KR100218916B1 - 유에스비 허브 장치의 과전류 보호회로 - Google Patents

유에스비 허브 장치의 과전류 보호회로 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과전류 보호회로는 USB 허브 콘트롤러의 하나의 입력단자 및 하나의 출력단자만을 사용하여 복수의 전원 출력 포트에 종속 연결되는 복수의 USB 허브 장치 또는 주변 기기로 과전류가 흐르는 것을 보호하는 것이다.
본 발명은 복수의 과전류 검출 수단이 출력하는 복수의 과전류 검출신호를 논리 합하여 USB 허브 콘트롤러의 하나의 입력단자로 입력시키고, 과전류 검출신호의 입력에 따라 USB 허브 콘트롤러가 출력하는 전원 차단 제어신호를 복수의 과전류 검출신호와 각기 논리 곱하며, 이를 래치에 저장한 후 각각의 전원 스위칭부에 전원 차단 신호로 출력하여 과전류가 흐르는 USB 허브 장치 또는 주변 기기로 공급되는 전원을 차단시키게 하는 것으로 전원 출력 포트의 증감에 관계없이 USB 허브 콘트롤러의 하나의 입력단자 및 하나의 출력단자만을 사용하여 전원 출력 포트의 증감에 따른 회로의 설계가 매우 용이하다.

Description

유에스비 허브 장치의 과전류 보호회로
본 발명은 컴퓨터 시스템에 연결되는 주변 기기의 수를 확장할 수 있는 유에스비(Universal Serial Bus : 이하, 'USB'라고 약칭함)에 있어서, USB 허브 장치에 종속으로 연결된 USB 허브 장치 및/또는 주변 기기로 과전류가 흐르지 않도록 보호하는 USB 허브 장치의 과전류 보호회로에 관한 것이다.
컴퓨터 시스템에 관련된 기술이 개발되고, 점차 그 수행하는 기능이 증가됨에 따라 컴퓨터 시스템에 연결되는 주변 기기의 수가 계속 증가되고 있는 실정이다.
상기 컴퓨터 시스템에 연결되는 주변 기기로서는 예를 들면, 키보드, 모니터, 디지털 스틸 카메라, 모뎀, 음성 카드, 스캐너, 마우스 및 게임기 등을 비롯하여 여러 가지가 계속 개발 및 사용되고 있다.
이와 같이 컴퓨터 시스템에 연결되는 주변 기기의 수가 증가함에 따라 컴퓨터 시스템의 슬롯에 꽂을 수 있는 한계를 초과하고 있다.
그러므로 컴퓨터 시스템에 연결되는 주변 기기의 수를 확장할 수 있도록 하는 USB가 개발되고 있다.
상기 USB는 도 1에 도시된 바와 같이 컴퓨터 시스템(10) 내에 호스트 콘트롤러(11)를 구비하고, 상기 호스트 콘트롤러(11)에 USB 허브 장치(20)가 연결된다.
상기 USB 허브 장치(20)에는 복수의 USB 허브 장치(30)가 연속적으로 종속되어 연결될 수 있고, 또한 이들 USB 허브 장치(20)(30)에는 복수의 주변 기기(40)가 연결된다.
그리고 상기 USB 허브 장치(20)는 컴퓨터 시스템(10)의 화면 출력 장치로 사용되는 모니터 등의 영상 표시 장치 또는 프린터 등을 비롯한 주변 기기 내에 일체로 구성될 수도 있고, 또는 별도로 구성되어 사용할 수도 있다.
이러한 USB는 컴퓨터 시스템(10)에 구비된 호스트 콘트롤러(11)가 주변 기기(40)의 연결에 관련된 소정의 정보를 처리함과 아울러 주변 기기(40)와 컴퓨터 시스템(10)에 내장되어 있는 중앙 처리 장치의 통신을 수행한다.
그리고 주변 기기(40)의 추가 연결에 대하여 호스트 콘트롤러(11)는 주변 기기(40)의 유형에 따라 제한하고, 통신 어드레스를 배정하며, 주변 기기(40)의 연결에 에러가 발생할 경우에 이를 중앙 처리 장치로 전달하여 사용자에게 알리도록 한다.
또한 주변 기기(40)가 정확하게 연결되었을 경우에는 적절한 자원(resource)을 배정하고, 주변 기기(40)와 중앙 처리 장치의 사이의 올바른 데이터 전송을 담당한다.
상기 USB 허브 장치(20) 및 종속 연결되는 복수의 USB 허브 장치(30)들은, 최대로 127개의 주변 장치(40)들을 연결할 수 있도록 하고, 업스트림(upstream)과의 통신 및 다운 스트림(downstream)으로의 데이터 처리를 조정한다.
즉, USB 허브 장치(20)(30)는 컴퓨터 시스템(10)에 내장되어 있는 중앙 처리 장치로부터 호스트 콘트롤러(11)를 비롯한 상위 계층을 순차적으로 통해 데이터가 입력될 경우에 입력된 데이터를 하위 계층을 순차적으로 통해 필요로 하는 주변 기기(40)에 다운 스트림으로 전송한다.
그리고 주변 기기(40)로부터 하위 계층을 순차적으로 통해 데이터가 입력될 경우에는 이를 상위 계층을 순차적으로 통하고, 호스트 콘트롤러(11)를 컴퓨터 시스템(10)에 내장되어 있는 중앙 처리 장치로 전송한다.
상기한 USB는 주변 기기(40)들을 USB 허브 장치(20)(30)들로부터 최대로 5m까지 떨어져 위치시킬 수 있고, 최대로 127개의 주변 기기(40)를 연결할 수 있는 것으로서 많은 업체들이 USB의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
또한 USB는 다운 스트림으로 5V의 동작 전원을 주변 기기(40)에 공급함으로써 주변 기기(40)에서 많은 전력이 소모되는 것을 방지하고 있다.
이와 같이 USB는 다운 스트림으로 동작 전원을 공급함에 따라 USB 허브 장치(20)(30)에는 종속 연결되는 하위 계층의 USB 허브 장치(20)(30) 및 주변 기기(40)로 과전류가 공급되지 않도록 보호하는 과전류 보호회로를 구비하고 있다.
도 2는 종래의 USB 허브 장치에 구비된 과전류 보호회로도이다.
이에 도시된 바와 같이, USB 허브 장치(20)(30)의 동작을 제어하는 USB 허브 콘트롤러(100)와, 동작 전원을 출력하는 레귤레이터(110)와, 상기 USB 허브 콘트롤러(100)의 제어에 따라 상기 레귤레이터(110)의 출력 전원을 스위칭하는 전원 스위칭부(120,121, ,12N)와, 상기 전원 스위칭부(120,121, ,12N)의 출력 전원을 종속 연결되는 USB 허브 장치 또는 주변 기기로 출력하는 전원 출력 포트(130,131, ,13N)와, 상기 전원 스위칭부(120,121, ,12N) 및 전원 출력 포트(130,131, ,13N)의 각각의 사이에 연결되어 상기 전원 출력 포트(130,131, ,13N)에 종속 연결되는 USB 허브 장치(30) 또는 주변 기기(40)로 과전류가 공급되는 지를 판단하고 과전류의 공급이 판단될 경우에 이를 상기 USB 허브 콘트롤러(100)에 알리는 과전류 검출 수단(140,141, ,14N)으로 구성하였다.
상기에서 레귤레이터(110)는 컴퓨터 시스템(10)의 호스트 콘트롤러(11)에 종속으로 연결되는 USB 허브 장치(20)일 경우에 별도의 전원 공급 수단에서 공급되는 동작 전원을 출력하고, USB 허브 장치(20)에 종속으로 연결되는 USB 허브 장치(30)일 경우에는 상위 계층의 USB 허브 장치(20)(30)로부터 공급되는 전원을 동작 전원으로 출력한다.
이와 같이 구성된 종래의 과전류 보호회로는 전원 출력 포트(130,131, , 13N)에 종속 연결되는 USB 허브 장치(30) 또는 주변 기기(40)로 동작 전원을 공급할 경우에 USB 허브 콘트롤러(100)는 전원 스위칭부(120,121, ,12N)로 전원 공급 제어신호를 출력하게 된다.
그러면, 전원 스위칭부(120,121, ,12N)는 온 상태로 되어 레귤레이터(110)의 출력 전원을 통과시키게 된다.
상기 전원 스위칭부(120,121, ,12N)가 출력하는 전원은 과전류 검출 수단(140,141, ,14N)을 통하고, 전원 출력 포트(130,131, ,13N)를 각기 통해 종속 연결되는 USB 허브 장치(30) 또는 주변 기기(40)로 공급된다.
이와 같은 상태에서 상기 전원 출력 포트(130)에 종속 연결되는 USB 허브 장치(30) 또는 주변 기기(40)로 과전류가 흐를 경우에 과전류 검출 수단(140)이 과전류의 흐름을 검출하여 과전류 검출 신호를 출력하고, 출력한 과전류 검출신호는 USB 허브 콘트롤러(100)로 입력된다.
그러면, USB 허브 콘트롤러(100)는 상기 과전류 검출 수단(140)으로부터 입력되는 과전류 검출 신호로 전원 출력 포트(130)에 종속 연결되는 USB 허브 장치(30) 또는 주변 기기(40)로 과전류가 흐르는 것을 판단하고, 해당되는 전원 스위칭부(120)로 전원 차단 신호를 출력하여 전원을 차단하게 한다.
그리고 전원 출력 포트(131, ,13N)에 각기 종속 연결된 USB 허브 장치(30) 또는 주변 기기(40)로 과전류가 흐를 경우에도 과전류 검출 수단(141, ,14N)이 과전류의 흐름을 검출하여 과전류 검출 신호를 출력하고, USB 허브 콘트롤러(100)는 입력되는 과전류 검출 신호로 전원 출력 포트(131, ,13N)에 종속 연결된 USB 허브 장치(30) 또는 주변 기기(40)로 과전류가 흐르는 것을 판단하고, 해당되는 전원 스위칭부(121, ,12N)로 전원 차단 신호를 출력하여 전원을 차단하게 한다.
그러나 상기한 종래의 기술은 각각의 전원 출력 포트(130,131, ,13N)에 대하여 USB 허브 콘트롤러(100)의 2개의 단자를 사용해야 된다.
예를 들면, 전원 출력 포트(130,131, ,13N)의 수가 7개일 경우에 USB 허브 콘트롤러(100)는 7개의 전원 스위칭부(120,121, ,12N)를 제어하기 위한 7개의 출력단자와, 과전류 검출 신호를 입력하기 위한 7개의 입력단자를 필요로 한다.
그러므로 전원 출력 포트(130,131, ,13N)의 수가 증감됨에 따라 소요되는 USB 허브 콘트롤러(100)의 단자 수를 증감시켜야 되고, 이로 인하여 회로의 설계가 어려운 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 USB 허브 콘트롤러의 하나의 입력단자 및 하나의 출력단자만을 사용하여 복수의 전원 출력 포트에 종속 연결되는 복수의 USB 허브 장치 또는 주변 기기로 과전류가 흐르는 것을 방지하는 USB 허브 장치의 과전류 보호회로를 제공하는 데 있다.
도 1은 일반적인 USB의 연결 구성을 보인 도면,
도 2는 종래의 USB 허브 장치에 구비된 과전류 보호회로도,
도 3은 본 발명의 USB 허브 장치에 구비된 과전류 보호회로도이고,
도 4는 도 3의 신호 전송/전원 차단 제어부의 구성을 보인 상세 회로도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : USB 허브 콘트롤러 110 : 레귤레이터
120,121, ,12N : 전원 스위칭부 130,131, ,13N : 전원 출력 포트
140,141, ,14N : 과전류 검출 수단
150,151, ,15N : 신호 전송/전원 차단 제어부
200 : 버퍼210 : 앤드 게이트
220 : 래치
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 USB 허브 장치의 과전류 보호회로는 복수의 과전류 검출 수단이 출력하는 복수의 과전류 검출신호를 논리 합하고, USB 허브 콘트롤러의 하나의 입력단자로 입력시켜 과전류의 흐름을 알린다.
그리고 USB 허브 콘트롤러는 과전류 검출신호의 입력에 따라 전원 차단 제어신호를 출력하고, 출력한 전원 차단 제어 신호를 복수의 과전류 검출 수단이 출력하는 복수의 과전류 검출신호와 각기 논리 곱하고, 이를 래치에 저장한 후 전원 스위칭부에 전원 차단 신호로 출력하여 전원을 차단시키게 한다.
그러므로 본 발명에 따르면, 전원 출력 포트의 증감에 관계없이 USB 허브 콘트롤러의 하나의 입력단자 및 하나의 출력단자만을 사용하여 전원 출력 포트의 증감에 따른 회로의 설계가 매우 용이하다.
이하, 첨부된 도 3 및 도 4의 도면을 참조하여 본 발명의 USB 허브 장치의 과전류 보호회로를 상세히 설명하겠으며, 여기서 종래와 동일한 부위에는 동일 부호를 부여하였다.
도 3은 본 발명의 USB 허브 장치에 구비된 과전류 보호회로도이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명은 과전류 검출 수단(140,141, ,14N)이 과전류의 흐름을 검출할 경우에 USB 허브 콘트롤러(100)의 하나의 입력단자(IN)로 입력시키고 USB 허브 콘트롤러(100)가 하나의 출력단자(OUT)로 전원 차단 신호를 출력함에 따라 과전류를 검출한 해당 전원 스위칭부(120,121, ,12N)가 전원을 차단하게 하는 신호 전송/전원 차단 제어부(150,151, ,15N)를 구비한다.
상기 신호 전송/전원 차단 제어부(150,151, ,15N)는, 도 4에 도시된 바와 같이 과전류 검출 수단(140,141, ,14N)이 과전류의 흐름을 검출하여 출력하는 과전류 검출 신호를 상기 USB 허브 콘트롤러(100)의 과전류 검출신호 입력단자(IN)로 입력시키는 신호 전송 수단인 버퍼(200)를 구비한다.
그리고 신호 전송/전원 차단 제어부(150,151, ,15N)는, 상기 과전류 검출 수단(140,141, ,14N)이 출력하는 과전류 검출 신호를 상기 USB 허브 콘트롤러(100)가 출력하는 과전류 검출신호와 각기 논리 곱하는 앤드 게이트(210)와, 상기 앤드 게이트(210)의 출력신호를 저장하고 상기 전원 스위칭부(120,121, ,12N)에 전원 차단 신호로 출력하는 래치(220)로 전원 차단 제어 수단을 구성한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 과전류 보호회로는 전원 출력 포트(130,131, ,13N)에 종속 연결되는 USB 허브 장치(30) 또는 주변 기기(40)로 동작 전원을 공급할 경우에 USB 허브 콘트롤러(100)는 출력단자(OUT)로 저전위의 전원 공급 제어신호를 출력하게 된다.
상기 USB 허브 콘트롤러(100)가 출력하는 저전위의 전원 공급 제어신호는 신호 전송/전원 차단 제어부(150,151, ,15N)의 전원 차단 제어 수단의 앤드 게이트(210)의 일측 단자에 인가된다.
그러면, 과전류 검출 수단(140,141, ,14N)의 출력신호에 관계없이 앤드 게이트(210)는 저전위를 출력하게 된다.
상기 앤드 게이트(210)가 출력하는 저전위는 래치(220)에 저장되고, 전원 스위칭부(120,121, ,12N)에 인가되므로 전원 스위칭부(120,121, ,12N)는 온 상태로 동작하여 레귤레이터(110)의 출력 전원을 통과시키게 된다.
상기 전원 스위칭부(120,121, ,12N)의 출력 전원은 과전류 검출 수단(140, 141, ,14N) 및 전원 출력 포트(130,131, ,13N)를 순차적으로 통해, 종속 연결되는 USB 허브 장치(30) 또는 주변 기기(40)에 동작 전원으로 공급된다.
이와 같은 상태에서 전원 출력 포트(130,131, ,13N)에 연결된 USB 허브 장치(30) 또는 주변 기기(40)로 과전류가 흐르게 되면, 과전류 검출 수단(140,141, ,14N)이 과전류를 검출하여 고전위를 출력하게 된다.
상기 과전류 검출 수단(140,141, ,14N)이 출력하는 고전위는 버퍼(200)를 통해 USB 허브 콘트롤러(100)의 입력단자(IN)로 입력된다.
그러면, 상기 USB 허브 콘트롤러(100)는 전원 출력 포트(130) 또는 전원 출력 포트(131, ,13N)에 종속 연결된 USB 허브 장치(30) 또는 주변 기기(40)로 과전류가 흐르는 것을 판단하고, 출력단자(OUT)로 고전위를 출력하게 된다.
상기 USB 허브 콘트롤러(100)가 출력하는 고전위는 상기 과전류 검출 수단(140,141, ,14N)이 출력하는 고전위와 함께 앤드 게이트(210)에 인가된다.
그러므로 앤드 게이트(210)는 고전위를 출력하고, 앤드 게이트(210)가 출력한 고전위는 래치(220)에 저장된 후 과전류를 검출한 해당 전원 스위칭부(120) 또는 전원 스위칭부(121, ,12N)에 인가된다.
따라서 전원 스위칭부(120) 또는 전원 스위칭부(121, ,12N)는 전원을 차단하여 USB 허브 장치(30) 또는 주변 기기(40)로 과전류가 흐르는 것을 방지한다.
이상에서와 같이 본 발명은 전원 출력 포트의 증감에 관계없이 USB 허브 콘트롤러의 하나의 입력단자 및 하나의 출력단자만을 사용하여 종속 연결되는 복수의 USB 허브 장치 또는 주변 기기로 과전류가 흐르는 것을 방지하는 것으로서 전원 출력 포트를 증감시킬 경우에 회로의 설계가 매우 용이하게 된다.

Claims (4)

  1. USB 허브 장치의 동작을 제어하는 USB 허브 콘트롤러;
    상기 USB 허브 콘트롤러의 제어에 따라 동작 전원을 스위칭하는 복수의 전원 스위칭부;
    상기 복수의 전원 스위칭부의 출력 전원을 종속 연결되는 USB 허브 장치 또는 주변 기기로 출력하는 복수의 전원 출력 포트;
    상기 전원 스위칭부 및 전원 출력 포트의 사이에 각기 연결되어 상기 복수의 전원 출력 포트에 종속 연결되는 USB 허브 장치 또는 주변 기기로 과전류가 공급될 경우에 과전류 검출신호를 출력하는 복수의 과전류 검출 수단; 및
    상기 복수의 과전류 검출 수단이 출력하는 복수의 과전류 검출 신호를 상기 USB 허브 콘트롤러의 하나의 입력단자로 입력시키고 상기 USB 허브 콘트롤러가 하나의 출력단자로 전원 차단 신호를 출력함에 따라 과전류를 검출한 해당 전원 스위칭부가 전원을 차단하게 하는 복수의 신호 전송/전원 차단 제어부로 구성됨을 특징으로 하는 USB 허브의 과전류 보호회로.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 신호 전송/전원 차단 제어부는;
    과전류 검출 수단이 출력하는 과전류 검출 신호를 논리 합하여 상기 USB 허브 콘트롤러로 입력시키는 신호 전송 수단; 및
    상기 복수의 과전류 검출 수단이 출력하는 과전류 검출 신호 및 상기 USB 허브 콘트롤러가 출력하는 과전류 검출신호에 따라 전원 차단 신호를 발생하여 해당 전원 스위칭부가 전원을 차단하게 하는 전원 차단 제어 수단으로 구성됨을 특징으로 하는 USB 허브의 과전류 보호회로.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 신호 전송 수단은;
    상기 과전류 검출 신호를 논리 합하는 상기 USB 허브 콘트롤러에 입력시키는 복수의 버퍼로 구성됨을 특징으로 하는 USB 허브의 과전류 보호회로.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 전원 차단 제어 수단은;
    상기 복수의 과전류 검출 수단이 출력하는 과전류 검출 신호 및 상기 USB 허브 콘트롤러가 출력하는 과전류 검출신호를 각기 논리 곱하는 복수의 앤드 게이트; 및
    상기 복수의 앤드 게이트의 출력신호를 저장하고 상기 복수의 전원 스위칭부에 전원 차단 신호로 각기 출력하는 래치로 구성됨을 특징으로 하는 USB 허브의 과전류 보호회로.
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