TWI437793B - 萬用序列匯流排供電方法及應用其之裝置端裝置及系統 - Google Patents

萬用序列匯流排供電方法及應用其之裝置端裝置及系統 Download PDF

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Description

萬用序列匯流排供電方法及應用其之裝置端裝置及系統
本發明是有關於一種萬用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)供電方法，且特別是有關於一種在裝置端裝置與專用充電連接埠(Dedicated Charging Port，DCP)連接的條件下所執行之USB供電方法。
在科技發展日新月異的現今時代，手持式裝置，例如是數位個人助理(Digital Personal Assistant，PDA)、智慧型手機等，已廣為人們所接受，以便利人們的生活。隨著手持式裝置的運算能力日漸提升，其耗電量亦對應地增加。為了使手持式裝置可以配置有充足的電力續航能力，在現有解決方案中多針對手持式裝置多配置大容量的電池組，以因應手持式裝置的高額的電力需求。
一般來說，在充電機制配置的充電電流為固定的前提下，容量較大的電池組將對應地需要較長的充電時間。舉例來說，目前手持式裝置多應用微型通用序列匯流排(Micro Universal Serial Bus，Micro USB)連接器來做為充電時之供電路徑，以對其動輒數千毫安培小時(mAh)的電池組進行充電；然而一般Micro USB多僅能供應1.5到1.8安培左右的充電電流，換言之，往往需要好幾個小時的充電時間才能充飽數千mAh的電池組。這樣一來，往往會造成使用者的不便。據此，如何在以Micro USB做為供電路徑的應用情境中，經由USB提供更高額的充電電流以增進手持式裝置的使用便利性，為業界不斷致力方向之一。
本發明有關於一種萬用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)供電方法及應用其之USB裝置端裝置及USB系統，其係於判斷對應之USB主控端裝置為專用充電連接埠(Dedicated Charging Port，DCP)時，對此USB主控端裝置進行認證操作，以判斷其是否支援超級DCP供電模式；若是，則驅動USB主控端裝置經由D+及D-訊號線提供輔助充電電流，使得USB裝置端裝置可根據D+及D-訊號線提供之輔助充電電流對其中之電池進行充電。據此，相較於傳統USB供電方法，本發明相關之USB供電方法及應用其之USB裝置端裝置及USB系統具有可有效地提供流量更高之充電電流及對應所需之充電時間較短之優點。
根據本發明之第一方面，提出一種USB裝置端裝置，經由USB通訊連結與USB主控端裝置連接，USB通訊連結包括D+、D-訊號線。USB裝置端裝置包括供電單元、偵測單元及主控控制單元。供電單元包括電池。偵測單元判斷USB主控端裝置是否為專用充電連接埠(Dedicated Charging Port，DCP)；若是則提供DCP偵測訊號。主控控制單元回應於DCP偵測訊號提供認證訊號至USB主控端裝置，並判斷是否接收到USB主控端裝置回應之認證回應訊號；若是，則驅動USB主控端裝置經由D+及D-訊號線提供輔助充電電流，並將D+及D-訊號線提供之輔助充電電流提供至供電單元，以對電池進行充電。
根據本發明之第二方面，提出一種USB系統，包括USB主控端裝置、USB通訊連結及USB裝置端裝置。USB主控端裝置包括從屬控制單元。USB通訊連結包括D+及D-訊號線。USB裝置端裝置經由USB通訊連結與USB主控端裝置連接，USB裝置端裝置包括供電單元、偵測單元及主控控制單元。供電單元包括電池，偵測單元判斷USB主控端裝置是否為DCP；若是，則提供DCP偵測訊號。主控控制單元回應於DCP偵測訊號提供認證訊號至從屬控制單元，並判斷是否接收到從屬控制單元回應之認證回應訊號；若是，則驅動從屬控制單元經由D+及D-訊號線提供輔助充電電流，並將D+及D-訊號線提供之輔助充電電流提供至供電單元，以對電池進行充電。
根據本發明之第三方面，提出一種USB供電方法，應用於USB用戶端裝置上，用以對USB用戶端裝置之電池進行充電，USB用戶端裝置經由USB通訊連結與USB主控端裝置連接，USB通訊連結包括D+及D-訊號線，供電方法包括下列步驟。首先回應於連接操作事件，判斷USB主控端裝置是否為DCP；若是則提供認證訊號至USB主控端裝置。接著判斷是否接收到USB主控端裝置回應之認證回應訊號；若是則驅動USB主控端裝置經由D+及D-訊號線提供輔助充電電流。之後根據D+及D-訊號線提供之輔助充電電流對電池進行充電。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
請參照第1圖，其繪示本發明實施例之萬用序列匯流排系統的方塊圖。本實施例之萬用序列式匯流排(Universal Serial Bus，USB)系統1包括USB主控端裝置10、USB通訊連結20及USB裝置端裝置30。USB通訊連結20用以連接USB主控端裝置10及USB裝置端裝置30。舉例來說，USB通訊連結20包括USB纜線及USB連接器；USB連接器例如為Micro-USB連接器，其中包括D+訊號線P_D+、D-訊號線P_D-、VDD訊號線P_VDD、GND訊號線P_GND及ID訊號線P_ID。
USB主控端裝置10包括從屬控制單元10a、電源單元10b、電源開關10c1及10c2。電源單元10b例如為交流直流(AC to DC)轉換器，其用以提供參考電壓VUSB 及輔助充電電流C_D+及C_D-。從屬控制單元10a控制電源開關10c1之切換操作，使其選擇性地輸出輔助供電電壓電流C_D+(對應至電源開關10c1之輸入端A)及資料訊號S_D+(對應至電源開關10c1之輸入端B)其中之一。從屬控制單元10a更控制電源開關10c2之切換操作，使其選擇性地輸出輔助充電電流C_D-(對應至電源開關10c2之輸入端A)及資料訊號S_D-(對應至電源開關10c2之輸入端B)其中之一。舉例來說，在一般正常操作情況中，電源開關10c1及10c2係切換至其之輸入端B，以對應地輸出資料訊號S_D+及S_D-。
USB裝置端裝置30包括主控控制單元30a、偵測單元30b、電源開關30c1、30c2、供電單元30d及實體層30e。供電單元30d包括充電單元30d1及電池30d2。電源開關30c1之輸入端耦接至D+訊號線P_D+，輸出端A及輸出端B分別耦接至實體層30e及耦接至供電單元30d。電源開關30c2之輸入端耦接至D-訊號線P_D-，輸出端A及輸出端B分別耦接至實體層30e及耦接至供電單元30d。
電源開關30c1及30c2回應於指令CE之控制，選擇性地將D+及D-訊號線P_D+及P_D-傳輸之訊號提供至實體層30e或提供至供電單元30d。在正常操作情形中，指令CE為非致能，而電源開關30c1及30c2回應於非致能之指令CE，將D+及D-訊號線P_D+及P_D-傳輸之訊號(例如是資料訊號S_D+及S_D-)提供至實體層30e。
偵測單元30b判斷USB主控端裝置10是否為專用充電連接埠(Dedicated Charging Port，DCP)；當USB主控端裝置10為DCP時，偵測單元30b提供DCP偵測訊號S_DCP。舉例來說，偵測單元30b係根據現有之USB規格，依序地執行匯流排電壓偵測(VBUS Detect)、資料連接偵測(Data Contact Detect)、主要偵測(Primary Detect)流程操作及次要偵測(Secondary Detection)，來判斷USB主控端裝置10是否為DCP。
主控控制單元30a回應於DCP偵測訊號S_DCP，提供認證訊號S_vf至USB主控端裝置10中之從屬控制單元10a；主控控制單元30a更根據屬控制單元10a是否對應地回傳認證回應訊號S_vfd，來判斷USB主控端裝置10是否支援預設之超級DCP供電模式。舉例來說，超級DCP供電模式係定義為經由D+及D-訊號線P_D+及P_D-來提供充電電流之自訂操作模式。主控控制單元30a例如經由USB連接器之ID訊號線P_ID來提供認證訊號S_vf，其中認證訊號S_vf例如為位準持續地切換於高參考位準VDD及低參考位準GND間之訊號。
當從屬控制單元10a支援超級DCP供電模式時，從屬控制單元10a係經由ID訊號線P_ID回傳認證回應訊號S_vfd，以通知主控控制單元30a，USB主控端裝置10支援超級DCP供電模式。
當主控控制單元30a接收到認證回應訊號S_vfd時，主控控制單元30a經由ID訊號線P_ID提供致能之指令CE至從屬控制單元10a。從屬控制單元10a回應於致能之指令CE，控制電源開關10c1及10c2切換至輸入端A，使得電源開關10c1及10c2對應地輸出經由D+及D-訊號線P_D+及P_D-提供輔助充電電流C_D+及C_D-。
主控控制單元30a更提供致能之指令CE至電源開關30c1及30c2，以控制電源開關30c1及30c2切換至其之輸出端B。如此，電源開關30c1及30c2回應於致能之指令CE，將D+及D-訊號線P_D+及P_D-傳輸之電流(例如是輔助充電電流C_D+及C_D-)提供至供電單元30d，並據以對電池30d2進行充電。
當主控控制單元30a未接收到認證回應訊號S_vfd時，表示USB主控端裝置10並未支援超級DCP供電模式。如此主控控制單元30a提供非致能之指令CE，以控制電源開關30c1及30c2切換至其之輸出端A。如此，電源開關30c1及30c2回應於非致能之指令CE，將D+及D-訊號線P_D+及P_D-傳輸之訊號(例如是資料訊號S_D+及S_D-)提供至實體層30e，以實現現有規格中定義之USB資料傳輸操作。
在一個操作實例中，主控控制單元30a更參考電池30d1的既有之電能儲存狀態，以對應地決定是否控制USB系統1進入超級DCP供電模式。舉例來說，主控控制單元30a耦接至電池30d1，以續取電池30d1之狀態資訊ST，而主控控制單元30a更在提供致能之指令CE前，參考狀態資訊ST來判斷電池30d1是否處於電能充足狀態，其中此電能充足狀態例如是電池30d1中之儲存電能高於一預設臨界值之狀態。
當狀態資訊ST指示電池30d1處於電能充足狀態時，主控控制單元30a係判斷電池30d1中仍有充足的電能。據此，主控控制單元30a係持續地提供非致能之指令CE，而不啟動USB系統1之超級DCP供電模式。當狀態資訊ST指示電池30d1處於不處於電能充足狀態時，主控控制單元30a係判斷電池30d1中剩餘的電能不足。據此，主控控制單元30a係提供致能之指令CE，以啟動USB系統15之超級DCP供電模式，以對應地供應高額的充電電流來對電池30d1進行充電。換言之，本實施例之主控控制單元30a更可視電池30d1中之剩餘電量資訊，來選擇性地致能USB系統1的超級DCP供電模式。
請參照第2圖，其繪示依照本發明實施例之萬用序列式匯流排供電方法的流程圖。舉例來說，本實施例之USB供電方法包括下列之步驟。首先如步驟(a)，偵測單元30b回應於裝置端裝置30經由USB通訊連結20連接至USB主控端裝置10之連接操作事件，判斷USB主控端裝置10是否為DCP；若否，則重複執行步驟(a)。
當USB用戶端裝置30連接之主控端裝置10為DCP時執行步驟(b)，主控控制單元30a提供認證訊號S_vf至USB主控端裝置10。然後如步驟(c)，主控控制單元30a判斷是否接收到USB主控端裝置10回應之認證回應訊號S_vfd；若否，表示USB主控端裝置10不支援超級DCP供電模式，而本USB供電方法對應地終止。
當主控控制單元30a接收到認證回應訊號S_vfd時執行步驟(d)，主控控制單元30a判斷USB主控端裝置10可經由D+及D-訊號線P_D+及P_D-來提供輔助充電電流C_D+及C_D-，使得USB主控端裝置10之供電電流上限對應至數值CC_MAX1。舉例來說，數值CC_MAX1等於4.5安培。當主控控制單元30a並未接收到認證回應訊號S_vfd時執行步驟(e)，主控控制單元30a判斷USB主控端裝置10無法經由D+及D-訊號線P_D+及P_D-來提供輔助充電電流C_D+及C_D-，使得USB主控端裝置10之供電電流上限對應至數值CC_MAX2。舉例來說，數值CC_MAX2等於1.5安培。
請參照第3圖，其繪示依照本實施例之萬用序列式匯流排供電方法的部份流程圖。在一個例子中，USB供電方法於步驟(d)及(e)之後更包括步驟(f)-(j)。進一步的說，USB供電方法於步驟(d)及(e)之後係執行步驟(f)，主控控制單元30a讀取電池30d1之狀態資訊ST。然後如步驟(g)，主控控制單元30a判斷電池30d1是否處於電能充足狀態；若是，本USB供電方法對應地終止。
當電池30d1非處於電能充足狀態時，USB供電方法則執行步驟(h)，主控控制單元30a判斷USB主控端裝置10之供電電流上限是否實質上大於數值CC_MAX2；若是，表示USB主控端裝置10支援超級DCP供電模式，而USB供電方法係執行步驟(i)，以提供致能之指令CE，藉此驅動USB系統1之超級DPC供電模式。之後執行步驟(j)，主控控制單元30a係驅動充電單元30d1對電池30d2進行充電。
當USB主控端裝置10之供電電流上限實質上不大於數值CC_MAX2時，表示USB主控端裝置10不支援超級DCP供電模式，而USB供電方法係跳過步驟(i)並直接執行步驟(j)。
本發明實施例之USB供電方法及應用其之USB裝置端裝置及USB系統，其係於判斷對應之USB主控端裝置為專用充電連接埠(Dedicated Charging Port，DCP)時，對此USB主控端裝置進行認證操作，以判斷其是否支援超級DCP供電模式；若是，則驅動USB主控端裝置經由D+及D-訊號線提供輔助充電電流，使得USB裝置端裝置可根據D+及D-訊號線提供之輔助充電電流對其中之電池進行充電。據此，相較於傳統USB供電方法，本實施例之USB供電方法及應用其之USB裝置端裝置及USB系統具有可有效地提供流量更高之充電電流及對應所需之充電時間較短之優點。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．萬用序列匯流排系統
10．．．萬用序列匯流排主控端裝置
20．．．萬用序列匯流排
30．．．萬用序列匯流排裝置端裝置
10a．．．從屬控制單元
10b．．．電源單元
10c1、10c2、30c1、30c2．．．電源開關
30a．．．主控控制單元
30b．．．偵測單元
30d．．．供電單元
30d1．．．充電單元
30d2．．．電池
30e．．．實體層
第1圖繪示本發明實施例之萬用序列匯流排系統的方塊圖。
第2圖繪示依照本發明實施例之萬用序列式匯流排供電方法的流程圖。
第3圖繪示依照本實施例之萬用序列式匯流排供電方法的部份流程圖。
(a)-(e)．．．流程步驟

Claims (13)

  1. 一種USB裝置端裝置，經由一USB通訊連結與一USB主控端裝置連接，該USB通訊連結包括一D+訊號線及一D-訊號線，該USB裝置端裝置包括：一供電單元，包括一電池；一偵測單元，判斷該USB主控端裝置是否為一專用充電連接埠(Dedicated Charging Port，DCP)，當該USB主控端裝置為該DCP時，該偵測單元提供一DCP偵測訊號；以及一主控控制單元，回應於該DCP偵測訊號，提供一認證訊號至該USB主控端裝置，並判斷是否接收到該USB主控端裝置回應之一認證回應訊號，當該主控控制單元接收到該認證回應訊號時，該主控控制單元驅動該USB主控端裝置經由該D+及該D-訊號線提供一輔助充電電流；其中，該主控控制單元更將該D+及該D-訊號線提供之該輔助充電電流提供至該供電單元，並據以對該電池進行充電。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之USB裝置端裝置，其中當該主控控制單元接收到該認證回應訊號時，該主控控制單元提供致能之一指令，以驅動該USB主控端裝置經由該D+及該D-訊號線提供該輔助充電電流；其中，該USB裝置端裝置更包括一組電源開關耦接至該D+及該D-訊號線，該組電源開關回應於致能之該指令，將該D+及該D-訊號線傳輸之該輔助充電電流提供至該供電單元。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之USB裝置端裝置，其中當該主控控制單元未接收到該認證回應訊號時，該主控控制單元提供非致能之該指令，該USB主控端裝置回應於非致能之該指令經由該D+及該D-訊號線分別提供一D+訊號及一D-訊號；其中，該組電源開關回應於非致能之該指令，將該D+及該D-訊號提供至該USB裝置端裝置之一實體層。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之USB裝置端裝置，其中該USB通訊連結更包括一ID訊號線，該主控控制單元係經由該ID訊號線提供該認證訊號、致能之該指令及非致能之該指令至該USB主控端裝置，該USB主控端裝置係經由該ID訊號線提供該認證回應訊號至該主控控制單元。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之USB裝置端裝置，其中該該USB通訊連結更包括一供電訊號線，該USB主控端裝置係經由該供電訊號線提供一供電訊號至該USB裝置端裝置。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之USB裝置端裝置，其中該主控控制單元更耦接至該電池，以讀取該電池之一狀態資訊，以判斷該電池是否處於一電能充足狀態。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之USB裝置端裝置，其中該USB通訊連結係包括至少一個Micro-USB連接器。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之USB裝置端裝置，其中該偵測單元係依序地執行匯流排電壓偵測(VBUS Detect)、資料連接偵測(Data Contact Detect)、主要偵測(Primary Detect)流程操作及次要偵測(Secondary Detect)流程，來判斷該USB主控端裝置是否為該DCP。
  9. 一種萬用序列式匯流排(Universal Serial Bus，USB)系統，包括：一USB主控端裝置，包括一從屬控制單元；一USB通訊連結，包括一D+訊號線及一D-訊號線：以及一USB裝置端裝置，經由該USB通訊連結與該USB主控端裝置連接，該USB裝置端裝置包括：一供電單元，包括一電池；一偵測單元，判斷該USB主控端裝置是否為一專用充電訊號線(Dedicated Charging Port，DCP)，當該USB主控端裝置為該DCP時，該偵測單元提供一DCP偵測訊號；及一主控控制單元，回應於該DCP偵測訊號，提供一認證訊號至該從屬控制單元，並判斷是否接收到該從屬控制單元回應之一認證回應訊號，當該主控控制單元接收到該認證回應訊號時，該主控控制單元驅動該從屬控制單元經由該D+及該D-訊號線提供一輔助充電電流；其中，該主控控制單元更將該D+及該D-訊號線提供之該輔助充電電流提供至該供電單元，並據以對該電池進行充電。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之USB系統，其中該主控控制單元更耦接至該電池，以讀取該電池之一狀態資訊，以判斷該電池是否處於一電能充足狀態。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之USB系統，其中該USB通訊連結係包括至少一個Micro-USB連接器。
  12. 一種萬用序列式匯流排(Universal Serial Bus，USB)供電方法，應用於一USB用戶端裝置上，用以對該USB用戶端裝置之一電池進行充電，該USB用戶端裝置經由一USB通訊連結與一USB主控端裝置連接，該USB通訊連結包括一D+訊號線及一D-訊號線，該供電方法包括：(a)　回應於一連接操作事件，判斷該USB主控端裝置是否為一專用充電連接埠(Dedicated Charging Port，DCP)；(b)　當該USB用戶端裝置連接至該DCP時，提供一認證訊號至該USB主控端裝置；(c)　判斷是否接收到該USB主控端裝置回應之一認證回應訊號；(d)　當接收到該認證回應訊號時，驅動該USB主控端裝置經由該D+及該D-訊號線提供一輔助充電電流；以及(e)　根據該D+及該D-訊號線提供之該輔助充電電流對該電池進行充電。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之USB供電方法，其中於步驟(c)及(d)之間更包括：(f)　讀取該電池之一狀態資訊，以判斷該電池是否處於一電能充足狀態；及(g)　當該電池非處於該電能充足狀態時，執行步驟(d)。
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