド及び装置差込検出パッドを具える。装置差込検出パッドは、外付装置を駆動するのに必要とされる動作電力がＵＳＢコネクタを通して供給されるか否かを決定する。

アプリケーション回路は、少なくとも、装置差込検出パッドに接続される電力コントローラ及び電力変換回路を具える。装置差込検出パッドが低電位になるようにグラウンドに短絡するよう、外付ＵＳＢインターフェース装置が挿入される場合、装置差込検出パッドは、電力コントローラ及び電力変換回路を駆動するため、差込制御信号を発生する。したがって、ＵＳＢコネクタと、その対応ＵＳＢインターフェースコントローラとは、標準動作プロセスを実行するよう動作させられる。それに対して、ＵＳＢコネクタの外付ＵＳＢインターフェースコントローラがない場合、電力コントローラ及び電力変換回路は共に、任意の差込制御信号を受信せず、したがってシャットダウン状態を維持する。それゆえ、ＵＳＢコネクタ及びその対応ＵＳＢインターフェースコントローラは機能（enable）しない。

先の一般的な説明及び以下の詳細な説明は共に、例示であって請求する考案のさらなる説明の提供を目的とする。

添付図面は、考案のさらなる理解を提供することを含められるものであり、この明細書の一部に組み込まれるとともにこの明細書の一部をなす。図面は、考案の実施の形態を示すものであり、説明と共に考案の原理を説明するのに役立つ。

ここに本考案の好適な実施の形態、添付図面に示された例を詳細に説明する。できる限り、同じ参照番号を、図面及び同様若しくは同等の部分を参照するための説明に用いる。

以下、ＣＦ記憶装置インターフェース及びＵＳＢ伝送インターフェースを有するシステム端末装置を、本考案の特徴及び機能を説明するための例として用いる。特定の実施の形態は、本考案を実施する方法を説明する。しかしながら、本考案はまた、他の異なる実施形態を通じて、実施され又は適用される得る。さらに、本開示の細部は、本考案の精神から逸脱することなく、個々の観点又は適用に従い、変更させ又は変化させることができる。

図２は、本考案の一実施の形態に従い他の信号検出装置を持つＵＳＢコネクタのアプリケーション回路図である。本考案のＵＳＢコネクタは、システム端末装置内に組み込まれる。しかしながら、「システム端末」は、コンピュータホストシステムに限られない。それはまた、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）又は携帯電話のようなＵＳＢコネクタ付きの任意の外付装置を包含する。

図２に示すアプリケーション回路は、ＣＦインターフェース記憶装置コントローラ（Ｕ１）、ＵＳＢインターフェースコントローラ（Ｕ２）、Ｕ１及びＵ２によって必要とされる電圧を供給するために電源電圧を変える低電圧ドロップアウト（ＬＶＤ）レギュレータ（Ｕ３）、電力変換回路（Ｕ４）、電力コントローラ（Ｕ５）、インターフェース接続を達成するためのＣＦインターフェース記憶装置コネクタ（ＣＯＮＮ１）及びＵＳＢインターフェースコネクタ（ＣＯＮＮ２）を具える。ＣＦインターフェース記憶装置コントローラ（Ｕ１）及びＣＦインターフェースコネクタ（ＣＯＮＮ２）は、システム端末装置の記憶装置に関係づけられるものであって本考案において主要な物ではないので、ここでは詳細な説明を省略する。

本考案において、信号送信は、電力変換回路（Ｕ４）及び電力コントローラ（Ｕ５）を持つ上記ＵＳＢコネクタの別のデバイス差込検出パッド（１１５ｂ）の電気的な接続並びにＵＳＢインターフェースコントローラ（Ｕ２）を持つD-及びD+信号パッドの電気的な接続を通じて実行される。装置差込検出パッド（１１５ｂ）が作動されるか否かに従い、外付装置を作動するのに必要とされる電力がＵＳＢコネクタ（ＣＯＮＮ２）によって供給される。電力コントローラ（Ｕ５）は、ＵＳＢインターフェースコントローラ（Ｕ２）に電気的に接続されるとともに、電力変換回路（Ｕ４）は、ＵＳＢコネクタ（ＣＯＮＮ２）の電力パッド（１１０）に電気的に接続される。外付装置が差し込まれることで、装置差込検出パッド（１１５ｂ）は、電力コントローラ（Ｕ５）及び電力変換回路（Ｕ４）を作動させる差込制御信号を発生する。続いて、対応ＵＳＢインターフェースコントローラ（Ｕ２）及びＵＳＢコネクタ（ＣＯＮＮ２）は、標準動作プロセスを実行するよう作動される。

ＵＳＢコネクタ（ＣＯＮＮ２）に差し込まれた任意の外付装置が無い場合、差込制御信号は作り出されない。それゆえ、電力コントローラ（Ｕ５）及び電力変換回路（Ｕ４）は本来の「シャットダウン」状態を維持する。その結果、ＵＳＢコネクタ（ＣＯＮＮ２）及びその対応ＵＳＢインターフェースコントローラ（Ｕ２）は機能しない。

図３は、本考案の一実施の形態に従い他の信号検出装置を有するＵＳＢコネクタである。図３に示すように、ＵＳＢコネクタ１は、ＶＢＵＳ信号パッド１１０、D-信号パッド１１１、D+信号パッド１１２、グラウンドパッド１１５ａ及び装置差込検出パッド１１５ｂを具える。ＶＢＵＳ信号パッド１１０、D-信号パッド１１１、D+信号パッド１１２及びグラウンドパッド１１５ａは、ＵＳＢ標準仕様に従い、上から下まで配置される。グラウンドパッド１１５ａ及び差込検出パッド１１５ｂが外付装置のグラウンドパッドに対応するように配置されることで、差込検出パッド１１５ｂは、任意に差し込まれた外付装置を検出することができる。外付装置（図示せず）が差し込まれた場合、差込検出パッド１１５ｂは、システム端末に情報を提供するとともにＵＳＢインターフェースモジュール及びＶＢＵＳ電源を作動する信号を発生する。その後、標準動作モードが始められるように、差し込まれた外付装置のタイプを判断する。一方、任意に差し込まれた外付装置がない場合、差込検出パッド１１５ｂは、システム端末を、ＶＢＵＳ電源供給のシャットダウンをさせるとともにシステム全体の電力消費を低減するようにさせる。

ＵＳＢコネクタ１は、差込検出パッド１１５ｂを通して外付装置の存在を確認した後、システムは、電力パッド１１０への電力供給のために電力変換回路Ｕ４を作動させることを速やかに知らせる。したがって、外付装置には、外付装置とＵＳＢコネクタ１との間の任意の電気的な通信を行うために必要とされる電力が供給される。

信号検出装置を設けても、ＵＳＢ標準仕様は変化しない。言い換えると、ＵＳＢコネクタの装置差込検出と、グラウンドパッドとが対応外付装置のグラウンドパッド（ＧＮＤ）の配置に適合する限り、ＶＢＵＳ及びＵＳＢコネクタへの電力は、本考案の外付装置の存在を検出するための電位の変化を通じて制御される。例えば、外付装置がＵＳＢコネクタ１に差し込まれた後、グラウンドパッド１１５ａ及び差込検出パッド１１５ｂに低電位を作るためのグラウンドを持つ短絡回路を形成するため、グラウンドパッドに使える金属箔１１５が二つに分離される。金属箔１１５の一部分はＵＳＢコネクタ１用グラウンドパッド１１５ａとしての役割を果たす一方、金属箔１１５の他の部分は差込検出部１１５ｂとしての役割を果たす。同様の動作原理を用いると、ＵＳＢインターフェース１に差し込まれた外付装置の検出と、その結果生じた電力準備とは、電位の高／低遷移によって提供される情報に基づく。

本考案の装置差込検出パッドを実現する機械的な構造は、上記一例に限られない。その上、同様な結果が得られる他の構造又は配置が用いることができる。例えば、外付装置がＵＳＢコネクタに差し込まれた場合、装置差込検出パッドは、押すことができる移動可能な箔にすることができ、それによって、外付装置が差し込まれたということをシステムに知らせるための検出信号が作られる。

要約すれば、新たに加えられた差込検出パッド及びグラウンドパッド（ＧＮＤ）の両方は、外付装置のグラウンドパッドに電気的に接続される。それゆえ、アプリケーション回路は、ＵＳＢコネクタに任意に差し込まれる装置がない場合、ＵＳＢインターフェースコントローラ及びＵＳＢコネクタから送られる電力をシャットダウンする。一方で、外付装置がＵＳＢコネクタに差し込まれた後、アプリケーション回路は、標準動作プロセスを開始するために関係する全ての電子装置を速やかに作動させる。

したがって、本考案のＵＳＢコネクタは、任意の外付装置がない場合、ＶＢＵＳ電力変換回路を即座に作動するとともに、エネルギ消耗を引き起こすことなく、標準動作プロセスをＵＳＢコネクタにさせるように適用することができる。言い換えると、本考案は、ＵＳＢコネクタに結合される電子装置によって消費される電力を少なくするとともに、有用なバッテリ寿命を延ばすことができる。したがって、本考案に従う付加的な信号検出装置とエンジン節約機能とを有するＵＳＢシステムは、携帯電話、ＰＤＡ、スマートフォン、デジタルカメラ等を含む任意の低電力容量携帯装置に適している。

本考案の範囲や精神から逸脱することなく、種々の変更及び変形が本考案の構成に設けられることは、当業者にとって明らかである。先の説明を考慮して、本考案は、添付した請求の範囲及び及びそれらと等価物の範囲内に含まれるこの考案の変更及び変形の範囲に及ぶことを意図する。技術に精通しているだれでも、ここで開示された内容に従い本考案の他の利点及び実行を容易に理解できるであろう。

従来のＣＦ／ＵＳＢインターフェース記憶装置のアダプタのアプリケーション回路図である。本考案の一実施の形態に従うＣＦ／ＵＳＢインターフェース記憶装置のアダプタのアプリケーション回路図である。本考案の一実施の形態に従う別の信号検出装置を有するＵＳＢコネクタである。

Claims

低電力容量システム端末装置内に設けられる信号検出装置を持つユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタであって、
前記ＵＳＢコネクタは、少なくとも電力パッドと、D-信号パッドと、D+信号パッドと、グラウンドパッドと、装置差込検出パッドとを具え、
前記差込検出パッド及び前記グラウンドパッドが外付装置のグラウンドパッドに対応して設けられ、前記外付装置が前記ＵＳＢコネクタに差し込まれる場合、前記装置差込検出パッド及び前記ＵＳＢコネクタの前記グラウンドパッドが前記外付装置のグラウンドパッドに起因してグラウンドに対して同時に短絡されて、前記ＵＳＢコネクタによって電力を供給するか否かを制御するＵＳＢコネクタ。
前記グラウンドパッド及び前記差込検出パッドが、本来グラウンド端末としての役割を果たす金属箔の切り取ったものである、請求項１記載のＵＳＢコネクタ。
ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタ及びＵＳＢインターフェースコントローラを有するアプリケーションシステムであって、
前記アプリケーションシステムは、ＵＳＢコネクタを具え、前記ＵＳＢコネクタが、電力パッドと、D-信号パッドと、D+信号パッドと、グラウンドパッドと装置差込検出パッドとを少なくとも有し、前記D-及びD+信号パッドが、信号伝送を実行する前記ＵＳＢインターフェースコントローラに電気的に接続され、前記装置差込検出パッドの作動が、ＵＳＢコネクタが外付装置を駆動するのに必要な電力を供給するか否かを決定し、
前記アプリケーションシステムは、アプリケーション回路を更に具え、前記アプリケーション回路が、前記装置差込検出パッド及び前記ＵＳＢインターフェースコントローラに電気的に接続された電力コントローラと、前記装置差込検出パッド及び前記電力パッドに電気的に接続された電力変換回路とを具え、前記装置差込検出パッドが、差し込まれた外付装置の存在下で差込制御信号を発生して、標準動作プロセスを実行するために前記電力コントローラ及び前記電力変換回路を作動するとともに、対応するＵＳＢインターフェースコントローラ及びＵＳＢコントローラを作動するアプリケーションシステム。
前記グラウンドパッド及び前記差込検出パッドが、本来グラウンド端末としての役割を果たす金属箔の切り取ったものである、請求項３記載のアプリケーションシステム。