JP6253728B2 - 電子機器、機能拡張装置、周辺機器および通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、コネクタに外部インターフェースとネットワーク・インターフェースを構築する技術に関する。

ラップトップ型のパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）やタブレット端末などの携帯式電子機器は、モバイル環境では単独の状態で使用し、オフィス環境では外部ディスプレイやプリンタなどの周辺機器を接続して使用することができる。周辺機器は、無線で接続する場合もあるが筐体に設けたコネクタにケーブルで接続する場合もある。携帯式電子機器の筐体に多くのコネクタを設けることは困難である。また、その都度複数の周辺機器をケーブルで接続することはユーザに煩雑さをもたらす。

特許文献１は、ＰＣの底部に設けたコネクタで接続する拡張機器を開示する。非特許文献１は、Ｔｙｐｅ-ＣというＵＳＢ規格のコネクタについて規定している。Ｔｙｐｅ-Ｃコネクタは、プラグの上下方向を反転して挿入してもＵＳＢ３．１規格の接続ができるようになっている。同文献には、Ｔｙｐｅ-Ｃコネクタのいくつかのピンに対する信号をルーティングして代替モードで動作させることを記載する。また、代替モードを採用したドックでは、Ｔｙｐｅ-ＣコネクタでＵＳＢ３．１伝送と同時にＰＣＩｅ伝送をすることを記載している。

特開２０１５−３８６５６号公報

Universal Serial Bus Type-C Cable and Connector Specification, Revision 1.1 April 3,2015,［online］、USB Implementers Forum, Inc.、［平成２８年３月３１日検索］、インターネット＜URL：http://www.usb.org/developers/usbtypec/＞

携帯式電子機器と機能拡張装置または周辺機器の間に多数のインターフェースを構築しようとすれば、コネクタが大型化したりコネクタの数が増えたりして実装が困難になる。したがって、携帯式電子機器に設けた１個のコネクタにできるだけ多くのインターフェースを構築できれば都合がよい。本発明の目的は上記背景から抽出した単一または複数の課題を解決することにある。さらに本発明の目的は、外部のデバイスを接続するコネクタにネットワーク・インターフェースと外部インターフェースを構築する技術を提供することにある。さらに本発明の目的はデバイスからコネクタの数を減らす技術を提供することにある。さらに本発明の目的はコネクタで接続した外部のデバイスと通信する技術を提供することにある。

電子機器は、周辺機器に対する外部インターフェースのデータ・チャネルおよびネットワーク・デバイスに対するネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルを備えるデバイス・コントローラと、外部インターフェースのデータ・チャネルとネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルを同時に構築することが可能な第１のレセプタクルと、デバイス・コントローラのデータ・チャネルを切り換えて第１のレセプタクルに外部インターフェースおよびネットワーク・インターフェースを構築するクロスバー・スイッチとを有する。

外部インターフェースは第１の外部インターフェースと第２の外部インターフェースを含み、クロスバー・スイッチが第１の外部インターフェースと第２の外部インターフェースの組み合わせおよび第１の外部インターフェースとネットワーク・インターフェースの組み合わせのいずれかを選択するようにしてもよい。このとき第１の外部インターフェースをＵＳＢインターフェースとし、第２の外部インターフェースをディスプレイのインターフェースとし、ネットワーク・インターフェースをイーサネットとすることができる。

さらに電子機器は、外部インターフェースを構築する第２のレセプタクルを含んでもよい。この場合、第１のレセプタクルに第１の外部インターフェースとネットワーク・インターフェースを同時に構築し、第２のレセプタクルに第１の外部インターフェースと第２の外部インターフェースを同時に構築するようにしてもよい。第１のコネクタは、ＵＳＢ規格のＴｙｐｅ−Ｃとすることができる。

本発明により、上述の単一または複数の課題を解決した電子機器、機能拡張装置、周辺機器および通信方法を提供することができた。

ラップトップ型のＰＣ１００にデバイスを接続する様子を説明するための機能ブロック図である。 Ｔｙｐｅ−ＣコネクタにＵＳＢ規格が標準的に定義するピン構成を説明するための図である。 ＰＣ１００の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。 レセプタクル１０１ａに対するプラグ１０１ｂ、５１ｂの反転接続を抑制する構造の一例を説明するための図である。 ＵＳＢ３．１モードのピン構成を説明するための図である。 ＵＳＢ３．１＋ＤＰモードのピン構成を説明するための図である。 ＵＳＢ２＋ＤＰモードのピン構成を説明するための図である。 ＵＳＢ３．１＋イーサネット・モードのピン構成を説明するための図である。 機能拡張装置２００の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。 ＰＣ１００の動作手順を説明するためのフローチャートである。 ２個のＴｙｐｅ−Ｃのコネクタで接続されるＰＣ５００と機能拡張装置６００の構成の一例を示す機能ブロック図である。

[定義]
最初に本明細書で使用する特別な用語を説明する。電子機器は、デスクトップ型コンピュータ、ラップトップ型コンピュータ、タブレット端末、およびスマートフォンなどの情報端末装置に相当する。機能拡張装置は、電子機器にケーブルで接続されて電子機器の機能を拡張する装置をいう。機能拡張装置は、ドッキング・ステーション、ポートリプリケータ、またはドングルといった名称で呼ばれることがある。機能拡張装置は、周辺機器と電子機器の間にデータ・チャネルを構築するための複数のコネクタを備えている。

周辺機器は、電子機器または機能拡張装置の筐体に設けたコネクタに接続して使用でき、記録、印刷、表示といったような電子機器と通信して機能する特有のファンクションを含む。ＨＤＤ、半導体メモリ、プリンタ、ディスプレイ、およびＨＩＤ（Human Interface Device）などは周辺機器の一例である。デバイスは、電子機器、機能拡張装置および周辺機器を含む。

コネクタは工具を使用しないで着脱ができるデバイスをいう。コネクタは雄のデバイスに相当するプラグと雌のデバイスに相当するレセプタクル（ジャックともいう）の複合体またはいずれか一方を意味する。通常はレセプタクルが電子機器に接続され、プラグがケーブルに接続されるが特に本発明において取り付け場所を限定する必要はない。本発明の適用において、電子機器に実装されたレセプタクルと周辺機器に実装されたプラグでデバイス同士を直接接続することも可能である。

外部インターフェースは、所定の規格に適合し、ケーブルで接続されたデバイスの間にデータ・チャネルを構築する論理的および物理的な存在をいう。外部インターフェースは同時にデバイスの内部にデータ・チャネルを構築していてもよい。外部インターフェースの物理層には、コントローラ、コネクタおよびケーブルなどを含む。外部インターフェースの一例としてＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＤＰ（Display Port）、ＨＤＭＩ（登録商標：High-Definition Multimedia Interface）、ＰＣＩｅを挙げることができる。

ネットワーク・インターフェースは、所定の規格に適合し、ケーブルで接続されたネットワーク・デバイスとの間にデータ・チャネルを構築する論理的および物理的な存在をいう。ネットワーク・インターフェースは、物理層およびデータ・リンク層を担うコントローラ、コネクタおよびケーブルなどを含む。ネットワーク・インターフェースの一例としてイーサネット（登録商標）を挙げることができる。

［概要］
図１は、電子機器の一例であるラップトップ型のＰＣ１００にデバイスを接続する様子を説明するための機能ブロック図である。ＰＣ１００は、筐体にレセプタクル１０１ａを実装している。ＰＣ１００はさらに他のレセプタクルを実装してもよいがレセプタクル１０１ａを通じて多くの外部インターフェースおよびネットワーク・インターフェースを構築できればレセプタクルの数を減らせるために都合がよい。レセプタクル１０１ａは両端にプラグ１０１ｂ、２０１ｂが接続されたケーブル１０２で機能拡張装置２００に接続することができる。

レセプタクル１０１ａは、一例においてＵＳＢ規格のＴｙｐｅ−Ｃコネクタとすることができる。ただし、本発明はコネクタの規格をＵＳＢ規格に限定する必要はない。レセプタクル１０１ａには、接続時に上下方向を規制しないフリッパブルな方法またはリバーシブルな方法でプラグを接続したり、上下方向を規制するオリエンティッドな方法でプラグを接続したりすることができる。

レセプタクル１０１ａに対して、機能拡張装置２００はオリエンティッドなＴｙｐｅ−Ｃのプラグ１０１ｂで接続し、周辺機器５１はオリエンティッドなＴｙｐｅ−Ｃのプラグ５１ｂで接続することができる。レセプタクル１０１ａに対して周辺機器５３はフリッパブルなＴｙｐｅ−Ｃのプラグ５３ｂで接続することができる。オリエンティッドなＴｙｐｅ−Ｃのプラグ１０１ｂ、５１ｂには、ＵＳＢのデータ・チャネルと同時に、他の外部インターフェースのデータ・チャネルまたはネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルを構築することができる。フリッパブルなプラグ５３ｂには、ＵＳＢのデータ・チャネルだけを構築することができる。

機能拡張装置２００は、レセプタクル２０１ａ〜２０９ａおよび電源ジャック２１１ａを実装している。ここではレセプタクル２０１ａとプラグ２０１ｂをＵＳＢ規格のＴｙｐｅ−Ｃコネクタとしている。レセプタクル２０１ａとプラグ２０１ｂは、プラグ１０１ｂに対応するデータ・チャネルを構築できれば、両者を端子で固定的に接続してもよい。

レセプタクル２０３ａ、２０５ａは一例においてＵＳＢ３．１規格に適合し、レセプタクル２０７ａは一例においてＤＰ規格に適合する。レセプタクル２０９ａは一例においてイーサネット（登録商標）規格のＲＪ４５とすることができる。レセプタクル２０３ａ、２０５ａにはＨＤＤ１５やプリンタ１７のようなＵＳＢデバイスが接続される。レセプタクル２０７ａにはディスプレイ１９が接続され、レセプタクル２０９ａにはルータまたはハブといったネットワーク・デバイスが接続される。レセプタクル２０７ａには、４レーンのデータ・チャネルを構築して４Ｋのディスプレイ１９を接続し、または、２レーンのデータ・チャネルを構築して２Ｋのディスプレイ１９を接続することができる。ＨＤＤ１５、プリンタ１７、およびディスプレイ１９は周辺機器に相当する。

電源ジャック２１１ａには、ＡＣ／ＤＣアダプタ１３が接続される。機能拡張装置２００は、ケーブル１０２を通じてＰＣ１００に電力を供給することが可能である。ＰＣ１００は、機能拡張装置２００に接続されないときに図示しないＡＣ／ＤＣアダプタから電力の供給を受けることができる。機能拡張装置２００に接続されたＰＣ１００は、機能拡張装置２００から電力の供給を受けながら後に説明する手順に従って、ＨＤＤ１５、プリンタ１７、およびディスプレイ１９を周辺機器として利用し、ネットワーク・デバイス２１を通じてインターネットまたはイントラネットのようなネットワークに接続することができる。

［Ｔｙｐｅ−Ｃコネクタ］
図２は、Ｔｙｐｅ−ＣコネクタにＵＳＢ規格が標準的に定義するピン構成を説明するための図である。図２は、正面からみたレセプタクル１０１ａとフリッパブルなプラグ５３ｂについて、ピン番号Ａ１〜Ａ１２、Ｂ１〜Ｂ１２の２４個のピンとそれらに定義した用途を記号で示している。レセプタクル１０１ａは上下２段に各１２個のピンを備えている。差動伝送Ｔｘ１＋／−、Ｒｘ１＋／−、Ｔｘ２＋／−、Ｒｘ２＋／−を定義したピンはＵＳＢ３．１規格のデータ伝送に利用する。

差動伝送Ｄ＋／−を定義したピンは、ＵＳＢ２．０規格のデータ伝送に利用する。なお、ＵＳＢ３．１規格のデータ伝送をするときは、ＵＳＢ２．０規格のデータ伝送もサポートすることになっている。ＣＣ１、ＣＣ２ピンは、プラグ５３ｂの挿入方向、Ｖｂｕｓを通じた電力供給のためのパラメータ検出、周辺機器のポートの識別、および通信などに利用する。ＳＢＵ１、２ピンは、ＵＳＢ３．１規格の標準的なデータ伝送に代わるオルタネート・モード（Alternate Mode）でのデータ伝送に利用する。

ＵＳＢ３．１規格のデータ伝送では、２つの差動伝送ペアＴｘ１／Ｒｘ１、Ｔｘ２／Ｒｘ２のうち一方の差動伝送ペアＴｘ／Ｒｘだけを利用し、２つの差動伝送Ｄ＋／−は、一方だけを利用するためプラグ５３ｂは、上下を反転（これに応じて左右も反転）しても接続することができる。このような接続が先に説明したフリッパブルな接続に相当する。ＰＣ１００は定期的にＣＣ１ピン、ＣＣ２ピンをモニターし、周辺機器５１が接続されたときにプラグの上下方向を判断して正しくデータ伝送できるようにレセプタクル１０１ａを構成する。

ＣＣ１ピンが終端抵抗で終端処理されたプラグ５３ｂが図２（Ｂ）または図２（Ｃ）に示すいずれかの上下方向で接続される。プラグ５３ｂは、ピン番号Ａ２、Ａ３、Ｂ１０、Ｂ１１をＵＳＢ３．１のデータ伝送に利用し、ピン番号Ａ６、Ａ７の組またはピン番号Ｂ６、Ｂ７の組のいずれか一方をＵＳＢ２．０のデータ伝送に利用する。ＰＣ１００はレセプタクル１０１ａのＡ５ピンで終端抵抗を認識したときは図２（Ｂ）の上下方向（順方向）で接続されたことを認識する。ＰＣ１００は、レセプタクル１０１ａのＢ５ピンで終端抵抗を認識したときは、図２（Ｃ）の上下方向（逆方向）で接続されたことを認識する。

正方向で接続されたときは、レセプタクル１０１ａと、同一のピン番号のピン同士が接続される。ＰＣ１００は、プラグ５３ｂのピン番号Ａ２、Ａ３、Ｂ１０、Ｂ１１にＵＳＢ３．１のデータ・チャネルを構築し、ピン番号Ａ６、Ａ７にＵＳＢ２．０規格のデータ・チャネルを構築する。プラグ５３ｂが順方向で接続されたときは、周辺機器５３はピン番号Ｂ６、Ｂ７を利用しない。ＰＣ１００は、レセプタクル１０１ａのピン番号Ａ５（ＣＣ１）をコミュニケーションに利用し、ピン番号Ｂ５（ＣＣ２）を、ケーブル１０２が収納する電子装置に電力を供給するＶｃｏｎｎとして構成する。

逆方向で接続されたときは、レセプタクル１０１ａのピン番号Ａ１〜Ａ１２、Ｂ１〜Ｂ１２のピンにプラグ５３ｂのピン番号Ｂ１〜Ｂ１２、Ａ１〜Ａ１２が接続される。ＰＣ１００は、ピン番号Ａ１０、Ａ１１、Ｂ２、Ｂ３にＵＳＢ３．１のデータ・チャネルを構築し、ピン番号Ａ６、Ａ７にＵＳＢ２．０規格のデータ・チャネルを構築する。

ＰＣ１００は、プラグ５３ｂのピン番号Ａ５に所定の終端抵抗を認識したときにレセプタクル１０１ａのピン番号Ｂ５（ＣＣ２）をコミュニケーションに利用し、ピン番号Ａ５（ＣＣ１）を、ケーブル１０２の電子機器に電力を供給するＶｃｏｎｎとして構成する。このようにＰＣ１００は、フリッパブルなプラグ５３ｂの挿入方向に応じて、ＵＳＢ３．１規格のデータ・チャネルに利用するピンとＣＣピンを選択するためのルーティング処理をする。

［ＰＣの構成］
図３はＰＣ１００の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。ＰＣ１００は、上位システム１１１、デバイス・コントローラ１１３、クロスバー・スイッチ１１５、ＰＤ（power delivery）コントローラ１１７およびレセプタクル１０１ａを含んでいる。上位システム１１１は、デバイス・コントローラ１１３にデータ・バス１１０で接続される。

上位システム１１１は、ＣＰＵ、システム・メモリ、Ｉ／Ｏチップ・セット、および不揮発性メモリなどのハードウェア資源と、アプリケーション・プログラム、ＯＳ、およびデバイス・ドライバなどのソフトウェア資源で構成している。デバイス・コントローラ１１３は、デバイス・ドライバおよびファームウェアを含み、上位システム１１１の指示によって周辺機器およびネットワーク・デバイスとの通信を制御する。

デバイス・コントローラ１１３は一例において、ＵＳＢホスト・コントローラ１１３ａ、ＤＰコントローラ１１３ｂ、イーサネット（登録商標）コントローラ１１３ｃを含んでいる。デバイス・コントローラ１１３はさらにＰＣＩｅやＨＤＭＩ（登録商標）のような他のコントローラを含み、レセプタクル１０１ａにそれらのデータ・チャネルを構築できるようにしてもよい。ＵＳＢホスト・コントローラ１１３ａ、ＤＰコントローラ１１３ｂ、およびイーサネット（登録商標）コントローラ１１３ｃはハードウェア的に分離していてもよい。

ＵＳＢホスト・コントローラ１１３ａ、ＤＰコントローラ１１３ｂおよびイーサネット・コントローラ１１３ｃは、上位システム１１１から受け取ったデータをそれぞれの外部インターフェースの規格に適合するフォーマットに変換してクロスバー・スイッチ１１５およびレセプタクル１０１ａに出力する。ＵＳＢホスト・コントローラ１１３ａおよびイーサネット・コントローラ１１３ｃは、機能拡張装置２００に接続された周辺機器またはレセプタクル１０１ａに直接接続された周辺機器５１、５３から受け取ったデータのフォーマットを変換して上位システム１１１に送る。

ＵＳＢホスト・コントローラ１１３ａは、Ｔｘ＋／−、Ｒｘ＋／−およびＤ＋／−の差動伝送のデータ・チャネルを備える。ＤＰコントローラ１１３ｂは、ＭＬ０＋／−、ＭＬ１＋／−、ＭＬ２＋／−、ＭＬ３＋／−、ＡＵＸ＋／−の差動伝送のデータ・チャネルを備える。イーサネット・コントローラ１１３ｃは、ＭＤＩ０＋／−、ＭＤＩ１＋／−、ＭＤＩ２＋／−、ＭＤＩ３＋／−の差動伝送のデータ・チャネルを備える。

デバイス・コントローラ１１３とクロスバー・スイッチ１１５は、データ・チャネル１１４ａ〜１１４ｃで接続される。デバイス・コントローラ１１３とレセプタクル１０１ａは、データ・チャネル１１４ｄ、１１４ｅで接続される。クロスバー・スイッチ１１５とレセプタクル１０１ａは、データ・チャネル１１６ａ〜１１６ｅで接続される。ＰＤコントローラ１１７は、上位システム１１１にシリアル・バス１２０で接続され、クロスバー・スイッチ１１５にシリアル・バス１２２で接続される。

ＰＤコントローラ１１７はパワー・ライン１１８ａ、ＣＣライン１１８ｂおよびグランド・ライン１１８ｃでレセプタクル１０１ａに接続される。データ・チャネル１１４ａは、ＵＳＢ３．１規格のＴｘ＋／−、Ｒｘ＋／−の差動伝送信号を伝送する。データ・チャネル１１４ｂは、ＭＬ０＋／−、ＭＬ１＋／−、ＭＬ２＋／−、ＭＬ３＋／−、ＡＵＸ＋／−の差動伝送信号を伝送する。データ・チャネル１１４ｃは、ＭＤＩ０＋／−、ＭＤＩ１＋／−の差動伝送信号と、ＭＤＩ２＋／−の差動伝送信号を構成するＭＤＩ２＋信号とＭＤＩ３＋／−の差動伝送信号を構成するＭＤＩ３＋信号を伝送する。

データ・チャネル１１４ｄは、ＭＤＩ２＋／−の差動伝送信号を構成するＭＤＩ２−信号と、ＭＤＩ３＋／−の差動伝送信号を構成するＭＤＩ３−信号をＢ６ピン、Ｂ７ピンに伝送する。データ・チャネル１１４ｅは、Ｄ＋／−信号をＡ６、Ａ７ピンに伝送する。ＰＤコントローラ１１７は、Ａ５ピン、Ｂ５ピンを定期的にモニターして、レセプタクル１０１ａに接続されたフリッパブルなプラグ５３ｂの方向を認識し、一方をＣＣ信号の伝送路として構成し、他方を電源（Ｖｃｏｎｎ）として構成する。

ＰＤコントローラ１１７は、オリエンティッドなプラグ１０１ｂ、５１ｂで接続する機能拡張装置２００、周辺機器５３については、たとえば、Ａ５ピンを常にＣＣ信号に利用し、Ｂ５ピンをＶｃｏｎｎの電力に利用する。ＰＤコントローラ１１７は、ＣＣ信号でレセプタクル１０１ａに接続された機能拡張装置２００または周辺機器５１、５３を認識する。ＰＤコントローラ１１７は、レセプタクル１０１ａに周辺機器５３が接続されたときは図２を参照して説明したデータ・チャネルを構築するようにクロスバー・スイッチ１１５の動作を制御する。ＰＤコントローラ１１７は、レセプタクル１０１ａに複数の外部インターフェースで動作する機能拡張装置２００または周辺機器５１が接続されたときは、上位システム１１１の指示でクロスバー・スイッチ１１５を制御することができる。

上位システム１１１は、一例において、ＰＤコントローラ１１７にＵＳＢ３．１モード、ＵＳＢ３．１＋ＤＰモード、ＵＳＢ２＋ＤＰモード、ＵＳＢ３．１＋イーサネット・モードの４つの出力モードのいずれかを指示する。クロスバー・スイッチ１１５は、指示された出力モードに応じてデータ・チャネル１１４ａ〜１１４ｃを切り換えて（ルーティング）データ・チャネル１１６ａ〜１１６ｅを構築しレセプタクル１０１ａを構成する。上位システム１１１は、ＵＳＢ３．１＋イーサネット・モードのときに、データ・チャネル１１４ｄにＭＤＩ２−とＭＤＩ３−のデータ・チャネルを構築するようにデバイス・コントローラ１１３に指示する。

図４は、オリエンティッドなプラグ１０１ｂ、５１ｂの反転接続を抑制する構造の一例を説明するための図である。プラグ１０１ｂ、５１ｂは、レセプタクル１０１ａに対してあらかじめ定めた上下方向だけで接続するためのロック・ピン１５３を備えている。ロック・ピン１５３は、ＰＣ１００の筐体に形成した開孔１５１に嵌合する。プラグ１０１ｂは、上下方向を反転させてレセプタクル１０１ａに接続することができない。

このような接続は先に説明したオリエンティッドに相当する。オリエンティッドな接続は、レセプタクル１０１ａをＵＳＢ規格のデータ・チャネルに加えて他の規格のデータ・チャネルを構築するために使用する。開孔１５１は、ロック・ピン１５３を備えていないフリッパブルなプラグ５３に対しては、反転接続の抑制構造として機能しないため、レセプタクル１０１ａに対してプラグ５３ｂを接続することは可能である。

［出力モードとピン構成］
図５は、ＵＳＢ３．１モードのピン構成を説明するための図である。図６は、ＵＳＢ３．１＋ＤＰモードのピン構成を説明するための図である。図７は、ＵＳＢ２＋ＤＰモードのピン構成を説明するための図である。図８は、ＵＳＢ３．１＋イーサネット・モードのピン構成を説明するための図である。図５〜図８は、各出力モードにおいてレセプタクル１０１ａに出力される信号と、それに応じてプラグ１０１ｂが受け取る信号の種類とピン番号の対応関係を示している。なお、プラグ５１ｂのピン構成は、周辺機器５１のファンクションに応じて以下の説明から理解することができる。

クロスバー・スイッチ１１５はＵＳＢ３．１モードのときにＡ２、Ａ３ピンをＴｘ＋／−信号のデータ・チャネルとして構成し、Ｂ１０、Ｂ１１ピンをＲｘ１＋／−信号のデータ・チャネルとして構成する。クロスバー・スイッチ１１５はＵＳＢ３．１＋ＤＰモードのときに、Ａ２、Ａ３ピンをＴｘ＋／−信号のデータ・チャネルとして構成し、Ｂ１０、Ｂ１１ピンをＲｘ＋／−信号のデータ・チャネルとして構成する。さらにクロスバー・スイッチ１１５はＡ１０、Ａ１１ピンをＭＬ０＋／−信号として構成し、Ｂ２、Ｂ３ピンをＭＬ１＋／−信号のデータ・チャネルとして構成する。さらにクロスバー・スイッチ１１５は、Ａ８、Ｂ８ピンをＡＵＸ＋／−信号のデータ・チャネルとして構成する。

クロスバー・スイッチ１１５はＵＳＢ２＋ＤＰモードのときに、Ａ２、Ａ３ピンをＭＬ２＋／１信号のデータ・チャネルとして構成し、Ｂ１０、Ｂ１１ピンをＭＬ３＋／−信号のデータ・チャネルとして構成する。さらにクロスバー・スイッチ１１５はＡ１０、Ａ１１ピンをＭＬ０＋／−信号のデータ・チャネルとして構成し、Ｂ２、Ｂ３ピンをＭＬ１＋／−信号のデータ・チャネルとして構成する。さらにクロスバー・スイッチ１１５は、Ａ８、Ｂ８ピンをＡＵＸ＋／−信号のデータ・チャネルとして構成する。ＵＳＢ２＋ＤＰモードのときは、ＵＳＢ３．１規格のSuperSpeedあるいはSuperSpeedPlusの通信はできないがＵＳＢ２．０規格の各スピード・モードは維持する。

クロスバー・スイッチ１１５はＵＳＢ３．１＋イーサネット・モードのときに、Ａ２、Ａ３ピンをＴｘ＋／−信号のデータ・チャネルとして構成し、Ｂ１０ピン、Ｂ１１をＲｘ＋／−信号のデータ・チャネルとして構成する。さらにクロスバー・スイッチ１１５はＡ１０ピン、Ａ１１ピンをＭＤＩ０＋／−信号のデータ・チャネルとして構成し、Ｂ２ピン、Ｂ３ピンをＭＤＩ１＋／−信号のデータ・チャネルとして構成する。

さらにクロスバー・スイッチ１１５は、Ａ８ピンをＭＤＩ２＋信号のデータ・チャネルとして構成し、Ｂ８ピンをＭＤＩ３＋信号のデータ・チャネルとして構成する。デバイス・コントローラ１１３は、Ｂ６ピンをＭＤＩ２−信号のデータ・チャネルとして構成し、Ｂ７ピンをＭＤＩ３−信号のデータ・チャネルとして構成する。以上説明したピンの再構成は例示であり、Ｖｂｕｓピン、ＧＮＤピン、およびＣＣピン以外のピンについては、他の構成を採用することもできる。

［機能拡張装置］
図９は、機能拡張装置２００の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。機能拡張装置２００は、レセプタクル２０１ａ、クロスバー・スイッチ２５１、ＵＳＢハブ２５３、ＰＤコントローラ２５７、電圧調整器２５９、およびレセプタクル２０３ａ〜２１１ａを含んでいる。レセプタクル２０１ａにはプラグ１０１ｂと同じピン番号を付与している。

レセプタクル２０１ａとクロスバー・スイッチ２５１は、ＰＣ１００のデータ・チャネル１１６ａ〜１１６ｅおよびデータ・チャネル１１４ｄ、１１４ｅに相当するデータ・チャネルで接続している。レセプタクル２０１ａとＰＤコントローラ２５７は、ＰＣ１００のパワー・ライン１１８ａ、ＣＣライン１１８ｂおよびグランド・ライン１１８ｃに相当する伝送路で接続している。ＰＤコントローラ２５７は、ＣＣラインでＰＤコントローラ１１７と通信してサポートする外部インターフェースおよびネットワーク・インターフェースを通知し、さらに出力モードの指示を受ける。ＰＤコントローラ２５７は、出力モードに応じてクロスバー・スイッチ２５１の動作を制御する。

クロスバー・スイッチ２５１は、ＵＳＢ３．１モードのときにＵＳＢハブ２５３に対してＴｘ＋／−信号、Ｒｘ＋／−信号およびＤ＋／−信号のデータ・チャネルを構築すする。クロスバー・スイッチ２５１はＵＳＢ３．１＋ＤＰモードのときに、ＵＳＢハブ２５３に対してＴｘ＋／−信号、Ｒｘ＋／−信号およびＤ＋／−信号のデータ・チャネルを構築し、レセプタクル２０７ａに対してＭＬ０＋／−信号、ＭＬ１＋／−信号およびＡＵＸ＋／−信号のデータ・チャネルを構築する。クロスバー・スイッチ２５１はＵＳＢ２＋ＤＰモードのときに、ＵＳＢハブ２５３に対してＤ＋／−信号のデータ・チャネルを構築し、レセプタクル２０７ａに対してＭＬ０＋／−信号、ＭＬ１＋／−信号、ＭＬ２＋／−信号、ＭＬ３＋／−信号およびＡＵＸ＋／−信号のデータ・チャネルを構築する。

クロスバー・スイッチ２５１はＵＳＢ３．１＋イーサネット・モードのときにＵＳＢハブに対してＴｘ＋／−信号、Ｒｘ＋／−信号およびＤ＋／−信号のデータ・チャネルを構築し、レセプタクル２０９ａに対してＭＤＩ０＋／−信号、ＭＤＩ１＋／−信号、ＭＤＩ２＋／−信号、ＭＤＩ３＋／−信号のデータ・チャネルを構築する。ＰＤコントローラ２５７は、Ａ４ピン、Ａ９ピン、Ｂ４ピンおよびＢ９ピン（Ｖｂｕｓ）を通じてＰＣ１００に電力を供給する。ＰＤコントローラ２５７は、ＵＳＢハブ２５３とレセプタクル２０７ａに所定の電圧の電力を供給する。ＰＤコントローラ２５７は、レセプタクル２０７ａに接続されたディスプレイ１９をＨＰＤラインで検出してＰＣ１００にＣＣラインで知らせることができる。

機能拡張装置２００は、ＨＤＤ、ディスプレイおよびネットワーク・デバイスなどの周辺機器としてのファンクションを備えていてもよい。オリエンティッドなＴｙｐｅ−Ｃのプラグ５１ｂで直接レセプタクル１０１ａに接続する周辺機器５１（図１）は、クロスバー・スイッチ２５１、ＰＤコントローラ２５７を含み、クロスバー・スイッチ２５１の出力を受けて動作するＨＤＤやディスプレイなどの周辺機器のファンクションとレセプタクル２０９ａを含むように構成することができる。

［動作手順］
図１０は、ＰＣ１００の動作手順を説明するためのフローチャートである。ブロック４０１でＰＣ１００のレセプタクル１０１ａに、機能拡張装置２００、周辺機器５１または周辺機器５３のいずれかが接続される。ブロック４０３でＰＣ１００は、定期的にモニターしているＣＣラインで電子機器の接続とサポートするインターフェースを認識する。周辺機器５１または周辺機器５３のいずれかを認識したときはブロック４５１に移行する。

ブロック４５１でＰＣ１００は、周辺機器５３を認識したときにクロスバー・スイッチ１１５をＵＳＢ３．１モードに設定する。ＰＣ１００は周辺機器５１を認識したときに、ＣＣライン１１８ｂで周辺機器５１がサポートするインターフェースを認識して出力モードを指示する。機能拡張装置２００を認識したときはブロック４０５に移行する。

ブロック４０５でＰＣ１００の上位システム１１１は、レセプタクル２０３ａ〜２０７ａに接続されている周辺機器を認識する。ブロック４０７で上位システム１１１はクロスバー・スイッチ１１５をＵＳＢ３．１モード、ＵＳＢ３．１＋ＤＰモード、ＵＳＢ２＋ＤＰモードのいずれかに設定するようにデバイス・コントローラ１１３およびＰＤコントローラ１１７に指示する。

ＰＤコントローラ１１７から出力モードの指示を受けた機能拡張装置２００は、クロスバー・スイッチ２５１の出力モードを変更する。ブロック４０９で、上位システム１１１がデバイス・コントローラ１１３およびＰＤコントローラ１１７にネットワークへ接続する指示をする。ブロック４１１でＰＤコントローラ１１７はクロスバー・スイッチ１１５をＵＳＢ３．１＋イーサネット・モードに設定し、ＰＤコントローラ２５７がクロスバー・スイッチ２５１をＵＳＢ３．１＋イーサネット・モードに設定する。

［２個のレセプタクルを利用したシステム］
これまで、ＰＣ１００と機能拡張装置２００が、それぞれ１個のＴｙｐｅ−Ｃのコネクタを実装する例を説明したが、Ｔｙｐｅ−Ｃのコネクタを複数実装すると、同時に接続できる周辺機器およびネットワーク・デバイスの数を増やすことができる。図１１は、２個のＴｙｐｅ−Ｃのコネクタで接続されるＰＣ５００と機能拡張装置６００の構成の一例を示す機能ブロック図である。

ＰＣ５００、機能拡張装置６００を構成する要素の中で、ＰＣ１００（図３）、機能拡張装置２００（図９）と同一の要素または対応する要素から容易に理解できる要素については同一の参照番号を付して説明を省略する。ＰＣ５００はＴｙｐｅ−Ｃのレセプタクル５０５、５０７を備えている。ＰＤコントローラ５０３は一例として、レセプタクル５０５をＵＳＢ２＋ＤＰモードまたはＵＳＢ３．１＋ＤＰモードに構成し、レセプタクル５０７をＵＳＢ３．１＋イーサネット・モードに構成するようにクロスバー・スイッチ５０１を制御することができる。

機能拡張装置６００は、Ｔｙｐｅ−Ｃのレセプタクル６０１、６０３を備えている。レセプタクル６０１は、オリエンティッドなプラグでレセプタクル５０５に接続される。レセプタクル６０３は、オリエンティッドなプラグでレセプタクル５０７に接続される。ＰＤコントローラ６０７は、ＰＣ５００からの指示でレセプタクル６０１のデータ・チャネルをＵＳＢハブ２５３およびレセプタクル２０７ａにルーティングするようにクロスバー・スイッチ６０５を制御する。ＰＤコントローラ６０７はまた、レセプタクル６０３のデータ・チャネルをＵＳＢハブ２５３およびレセプタクル２０９ａにルーティングするようにクロスバー・スイッチ６０５を制御する。

機能拡張装置６００を利用すると、ＰＣ５００にレセプタクル５０７、５０７を設けるだけで、レセプタクル２０７ａにＤＰの４レーンのデータ・チャネルを構築して４Ｋのディスプレイ１９を接続し、同時にレセプタクル２０９ａにネットワーク・デバイス２１を接続することができる。さらに、レセプタクル２０３ａ、２０５ａには、ＵＳＢデバイスを接続してＵＳＢ３．１規格のデータ伝送をすることができる。なお、Ｔｙｐｅ−Ｃのレセプタクルは３個以上設けてもよい。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

５３ｂ フリッパブルなＴｙｐｅ−Ｃのプラグ
１００、５００ パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）
２００、６００ 機能拡張装置
１０１ａ、２０１ａ Ｔｙｐｅ−Ｃのレセプタクル
１０１ｂ、２０１ｂ、５１ｂ オリエンティッドなＴｙｐｅ−Ｃのプラグ
２０３ａ〜２０９ａ レセプタクル

Claims (17)

1. 周辺機器に対する外部インターフェースのデータ・チャネルおよびネットワーク・デバイスに対するネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルを備えるデバイス・コントローラと、
   複数のピンを含む第１のレセプタクルと、
   前記複数のピンに対して前記デバイス・コントローラが出力するデータ・チャネルを切り換えて前記第１のレセプタクルに前記外部インターフェースのデータ・チャネルおよび前記ネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルを同時に構築するクロスバー・スイッチと
   を有する電子機器。
2. 前記外部インターフェースが第１の外部インターフェースと第２の外部インターフェースを含み、前記クロスバー・スイッチが前記第１の外部インターフェースのデータ・チャネルと前記第２の外部インターフェースのデータ・チャネルの組または前記第１の外部インターフェースのデータ・チャネルと前記ネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルの組のいずれかを構築する請求項１に記載の電子機器。
3. 前記第１の外部インターフェースがＵＳＢインターフェースで前記第２の外部インターフェースがディスプレイのインターフェースで前記ネットワーク・インターフェースがイーサネットである請求項２に記載の電子機器。
4. 前記第１のレセプタクルがＵＳＢ規格のＴｙｐｅ−Ｃである請求項３に記載の電子機器。
5. いずれかの前記データ・チャネルの組を構築するために、前記第１のレセプタクルに接続するプラグに対する反転接続の抑止構造を備える請求項４に記載の電子機器。
6. 前記第１のレセプタクルに反転接続が可能なプラグが接続されたときに前記第１の外部インターフェースのデータ・チャネルだけを構築する請求項５に記載の電子機器。
7. 前記クロスバー・スイッチが、前記デバイス・コントローラと前記第１のレセプタクルの間に前記第２の外部インターフェースと前記ネットワーク・インターフェースが共用するデータ・チャネルを構築する請求項２に記載の電子機器。
8. 前記デバイス・コントローラが、前記デバイス・コントローラと前記第１のレセプタクルの間に前記ネットワーク・インターフェースを構成する一部のデータ・チャネルを構築する請求項２に記載の電子機器。
9. 前記第１のレセプタクルに、前記周辺機器および前記ネットワーク・デバイスを接続した機能拡張装置を反転接続の抑止構造を備えるプラグで接続する請求項４に記載の電子機器。
10. 複数のピンを含み、前記クロスバー・スイッチが前記デバイス・コントローラのデータ・チャネルを切り換えて前記外部インターフェースのデータ・チャネルを構築することが可能な第２のレセプタクルを有する請求項１に記載の電子機器。
11. 前記外部インターフェースが第１の外部インターフェースと第２の外部インターフェースを含み、
    前記クロスバー・スイッチが前記第１のレセプタクルに前記第１の外部インターフェースのデータ・チャネルと前記ネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルを同時に構築する請求項１０に記載の電子機器。
12. 前記クロスバー・スイッチが前記第２のレセプタクルに前記第１の外部インターフェースのデータ・チャネルと前記第２の外部インターフェースのデータ・チャネルを同時に構築する請求項１１に記載の電子機器。
13. 電子機器にケーブルで接続する機能拡張装置であって、
    前記電子機器に接続して複数のピンに外部インターフェースのデータ・チャネルおよびネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルを同時に構築することが可能な第１のコネクタと、
    前記電子機器が前記外部インターフェースで通信する周辺機器を接続するための第１のレセプタクルと、
    前記電子機器が前記ネットワーク・インターフェースで通信するネットワーク・デバイスを接続するための第２のレセプタクルと、
    前記第１のコネクタが出力するデータ・チャネルを切り換えて前記第１のレセプタクルに対する前記外部インターフェースのデータ・チャネルおよび前記第２のレセプタクルに対する前記ネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルを同時に構築するクロスバー・スイッチと
    を有する機能拡張装置。
14. 前記電子機器に接続して前記第１のレセプタクルへのデータ・チャネルの構築と同時に複数のピンに前記外部インターフェースのデータ・チャネルを構築することが可能な第２のコネクタを有する請求項１３に記載の機能拡張装置。
15. 電子機器にケーブルで接続することが可能な周辺機器であって、
    前記電子機器に接続して複数のピンに外部インターフェースのデータ・チャネルおよびネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルを同時に構築することが可能な１個のコネクタと、
    前記コネクタから前記外部インターフェースを通じて受け取った信号で動作する前記周辺機器のファンクションと、
    前記コネクタから前記ネットワーク・インターフェースを通じて受け取った信号をネットワーク・デバイスに出力するレセプタクルと、
    前記ファンクションに対する前記外部インターフェースのデータ・チャネルおよび前記レセプタクルに対する前記ネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルを同時に構築するために前記コネクタが出力するデータ・チャネルを切り換えるクロスバー・スイッチと
    を有する周辺機器。
16. 電子機器が、周辺機器およびネットワーク・デバイスと通信する方法であって、
    前記電子機器に複数のピンを含む第１のコネクタを用意するステップと、
    前記第１のコネクタにそれぞれ前記周辺機器および前記ネットワーク・デバイスが接続された機能拡張装置を接続するステップと、
    前記電子機器が前記機能拡張装置に前記周辺機器が接続されたことを認識するステップと、
    前記電子機器が前記第１のコネクタに前記周辺機器と通信するための外部インターフェースのデータ・チャネルを構築するステップと、
    前記電子機器が前記機能拡張装置に前記ネットワーク・デバイスに接続する指示をするステップと、
    前記第１のコネクタに前記外部インターフェースのデータ・チャネルおよび前記ネットワーク・デバイスと通信するためのネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルを同時に構築するステップと
    を有する方法。
17. 前記機能拡張装置に前記第１のコネクタと接続する第２のコネクタを用意するステップと、
    前記ネットワーク・デバイスに接続する指示を受け取ったときに前記第２のコネクタが出力するデータ・チャネルを切り換えて前記外部インターフェースのデータ・チャネルおよび前記ネットワーク・インターフェースのデータ・チャネルを同時に構築するステップと
    を有する請求項１６に記載の方法。

Images