TWI417735B

TWI417735B - A universal serial bus hub with signal mode and charge mode

Info

Publication number: TWI417735B
Application number: TW99120483A
Authority: TW
Inventors: Chi Cheng Wu
Original assignee: Kye Systems Corp
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2013-12-01
Also published as: TW201201022A

Description

具信號模式及充電模式的通用序列匯流排集線器

本發明係關於一種通用序列匯流排集線器，特別是關於一種可切換下游埠為信號模式或充電模式的通用序列匯流排集線器。

由於通用序列匯流排(Universal Serial Bus Hub，USB)介面具有隨插即用、熱插拔(hot plug)、資料傳輸速度快等多項優點，因此通用序列匯流排(USB)為電子裝置與電腦之間最常使用的連接介面之一。近年來，具有USB介面的電子裝置越來越多，例如：手機、個人數位助理(personal digital assistant，PDA)、印表機、滑鼠等，但因單一電腦裝置的通用序列匯流排連接埠有限，無法支援消費者對於通用序列匯流排連接埠的數量需求，為了解決這個問題，業者研究開發出通用序列匯流排集線器(USB hub)。

通用序列匯流排集線器可耦接至電腦裝置，以允許多個具有通用序列匯流排介面的電子裝置經由通用序列匯流排集線器耦接至電腦裝置。通用序列匯流排集線器的用途有四種：第一種為電腦裝置透過通用序列匯流排集線器提供電源給具有通用序列匯流排介面的電子裝置，以使得電腦裝置可與具有通用序列匯流排介面的電子裝置進行資料的傳輸，例如：隨身碟。

第二種為電腦裝置透過通用序列匯流排集線器提供電源給具有通用序列匯流排介面的電子裝置，以對具有通用序列匯流排介面的電子裝置之充電電池進行充電，例如：手機。第三種為電腦裝置可透過通用序列匯流排集線器與具有通用序列匯流排介面的電子裝置進行資料的傳輸，例如：印表機。第四種為電腦裝置可透過通用序列匯流排集線器與具有通用序列匯流排介面的電子裝置進行資料的傳輸，同時亦可對具有通用序列匯流排介面的電子裝置之充電電池進行充電。

也就是說，一般的通用序列匯流排集線器與電腦裝置連接時，才能使得與通用序列匯流排集線器所連接的電子裝置與電腦裝置間有傳輸資料的功能或對電子裝置的充電電池進行充電。當通用序列匯流排集線器未連接電腦裝置時，則無任何功能(即不能傳輸資料或對電子裝置充電)。

再者，目前存在有利用變壓器將市電經過變壓整流濾波後，以提供充電電源給電子裝置進行充電，但此種方式僅具有充電效果而無資料傳輸的功能。

鑒於以上問題，本發明提出一種通用序列匯流排集線器，以解決通用序列匯流排集線器未連接電腦裝置或電腦裝置關機時，無法對具有通用序列匯流排介面的電子裝置進行充電的問題。

本發明之通用序列匯流排集線器，其包括上游埠(upstream port)、至少一下游埠(downstream port)、外部電源埠以及控制單元。其中，控制單元與上游埠及下游埠電性連接。控制單元根據上游埠之電性連接關係而切換下游埠為信號模式或充電模式。控制單元包括開關，控制單元藉由開關選擇性地切換該下游埠為該充電模式或信號模式。

也就是說，當上游埠的電性連接關係使得控制單元接收到高電位信號(例如：上游埠與電腦裝置連接，且電腦裝置為開機狀態)，且外部電源埠未提供電壓予下游埠時，控制單元可藉由開關切換下游埠為信號模式，以使得上游埠與下游埠間進行資料的傳輸。當上游埠的電性連接關係使得控制單元接收到低電位信號時(例如：上游埠與電腦裝置連接，且電腦裝置關機或者上游埠未與電腦裝置連接)，控制單元可藉由開關切換下游埠為充電模式，此時由外部電源埠提供電壓予下游埠，以對與下游埠所連接的電子裝置進行充電。

當上游埠的電性連接關係使得控制單元接收到高電位信號，且外部電源埠同時提供電壓於下游埠時，則下游埠可為充電模式或信號模式，且優先順序為信號模式，接著為充電模式。換句話說，控制單元可先藉由開關切換下游埠為信號模式，以使得上游埠與下游埠間進行資料的傳輸。若上游埠與下游埠間不進行資料的傳輸，則控制單元可藉由開關將下游埠切換為充電模式，以對下游埠所連接的電子裝置進行充電。

在本發明的一實施例中，當控制單元接收邊緣觸發信號(edge trigger)時，控制單元將切斷下游埠所需的電壓，以使得下游埠重置為充電模式或信號模式。其中，控制單元包括微控制單元(micro control unit)與P型金屬氧化半導體(P-type Metal Oxide Semiconductor，PMOS)，P型金屬氧化半導體分別與微控制單元、電源及下游埠連接。

控制單元藉由微控制單元接收邊緣觸發信號(例如：通用序列匯流排集線器拔離或連接電腦裝置的瞬間)而輸出控制信號，P型金屬氧化半導體接收控制信號以切斷下游埠所需的電壓，使得下游埠可重新切換為充電模式或信號模式。

依據本發明之通用序列匯流排集線器，控制單元可依據上游埠的電性連接關係，透過開關選擇性地切換下游埠為充電模式或信號模式以解決通用序列匯流排集線器未連接電腦裝置或電腦裝置關機時，無法對具有通用序列匯流排介面的電子裝置進行充電的問題。再者，控制單元可接受邊緣觸發信號(edge trigger)，並切斷下游埠所需的電壓，使得下游埠可以重置其狀態為充電模式或信號模式。此外，若將控制單元整合於通用序列匯流排集線器的晶片中，則通用序列匯流排集線器可自行判斷上游埠的電性連接關係並切換或重置下游埠為充電模式或信號模式，以降低成本。

以上關於本發明的內容說明及以下之實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的精神與原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。

請參照「第1圖」，係為依據本發明之通用序列匯流排集線器的第一實施例連接架構示意圖。通用序列匯流排集線器100(Universal Serial Bus Hub，USB Hub)包括上游埠102(upstream port)、至少一下游埠104(downstream port)、外部電源埠105以及控制單元106。其中，上游埠102可連接但不限於電腦裝置90，下游埠104可連接電子裝置92，電子裝置92可為但不限於手機。控制單元106的一端與上游埠102電性連接，另一端與下游埠104電性連接。

在本實施例中，外部電源埠105未提供電壓予下游埠104，且控制單元106因上游埠102與電腦裝置90連接而接收到高電位信號，進而切換下游埠104為信號模式。

控制單元106包括開關110，下游埠104另包括正資料傳輸接腳107(D+)與負資料傳輸接腳108(D-)，當開關110因偵測到上游埠102連接至電腦裝置90之電源傳輸接腳109(VBUS)的電壓為高電位(即偵測到上游埠102與電腦裝置90連接，且電腦裝置90為開機狀態)，開關110控制正資料傳輸接腳107與負資料傳輸接腳108進行資料的傳輸，以使得開關110可切換下游埠104為信號模式。其中，電源傳輸接腳109(VBUS)係為用以接收通用序列匯流排集線器100所需的電壓。此時，電子裝置92可藉由通用序列匯流排集線器100與電腦裝置90進行資料的傳輸。

請參照「第2圖」，係為依據本發明之通用序列匯流排集線器的第二實施例連接架構示意圖。通用序列匯流排集線器(Universal Serial Bus Hub，USB Hub)200包括上游埠(upstream port)202、下游埠204(downstream port)、外部電源埠205以及控制單元206。其中，上游埠202可連接但不限於電腦裝置90，下游埠204可連接電子裝置92，電子裝置92可為但不限於手機。控制單元206的一端與上游埠202電性連接，另一端與下游埠204電性連接。其中，下游埠204包括正資料傳輸接腳207(D+)與負資料傳輸接腳208(D-)。

控制單元206因上游埠202與電腦裝置90連接(即上游埠202連接至電腦裝置90之電源傳輸接腳209(VBUS)的電壓為高電位)，所以下游埠204切換為信號模式，但由於外部電源埠205藉由變壓器94連接市電以同時提供電壓予下游埠204，所以下游埠204可切換為信號模式或充電模式。其中，優先順序為信號模式，接著為充電模式。舉例而言，當上游埠202欲與下游埠204進行資料傳輸且亦對下游埠204所連接的電子裝置92進行充電時，會優先處理上游埠202與下游埠204間的資料傳輸，接著才會對下游埠204所連接的電子裝置92進行充電。其中，下游埠204為信號模式時，控制單元206控制正資料傳輸接腳207(D+)與負資料傳輸接腳208(D-)進行資料的傳輸。下游埠204為充電模式時，控制單元206控制正資料傳輸接腳207(D+)與負資料傳輸接腳208(D-)短路，以對下游埠204所連接的電子裝置92進行充電。

請參照「第3圖」，係為依據本發明之通用序列匯流排集線器的第三實施例連接架構示意圖。通用序列匯流排集線器300(Universal Serial Bus Hub，USB Hub)包括上游埠302(upstream port)、下游埠304(downstream port)、外部電源埠305以及控制單元306。其中，上游埠302未連接電腦裝置90，下游埠304可連接電子裝置92，電子裝置92可為但不限於手機。外部電源埠305可藉由變壓器94外接市電，變壓器94將市電整流穩壓後藉由外部電源埠305輸出電壓予下游埠304。控制單元306的一端與上游埠302電性連接，另一端與下游埠304電性連接。

控制單元306因上游埠304未與電腦裝置90連接，所以切換下游埠304為充電模式。

在本實施例中，下游埠304包括正資料傳輸接腳307(D+)與負資料傳輸接腳308(D-)，控制單元306包括開關310。因控制單元偵測到上游埠302連接至電腦裝置90之電源傳輸接腳309(VBUS)的電壓為低電位(即未偵測到上游埠302與電腦裝置90連接或電腦裝置90為關機狀態)，所以開關310控制正資料傳輸接腳307(D+)與負資料傳輸接腳308(D-)短路，以使得下游埠304為充電模式。其中，電源傳輸接腳309(VBUS)係為用以接收通用序列匯流排集線器300所需的電壓。

在本實施例中，當控制單元306接收邊緣觸發信號(edge trigger)時(即高電位轉變成低電位的位置或低電位轉變成高電位的位置，也就是上游埠302拔離或連接電腦裝置90的瞬間)，控制單元306將切斷下游埠304所需的電壓。

其中，控制單元306包括微控制單元314(micro control unit)與P型金屬氧化半導體316(P-type Metal Oxide Semiconductor，PMOS)，P型金屬氧化半導體316分別與微控制單元314、電源320及下游埠304連接，且微控制單元314藉由邊緣觸發信號而輸出控制信號，P型金屬氧化半導體316接收控制信號以切斷下游埠304所需的電壓，以使得下游埠304可重置為充電模式或信號模式。上述的電源為5伏特(voltage，V)，但本實施例並非用以限定本發明，可依據實際需求進行調整。

依據本發明之通用序列匯流排集線器，控制單元可依據上游埠與電腦裝置的連接關係，透過開關選擇性地切換下游埠為充電模式或信號模式，以解決因為通用序列匯流排集線器未連接電腦裝置或電腦裝置關機時，無法對電子裝置進行充電的問題。其中，當上游埠與電腦裝置連接，電腦裝置為開機狀態，且外部電源埠未提供電壓予下游埠時，上游埠與下游埠間進行資料的傳輸。當上游埠與電腦裝置連接，電腦裝置關機或者上游埠未與電腦裝置連接時，由外部電源埠提供電壓予下游埠，以對與下游埠所連接的電子裝置進行充電。當上游埠與電腦裝置連接，電腦裝置為開機狀態，且外部電源埠同時提供電壓予下游埠時，可先進行上游埠與下游埠之間的資料傳輸，也可對下游埠所連接的電子裝置進行充電。

接著，藉由控制單元於上游埠連接或拔離電腦裝置時(即控制單元接收到邊緣觸發信號)，可切斷下游埠所需的電壓，使得下游埠重置為充電模式或信號模式。再者，若將上述的控制單元整合在通用序列匯流排集線器的晶片中，則可由通用序列匯流排集線器自行判斷上游埠的電性連接關係，並切換或重置下游埠為充電模式或信號模式，進而減少成本。

雖然本發明以前述的較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。

90．．．電腦裝置

92．．．電子裝置

94．．．變壓器

100、200、300．．．通用序列匯流排集線器

102、202、302．．．上游埠

104、204、304．．．下游埠

105、205、305．．．外部電源埠

106、206、306．．．控制單元

107、207、307．．．正資料傳輸接腳

108、208、308．．．負資料傳輸接腳

109、209、309．．．電源傳輸接腳

110、310．．．開關

314．．．微控制單元

316．．．P型金屬氧化半導體

320．．．電源

第1圖係為依據本發明之通用序列匯流排集線器的第一實施例連接架構示意圖；

第2圖係為依據本發明之通用序列匯流排集線器的第二實施例連接架構示意圖；以及

第3圖係為依據本發明之通用序列匯流排集線器的第三實施例連接架構示意圖。

90‧‧‧電腦裝置

92‧‧‧電子裝置

94‧‧‧變壓器

300‧‧‧通用序列匯流排集線器

302‧‧‧上游埠

304‧‧‧下游埠

305‧‧‧外部電源埠

306‧‧‧控制單元

307‧‧‧正資料傳輸接腳

308‧‧‧負資料傳輸接腳

309‧‧‧電源傳輸接腳

310‧‧‧開關

314‧‧‧微控制單元

316‧‧‧P型金屬氧化半導體

320‧‧‧電源

Claims

一種具信號模式及充電模式的通用序列匯流排集線器(Universal Serial Bus Hub，USB Hub)，包括有：一上游埠，其一端與一電腦裝置相接；至少一下游埠，其一端至少與一電子裝置相接；一外部電源埠，接設有一外部電源；以及一控制單元，該控制單元與該上游埠及該下游埠電性連接；其中，該控制單元根據該上游埠與該電腦裝置之電性連接關係而切換該下游埠為一信號模式或一充電模式，於該信號模式，該上游埠與該下游埠間進行資料的傳輸，使得該電腦裝置對該電子裝置進行資料傳輸，於該充電模式，由該外部電源經由該外部電源埠供應該下游埠電壓，使得該外部電源對該電子裝置進行充電。
如請求項1所述之具信號模式及充電模式的通用序列匯流排集線器，其中，當該電腦裝置與該上游埠電性分離時，該控制單元接收一邊緣觸發信號(edge trigger)時，該控制單元將切斷該下游埠所需的電壓。
如請求項2所述之具信號模式及充電模式的通用序列匯流排集線器，其中，該控制單元包括一微控制單元(micro control unit)與一P型金屬氧化半導體(P-type Metal Oxide Semiconductor，PMOS)，該P型金屬氧化半導體分別與該微控制單元、一電源及該下游埠連接，且該微控制單元藉由該邊緣觸發信號而輸出一控制信號，該P型金屬氧化半導體接收該控制信號以切斷該下游埠所需的電壓。
如請求項1所述之具信號模式及充電模式的通用序列匯流排集線器，其中，該控制單元包括一開關，該開關依據該上游埠的電性連接關係而選擇性地切換該下游埠為該充電模式或該信號模式。
如請求項4所述之具信號模式及充電模式的通用序列匯流排集線器，其中，該下游埠包括一正資料傳輸接腳(D+)與一負資料傳輸接腳(D-)，當該上游埠的電性連接關係使得該控制單元接收到一低電位信號時，該開關控制該正資料傳輸接腳與該負資料傳輸接腳短路，以使得該下游埠為該充電模式。
如請求項4所述之具信號模式及充電模式的通用序列匯流排集線器，其中，該下游埠包括一正資料傳輸接腳(D+)與一負資料傳輸接腳(D-)，當該上游埠的電性連接關係使得該控制單元接收到一高電位信號時，該開關控制該正資料傳輸接腳與該負資料傳輸接腳進行資料的傳輸，以使得該下游埠為該信號模式。
一種具信號模式及充電模式的通用序列匯流排集線器(Universal Serial Bus Hub，USB Hub)，包括有：一上游埠，其一端與一電腦裝置相接；至少一下游埠，其一端至少與一電子裝置相接；一外部電源埠，接設有一外部電源；以及一控制單元，該控制單元與該上游埠及該下游埠電性連接；其中，該控制單元根據該上游埠與該電腦裝置之電性連接關係而接收到一高電位信號或一低電位信號，而切換該下游埠為一信號模式或一充電模式；其中，於接收到該高電位信號時，該上游埠與該下游埠之間進行資料的傳輸，使得該電腦裝置對該電子裝置進行資料傳輸；其中，於接收到該低電位信號時，由該外部電源經由該外部電源埠供應該下游埠電壓，使得該外部電源對該電子裝置進行充電。
如請求項7所述之具信號模式及充電模式的通用序列匯流排集線器，其中，當該電腦裝置與該上游埠電性分離時，該控制單元接收一邊緣觸發信號(edge trigger)時，該控制單元將切斷該下游埠所需的電壓。
如請求項8所述之具信號模式及充電模式的通用序列匯流排集線器，其中，該控制單元包括一微控制單元(micro control unit)與一P型金屬氧化半導體(P-type Metal Oxide Semiconductor，PMOS)，該P型金屬氧化半導體分別與該微控制單元、一電源及該下游埠連接，且該微控制單元藉由該邊緣觸發信號而輸出一控制信號，該P型金屬氧化半導體接收該控制信號以切斷該下游埠所需的電壓。
如請求項7所述之具信號模式及充電模式的通用序列匯流排集線器，其中，該控制單元包括一開關，該開關依據該上游埠的電性連接關係而選擇性地切換該下游埠為該充電模式或該信號模式。