TW201044181A - Universal serial bus device and universal serial bus system - Google Patents

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Description

201044181 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種通用序列匯流排(universal seriai bus ’ USB)技術’特別有關於usb 3.0技術。 【先前技術】 第1圖為一種通用序列匯流排(USB)系統，包括一主機 102、一 USB裝置104、以及連接兩者的一 USB纜線106。 本說明書特別以USB 3.0技術為例。 在正常操作下，主機102與USB裝置104皆處於一正 常操作狀態U0 ’以正常收發數據包。使用者可自由除能該 主機102之USB傳輪。例如’利用主機1〇2之作業系統所 提供的一種操作—，，安全移除USB裝置，，一即可將主機102 的USB傳輸除能。 然而’在傳統技術中，主機1〇2除能USB傳輸時並不 知會USB裝置1〇4,導致USB裝置104持續維持在正常操 作狀態U0，消耗大量電力。 【發明内容】 本發明揭露一種通用序列匯流排裝置與系統。 USB系統包括一主機、一 USB裝置、以及連結該主機 與該USB裝置的一 USB纜線。 USB 裝置包括一電子物理層（eiectriC£Q physical layer， EPHY)模組、—邏輯物理層（i〇gicai phySicai iayer，LPHY) 板組、一連結層（link layer)模組以及 一協定層（protocol layer) 模組。本發明特別對其中邏輯物理層模組以及連結層模組 作特別設計。 · vIT〇9-〇〇i8I〇0.TW/〇6〇8.A42〇85TW/Final 4 201044181 實方式為例。上述電子物理層模組負責 判讀該USB欖線中一筮後^^ r第一傳輸線與一第二傳輸線之電壓， 0、嗔資料。邏輯物理層模 時脈與資料以產生一接千浐祙.^ ^ 徒不彳5唬，此外，邏輯物理層模組在 債测不到該吨時脈時設定賴轉料—狀值。上述 ^層模組具有—狀態機。該連結層模組將判斷該提示信 =否等於該特定值，並於該提示信I特在該特定值一 ❹ 特定時間長度後令該狀態機離開-正常操作狀態。 上述第與第一傳輪線可為USB繞線内的一 τχ+、τχ_ 傳輸線。 、 祕本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下。 【實施方式】 第2圖為本案通用序列匯流排(universal serial bus， USB)系統的一種實施方式，所採用的傳輸技術為USB 〇 3.0。此USB系統包括一主機202、一 USB裝置204以及 溝通該主機202與該USB裝置204的一 USB纔線。USB 纜線由多條傳輸線組合而成。為了說明方便，第2圖中僅 標示出該條USB纜線中的TX+與TX-傳輸線。 USB裝置204包括：一電子物理層（electrical physical layer ’ EPHY)模組 206、一邏輯物理層（logical .physical layer，LPHY)模組 208、一 連結層（link layer)模組 210 以及 一協定層（protocol layer)模組212。連結層模組210包括一 狀態機（state machine)214 ;例如，USB 3.0傳輸協定之 VIT09-0018!00-TW/0608-A42085-TW/Final 5 201044181 LTSSM(lmk training and status state machine)，用以定義連 接狀態（link connectivity)與電源狀態⑴沾power management)。本案針對Τχ+、Tx_傳輸線的特性設計該邏 輯物理層模組208與該連結層模組21〇，使狀態機214得 以更靈活的切換，達到省電效果。 弟3圖示思上述TX+、TX-傳輸線的操作電壓，其中包 括一差動彳&號工作南電壓vtxh、一差動信號工作低電壓vtxl 以及一共模電壓VCM。差動訊號工作高電壓v⑽、差動訊 號工作低電壓Vtxl以及共模電壓vCM在USB3 〇技術的規 格書中皆有詳細定義其電壓範圍。在正常操作狀態（uo) 時，TX+、τχ-傳輸線之電壓（以5Gb/s的速率）在差動信號 工作高電壓vtxh、差動信號工作低電壓Vtxi間變換(t〇ggie)。 再參閱第2圖，電子物理層模組2〇6前端有一接收電 路(Rx)(未顯示）用以接收TX+與TX_傳輸線之電壓，再傳送 給電子物理層模組206。電子物理層模組2〇6判讀丁又+與 τχ-傳輸線之電壓’其中電子物理層模組2〇6包含一時脈^ 料回復電路(Clock Data Recovery，CDR)(未顯示），用以二 TX+與TX_傳輸線之電壓回復為—回復時脈與資料供後級 電路使用。舉例說明之，輕接於電子物理層模組2〇6的、、羅 輯物理層模組可根據該回復時脈的上升緣擷取上述^ 料。 、 邏輯物理層模組208包含多個邏輯電路，用以根據τχ+ 與ΤΧ-傳輸、線之電壓的判讀結果（上述回復時脈* 生-提示信號216。然而’主機2()2之職傳輪為連 能狀態（SS.Disabled)時’ TX+與TX_傳輸線之電壓無^雷 VIT09-001 BI0〇-TW/0608-A42085-TW/Final 6 '、、、被·電 201044181 子物理層魅206的時脈資料回復電路回復為回復時脈與 資料供後級電路使用’導致邏輯物理層模組無法摘測 到上述回復時脈、亦無法根據該回復時脈之上升緣榻取上 述資料。關於此狀況，邏輯物理層模組2〇8會設定提示信 號216為一特定值(Specific pattern)以標示之。 連結層模組210耦接於邏輯物理層模組2〇8。連結層模 組210將提示信號216與該特定值比較，並且於提示信號 216維持在該特定值-特定時間長度後，令狀態機214離 〇 開一正常操作狀態。 相較於傳統技術，本案USB裝置204會隨著主機2〇2 動作在主機之USB傳輸除能後也相應地離開正常操作狀 態，不會困在正常操作狀態中。此設計有助於減少能量消 耗。 參閱第2圖所示之實施方式，其中連結層模組21〇更 包括一比較器218以及一計數器220。比較器218將提示 信號216與上述特定值比較。計數器220耦接該比較器 Ό 218，用以估算該提示信號216維持在該特定值的時間長 度。右计數器220顯示該提示信號216維持在該特定值達 到上述特定時間長度’則狀態機214離開正常操作狀態。 在一實施例中’上述特定時間長度可為1〇24T(1T為 8ns)或其他合適的數值。此外，提示信號216可有多種設 計。 舉例說明之，提示信號216可分為兩部分，分別為一 第一匯流排信號（可命名為PHYLS一RXD)以及一第二匯流 排信號(可命名為PHYLS—RXDISK)，其中，第一匯流排信 VIT09-0018IOO-TW/0608-A42085-TW/Final 7 201044181 號PHYLS_RXD包括32位元’第二匯流排信號 PHYLS_RXDISK包括4位元。邏輯物理層模組208於無^ 偵測到回復時脈時，令第一匯流排PHYLS—RXD傳送—第 一值、且令第二匯流排PHYLS一RXDISK傳送一第二值。 上述第一、第二值組合成前述之特定值。本發明—種實施 方式令該第一值為32位元的〇,且令該第二值為4位元的 1111b。 在某些實施方式中，連結層模組210於提示信號216 維持在上述特定值上述特定時間長度後，不僅令狀態機2i4 離開正常操作狀態，更令狀態機214進入一連結重建狀熊 (Recovery.Active)。在連結重建狀態下’ USB裝置2〇4發出 一調訓序列(training sequence卜TS1)待主機202回應。在 第4圖會更加詳細地說明其中細節。 本案設計有利於節省耗電量。第4圖以狀態圖舉例說 明之，其中包括主機202的一種狀態切換與USB襞置2叫 的一種狀態切換。主機202原本處於一正常操作狀態 402，接著，使用者將主機2〇2之USB傳輸除能，使主^ 202切換至一連結除能狀態4〇4，令τχ+與τχ-傳輸線之電 壓不存在回復時脈、與資料信息。由於電子物理層模組咖 的時脈資料回復電路無法將所接收的TX+與τχ-傳輪線之 電壓轉換為回復時脈與資料，邏輯物理層模組2〇8將偵剛 不到回復時脈，故邏輯物理層模纽2〇8設定提示信號 為-特定值。連結層模組21〇在_到提示信號216維持 在士述特定值上述特料間長度後，切換原本為正常操作 狀/L、406的狀癌、機214至連結重建狀態4〇8，使USB裝 VITO9-O〇l8IOO-TW/〇6〇8-A42085-TW/Fmal 8 ^ 201044181 204發出調訓序列TS1待主機202回應。由於主機202處 於連結除能狀態404，故不回應調訓序列（TS1)。USB裝置 204轉而切換至一連結失效狀態（SS.Inactive) 410,以確認 主機202是否存在。由於主機202處於連結除能狀態4〇4， 故USB裝置204偵測不到主機202，進而切換USB裝置 204之狀態至逹結除能狀態412。利用本案所提供的機制， 主機202的USB傳輸除能後，USB裝置204將迅速地進入 連結除能狀態412，可避免無謂的電力消耗。 〇 第5圖以另一狀態圖舉例說明主機202的一種狀態切 換與USB裝置204的一種狀態切換。與第4圖相較，主機 202後來又重新啟動其USB傳輸功能，自連結除能狀態4〇4 切換至一偵測連結狀態（RxDetect.Active) 502。在f貞測連!士 狀態502下’主機202將偵測USB裝置204是否存在。由 於USB裝置204已被切換至連結除能狀態412,故主機2〇2 自偵測連結狀態502切換至一連結偵測除能狀態 (RxDetect.Quiet) 504 ’避免浪費能量在USB裝置偵測上。 ® 以上說明書敘述僅列舉本發明的某些實施方式，並非 用來限定本發明範圍。本技術領域者根據本發明與現有技 術所衍伸出來的任何變形與改良皆涉及本發明技術範圍。 申請專利範圍並非僅限定於說明書實施例内容，更包括本 技術領域者依照其敘述所能想像到的任何變形。 【圖式簡單說明】 第1圖圖解一種通用序列匯流排(USB)系統； 第2圖為本案USB系統的一種實施方式； 第3圖示意USB纜線中Τχ+、ΤΧ-傳輸線的操作電壓； VIT09-0018I00-TW/0608-A42085-TW/Final 〇 201044181 第4圖以狀態圖舉例說明主機202的一種狀態切換與 USB裝置204的一種狀態切換；以及 第5圖以另一狀態圖舉例說明主機202的一種狀態切 換與USB裝置204的一種狀態切換。 【主要元件符號說明】 102、202~主機； 104、204〜USB 裝置； 106〜USB纜線； 206〜電子物理層模組；208〜邏輯物理層模組； 210〜連結層模組； 212〜協定層模組； 214〜狀態機； 216〜提示信號； 218〜比較器； 220〜計數器； 402、406~正常操作狀態(U0); 404、412〜連結除能狀態（SS.Disabled); 408〜連結重建狀態(Recovery.Active); 410〜連結失效狀態（SS.Inactive); 502〜損測連結狀態(RxDetect.Active); 504〜連結彳貞測除能狀態(1〇^^(6(；1;.(31^1); TX+、TX-〜USB纜線中的兩條傳輸線；以及 VtXh、Vcm、Vtxl〜TX+、TX-傳輸線之操作電壓。 VIT09-0018IOO-TW/0608-A42085-TW/Final 10

Claims (1)

  1. 201044181 七、申請專利範圍： 1. 一種通用序列匯流排裝置，包括： 一電子物理層模組，判讀一第一傳輸線與一第二傳輸 線之電壓以產生回復時脈與資料； 一邏輯物理層模組，偵測上述回復時脈與資料以產生 一提示信號，且在無法偵測到該回復時脈時設定該提示信 號為一特定值；以及 一連結層模組，具有一狀態機， 〇 其中，上述連結層模組將該提示信號與該特定值比 較，於該提示信號維持在該特定值一特定時間長度後，令 該狀態機離開一正常操作狀態。 2如申請專利範圍第1項所述之通用序列匯流排裝 置，其中上述第一、第二傳輸線分別為一通用序列傳輸纜 線中的TX+、TX-傳輸線。 3. 如申請專利範圍第1項所述之通用序列匯流排裝 置，其中該連結層模組於該提示信號維持在該特定值該特 ❹ 定時間長度後，更令該狀態機進入一連結重建狀態，使該 通用序列匯流排裝置發出一調訓序列待一主機回應。 4. 如申請專利範圍第3項所述之通用序列匯流排裝 置，其中該連結層模組於該主機不回應該調訓序列時，切 換該狀態機至一連結失效狀態，以偵測該主機是否存在。 5_如申請專利範圍第4項所述之通用序列匯流排裝 置，其中該連結層模組於上述偵測主機動作失敗時，切換 該狀態機至一連結除能狀態。 6.如申請專利範圍第1項所述之通用序列匯流排裝 VIT09-0018IOO-TW/06O8-A42O85-TW/Final 11 201044181 置其中該連結層模組更包括： 比較器’將該提示信號與該特定值比較；以及 數斋’輪誠較11，肋估算該㈣信號維持 k特疋值的時間長度，供控制該狀態機使用。 、 7.如申π專利範圍第〗項所述之通用序列匯流 :’其中該提示信號包括一第一匯流排信號以及一第二匯 流排信號，該第-匯流排信號包括3 2位元，該第二匯流 信號包括4位元。 徘 8. 如申α專利範圍第7項所述之通用序列匯流排裝 置，其中上述特定值包括對應該第一匯流排信號的一第— 值以及對應該第二匯流排信號的—第二值，該第—值為^ 位元的〇、且該第二值為4位元的nilb。 9. 一種通用序列匯流排系統，包括·· 一主機； 一通用序列匯流排繞線；以及 通用序列匯流排裝置，藉由該制序龍流排覺線 與該主機連接’該通科舰流财置包括： -電子物理層餘’用以㈣該朝序列匯流排 纜線-第-傳輸線與—第二傳輸線之電壓以產生回 復時脈與資料； 邏輯物理層模組，偵測上述回復時脈與資料以 產生一提示信號，且在無法偵測到該回復時脈時設定 該提示信號為一特定值；以及 . —連結層模組，具有一狀態機， 其中，上述連結層模組將該提示信號與該特定值 VIT09-0018I〇〇-TW/〇6〇8-A42085-TW/Final 201044181 比較，於該提示信號維持在該特定值一特定時間長度 後，令該狀態機離開一正常操作狀態。 10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中上述第 一、第二傳輸線分別為該通用序列傳輸纜線中的TX+、TX-傳輸線。 11. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該連結 層模組於該提示信號維持在該特定值該特定時間長度後， 更令該狀態機進入一連結重建狀態，使該通用序列匯流排 Ο 裝置發出一調訓序列待該主機回應。 12. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中該連結 層模組於該主機不回應該調訓序列時，切換該狀態機至一 連結失效狀態，以偵測該主機是否存在。 13. 如申請專利範圍第12項所述之系統，其中該連結 層模組於上述彳貞測主機動作失敗時，切換該狀態機至一連 結除能狀態。 14. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該連結 ® 層模組更包括： 一比較器，將該提示信號與該特定值比較；以及 一計數器，耦接該比較器，用以估算該提示信號維持 在該特定值的時間長度，供控制該狀態機使用。 15. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該提示 信號包括一第一匯流排信號以及一第二匯流排信號，該第 一匯流排信號包括32位元，該第二匯流排信號包括4位元。 16. 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中上述特 定值包括對應該第一匯流排信號的一第一值、以及對應該 VIT09-0018I00-TW/0608-A42085-TW/Final 13 201044181 第二匯流排信號的一第二值，該第一值為32位元的0、且 該第二值為4位元的1111b。 VIT09-0018I00-TW/0608-A42085-TW/Final 14
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