TW201812602A - 通用序列匯流排c型模組 - Google Patents

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Abstract

一種通用序列匯流排C型模組，具有多個接地接腳、第一組態接腳、第二組態接腳與偵測器。多個接地接腳中包括第一接地接腳。偵測器電性連接至第一接地接腳，用以偵測第一接地接腳的電壓值，以選擇性地致能一控制器以透過第一組態接腳與第二組態接腳判斷對應的連接器的型態。

Description

通用序列匯流排C型模組
本發明係關於一種通用序列匯流排C型模組，特別關於此類連接模組的控制電路。
通用序列匯流排C型(universal serial bus type-C，USB Type-C)連接器是由USB-IF倡議而提出的連接器規格，其優點在於連接器再也沒有正反之分，如同蘋果公司近年來常用的連接器一般，使用者無需先行確認連接器的方向即可插入與使用。
USB Type-C連接器的運作機制在於其有一個控制器與兩根組態接腳。當USB Type-C連接器與一外部連接器相連時，USB Type-C連接器的控制器可藉由兩根組態接腳與所連接的外部連接器溝通確認所插入的外部連接器的方向。然而，控制器是隨時隨地都在運作的，對於使用電池的行動裝置而言，這樣的運作方式對於電池的續航力有負面的影響。因此如何提出一個更好的控制器/連接器運作方式，是一個有待解決的課題。
鑒於前述問題，本發明旨在提供一種通用序列匯流排C型(USB Type-C)模組，能自動地偵測是否有連接到對應的連接器，以選擇性地啟動其中的控制器。從而達到降低功耗的效果。
依據本發明一實施例的USB Type-C模組，具有多個接地接腳、第一組態接腳、第二組態接腳與偵測器。多個接地接腳包括一個第一接地接腳。偵測器電性連接至第一接地接腳，用以偵測第一接地接腳的電壓值，以依據所述電壓值而選擇性地致能一USB Type-C控制器。
依據本發明另一實施例的USB Type-C模組，具有多個接地接腳、第一組態接腳、第二組態接腳、USB Type-C控制器與偵測器。多個接地接腳包括一個第一接地接腳。USB Type-C控制器電性連接該第一組態接腳以及該第二組態接腳。偵測器電性連接至第一接地接腳以及USB Type-C控制器，用以偵測第一接地接腳的電壓值，以依據所述電壓值而選擇性地致能致能USB Type-C控制器。其中當USB Type-C控制器被致能且USB Type-C模組連接於對應的連接器時，USB Type-C控制器透過第一組態接腳與第二組態接腳，判斷對應的連接器的型態。
綜上所述，當本發明實施例的USB Type-C模組被連接到對應的連接器時，該些接地接腳的電壓位準才會被統一定義為低電壓，從而使得偵測器判斷當前有連接到對應的連接器而致能控制器，反之則不致能控制器。藉此，控制器並非永遠都在運作，因此其不必要的電能消耗得以被降低。
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
請參照圖1，其係依據本發明一實施例的通用序列匯流排C型連接模組電路架構圖。如圖1所示，通用序列匯流排C型(USB Type-C)模組1000具有多個接地接腳GND1~GND4、第一組態接腳CC1、第二組態接腳CC2與偵測器1200。其中接地接腳GND2至GND4都直接連接到接地端GND，而接地接腳GND1則並非直接連接到接地端GND。
偵測器1200電性連接至接地接腳其中之一，用以偵測所電性連接的接地接腳的電壓值，並依據偵測器1200所偵測到的上述電壓值判斷USB Type-C模組1000是否連接到對應的連接器。於本實施例中，偵測器1200例如是電性連接接地接腳GND1，從而藉由接地接腳GND1上的電壓值來判斷USB Type-C模組1000是否連接至另一連接器(例如一外部連接器)，並且判斷所連接的外部連接器的型態。為了解釋偵測器1200的作動方式，請參照圖2，其進一步繪示出圖1的通用序列匯流排C型模組1000連接到對應的連接器2000的電路架構圖。於此實施例中，偵測器1200具有阻抗元件R、比較電路1210與第一電能開關1220。其中阻抗元件R一端電性連接電源PS，另一端電性連接偵測器1200所電性連接的接地接腳GND1。比較電路1210電性連接接地接腳GND1，以依據接地接腳GND1的電壓值與門檻電壓VREF，產生開關信號Vs 。第一電能開關1220分別電性連接電源PS、控制器1100與比較電路1210，依據開關信號Vs 選擇性地導通電源PS至控制器1100的電流路徑以達成選擇性致能控制器1100的目的。
受控於偵測器1200的控制器1100電性連接第一組態接腳CC1與第二組態接腳CC2，用以於被致能且USB Type-C模組1000連接於對應的連接器2000時，透過第一組態接腳CC1與第二組態接腳CC2的至少其中之一，判斷連接器2000的型態。上述對應的連接器2000可指的是連接器2000和USB Type-C模組1000在硬體介面形式上互為對應。例如，當USB Type-C模組1000和連接器2000的其中之一為插頭(plug)時，另一者為插座(receptacle)。另外，上述連接器2000的型態則例如是連接器2000的插設方向或可支援的傳輸規格/協定。
如圖2所示，當USB Type-C模組1000連接到對應的連接器2000時，接地接腳GND1連接到連接器2000的接地端，且接地接腳GND2至GND4也都連接到連接器2000的接地端。換句話說，接地接腳GND1的電壓位準會被拉到等同於接地端GND的電壓。此時，接地接腳GND1的電壓值會低於門檻電壓VREF，因此比較電路1210可輸出高電壓的開關信號Vs 來使得第一電能開關1220導通。反之若是USB Type-C模組1000未連接到對應的連接器2000，則接地接腳GND1的電壓值等同於電源PS提供的電壓(高電壓)，因此比較電路1210可輸出低電壓的開關信號Vs 來使得第一電能開關1220不導通。換句話說，阻抗元件R是用來確保當USB Type-C模組1000未連接到對應的連接器2000時，電源PS提供的電壓會透過阻抗元件R而使接地接腳GND1的電壓值為高電壓的元件。因此，只有當USB Type-C模組1000連接到對應的連接器2000時，控制器1100才會被致能而透過第一組態接腳CC1及/或第二組態接腳CC2來偵測連接器2000的型態。換句話說，也就是偵測器1200依據所偵測到的電壓，判斷USB Type-C模組1000是否已經被連接到對應的一個連接器2000。當偵測器1200判斷USB Type-C模組1000已經被連接到連接器2000，偵測器1200使對應的一個或多個電路或功能模組開始作動，於此實施例中，所述對應的功能模組即為控制器1100。如此，避免對應的功能模組或電路在通用序列匯流排C型連接模組1000未連接至任何裝置仍在作動，因此不必要的電能消耗得以被避免。於一實施例中，前述比較電路1210係由類比比較器實作。於另一實施例中，比較電路1210例如由微控制器(micro controller unit, MCU)或是嵌入控制器(embedded controller, EC)所實現。
具體來說，當USB Type-C模組1000是插頭(plug)時，偵測器1200透過第一組態接腳CC1與第二組態接腳CC2其中之一來偵測對應的連接器2000的型態。例如連接器2000可以用幾組信號通道(channels)來進行信號收發、連接器2000是否支援顯示連接埠模式(DisplayPort Alternative mode)。而當USB Type-C模組1000是插座(receptacle)時，偵測器1200同時透過第一組態接腳CC1與第二組態接腳CC2來偵測對應的連接器2000的型態。
於一實施例中，控制器1100屬於USB Type-C模組1000。於另一實施例中，控制器1100不屬於USB Type-C模組1000，而是USB Type-C模組1000以外的一個控制器。
於另一實施例中，請參照圖3，其係依據本發明另一實施例的通用序列匯流排C型連接模組電路架構圖。如圖3所示，於本實施例的USB Type-C模組1000A具有多個接地接腳GND1~GND4、第一組態接腳CC1、第二組態接腳CC2與偵測器1200。其中接地接腳GND2至GND4都直接連接到接地端GND，而接地接腳GND1則並非直接連接到接地端GND。本實施例中各元件的作動方式與圖1的實施例類似，而相異的地方在於，本實施例的偵測器1200具有第一阻抗元件R1、線性穩壓器LDO與致能開關1230。其中第一阻抗元件R1例如為一個高阻值(百萬歐姆以上)的電阻，一端電性連接至電源PS，另一端電性連接至接地接腳GND1。線性穩壓器LDO在被致能的時候，從電源PS汲取電能提供給控制器1100。致能開關1230例如為連接成共源極(common source, CS)組態的N型金屬氧化物半導體場效電晶體，其閘極(控制端)電性連接至接地接腳GND1，而其源極接地，其汲極電性連接至線性穩壓器LDO的致能接腳。因此，當USB Type-C模組1000A未插接至對應的連接器時，接地接腳GND1的電壓位準會是高電位，從而使得致能開關1230中的電晶體的汲極電壓為低電壓，不致能線性穩壓器LDO。當USB Type-C模組1000A插接至對應的連接器時，接地接腳GND1的電壓位準會是低電位，從而使得致能開關1230中的電晶體的汲極電壓為高電壓，致能線性穩壓器LDO。
於另一實施例中，請參照圖4，其係依據本發明另一實施例的通用序列匯流排C型連接模組的電路架構圖。如圖4所示，USB Type-C模組1000B相較於圖3實施例中的USB Type-C模組1000A而言，更多了一個第二阻抗元件R2。第二阻抗元件R2一端電性連接第一阻抗元件R1與接地接腳GND1，第二阻抗元件R2的另一端電性連接至接地端GND。藉由這樣的設計，可以避免當電源PS提供的電壓過高(例如20伏特或12伏特)時，致能開關1230中的電晶體因過高的閘極電壓而故障。
於再一實施例中，請參照圖5，其係依據本發明再一實施例的通用序列匯流排C型連接模組電路架構圖。如圖5所示，USB Type-C模組1000C相較於圖2的USB Type-C模組1000來說，額外具有第二電能開關1300。其中第二電能開關1300電性連接至電源PS與通用序列匯流排C型連接模組1000C的電源腳位VBUS。於上述實施例中的電源PS，例如為降壓轉換器(buck converter)、升/降壓轉換器(buck-boost converter)或其他適合的直流直流轉換器(DC/DC converter)。
於一實施例中，如果USB Type-C模組1000C是操作於主控端模式(host mode)，則當其被插設到對應的連接器2000時，需要提供電能給連接器2000。於此實施例中，第二電能開關1300用於從電源PS抽取電能，透過電源腳位VBUS提供電能給連接器2000。於此實施例中，電源PS將從市電轉換得到的直流電能或是從電池得到的直流電能轉換為電壓為12伏特或20伏特的電能提供給第二電能開關1300。電源PS並將從市電轉換得到的直流電能或是從電池得到的直流電能轉換為電壓例如是1.8伏特、3.3伏特或5伏特的電能提供給偵測器1200。
於另一實施例中，如果USB Type-C模組1000C是操作於裝置模式(device mode)，則當其被插設到對應的連接器2000時，可由連接器2000提供電能。於此實施例中，第二電能開關1300用於從電源腳位VBUS抽取電能，提供電能給電源PS。於此實施例中，電源PS將從第二電能開關1300處得到的電能轉換為電壓為1.8伏特、3.3伏特或5伏特的電能提供給偵測器1200。上述第二電能開關1300的設置也能類似地配置於圖3或圖4的實施例中，於此不再贅述。
根據上述幾個實施例的USB Type-C模組的電路架構，本發明實施例可藉由將USB Type-C模組中的其中一個接地接腳(例如接地接腳GND1)設計成與其他接地腳位(例如接地接腳GND2~GND4)隔離，從而利用被隔離的接地腳位上的電壓來判斷USB Type-C模組是否插接到對應的連接器。當USB Type-C模組所插接的連接器的腳位並不與USB Type-C模組對應，或是當USB Type-C模組未被插接到任何連接器時，USB Type-C模組的接地接腳GND1就不會被短路至接地接腳GND2~GND4。如此，偵測器得以直接判斷USB Type-C模組並未插接到對應的連接器，因此USB Type-C模組內建或是外接的控制器就不會被致能，從而達到降低能耗的效果。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
1000、1000A、1000B、1000C‧‧‧通用序列匯流排C型連接模組
1100‧‧‧控制器
1200‧‧‧偵測器
1210‧‧‧比較電路
1220‧‧‧第一電能開關
1230‧‧‧致能開關
1300‧‧‧第二電能開關
2000‧‧‧連接器
CC1、CC2‧‧‧組態接腳
GND1~GND4‧‧‧接地接腳
GND‧‧‧接地端
LDO‧‧‧線性穩壓器
PS‧‧‧電源
R、R1、R2‧‧‧阻抗元件
VREF‧‧‧門檻電壓
Vs‧‧‧開關信號
VBUS‧‧‧電源腳位
圖1係依據本發明一實施例的通用序列匯流排C型模組電路架構圖。 圖2係圖1的通用序列匯流排C型模組連接到對應的連接器的電路架構圖。 圖3係依據本發明另一實施例的通用序列匯流排C型模組電路架構圖。 圖4係依據本發明另一實施例的通用序列匯流排C型模組電路架構圖。 圖5係依據本發明再一實施例的通用序列匯流排C型模組電路架構圖。

Claims (15)

  1. 一種通用序列匯流排C型(USB Type-C)模組，包括：多個接地接腳，包括一第一接地接腳；一第一組態接腳；一第二組態接腳；以及一偵測器，電性連接至該第一接地接腳，用以偵測該第一接地接腳的一電壓值，以依據該電壓值而選擇性地致能一控制器。
  2. 如請求項1的USB Type-C模組，其中該USB Type-C控制器電性連接該第一組態接腳、該第二組態接腳以及該偵測器，當該控制器被致能且該USB Type-C模組連接於對應的連接器時，該控制器透過該第一組態接腳與該第二組態接腳的至少其中之一，判斷該對應的連接器的型態。
  3. 如請求項1的USB Type-C模組，其中當該接地接腳的該電壓值小於一門檻電壓時，該偵測器致能該控制器，當該接地接腳的該電壓值不小於該門檻電壓時，該偵測器禁能該控制器。
  4. 如請求項1的USB Type-C模組，其中該偵測器包括：一阻抗元件，一端電性連接一電源，另一端電性連接該第一接地接腳；一比較電路，電性連接該第一接地接腳，以依據該電壓值與一門檻電壓，產生一開關信號；以及一電能開關，分別電性連接該電源、該控制器與該比較電路，依據該開關信號選擇性地導通該電源至該控制器的一電流路徑。
  5. 如請求項4的USB Type-C模組，其中當該電壓值小於該門檻電壓時，該比較電路送出該開關信號使該電能開關導通該電流路徑。
  6. 如請求項1的USB Type-C模組，其中該偵測器包括：一第一阻抗元件，一端電性連接一電源，另一端電性連接該第一接地接腳；一線性穩壓器，分別電性連接該電源與該控制器，當被致能時從該電源汲取電能提供給該控制器；以及一致能開關，電性連接該第一接地接腳、該線性穩壓器與該電源，依據該電壓值，選擇性地致能該線性穩壓器。
  7. 如請求項6的USB Type-C模組，其中該偵測器更包括：一第二阻抗元件，一端電性連接一接地端，另一端電性連接該第一接地接腳。
  8. 如請求項1的USB Type-C模組，更包含：至少一電源接腳；以及一第二電能開關，電性連接該至少一電源接腳，當被致能時從一電源擷取電能提供給該至少一電源接腳；其中該偵測器更依據該電壓值選擇性地致能該第二電能開關。
  9. 一種通用序列匯流排C型(USB Type-C)模組，包括：多個接地接腳，包括一第一接地接腳；一第一組態接腳；一第二組態接腳；一USB Type-C控制器，電性連接該第一組態接腳以及該第二組態接腳；以及一偵測器，電性連接至該第一接地接腳以及該USB Type-C控制器，用以偵測該第一接地接腳的一電壓值，以依據該電壓值而選擇性地致能該USB Type-C控制器；其中當該USB Type-C控制器被致能且該USB Type-C模組連接於對應的連接器時，該USB Type-C控制器透過該第一組態接腳與該第二組態接腳其中至少之一，判斷該對應的連接器的型態。
  10. 如請求項9的USB Type-C模組，其中當該電壓值小於一門檻電壓時，該偵測器致能該USB Type-C控制器，當該電壓值不小於該門檻電壓時，該偵測器禁能該USB Type-C控制器。
  11. 如請求項9的USB Type-C模組，其中該偵測器包括：一阻抗元件，一端電性連接一電源，另一端電性連接該第一接地接腳；一比較電路，電性連接該第一接地接腳，以依據該電壓值與一門檻電壓，產生一開關信號；以及一電能開關，分別電性連接該電源、該控制器與該比較電路，依據該開關信號選擇性地導通該電源至該控制器的一電流路徑。
  12. 如請求項11的USB Type-C模組，其中當該電壓值小於該門檻電壓時，該比較電路送出該開關信號使該電能開關導通該電流路徑。
  13. 如請求項9的USB Type-C模組，其中該偵測器包括：一第一阻抗元件，一端電性連接一電源，另一端電性連接該第一接地接腳；一線性穩壓器，分別電性連接該電源與該控制器，當被致能時從該電源汲取電能提供給該控制器；以及一致能開關，電性連接該第一接地接腳、該線性穩壓器與該電源，依據該電壓值，選擇性地致能該線性穩壓器。
  14. 如請求項13的USB Type-C模組，其中該偵測器更包括：一第二阻抗元件，一端電性連接一接地端，另一端電性連接該第一接地接腳。
  15. 如請求項9的USB Type-C模組，更包含：至少一電源接腳；以及一第二電能開關，電性連接該至少一電源接腳，當被致能時從一電源擷取電能提供給該至少一電源接腳；其中該偵測器更依據該電壓值選擇性地致能該第二電能開關。
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