JP4716910B2 - 電源供給制御装置および電源供給制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源供給制御装置および電源供給制御方法に関し、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）インタフェースを有するデバイスに対する電源の供給を制御する技術に関するものである。

近年、ＵＳＢインタフェースを有するデバイスが広く利用されている。一般的なＵＳＢのインタフェース回路は、図４のような構成となっている。図４に示すように、ＵＳＢのインタフェース回路は、パーソナルコンピュータ等のホスト１０側におけるＵＳＢホストコントローラ１０１と、周辺機器等のデバイス２０側におけるＵＳＢデバイスコントローラ２１とを備え、ＵＳＢホストコントローラ１０１とＵＳＢデバイスコントローラ２１との間をシリアル通信のＵＳＢケーブル３０で接続するものである。

ＵＳＢケーブル３０は、ＶＢＵＳと称する＋５Ｖ電源線３１およびＤ＋，Ｄ−と称する２本のデータ線３２，３３を有している。ホスト１０側において、Ｄ＋線３２およびＤ−線３３にはそれぞれプルダウン抵抗Ｒ_ｄ１，Ｒ_ｄ２が接続されている。また、デバイス２０側において、Ｄ＋線３２にはプルアップ抵抗Ｒ_ｕが接続されている。ＵＳＢケーブル３０の両端には、コネクタ３４，３５が接続されている。一方のコネクタ３４はホスト１０に接続し、他方のコネクタ３５はデバイス２０に接続する。

一般に、ＵＳＢインタフェース回路は、ホスト１０からデバイス２０への電源供給機能と、デバイス２０の挿抜を検知する挿抜検知機能とを有している。すなわち、図５（ａ）に示すように、ＵＳＢホストコントローラ１０１のＶＢＵＳ電源線３１は、常にＨｉｇｈの状態（常に電源が供給されている状態）となっている。その状態でホスト１０とデバイス２０とがＵＳＢケーブル３０により接続されると、ＶＢＵＳ電源線３１を通じてホスト１０からデバイス２０に電源が供給され、図５（ｂ）のようにデバイス２０側の電源はＨｉｇｈとなる。

デバイス２０に電源が供給されると、図５（ｃ）のように、プルアップ抵抗Ｒ_ｕの作用によりＤ＋線３２がＨｉｇｈにプルアップされる。これをＵＳＢホストコントローラ１０１が検知することによって、ホスト１０はデバイス２０が接続されたことを認識する。デバイス２０が接続されたことを認識したホスト１０は、図５（ｄ）に示すように、デバイス２０の初期化等のソフト的な接続シーケンスを実行する。

デバイス２０の取り外し時は、この逆の動作となる。すなわち、図６（ａ）に示すようにＵＳＢホストコントローラ１０１のＶＢＵＳ電源線３１がＨｉｇｈとなっている状態で、ホスト１０とデバイス２０とを接続していたＵＳＢケーブル３０が取り外されると、ホスト１０からデバイス２０に対して電源が供給されなくなる。これにより、図６（ｂ）に示すようにデバイス２０側の電源がＬｏｗとなる。

デバイス２０に対する電源の供給が断たれると、図６（ｃ）に示すように、プルダウン抵抗Ｒ_ｄ１の作用によりＤ＋線３２がＬｏｗにプルダウンされる。これをＵＳＢホストコントローラ１０１が検知することによって、ホスト１０はデバイス２０が取り外されたことを認識する。デバイス２０が取り外されたことを認識したホスト１０は、図６（ｄ）に示すように、デバイスドライバのアンロード等のソフト的な切断シーケンスを実行する。

これらの接続シーケンスや切断シーケンスは、それが終了するまでに一定の時間を要する。もし、ＵＳＢケーブル３０の抜き差しを短時間のうちに何回も行うと、図７のように接続と切断のシーケンスがそれぞれ完了する前に次々と繰り返される。そのために、ＵＳＢデバイスコントローラ２１が混乱して暴走状態となり、正常に動作できなくなってしまう場合があるという問題があった。ＵＳＢインタフェースを有するデバイス２０の中には、動作確認が完全に行われていない状態で製品化されるものもあり、このような現象が発生し得る。

なお、ＵＳＢデバイスの暴走時に、ワンチップマイクロコンピュータにリセット信号を供給してＵＳＢデバイスをリセットするようにした技術も存在する（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この特許文献１に記載の技術では、実際に暴走状態となった後にＵＳＢデバイスをリセットすることができるに過ぎず、ＵＳＢデバイスの暴走を未然に防ぐことはできない。
特開２００２−３７３０３６号公報

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、ＵＳＢケーブルの抜き差しが短時間のうちに繰り返し行われたとしても、ＵＳＢデバイスが暴走状態となることを防止できるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、ホストからデバイスが取り外されたことが検知されたときに、電源線に対する電源供給を所定時間オフとするようにしている。

上記のように構成した本発明によれば、電源線に対する電源供給がオフにされている間は、ホストにデバイスが接続されてもデバイス側に電源が供給されないので、デバイスが接続されたこともホスト側で検知されなくなる。よって、切断シーケンスが完了する前に接続シーケンスが開始されることもなくなる。これにより、デバイスの抜き差しが短時間のうちに繰り返し行われたとしても、接続と切断のシーケンスがそれぞれ完了する前に次々と繰り返されることがなくなり、デバイスが暴走状態となることを未然に防止することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の電源供給制御装置を実施したＵＳＢインタフェース回路の構成例を示す図である。なお、この図１において、図４に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付している。

図１において、ホスト１０は、ＵＳＢホストコントローラ１１と、Ｄ＋線３２のプルダウン抵抗Ｒ_ｄ１と、Ｄ−線３３のプルダウン抵抗Ｒ_ｄ２と、スイッチＳＷとを備えて構成されている。ＵＳＢホストコントローラ１１は、ＶＢＵＳ電源線３１に対する電源の供給を制御するとともに、Ｄ＋線３２およびＤ−線３３を用いてデータのシリアル通信を実行する。スイッチＳＷは、ＵＳＢホストコントローラ１１からの制御に従って、ＶＢＵＳ電源線３１に対する電源供給のオン／オフを切り替える。

デバイス２０は、ＵＳＢデバイスコントローラ２１と、Ｄ＋線３２のプルアップ抵抗Ｒ_ｕとを備えて構成されている。ＵＳＢデバイスコントローラ２１は、ＶＢＵＳ電源線３１を通じてホスト１０から供給される電源を利用して、Ｄ＋線３２およびＤ−線３３を用いてデータのシリアル通信を実行する。

ＵＳＢケーブル３０は、上述のＶＢＵＳ電源線３１と、データ線としてのＤ＋線３２およびＤ−線３３とを有している。ＵＳＢケーブル３０の両端には、コネクタ３４，３５が接続されている。一方のコネクタ３４はホスト１０に接続し、他方のコネクタ３５はデバイス２０に接続する。

本実施形態のＵＳＢホストコントローラ１１は、ホスト１０からデバイス２０が取り外されたことを検知する取り外し検知手段と、デバイス２０の取り外しが検知されたときに、ＶＢＵＳ電源線３１に対する電源供給を所定時間オフとするようにスイッチＳＷを切り替える電源制御手段とを備えている。以下に、この取り外し検知手段および電源制御手段の動作を詳細に説明する。図２は、この動作例を示すタイミングチャートである。

電源制御手段は、通常はスイッチＳＷがオンとなるように制御しており、ＵＳＢホストコントローラ１１のＶＢＵＳ電源線３１は、常にＨｉｇｈの状態（常に電源が供給されている状態）となっている。その状態でホスト１０とデバイス２０とがＵＳＢケーブル３０により接続されると、ＶＢＵＳ電源線３１を通じてホスト１０からデバイス２０に電源が供給される。

デバイス２０に電源が供給されると、プルアップ抵抗Ｒ_ｕの作用によりＤ＋線３２がＨｉｇｈにプルアップされる。これをＵＳＢホストコントローラ１１が検知することによって、ホスト１０はデバイス２０が接続されたことを認識する。デバイス２０が接続されたことを認識したホスト１０は、デバイス２０の初期化等のソフト的な接続シーケンスを実行する。

デバイス２０の取り外し時は、この逆の動作となる。すなわち、ＵＳＢホストコントローラ１１のＶＢＵＳ電源線３１がＨｉｇｈとなっている状態で、ホスト１０とデバイス２０とを接続していたＵＳＢケーブル３０が取り外されると、ホスト１０からデバイス２０に対して電源が供給されなくなり、図２（ｂ）に示すようにデバイス２０側の電源がＬｏｗとなる。

デバイス２０に対する電源の供給が断たれると、図２（ｃ）に示すように、プルダウン抵抗Ｒ_ｄ１の作用よりＤ＋線３２がＬｏｗにプルダウンされる。これをＵＳＢホストコントローラ１１の取り外し検知手段が検知することによって、ホスト１０はデバイス２０が取り外されたことを認識する。デバイス２０が取り外されたことを認識したホスト１０は、図２（ｄ）に示すように、デバイスドライバのアンロード等のソフト的な切断シーケンスを実行する。

また、取り外し検知手段によってデバイス２０の取り外しが検知されると、電源制御手段は、ＶＢＵＳ電源線３１に対する電源供給を所定時間オフとするようにスイッチＳＷを切り替える。これにより、図２（ａ）に示すように、ＶＢＵＳ電源線３１は所定時間だけＬｏｗとなる。

ＶＢＵＳ電源線３１に対する電源供給がオフにされている間は、ホスト１０にデバイス２０が再接続されても、デバイス２０側に電源が供給されない。すなわち、図２（ｂ）に示すようにデバイス２０側の電源はＬｏｗのままである。そのため、図２（ｃ）に示すようにＤ＋線３２もＬｏｗのままで、デバイス２０が接続されたことをホスト１０側で検知されることがない。したがって、接続シーケンスが開始されることもない。

そして、スイッチＳＷをオフに切り替えてから所定時間が経過すると、ＵＳＢホストコントローラ１１の電源制御手段は、スイッチＳＷをオンに戻してＶＢＵＳ電源線３１への電源供給を再開する。電源供給再開後にデバイス２０がホスト１０に接続されると、上述した手順でデバイス２０の接続がホスト１０にて検知され、図２（ｄ）に示すように接続シーケンスが実行される。この接続シーケンスを開始する段階では既に、切断シーケンスは完了済みである。

ＶＢＵＳ電源線３１に対する電源供給をオフとする所定時間は、少なくとも切断シーケンスを行うのに要する時間である。例えば、切断シーケンスの終了をソフト的に検知するシーケンス終了検知手段をＵＳＢホストコントローラ１１に設ける。そして、図３（ａ）のように、取り外し検知手段によりデバイス２０の取り外しが検知されてＶＢＵＳ電源線３１に対する電源供給をオフにした後、シーケンス終了検知手段により切断シーケンスの終了が検知されたときに、ＶＢＵＳ電源線３１に対する電源供給をオンに戻すようにする。

また、上述のシーケンス終了検知手段に加えてタイマをＵＳＢホストコントローラ１１に設ける。そして、図３（ｂ）のように、シーケンス終了検知手段により切断シーケンスの終了が検知された後、タイマによって所定のマージン時間を計時するまでスイッチＳＷの切り替えを待機することにより、ＶＢＵＳ電源線３１に対する電源供給をオフにしている所定時間を延ばすようにしても良い。

また、デバイス２０を動作させるためのドライバソフトウェアの中身がブラックボックス化されていて、切断シーケンスの終了をソフト的に検知できない場合は、図３（ｃ）のように、取り外し検知手段によりデバイス２０の取り外しが検知されてＶＢＵＳ電源線３１に対する電源供給をオフにした後、タイマによって所定時間を計時し、所定時間の計時後にＶＢＵＳ電源線３１に対する電源供給をオンに戻すようにしても良い。

以上詳しく説明したように、本実施形態によれば、ホスト１０からデバイス２０が取り外されたことが検知されたときに、ＶＢＵＳ電源線３１に対する電源供給を所定時間だけオフとするようにしたので、デバイスの抜き差しが短時間のうちに繰り返し行われたとしても、接続と切断のシーケンスがそれぞれ完了する前に次々と繰り返されることがなくなり、デバイス２０が暴走状態となることを未然に防止することができる。

なお、上記実施形態では、デバイス２０がホスト１０から取り外されたことの検知を、Ｄ＋線３２の論理がＨｉｇｈからＬｏｗになったことをＵＳＢホストコントローラ１１にてソフト的に検知することによって実現する例について説明したが、これに限定されない。標準的なＵＳＢコネクタを使用する必要がなければ、デバイス２０の取り外しをハードウェア的に検知する仕組みを設けても良い。

また、上記実施形態では、ＵＳＢを例に挙げて説明したが、これに限定されない。ＵＳＢと同様の電源供給機能やデバイスの挿抜検知機能を有するインタフェース回路であれば、本発明を適用することが可能である。
また、上記実施形態では、スイッチＳＷのオン／オフを切り替えることによってＶＢＵＳ電源線３１への電源供給を制御しているが、電源供給の制御手段はこれに限定されない。

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明の電源供給制御装置は、電源供給機能やデバイスの挿抜検知機能を有するインタフェース回路に有用である。例えば、ＵＳＢインタフェース回路に用いて好適である。

本発明の電源供給制御装置を実施したＵＳＢインタフェース回路の構成例を示す図である。 本実施形態による取り外し検知手段および電源制御手段の動作例を示すタイミングチャートである。 ＶＢＵＳ電源線をオフにする所定時間の例を示す図である。 従来のＵＳＢインタフェース回路の構成を示す図である。 従来のデバイス接続時における動作を示すタイミングチャートである。 従来のデバイス取り外し時における動作を示すタイミングチャートである。 従来の問題点を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０ ホスト
１１ ＵＳＢホストコントローラ
２０ デバイス
２１ ＵＳＢデバイスコントローラ
３０ ＵＳＢケーブル
３１ ＶＢＵＳ電源線
３２ Ｄ＋線
３３ Ｄ−線
３４，３５ コネクタ
ＳＷ スイッチ
Ｒ_ｄ１，Ｒ_ｄ２ プルダウン抵抗
Ｒ_ｕ プルアップ抵抗

Claims (5)

1. ホストに備えられ、上記ホストにデバイスが接続されたときに、電源線を通じて上記ホストから上記デバイスに電源を供給するように成された電源供給制御装置において、
   上記ホストから上記デバイスが取り外されたことを検知する取り外し検知手段と、
   上記取り外し検知手段により上記デバイスの取り外しが検知されたときに、上記電源線に対する電源供給を所定時間オフとする電源制御手段とを備えたことを特徴とする電源供給制御装置。
2. 上記電源制御手段が上記電源線に対する電源供給をオフとする所定時間は、上記ホストから上記デバイスが取り外されたときの切断シーケンスを上記ホストが行うのに要する時間またはそれより長い時間であり、当該所定時間を計時するためのタイマを備え、
   上記電源制御手段は、上記取り外し検知手段により上記デバイスの取り外しが検知されてから上記タイマにより上記所定時間が計時されるまでの間、上記電源線に対する電源供給をオフとすることを特徴とする請求項１に記載の電源供給制御装置。
3. 上記取り外し検知手段により上記デバイスの取り外しが検知されたときに行われる切断シーケンスの終了を検知するシーケンス終了検知手段を備え、
   上記電源制御手段が上記電源線に対する電源供給をオフとする所定時間は、上記取り外し検知手段により上記デバイスの取り外しが検知されてから、上記シーケンス終了検知手段により上記切断シーケンスの終了が検知されるまでの時間であり、
   上記電源制御手段は、上記取り外し検知手段により上記デバイスの取り外しが検知されてから、上記シーケンス終了検知手段により上記切断シーケンスの終了が検知されるまでの間、上記電源線に対する電源供給をオフとすることを特徴とする請求項１に記載の電源供給制御装置。
4. 上記取り外し検知手段により上記デバイスの取り外しが検知されたときに行われる切断シーケンスの終了を検知するシーケンス終了検知手段を備え、
   上記電源制御手段が上記電源線に対する電源供給をオフとする所定時間は、上記取り外し検知手段により上記デバイスの取り外しが検知されてから、上記シーケンス終了検知手段により上記切断シーケンスの終了が検知されるまでの時間に対して所定のマージン時間を加えた時間であり、当該マージン時間を計時するためのタイマを更に備え、
   上記電源制御手段は、上記取り外し検知手段により上記デバイスの取り外しが検知されてから、上記シーケンス終了検知手段により上記切断シーケンスの終了が検知された後、上記タイマにより上記マージン時間が計時されるまでの間、上記電源線に対する電源供給をオフとすることを特徴とする請求項１に記載の電源供給制御装置。
5. ホストに備えられ、上記ホストにデバイスが接続されたときに、電源線を通じて上記ホストから上記デバイスに電源を供給するように成された電源供給制御装置による電源供給制御方法において、
   上記ホストの取り外し検知手段が、上記ホストから上記デバイスが取り外されたか否かを監視する第１のステップと、
   上記デバイスの取り外しが検知されたときに、上記ホストの電源制御手段が、上記電源線に対する電源供給をオフとする第２のステップと、
   上記電源線に対する電源供給をオフとした後、上記ホストの電源制御手段が、所定時間が経過したか否かを監視する第３のステップと、
   上記所定時間の経過が検出されたときに、上記ホストの電源制御手段が、上記電源線に対する電源供給をオンとする第４のステップとを有することを特徴とする電源供給制御方法。