JP4254108B2 - Usbデバイス - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、USB(Universal Serial Bus)規格に準拠してデータ転送を行うUSBデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータ(以下「PC」と略す)等のホスト側コンピュータと、プリンタやキーボードなどの様々な周辺機器とを接続するためのインターフェース規格の一つとして、USBが知られている。
【0003】
図5に、USBデバイスとしてのプリンタがPCと接続されたシステムの概略構成を示す。図5に示す如く、プリンタ51は、USBケーブル53を介してPC52と接続されており、主としてUSBトランシーバ55,コントローラ56及びプリンタエンジン57とを備えている。
【0004】
USBケーブル53は、詳細には、図6に示すように、電源ライン61(VBUS )と、グランドライン62(GND)と、D+及びD−の各データライン(D+ライン63及びD−ライン64)との4本の線を備えたものであり、D+ライン63とD−ライン64は、互いにより合わせたツイストペア構成となっている。そして、USBケーブル53両端の接続端子(図示略)がそれぞれ、プリンタ51が備えるUSBコネクタ59とPC52が備えるUSBコネクタ60に接続される。
【0005】
尚、プリンタ51のUSBコネクタ59は、D+ライン63が接続されるD+端子59aと、D−ライン64が接続されるD−端子59bを備える他、図示は省略したものの、電源ライン61及びグランドライン62が接続される端子もそれぞれ備えている。また、以下の説明において、「D+ライン63」とは、説明の便宜上、プリンタ51におけるD+端子59aからUSBトランシーバ55へ至るラインと、PC52におけるD+端子60aからUSBトランシーバ58へ至るラインを含むものとして扱い、同様に「D−ライン64」とは、プリンタ51におけるD−端子59bからUSBトランシーバ55へ至るラインと、PC52におけるD−端子60bからUSBトランシーバ58へ至るラインを含むものとして扱う。
【0006】
USBトランシーバ55は、その内部に送信バッファ及び受信バッファを備え、PC52からのデータを受信すると共にPC52へ所定のデータを送信できるよう構成されている。USBでは、D+ライン63とD−ライン64の両者間の差動信号にてデータ伝送が行われる。
【0007】
そのため、USBトランシーバ55内の送信バッファでは、コントローラ56からのデータに基づき、図7に示すようなD+制御信号及びD−制御信号が生成される。そして、各制御信号に従って実際にD+ライン63及びD−ライン64の電圧を交互にLow(0V)又はHigh(3V)に変化させることにより、PC52へのデータ伝送が行われる。尚、データパケットの終端(EOP:End of Packet )では、各データライン63,64をいずれもLowに落とすようにしており、これもUSBの仕様で定められている。
【0008】
尚、受信側では、完全に0Vになったときではなく、所定電圧(例えば0.8V)より低くなったときにLowと判断される。そのため、図7では、時刻t2でEOPと判断されることになる。
また、USBトランシーバ55内の受信バッファは、PC52からUSBケーブル53を介して送信されてくる差動信号を論理データに変換してコントローラ56へ出力する。コントローラ56は、USBトランシーバ55からのデータ内容を読み取って、データ内容に応じた印字指令をプリンタエンジン57へ出力する。プリンタエンジン57は、レーザ照射ユニットや現像・転写機構など、印刷用紙へ印字出力するための各種機構を備えたものであり、コントローラ56からの印字指令に従った印字出力を実行する。
【0009】
一方、PC52が備えるUSBトランシーバ58も、プリンタ51のUSBトランシーバ55と同様に構成されたものであり、図示しない制御装置からの制御信号に従った差動信号をUSBケーブル53を介してプリンタ51へ出力すると共に、プリンタ51から差動信号にて伝送されてきたデータを論理データに変換して制御装置へ渡す。
【0010】
尚、PC52のUSBコネクタ60についても、プリンタ51のUSBコネクタ59と同様、D+ライン63が接続されるD+端子60aと、D−ライン64が接続されるD−端子60bを備える他、図示は省略したものの、電源ライン61及びグランドライン62が接続される端子もそれぞれ備えている。
【0011】
また、USBでは、データ転送速度が12Mbpsのフルスピードモードと、データ転送速度が1.5Mbpsのロースピードモードがあり、周辺機器毎に使い分けている。そして、ホスト側コンピュータが、自身に接続されたUSBデバイスがどのモードであるかを判別するために、D+ライン又はD−ラインのいずれか一方を、USBデバイス側で所定電圧にプルアップするよう仕様が定められている。
【0012】
図5では、プリンタ51においてD+ライン63がプルアップ抵抗Rpu0 を介して所定電圧(3.0〜3.6V)にプルアップされている。なお、プルアップ抵抗Rpu0 は、USBの仕様上、1.5kΩ(±0.5% )とするよう定められており、プルアップ電源電圧3.0〜3.6Vも、USBの仕様で定められているものである。また、ホスト側(PC52)では、D+ライン63及びD−ライン64がそれぞれ、プルダウン抵抗Rpd(15kΩ)を介して接地されている。そのため、D+ライン63から各USBトランシーバ55,58をみたインピーダンスがいずれも高インピーダンスのとき、D+ライン63の電圧は約3Vとなる。
【0013】
従って、プリンタ51とPC52とをUSBケーブル53を介して接続したとき、PC52は、D+ライン63の電圧が約3Vであることを検出することにより、プリンタ51がフルスピードモード対応のUSBデバイスであるものと認識できる。逆に、D−ライン64がプルアップされている場合は、ロースピードモード対応のUSBデバイスということになる。
【0014】
上記のように、プリンタ51とPC52との間のUSBによるデータ伝送は、D+ライン63とD−ライン64の差動信号にてなされると共に、両ライン63,64がいずれもLowのときはEOPとして扱うようにされている(図7参照)。また、D+ライン63又はD−ライン64のいずれか一方(図5ではD+ライン63)が、プルアップ抵抗Rpu0 を介して3.0〜3.6Vのプルアップ電源にプルアップされている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば各データライン63,64或いは各USBトランシーバ55,58内部のインピーダンスの影響や、PC52からプリンタ51へデータ送信する際(或いはその逆)の各USBトランシーバ55,58のドライブ能力不足等、種々の要因により、D+ライン63とD−ライン64の交差電圧Vcr(図7参照;各ライン63,64のレベル反転時に両者の電圧が一致(交差)するときの電圧)が低下し、誤ってEOPと判断されてしまうことがあった。
【0016】
即ち、本来なら交差電圧Vcrは、Low(0V)とHigh(3V)の中間の約1.5となるはずなのだが、上記した各種要因により許容範囲(例えば0.8V〜2V)を下回ってしまうことがある。交差電圧Vcrが許容範囲より低くなるということは、言い換えれば、D+ライン63の電圧及びD−ライン64の電圧がいずれもLowとなったわけであり、それ故、EOPと誤判断されてしまうのである。
【0017】
図7を例に挙げると、本来なら時刻t2で共にLow(0.8V以下)となったところがEOPであるのだが、もし時刻t1での交差電圧Vcrが許容範囲より低くなってしまうと、その時点でEOPであると誤認され、データを完全に受信しないままそのパケットについては受信完了したものと扱われてしまうのである。
【0018】
そうなると、そのパケットについてエラーチェックが実行されたとき、転送エラーと判断され、リトライ(送信元へのデータ再送要求)が行われる。そのため、交差電圧Vcrの低下により転送エラーが頻発するほど、データ転送速度も低下していく。
【0019】
また、ごく稀ではあるが、例えばチェックサム方式によるエラー検知で、データ合計とチェックサムとが偶然一致して、転送エラーであるにもかかわらずエラーが検知されないなど、エラー検知をすり抜けて正常データとして扱われ、結果としてデータ化けが起こってしまうこともある。そのため、例えば図5のプリンタ51にてそのようなデータ化けが起こると、印字に失敗してしまう。
【0020】
尚、交差電圧Vcrが、上記とは逆に許容範囲を超えてしまうことも考えられるのだが、各ライン63,64が共にHighになってもそのことが直接何らかのデータを意味するわけではないため、実際上ほとんど問題にならない。各ライン63,64が共にLowのときがEOPと規定されているが故に、交差電圧Vcrが許容範囲を下回ると上記問題が生じるのである。そのため、交差電圧Vcrの許容範囲は実際上は0.8V(Low判定の上限値)以上の範囲であるということもできる。
【0021】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、USBにおける差動信号によるデータ伝送の際、差動信号の交差電圧が許容範囲を下回らないようにすることにより、データ転送エラーやデータ化けの発生を防止することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を解決するためになされた請求項1記載のUSBデバイスは、
2つのデータ入出力端子、及び該各データ入出力端子を介してデータの送・受信を行うトランシーバを備えると共に、該各データ入出力端子のいずれか一方がプルアップ抵抗を介してプルアップ電源に接続され、該各データ入出力端子間の差動信号によって外部のホストコンピュータとの間でデータの送・受信を行うように構成されたものであって、トランシーバは、データ受信時に各データ入出力端子の電圧が共に第1のLow判定基準値より低くなったときにデータパケットの終端と判断するよう構成されている。また、0Vより大きく且つ第1のLow判定基準値よりも低い所定の電圧値が、第2のLow判定基準値として設定されている。
そして、交差電圧検出手段が、各データ入出力端子の電圧が一致したときの電圧であって、且つ、該電圧が第2のLow判定基準値より低くない場合に、該電圧を交差電圧として検出し、回路定数変化手段が、その交差電圧検出手段により検出された交差電圧が、第1のLow判定基準値以上において予め設定された交差電圧許容範囲内となるように、当該USBデバイス内の回路定数を変化させる。
【0023】
交差電圧許容範囲は、例えば従来技術の欄で説明した許容範囲(図7の例では0.8V以上の範囲、或いは0.8V〜2Vの範囲)のように少なくともEOPと判断される電圧範囲より高い範囲に設定するなど、交差電圧値に起因する問題が生じることのない範囲内で適宜設定すればいい。
【0024】
そして、交差電圧検出手段によって実際に検出された交差電圧が、交差電圧許容範囲を外れていた場合は、USBデバイス内の回路定数を変化させることによって、交差電圧許容範囲内に収まるようにするのである。そのため、ホストコンピュータとのデータ通信において、エラー発生頻度を抑え、データ転送速度の低下を防ぐことができる。また、エラー発生頻度が抑制されることで、エラー検知すり抜けによるデータ化けの発生も抑制できる。
【0025】
ここで、回路定数変化手段によって、交差電圧が具体的に交差電圧許容範囲内におけるどの程度の値になるようにするかは、適宜決めることができる。しかし、ただ単に、交差電圧許容範囲内にありさえすればどの値でもよくて、交差電圧許容範囲を外れたときにだけ、回路定数を変化させて交差電圧が許容範囲内になるようにする、というように、いわば「異常が生じた後にその対策を施す」というのでは、エラー発生を十分に抑制することはできない。
【0026】
そこで、回路定数変化手段は、より好ましくは、例えば請求項2に記載したように、交差電圧検出手段にて検出された交差電圧と交差電圧許容範囲内における所定の基準電圧とを比較し、該比較結果に基づいて、交差電圧が基準電圧と一致するように回路定数を変化させるようにするとよい。
【0027】
所定の基準電圧は、交差電圧許容範囲内における任意の値に設定することができるが、例えば各データ入力端子の電圧振幅の略中間値(図7の例では約1.5V、つまり正常時の交差電圧値)、換言すれば、交差電圧許容範囲の上限値或いは下限値からなるべく離れた値に設定するのが望ましい。
【0028】
つまり、請求項2記載の発明では、交差電圧がただ単にその許容範囲内にあればそれでいい(許容範囲を外れたら回路定数を変化させる)というのではなく、許容範囲内であってもさらにその中の基準電圧に一致するように回路定数を変化させるのである。そのため、エラー発生をより確実に防ぐことができる。
【0029】
また、回路定数変化手段が変化させる回路定数としては、その回路定数を変化させることによって交差電圧が変化するものであれば何でもよいのだが、例えば請求項3記載したように、プルアップ抵抗の抵抗値を変化させるようにするとよい。この場合、具体的には、交差電圧検出手段にて検出された交差電圧が上記基準電圧より低いときはプルアップ抵抗の抵抗値を減少させ、該交差電圧が基準電圧より高いときは同抵抗値を増加させる。
【0030】
即ち、プルアップ抵抗値が減少すれば、プルアップ抵抗での電圧降下も減少するため、プルアップ抵抗が接続されたデータ入出力端子の電圧はよりプルアップ電源電圧に近い値に上昇する。一方、プルアップ抵抗値が増加すれば、プルアップ抵抗での電圧降下も増加するため、その分、プルアップ抵抗が接続されたデータ入出力端子の電圧は減少する。
【0031】
このように、プルアップ抵抗の抵抗値を変化させることによって、プルアップ抵抗が接続されたいずれか一方のデータ入出力端子の電圧が変化するため、結果として交差電圧を変化させることができるのである。
ところで、上記説明した請求項1〜3記載の発明では、交差電圧検出手段により検出された交差電圧がその許容範囲内になるようにするための具体的手法として、USBデバイス内の回路定数を変化させるようにしたが、回路定数を変化させることに限らず、例えば請求項4に記載したように、プルアップ電源の電圧を変化させるようにしてもよい。
【0032】
その場合、具体的には、例えば請求項5に記載のように、プルアップ電源変化手段が、交差電圧検出手段にて検出された交差電圧と交差電圧許容範囲内における所定の基準電圧とを比較し、該交差電圧が基準電圧より低いときはプルアップ電源の電圧を増加させ、該交差電圧が基準電圧より高いときはプルアップ電源の電圧を減少させるようにすればいい。
【0033】
つまり、プルアップ電源電圧を変化させるということは、プルアップ抵抗が接続されたデータ入出力端子の電圧が変化するということであり、延いては交差電圧が変化することにつながる。そのため、このようにプルアップ電源電圧を変化させる方法によっても、回路定数を変化させる方法と同様の効果が得られる。
【0034】
そして、交差電圧検出手段による交差電圧の具体的検出方法としては、種々の方法が考えられるが、例えば請求項6に記載のように、交差電圧検出手段は、各データ入出力端子の電位差を検出する差動電圧検出手段と、該差動電圧検出手段により検出される電位差が略0のときの、いずれかのデータ入出力端子の電圧を交差電圧として検出するデータ線電圧検出手段と、各データ入出力端子の電圧がいずれも、第2のLow判定基準値より低いか否かを判断するLレベル判断手段と、Lレベル判断手段にて各データ入出力端子の電圧がいずれも第2のLow判定基準値より低いと判断されている間は、データ線電圧検出手段による交差電圧の検出を停止させる検出停止手段と、を備えたものとして構成するとよい。
【0035】
各データ入出力端子の電位差が略0ということは、即ち、各データ入出力端子の電圧が一致したということであって、そのことをもって、その電圧を交差電圧として検出できるのである。
但し、各データ入出力端子の電位差が略0となったからといって、そのときの電圧が必ずしも交差電圧であるとは限らない。なぜなら、各データ入出力端子がいずれもLowとなったときにEOPと判断される(図7参照)ことは既に述べた通りだが、このEOPの場合も、各データ入出力端子の電位差が略0であるからである。そのため、EOPのように各データ入出力端子がいずれもLowとなる場合についても交差電圧として扱うと、異常でないにも関わらず回路定数あるいはプルアップ電源電圧が変化してしまうという誤動作を招くことになる。
【0036】
そこで、このような事態が生じるのを防ぐために、Lレベル判断手段が、各データ入出力端子の電圧がいずれも、第2のLow判定基準値より低いか否かを判断して、各データ入出力端子の電圧がいずれも第2のLow判定基準値より低いと判断されている間は、検出停止手段が、データ線電圧検出手段による交差電圧の検出を停止させるようにするとよい。
【0037】
このようにすれば、EOPの状態を交差電圧として検出してしまうといった誤検出を防ぐことができ、交差電圧検出手段による検出をより確実に行うことができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
[第1実施形態]
図1は、本実施形態の、USBデバイスとしてのプリンタがPCと接続されたシステムの概略構成を示すブロック図である。図1のシステムにおいて、ホストコンピュータとしてのPC52及びUSBケーブル53はいずれも、図5で説明した従来のシステムと全く同様であるため、これらについては図5と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【0039】
また、プリンタ1において、USBコネクタ59(データ入出力端子としてのD+端子59a及びD−端子59bを備える)、USBトランシーバ55、コントローラ56及びプリンタエンジン57については、いずれも図5で説明したプリンタ51と全く同様のものであるため、これらについても図5と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【0040】
そして、本実施形態のプリンタ1が従来のプリンタ51と異なるのは、D+ライン63及びD−ライン64の各電圧値に基づいて所定の機能を実行するプルアップ制御装置10が設けられていることと、D+ライン63に接続されたプルアップ抵抗Rpu1が、プルアップ制御装置10から出力されるプルアップコントロール信号Vcon に基づいて抵抗値が変化するよう構成されたものであることである。
【0041】
尚、プルアップ抵抗Rpu1に印加されているプルアップ電源も、図5と同様、定電圧3.0〜3.6Vである。また、本実施形態においても、プリンタ1とPC52との間のデータ送受信は、図7に示したようにD+ライン63とD−ライン64との差動信号により行われる。
【0042】
以下、図2に基づいて、プルアップ抵抗Rpu1及びプルアップ制御装置10の内部構成について説明する。図2(a)は、プルアップ抵抗Rpu1の概略構成をを表し、図2(b)は、プルアップ制御装置10の概略構成を表している。
図2(a)に示す如く、本実施形態のプルアップ抵抗Rpu1は、抵抗R0と、ベースにプルアップ制御装置10からのプルアップコントロール信号Vcon が入力され、コレクタがプルアップ電源(3.0〜3.6V)に接続され、エミッタが抵抗R0に接続されたNPN型のトランジスタTRとから構成されるものである。そして、このプルアップ抵抗Rpu1の抵抗値(以下単に「プルアップ抵抗値」という)rpuは、トランジスタTRのエミッタ−コレクタ間抵抗値rceと抵抗R0の抵抗値r0とを合計したものとなる。
【0043】
そして、後述するように、プルアップ制御装置10からは、交差電圧Vcrが所定の基準電圧(本実施形態では1.5V)のときに、5Vのプルアップコントロール信号Vcon が出力されるよう構成されており、その場合に、プルアップ抵抗値rpu(=rce+r0 )がUSB規定の1.5kΩとなる。そのため、本実施形態では、プルアップコントロール信号Vcon を適宜変化させることにより、プルアップ抵抗値rpuを変化させるようにしている。尚、本実施形態でも、交差電圧Vcrの許容範囲が0.8〜2Vと設定されており、交差電圧Vcrがこの許容範囲を下回ると、各データライン63,64が共にLowと判断されてEOPが誤検出される。
【0044】
次に、本実施形態のプルアップ制御装置10について、図2(b)及び図3に基づいて説明する。図3は、プルアップ制御装置10内部における各部位の出力値の変化及びそれに応じてプルアップ抵抗値rpuが変化することを説明するための説明図である。
【0045】
図2(b)に示す如く、本実施形態のプルアップ制御装置10では、D+ライン63とD−ライン64の差電圧が第1差動増幅回路11にて増幅・出力(差動出力)される。この第1差動増幅回路11は、5V飽和型の差動増幅回路であり、両ライン63,64間に僅かでも電位差が生じると、差動出力が5V又は−5Vに飽和する。より具体的には、図3に示すように、D+ライン63の電圧がD−ライン64の電圧より高いときは5Vの差動出力、逆にD−ライン64の電圧がD+ライン63の電圧より高くなると−5Vの差動出力となる。
【0046】
そして、その差動出力が5Vから−5Vに変化(或いはその逆に変化)するタイミングを、エッジ検出回路12が差動ゼロタイミングAとして検出する。この検出は、D+及びD−の両ライン63,64の電圧が一致して差動出力が0となるタイミングを検出するためのものであり、差動出力のエッジ変化を検出することにより行われる。
【0047】
尚、このエッジ検出回路12は、本来、D+ライン63とD−ライン64の交差電圧Vcrのタイミング(各ライン63,64の電圧が電圧反転時に交差するタイミング)を検出するためのものであるが、差動出力のエッジを検出するという構成上、図3に示すように、両ライン63,64が共に0Vとなったときも差動ゼロタイミングAとして検出される。また、両ライン63,64が共に0Vである間に、ノイズ等の影響により両ライン63,64間に電位差が生じると、エッジ検出回路12ではそのタイミングも差動ゼロタイミングAとして検出されてしまう。
【0048】
そこで、本実施形態では、D+ライン63及びD−ライン64が共に0Vとなるタイミング・期間をマスク信号Bとして検出し、マスク回路13が、このマスク信号Bに基づいて、エッジ検出回路12からの差動ゼロタイミングAのうち本来検出すべき交差電圧Vcrのタイミングのみを、ラッチ信号Cとして出力するようにしている。
【0049】
マスク信号Bを生成するための具体的構成は以下の通りである。即ち、D+ライン63の電圧がLowのときにHighレベルの論理出力を行うLow検出回路14と、同様にD−ライン64の電圧がLowのときにHighレベルの論理出力を行うLow検出回路15とを備えており、各Low検出回路14,15の出力がANDゲート16に入力される。
【0050】
そのため、各データライン63,64がいずれもLowとなったときに(図3では時刻t4)、ANDゲート16の出力(つまりマスク信号B)がHighとなってマスク回路13に入力されることになる。尚、差動ゼロタイミングA、マスク信号B及びラッチ信号Cの関係を論理演算式で表すと、
【数1】
C=A・B
となる。これにより、図3において、エッジ検出回路12の出力(差動ゼロタイミングA)のうち、時刻t4以降の出力を除いたものが、ラッチ信号Cとしてラッチ17へ出力されることになる。
【0051】
尚、各Low検出回路14,15は、例えばTTLやCMOS等によるインバータにて構成したり、或いは、コンパレータを用いた構成にするなど、Low検出できる限り種々の構成を採りうる。また、これらLow検出回路14,15におけるLow検出の基準となる電圧値(本発明の第2のLow判定基準値に相当)は、例えば0.5V以下或いはそれより低い範囲に設定するなど、USBトランシーバ55内にてLowと検出される電圧の上限値(本例では0.8V)よりもできる限り低い値に設定するのが望ましい。
【0052】
そして、ラッチ17では、D+ライン63の電圧を、ラッチ信号Cのタイミング毎にラッチし、ラッチ電圧(つまり交差電圧Vcr)として第2差動増幅回路18へ出力する。そのため、図3に示すように、時刻t1では交差電圧Vcrとして1.3Vがラッチされ、時刻t2では交差電圧Vcrとして1.6Vがラッチされ、時刻t3では交差電圧Vcrとして1.5Vがラッチされる。
【0053】
つまり、D+ライン63とD−ライン64の各電圧変化が交差するタイミング毎に、そのときの交差電圧Vcrが第2差動増幅回路18に入力されるのである。尚、ラッチ17としては、例えば、任意のタイミングにおけるアナログ電圧を保持するための周知のサンプル・アンド・ホールド回路を用いるなど、ラッチ信号CのタイミングでD+ライン63の電圧をラッチ・保持できるものであれば何でもよい。
【0054】
第2差動増幅回路18は、ラッチ17からのラッチ電圧(交差電圧Vcr)と基準電圧Vref との差(本実施形態では、Vref −Vcr)を増幅して出力するものである。この第2差動増幅回路18は、第1差動増幅回路11のような飽和型のものではなく、所定の増幅度にて両者の差に比例した電圧を出力するよう構成されたものである。そして、基準電圧Vref は、本実施形態では、各データライン63,64の電圧振幅の中間値である1.5Vとしている。
【0055】
そのため、第2差動増幅回路18からの具体的出力例としては、図3に示す如く、交差電圧Vcr=1.3Vがラッチされた時刻t1以降はVa(ただしVa>0)、交差電圧Vcr=1.6Vがラッチされた時刻t2以降はVb(ただしVb<0)、交差電圧Vcr=1.5Vがラッチされた時刻t3以降は0となる。
【0056】
そして、第2差動増幅回路18からの出力は積分器19にて積分され、その積分値が加算回路20へ入力される。積分器19からの具体的出力例は、図3に示す通りである。加算回路20では、積分器19の出力と定電圧5Vとの加算が行われ、その加算結果が、プルアップコントロール信号Vcon としてプルアップ抵抗Rpu1へ出力される。
【0057】
そのため、積分器19の出力が0のときは定電圧5Vがそのままプルアップコントロール信号Vcon として出力され、プルアップ抵抗値rpuはUSB規定の1.5kΩとなるのだが、積分器19から何らかの電圧出力がなされると、その出力値に応じてプルアップコントロール信号Vcon も変化することになり、プルアップ抵抗値rpuが1.5kΩから増・減することになる。
【0058】
図3の例では、時刻t1でラッチされた交差電圧Vcrが1.3Vと、基準電圧Vref (1.5V)より0.2V低くて第2差動増幅回路18からVaの差動電圧出力があったたため、それが積分器19にて積分され、プルアップコントロール信号Vcon も5Vより上昇していく。そのため、トランジスタTRのエミッタ−コレクタ間抵抗値rceが減少し、プルアップ抵抗値rpuが1.5kΩより低くなる。そのため、D+ライン63の電圧が上昇し、結果として交差電圧Vcrが上昇することになる。
【0059】
続いて時刻t2になると、基準電圧Vref より0.1V高い1.6Vの交差電圧Vcrがラッチされ、第2差動増幅回路18からVbの差動電圧が出力される。これにより、時刻t2以降、積分器19の出力は徐々に減少していき、それに伴ってプルアップコントロール信号Vcon も減少していく。そのため、時刻t1〜t2の間とは逆に、プルアップ抵抗値rpuは増加に転じてD+ライン63の電圧が減少していき、結果として交差電圧Vcrも減少することになる。
【0060】
そして、時刻t3になって基準電圧Vref と同じ1.5Vがラッチされると、第2差動増幅回路18からの差動電圧出力が0となり、積分器19からの出力が一定となってプルアップ抵抗値rpuも一定となる。そのため、以後のプルアップ抵抗値rpuは、交差電圧Vcrが基準電圧Vref と一致したこの時刻t3における抵抗値に固定されることになる。そして、何らかの要因で交差電圧Vcrが基準電圧Vref と一致しなくなった場合は、再び、上記説明したように基準電圧Vref に一致する方向にプルアップ抵抗値rpuを変化させる。
【0061】
以上詳述したように、本実施形態のプリンタ1では、プルアップ制御装置10が、交差電圧Vcrを検出して基準電圧Vref と比較し、交差電圧Vcrが基準電圧Vref と一致するようにプルアップコントロール信号Vcon を出力する。そして、このプルアップコントロール信号Vcon に基づいてプルアップ抵抗値rpuが変化し、最終的に、交差電圧Vcr=基準電圧Vref (1.5V)となる抵抗値に収束していく。
【0062】
つまり、交差電圧Vcrが常に基準電圧Vref となるようにプルアップ抵抗値rpuをコントロールするのである。これにより、交差電圧Vcrが許容範囲(本実施形態では0.8V〜2V)を下回って誤ってEOPと判断されてしまうことによるデータ転送エラーの発生をほぼ完全に防ぐことができる。
【0063】
またこれにより、エラー検知をすり抜けてデータ化けするといった事態の発生も抑制できるため、PC52からの印字データに基づく印字出力を確実に行うことができる。
更に、本実施形態では、単にD+ライン63とD−ライン64の電圧が一致したことのみをもってその電圧を交差電圧Vcrとするのではなく、マスク回路13を設けることによって、例えば両データライン63,64が共に0VとなったEOPの状態までを交差電圧として検出してしまうといった誤検出を防ぎ、真に検出すべき交差電圧Vcrのみを確実に検出できるようにしている。
【0064】
尚、本実施形態において、第1差動増幅回路11は本発明の差動電圧検出手段に相当し、マスク回路13は本発明の検出停止手段に相当する。また、エッジ検出回路12及びラッチ17により本発明のデータ線電圧検出手段が構成され、各Low検出回路14,15及びANDゲート16により本発明のLレベル判断手段が構成され、第2差動増幅回路18,積分器19及び加算回路20により本発明の回路定数変化手段が構成される。
【0065】
[第2実施形態]
図4に、本実施形態のプリンタ40の概略構成を示す。図4に示す如く、本実施形態のプリンタ40は、図示は省略したものの、第1実施形態と同様、PC52とUSBケーブル53を介して接続されている。そして、USBケーブル53が接続されるUSBコネクタ59、USBトランシーバ55、コントローラ56、プリンタエンジン57及びプルアップ制御装置10については、図1に示した第1実施形態のプリンタ1と全く同様である。そのため、これら図1と同じ構成要素には図1と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【0066】
そして、本実施形態が第1実施形態と異なる点は主として2つあり、一つは、プルアップ抵抗Rpu0 が抵抗値固定の固定抵抗であること、もう一つは、プルアップ電源電圧が定電圧(第1実施形態では3.0〜3.6V固定)ではなく変化可能ということである。
【0067】
そのため、プルアップ抵抗Rpu0 には、可変定電圧電源回路41からの電圧が印加されている。そして、この可変定電圧電源回路41からの出力電圧は、プルアップ制御装置10からのプルアップコントロール信号Vcon により制御される。
【0068】
即ち、可変定電圧電源回路41は、図示しない定電圧電源装置からの定電圧5Vを、プルアップコントロール信号Vcon に従って所定のプルアップ電源電圧に変換して出力するものであり、プルアップコントロール信号Vcon が5Vのとき(つまり、積分器19の出力が0のとき)にUSB規格である3.0〜3.6Vが出力されるように構成されている。そして、プルアップコントロール信号Vcon が5Vから変化すると、その変化に応じてプルアップ電源も変化する。
【0069】
より具体的には、交差電圧Vcrが基準電圧Vref より低くなって積分器19の出力が増加すると、それに伴ってプルアップコントロール信号Vcon (つまり加算回路20の出力)も5Vから増加していく。これを受けて可変定電圧電源回路41では、プルアップ電源電圧を上昇させる。一方、交差電圧Vcrが基準電圧Vref より高くなって積分器19の出力が減少すると、それに伴ってプルアップコントロール信号Vcon も減少していき、これを受けて可変定電圧電源回路41では、プルアップ電源電圧を減少させることになる。
【0070】
つまり、第1実施形態ではプルアップ抵抗値rpuを変化させることで交差電圧Vcrを変化させるようにしたのに対し、本実施形態では、プルアップ抵抗値自体は変化させず、プルアップ電源電圧を変化させることによって、交差電圧Vcrを基準電圧Vref に一致させるのである。そのため、本実施形態のプリンタ1によっても、第1実施形態とほぼ同等の効果を得ることができる。尚、本実施形態では、プルアップ制御装置10内の第2差動増幅回路、積分器19、加算回路20及び可変定電圧電源回路41により、本発明のプルアップ電源変化手段が構成されることになる。
【0071】
尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
例えば、上記第1実施形態では、プルアップ抵抗値rpuを、プルアップコントロール信号Vcon に基づいてリニアに変化させるようにしたが、段階的に変化させるようにしてもよく、結果的に交差電圧Vcrが基準電圧Vref に一致すればよい。また、プルアップ抵抗Rpu1についても、上記第1実施形態では、固定抵抗R0とトランジスタTRとで構成し、トランジスタTRのベース入力を変化させるることによりプルアップ抵抗値rpuを変化させるようにしたが、これに限らず、例えば一般的な可変抵抗器を直接操作して抵抗値を変化させるような構成にするなど、プルアップ抵抗値を変化できる限り種々の構成を採りうる。
【0072】
更に、上記実施形態では、プルアップ制御装置10において、ラッチ17が、D+ライン63の電圧をラッチするようにしたが、D−ライン64の電圧をラッチしてもいいことはいうまでもない。
更にまた、上記第1実施形態では、回路定数としてプルアップ抵抗Rpu1の抵抗値を変化させるようにしたが、これに限らず、例えばUSBトランシーバ55内部の回路定数を変化させてもよく、結果として交差電圧Vcrを基準電圧Vref に一致するよう変化させることができる回路定数である限り特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1本実施形態の、USBデバイス(プリンタ)がPCと接続されたシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図2】 第1本実施形態のプルアップ抵抗及びプルアップ制御装置を説明するための説明図であり、(a)はプルアップ抵抗の概略構成、(b)はプルアップ制御装置10の概略構成を、それぞれ表す。
【図3】 プルアップ制御装置内部における各部位の出力値の変化及びそれに応じてプルアップ抵抗値rpuが変化することを説明するための説明図である。
【図4】 第2実施形態のプリンタの概略構成を示すブロック図である。
【図5】 従来の、USBデバイス(プリンタ)がPCと接続されたシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図6】 USBケーブルの概略構成を示す説明図である。
【図7】 データ転送の際のD+ラインとD−ラインの電圧変化を説明するための説明図である。
【符号の説明】
1,40,51…プリンタ、10…プルアップ制御装置、11…第1差動増幅回路、12…エッジ検出回路、13…マスク回路、14,15…Low検出回路、16…ANDゲート、17…ラッチ、18…第2差動増幅回路、19…積分器、20…加算回路、41…可変定電圧電源回路、53…USBケーブル、55,58…USBトランシーバ、56…コントローラ、57…プリンタエンジン、59,60…USBコネクタ、59a,60a…D+端子、59b,60b…D−端子、61…電源ライン、62…グランドライン、63…D+ライン、64…D−ライン、Rpu1,Rpu0 …プルアップ抵抗、R0…抵抗、Rpd…プルダウン抵抗、TR…トランジスタ
Claims (6)
- 2つのデータ入出力端子、及び該各データ入出力端子を介してデータの送・受信を行うトランシーバを備えると共に、該各データ入出力端子のいずれか一方がプルアップ抵抗を介してプルアップ電源に接続され、該各データ入出力端子間の差動信号によって外部のホストコンピュータとの間でデータの送・受信を行うように構成されたUSBデバイスにおいて、
前記トランシーバは、データ受信時に前記各データ入出力端子の電圧が共に第1のLow判定基準値より低くなったときにデータパケットの終端と判断するよう構成されており、
0Vより大きく且つ前記第1のLow判定基準値よりも低い所定の電圧値が第2のLow判定基準値として設定されており、
前記各データ入出力端子の電圧が一致したときの電圧であって、且つ、該電圧が前記第2のLow判定基準値より低くない場合に、該電圧を交差電圧として検出する交差電圧検出手段と、
前記交差電圧検出手段により検出された交差電圧が、前記第1のLow判定基準値以上において予め設定された交差電圧許容範囲内となるよう、当該USBデバイス内の回路定数を変化させる回路定数変化手段と、
を備えたことを特徴とするUSBデバイス。 - 前記回路定数変化手段は、
前記交差電圧検出手段にて検出された交差電圧と前記交差電圧許容範囲内における所定の基準電圧とを比較し、該比較結果に基づいて、該交差電圧が前記基準電圧と一致するように前記回路定数を変化させる
ことを特徴とする請求項1記載のUSBデバイス。 - 前記回路定数は前記プルアップ抵抗の抵抗値であり、
前記回路定数変化手段は、
前記交差電圧検出手段にて検出された交差電圧が前記基準電圧より低いときは前記抵抗値を減少させ、該交差電圧が前記基準電圧より高いときは前記抵抗値を増加させる
ことを特徴とする請求項2記載のUSBデバイス。 - 2本のデータ入出力端子、及び該各データ入出力端子を介してデータの送・受信を行うトランシーバを備えると共に、該各データ入出力端子のいずれか一方がプルアップ抵抗を介してプルアップ電源に接続され、該各データ入出力端子間の差動信号によって外部のホストコンピュータとの間でデータの送・受信を行うように構成されたUSBデバイスにおいて、
前記トランシーバは、データ受信時に前記各データ入出力端子の電圧が共に第1のLow判定基準値より低くなったときにデータパケットの終端と判断するよう構成されており、
0Vより大きく且つ前記第1のLow判定基準値よりも低い所定の電圧値が第2のLow判定基準値として設定されており、
前記各データ入出力端子の電圧が一致したときの電圧であって、且つ、該電圧が前記第2のLow判定基準値より低くない場合に、該電圧を交差電圧として検出する交差電圧検出手段と、
前記交差電圧検出手段により検出された交差電圧が、前記第1のLow判定基準値以上において予め設定された交差電圧許容範囲内となるよう、前記プルアップ電源の電圧を変化させるプルアップ電源変化手段と、
を備えたことを特徴とするUSBデバイス。 - 前記プルアップ電源変化手段は、
前記交差電圧検出手段にて検出された交差電圧と前記交差電圧許容範囲内における所定の基準電圧とを比較し、該検出された交差電圧が前記基準電圧より低いときは前記プルアップ電源の電圧を増加させ、該交差電圧が前記基準電圧より高いときは前記プルアップ電源の電圧を減少させる
ことを特徴とする請求項4記載のUSBデバイス。 - 前記交差電圧検出手段は、
前記各データ入出力端子の電位差を検出する差動電圧検出手段と、
該差動電圧検出手段により検出される電位差が略0のときの、前記いずれかのデータ入出力端子の電圧を前記交差電圧として検出するデータ線電圧検出手段と、
前記各データ入出力端子の電圧がいずれも、前記第2のLow判定基準値より低いか否かを判断するLレベル判断手段と、
前記Lレベル判断手段にて前記各データ入出力端子の電圧がいずれも前記第2のLow判定基準値より低いと判断されている間は、前記データ線電圧検出手段による前記交差電圧の検出を停止させる検出停止手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載のUSBデバイス。
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