JP6531208B2 - Type−Cコネクタサブシステムの低電力実装 - Google Patents

Type−Cコネクタサブシステムの低電力実装 Download PDF

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Description

この出願は、2015年6月19日に出願された米国仮出願第62/182,239号
の優先権を主張する、2015年9月25日に出願された米国特許出願第14/866,
276号の国際出願であり、これらの出願の内容は参照することにより本明細書に組み込
まれる。
本発明は概して、Type−Cコネクタサブシステムに関する。
様々な電子装置(例えば、スマートフォン、セルフォン、タブレット、ノートブックコ
ンピュータ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ハブ等)はユニバ
ーサルシリアルバス(USB)コネクタを介して通信するように構成されている。USB
コネクタに関する最新の技術(USB Type−Cと呼ばれている)は最近、USB
Type−C規格、リリース1.0(2014年8月11日リリース)で規定され、その
後リリース1.1(2015年4月3日リリース)で補足されている。USB Type
−C規格は、USB Type−Cレセプタクル、プラグ及びケーブルを規定し、この規
定は古いUSBプロトコル(例えば、2000年4月7日にリリースされたUSB規格の
改定、及び2010年12月7日にリリースされたUSBバッテリ充電規格、改定版1.
2)並びに新しいUSBプロトコル(例えば、2013年6月26日にリリースされたU
SB3.1規格、及び2014年8月11日にリリースされたUSB電力供給規格、改定
版2.1)でのUSB通信及び/又は電力供給をサポートすることができる。
USB Type−C規格はいくつかの電力要件(例えばUSBサスペンドモード)を
規定するが、個々の電子装置におけるType−Cサブシステムの総電力消費を管理する
ことは個々のType−C実装に任されている。しかしながら、この目的のために、現在
のUSB Type−C実装は、効率的な電力消費がエンドユーザエクスペリエンスを高
め、Type−Cケーブル内及びType−C使用可能USB装置内のType−Cサブ
システムの全動作を大きく改善することができても、全電力消費の点で効率が良くない。
いくつかの実施形態に係わる、Type−Cサブシステムを備えたオンダイ集積回路(IC)コントローラの一例を示す。 いくつかの例示的な実施形態に係わる、図1AのType−Cサブシステムを備えたICコントローラを含む装置の一例を示す。 図2Aは、いくつかの実施形態に係わる、オンチップUSB Type−Cサブシステムの一例内のRa終端回路を示す。図2Bは、いくつかの実施形態に係わる、例示的なオンチップUSB Type−Cサブシステムの一例内のスタンバイ基準回路を示す。 いくつかの実施形態に係わる、Type−Cサブシステム内のRa終端を無効にする方法の一例を示す。 いくつかの実施形態に係わる、Type−Cサブシステム内のスタンバイ基準を使用する方法の一例を示す。 図5Aは、いくつかの実施形態に係わる、オンチップUSB Type−Cサブシステムの一例内のRa終端回路を示す。図5Bは、いくつかの実施形態に係わる、オンチップUSB Type−Cサブシステムの一例内の精密抵抗回路を示す。
以下の記載は、低電力USB Type−Cサブシステムについて本明細書に記載する
技術の様々な実施形態のよりよい理解を提供するために、特定のシステム、コンポーネン
ト、方法等の例の多数の具体的な詳細を説明する。しかしながら、これらの具体的な詳細
がなくても少なくともいくつかの実施形態を実施し得ることは当業者に明らかであろう。
他の場合には、本明細書に記載する技術を不必要に不明瞭にしないように、周知のコンポ
ーネント、要素又は方法は詳細に説明されないか、簡単なブロック図の形で提示される。
従って、以下に記述される具体的な詳細は単なる例示にすぎない。特定の実施形態はこれ
らの例示的な詳細から異なってもよく、それらも本発明の精神及び範囲に含まれることが
意図されている。
本明細書中の「一実施形態」、「一つの実施形態」、「例示的な実施形態」、「いくつ
かの実施形態」及び「様々な実施形態」の言及は、それらの実施形態と関連して記載され
る特定の特徴、構造又は特性は本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれていることを
意味する。更に、明細書中の様々な箇所に出現する「一実施形態」、「一つの実施形態」
、「例示的実施形態」、「いくつかの実施形態」及び「様々な実施形態」は必ずしもすべ
てが同じ実施形態について言及しているわけではない。
本明細書における説明は詳細な説明の一部を成す添付の図面を参照して行われる。図面
は例示的な実施形態を示す。本明細書にて「例」とも称されるこれらの実施形態は、本明
細書に記載される特許請求の主題の実施形態を当業者が実施できる程度に十分詳細に説明
される。特許請求の主題の範囲及び精神を逸脱しない限り、これらの実施形態を組合せて
もよく、他の実施形態を利用してもよく、構造的、論理的、及び電気的な変更を加えても
よい。本明細書において説明される実施形態は、本主題の範囲を限定することが意図され
るものではなく、むしろ、当業者であれば、本主題を実施、作製、及び/又は使用するこ
とができることを理解されたい
電子装置内の低電力USB Type−Cサブシステムのための技術の様々な実施形態
が本明細書に開示される。このような電子装置の例としては、パーソナルコンピュータ(
例えば、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュ
ータ等)、モバイルコンピューティング装置(例えば、タブレット、タブレットコンピュ
ータ、電子書籍等)、モバイル通信装置(例えば、スマートフォン、セルフォン、携帯情
報端末、メッセージングデバイス、ポケットPC等)、接続装置(例えば、ケーブル、ア
ダプタ、ハブ、ドッキングステーション等)、オーディオ/ビデオ/データ記録及び/又
は再生装置(例えば、カメラ、ボイスレコーダ、携帯スキャナ、モニタ等)、及び通信及
び/又はバッテリ充電用にType−Cコネクタ(インタフェース)を使用し得る他の同
様な電子装置があるが、それらに限定されない。
本明細書において、ある電子装置がユニバーサルシリアルバス(USB)規格の少なく
とも一つのリリースに準拠する場合、その電子装置は「USB使用可能な」装置という。
このようなUSB規格の例には、USB規格改定版2.0、USB3.0規格、USB3
.1規格、及び/又は様々な補足(例えばOn−The−GO又はOTG)、バージョン
及びその正誤表が含まれるが、それらに限定されない。USB規格は一般に、標準の通信
システム及び周辺装置を設計し構築するのに必要とされる差動シリアルバスの特性(例え
ば、属性、プロトコル定義、トランザクションのタイプ、バスマネジメント、プログラミ
ングインタフェース等)を規定する。例えば、周辺電子装置はホストデバイスに、そのホ
スト装置のUSBポートを介して接続する。USB2.0ポートは5ボルトの電力線(V
BUS)、差動データ線対(D+又はDP及びD−又はDN)、及び電力リターン用のグ
ランド線(GND)を含む。USB3.0ポートもUSB2.0との下位互換性のために
VBUS線、D+線、D−線及びGND線を提供する。加えて、より高速の差動バス(U
SBスーパースピードバス)をサポートするために、USB3.0ポートは差動送信デー
タ線対(SSTX+及びSSTX−)、電力用の電力線(DPWR)及び電力リターン用
のグランド線(DGND)も提供する。USB3.1ポートはUSB2.0及びUSB3
.0との下位互換性のためにUSB3.0ポートと同じ線を提供するが、エンハンスドス
ーパースピードと称される一群の機能によってスーパースピードバスの性能を高めている
一部の電子装置は所定のUSB Type−C規格又はその特定のリリース(例えば、
USB Type−C規格、リリース1.0、USB Type−C規格、リリース1.
1、又はその後のリリース)に準拠し得ない。本明細書において、USB「Type−C
サブシステム」とは、USB Type−C規格の少なくとも一つのリリースに規定され
た機能及び要件を実行及び満足するように構成され作動する集積回路(IC)コントロー
ラ内のハードウェア回路及びファームウェア/ソフトウェアロジックを指す。このような
Type−C機能及び要件の例は、USB2.0及びUSB3.1による通信、Type
−Cレセプタクルに対する電子−機械定義及び性能要件、Type−Cプラグに対する電
子−機械定義及び性能要件、Type−C対レガシーケーブルアセンブリに対する要件、
Type−Cベース装置の検出及びインタフェースコンフィギュレーションに対する要件
、Type−Cコネクタに対する最適電力供給要件を含み得る。
USB Type−C規格によれば、USB Type−Cケーブルは、ケーブルの両
端のUSB Type−Cポートを定義するためにその中に1以上の集積回路(IC)が
配置されたアクティブケーブルである。USB2.0及びUSB3.1によるUSB通信
をサポートするために、Type−Cポートは特にVBUS,D+,D−,GND,SS
TX+,SSTX−,SSRX+及びSSRX−線を提供する。更に、Type−Cポー
トは、サイドバンド機能信号用のサイドバンド使用(SNU)線及びType−Cケーブ
ルによる接続の発見、コンフィギュレーション及びマネジメントのためのコンフィギュレ
ーションチャネル線(CC線)も提供する。Type−CポートはType−Cプラグ及
びType−Cレセプタクルと関連し得る。使用を容易にするために、Type−Cプラ
グ及びType−Cレセプタクルはプラグとレセプタクルの向きに関係なく動作するリバ
ーシブル対として設計されている。従って、標準のType−Cプラグ又はType−C
レセプタクルとして配置された標準のType−Cコネクタ(インタフェース)は特に、
4つのVBUS線、4つのグランドリターン(GND)線、2つのD+線(DP1及びD
P2)、2つのD−線(DN1及びDN2)、2つのSSTX+線(SSTXP1及びS
STXP2)、2つのSSTX−線(SSTXN1及びSSTXN2)、2つのSSRX
+線(SSRXP1及びSSRXP2)、2つのSSRX−線(SSRXN1及びSSR
XN2)、2つのCC線(CC1及びCC2)、及び2つのSBU線(SBU1及びSU
B2)のためのピンを提供する。ケーブルのType−CプラグがType−Cレセプタ
クルに装着されると、一方のCC線はケーブルを通じて接続され、信号方向を確立し、他
方のCC線はType−Cケーブル内に配置された集積回路(IC)デバイスを給電する
5V電力線(Vconn)として再利用される。
USB Type−C規格によれば、識別のためにUSB使用可能なホスト装置、US
B使用可能な周辺装置、及びUSB Type−Cケーブル装置によっていくつかのタイ
プの終端回路が使用される。例えば、ホスト電子装置(例えば、及び/又はそのコントロ
ーラ)は、アサートされたときにType−Cケーブルを介してホスト装置を識別するプ
ルアップ抵抗素子を含むRp終端回路(「Rp終端」)を提供する必要がある。別の例で
は、周辺電子装置(例えば、及び/又はそのUSBコントローラ)は、アサートされたと
きにType−Cケーブルを介して周辺装置を識別するプルダウン抵抗素子を含むRd終
端回路(「Rd終端」)を提供する必要がある。Type−Cケーブル装置(例えば、ケ
ーブルのプラグ内に配置されるICコントローラ)は、アサートされたときにType−
Cケーブルのコントローラを接続された周辺装置及び/又はホスト装置に識別させるプル
ダウン抵抗素子を含むRa終端回路(「Ra終端」)を提供する必要がある。
USB Type−Cケーブルは1以上の集積回路(IC)装置を内蔵する能動装置で
ある。従って、Type−Cケーブルは使用中(例えば、少なくとも一つのUSB使用可
能な装置に接続されているとき)、そのケーブル内のICは電力を消費する。しかしなが
ら、USB Type−C規格の複雑な要件のために、USB Type−Cサブシステ
ム(及びその中のトランシーバ)の従来の実装は一般にType−Cケーブル内のICを
アクティブ状態に維持し、それによってケーブルが比較的多量の電流(及び電力)(例え
ば、5mA又はそれ以上)を引き出せるようにしている。しかしながら、比較的多量の電
流(及び電力)の引き出しは一般的に不利であり、特に電池駆動装置に対して不利である
。更に、USB Type−Cサブシステム(及びその中のトランシーバ)の従来の実装
は、様々なType−Cに必須の終端及び送信回路を実装するために外部オフチップコン
ポーネント(例えば、抵抗、キャパシタ等)を使用し、より大きなチップを必要とするう
え、使用中にType−Cケーブルで使用される総電力を増加する。
比較的高い電力使用量の問題及びその他の問題に対処するために、本明細書に記載する
低電力USB Type−Cサブシステム技術は、ICコントローラが装着(接続)/分
離(切断)された状態にあり、Type−CサブシステムのCC線でアクティブに通信し
ていないときのICコントローラ(例えば、システム)電力の低減をもたらす。例えば、
本明細書に記載する技術は、いくつかの実施形態では、ケーブルをUSB使用可能な装置
に装着するとき、Type−CケーブルのRa終端を除去/無効にし、ケーブルにより使
用される電力の低減をもたらす。更に、これらの及び/又は他の実施形態では、本明細書
に記載の技術は、Type−Cケーブル内のICコントローラがディープスリープでもシ
ステムリソースをターンオフし、よって極めて低い電力を消費する新しい「装着待ち」状
態を提供する。これらの及び/又は他の実施形態では、ディープスリープ状態においてI
Cコントローラによって、いくつかのタイプのType−CアプリケーションにおけるU
SB Type−C規格の装着/分離要件のすべてを満す精密な電圧及び/又は電流基準
が発生され、それによって高い電力消費のアクティブモード電圧及び電流基準を発生する
必要性が回避される。Type−Cアプリケーションのタイプの例としては、Type−
Cサブシステムを有するICコントローラが(例えばUSB使用可能なホスト装置内デバ
イスで)ダウンストリームフェイシングUSBポートを提供するように構成されるダウン
ストリームフェイシングポート(DFP)USBアプリケーション、Type−Cサブシ
ステムを有するICコントローラが(例えばUSB使用可能な周辺装置又はアダプタ内で
)アップストリームフェイシングUSBポートを提供するように構成されるダウンストリ
ームフェイシングポート(UFP)USBアプリケーション、Type−Cサブシステム
を有するICコントローラが同じUSBポートでDFP及びUFPアプリケーションの両
方をサポートするように構成されるデュアルロールポート(DRP)USBアプリケーシ
ョン、及びType−Cサブシステムを有するICコントローラがケーブル装置(例えば
、アクティブType−Cケーブル、Vconn駆動アクセサリ等)内でType−Cポ
ートを提供するように構成される、電子マークケーブルアプリケーション(EMCA)、
があるが、それらに限定されない。
一つの例示的な実施形態では、装置はUSB Type−Cサブシステムを備える。こ
の実施形態のいくつかの態様では、この装置はType−Cケーブル内又は別のUSBア
プリケーション(例えば、ハイブリッドケーブル、USB−Type−Cアダプタ、Vc
onn駆動アクセサリ等)内に配置される。Type−Cサブシステムは、負電荷ポンプ
とRa終端回路を備え、負電荷ポンプはRa終端回路に結合され、Ra終端回路はTyp
e−CサブシステムのVconn線に結合される。本明細書で使用される「負電荷ポンプ
」は、ゼロ未満の電圧源(例えば、−0.7V〜−1.95Vの範囲内の電圧源)を生成
するように構成された電子回路を指す。Ra終端回路は、Type−Cサブシステムが給
電されないときRa終端が有効(例えば「オン」)になるように設計される。Type−
Cサブシステムは、Vconn線の電圧が閾電圧を超えるとき、負電荷ポンプを有効にし
、負電荷ポンプが有効にされるとき、Ra終端回路を無効にするように構成され、無効に
された後のRa終端回路は50μA以下の電流を消費するように構成される。この実施形
態の一つの例示的な態様では、閾電圧は2.375Vから2.625vの範囲内である。
同じ又は異なる態様では、Ra終端回路は、1以上のN型メタルオキサイド(NMOS)
トランジスタを含むオンチップのネイティブデバイスを含む。ネイティブデバイスのトラ
ンジスタはデプリーションドーピングを有するため、様々なネイティブデバイス実装にお
いてネイティブデバイスはゼロ又はほぼゼロのゲート閾電圧Vを有する(例えば、ネイ
ティブデバイスはそのゲート電圧Vがゼロ又はほぼゼロであるとき、そのチャネルをタ
ーンオンする)。例示的な態様では、Type−Cサブシステムは更に、Vconn線の
電圧がもはや供給されないとき、それを検出し、負電荷ポンプを無効にしてRa終端回路
を有効にする。
一つの例示的な実施形態では、装置はUSB Type−Cサブシステムを備える。こ
の実施形態のいくつかの態様では、この装置はType−Cケーブル内に配置される、又
はDFP,UFP又はDRPアプリケーションとして構成される。この実施形態では、T
ype−Cサブシステムは、Ra終端を制御するように構成されたゲート制御部と、この
ゲート制御部に結合された負電荷ポンプとを備え、負電荷ポンプが有効化/活性化された
ときRa終端を無効にするように構成される。この負電荷ポンプのRa終端回路のゲート
制御部への結合によって、Ra終端がもはや識別のために必要ないとき、(例えば、電力
消費の低減のために)Ra終端を無効にすることができる。この実施形態の例示的な態様
では、Ra終端は1以上のN型メタルオキサイド(NMOS)トランジスタを含むオンチ
ップのネイティブデバイス内に実装され、ネイティブデバイスはゼロ又はほぼゼロのゲー
ト閾電圧を有する。同じ又は別の例示的な態様では、Type−Cサブシステムにより消
費される総電流はRa終端が無効にされると50μA以下になる。この実施形態のいくつ
かの例示的な態様では、Type−Cサブシステムは更に、Rp終端の供給及びCC線上
でのRa終端及びRd終端の検出に使用するように構成された1以上のスタンバイ基準を
備えてもよい。
一つの例示的な実施形態では、装置はUSB Type−Cサブシステムを備える。い
くつかの態様では、この装置は内部にUSB Type−Cサブシステムが配置されたU
SB Type−Cプラグを備えるUSB Type−Cケーブルであり、他の態様では
、この装置はレセプタクルと関連して構成されたType−Cサブシステムを有するTy
pe−Cレセプタクルを備える。この例示的な実施形態では、Type−Cサブシステム
は、Ra終端を制御するように構成されたゲート制御部と、このゲート制御部に結合され
た負電荷ポンプとを備え、負電荷ポンプが有効化/活性化にされたときRa終端を無効に
するように構成される。この実施形態のいくつかの態様では、Type−Cサブシステム
は更に、Ra終端の供給及びCC線上でのRp終端及びRd終端の検出に使用するように
構成された1以上のスタンバイ基準を備えてもよい。
一つの例示的な実施形態では、装置はプロセッサとそれに結合されたUSB Type
−Cサブシステムとを備える集積回路(IC)チップである。いくつかのフォームファク
タにおいて、この装置は、内部にType−Cサブシステムが配置されたUSB Typ
e−Cプラグを備えるUSB Type−Cケーブルとしてよいが、他のフォームファク
タにおいて、この装置はレセプタクルと関連して構成されたType−Cサブシステムを
有するType−Cレセプタクルを備える機器(例えば、モバイル機器など)内に配置し
てよい。この実施形態では、Type−Cサブシステムは、Type−Cサブシステムの
Vconn線に結合されたRa終端回路を動作するように構成され、Ra終端回路がVc
onn線に供給された後のRa終端回路は100μA以下の電流(又はより好ましくは5
0μA以下の電流)を消費するようにする、及びType−CサブシステムのCC線上で
検出を実行するために装置のディープスリープ状態において1以上のスタンバイ基準回路
を動作するように構成され、装置がディープスリープ状態において100μA以下の電流
(又はより好ましくは50μA以下の電流)を消費するようにする。この実施形態の一つ
の例示的な態様では、Ra終端回路はType−Cサブシステムが給電されない間「オン
」のままとなるように構成される。同じ又は異なる態様では、Ra終端回路を動作させる
ために、Type−Cサブシステムは、Type−Cサブシステムが給電されない間Ra
終端回路を「オン」に維持するよう構成され、Vconn線が給電されるときを検出し、
Vconn線の電圧が閾電圧を超えるとき、負電荷ポンプを有効にしてRa終端回路を無
効にするよう構成される。この実施形態の一つの例示的な態様では、type−Cサブシ
ステムは、CC線上で通信が検出されるとき、装置をディープスリープ状態からアクティ
ブ状態へ遷移させ、CC線がアイドル状態になるときディープスリープ状態に戻すように
構成される。同じ又は異なる態様では、Type−Cサブシステムは、ディープスリープ
状態においてCC線上で終端の分離が検出されるとき、装置をディープスリープ状態から
装着待ち状態へ遷移するように構成される。
一つの例示的な実施形態では、装置はプロセッサとそれに結合されたUSB Type
−Cサブシステムとを備え、そのType−Cサブシステムは集積回路(IC)チップ内
に配置される。いくつかのフォームファクタにおいて、この装置は更にType−Cレセ
プタクルを備え、そのType−Cサブシステムはレセプタクルに結合され且つレセプタ
クルと関連して構成される。この実施形態では、Type−Cサブシステムは、Type
−CサブシステムのCC線上での検出を実行するために、1以上のスタンバイ基準回路を
ICチップのアクティブ状態において有効にし、ICチップをアクティブ状態からディー
プスリープ状態へ遷移し、ディープスリープ状態において1以上のスタンバイ基準回路を
動作するように構成され、ディープスリープ状態においてICチップは50μA以下の電
流を消費し、及び/又は、一以上のスタンバイ基準回路は10μA〜15μAの範囲内の
電流を消費するようにする。この実施形態の一つの例示的な態様では、Type−Cサブ
システムは更に、終端の装着がCC線の一つの線上で検出されるときに精密Rd終端検出
器又は精密Ra終端検出器を有効にし、終端の装着が検出された後に1以上のスタンバイ
基準回路を有効にするように構成してよい。同じ又は異なる態様では、Type−Cサブ
システムは更に、ディープスリープ状態においてCC線の一つの線上で終端の分離が検出
されるときICチップをディープスリープ状態からアクティブ状態へ遷移し、CC線がア
イドル状態なるときディープスリープ状態に戻すように構成してもよい。装着待ち状態に
おいて、Type−Cシステムは2μA以下の電流を消費するように構成することができ
る。更に、装着待ち状態において、Type−CサブシステムはCC線の一つの線上でR
d終端又はRa終端の装着を待ち、Rd終端又はRa終端のいずれかが検出されたとき装
着待ち状態からアクティブ状態へ遷移するように構成してもよい。
一つの例示的な実施形態において、USB Type−Cサブシステムにより守秘され
る電力を低減する方法は、Type−Cサブシステムが給電されない間Ra終端を「オン
」に維持するステップと、Type−CサブシステムのVconn線が給電されるときを
検出するステップと、Vconn線が閾電圧に到達したとき負電荷ポンプを有効にするこ
とによってRa終端を無効にするステップとを備える。この実施形態の一つの例示的な態
様では、Vconn線が給電されるときを検出するステップは、Vconn線への装着イ
ベントを検出し、装着イベントが検出された後からVconn線が閾電圧に到達する前ま
でType−Cサブシステムにより要求される回路の活性化を延期し、Vconn線が閾
電圧に到達した後にType−Cサブシステムにより要求される回路を活性化するステッ
プを備える。この態様では、Type−Cサブシステムにより要求される回路の活性化の
延期は、装着待ち状態において実行され、装着待ち状態においてType−Cサブシステ
ムはType−CサブシステムのCC線へのRd終端又はRa終端の装着を待つ。この実
施形態のいくつかの態様では、この電力低減方法は更に、Rd終端又はRa終端の装着が
検出される際に精密Rd終端検出器又は精密Ra終端検出器を有効にするステップと、一
以上のスタンバイ基準をディープスリープ状態において有効にするステップを備え、ディ
ープスリープ状態においてType−Cサブシステムにより消費される総電流は50μA
以下である。これらの態様において、この方法は更に、CC線上で通信が検出されるとき
、ディープスリープ状態からアクティブ状態へ遷移するステップと、CC線がアイドル状
態なるとき、ディープスリープ状態に戻すステップと、Rd終端又はRa終端の分離がデ
ィープスリープ状態において検出されるとき、ディープスリープ状態から装着待ち状態へ
遷移するステップとを備える。この実施形態のいくつかの態様では、Vconn線に対す
る閾電圧は2.375V〜2.625Vの範囲内であり。これらの及び/又は他の態様で
は、Ra終端の無効化はType−Cサブシステムをアクティブ状態にすることなく実行
され、アクティブ状態ではType−Cサブシステムは少なくとも1mAの総電流を消費
する。
図1Aは、本明細書に記載する低電力USB Type−Cサブシステムの技術に従っ
て構成された例示的な装置100を示す。図1Aに示す実施形態では、装置100はIC
ダイの上に製造された集積回路(IC)コントローラチップである。例えば、ICコント
ローラ100はサイプレスセミコンダクタ社(カリフォルニア州サンホセ)により開発さ
れたUSBコントローラ群からのシングルチップIC装置としてよい。
数あるコンポーネントの中で特に、ICコントローラ100はCPUサブシステム10
2、周辺相互接続114、システムリソース116、様々な入力/出力(I/O)ブロッ
ク(例えば118A―118C)、及びUSBサブシステム120を含む。
CPUサブシステム102は、システム相互接続112に結合された1以上のCPU(
中央処理装置)104、フラッシュメモリ106、SRAM(スタティックランダムアク
セスメモリ)108及びROM(リードオンリメモリ)110を含む。CPU104は、
システムオンチップ装置内で動作し得る適切なプロセッサである。いくつかの実施形態で
は、CPUは拡張クロックゲーティングによって低電力用に最適化してもよく、CPUが
様々な電力状態で動作し得るように様々な内部コントローラ回路を含んでもよい。例えば
、CPUは、CPUをディープスリープ状態からウェークアップさせるように構成された
ウェイクアップインタラプトコントローラを含み、ICチップがディープスリープ状態に
あるとき電力をスイッチオフすることができるようにしてもよい。フラッシュメモリ10
6はデータ及び/又はプログラムを格納するように設定可能な任意のタイプのプログラム
メモリ(例えば、NANDフラッシュ、NORフラッシュ等)としてよい。SRAM10
8は、CPU104によりアクセスされるデータ及びファームウェア/ソフトウェア命令
を格納するのに適した任意のタイプの揮発性又は不揮発性メモリとしてよい。ROM11
0はブートアップルーチン、コンフィギュレーションパラメータ、及び他のシステムオン
チップファームウェアを格納するように設定可能な任意のタイプの適切な記憶装置として
よい。システム相互接続112は、CPUサブシステム102の様々なコンポーネントを
互いに結合するインタフェースとして並びにCPUサブシステムの様々なコンポーネント
と周辺相互接続114との間の制御インタフェースとして構成されたシステムバス(例え
ば、シングルレベル又はメルチレベルのアドバンスドハイパフォーマンスバス又はAHB
)である。
周辺相互接続114は、プライマリデータを提供するとともに、CPUサブシステム1
02とその周辺装置及び他のリソース、例えばシステムリソース116、I/Oブロック
(例えば、118A−118C)及びUSBサブシステムとの間の制御インタフェースを
提供する周辺バス(例えば、シングルレベル又はマルチレベルAHB)である。周辺相互
接続は様々なコントローラ回路(例えば、ダイレクトメモリアクセス又はDMAコントロ
ーラ)を含んでもよく、これらのコントローラはCPUサブシステムに負担をかけること
なく周辺ブロック間でデータを転送するようにプログラムしてよい。様々な実施形態では
、CPUサブシステム及び周辺相互接続のコンポーネントの各々はCPU、システムバス
、及び/又は周辺バスの選択毎又はタイプ毎に異なり得る。
システムリソース116はICコントローラ100の動作をその様々な状態及びモード
においてサポートする様々な電子回路を含む。例えば、システムリソース116は、各コ
ントローラの状態/モード、例えば電圧及び/又は電流基準、ウェイクラスアップインタ
ラプトコントローラ(WIC)、パワーオンリセット(POR)等、任意選択で、必要と
される電力リソースを提供する電力サブシステムを含んでよい。いくつかの実施形態では
、システムリソース116の電力サブシステムは、ICコントローラ100がいくつかの
異なる電圧レベルの外部電源から電力を引き出すことを可能にする回路を含んでもよい。
システムリソース116はICコントローラ100が使用する様々なクロックを提供する
クロックサブシステム並びに外部リセット等のサービスコントローラ機能を可能にする回
路を含んでもよい。
ICコントローラ100のようなICコントローラは、様々な実施形態及び実装におい
て、様々な異なるタイプのI/Oブロック及びサブシステムを含んでよい。例えば、図1
Aに示す実施形態では、ICコントローラ100は、GPIO(汎用入出力)ブロック1
18A、TCPWM(タイマ/カウンタ/パルス幅変調)ブロック118B、SCB(シ
リアル通信ブロック)118C、及びUSBサブシステム120を含む。GPIO118
Aは、例えばプルアップ、プルダウン、入力閾値の選択、入力及び出力バッファの有効化
/無効化、様々なI/Oピンに接続された信号の多重化等の様々な機能を実行するように
構成された回路を含む。TCPWM118Bは、タイマ、カウンタ、パルス幅変調器、デ
コーダ及び入/出力信号を処理するように構成された他の様々なアナログ/混合信号要素
を実装するように構成された回路を含む。SCB118Cは、例えばI2C、SPI(シ
リアル周辺インタフェース)、URT(ユニバーサル非同期受信機/送信機)等の様々な
シリアル通信インタフェースを実装するように構成された回路を含む。
USBサブシステム120は、本明細書に記載する技術に従って構成されたType−
Cサブシステムであり、USBポート(例えばUSB2.0,USB3.0,USB3.
1等)によるUSB通信並びに電力供給及び電池充電等の他のUSB機能のサポートも提
供し得る。USBサブシステム120は、Type−Cトランシーバ120A及び物理層
ロジック120Bを含む。Type−Cトランシーバ120A及びPHY120Bは、様
々なディジタル符号化/復号化機能(例えば、特に2位相マーク符号又はBMC、巡回冗
長検査、又はCRC)及び物理層送信と関連するアナログ信号処理を実行する統合ベース
バンドPHY回路として構成される。USBサブシステム120には、本明細書に記載す
る技術に従って、Type−C動作におけるICコントローラ100の役割を確認するた
めに必要な終端回路が組み込まれる。例えば、いくつかの実施形態では、USBサブシス
テム120は、ICコントローラ100をVconn駆動アクセサリ又は電子マークケー
ブルと確認するように構成されたRa終端回路、ICコントローラ100をUFPアプリ
ケーション(例えば、ハイブリッドケーブル又はドングル)と確認するように構成された
Rd終端回路、及びICコントローラ100をDFPアプリケーションと確認するように
構成され且つUSB Type−C規格で規定されているVBUS線の電流容量の全範囲
を示すようにプログラムし得る電流源を使用するように構成されたRp終端回路、を含む
。加えて、これらの及び/又は他の実施形態では、ICコントローラ100(及び/又は
そのUSBサブシステム120)は、USB電力供給(SUB−PD)規格で規定されて
いる通信、例えばSOP,SOP’及びSOP”メッセージング等に応答するように構成
される。
USBサブシステム120は、本明細書に記載する低電力技術に従って動作するように
構成された回路を含む。いくつかの実施形態では、USBサブシステム120は、Ra終
端回路を制御するように構成されたゲート制御部と、このゲート制御部に結合された負電
荷ポンプとを備え、負電荷ポンプが有効化/活性化されたときRa終端回路を無効にする
ように構成される。設計によって、Ra終端回路は、ICコントローラ100が給電され
ないときに、有効(例えば「オン」)にされる。電力がUSBサブシステム120のVc
onn線に供給されるとき、Ra終端回路は、Vconn線の電圧が閾電圧(例えば,2
.5V)より低いままである間、有効(例えばオン)のままである。Vconn線の電圧
が閾電圧を上回るとき、USBサブシステム120内の制御回路が負電荷ポンプを有効に
し、負電荷ポンプがゲート制御部を介してRa終端を無効にするため、USBサブシステ
ム及びICコントローラ100により使用される電力が低減される。
これらの及び/又は他の実施形態では、USBサブシステム120は、ICコントロー
ラ100のためのいくつかの電力状態122を実装するために、CC線/Vconn線上
で電圧閾値検出器に結合されたスタンバイ基準源を含んでもよい。電力状態122は、ア
クティブ状態(例えば、この状態ではICコントローラが1mA以上の電流、多くの場合
5mAの電流を消費する)及びスリープ状態(この状態はアクティブ状態とは走行クロッ
クの数が異なる)を含む。本明細書に記載する技術によれば、電力状態122は次の低電
力状態:ディープスリープ状態(この状態ではICコントローラは50μA又はそれ以下
の電流を消費する)及び装着待ち状態(例えば、この状態ではICコントローラは2μA
又はそれ以下の電流を消費する)も含む。例えば、USBサブシステム120は、CC線
への装着イベントを待っているとき(又はVconn線の電圧が閾値レベルに達していな
いとき)、ICコントローラ100を装着待ち状態に維持し、Ra又はRd終端回路が装
着された終端のタイプを検出するために有効化されるとき、ICコントローラをアクティ
ブ/スリープ状態へ遷移させ、Ra/Rd終端回路に基づく検出が完了した後、ディープ
スリープ状態へ遷移させ、Ra/Rd終端回路が切り離されたとき、装着待ち状態に戻す
ように構成される。
図1Bは上述した低電力Type−Cサブシステムの技術を実装し得る運用コンテキス
トを例示する。これらの運用コンテキストの各々において、ICコントローラ(例えば図
1AのICコントローラ100)は、本明細書に記載の技術によれば、USB使用可能な
装置内に配置構成してよい。図1Bを参照すると、一つの例示的な実施形態では、USB
コントローラ100Aはコンピュータ装置(例えば、ラップトップコンピュータ130)
内にDFP又はDRP USBアプリケーションとして配置構成してよい。別の例示的な
実施形態では、USBコントローラ100Bは電子装置(例えば、モニタ140)内にD
FP又はDRP USBアプリケーションとして配置構成してよい。更に別の例示的な実
施形態では、USBコントローラ100Cはネットワーク装置(例えば、ハブ150)内
にUFP USBアプリケーションとして配置構成してよい。更に別の例示的な実施形態
では、USBコントローラ100D及び(もしあれば)USBコントローラ100EはT
ype−Cケーブル160の一端(又は両端)のプラグ内にEMCAアプリケーションと
して配置構成してよい。
図2Aは、図1AのICコントローラ100のようなUSBコントローラ内に配置し得
る例示的なオンチップUSB Type−Cサブシステム内のRa終端回路を示す。図2
Aの例示的な実施形態では、ICコントローラ及びそのType−Cサブシステム120
は、本明細書に記載の技術に従って、ケーブル内に配置し、EMCA(ケーブル)アプリ
ケーションとして構成してよい。
図2Aにおいて、USB Type−Cサブシステム120はICダイ上に製造された
ICコントローラチップの一部分である。Type−Cサブシステム120はCC/Vc
onn線に結合されたオンチップRa終端回路を含む。動作中、Type−Cサブシステ
ム120内のCC線の一つの線は信号方向を確立するために接続され、他のCC線はUS
Bコントローラ及びその中のType−Cサブシステムを給電するVconn線として再
利用される。従って、図2Aには示されていないが、Type−Cサブシステム120は
それぞれCC/Vconn線に別々に結合された2つのRa終端回路を含んでもよい。図
2AのRa終端回路はオンチップのネイティブデバイス206と直列に結合されたRa抵
抗素子(例えば、〜1KΩ)を含む。比較的高いインピーダンス(例えば、〜1MΩ)を
有する抵抗素子がCC/Vconn線とネイティブデバイス206のゲートとの間に結合
される。ネイティブデバイス206はオンチップ電子回路であり、1以上のネイティブN
MOSトランジスタと他のオンチップ素子を含んでもよい。ネイティブデバイス206は
ゼロ又はほぼゼロの閾電圧を有し、例えばネイティブデバイスはそのゲートが接地される
ときでもターンオンする。本明細書に記載の技術によれば、ネイティブデバイス206の
ゲートはゲート制御部204に結合され、このゲート制御部204は制御機能を与えるよ
うに構成された電子素子(例えばダイオード、トランジスタ、スイッチ等)を含む電子回
路である。ゲート制御部204は負電荷ポンプ202に結合される。負電荷ポンプ202
はサブゼロ(例えば負)電源を生成するように構成された電子回路である。
ネイティブデバイス206は、Type−Cサブシステム120が給電されないときに
Ra終端回路が有効(ON)に維持されるように構成される。ネイティブデバイス206
のゲートを高いインピーダンス抵抗素子を介してCC/Vconn線に結合すると、Ty
pe−Cサブシステム120が給電されないとき(及び/又はVconn線の電圧が所定
の閾値より低いとき)、ゲートの電圧はゼロ又はほぼゼロになり、それによりネイティブ
デバイス206が導通してRaプルダウン抵抗をCC/Vconn線に有効に供給するこ
とができる。Type−Cサブシステム120がVconn線を通じて給電され、その線
の電圧が閾電圧に到達するとき、ファームウェアインタラプトが発生して負電荷ポンプ2
02を有効にする。負電荷ポンプ202は、有効にされると、ゲート制御部204を介し
てネイティブデバイス206のゲートに負電圧を供給する。そのゲートの負電圧はネイテ
ィブデバイス206をターンオフし、それによってVconn線に結合されたRa終端が
無効にされ、USBコントローラ及びそのTypa−Cサブシステム120で使用される
電力が有効に低減される。Vconn線の電力が除去されるとき(例えば、Vconn線
が分離/切断されるとき)、負電荷ポンプ202がターンオフされ、ネイティブデバイス
206のゲートの電圧がゼロ又はほぼゼロに戻り、それによってネイティブデバイス20
6がターンオンし、Ra終端が事実上Vconn線に対して有効になる。
本明細書に記載の低電力技術によれば、図2AのRa終端回路の全てのコンポーネント
(例えば、負電荷ポンプ202、ゲート制御部204、ネイティブデバイス206、Ra
及び高インピーダンス抵抗素子等)は内部オンチップコンポーネントであることに留意さ
れたい。更に、本明細書に記載の技術は、Ra終端回路を無効にすることによって、RA
終端により消費される電流を50μA未満に低減する。これはRa終端回路の従来の実装
と大きく相違し、従来のRa終端回路は一般的に外部オフチップコンポーネント(例えば
、イネーブル/ディセーブルピン、精密抵抗、キャパシタ等)を使用し、USBコントロ
ーラ及びそのUSB Type−Cサブシステムが給電されている間Ra終端をターンオ
ンしたままに維持するので、少なくとも5mAの電流を消費する。従って、本明細書に記
載の技術はUSBコントローラ及びそのType−Cシステムの電流/電力消費を約20
分の1にする改善をもたらす。
図2Bは、図1AのICコントローラ100のようなUSBコントローラ内に配置し得
る例示的なオンチップUSB Type−Cサブシステムを示す。図2Bの例示的な実施
形態では、ICコントローラ及びそのType−Cサブシステム120は、本明細書に記
載の技術に従って、DFP又はDRPアプリケーションとして配置構成してよい。図2B
において、Type−Cサブシステム120はICダイ上に製造されたICコントローラ
チップ(図示せず)の一部分である。
本明細書に記載の技術によれば、Type−Cサブシステム120はType−Cサブ
システム120のCC線上で検出及び終端を実行するために使用されるスタンバイ基準2
10を含む。スタンバイ基準210は精密な低電力電圧及び/又は電流基準源であり、1
0μAから15μAの電流を消費し得る。スタンバイ基準210は電圧閾値検出器212
、Rp終端回路214、及びRd終端回路216に結合される。電圧閾値検出器212は
Type−Cサブシステム120のCC線(CC1及びCC2)に結合され、それらの線
上の電圧レベル検出するように構成される。Rp終端回路214はType−Cサブシス
テム120のCC線に結合され、Type−Cサブシステム(及びそのUSBコントロー
ラ)が装置内にDFP又はDRPアプリケーションとして配置されるとき、ホスト装置識
別のために使用される。Rd終端回路216はType−Cサブシステム120のCC線
に結合され、Type−Cサブシステム(及びそのUSBコントローラ)が装置内にUF
Pアプリケーションとして配置されるとき、周辺装置識別のために使用される。動作中、
スタンバイ基準210は、USBコントローラがディープスリープ状態に入るとき、Ty
pe−Cサブシステム120により有効にされる。ディープスリープ状態において、スタ
ンバイ基準210は、USBコントローラをアクティブ状態に給電する必要なしに、電圧
閾値検出器212、Rp終端回路214及び/又はRd終端回路216に電圧/電流基準
を供給するように構成される。これによりType−Cサブシステム120は、USBコ
ントローラをアクティブ状態にして電力を消費する必要なしに、CC線上でRp終端及び
装着/分離検出を実行することができる。
本明細書に記載の低電力技術によれば、図2Bのスタンバイ基準210は極めて低い量
の電流(例えば、10μA〜15μAの範囲内)を引き出す精密な電圧及び/又は電流基
準源であることに留意されたい。これは従来のType−C検出及び終端の実装と著しく
相違し、従来の実装はUSBコントローラをアクティブモードに維持し(これにより電力
消費が増加する)、比較的多量の電流(例えば、約1mA又はそれ以上)を消費するアク
ティブ基準を使用する。
図3は、本明細書に記載の技術に従ってEMCA(ケーブル)アプリケーションとして
構成されたType−CサブシステムにおけるRa終端を無効にする方法を示す流れ図で
ある。図3の方法のステップは、一つの例示的な実施形態に従って、コントローラ(例え
ば、USBコントローラ)及び/又はその回路(例えば、USB Type−Cサブシス
テム)により実行されるものとして記載する。しかしながら、様々な実装及び実施形態は
図3の方法のステップを実行するために様々な(場合により異なる)コンポーネントを使
用してもよいことに留意されたい。例えば、様々な実施形態において、システムオンチッ
プ装置を、一以上のプロセッサ又は他のハードウェアコンポーネント(例えば、マイクロ
コントローラ、ASIC等)によって実行されたとき、図3の方法のステップを実行する
ように動作するファームウェア命令で設定してよい。別の例では、様々な実施形態におい
て、IC装置は図3の方法のステップを実行するように設定されたシングルチップ又はマ
ルチチップコントローラを含んでもよい。従って、コントローラ及び/又はその回路で実
行されるものとして記載した図3の方法の以後の説明は、限定のためではなく説明のため
とみなされたい。
ステップ302において、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)
はケーブル内に配置され、給電されない。この非給電状態において、Ra終端は本明細書
に記載の技術に従って「オン」に維持される。コントローラはそれに電力が供給されない
限り非給電状態にとどまり、この給電はステップ304において決定され得る。
ステップ304において、コントローラはケーブルが給電されるかどうかを(繰り返し
)決定する。例えば、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)はTy
pe−CサブシステムのVconn線に電圧が供給されるかどうかを決定する。ステップ
304においてVconn線に電圧が供給されないことを決定すると、コントローラは非
給電状態に戻る(例えばステップ302)。ステップ304においてVconn線に電圧
が供給されたことを決定すると、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステ
ム)はステップ306を進める。
ステップ306において、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)
は、ケーブルが電源に装着されたこと(例えばケーブルがレセプタクルに差し込まれたと
きに起こる)を決定する。例えば、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシス
テム)は、Vconnに電力が供給され且つRa終端がまだ「ON」に維持されているこ
とを決定すると同時に、ステップ308を進める。
ステップ308において、コントローラはVconnの電圧が閾値電圧に到達するかどう
かを決定する。例えば、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)はV
conn線の電圧が約2.5Vに到達したかどうかを決定する。ステップ308において
Vconn線の電圧が約2.5Vに到達しない場合、Ra終端は「オン」に維持され、コ
ントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)は装着状態(ステップ306)
に戻る。ステップ308においてVconn線の電圧が約2.5Vに到達したことが決定
されると、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)はステップ310
を進める。
ステップ310において、Vconn線の電圧は約2.5Vを超え、コントローラ(及
び/又はそのType−Cサブシステム)はファームウェアインタラプトを発生してRa
終端回路に結合された負電荷ポンプを有効にする。負電荷ポンプの有効化/活性化はRa
終端を無効にし、よってコントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)で消
費される電流(そして電力)が低減される。いくつかの実施形態では、Ra終端がターン
「オフ」されるとき、Vconnに結合されたリーク回路をUSB Type−C規格の
Vconn放電要件を満たすために有効化/活性化してもよい。このような実施形態では
、追加の節電を提供するためにリーク回路をプログラム可能にしてもよい。例えば、リー
ク回路レベルをVconn線に存在する減結合容量に基づいてコントローラ(システム)
レベルで決定し動的にプログラムしてもよい。
ステップ310の完了後、Ra終端は電力がVconn線に供給される限り「オフ」に
維持される。コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)への電力は、ケ
ーブルが取り外されるとき、又はVconn線が切り離されるか取り除かれる。この場合
には、負電荷ポンプがターンオフしてRa終端を有効にするとともに、コントローラ(及
び/又はそのType−Cサブシステム)は非給電状態にもどる(例えば、ステップ30
2)。
このように、本明細書に記載の低電力技術によれば、コントローラ及びそのUSB T
ype−Cサブシステムをいくつかの従来の実装と比較して少なくとも1mAの電流を節
電するものとすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ(及び
/又はそのType−Cサブシステム)で使用される電流を1mAから50μA未満にす
る、即ち20分の1に改善することができ、他の実施形態では、使用電流を5mAから5
0μA以下にする、即ちほとんど100分の1に改善することができる。
図4は、本明細書に記載の技術に従ってDFO又はDRP(例えば、ホストベース)ア
プリケーションとして構成されたUSB Type−Cサブシステム内のスタンバイ基準
を使用する一つの例示的な方法を示す流れ図である。図4の方法のステップは、一つの例
示的な実施形態に従って、コントローラ(例えば、USBコントローラ)及び/又はその
回路(例えば、USB Type−Cサブシステム)により実行されるものとして記載す
る。しかしながら、様々な実装及び実施形態は図4の方法のステップを実行するために様
々な(場合により異なる)コンポーネントを使用してもよいことに留意されたい。例えば
、様々な実施形態において、システムオンチップ装置を、一以上のプロセッサ又は他のハ
ードウェアコンポーネント(例えば、マイクロコントローラ、ASIC等)によって実行
されたとき、図4の方法のステップを実行するように動作するファームウェア命令で設定
してよい。別の例では、様々な実施形態において、IC装置は図4の方法のステップを実
行するように設定されたシングルチップ又はマルチチップコントローラを含んでもよい。
従って、コントローラ及び/又はその回路で実行されるものとして記載した図4の方法の
以後の説明は、限定のためではなく説明のためとみなされたい。
ステップ402において、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)
はUSB使用可能なホスト装置内に構成され、給電されていない。この非給電状態におい
て、Rd終端は存在し得るが、給電されない。コントローラ(及び/又はそのType−
Cサブシステム)はそれに電力が供給されない限り非給電状態にとどまり、この給電はス
テップ404において決定され得る。
ステップ404において、コントローラはパワーオンリセット(POR)信号が供給さ
れるかどうかを(繰り返し)決定する。ステップ404においてPOR信号の供給が決定
されない場合には、コントローラは非給電状態(例えば、ステップ402)に戻り、その
状態にとどまる。ステップ404においてPOR信号の供給が決定される場合には、コン
トローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)はステップ406を進める。
ステップ406において、PORが存在するとき又は電力がコントローラ及び/又はそ
のType−Cサブシステムに供給されると同時に、コントローラは粗Rp終端回路(例
えば、Rp終端を所定のカスタム閾値に基づいて最小限の電力で与える回路)を有効化し
、粗Rd/Ra装着検出回路(例えば、Rd/Ra装着イベントを単一の閾値に基づいて
最小限の電力で検出する回路)をターンオンし、CC線上でRd又はRa装着イベントを
検出するのを待つ。本明細書に記載の技術によれば、この状態は「装着待ち」状態と呼ば
れ、この状態ではコントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)はCC線上
で装着イベントを待つ。例えば、装着待ち状態において、コントローラ(及び/又はその
Type−Cサブシステム)はRd終端又はRa終端の装着を検出するためにステップ4
08を繰り返し実行し得る。装着待ち状態は低電力状態であり、コントローラは約2μA
の総電流を消費する。
ステップ408において、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)
はRd終端回路又はRa終端回路がType−CサブシステムのCC線に接続/装着され
たかどうかを決定する。ステップ408において、Rd終端又はRa終端が接続/装着さ
れないと決定される場合には、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム
)は装着待ち状態(例えばステップ406)に戻る。ステップ408において、Rd終端
又はRa終端が接続又は装着されたと決定される場合には、コントローラ(及び/又はそ
のType−Cサブシステム)はステップ410を進める。
ステップ410において、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)
は、USB Type−C規格に従って、アクティブ状態で通常実行される操作を実行す
る。例えば、Rd終端又はRa終端のいずれかがCC線に接続又は供給された時点で、コ
ントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)は装着待ち状態からアクティブ
状態に変化し、CC線上でホスト装置を識別するために精密Rp終端を供給する。更に、
本明細書に記載の技術によれば、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステ
ム)はそれぞれの精密なRd終端又はRa終端検出回路(例えば、複数の閾値に基づいて
Rd又はRa装着イベントを検出する回路)を有効化し、その後ステップ412を進める
ステップ412において、アクティブ状態にある間、コントローラ(及び/又はそのT
ype−Cサブシステム)は、本明細書に記載の技術に従って、ディープスリープスタン
バイ基準を有効化する。例えば、一つの例示的な実施形態では、0.74Vの基準電圧を
発生するように精密なスタンバイ電流基準を設定するとともに、2.4μAの基準電流を
発生するように精密なスタンバイ電流基準を設定してよい。この場合、コントローラはア
クティブ状態からディープスリープ状態に変化し、この状態ではコントローラ(及び/又
はそのType−Cサブシステム)は50μA未満の電流を消費する。コントローラ(及
び/又はそのType−Cサブシステム)はステップ414で決定される2つのイベント
のうちの1つが起こるまでディープスリープ状態にとどまる。
ステップ414において、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)
は、(1)Rd終端又はRa終端がCC線から切り離されたかどうか、及び/又は(2)
CC線上に活性(例えば、パケット送信又は受信の形の通信)が存在するかどうかを決定
する。ステップ414において、(これまで接続されていた)Rd終端又はRa終端が切
り離された場合(例えば、CC線における切り離しイベント)には、コントローラ(及び
/又はそのType−Cサブシステム)はディープスリープ状態から装着待ち状態に戻り
、粗Rp終端回路及び粗Rd/Ra装着検出回路を有効化する(例えば、ステップ406
)。ステップ414においてCC線上に通信活性が存在すると決定された場合、コントロ
ーラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)はステップ416を進める。
ステップ416において、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)
はディープスリープ状態からアクティブ状態に変化し、CC線活性が続く限りCC線上で
の通信に必要な処理を実行し、これはステップ418において(繰り返し)決定され得る
。ステップ418において、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)
はCC線がアイドルかどうかを決定する。ステップ418においてCC線がアイドルでな
いと決定されると、コントローラはCC線上の通信をサポートするためにアクティブ状態
にとどまる(例えば、ステップ416)。ステップ418においてCC線がアイドルにな
ったと決定されると、コントローラ(及び/又はそのType−Cサブシステム)はステ
ップ412を進め、アクティブ状態からディープスリープ状態へ遷移する。例えば、CC
線がアイドルになったことを検出したとき、コントローラ(及び/又はそのType−C
サブシステム)はスタンバイ基準を有効化し、ディープスリープ状態へ遷移する。
このように、本明細書に記載の低電力技術によれば、コントローラ(及び/又はそのT
ype−Cサブシステム)は比較的大きな電流(例えば、〜1mA)を消費し得るアクテ
ィブ電圧及び/又は電流基準の使用を避けることができる。比較すると、本明細書に記載
の技術によれば、スタンバイ基準はディープスリープ状態において15μA未満の電流を
消費し、これは60分の1に近い電流消費の改善に相当する。更に、新たな装着待ち状態
がない場合にCC線上で装着イベントの検出を待つ間、コントローラで消費される総電流
は50μA以上になり得る。これに対し、本明細書に記載の技術によれば、装着待ち状態
においてコントローラで消費される総電流は約2μAであり、これは約25分の1の改善
に相当する。
図5Aは図1AのICコントローラ100のようなUSBコントローラ内に配置し得る
一つの例示的なオンチップUSBType−Cサブシステム内のRa終端回路を示す。図
5Aの代替実施形態内のRa終端回路は、正電荷ポンプ及びレギュラースイッチング装置
を使用することを除いて、図2AのRa終端回路と類似の無効化機能を実行する。図5A
の代替実施形態では、ICコントローラ及びそのType−Cサブシステム520は、本
明細書に記載の技術に従ってケーブル内に配置され、EMCA(ケーブル)アプリケーシ
ョンとして構成してよい。
図5Aを参照すると、USB Type−Cサブシステム520はICダイ上に製造さ
れたICコントローラチップの一部分である。Type−Cサブシステム520はCC線
に結合されたオンチップRa抵抗素子を含む。図5AのRa終端回路は装置505と直列
に結合されたRa抵抗素子(例えば,〜1KΩ)を含む。比較的高いインピーダンス(例
えば、〜1MΩ)を有する抵抗素子がCC/Vconn線と装置505のゲートとの間に
結合される。装置505は正の閾値電圧を有するスイッチング回路である。装置505の
ゲートは、制御機能及び正電荷ポンプを提供するように構成された電子回路を含む論理回
路503に結合される。正電荷ポンプは正電圧電源を生成するように構成された電子回路
である。論理回路503はType−Cサブシステム520のCC線及び検出回路501
に結合される。検出回路501はCC線に結合され、任意のCC線上で装着イベントを検
出するように構成される。
動作中、検出回路501はCC線の一つにおける電圧プルアップを検出し、論理回路5
03内の正電荷ポンプを有効化し、正電荷ポンプがCC線の電圧で給電される。論理回路
503内の正電荷ポンプは、有効化され/給電されるとき、スイッチングの装置505を
有効化する。装置505が有効化されると、Ra終端回路がターンオンされ、このターン
オンが(Vconn線として再利用される)他のCC線上で(例えば、ホスト装置によっ
て)検出される。いったんRa終端が有効化されると、第1CC線上の電圧は0.2Vよ
り低くなり、正電荷ポンプは動作を維持できなくなり得ることに留意されたい。この問題
を回避するために、正電荷ポンプにより供給される電圧を十分長い時間蓄積(例えば、バ
ッファ)し、CC線に結合されたホスト装置がRa終端を検出し、Vconn線に電圧を
供給し得るようにする必要がある。Vconn線が給電され、検出されると、論理回路5
03は正電荷ポンプを無効化し、装置505のゲートを接地に引き、よって装置をターン
オフし、電力を節約するためにRa終端回路を無効化する。
図5Bは、図1AのICコントローラ100のようなUSBコントローラ内に配置し得
る一つの例示的なオンチップUSB Type−Cサブシステムを示す。図5Bの例示的
な実施形態では、ICコントローラ及びそのType−Cサブシステム520は、本明細
書に記載の技術に従って、DFP又はDRPアプリケーションとして配置し構成してよい
。図5Bにおいて、Type−Cサブシステム520はICダイ上に製造されたICコン
トローラチップ(図示せず)の一部分である。
本明細書に記載の技術によれば、Type−Cサブシステム520は電源522を含む
。電源522は外部のオフチップの高精度抵抗523を経てType−Cサブシステム5
20のCC線(CC1及びCC2)に結合される。電源522は粗装着検出器524にも
結合される。粗装着検出器524はRd終端回路526を経てType−Cサブシステム
520のCC線(CC1及びCC2)に結合され、CC線の電圧レベルを(例えば、単一
の電圧閾値を用いて)検出するように構成される。動作中、図5Bに示す回路はこれまで
記載した装着待ち状態を実装することによって電流を低減するように構成される。例えば
、電源522、高精度抵抗523、及び粗装着検出器524はCC線上で装着イベントを
検出するために使用し得る。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載する低電力USB Type−Cサブシステ
ムに関する技術は、ネイティブデバイスをネイティブチャージポンプとともに用いてRa
終端を実装することを提供する。これは、Ra終端回路により消費される総電流を約5m
A(例えば、従来の実装で使用され得る)から50μA未満に低減し得る。これらの及び
/又は他の実施形態では、本明細書に記載する技術は、USBコントローラをアクティブ
状態で電力を消費させないで、依然として精密な電圧/電流要件を満たしつつ、ディープ
スリープ状態で使用され、Type−CサブシステムのCC線上での終端及び装着/分離
検出を実行する、精密なスタンバイ基準回路も提供する。これにより、ディープスリープ
状態でIC(コントローラ)により消費される総電流を1mA超(従来の実装で使用され
得る)から約50μAに低減することができ、スタンバイ基準自体は10μAから15μ
Aの電流を消費するものとし得る。これらの及び/又は他の実施形態では、本明細書に記
載する技術は、Type−Cサブシステムは、DFP又はDRPアプリケーションとして
構成されるとき、装着イベントをCC線で待つという、新しい装着待ち状態を提供しても
よい。これにより、装着イベントを待つ間(例えばコントローラで与えられるType−
Cポートがどこにも装着されていないとき)IC(コントローラ)で消費される電流を5
0μA(例えば従来の実装で使用され得る)から約2μAに低減することができる。
本明細書に記載する低電力USB Type−Cサブシステム技術の様々な実施形態は
様々な処理ステップを含み得る。これらの処理ステップはハードウェアコンポーネント、
ディジタルハードウェア及び/又はファームウェア、及び/又はそれらの組み合わせによ
って実行及び/又は制御することができる。本明細書で使用される用語「〜に結合する」
は直接的に結合する又は1以上の介在コンポーネントを介して間接的に結合することを意
味する。本明細書に記載する様々なオンダイバスで供給される如何なる信号も他の信号と
時間多重され、1以上の共通のオンダイバスで供給されてもよい。更に、回路コンポーネ
ント又はブロック間の相互接続はバスとして示しても又は単一信号線として示してもよい
。バスの各々は1以上の単一信号線としてもよく、単一信号線の各々はバスとしてもよい
特定の実施形態は、非一時的なコンピュータ可読媒体、例えば揮発性メモリ及び/又は
不揮発性メモリ等、に格納された命令を含むコンピュータプログラム製品として実装して
もよい。これらの命令は、1以上の汎用プロセッサ(例えば、CPU)又はその同等物(
例えば、処理コア、処理エンジン、マイクロコントローラ等)を含む1以上の装置をプロ
グラムするために使用され、これらの命令は、プロセッサ又はその同等物により実行され
たとき、本明細書に記載する低電力USBサブシステムの上記の処理ステップを装置に実
行させる。コンピュータ可読媒体は、マシン(例えば、装置又はコンピュータ)で読み取
り可能な形態(例えばソフトウェア、処理アプリケーション等)の情報を記憶又は送信す
るメカニズムを含んでもよい。非一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、電磁記憶媒体(
例えばフロッピーディスク、ハードディスク等)、光記憶媒体(例えば、CD−ROM)
、磁気−光記憶媒体、リードオンリメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM
)、消去可能なプログラマブルメモリ(例えば、EPROM及びEEPROM)、フラッ
シュメモリ、又は別の現在既知の又は将来開発される情報記憶に適した非一時的型の媒体
を含むが、これらに限定されない。
本明細書において、方法のステップは特定の順序で示され、説明されているが、いくつ
かの実施形態では各方法のステップの順序は変更可能で、いくつかのステップは逆の順序
で実行してもよく、またあるステップは少なくとも部分的に、他のステップと同時に及び
/又は並列に実行してもよい。他の実施形態では、異なるステップの命令又はサブステッ
プを間欠的に又は交互に実行してもよい。
上記の明細書において、本発明は特定の例示的な実施形態を参照して説明した。しかし
ながら、添付の請求の範囲に記載の本発明の広い精神及び範囲から逸脱することなく様々
な修正および変更を成し得ること明らかであろう。従って、明細書及び図面は限定のため
ではなく説明のためであるとみなされたい。

Claims (17)

  1. スタンバイ基準回路を備えるユニバーサルシリアルバス(USB)Type−Cサブシステムを備えた装置であって、
    前記USB Type−Cサブシステムは集積回路チップ(ICチップ)内に配置され、
    前記USB Type−Cサブシステムは、
    前記ICチップのアクティブ状態において前記スタンバイ基準回路を有効にするように構成され、
    前記アクティブ状態を前記ICチップの低電力モードへ遷移させるように構成され、
    前記Type−Cサブシステムのコンフィギュレーションチャネル線(CC線)上で、周辺電子装置によって提供されて、アサートされたときにType−Cケーブルを介して周辺装置を識別するプルダウン抵抗素子を含むRd終端、又は、Type−Cケーブル装置によって提供されて、アサートされたときにType−Cケーブルのコントローラを接続された周辺装置及び/又はホスト装置に識別させるプルダウン抵抗素子を含むRa終端の装着の検出を粗Rd終端検出器又は粗Ra終端検出器により実行するために前記スタンバイ基準回路を前記低電力モードにおいて動作させるように構成され、前記ICチップは前記低電力モードにおいて所定量以下の電流を消費するように構成されており、
    前記Rd終端又は前記Ra終端の装着が前記CC線の一つで検出されたとき、精密Rd終端検出器又は精密Ra終端検出器を有効にするように構成され、且つ
    前記Rd終端又は前記Ra終端の装着が検出された後に、USB Type−C規格の装着/分離要件のすべてを満たす精密な電圧及び/又は電流基準を発生するように、前記スタンバイ基準回路を有効にするように構成されている、
    ことを特徴とする装置。
  2. 前記所定量の電流は約100μAであり、前記低電力モードはディープスリープ状態である、請求項1記載の装置。
  3. 前記Type−Cサブシステムは更に、前記CC線の一つで通信が検出されたとき、前記ICチップを前記低電力モードから前記アクティブ状態へ遷移させ、前記CC線の一つがアイドル状態になるとき、前記低電力モードに戻すように構成されている、請求項1記載の装置。
  4. 前記Type−Cサブシステムは更に、前記低電力モードにおいて前記CC線の一つで終端の切り離しが検出されたとき、前記ICチップを前記低電力モードから前記ICチップの装着待ち状態へ遷移させるように構成されている、請求項1記載の装置。
  5. 前記Type−Cサブシステムは、前記装着待ち状態において約2μA以下の電流を消費する、請求項4記載の装置。
  6. 前記Type−Cサブシステムは、前記装着待ち状態において前記CC線の一つへのRd終端又はRa終端の装着を待つように構成され、前記Type−Cサブシステムは更に、前記Rd終端又は前記Ra終端のいずれかの装着が検出されたとき、前記ICチップを前記装着待ち状態から前記アクティブ状態へ遷移させるように構成されている、請求項4記載の装置。
  7. 前記スタンバイ基準回路は前記低電力モードにおいて10μAから15μAの範囲の電流を消費するように構成されている、請求項1記載の装置。
  8. 前記ICチップは前記低電力モードにおいて約50μA以下の電流を消費するように構成されている、請求項1記載の装置。
  9. 前記Type−Cサブシステムに結合されるUSB Type−Cレセプタクルを更に備える、請求項1記載の装置。
  10. 集積回路チップ(ICチップ)内に配置されたユニバーサルシリアルバス(USB)Type−Cサブシステムのスタンバイ基準回路を前記ICチップのアクティブ状態において有効にするステップと、
    前記アクティブ状態を前記ICチップの低電力モードへ遷移させるステップと、
    前記USB Type−Cサブシステムのコンフィギュレーションチャネル線(CC線)上でRa終端又はRd終端の装着の検出を粗Rd終端検出器又は粗Ra終端検出器により実行するために前記スタンバイ基準回路を前記低電力モードで動作させるステップであって、前記ICチップは前記低電力モードにおいて所定量以下の電流を消費するように構成されており、前記Rd終端は、周辺電子装置によって提供されて、アサートされたときにType−Cケーブルを介して周辺装置を識別するプルダウン抵抗素子を含み、前記Ra終端は、Type−Cケーブル装置によって提供されて、アサートされたときにType−Cケーブルのコントローラを接続された周辺装置及び/又はホスト装置に識別させるプルダウン抵抗素子を含む、ステップと、
    前記Rd終端又は前記Ra終端の装着が前記CC線の一つで検出されたとき、精密Rd終端検出器又は精密Ra終端検出器を有効にするステップと、
    前記Rd終端又は前記Ra終端の装着が検出された後に、USB Type−C規格の装着/分離要件のすべてを満たす精密な電圧及び/又は電流基準を発生するように、前記スタンバイ基準回路を有効にするステップと、
    を備えることを特徴とする方法。
  11. 前記所定量の電流は約100μAであり、前記低電力モードはディープスリープ状態である、請求項10記載の方法。
  12. 前記CC線の一つで通信が検出されたとき、前記ICチップを前記低電力モードから前記アクティブ状態へ遷移させるステップ、及び
    前記CC線の一つがアイドル状態になるとき、前記低電力モードに戻すステップ、を更に備える、請求項10記載の方法。
  13. 前記低電力モードにおいて前記CC線の一つで終端の切り離しが検出されたとき、前記ICチップを前記低電力モードから前記ICチップの装着待ち状態へ遷移させるステップを更に備える、請求項10記載の方法。
  14. 前記USB Type−Cサブシステムは、前記装着待ち状態において約2μA以下の電流を消費する、請求項13記載の方法。
  15. 前記装着待ち状態において前記CC線の一つへのRd終端又はRa終端の装着を待つステップ、及び
    前記Rd終端又は前記Ra終端のいずれかの装着が検出されたとき、前記ICチップを前記装着待ち状態から前記アクティブ状態へ遷移させるステップを更に備える、請求項13記載の方法。
  16. 前記スタンバイ基準回路は前記低電力モードにおいて10μAから15μAの範囲の電流を消費するよう構成されている、請求項10記載の方法。
  17. 前記ICチップは前記低電力モードにおいて約50μA以下の電流を消費するように構成されている、請求項10記載の方法。
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