TW201702897A - 內建信號中繼電路的usb控制電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種USB集線器裝置中的USB控制電路，包含：上行媒體存取控制層電路；下行媒體存取控制層電路；第一USB物理層電路；第二USB物理層電路；第一切換電路，透過第一USB物理層電路與上行連接埠進行資料通信；第二切換電路，透過第二USB物理層電路與下行連接埠進行資料通信；控制信號傳輸介面；信號中繼電路；以及控制單元，透過控制信號傳輸介面控制第一切換電路與第二切換電路，使得第一切換電路選擇性地將上行媒體存取控制層電路或信號中繼電路耦接於第一USB物理層電路，且第二切換電路選擇性地將下行媒體存取控制層電路或信號中繼電路耦接於第二USB物理層電路。控制單元可彈性切換連接於OTG裝置的USB集線器所扮演的角色，以避免侷限OTG裝置的用途。

Description

內建信號中繼電路的USB控制電路
本發明有關USB控制電路，尤指一種內建信號中繼電路的USB控制電路。
USB集線器裝置是很常見的資料傳輸設備，其主要功能在於轉換及分發USB主控裝置(USB host device) 與USB周邊裝置(USBperipheral device)之間的資料。USB集線器裝置包含用來連接USB主控裝置的上行連接埠(upstream port)，以及用來連接USB周邊裝置的下行連接埠(downstream port)。
USB協定的補充規範中定義了OTG(On-the-Go)功能，允許支援OTG功能的USB周邊裝置(又稱為OTG裝置)能在不同的情況下選擇性地扮演USB主控裝置的角色或USB周邊裝置的角色。因此，OTG裝置被分類為雙重角色的裝置(dual role device)。
然而，傳統USB集線器裝置的上行連接埠與下行連接埠兩者的連接對象是不能對調的，否則會導致USB主控裝置與USB周邊裝置之間無法進行正常資料傳輸的問題。例如，當OTG裝置連接於傳統USB集線器裝置的上行連接埠時，只能作為USB主控裝置使用，而無法作為USB周邊裝置使用。另一方面，當OTG裝置連接於傳統USB集線器裝置的下行連接埠時，就只能作為USB周邊裝置使用，而無法作為USB主控裝置使用。
因此，當兩個OTG裝置分別連接於傳統USB集線器裝置的上行連接埠與下行連接埠時，這兩個OTG裝置扮演的角色就已被限定而且無法對調。
很明顯地，傳統USB集線器裝置的架構侷限了OTG裝置的用途，也無法依實際的需要來切換以適應OTG裝置所扮演的角色對調。
有鑑於此，如何使USB集線器裝置能彈性切換OTG裝置所扮演的角色，實為業界有待解決的問題。
本說明書提供一種用於一USB集線器裝置中的USB控制電路的實施例。該USB集線器裝置包含一上行連接埠以及一下行連接埠。該USB控制電路包含：一上行媒體存取控制層電路；一下行媒體存取控制層電路；一第一USB物理層電路；一第二USB物理層電路；一第一切換電路，用於透過該第一USB物理層電路與該上行連接埠進行資料通信；一第二切換電路，用於透過該第二USB物理層電路與該下行連接埠進行資料通信；一控制信號傳輸介面，耦接於該第一切換電路與該第二切換電路；一信號中繼電路，耦接於該第一切換電路與該第二切換電路之間；以及一控制單元，耦接於該控制信號傳輸介面，設置成透過該控制信號傳輸介面控制該第一切換電路與該第二切換電路，使得該第一切換電路選擇性地將該上行媒體存取控制層電路與該信號中繼電路的其中之一耦接於該第一USB物理層電路，且該第二切換電路選擇性地將該下行媒體存取控制層電路與該信號中繼電路的其中之一耦接於該第二USB物理層電路；其中，當該控制單元控制該第一切換電路將該信號中繼電路耦接於該第一USB物理層電路時，會同時控制該第二切換電路將該信號中繼電路耦接於該第二USB物理層電路。
上述實施例的優點之一，是USB控制電路允許連接於上行連接埠的OTG裝置被當作一USB周邊裝置使用。
上述實施例的另一優點，是USB控制電路允許連接於下行連接埠的OTG裝置被當作一USB主控裝置使用。
上述實施例的另一優點，是USB控制電路可彈性切換以適應連接於USB集線器裝置的OTG裝置所扮演的角色。
本發明的其他優點將藉由以下的說明和圖式進行更詳細的解說。
以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
圖1為本發明一實施例的USB集線器裝置100簡化後的功能方塊圖。USB集線器裝置100包含一上行連接埠102、一下行連接埠104、以及一USB控制電路(USB control circuit)110。在圖1的實施例中，USB控制電路110包含：一上行媒體存取控制層電路(upstream MAC-layer circuit)111、一下行媒體存取控制層電路(downstream MAC-layer circuit)112、一第一USB物理層電路(USB PHY-layer circuit)113、一第二USB物理層電路114、一第一切換電路(switch circuit)115、一第二切換電路116、一控制信號傳輸介面(control signal transmission interface)117、一信號中繼電路(signal repeater circuit)118、一控制單元(control unit)119、以及一指令接收介面(command receiving interface)120。
在USB控制電路110中，第一切換電路115用於透過第一USB物理層電路113與上行連接埠102進行資料通信，而第一USB物理層電路113則會對要在第一切換電路115與上行連接埠102之間傳送的資料進行適當的解碼/編碼處理。第二切換電路116用於透過第二USB物理層電路114與下行連接埠104進行資料通信，而第二USB物理層電路114則會對要在第二切換電路116與下行連接埠104之間傳送的資料進行適當的解碼/編碼處理。控制信號傳輸介面117耦接於第一切換電路115與第二切換電路116。信號中繼電路118耦接於第一切換電路115與第二切換電路116之間。控制單元119耦接於控制信號傳輸介面117，設置成透過控制信號傳輸介面117控制第一切換電路115與第二切換電路116，使得第一切換電路115選擇性地將上行媒體存取控制層電路111與信號中繼電路118的其中之一耦接於第一USB物理層電路113，且第二切換電路116選擇性地將下行媒體存取控制層電路112與信號中繼電路118的其中之一耦接於第二USB物理層電路114。指令接收介面120耦接於控制單元119，設置成自一外部電路(例如，設置於USB集線器裝置100上的一開關裝置或一按鈕)接收一預定指令。
如圖1所示，第一切換電路115與上行媒體存取控制層電路111之間設置有一第一信號通道121、第二切換電路116與下行媒體存取控制層電路112之間設置有一第二信號通道122、第一切換電路115與信號中繼電路118之間設置有一第三信號通道123、且第二切換電路116與信號中繼電路118之間設置有一第四信號通道124。信號中繼電路118設置成對經由第三信號通道123與第四信號通道124傳輸的信號進行中繼處理，使得第一切換電路115與第二切換電路116可透過第三信號通道123與第四信號通道124進行資料通信。實作上，第一切換電路115與第二切換電路116都可以用多工器(multiplexer)來實現。
控制單元119可控制第一切換電路115切換至第一信號通道121或第三信號通道123，也可控制第二切換電路116切換至第二信號通道122或第四信號通道124，以藉此改變USB集線器裝置100的操作模式。
藉由控制單元119的控制，可將USB集線器裝置100設置成操作在一普通模式(common mode)或是操作在一旁路模式(bypass mode)。
請參考圖2，其所繪示為USB集線器裝置100操作在普通模式時的架構示意圖。
控制單元119可透過控制信號傳輸介面117控制第一切換電路115切換至第一信號通道121，並同時透過控制信號傳輸介面117控制第二切換電路116切換至第二信號通道122，以藉此將USB集線器裝置100設置成操作在普通模式。此時，信號中繼電路118無需運作，且第三信號通道123與第四信號通道124是處於關閉狀態，所以用虛線來繪示。
換言之，控制單元119在普通模式中會控制第一切換電路115將上行媒體存取控制層電路111耦接於第一USB物理層電路113，並控制第二切換電路116將下行媒體存取控制層電路112耦接於第二USB物理層電路114。亦即，當控制單元119控制第一切換電路115將上行媒體存取控制層電路111耦接於第一USB物理層電路113時，會同時控制第二切換電路116將下行媒體存取控制層電路112耦接於第二USB物理層電路114。
在普通模式中，USB集線器裝置100會像傳統USB集線器裝置一樣，作為上行連接埠102所連接的裝置與下行連接埠104所連接的裝置兩者間的資料中介裝置。因此，USB集線器裝置100的上行連接埠102可用於連接一USB主控裝置或是扮演USB主控裝置角色的一第一OTG裝置，而下行連接埠104則可用於連接一USB周邊裝置或是扮演USB周邊裝置角色的一第二OTG裝置。
請參考圖3，其所繪示為USB集線器裝置100操作在旁路模式時的架構示意圖。
控制單元119可透過控制信號傳輸介面117控制第一切換電路115切換至第三信號通道123，並同時透過控制信號傳輸介面117控制第二切換電路116切換至第四信號通道124，以藉此將USB集線器裝置100設置成操作在旁路模式。此時，第一信號通道121與第二信號通道122都是處於關閉狀態，所以用虛線來繪示。在旁路模式中，信號中繼電路118會對在第三信號通道123與第四信號通道124上傳輸的信號進行中繼處理，使得第一切換電路115與第二切換電路116透過第三信號通道123與第四信號通道124進行資料通信。
換言之，控制單元119在旁路模式中會控制第一切換電路115將信號中繼電路118耦接於第一USB物理層電路113，並控制第二切換電路116將信號中繼電路118耦接於第二USB物理層電路114。亦即，當控制單元119控制第一切換電路115將信號中繼電路118耦接於第一USB物理層電路113時，會同時控制第二切換電路116將信號中繼電路118耦接於第二USB物理層電路114。
在旁路模式中，USB集線器裝置100中的上行媒體存取控制層電路111與下行媒體存取控制層電路112，被第一切換電路115、第二切換電路116、與信號中繼電路118所形成的旁路架構給旁通(bypassed)掉了。在此情況下，上行連接埠102與下行連接埠104兩者所連接的裝置的角色，將不再如傳統USB集線器裝置一樣受到限制。
例如，當上行連接埠102連接一第一OTG裝置、下行連接埠104連接一USB主控裝置或扮演一USB主控裝置角色的一第二OTG裝置、第一切換電路115將信號中繼電路118耦接於第一USB物理層電路113、且第二切換電路116將信號中繼電路118耦接於第二USB物理層電路114時，該第一OTG裝置得以操作成一USB周邊裝置、並透過第三信號通道123及第四信號通道124與該第二OTG裝置(或該USB主控裝置)進行資料通信。
又例如，當上行連接埠102連接一第一OTG裝置、下行連接埠104連接一USB周邊裝置或扮演一USB周邊裝置角色的一第二OTG裝置、第一切換電路115將信號中繼電路118耦接於第一USB物理層電路113、且第二切換電路116將信號中繼電路118耦接於第二USB物理層電路114時，該第一OTG裝置得以操作成一USB主控裝置、並透過第三信號通道123及第四信號通道124與該第二OTG裝置(或該USB周邊裝置)進行資料通信。
又例如，當上行連接埠102連接一USB主控裝置或扮演一USB主控裝置角色的一第一OTG裝置、下行連接埠104連接一第二OTG裝置、第一切換電路115將信號中繼電路118耦接於第一USB物理層電路113、且第二切換電路116將信號中繼電路118耦接於第二USB物理層電路114時，該第二OTG裝置得以操作成一USB周邊裝置、並透過第三信號通道123及第四信號通道124與該第一OTG裝置(或該USB主控裝置)進行資料通信。
又例如，當上行連接埠102連接一USB周邊裝置或扮演一USB周邊裝置角色的一第一OTG裝置、下行連接埠104連接一第二OTG裝置、第一切換電路115將信號中繼電路118耦接於第一USB物理層電路113、且第二切換電路116將信號中繼電路118耦接於第二USB物理層電路114時，該第二OTG裝置得以操作成一USB主控裝置、並透過第三信號通道123及第四信號通道124與該第一OTG裝置(或該USB周邊裝置)進行資料通信。
由前述說明可知，在旁路模式中，USB集線器裝置100的上行連接埠102可用於連接一USB周邊裝置或是扮演USB周邊裝置角色的一第一OTG裝置，同時下行連接埠104則可用於連接一USB主控裝置或是扮演USB主控裝置角色的一第二OTG裝置。或者，USB集線器裝置100的上行連接埠102可用於連接一USB主控裝置或是扮演USB主控裝置角色的一第一OTG裝置，同時下行連接埠104則可用於連接一USB周邊裝置或是扮演USB周邊裝置角色的一第二OTG裝置。從另一角度而言，在旁路模式中連接於上行連接埠102的OTG裝置，得以作為USB周邊裝置使用。同樣地，在旁路模式中連接於下行連接埠104的OTG裝置，得以作為USB主控裝置使用。
在旁路模式中，由於USB集線器裝置100中的上行媒體存取控制層電路111與下行媒體存取控制層電路112被旁通掉了，故可將上行媒體存取控制層電路111與下行媒體存取控制層電路112暫時關閉，以節省USB集線器裝置100所需的電力消耗量。另外，由於此時上行連接埠102與下行連接埠104是透過第三信號通道123與第四信號通道124進行信號傳輸，而無須經過上行媒體存取控制層電路111與下行媒體存取控制層電路112的中介處理，故可降低信號傳輸上的延遲時間，進而提升上行連接埠102與下行連接埠104之間的傳輸效率。
實作上，USB集線器裝置100的預設操作模式可以設置為普通模式，而控制單元119可在接收到一預定指令時，將USB集線器裝置100的操作模式切換為旁路模式。亦即，控制單元119可在接收到一預定指令時，控制第一切換電路115將信號中繼電路118耦接於第一USB物理層電路113時，並控制第二切換電路116將信號中繼電路118耦接於第二USB物理層電路114。
例如，在本實施例中，當用戶對前述的外部電路(例如，設置於USB集線器裝置100上的一開關裝置或一按鈕)進行操作時，指令接收介面120會自該外部電路接收一預定指令，並將該預定指令傳送至控制單元119，以指示控制單元119將USB集線器裝置100的操作模式切換為旁路模式。
實作上，用戶亦可透過一軟體應用程式向USB集線器裝置100輸入前述的預定指令，以使該預定指令由該軟體應用程式傳送給控制單元119。在此情況下，可將前述的指令接收介面120省略，以簡化USB集線器裝置100的電路架構。
另外，控制單元119亦可設置成在只有上行連接埠102與下行連接埠104兩者有連接設備、而USB集線器裝置100中的其他連接埠(圖中未繪示)都沒有連接設備時，將USB集線器裝置100的操作模式切換為旁路模式，以節省電力消耗並提升信號傳輸效率。
由前述說明可知，前述的USB控制電路110利用第一切換電路115、第二切換電路116、以及信號中繼電路118的組合，提供了傳統USB集線器裝置所欠缺的旁路架構，故可彈性切換連接於USB集線器裝置100的OTG裝置所扮演的角色。
從另一角度而言，USB控制電路110允許連接於上行連接埠102的OTG裝置被當作一USB周邊裝置使用，也允許連接於下行連接埠104的OTG裝置被當作一USB主控裝置使用。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。
在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列舉的其中之一或多個項目的任意組合。另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。
以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
100‧‧‧USB集線器裝置
102‧‧‧上行連接埠
104‧‧‧下行連接埠
110‧‧‧USB控制電路
111‧‧‧上行媒體存取控制層電路
112‧‧‧下行媒體存取控制層電路
113‧‧‧第一USB物理層電路
114‧‧‧第二USB物理層電路
115‧‧‧第一切換電路
116‧‧‧第二切換電路
117‧‧‧控制信號傳輸介面
118‧‧‧信號中繼電路
119‧‧‧控制單元
120‧‧‧指令接收介面
121‧‧‧第一信號通道
122‧‧‧第二信號通道
123‧‧‧第三信號通道
124‧‧‧第四信號通道
圖1為本發明一實施例的USB集線器裝置簡化後的功能方塊圖。
圖2為圖1的USB集線器裝置操作在一普通模式時的架構示意圖。
圖3為圖1的USB集線器裝置操作在一旁路模式時的架構示意圖。
100‧‧‧USB集線器裝置
102‧‧‧上行連接埠
104‧‧‧下行連接埠
110‧‧‧USB控制電路
111‧‧‧上行媒體存取控制層電路
112‧‧‧下行媒體存取控制層電路
113‧‧‧第一USB物理層電路
114‧‧‧第二USB物理層電路
115‧‧‧第一切換電路
116‧‧‧第二切換電路
117‧‧‧控制信號傳輸介面
118‧‧‧信號中繼電路
119‧‧‧控制單元
120‧‧‧指令接收介面
121‧‧‧第一信號通道
122‧‧‧第二信號通道
123‧‧‧第三信號通道
124‧‧‧第四信號通道

Claims (5)

  1. 一種用於一USB集線器裝置(100)中的USB控制電路(110)，該USB集線器裝置(100)包含一上行連接埠(102)以及一下行連接埠(104)，該USB控制電路(110)包含： 一上行媒體存取控制層電路(111)； 一下行媒體存取控制層電路(112)； 一第一USB物理層電路(113)； 一第二USB物理層電路(114)； 一第一切換電路(115)，用於透過該第一USB物理層電路(113)與該上行連接埠(102)進行資料通信； 一第二切換電路(116)，用於透過該第二USB物理層電路(114)與該下行連接埠(104)進行資料通信； 一控制信號傳輸介面(117)，耦接於該第一切換電路(115)與該第二切換電路(116)； 一信號中繼電路(118)，耦接於該第一切換電路(115)與該第二切換電路(116)之間；以及 一控制單元(119)，耦接於該控制信號傳輸介面(117)，設置成透過該控制信號傳輸介面(117)控制該第一切換電路(115)與該第二切換電路(116)，使得該第一切換電路(115)選擇性地將該上行媒體存取控制層電路(111)與該信號中繼電路(118)的其中之一耦接於該第一USB物理層電路(113)，且該第二切換電路(116)選擇性地將該下行媒體存取控制層電路(112)與該信號中繼電路(118)的其中之一耦接於該第二USB物理層電路(114)； 其中，當該控制單元(119)控制該第一切換電路(115)將該信號中繼電路(118)耦接於該第一USB物理層電路(113)時，會同時控制該第二切換電路(116)將該信號中繼電路(118)耦接於該第二USB物理層電路(114)。
  2. 如請求項1的USB控制電路(110)，其中，當該上行連接埠(102)連接一OTG裝置、該下行連接埠(104)連接一USB主控裝置、該第一切換電路(115)將該信號中繼電路(118)耦接於該第一USB物理層電路(113)、且該第二切換電路(116)將該信號中繼電路(118)耦接於該第二USB物理層電路(114)時，該OTG裝置得以操作成一USB周邊裝置以與該USB主控裝置進行資料通信。
  3. 如請求項1的USB控制電路(110)，其中，該控制單元(119)會在接收到一預定指令時，控制該第一切換電路(115)將該信號中繼電路(118)耦接於該第一USB物理層電路(113)時，並控制該第二切換電路(116)將該信號中繼電路(118)耦接於該第二USB物理層電路(114)。
  4. 如請求項3的USB控制電路(110)，另包含有： 一指令接收介面(120)，耦接於該控制單元(119)，設置成自一外部電路接收該預定指令，並將該預定指令傳送至該控制單元(119)。
  5. 如請求項1的USB控制電路(110)，其中，該第一切換電路(115)或該第二切換電路(116)是一多工器。
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