JP6164363B2 - 制御装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置及び電子機器に関する。

近年、デジタルカメラ等のＵＳＢ（Universal Serial Bus）接続可能なバッテリ駆動の電子機器において、ＵＳＢ規格のバスパワー（以下、ＵＳＢバスパワー）による充電や給電に対応することが一般的になってきている。また、例えばＵＳＢ接続されるデジタルカメラにおいては、充電モードや再生モードや撮影モード等の動作モードをＵＳＢ接続中に切り替えられる製品もある。この動作モードの切り替えは、機器が複数のＵＳＢデバイスクラス情報（コンフィグレーション情報）を持ち、それらを切り替えることによって実現されている。

しかし、これらの機能に関して、ＵＳＢデバイス機能を含めて１チップ化した大規模コアチップのような、ＵＳＢ接続機能を有した消費電力が比較的多いチップを有する電子機器では、以下のような課題がある。

第１の課題は、電子機器のバッテリ残量がない場合に、ＵＳＢバスパワーだけで電子機器の起動ができないことである。この原因は、コンフィグレーション後にはＵＳＢバスパワーによって最大で５Ｖ×５００ｍＡの電力を得ることが可能であるが、コンフィグレーション前においてはＵＳＢ規格により５Ｖ×１００ｍＡに制限されており、電子機器を起動しないとコンフィグレーションが実行できないことにある。つまり、コンフィグレーション前の起動時には、ＵＳＢバスパワーによって大電力（大電流）を得ることができず、バッテリ残量がない場合には電力不足により電子機器の起動ができない。

第２の課題は、電子機器が動作している状態でＵＳＢデバイスクラス切り替えが行われた時、電子機器のバッテリ残量がない場合に、電力不足によりクラス切り替えができないことである。この原因は、クラス切り替え時にはＵＳＢを電気的に切断して再接続するため、コンフィグレーション状態が解除されて初期の状態になり、ＵＳＢバスパワーによって供給される電力の制限が５Ｖ×１００ｍＡに低下することにある。

ここで、コンフィグレーションは、エニュメレーションとも言われ、ＵＳＢ接続されるホスト機器（例えばパーソナル・コンピュータ）とデバイス機器（例えばデジタルカメラ）との間で実行される初期処理である。コンフィグレーションの処理によって、適用するデバイスクラスの確立や、デバイス機器からホスト機器への電力要求等が行われる。デバイスクラスとしては、例えばＵＳＢメモリ用途のマスストレージ（mass storage）クラスや、ＵＳＢマウス用途のヒューマンインターフェースデバイス（human interface devices）クラスなどがある。

ＵＳＢ接続される電子機器において、ホスト側のＵＳＢコネクタを２つ使用することで、ＵＳＢバスパワーにより供給される電力の不足を解決する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ホスト側のＵＳＢコネクタからそれぞれ出力された電流が併せて電子機器に供給されるようにすることで、コンフィグレーション後にはＵＳＢバスパワーにより最大で５Ｖ×１Ａの電力を供給できる構成が開示されている。

特開２０１２−８７１６号公報

本発明の目的は、ホスト側のコネクタの使用数を増加させることなく、電子機器の起動時やクラス切り替え時に十分な電力を供給できるようにすることにある。

制御装置の一態様は、電力供給する外部機器に接続されたとき、外部機器から電力の供給を受けて電力要求を含むコンフィグレーションの処理を外部機器との間で実行し、外部機器から供給を受ける電力の制限値を第１の制限値から第１の制限値よりも多い第２の制限値に設定する第１の制御部と、第１の制御部を介して外部機器に接続するコアチップに、外部機器からの電力を基に生成した電源を供給する第２の制御部とを有し、第２の制御部は、コンフィグレーションの処理が完了してから第１の時間が経過した後にコアチップを起動させる信号を出力する。

開示の制御装置は、電力供給する外部機器に接続されたときにコンフィグレーションの処理を実行し外部機器から供給を受ける電力の制限値を第１の制限値よりも多い第２の制限値に設定して、外部機器からの電力を基に生成した電源をコアチップに供給するので、起動時やクラス切り替え時であってもコアチップに十分な電力を供給することが可能になる。

図１は、本発明の一実施形態における電子機器の構成例を示す図である。 図２は、本実施形態におけるＶＢＵＳ電流コントローラの構成例を示す図である。 図３は、本実施形態におけるデータラインのプルアップ制御の例を示す図である。 図４は、本実施形態における電子機器での起動時の処理の例を示すフローチャートである。 図５は、本実施形態における電子機器でのクラス切り替え時の処理の例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態における電子機器の構成例を示すブロック図である。本実施形態における電子機器１０は、コアチップ２０、制御装置としてのハブコントローラチップ３０、及びＵＳＢコネクタ４０を有する。電子機器１０は、ＵＳＢコネクタ４０を介して、図示しないホスト機器である外部機器（例えばパーソナル・コンピュータ等）に対してＵＳＢ接続される。

コアチップ２０は、ＵＳＢデバイス機能を含めて１チップ化したコアチップである。コアチップ２０は、動作時の消費電力が比較的多く、ＵＳＢバスパワーによって供給される初期の状態での最大の電力である５Ｖ×１００ｍＡの電力では、電力不足により起動することを含めて動作することができない。

コアチップ２０は、ハブコントローラチップ３０から電源ラインＰＷＲを介して電力の供給を受けるとともに、起動トリガ信号ＴＲＩＧが入力される。また、コアチップ２０は、第１のデータラインＤＴＡ（Ｄ＋／Ｄ−）を介してハブコントローラチップ３０と接続され、データの送受信を行う。

コアチップ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、メモリ２２、及びＵＳＢデバイスコントローラ２３を有し、それらがチップ内のバス（On Chip Bus）を介して接続されている。ＣＰＵ２１は、メモリ２２に格納されているプログラムを読み出して実行することで所定の処理を行う。メモリ２２は、ＣＰＵ２１が実行するプログラムや、データ等を格納する。ＵＳＢデバイスコントローラ２３は、コアチップ２０のＵＳＢ接続の状態を制御したり、データを送受信したりする。

ハブコントローラチップ３０は、ＵＳＢハブコントローラ３１及びＶＢＵＳ電流コントローラ３２を有する。ＵＳＢハブコントローラ３１は、電源ラインＶＢＵＳより供給される電力（バスパワー）で動作し、ＵＳＢバスパワーによって供給される初期の状態での電力制限である５Ｖ×１００ｍＡの電力以下で動作可能となっている。

ＵＳＢハブコントローラ３１は、ダウンストリーム側のＵＳＢポートに第１のデータラインＤＴＡ（Ｄ＋／Ｄ−）が接続され、アップストリーム側のＵＳＢポートに第２のデータラインＤＴＢ（Ｄ＋／Ｄ−）が接続されている。ＵＳＢハブコントローラ３１は、第１のデータラインＤＴＡや第２のデータラインＤＴＢを介してデータの送受信を行い、必要に応じて第１のデータラインＤＴＡから第２のデータラインＤＴＢへデータを送信したり、第２のデータラインＤＴＢから第１のデータラインＤＴＡへデータを送信したりする。

また、ＵＳＢハブコントローラ３１は、自己コンフィグレーション機能を有しており、コアチップ２０からの指示等を受けることなく、ホスト側に対して接続されると、ホスト側の機器との間でコンフィグレーションを実行する。ＵＳＢハブコントローラ３１は、ホスト側の機器との間でコンフィグレーションが完了したか否かを示す状態通知信号ＳＴＡを出力する。状態通知信号ＳＴＡは、例えば未コンフィグレーション状態で“０”が出力され、コンフィグレーションが完了した状態で“１”が出力されるデジタル信号とする。

ＶＢＵＳ電流コントローラ３２は、ＵＳＢハブコントローラ３１のコンフィグレーション状態に応じて、ＶＢＵＳ電流制御を実行するとともに、コアチップ２０に対する電力供給制御及び起動トリガ制御を実行する。ＶＢＵＳ電流コントローラ３２は、図２に示すように電源制御部１０１及び起動制御部１０２を有する。

電源制御部１０１は、電源ラインＶＢＵＳより供給される電力（バスパワー）を基に、コアチップ２０に供給する電源を生成して電源ラインＰＷＲより供給する。電源制御部１０１は、必要に応じて電源生成用のＤＣ−ＤＣコンバータを有する。

ここで、本実施形態において電源ラインＶＢＵＳより外部から供給される電力（バスパワー）の制限は、初期の状態では５Ｖ×１００ｍＡであり、ＵＳＢハブコントローラ３１のコンフィグレーションが完了すると５Ｖ×５００ｍＡに変化する。したがって、本実施形態では、ＵＳＢハブコントローラ３１のコンフィグレーションが完了すると、電源ラインＶＢＵＳより供給される最大で５Ｖ×５００ｍＡの電力を基に生成した電源を、電源ラインＰＷＲを介してコアチップ２０に供給することが可能になる。

また、電源制御部１０１は、ＵＳＢハブコントローラ３１のコンフィグレーション状態に応じて、ＶＢＵＳ電流の制限値を切り替える機能を有する。すなわち、ＵＳＢハブコントローラ３１からの状態通知信号ＳＴＡが“０”（未コンフィグレーション状態）である場合、電源制御部１０１は、ＵＳＢハブコントローラ３１での消費電流を含めた電源ラインＶＢＵＳの消費電流値が１００ｍＡを超えないように動作を制御する。また、ＵＳＢハブコントローラ３１からの状態通知信号ＳＴＡが“１”（コンフィグレーション完了状態）である場合、電源制御部１０１は、ＵＳＢハブコントローラ３１での消費電流を含めた電源ラインＶＢＵＳの消費電流値が５００ｍＡを超えないように動作を制御する。

起動制御部１０２は、ＵＳＢハブコントローラ３１のコンフィグレーション状態に応じて、コアチップ２０の起動制御を行う。起動制御部１０２は、ＵＳＢハブコントローラ３１から状態通知信号ＳＴＡが入力され、コアチップ２０に起動トリガ信号ＴＲＩＧを出力する。起動制御部１０２は、タイマ機能を有しており、状態通知信号ＳＴＡによりＵＳＢハブコントローラ３１のコンフィグレーション完了が通知（“０”から“１”に変化）されてから所定の時間が経過した後に、起動トリガ信号ＴＲＩＧを出力する。起動トリガ信号ＴＲＩＧは、例えばコアチップ２０に対するパワーオンリセット信号である。

ＵＳＢコネクタ４０は、電子機器１０内部の電源ラインＶＢＵＳと、ＵＳＢ規格に従ってバスパワーが供給される、ホスト側の外部の電源ラインＶＢＵＳとを接続するとともに、電子機器１０内部の第２のデータラインＤＴＢ（Ｄ＋／Ｄ−）とホスト側の外部のデータラインＤＴ（Ｄ＋／Ｄ−）とを接続するコネクタである。

図１に示した電子機器１０は、ＵＳＢデバイス機能を有するコアチップ２０とＵＳＢハブコントローラ３１を有するハブコントローラチップ３０とを電源系として１つのデバイスとして扱い、ＵＳＢハブコントローラ３１のコンフィグレーション状態に応じて電源ラインＶＢＵＳより供給される電力が制御される。ＵＳＢハブコントローラ３１のコンフィグレーションが完了すると、電源ラインＶＢＵＳより最大で５Ｖ×５００ｍＡの電力が供給されるので、それを基に生成した電源を、電源ラインＰＷＲを介してコアチップ２０に供給することができる。

そして、ホスト側の機器とＵＳＢハブコントローラ３１との間のコンフィグレーションが完了した後、コンフィグレーション状態を維持した状態で、コアチップ２０の起動を指示する。したがって、電源ラインＶＢＵＳより供給される最大で５Ｖ×５００ｍＡの電力を基に生成した電源をコアチップ２０に供給している状態で、すなわち十分な電力をコアチップ２０に供給している状態で、コアチップ２０を起動させることができる。

また、本実施形態では、コアチップ２０のＵＳＢデバイスクラス切り替え時には、ホスト側の機器とＵＳＢハブコントローラ３１との間のコンフィグレーション状態を維持して、コアチップ２０とＵＳＢハブコントローラ３１との間の第１のデータラインＤＴＡのみバスリセットをして再接続を行うように制御する。したがって、電源ラインＶＢＵＳより供給される最大で５Ｖ×５００ｍＡの電力を基に生成した電源をコアチップ２０に供給している状態で、すなわち十分な電力をコアチップ２０に供給している状態で、コアチップ２０のＵＳＢデバイスクラス切り替えを実行することができる。

例えば、図３に示すように、ＵＳＢデバイスコントローラ２０１に接続されるデータラインＤ＋を、スイッチ２０２及びプルアップ抵抗２０３を介して高圧側電源ＶＤＤに接続する。そして、データラインのバスリセットを実行する場合には、ＵＳＢデバイスコントローラ２０１が出力する制御信号ＳＷによりスイッチ２０２を開状態（オフ状態、非導通状態）にしてデータラインＤ＋のプルアップを無効にし、データラインのバスリセットを解除する場合には、制御信号ＳＷによりスイッチ２０２を閉状態（オン状態、導通状態）にしてデータラインＤ＋のプルアップを有効にするよう制御する。

本実施形態における電子機器１０での起動時の処理について説明する。図４は、本実施形態における電子機器１０での起動時の処理の例を示すフローチャートである。

電子機器１０のＵＳＢコネクタ４０が物理的にホスト側のＵＳＢポートに接続されることでＵＳＢ接続される（ステップＳ４０１）。電子機器１０がＵＳＢ接続されると、ホスト側の機器から電源ラインＶＢＵＳによりハブコントローラチップ３０のＵＳＢハブコントローラ３１及びＶＢＵＳ電流コントローラ３２に電力（制限値５Ｖ×１００ｍＡ）が供給される。

続いて、ＵＳＢハブコントローラ３１が起動して、自動的にホスト側の機器との間のコンフィグレーションの処理を実行する（ステップＳ４０２）。そして、ホスト側の機器とＵＳＢハブコントローラ３１との間のコンフィグレーションが完了すると、ＵＳＢハブコントローラ３１が、状態通知信号ＳＴＡによりＶＢＵＳ電流コントローラ３２にコンフィグレーション完了を通知する（ステップＳ４０３）。

また、ホスト側の機器とＵＳＢハブコントローラ３１との間のコンフィグレーションが完了することで、コンフィグレーションに含まれる電力要求に応じてホスト側の機器から電源ラインＶＢＵＳにより供給される電力の制限が５Ｖ×５００ｍＡになる。状態通知信号ＳＴＡによってＵＳＢハブコントローラ３１のコンフィグレーション完了の通知を受けたＶＢＵＳ電流コントローラ３２が、ＵＳＢハブコントローラ３１での消費電流を含めた電源ラインＶＢＵＳからの消費電流の制限値を１００ｍＡから５００ｍＡに変更する（ステップＳ４０４）。

そして、ＶＢＵＳ電流コントローラ３２が、電源ラインＶＢＵＳにより供給される電力を基にコアチップ２０に供給する電源を生成して供給する（ステップＳ４０５）。その後、ＶＢＵＳ電流コントローラ３２が、所定時間が経過するまで待機状態となり（ステップＳ４０６）、所定時間が経過するとコアチップ２０に対して起動トリガ信号ＴＲＩＧを出力する（ステップＳ４０７）。

ＶＢＵＳ電流コントローラ３２からの起動トリガ信号ＴＲＩＧを受けたコアチップ２０が、起動プログラムを実行して起動する（ステップＳ４０８）。続いて、起動したコアチップ２０内のＵＳＢデバイスコントローラ２３が、ＵＳＢハブコントローラ３１を経由してホスト側の機器との間のコンフィグレーションの処理を実行し（ステップＳ４０９）、起動時の処理を完了する。

このように電子機器１０が有するコアチップ２０の起動時には、電源ラインＶＢＵＳにより供給される最大で５Ｖ×５００ｍＡの電力を基に生成される電源がコアチップ２０に供給できるため、電源ラインＶＢＵＳにより供給される電力によってコアチップ２０を起動し、コンフィグレーションの処理を実行することができる。

次に、本実施形態における電子機器１０でのクラス切り替え時の処理について説明する。図５は、本実施形態における電子機器１０でのクラス切り替え時の処理の例を示すフローチャートである。

電子機器１０が有するコアチップ２０のＣＰＵ２１が、電源ラインＶＢＵＳにより供給される電力を基に生成される電源での動作中に、ＵＳＢデバイスクラスの切り替えトリガを検出する（ステップＳ５０１）。ここで、ＣＰＵ２１は、例えばユーザによるスイッチ押下操作等によるモード切り替え操作の実施をＵＳＢデバイスクラスの切り替えトリガとして検出する。

ＣＰＵ２１が切り替えトリガを検出すると、ＣＰＵ２１からの指示に応じてコアチップ２０内のＵＳＢデバイスコントローラ２３が、第１のデータラインＤＴＡのバスリセットを実行する（ステップＳ５０２）。第１のデータラインＤＴＡのバスリセットは、例えば第１のデータラインＤＴＡ（Ｄ＋）のプルアップを無効化することで実現される。なお、このとき、第２のデータラインＤＴＢはバスリセットが実行されることはなく、接続状態を維持している。

次に、ＣＰＵ２１からの指示に応じてＵＳＢデバイスコントローラ２３が、第１のデータラインＤＴＡのバスリセットを解除する（ステップＳ５０３）。そして、ＵＳＢデバイスコントローラ２３が、切り替え先クラスに対応するディスクリプタをＵＳＢハブコントローラ３１を経由してホスト側の機器に通知し、ホスト側の機器との間のコンフィグレーションの処理を実行し（ステップＳ５０４）、クラス切り替え時の処理を完了する。

このように電子機器１０でのクラス切り替え時には、ホスト側の機器とＵＳＢハブコントローラ３１との間のコンフィグレーション状態は保持しているので、電源ラインＶＢＵＳにより供給される最大で５Ｖ×５００ｍＡの電力を基に生成される電源がコアチップ２０に供給される状態が維持できる。したがって、電力不足状態になることなく、クラス切り替えを行うことができる。

なお、前述した実施形態では、ＵＳＢ接続される電子機器を一例として示したが、これに限定されるものではない。ＵＳＢ接続される電子機器のように、外部から供給される電力の制限値が初期の状態では少なく、コンフィグレーションのような設定等に係る処理を実行した後に電力の制限値を多く設定できる構成に対して本実施形態は適用可能である。

また、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これら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、本発明はその技術思想、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。

ホスト側の機器に対して接続されたときに、コアチップとは別のチップにてホスト側の機器との間のコンフィグレーションの処理を実行し供給を受ける電力の制限値をより多く設定して、ホスト側の機器からの電力を基に生成した電源をコアチップに供給することで、起動時やクラス切り替え時であってもコアチップに十分な電力を供給することが可能になる。例えば、バッテリ駆動の電子機器において、バッテリ残量がない場合でも、電子機器の起動やクラス切り替えの処理を容易に実行することができる。また、コアチップに対して入出力される信号は、このような制御を行っても変更はないので、コアチップの構成を変更することなく行うことができる。

Claims (11)

1. 電力供給する外部機器に接続されたとき、前記外部機器から第１の制限値で電力の供給を受けて前記外部機器に対する電力要求を含むコンフィグレーションの処理を前記外部機器との間で実行し、前記外部機器から供給を受ける電力の制限値を前記第１の制限値よりも多い第２の制限値に設定する第１の制御部と、
   前記第１の制御部を介して前記外部機器に接続するコアチップに、前記外部機器から供給される電力を基に生成した電源を供給する第２の制御部とを有し、
   前記第２の制御部は、前記コンフィグレーションの処理が完了してから第１の時間が経過した後に前記コアチップを起動させる信号を出力することを特徴とする制御装置。
2. 前記第１の制御部は、前記コアチップの起動時及びクラス切り替え時に、前記外部機器との間の前記コンフィグレーションの状態を維持することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 前記第２の制御部は、前記外部機器から供給を受ける電力の制限値に応じて制御装置の動作を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の制御装置。
4. 前記外部機器と前記制御装置とは、ＵＳＢ規格に準拠したバスを介して接続されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の制御装置。
5. 外部機器に接続するコアチップと、
   前記コアチップに、前記外部機器から供給される電力を基に生成した電源の供給を行う制御装置とを有し、
   前記制御装置は、前記外部機器に接続されたとき、前記外部機器から第１の制限値で電力の供給を受けて前記外部機器に対する電力要求を含むコンフィグレーションの処理を前記外部機器との間で実行し、前記外部機器から供給を受ける電力の制限値を前記第１の制限値よりも多い第２の制限値に設定する第１の制御部と、
   前記コンフィグレーションの処理後の状態を維持した状態で、前記外部機器から供給される電力を基に生成した電源を前記コアチップに供給する第２の制御部とを有し、
   前記コアチップは、前記制御装置の前記第２の制御部から電力の供給を受けた状態で、前記コアチップのコンフィグレーションの処理を実行して、前記制御装置を介して前記外部機器に接続されることを特徴とする電子機器。
6. 前記コアチップのコンフィグレーションの処理は、前記コアチップの起動に伴う処理であることを特徴とする請求項５記載の電子機器。
7. 前記制御装置の前記第２の制御部は、前記制御装置と前記外部機器との間の前記コンフィグレーションの処理が完了してから第１の時間が経過した後に前記コアチップを起動させる信号を出力することを特徴とする請求項６記載の電子機器。
8. 前記外部機器と前記制御装置とは、ＵＳＢ規格に準拠したバスを介して接続されていることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の電子機器。
9. 前記コアチップのコンフィグレーションの処理は、前記コアチップのクラス切り替えに伴う処理であることを特徴とする請求項５記載の電子機器。
10. 前記コアチップは、前記制御装置と前記外部機器との間の前記コンフィグレーションの状態が維持された状態で、前記制御装置と前記コアチップとの間のデータラインのバスリセットを実行し、次いで前記データラインのバスリセットを解除して前記コアチップのコンフィグレーションの処理を実行することを特徴とする請求項９記載の電子機器。
11. 前記外部機器と前記制御装置とは、ＵＳＢ規格に準拠したバスを介して接続されていることを特徴とする請求項９又は１０記載の電子機器。

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