TWI505094B

TWI505094B - 用以在ｕｓｂ隔離裝置中偵測及判斷匯流排速度狀態之方法與系統

Info

Publication number: TWI505094B
Application number: TW100139968A
Authority: TW
Inventors: Brian Kirk Jadus
Original assignee: Linear Techn Inc
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2015-10-21
Also published as: EP2450801B1; CN102591826A; EP2450801A1; TW201229771A; CN102591826B; US20120117294A1; US8924621B2

Description

用以在USB隔離裝置中偵測及判斷匯流排速度狀態之方法與系統

本發明係關於一種用於USB之方法與系統。更特定言之，本發明係關於一種用於USB隔離裝置之方法與系統，以及併入上述相同者之系統。

通用串列匯流排或USB係為現今存在最普遍的序列週邊匯流排。USB允許所有最普遍的裝置透過集線器連接至電腦，或是互相連接，而且無線USB現在甚至已經變成裝置與裝置的週邊設備之間低頻寬通訊的優勢方法。然而，隔離USB並非不具困難。當隔離USB匯流排時，由於雙向信號傳輸與選擇資料速度而發生多種問題，該等問題在其他較不普遍的週邊設備科技已經解決。USB匯流排的普遍性質需要下游裝置可行資料速度的功能與自動識別。

當今實例之USB隔離集線器在主要的上游匯流排連接中操縱隔離。一般習知地，USB隔離集線器上游埠必須維持最高速度，該最高速度為可准許的固定速度設定。集線器控制器為了集線器的擴充埠處理速度控制。個別的集線器埠被不具隔離地觀測，且越過隔離阻礙的匯流排速度配置係為不必要。

匯流排分流器可包括控制接腳，可手動地選擇或由USB匯流排外部的軟體介入選擇操作速度。習慣上，可接受在隔離阻礙的兩側上指示匯流排條件的不同手段。舉例而言，可使用固定的匯流排速度功能以指示全速或低速。或者，配置接腳可使用於：若輸入接腳連接至高電位(「1」)，則該輸入接腳指示全速裝置，且若輸入接腳連接至低電位(「0」)，則該輸入接腳指示低速裝置。另一個習知解法係使用配置暫存器，且儲存於暫存器之值可藉由外部控制裝置設定。若暫存器設定為具有高電位值，則為全速裝置，反之則為低速裝置。此等方法靜態地設定固定裝置類型的介面速度，並可連接至單一匯流排速度。

此習知解法靜態地設定隔離USB收發器的速度。不幸地，以此類靜態方式設定速度條件避免隔離USB收發器在主機或集線器下游面應用中使用，其中經連接的週邊裝置速度依據連接的週邊裝置變化。此外，因為當使用隔離裝置時靜態地設定固定匯流排速度的週邊設備的速度區段會限制如通用USB隔離器的裝置的適應性。在下游面的主機或集線器應用中，經連接的週邊設備之速度係經常為未知，且必須頻繁地在閒置狀態或匯流排初始化期間基於匯流排之條件動態地決定經連接的週邊設備之速度。為了作為主機、集線器或匯流排分流器，下游面埠需決定週邊設備的匯流排速度，且接著回報速度至上游面埠。不幸地，習知解法並不具有在隔離器中完成以上功能之能力。

本發明於此揭示關於用以在USB隔離裝置中偵測及判斷匯流排速度條件之方法與系統。

在一個實例中，一種通用串列匯流排(USB)隔離裝置包含：經由第一對信號耦接至週邊裝置之下游面電路，經配置以偵測在週邊裝置操作處之速度，該週邊裝置基於第一對信號上之第一電壓配置操作；以及，經由第二對信號耦接至下游面電路與主機/集線器之上游面電路，經配置以與下游面電路通訊週邊裝置之速度，並合適地在第二對信號上建立第二電壓配置以促進主機/集線器適應週邊裝置之速度。

在另一實例中，一種用於USB隔離裝置之方法，包含以下步驟：在第一時機處，藉由USB隔離裝置中之下游面電路，以偵測在週邊裝置操作處之速度，其中下游面電路透過第一對信號耦接至週邊裝置，該週邊裝置基於第一對信號上之第一電壓配置操作；在第二時機處，在USB隔離裝置中自下游面電路通知偵測到的速度至上游面電路；以及藉由上游面電路，在第二對信號上建立第二電壓配置，並透過該上游面電路耦接至主機/集線器，以促進主機/集線器適應週邊裝置之速度。

USB匯流排介面由四條線組成，亦即VBUS電源、接地、信號D+與D-(差動對)。信號D+與D-為雙向。USB之閒置與動作條件係於USB規範2.0(USB specification 2.0)中定義，並指定信號D+與D-的閒置狀態(休息狀態)指示附接裝置之通訊匯流排速度。對應低速或全速匯流排配置，信號D+與D-透過如1.5k歐姆之電阻連接至參考接地或3.3V之電源供應器。對應高速匯流排配置，信號D+與D-以電阻(如45歐姆)終止。

隔離USB系統包括一對信號控制裝置與隔離元件或系統。為了隔離雙向信號，需要處理資料流方向以防止匯流排被鎖住。第1圖圖示隔離收發器裝置130，且該隔離收發器裝置130連接至週邊裝置160與USB主機/集線器110。用於USB之隔離收發器裝置130包含：面向上游或主機/集線器110之上游面電路140，以及面向下游集線器裝置或週邊裝置160之下游面電路150。主機/集線器110包括以上游面電路140為介面之USB收發器120，經由USB收發器120自週邊裝置160接收資料或傳送資料至週邊裝置160。週邊裝置160包括以下游面電路150為介面之USB收發器170，經由USB收發器170自主機/集線器110接收資料或傳送資料至主機/集線器110。

在隔離收發器裝置130中，在主機/集線器110與週邊裝置160之間通訊之雙向(上游與下游)資訊橫越隔離收發器130傳送與接收。使雙向資料變為單向資料，且同時產生控制信號。如將於下列解釋者，該等控制信號係用以動態地適應速度。根據本發明所述，下游面電路150感應週邊裝置160之閒置狀態，且決定週邊裝置之速度(低速、全速或高速)。基於感應到的閒置狀態，下游面電路控制電阻組以匹配。特定言之，係基於USB匯流排上之D2+與D2-信號感應閒置狀態。基於USB2.0規範，該等信號之配置指示週邊裝置操作處之速度。

回報此類偵測速度至上游面電路140，接著以電阻配置複製下游面匯流排條件，以與週邊裝置之下游面匯流排條件匹配。此舉建立主機裝置將見到猶如直接與週邊裝置介面之條件。為了此目的，並基於信號D2+與D2-，上游面電路140控制以使拉升電阻或下拉電阻對連接成如藉由下游面電路150所感應到的配置位置(連接至週邊裝置160)。

在操作中，隔離收發器裝置130觀測D2+與D2-上之阻抗條件(或D2+與D2-信號配置)，接著在與主機/集線器110介面處複製觀測到的阻抗條件。依據週邊裝置160之速度有不同的阻抗配置。當下游面電路150觀測到D2+上為高電位(High)而D2-上為低電位(Low)時，下游面電路150指示下游面匯流排至上游面匯流排係為全速。下游面電路150通知上游面電路140偵測到的閒置狀態配置。接著上游面電路140某種程度上相應地配置連接至D1+與D1-之拉升電阻對，以匹配藉由下游面電路在信號D2+與D2-觀測到的配置。此舉如第2(a)圖所圖示，其中下游面電路150連接至全速週邊裝置160，且上游面電路140連接至主機/集線器110。

特定言之，在第2(a)圖中，D2+連接至二個電阻，拉升電阻218連接至電源供應器，下拉電阻對214與216連接至接地。基於拉升電阻218與下拉電阻對之電阻值比率(例如，電阻214與216具有電阻值15k，而電阻218具有電阻值1.5k)以決定D2+上之電壓。因此，既然電阻216(連接至接地)具有遠高於電阻218(連接至電源供應器)之電阻值，則D2+上觀測到的電壓為高電位。D2-經由下拉電阻216連接至接地。上游面電路140包括拉升電阻對206與208，拉升電阻對206與208可各別地經由開關240與245控制以連接至電源供應器。當藉由指示全速裝置之主機/集線器110觀測電阻206與208之配置(如觀測週邊裝置160)時，藉由設定下拉電阻202與204以匹配，以使得D1+與D1-信號與D2+與D2-信號具有類似配置。

具有如15k歐姆電阻值之下拉電阻對214與216與具有如1.5k歐姆電阻值之拉升電阻218之配置不只決定藉由下游面電路150在資料信號D2+與D2-上觀測到的電壓，還相應地決定在信號D1+與D1-上設定之電壓，此舉指示主機/集線器110資料通訊之速度。當藉由下游面電路150偵測D2+與D2-之配置時，D2+與D2-之配置橫越隔離阻礙回報至上游面電路140。下游面電路150與上游面電路140之間的通訊係透過USB收發器下游介面212與USB收發器上游介面210。基於回報之資訊，上游面電路140複製感應到之配置，以使得週邊設備之速度可傳達至主機/集線器110。尤其，拉升電阻206與208係配置以匹配在下游面電路150感應到的配置。

在第2(a)圖中，為了複製配置，上游面電路140控制開關240以使得D1+經由拉升電阻206連接至電源供應器，與控制開關245以使得D1-自電源供應器斷開。另外，上游面與下游面電路兩者皆包括控制USB收發器轉換率與速度之構件，以維持USB匯流排上正常之信號傳輸。

第2(b)圖圖示可根據本發明之一實施例用於隔離收發器裝置130的示例性實施，該隔離收發器裝置130偵測全速週邊裝置之速度。上游面與下游面電路各者包含用於多種類似功能之子電路系統。如圖所示，下游面電路150包含封包程序狀態機225、USB收發器下游介面212、高速阻抗偵測器235以及閒置/速度偵測電路230。上游面電路140包含封包程序狀態機215、USB收發器上游介面210以及閒置/速度偵測電路220。

在一些實施例中，可在封包傳輸之間偵測閒置匯流排條件。在另一個實施例中，可在匯流排初始化期間偵測閒置匯流排條件。在圖示之實施中，靜態資料在USB收發器接腳上以單向或雙向重複地更新。亦即，靜態資料可自上游收發器至下游收發器之方向更新，及/或自下游收發器至上游收發器之方向更新。自下游收發器傳送至上游收發器之已更新的靜態資料包括閒置/速度資訊，該閒置/速度資訊可藉由上游面電路140用以配置適當的電阻，以設定上游面USB收發器之匯流排速度與偵測到的週邊裝置速度一致。另外，隔離收發器裝置亦可基於回報的匯流排條件以設定轉換率與資料率條件。

在操作中，藉由高速阻抗偵測器235首先偵測信號D2+與D2-上的配置。亦可能偵測到不同的阻抗條件。舉例而言，當用於高速的觀測到的電阻終端為15k時，此舉指示斷開條件。當用於高速的觀測到的電阻終端為45歐姆時，此舉指示高速週邊設備插接上。若觀測到的電阻終端為45歐姆/45歐姆，則此舉指示辨識出高速並選擇本地終端。若偵測到短路條件，則此舉指示無效的系統短路條件。參照第11圖可提供高速阻抗偵測器235之細節及示例性實施。

接著，偵測到的高速阻抗資訊傳送至閒置/速度偵測電路230與USB收發器下游介面212。當自高速阻抗偵測器235接收偵測到的阻抗資訊之後，基於偵測到的D2+與D2-上的阻抗，若具有閒置狀態，則閒置/速度偵測電路230識別閒置周期，並在閒置狀態期間內決定週邊裝置的速度。可在一適當時間框架(例如，在封包傳輸之間或匯流排初始化期間)期間內完成偵測。依據封包程序狀態機225的狀態，更新已合併偵測到的速度資料之靜態資料，並以隔離形式傳達至上游面電路140。參照第7圖及第8圖所提供關於閒置與速度偵測之細節。

當狀態機215與閒置/速度偵測電路220接收自下游面電路150傳達之已更新的靜態資料時，依據狀態機215之狀態在適當時間處，閒置/速度偵測電路220配置拉升電阻對206與208之配置，以及基於接受到的資訊以配置轉換率控制之配置，該接受到的資訊係關於偵測到的週邊裝置160之速度。特定言之，閒置/速度偵測電路220控制開關240與245(見第2(a)圖)以連接拉升電阻206至D1+，並自D1-斷開拉升電阻208。由該等動態的設定配置，D1+與D1-複製猶如主機/集線器110直接自週邊裝置所見之信號D2+與D2-之條件。

當下游面電路150觀測到D2-上為高電位與D2+上為低電位時，指示低速週邊裝置，此舉以類似方式(如有關全速週邊裝置所述)傳達資訊至上游面電路140。如第3(a)圖所圖示。一但偵測到的低速週邊裝置通知上游面電路140，上游面電路140動態地配置電阻以匹配在低速週邊裝置上觀測到的阻抗配置。特定言之，上游面電路140將經由開關240與245連接拉升電阻208至D1-信號，並將拉升電阻206自D1+斷開。第3(b)圖圖示下游面及上游面電路之示例性實施，經由隔離通訊複製與低速週邊裝置相關之阻抗條件，並透過此舉以使得主機/集線器110可清楚地見到週邊裝置處之配置，且可相應並適合地配置主機/集線器110之匯流排。在第3(a)圖中電路之操作係類似於參照第2(b)圖所述。當下游面電路150觀測到D2-與D2+兩者皆為低電位時，下游面電路150可指示斷開下游面匯流排。若下游面電路150更進一步感應D2-與D2+上之低電位係由於具有45歐姆電阻值之終端電阻對，則下游面電路150指示具有處於高速之下游面匯流排之週邊裝置。第4(a)圖與第4(b)圖圖示用於該設定之配置與電路系統。在第4(a)圖中，當D2+與D2-兩者皆為低電位並且自終端電阻對450與455偵測到阻抗時，上游面電路140經由開關240與245確認關閉拉升電阻對206與208之間之連接。另外，為了匹配已感應的終端電阻，設定下游面電路150中之終端電阻對440與445以及上游面電路140中之終端電阻對430與435，以匹配已感應的終端電阻。對應該等動態配置的電阻，當感應終端電阻對430與435時，主機/集線器110將設定主機/集線器110之終端電阻對420與425以匹配高速配置。在此方式下，主機/集線器猶如直接作為與高速週邊裝置160之介面。

在上游面匯流排上動態地匹配下游面匯流排的條件提供更大程度的適應性。雖然可使如圖示之隔離裝置對主機/集線器與週邊裝置而言被視為透明，但是如本文揭示之隔離收發器裝置130亦可在主機、集線器、匯流排分流器或週邊裝置內實施，以使匯流排速度條件可以自主決定，並回報該等已偵測的動態條件。

第4(b)圖圖示偵測到下游面與上游面電路之示例性實施，該等下游面與上游面電路偵測高速週邊裝置，且動態地產生電阻配置以匹配觀測到之條件。當偵測到45歐姆之終端電阻對450與455連接至參考接地時，決定週邊裝置160為高速。此舉藉由高速阻抗偵測器235偵測。回應於該偵測，設定USB下游與上游介面中的二對終端電阻對(下游為440與445以及上游為430與435)。當主機/集線器110偵測終端電阻430與435時，主機/集線器110設定主機終端電阻(第4(a)圖中之420與425)以保證操作高速之通訊。

在操作中，高速阻抗偵測器235回報偵測到的條件至閒置/速度偵測電路230與封包程序狀態機225。閒置/速度偵測電路230與封包程序狀態機225負責恰當地設定終端電阻440與445。高速指示信號自閒置/速度偵測電路230回授至高速阻抗偵測器235，以使得高速阻抗偵測器235可調整預期之阻抗，該阻抗將由於並聯終端(Parallel Termination)而被觀測為22.5歐姆(從45歐姆)。該高速指示亦可傳達至上游面電路140，並以信號通知閒置/速度偵測電路220控制上游面電路140，以恰當地設定終端電阻430與435。

第5(a)圖根據本發明之一實施例圖示隔離收發器裝置，該隔離收發器裝置連接至主機裝置110，但自週邊裝置斷開。在該配置中，D2+與D2-兩者為開路之條件，且藉由下游面電路150觀測到該配置，並回報至上游面電路140。相應地，上游面電路140控制開關240與245在關閉之位置處，以使得拉升電阻206與208兩者沒有連接至D1+與D1-以複製觀測到的開路配置。在此狀況下，主機110在D1+與D1-上觀測到15k歐姆之下拉電阻，並等待新的連接。

使隔離USB收發器中之速度設定電阻能自主配置的主要結構特徵有以下幾種：用於USB低速、全速與高速週邊通訊，正確的匯流排速度指示器的自主選擇；可切換之拉升電阻對或具有一對開關之單一拉升電阻，該可切換之拉升電阻對經選擇以匹配觀測到的下游裝置速度，單一拉升電阻用於低速或全速匯流排並被監測到的下游裝置速度控制；可切換終端電阻對，用於高速匯流排並經選擇以匹配觀測到的下游裝置速度；重複更新資料封包，自下游裝置傳送至上游裝置並含有下游匯流排之閒置狀態資訊；閒置狀態資料之傳輸，在USB封包互相傳輸與USB匯流排初始化期間內橫越隔離障礙；以及反映下游USB匯流排之狀態至上游USB匯流排之方法，該方法係基於含有匯流排速度資訊之重複更新資料封包。比較該配置與高速週邊裝置情況之配置(第4(a)與4(b)圖)，沒有終端電阻被設定。

第5(b)圖圖示下游面與上游面電路與配置之示例性實施，該等下游面與上游面電路與配置係關於沒有連接週邊裝置之情境。如先前所述呈現類似元件，並以如先前所述之方式操作。然而，在此情況下，既然在D2+與D2-觀測到的配置為開路配置，則隔離收發器裝置130不配置終端電阻。

第6(a)圖圖示在全速週邊設備之連接中，與下游面及上游面電路150及140之間的隔離通訊有關的信號與事件序列。初始信號D2+與D2-為低電位(605)，並指示斷開之配置。在此狀況下，D1+與D1-反映初始信號D2+與D2-的狀態。此時，輸出賦能信號OEN_D2toD1(645)與OEN_D1toD2(650)為高電位，使USB輸出驅動器為去能。當OEN_D2toD1與OEN_D1toD2兩者皆為高電位時，呈現閒置狀態之指示。D2+的轉換(例如，在610與640期間)指示全速週邊裝置的連接。偵測該轉換並透過已更新的傳輸橫越隔離收發器裝置130傳播至上游側(655)。該傳播使D1+對應地轉成高電位(615)。主機裝置初始化k-狀態(k-state)轉換(620)以開始封包進行中(pocket-in-progress)之周期(625)。在封包進行中之周期之期間，在D1+與D1-上實行k-狀態轉換，並指示封包開始。

在信號OEN_D1toD2轉換至低電位之後，下游面電路為賦能，並離開閒置模式，開始封包進行中之狀態。在偵測到k-狀態之後，在625期間內傳遞封包資料，接著是封包簽章周期630之終結。在635處，起始最後的j-狀態周期，並指示封包完成，而在640期間，匯流排回到閒置狀態。

第6(b)圖圖示橫越隔離收發器裝置130傳達之資料通訊封包的示例性序列。在一些實施例中，信號OEN_D1toD2(670)、D1+(675)、D1-(680)以及高速指示器(685)係自上游面電路140以位元串流型式傳達至下游面電路150。類似地，信號OEN_D2toD1(690)、D2+(692)、D2-(694)以及高速指示器(696)係自下游面電路150以位元串流型式傳達至上游面電路140。

第7圖圖示根據本發明之一實施例之示例性程序之流程圖，其中在下游側偵測閒置狀態以決定下游速度。在步驟710處，信號OEND2toD1如初始狀態般設定為高電位(去能)。接著，在步驟720處決定在D2+與D2-上之差動邊緣轉換是否呈現。若邊緣轉換並未呈現，則偵測閒置狀態並藉由儲存在步驟730處之信號D2+與D2-定義現行狀態，以及在下游面電路150中設定週邊裝置速度與轉換率資訊。當更新計時器失效時，在步驟740處決定，並在745處將閒置狀態與裝置速度資料自下游面電路150傳送至上游面電路140。否則，系統將一直等待到更新計時器失效。

當在步驟720處偵測差動邊緣時，指示並非在閒置狀態中而是在封包進行中之周期中。在此狀況下，在步驟750處設定信號OEND2toD1為低電位。在封包進行中之周期期間，在步驟760處核對封包終結(EOP)條件(D2+與D2-兩者皆為低電位)。當遭遇EOP時，在下游面電路150處之狀態機在步驟770處進入j-狀態(j-state)轉換周期。當在步驟780處偵測到j-狀態終結時，此時在閒置狀態中，且在此狀況下，處理程序之迴圈回到步驟710。

第8圖圖示根據本發明之一實施例而用於閒置/速度偵測電路之示例性實施。為了偵測閒置狀態，傳送信號OEND2toD1與OEND1toD2至AND閘810，以使得每當兩個信號皆為高電位時，AND閘之輸出即為高電位，並指示閒置狀態。該閒置狀態指示信號，並與信號D2+、D2-、時脈信號以及來自高速阻抗偵測器235之輸入一起回授至組合邏輯電路820，組合邏輯電路820接著產生不同的週邊裝置速度指示器，該等周邊裝置速度指示器包括：高速指示器830、全速指示器840以及低速指示器850為組合邏輯電路820之輸出。

藉由組合邏輯電路820實現下列邏輯。當偵測到閒置電路時，組合邏輯電路820基於各種信號檢查不同條件以決定週邊裝置速度。若D2+與D2-兩者皆為低電位及高速指示器為低電位，則為斷開狀態。若D2+為高電位但D2-為低電位，則週邊裝置為全速裝置。在此狀況下，設定輸出840為高電位以指示全速週邊裝置。若D2+為低電位而D2-為高電位，則週邊裝置為低速裝置。在此狀況，設定輸出850為高電位以指示低速週邊裝置。若D2+與D2-兩者皆為低電位及高速指示信號為高電位，則週邊裝置為高速裝置。在此狀況下，設定高速指示信號830為高電位。若閒置狀態輸入信號為低電位，則接著儲存先前狀態在組合邏輯電路820中以維持先前狀態。

第9圖係為根據本發明之一實施例而用於偵測上游面電路之閒置狀態之示例性實施的流程圖。在步驟910處，上游面電路140首先設定OEND1toD2為高電位。接著在步驟920處檢查D1+與D1-上之差動邊緣轉換是否呈現。若未偵測到該差動邊緣轉換，而偵測到上游閒置狀態，則在步驟930處更進一步核對是否已自下游面電路150接收更新封包(並已設定OEND2toD1為高電位)。若已自下游面電路150接收該更新封包，並偵測到下游閒置狀態，則在步驟940處，基於自下游面電路150接收到的更新資料，上游面電路繼續設定上游埠之週邊裝置速度與轉換率。基於信號D2+、D2-以及來自高速阻抗偵測器之高速指示信號而設定週邊裝置速度與轉換率。

在步驟950處，檢查更新計時器是否失效。當更新計時器失效時，在步驟955處，上游面電路140傳送上游閒置狀態至下游面電路150。若在步驟920處偵測到差動邊緣轉換，則指示封包為進行中。在此狀況下，設定信號OEND1toD2為低電位。在步驟980處，程序將一直等待到在步驟970處遭遇封包終結(EOP)。在此狀況下，將更進一步處理封包直到在步驟990處觀測到j-狀態轉換邊緣。在此狀況下，設定D1+與D1-至閒置狀態且處理程序回到步驟910。

第10圖圖示根據本發明之一實施例的電路之示例性實施，該電路之示例性實施係基於狀態機而用於偵測封包進行中(packet-in-progress)。狀態機開始於閒置狀態1035處，其中OENDxtoDx為高電位。邊緣事件偵測器1010觸發狀態機1040進入k-狀態1035，其中OENDxtoDx為低電位。當狀態機1040觀測到電路1025與邊緣事件偵測器1010偵測到k-狀態時，狀態機1040 離開閒置狀態並進入k-狀態1050以設定OENDxtoDx為低電位。接著，直到由閘1020偵測到封包終結(D+與D-為低電位「0」)，並由電路1030偵測到j-狀態，狀態機進入資料處理狀態1055。當此狀況發生時，狀態機自狀態1055轉換至狀態1060，並接著至狀態1065。偵測到的k-狀態(由1025)以及j-狀態(由1030)係匹配於狀態機開始與結束之預期速度狀態。一旦偵測到j-狀態，則狀態機回到閒置狀態1035，並設定OENDxtoDx為高電位。

第11圖圖示根據本發明之一實施例用於高速阻抗偵測器235之示例性實施。在該圖示之實施例中，高速阻抗偵測器235自已知電流源之外部終端電阻中比較電壓。若下游埠為閒置且閒置速度偵測沒有設定至低速或全速，則偵測器在1105處對下游埠取樣。藉由比較器1120與1145比較取樣電阻值，以看取樣電阻值是否大於60歐姆，用於代替15k歐姆之下拉電阻。當還沒決定高速時，亦藉由比較器1125與1150比較取樣電阻值，以看取樣電阻值是否在35歐姆與60歐姆之間。當已偵測到高速時，亦藉由比較器1135與1155比較取樣電阻值，以看取樣電阻值是否在10歐姆與35歐姆之間。更進一步地，藉由比較器1140與1165比較取樣電阻值，以看取樣電阻值是否小於10歐姆，若取樣電阻值小於10歐姆，則決定為短路。

若比較結果指示在D2+與D2-上取樣電阻值皆大於60 歐姆，則斷開埠。若取樣電阻值在10歐姆與60歐姆之間，則配置埠為高速。若埠為短路，則將不設定高速。

第12圖圖示上游面電路140之示例性程序圖，其中上游面電路140自下游面電路接收閒置狀態資訊，並接著基於接收的閒置狀態資訊相應地操作。在第12圖中，一開始在1240處系統為設定或重置至斷開狀態。在操作中，上游面電路在1210處等待閒置狀態，該閒置狀態在來自下游面電路的更新通訊的格式中。此時，現行閒置狀態一直維持至藉由下游更新通訊的適時修正。除非在下游面電路處偵測到USB封包，否則可設定更新通訊發生在規則間隔中。如本文所述，直到偵測到閒置條件，更新通訊將都不會發生。亦即，僅當偵測到閒置狀態時，上游面電路140可自下游面電路150接收更新通訊。當上游面電路140接收閒置狀態時，可在1220處設定閒置條件，並可設定上游面電路140上之拉升電阻或下拉終端電阻。

第13圖示下游面電路150之示例性程序圖，其中下游面電路150傳達閒置狀態資訊至上游面電路，並接著基於接收的閒置狀態資訊相應地操作。在1310處，可自下游面電路150傳輸閒置狀態資訊至上游面電路140。傳輸閒置狀態資訊之後，在1320處，並在可再次傳輸該資料之前，下游面電路150在閒置周期(例如，2微秒)之期間停止該傳輸。

儘管本發明係參照於確定之圖示實施例所描述，但本文所使用之文字係為敘述之作用而非限制。可在所附的申請專利範圍之內，並在不偏離本發明之態樣之範疇與精神做任何改變。雖然本文所述之本發明係參照特定結構、行為以及材料，但本發明並不局限於特定揭示之內容，而可以更寬廣之各種形式實施，其中某些形式可能相當不同於揭示之實施例，並延伸至所有等效結構、行為以及材料，皆為申請專利範圍之內。

110‧‧‧主機/集線器

120‧‧‧USB收發器

130‧‧‧隔離收發器裝置

140‧‧‧上游面電路

150‧‧‧下游面電路

160‧‧‧週邊裝置

170‧‧‧USB收發器

202‧‧‧電阻

204‧‧‧電阻

206‧‧‧電阻

208‧‧‧電阻

210‧‧‧USB收發器上游介面

212‧‧‧USB收發器下游介面

214‧‧‧電阻

215‧‧‧狀態機

216‧‧‧電阻

218‧‧‧電阻

220‧‧‧閒置/速度偵測電路

225‧‧‧狀態機

230‧‧‧閒置/速度偵測電路

235‧‧‧高速阻抗偵測器

240‧‧‧開關

245‧‧‧開關

420‧‧‧終端電阻

425‧‧‧終端電阻

430‧‧‧終端電阻

435‧‧‧終端電阻

440‧‧‧終端電阻

445‧‧‧終端電阻

450‧‧‧終端電阻

455‧‧‧終端電阻

710‧‧‧步驟

720‧‧‧步驟

730‧‧‧步驟

740‧‧‧步驟

750‧‧‧步驟

760‧‧‧步驟

770‧‧‧步驟

780‧‧‧步驟

810‧‧‧AND閘

820‧‧‧組合邏輯電路

830‧‧‧高速指示器

840‧‧‧全速指示器

850‧‧‧低速指示器

910‧‧‧步驟

920‧‧‧步驟

930‧‧‧步驟

940‧‧‧步驟

950‧‧‧步驟

960‧‧‧步驟

970‧‧‧步驟

980‧‧‧步驟

990‧‧‧步驟

1010‧‧‧邊緣事件偵測器

1020‧‧‧閘

1025‧‧‧k-狀態、電路

1030‧‧‧j-狀態、電路

1035‧‧‧閒置狀態

1040‧‧‧狀態機

1105‧‧‧接線

1120‧‧‧比較器

1125‧‧‧比較器

1135‧‧‧比較器

1140‧‧‧比較器

1145‧‧‧比較器

1150‧‧‧比較器

1155‧‧‧比較器

1165‧‧‧比較器

1210‧‧‧狀態

1220‧‧‧狀態

1230‧‧‧狀態

1240‧‧‧狀態

1310‧‧‧狀態

1320‧‧‧狀態

本發明於此主張及/或敘述者係更進一步敘述示例性實施例之項目。此等示例性實施例可參照於圖式詳細敘述。此等實施例為非限制之示例性實施例，其中類似的元件符號代表遍及圖式的數個視圖中的相似結構，且其中：第1圖圖示隔離收發器裝置與隔離收發器裝置與週邊裝置與USB主機/集線器之連接；第2(a)圖圖示隔離收發器裝置連接至全速週邊裝置與主機/集線器；第2(b)圖圖示可根據本發明之一實施例用於隔離收發器裝置的示例性電路，該隔離收發器裝置偵測全速週邊裝置之速度；第3(a)圖圖示隔離收發器裝置連接至低速週邊裝置與主機/集線器；第3(b)圖圖示可根據本發明之一實施例用於隔離收發器裝置的示例性電路，該隔離收發器裝置可偵測低速週邊裝置之速度；第4(a)圖圖示隔離收發器裝置連接至高速週邊裝置與主機/集線器；第4(b)圖圖示根據本發明之一實施例用於隔離收發器裝置的示例性電路，該隔離收發器裝置可偵測高速週邊裝置之速度；第5(a)圖圖示隔離收發器裝置自週邊裝置斷開，但連接至主機/集線器；第5(b)圖圖示根據本發明之一實施例用於隔離收發器裝置的示例性電路，該隔離收發器裝置可偵測關於週邊裝置連接的斷開狀態；第6(a)圖圖示根據本發明之一實施例之示例性USB信號，該示例性USB信號係為當連接至全速週邊裝置時透過上游側與下游側之間之隔離阻礙之USB信號；第6(b)-6(c)圖圖示示例性隔離通信封包；第7圖係根據本發明之一實施例之示例性程序之流程圖，其中在下游側偵測閒置狀態以決定下游速度；第8圖圖示根據本發明之一實施例之示例性電路，該示例性電路用於偵測閒置狀態配置以決定週邊裝置之速度；第9圖係根據本發明之一實施例之示例性程序之流程圖，其中在上游側偵測閒置狀態以決定上游速度；第10圖圖示根據本發明之一實施例之示例性實施，該示例性實施係為可偵測閒置之封包程序狀態機；第11圖圖示根據本發明之一實施例用於偵測高速阻抗之示例性電路；第12圖圖示根據本發明之一實施例之示例性狀態圖，該示例性狀態圖係關於在閒置狀態期間之速度偵測及設定之時間控制；以及第13圖圖示根據操作下游面電路之示例性狀態圖。

140．．．上游面電路

150．．．下游面電路

206．．．電阻

208．．．電阻

210．．．USB收發器上游介面

212．．．USB收發器下游介面

214．．．電阻

215．．．狀態機

216．．．電阻

220．．．閒置/速度偵測電路

225．．．狀態機

230．．．閒置/速度偵測電路

235．．．高速阻抗偵測器

Claims

一種通用串列匯流排(USB)隔離裝置，該USB隔離裝置包含：一下游面電路，經由一第一對信號耦接至一週邊裝置，該下游面電路經配置以基於該第一對信號上之一第一電阻配置來偵測該週邊裝置所操作之一速度；一上游面電路，該上游面電路耦接至該下游面電路，且經由一第二對信號耦接至一主機或一集線器，該上游面電路經配置以與該下游面電路通訊該週邊裝置之該速度，並合適地在該第二對信號上建立一第二電阻配置以促進該主機或該集線器適應該週邊裝置之該速度；一阻抗偵測器，用於偵測該第一電阻配置，當該週邊裝置斷開時指示一斷開條件，且當該週邊裝置接上時指示一接上條件；以及一偵測電路，用於從該阻抗偵測器接收所偵測到的資訊，以識別一閒置狀態，在該閒置狀態期間內決定該周邊裝置的該速度，並在該閒置狀態期間內控制該周邊裝置之速度配置的設定，其中該閒置狀態為連串資料發送之間的一期間，該偵測電路具有以下之一配置：從該阻抗偵測器接收所偵測到的資訊以識別接續閒置狀態，在每一所識別的接續閒置狀態期間內決定該周邊裝置的該速度，並在每一所識別的該接續閒置狀態期間內控制該周邊裝置之速度配置的設定，每一接續閒置狀態亦為接續的連串資料發送之間的一期間。
如請求項1所述之裝置，其中該週邊裝置為一週邊應用裝置、一集線器或一匯流排分離器中之一者。
如請求項1所述之裝置，其中該週邊裝置之該速度包括：低速、全速或高速中之一者。
如請求項1所述之裝置，其中該下游面電路包含：一USB收發器下游介面，耦接至該第一對信號；該阻抗偵測器，耦接至該第一對信號，該阻抗偵測器經配置以偵測在該第一對信號上的該第一電阻配置與阻抗；該偵測電路，耦接至該USB收發器下游介面與該阻抗偵測器，該偵測電路經配置以基於該第一電阻配置來決定該週邊裝置之該速度；以及一第一狀態機，耦接至該USB收發器下游介面與該第一速度偵測電路，該第一狀態機經配置以控制偵測該第一電阻配置、由該阻抗偵測器所偵測之該阻抗與該速度之一第一時機，並且控制將該速度通訊至該上游面電路之一第二時機。
如請求項1所述之裝置，其中該上游面電路包含：一第二速度偵測電路，耦接至該下游面電路，該第二速度偵測電路經配置以與該下游面電路通訊關於該週邊裝置之該速度與阻抗，並用於複製該阻抗以在該第二對信號上產出該第二電阻配置；一USB收發器上游介面，耦接至該第二速度偵測電路與該第二對信號之間，該USB收發器上游介面經配置以促進合適地調整該速度與一轉換率(Slew rate)；以及一第二狀態機，耦接至該USB收發器上游介面與該第二速度偵測電路，該第二狀態機經配置以控制該上游面電路與該下游面電路之間之通訊之該時機，其中：該阻抗經複製以使該主機或該集線器觀測到在該第二對信號上之一阻抗，在該第二對信號上之該阻抗相同於在該第一對信號上的該阻抗。
如請求項1所述之裝置，其中自該下游面電路經由更新的靜態資料將該偵測到的速度通訊至該上游面電路。
一種用於一通用串列匯流排(USB)隔離裝置之方法，該方法包含以下步驟：在一第一時機處，藉由該USB隔離裝置中之一下游面電路，以基於一第一對信號上之一第一電阻配置來偵測一週邊裝置所操作之速度，該下游面電路透過該第一對信號耦接至該週邊裝置；在一第二時機處，在該USB隔離裝置中將該偵測到的速度自該下游面電路通訊至一上游面電路；藉由該上游面電路，在一第二對信號上建立一第二電阻配置，該上游面電路透過該第二對信號耦接至一主機或一集線器，以促進該主機或該集線器適應該週邊裝置之該速度；以及基於該第一電阻配置，來識別一閒置狀態以及在該閒置狀態期間內決定該周邊裝置的該速度，其中該閒置狀態為連串資料發送之間的一期間，並在該閒置狀態期間內控制該周邊裝置之速度配置的設定，在接續閒置狀態期間內重複該偵測步驟、通訊步驟、建立步驟與識別步驟，每一接續閒置狀態係在接續的連串資料發送之間。
如請求項7所述之方法，其中該週邊裝置為一週邊應用裝置、一集線器或一匯流排分離器中之一者。
如請求項7所述之方法，其中該週邊裝置之該速度包括：低速、全速或高速中之一者。
如請求項7所述之方法，其中該偵測該速度之步驟包含以下步驟：在該第一時機處，藉由一阻抗偵測器偵測在該第一對信號上觀測到的該第一電阻配置與一阻抗，該阻抗偵測器耦接至該第一對信號；以及藉由一第一速度偵測電路並基於該偵測到的第一電阻配置來決定該週邊裝置之該速度，該第一速度偵測電路耦接至該阻抗偵測器。
如請求項10所述之方法，其中藉由一第一狀態機決定該第一時機，且該第一狀態機係用來控制在該週邊裝置處於一閒置狀態時偵測該第一電阻配置，該第一狀態機耦接至該第一速度偵測電路。
如請求項10所述之方法，其中藉由該第一狀態機決定該第二時機，以控制自該下游面電路將該偵測到的速度通訊至該上游面電路的該第二時機。
如請求項7所述之方法，其中該建立之步驟包含以下步驟：在該第二時機處，藉由該上游面電路中之一第二速度偵測電路，接收關於該週邊裝置之該速度與在該第一對信號上觀測到的一阻抗之資訊；複製在該第一對信號上觀測到的與該第二對信號有關之該阻抗，以在該第二對信號上產出該第二電阻配置；以及合適地調整一轉換率(Slew rate)。
如請求項13所述之方法，其中藉由一第二狀態機決定該第二時機，且該第二時機用於控制該上游面電路與該下游面電路之間之通訊之該時機，該第二狀態機耦接至該第二速度偵測電路，其中複製該阻抗使得該主機或該集線器觀測在該第二對信號上之一阻抗，在該第二對信號上之該阻抗相同於在該第一對信號上藉由下游面電路偵測到的該阻抗。
如請求項7所述之方法，其中自該下游面電路經由更新的靜態資料將該偵測到的速度通訊至該上游面電路。