TWI640873B - 通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法及其系統及記錄媒體 - Google Patents

Abstract

一種通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法。當通用串列匯流排裝置的通信程序完成後，執行下列步驟：第一處理步驟，將電源端上的電力開關斷開，並將正資料端及負資料端的連接組態設成短路；第二處理步驟，將電源端上的電力開關閉合，並將正資料端及負資料端的連接組態繼續保持短路，此時下游裝置偵測到正資料端及負資料端之間為短路組態，然後觸發快速充電模式；第三處理步驟，繼續將電源端上的電力開關保持閉合，並將正資料端及負資料端的連接組態設成開路，以進行通信及偵測下游裝置是否拔除；及第四處理步驟，將電源端上的電力開關斷開，並將正資料端及負資料端的連接組態繼續保持開路。

Description

通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法及其系統及記錄媒體

於此所揭露之內容係有關通用串列匯流排（universal serial bus，USB）裝置的充電模式觸發方法，尤其有關通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法及其系統及記錄媒體。

通用串列匯流排（USB）是一種能支援資料傳輸（透過USB的正資料端D+和負資料端D-）及電力供應（透過USB的電源端VBUS）的電子裝置連接介面，其具有熱插拔（hot plug）、隨插即用（plug and play）、連接裝置數量多、資料傳輸速度快、支援充電功能等等優點。因此，USB介面已成為現在最普遍的電子裝置連接介面之一。

在USB的電池充電規範（battery charging specification，BC規範）中，共區分為三種充電類型：標準下行埠（standard downstream port，SDP)、充電下行埠（charging downstream port，CDP）、及專用充電埠（dedicated charging port，DCP）。SDP在形式上即為一般的USB資料傳輸模式，但其能提供的最大電流為500 mA。CDP類似SDP，惟其能提供的最大電流為1500 mA。另外，DCP只能用於充電，無法進行資料傳輸，其能提供的最大電流可達1500 mA。DCP亦稱為快速充電模式或快充模式。

目前針對安卓（Android）系統而設計的充電裝置大致可分為下列二種模式：（1）若充電裝置不需支持資料通信，則使用USB BC規範的DCP充電模式（其可供應較大電流），亦即將正資料端D+及負資料端D-固定（例如短路），以使下游裝置（如手機）能辨識此充電裝置的充電能力；及（2）若充電裝置需支持資料通信，則使用USB BC規範的SDP充電模式，亦即保留正資料端D+及負資料端D-的原本資料傳輸功能。然而，在上述二種模式中的正資料端D+及負資料端D-的狀態並不相容（例如：連接組態、電阻設定、通信協定皆不同），故大多數的Android下游裝置在同一時間僅可支持上述充電模式其中一種。此外，目前亦尚未有將此二種模式進行整合或同時支持上述二種模式的方法或系統。

本發明的詳細內容及優點將在以下發明內容及實施方式章節之中進一步敘述。惟應瞭解到，以下敘述僅作為易於瞭解本發明之說明目的，而非限制本發明之範圍。

本發明即是在以上所述之背景下所產生，其涉及一種通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法及系統，以克服上述問題。有鑑於此，本案發明人提出一種方法及系統，其藉由將USB電源端上的電力開關短時間斷開然後閉合，致使下游裝置重置並進入新的操作模式，因而能同時供應下游裝置充電及與下游裝置進行通信。以此方式，能在符合USB BC規範的情況下，在同一個USB通道上，同時達到支持「供應下游裝置大電流充電（快速充電）」及「與下游裝置進行資料通信（觸發App）」的功能。App即為應用程式（application）。

在本發明之一實施態樣中，提供一種通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法。該方法包含：待機步驟，將通用串列匯流排的電源端上的電力開關閉合，並使通用串列匯流排的正資料端及負資料端呈開路，此時正資料端及負資料端為SE0狀態；列舉步驟，繼續將電源端上的電力開關保持閉合，並使正資料端及負資料端呈開路，當下游裝置插入通用串列匯流排時，進行通用串列匯流排的列舉程序，此時正資料端及負資料端為J狀態；通信步驟，繼續將電源端上的電力開關保持閉合，並使正資料端及負資料端呈開路，以進行通用串列匯流排的通信程序，此時正資料端及負資料端為J狀態；第一處理步驟，將電源端上的電力開關斷開，並使正資料端及負資料端呈短路；第二處理步驟，將電源端上的電力開關閉合，並繼續使正資料端及負資料端呈短路，此時下游裝置偵測到正資料端及負資料端為短路狀態，然後觸發下游裝置的快速充電模式；第三處理步驟，繼續將電源端上的電力開關保持閉合，並使正資料端及負資料端呈開路，以進行通信及偵測下游裝置是否拔除，此時正資料端及負資料端為J狀態；及第四處理步驟，將電源端上的電力開關斷開，並使正資料端及負資料端呈開路。

在本發明之其他實施方式中，於第一處理步驟、第二處理步驟、及第四處理步驟期間，正資料端及負資料端的狀態為任意狀態。此外，於通信步驟及第三處理步驟期間，若正資料端及負資料端為SE0狀態，則回到待機步驟。此外，當第四處理步驟的持續期間計時結束時，則回到待機步驟。此外，列舉步驟、通信步驟、第一處理步驟、第二處理步驟、第三處理步驟、及第四處理步驟的持續期間係依應用需求而預先分別設定。

在本發明之另一實施態樣中，提供一種通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發系統。該系統包含：電源轉換器，配置以提供直流電力，其至少包括正電源輸出端與負電源輸出端；電力開關，配置以使通用串列匯流排的電力導通或不導通，其包括輸入端、輸出端、及控制端；及微控制單元，配置以執行上述之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法，其至少包含正輸入/輸出埠、負輸入/輸出埠、及開關控制埠。電源轉換器的負電源輸出端與通用串列匯流排的接地端連接。電源轉換器的正電源輸出端與電力開關的輸入端連接。電力開關的輸出端與通用串列匯流排的電源端連接。電力開關的控制端與微控制單元的開關控制埠連接。微控制單元的正輸入/輸出埠與通用串列匯流排的正資料端連接。微控制單元的負輸入/輸出埠與通用串列匯流排的負資料端連接。

在本發明之其他實施方式中，電力開關可整合於電源轉換器內。此外，電源轉換器係交流/直流轉換器或直流/直流轉換器。

在本發明之另一實施態樣中，提供一種電腦程式產品。電腦程式產品可包含電腦可讀取記錄媒體。電腦可讀取記錄媒體可用以儲存電腦程式。當將電腦程式載入並執行後，可完成如上述之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法。

首先，參考圖4A～4F，其顯示根據本發明之實施方式之通用串列匯流排（USB）的各種連接組態的示意圖。圖4A顯示微控制單元41（micro control unit，MCU）將正資料端D+及負資料端D-的連接組態設成開路（open circuit）的情況。圖4B顯示微控制單元41將正資料端D+及負資料端D-的連接組態設成短路（short circuit）的情況。

圖4C顯示微控制單元41偵測正資料端D+及負資料端D-的狀態為SE0狀態的情況，此時係無下游裝置插入。圖4D顯示微控制單元41偵測正資料端D+及負資料端D-的狀態為J狀態的情況，此時下游裝置47（如手機）係插入通用串列匯流排。

圖4E顯示微控制單元41輸出開關控制信號EN，以使電力開關45閉合。在此情況下，通用串列匯流排的電源端VBUS與電源轉換器43的正電源輸出端VDD之間導通，故可提供電力至下游裝置。圖4F顯示微控制單元41輸出開關控制信號EN，以使電力開關45斷開。在此情況下，通用串列匯流排的電源端VBUS與電源轉換器43的正電源輸出端VDD之間不導通，故無法提供電力至下游裝置。

本發明之一實施態樣涉及通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法。參考圖1，其顯示根據本發明之一實施態樣之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法的流程圖。通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法100包含下述各步驟。首先，於待機步驟102，將通用串列匯流排的電源端VBUS上的電力開關閉合，以使電源端VBUS導通。此外，將通用串列匯流排的正資料端D+及負資料端D-的連接組態設成開路。此時，正資料端D+及負資料端D-的狀態為SE0（single ended zero，單端0）狀態。

接著，當下游裝置（如手機）插入通用串列匯流排時，則進入列舉步驟104（enumeration）。於此步驟，繼續將電源端VBUS上的電力開關保持閉合，並將正資料端D+及負資料端D-的連接組態保持開路，以進行通用串列匯流排的列舉程序。此時，正資料端D+及負資料端D-的狀態為J狀態，且系統處於SDP模式。

當列舉程序完成後，根據個別系統進行通信步驟。若為Apple系統，則例如基於iAP2通信協定（iPod accessory protocol 2.0）來進行通信步驟106；若為Android系統，則例如基於AOA通信協定（Android open accessory protocol）來進行通信步驟108。於此步驟，繼續將電源端VBUS上的電力開關保持閉合，並將正資料端D+及負資料端D-的連接組態保持開路，以進行通用串列匯流排的通信程序。此時，正資料端D+及負資料端D-的狀態為J狀態，且系統處於SDP模式。此外，若於通信步驟106或通信步驟108期間，偵測到正資料端D+及負資料端D-的狀態為SE0狀態時，則回到待機步驟102。另一方面，應注意到在Apple系統的情況下，可藉由通信過程來設定快速充電模式。

接著，當通信程序完成或預定時間計時結束時，進行第一處理步驟110。於此步驟，將電源端VBUS上的電力開關斷開，以使電源端VBUS不導通。此外，將正資料端D+及負資料端D-的連接組態設成短路。

然後，當預定時間計時結束時，進行第二處理步驟112。於此步驟，將電源端VBUS上的電力開關閉合，以使電源端VBUS重新導通。此外，繼續將正資料端D+及負資料端D-的連接組態保持短路。此時，下游裝置偵測到正資料端D+及負資料端D-的連接組態為短路，因而觸發下游裝置的快速充電模式。

然後，當預定時間計時結束時，進行第三處理步驟114。於此步驟，繼續將電源端VBUS上的電力開關保持閉合，並將正資料端D+及負資料端D-的連接組態設成開路，以進行通信及偵測下游裝置是否拔除。此時，正資料端D+及負資料端D-的狀態為J狀態，且系統已處於DCP模式。

然後，當偵測到下游裝置被拔除或預定時間計時結束時，進行第四處理步驟116。於此步驟，將電源端VBUS上的電力開關斷開，以使電源端VBUS不導通。此外，將正資料端D+及負資料端D-的連接組態設成開路。之後，當預定時間計時結束時，回到待機步驟102。

應注意到，在上述第一處理步驟110、第二處理步驟112、及第四處理步驟期間116期間，通用串列匯流排的正資料端D+及負資料端D-可為任意狀態（don’t care）。此外，在通信步驟108及第三處理步驟114期間，若偵測到正資料端D+及負資料端D-的狀態為SE0狀態時，亦即下游裝置被拔除，則回到待機步驟102。

現在參考圖2，其顯示根據本發明之一實施態樣之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法的時序圖。快速充電模式觸發方法的時序圖200中的各個步驟係對應於快速充電模式觸發方法100。在圖2之中，顯示了各個步驟期間之電源端VBUS的連接組態（導通或不導通）、正資料端D+及負資料端D-的連接組態（開路或短路）、以及正資料端D+及負資料端D-上的信號狀態（SE0或J狀態）。此外，各個步驟的持續期間可如下列（但不限於此）：列舉步驟104可小於0.5秒、通信步驟106可小於0.5秒、第一處理步驟110可小於0.5秒、第二處理步驟112可小於0.5秒、第三處理步驟114可大於180秒或任意時間、及第四處理步驟116可小於0.5秒。這些步驟的持續期間亦可依應用需求而預先分別設定。

本發明之另一實施態樣涉及通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發系統。參考圖3A，其顯示根據本發明之一實施態樣之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發系統的示意圖。通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發系統30A可包含：電源轉換器33A、電力開關35、及微控制單元31（MCU）。電源轉換器33A係配置以提供直流電力輸出，其至少可包括正電源輸出端VDD與負電源輸出端VSS。電力開關35係配置以使通用串列匯流排的電力導通或不導通，其可包括輸入端、輸出端、及控制端。微控制單元31係配置以執行如上述之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法100，其至少可包含正輸入/輸出埠、負輸入/輸出埠、及開關控制埠。

如圖所示，電源轉換器33A的負電源輸出端VSS與通用串列匯流排的接地端GND連接。電源轉換器33A的正電源輸出端VDD與電力開關35的輸入端連接。電力開關35的輸出端與通用串列匯流排的電源端VBUS連接。電力開關35的控制端與微控制單元31的開關控制埠連接。微控制單元31的正輸入/輸出埠與通用串列匯流排的正資料端D+連接。微控制單元31的負輸入/輸出埠與通用串列匯流排的負資料端D-連接。藉此，微控制單元31可控制正資料端D+及負資料端D-的連接組態（開路或短路），並且偵測正資料端D+及負資料端D-上的信號狀態（SE0或J狀態）。微控制單元31亦可輸出開關控制信號EN來控制電力開關35的閉合或斷開，以使電源端VBUS導通或不導通。當電源端VBUS導通時，可提供下游裝置電力。

根據本發明之另一實施方式，快速充電模式觸發系統的電力開關亦可整合於電源轉換器內。如圖3B所示，通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發系統30B的電力開關係整合於電源轉換器33B之中。因此，微控制單元31的開關控制信號EN係連接至電源轉換器33B，以控制整合於電源轉換器33B之中的電力開關，從而決定電源端VBUS是否供電或不供電。

此外，電源轉換器33A及電源轉換器33B可為交流/直流轉換器或直流/直流轉換器。

根據本發明之另一實施態樣，快速充電模式觸發系統30A亦可包含電腦可讀取記錄媒體（其亦可包含在微控制單元31之中）。該電腦可讀取記錄媒體的內部可儲存電腦可讀取程式碼。當微控制單元31載入程式碼並執行後，可完成如上述之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法100。

經由以上詳細說明後，應可瞭解到本發明的各種特徵及優點。可透過上述各種實施態樣來完成通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發。藉由上述的電力開關操作方式，當下游裝置插入通用串列匯流排時，可使下游裝置進入快速充電模式，並且進行通信。因此，本發明能達到在符合現行USB BC規範的DCP充電模式的情況下，同時達到支持「提供下游裝置快速充電或大電流充電」及「與下游裝置進行通信」的使用者體驗之功能。

雖然已就數個實施方式來敘述本發明，惟相關領域中具有通常技術者應可瞭解基於以上教示內容而能對本發明做許多修改及變化。相關領域中具有通常技術者亦應瞭解本發明涵蓋所有如此之修改、變化、添加、置換、及其均等者。因此，本發明並不限於這些實施方式，而是包括隨附之申請專利範圍的真正範圍及精神所包含之內容。

100‧‧‧快速充電模式觸發方法
102‧‧‧步驟
104‧‧‧步驟
106‧‧‧步驟
108‧‧‧步驟
110‧‧‧步驟
112‧‧‧步驟
114‧‧‧步驟
116‧‧‧步驟
200‧‧‧快速充電模式觸發方法的時序圖
30A‧‧‧快速充電模式觸發系統
30B‧‧‧快速充電模式觸發系統
31‧‧‧微控制單元
33A‧‧‧電源轉換器
33B‧‧‧電源轉換器
35‧‧‧電力開關
41‧‧‧微控制單元
43‧‧‧電源轉換器
45‧‧‧電力開關
47‧‧‧下游裝置

現在將參考附圖並以舉例且非限制性的方式來詳細敘述本發明之實施方式。在閱讀以下詳細實施方式及圖式後，應更能理解本發明的特徵及優點，其中：

圖1顯示根據本發明之一實施態樣之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法的流程圖。

圖2顯示根據本發明之一實施態樣之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法的時序圖。

圖3A顯示根據本發明之一實施態樣之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發系統的示意圖。

圖3B顯示根據本發明之另一實施態樣之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發系統的示意圖。

圖4A顯示通用串列匯流排的正資料端D+及負資料端D-兩者的連接組態為開路（open circuit）的示意圖。

圖4B顯示通用串列匯流排的正資料端D+及負資料端D-兩者的連接組態為短路（short circuit）的示意圖。

圖4C顯示通用串列匯流排的正資料端D+及負資料端D-兩者的狀態為單端0（single ended zero，SE0）狀態時的示意圖。

圖4D顯示通用串列匯流排的正資料端D+及負資料端D-兩者的狀態為J狀態時的示意圖。

圖4E顯示通用串列匯流排的電源端VBUS導通時的示意圖（電力開關閉合）。

圖4F顯示通用串列匯流排的電源端VBUS不導通時的示意圖（電力開關斷開）。

Claims (9)

1. 一種通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法，包含：待機步驟，將通用串列匯流排的電源端上的電力開關閉合，並將該通用串列匯流排的正資料端及負資料端的連接組態設成開路，此時該正資料端及該負資料端為SE0狀態；列舉步驟，在該待機步驟之後，繼續將該電源端上的該電力開關保持閉合，並繼續將該正資料端及該負資料端的連接組態保持開路，當下游裝置插入該通用串列匯流排時，進行該通用串列匯流排的列舉程序，此時該正資料端及該負資料端為J狀態；通信步驟，在該列舉步驟之後，繼續將該電源端上的該電力開關保持閉合，並繼續將該正資料端及該負資料端的連接組態保持開路，以進行該通用串列匯流排的通信程序，此時該正資料端及該負資料端為J狀態；第一處理步驟，在該通信步驟之後，將該電源端上的該電力開關斷開，並將該正資料端及該負資料端的連接組態設成短路；第二處理步驟，在該第一處理步驟之後，將該電源端上的該電力開關閉合，並繼續將該正資料端及該負資料端的連接組態保持短路，此時該下游裝置偵測到該正資料端及該負資料端的連接組態為短路，然後觸發該下游裝置的快速充電模式；第三處理步驟，在該第二處理步驟之後，繼續將該電源端上的該電力開關保持閉合，並將該正資料端及該負資料端的連接組態設成開路，以進行通信及偵測該下游裝置是否拔除，此時該正資料端及該負資料端為J狀態；及第四處理步驟，在該第三處理步驟之後，將該電源端上的該電力開關斷開，並繼續將該正資料端及該負資料端的連接組態保持開路。
2. 如申請專利範圍第1項之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法，其中在該第一處理步驟、第二處理步驟、及第四處理步驟期間，該正資料端及該負資料端為任意狀態。
3. 如申請專利範圍第1項之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法，其中在該通信步驟及第三處理步驟期間，若該正資料端及該負資料端為SE0狀態，則回到待機步驟。
4. 如申請專利範圍第1項之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法，其中該列舉步驟、通信步驟、第一處理步驟、第二處理步驟、第三處理步驟、及第四處理步驟的持續期間係依應用需求而預先分別設定。
5. 如申請專利範圍第4項之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法，其中當該第四處理步驟的持續期間計時結束時，則回到該待機步驟。
6. 一種通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發系統，包含：電源轉換器，配置以提供直流電力，其至少包括正電源輸出端與負電源輸出端；電力開關，配置以使該通用串列匯流排的電力導通或不導通，其包括輸入端、輸出端、及控制端；及微控制單元，配置以執行如申請專利範圍第1~5項其中任一項之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法，其至少包含正輸入/輸出埠、負輸入/輸出埠、及開關控制埠；其中，該電源轉換器的該負電源輸出端與該通用串列匯流排的接地端連接，該電源轉換器的該正電源輸出端與該電力開關的該輸入端連接，該電力開關的該輸出端與該通用串列匯流排的電源端連接，該電力開關的該控制端與該微控制單元的該開關控制埠連接，該微控制單元的該正輸入/輸出埠與該通用串列匯流排的正資料端連接，且該微控制單元的該負輸入/輸出埠與該通用串列匯流排的負資料端連接。
7. 如申請專利範圍第6項之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發系統，其中該電力開關係整合於該電源轉換器內。
8. 如申請專利範圍第6項之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發系統，其中該電源轉換器係交流/直流轉換器或直流/直流轉換器。
9. 一種電腦程式產品，該電腦程式產品包含電腦可讀取記錄媒體，該電腦可讀取記錄媒體用以儲存電腦程式，當將該電腦程式載入並執行後，可完成如申請專利範圍第1~5項其中任一項之通用串列匯流排裝置的快速充電模式觸發方法。