TWI661309B - 彈性連接（ｆｌｅｘｃｏｎｎｅｃｔ）之斷接偵測 - Google Patents

彈性連接（ｆｌｅｘｃｏｎｎｅｃｔ）之斷接偵測 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種通用串列匯流排(USB)集線器，其包含：複數個下游埠；至少一個雙模式埠，該雙模式埠經組態成可自一下游埠切換至一上游埠；及主機偵測電路，其用於偵測當作為一上游埠操作時是否連接一主機。

Description

彈性連接(FLEXCONNECT)之斷接偵測 [相關申請案之交叉參考]
此申請案係2014年4月29日申請之美國臨時專利申請案第61/985,758號之一轉換，且主張該案之優先權，該案之全部內容以宛如全文闡述引用的方式併入本文中。
本發明係關於通用串列匯流排(USB)技術，且特定言之，係關於USB 2.0及USB 3.0集線器裝置。
最初在90年代開發串列匯流排(USB)1.0規範來提供一匯流排及(諸)介面以標準化電腦與周邊裝置(諸如鍵盤、印表機、游標指標裝置、外部磁碟機及類似物)之間的通信。從此以後，USB已進展至版本2.0及3.0且已在電腦以及可攜式裝置(諸如智慧型電話、平板電腦及MP3播放器)中普遍存在。
一般言之，在USB通信中，一個裝置充當一「主機」(Host)而另一裝置充當一「裝置」(Device)。「主機」供電給匯流排、發出命令且一般維持對於連接之控制。「裝置」並不起始用於控制匯流排之任何活動。舉例而言，一個人電腦充當至一USB「隨身」碟「裝置」之一「主機」。
OTG(On-the-Go)規範容許一單一「主機」及單一「裝置」調換角色。舉例而言，一些平板電腦可以一「裝置」角色運行且當耦合至 一個人電腦「主機」時作為一大容量儲存裝置操作，但可當耦合至一周邊裝置(諸如一鍵盤)時作為一「主機」運作。
USB集線器將一單一USB埠擴展為若干USB埠，使得可連接更多裝置。一個人電腦或自動娛樂系統(例如)可包含多個外部USB埠，而具有一內部集線器，而非針對各埠之專用USB控制器。然而，如可瞭解，可在採用一USB集線器與On-the-Go裝置中出現困難。
然而，由本申請案之受讓人生產之具備彈性連接能力之集線器(USB 2.0及USB 3.0集線器)在業界中之獨特之處在於其等可將上游(「主機」)側埠與下游(「裝置」)側埠之一者調換。實際上，一雙重角色(「主機」/「裝置」)可自下游埠接管集線器。可在美國專利案第7,480,753號中找到此一具備彈性連接能力之集線器之細節，該案之全部內容以宛如全文闡述引用的方式併入本文中。
一USB主機通常提供稱為VBUS之一信號來告訴「集線器」(Hub)其存在。VBUS亦係可用於供電給「集線器」之一電力信號。若一雙重角色裝置(如一iPad®)經插入至「裝置」側埠，則其始終需要接收電力，即使其係「主機」。由於現充當「主機」之「裝置」不提供VBUS，故「集線器」無法瞭解USB 2.0「主機」是否已斷接。缺乏活動並非一足夠指示項：當無活動時，「集線器」僅進入暫停狀態來節省電力。
即，當「集線器」正提供VBUS至「主機」時，無法判斷「主機」已進入暫停狀態或其斷接。正常USB操作期望存在之VBUS當「主機」已斷接時消失。在VBUS始終存在的情況下，「集線器」必須能夠解密一USB暫停情況與一「主機」斷接情況。
因此，需要一種偵測一USB「集線器」之一雙重角色USB埠中之一「主機」之一斷接之方法。
根據各種實施例，為偵測斷接，一旦「集線器」已進入暫停，則內部韌體使用USB電池充電接觸偵測來偵測「主機」已消失。因此，該「集線器」將能夠提供VBUS且偵測一USB「主機」何時斷接。
根據實施例之一種USB集線器包含：複數個下游埠；至少一個雙模式埠，該雙模式埠經組態成可自一下游埠切換至一上游埠；及主機偵測電路，其用於偵測當作為一上游埠操作時是否連接一主機。
在一些實施例中，當該雙模式埠已進入一暫停狀態時該電路可操作。在一些實施例中，該至少一個雙模式埠進一步包含一DP連接線及一DM連接線。此一DM連接線可與該主機偵測電路耦合，且當作為一上游埠操作時，可藉由該主機偵測電路判定該主機之連接，該主機偵測電路當一主機斷接時使一預定邏輯值在該DM線處被識別。
在一些實施例中，該主機偵測電路包含一電流源。在一些實施例中，該電流源係在該DM連接線與接地之間耦合之一10uA電流源。在一些實施例中，該主機偵測電路包含耦合至該DM連接線之一提升電阻器。
在一些實施例中，該集線器包含一控制器，該控制器經組態以切換該雙模式埠上之模式，使得當判定該主機已斷接時該雙模式埠切換回至作為一下游埠運作。
根據實施例之一種方法包含：在包含一雙模式埠之一USB集線器中，將該雙模式埠之一USB埠功能自作為一下游埠之一第一模式切換至作為一上游埠之一第二模式；且在進入一暫停狀態後，週期性取樣由主機偵測電路提供之一DM連接線之一邏輯位準以判定是否仍連接一主機。
在一些實施例中，該主機偵測電路包含在該DM連接線與接地之間耦合之一電流源。在一些實施例中，該電流源包括一10uA電流 源。在一些實施例中，該主機偵測電路包含耦合至該DM連接線之一提升電阻器。在一些實施例中，一提升電阻器經耦合至一DP連接線，其中當判定該DP連接線與該DM連接線具有相同預定邏輯位準時該主機經偵測為連接。在一些實施例中，當判定該主機已斷接時該雙模式埠切換回至作為一下游埠運作。
根據實施例之一種USB集線器包含：一控制器；複數個下游埠；至少一個雙模式埠，該雙模式埠經組態成可藉由該控制器自一下游埠切換至一上游埠；及主機偵測電路，其用於當作為一上游埠操作時將是否連接一主機之標記提供至該控制器。
在一些實施例中，當該雙模式埠已進入一暫停狀態時該電路可操作。在一些實施例中，該至少一個雙模式埠進一步包含使用該主機偵測電路耦合之一DP連接線及一DM連接線。當作為一上游埠操作時，可藉由該主機偵測電路判定該主機之連接。當一主機斷接時，該主機偵測電路使一預定邏輯值在該DM連接線處被識別。
在一些實施例中，該主機偵測電路包含一電流源。在一些實施例中，該電流源係在該DM連接線與接地之間耦合之一10uA電流源。 在一些實施例中，該主機偵測電路包含耦合至該DM連接線之一提升電阻器。在一些實施例中，該控制器經組態以切換該雙模式埠上之模式，使得當判定該主機已斷接時該雙模式埠切換回至作為一下游埠運作。
在結合下列描述及隨附圖式考量時將更好地暸解及理解本發明之此等及其他態樣。然而，應理解，雖然下列描述指示本發明之各種實施例及其等之多個特定細節，但下列描述以圖解說明而非限制之方式給出。可在不脫離本發明之精神之情況下在本發明之範疇內作出諸多替換、修改、新增及/或重新配置，且本發明包含所有此等替換、修改、新增及/或重新配置。
100‧‧‧系統
102‧‧‧通用串列匯流排(USB)集線器
104‧‧‧切換集線器
105‧‧‧控制處理器
106‧‧‧雙模式偵測電路
108‧‧‧可調換上游埠
110a‧‧‧下游埠
110b‧‧‧下游埠
110c‧‧‧下游埠
110d‧‧‧可調換下游埠
112‧‧‧USB主機
114‧‧‧USB裝置
200‧‧‧系統
202‧‧‧USB集線器
204‧‧‧USB主機
206‧‧‧USB匯流排
209‧‧‧調換埠
210‧‧‧主機偵測或雙模式偵測類比前端(AFE)電路
212‧‧‧USB AFE埠電路
214‧‧‧主機收發器
216‧‧‧Vbus
218‧‧‧D-/DM
220‧‧‧D+/DP
222‧‧‧Ground(接地)
223‧‧‧額外ID線
302‧‧‧調換埠
304‧‧‧通用串列滙流排(USB)主機埠
306‧‧‧DP電路
308‧‧‧DM電路
310‧‧‧連接電路
312‧‧‧連接電路
314a‧‧‧驅動器
314b‧‧‧驅動器
314c‧‧‧驅動器
314d‧‧‧驅動器
316a‧‧‧下拉電阻器
316b‧‧‧下拉電阻器
318a‧‧‧比較器
318b‧‧‧比較器
320‧‧‧比較器
322‧‧‧比較器
324‧‧‧提升電阻器
326‧‧‧電流源
502‧‧‧提升電阻器
700‧‧‧系統/環境
702‧‧‧娛樂資訊單元
704‧‧‧集線器系統
706‧‧‧USB纜線
708‧‧‧uAB埠
710‧‧‧USB裝置
712‧‧‧電力開關
714‧‧‧A埠
716‧‧‧切換集線器
718‧‧‧「主機」偵測電路
720‧‧‧Flex(彈性)線
720a‧‧‧主機埠
722‧‧‧Flex_Vbus
724‧‧‧控制線
728‧‧‧SWAP(調換)線
730‧‧‧USB纜線
732a‧‧‧智慧型電話
732b‧‧‧智慧型電話
隨附且形成此說明書之部分之圖式經包含以描繪本發明之特定態樣。應注意，圖式中所繪示之特徵不必按比例繪製。可藉由結合隨附圖式參考下列描述獲得對本發明及其優點之一更完整理解，在圖式中相同元件符號指示相同特徵且其中：圖1係根據實施例之一實例系統之一圖。
圖2係根據實施例之實例埠組態之圖。
圖3繪示根據實施例之實例類比埠介面之一圖。
圖4A及圖4B繪示圖3之(諸)埠之操作。
圖5A及圖5B繪示圖3之埠之另一實施例之操作。
圖6係繪示實施例之操作之一流程圖。
圖7A至圖7C繪示可使用根據實施例之「主機」偵測之一系統之操作。
參考在隨附圖式中繪示且在下列描述中詳細說明之例示性且因此非限制性之實施例更充分解釋本發明及其之各種特徵及有利細節。然而，應理解，在指示較佳實施例時，僅藉由繪示之方式而非藉由限制之方式給出實施方案及特定實例。可省略已知程式化技術、電腦軟體、硬體、操作平台及協定之描述以免不必要地模糊本發明之細節。熟習此項技術者自本發明將明白在基本發明概念之精神及/或範疇內之各種替換、修改、新增及/或重新配置。
現在參考圖式且特定關注圖1，展示繪示根據實施例之一實例USB集線器環境之一圖。如展示，系統100包含一集線器102、一或多個控制處理器105、一USB主機112及一USB裝置114。
在所繪示之實施例中，USB集線器102具有三個下游埠110a、110b、110c、一可調換下游埠110d及一可調換上游埠108。一切換集 線器104提供埠108與110a至110d之間的切換。控制處理器105運作以在USB(諸)埠上接收且處理信號，且管理埠自上游至下游功能性之轉接，此將在下文中更詳細描述。
USB集線器102通常操作使得所有埠110a至110d作為下游埠運作，而埠108作為一上游埠運作。然而，在特定情況下，USB集線器102可調換埠108及110d之功能。因此，埠108將作為一下游埠運作，而埠110d將作為一上游埠運作。另外，USB集線器102可包含一雙模式偵測電路106，如將在下文中更詳細解釋。USB集線器102可體現為自本申請案之受讓人可得之一USB46x4集線器。
在圖2中展示根據實施例之一實例調換埠連接。如展示，系統200包含一USB集線器202及USB主機204。USB集線器202包含一調換埠209，調換埠209具有一主機偵測或雙模式偵測類比前端(AFE)電路210。為簡明起見，不展示集線器之剩餘埠及組件。類似地，USB主機204包含USB AFE埠電路212及一主機收發器214。
USB主機204及USB集線器202經由一USB匯流排206耦合。此一USB匯流排206通常包含四個線：Vbus 216、D-(亦稱為DM)218、D+(亦稱為DP)220及Ground(接地)222。Vbus 216及Ground 222提供電力，而在DP 220及DM 218上承載資料。另外，一些USB連接器(特定言之，u或微型AB連接器)採用一額外ID線223。
如將在下文中更詳細解釋，「集線器」調換埠209經組態以經由DM 218及DP 220線偵測一「主機」的存在。
對於圖3更特定展示用於如此做之實例電路。展示「集線器」上之一「集線器」雙模式調換埠302及USB主機(其之前作為「裝置」運作)上之一USB「主機」埠304。
USB主機埠304包含經連接至DP之連接電路310及經連接至DM之連接電路312。電路310使用一15kΩ下拉電阻器316a耦合至DP。另 外，包含一電壓源及45Ω電阻器及開關之一驅動器314c經耦合至DP。最後，DP經耦合至一比較器318a，比較器318a之輸入經耦合至一1.6V源。類似地，電路312使用一15kΩ下拉電阻器316b耦合至DP。另外，包含一電壓源、45Ω電阻器及開關之一驅動器314d經耦合至DM。最後，DM經耦合至一比較器318b，比較器318b之輸入經耦合至一1.6V源。DP及DM作為一差分資料對運作，其中藉由交替使用驅動器314c、314d及在「集線器」調換埠302上之對應驅動器314a、314b傳輸1或0。
「集線器」調換埠302包含DP電路306及DM電路308。在所繪示之實施例中，DP電路306包含驅動器314a，驅動器314a包括一電壓源、45Ω電阻器及開關。DP電路306進一步包含耦合至3.3V之一1.5kΩ提升電阻器及比較器320，比較器320之一個輸入連結(tie)至參考電壓且另一個輸入連結至DP線。
DM電路308類似地包含包括一電壓源、45Ω電阻器及開關之驅動器314b以及比較器322，比較器322之一個輸入連結至參考電壓且另一個輸入連結至DM線。另外，在所繪示之實施例中，提供經耦合至DM線之一10μA電流源326。注意，必要時可適當改變電阻器及其他組件之值。因此，數字僅係例示性的。
在操作中，如將在下文中更詳細描述，若主機204停止發送訊框封包之狀態(SOF)(未展示)，則集線器202將在3ms內進入暫停狀態。一旦此發生，「集線器」之控制處理器(圖1)週期性取樣DP/DM接腳之狀態以判定「主機」的存在。
若「主機」存在，則DM上之「主機」之15k下拉電阻器316b將使DM接腳藉由「集線器」取樣為一邏輯0。若「主機」斷接，則10μA電流源326將使DM接腳藉由「集線器」取樣為一邏輯1。若判定「主機」斷接，「集線器」將停用調換狀態且回復至預設上游埠而將 控制傳遞回至初始「主機」。
此在圖4A及圖4B中更特定展示。在圖4A中，如展示，若連接「主機」，則「集線器」上之1.5kΩ提升電阻器324及「主機」上之15kΩ下拉電阻器316a形成DP線中之一電路。類似地，電流源326及下拉電阻器316b界定DM線中之一電路。然而，在圖4B，若「主機」斷接，則提升電阻器324將DP線提升至1。類似地，電流源326使DM線標示高。
在一些實施例中，可使用連結至DM線之一足夠大之提升電阻器(例如，125kΩ)替換電流源326。此在圖5A及圖5B中展示。在圖5A中，當「主機」連接時，提升電阻器502及下拉電阻器316b界定DM線上之一電路。若斷接，則提升電阻器502提升DM線。
注意，雖然類似於電池充電器偵測電路，但此電路一般不提供於UBS「集線器」上。此外，在習知電池充電器偵測電路中，通常將此電路、10uA源或125k提升電阻器應用至DP而非DM。
對於圖6之流程圖更特定展示實施例之操作。最初，在一步驟602中，在雙模式埠上之上游「主機」及一下游「裝置」切換功能。 此可回應於(例如)由USB「裝置」發送之一建立封包，而對「集線器」指示期望作為「主機」運作。
接著，在一步驟604中，「集線器」控制器將監測線之訊框命令之開始。若如在一步驟606中判定，訊框命令之開始結束，則在一步驟608中，「集線器」將開始監測DM線之狀態。若如在610判定，DM線低，則在一步驟612中，判定「主機」斷接。在此情況下，在一步驟614中，恢復預設「主機」/「裝置」組態。若DM線不低，則在一步驟616中，「集線器」將進入一暫停狀態。若如在步驟618中判定，其接著偵測訊框或其他命令之一開始，則其將退出暫停狀態，且程序返回至步驟604。
如所主張之實施例可尤其適用於結合汽車娛樂及資訊(「娛樂資訊」)系統操作。對於圖7A至圖7C展示此一系統。如展示，系統700包含經由一USB纜線706、706b、706c及uAB埠708耦合至一集線器系統704之一娛樂資訊單元702。集線器系統704可包含一切換集線器716、一或多個內建USB裝置710、一電力開關712及一A埠714。切換集線器716可包含主機偵測電路718，主機偵測電路718如上文討論般操作。在所繪示之實施例中，切換集線器716經由Flex(彈性)線720、720a、720b連接至uAB埠且經由Flex_Vbus 722、722a連接至其Vbus接腳。在所繪示之實施例中，Vbus 723亦經由VBUS_DET線722b經耦合至切換集線器716之一VBUS_DET輸入。
在A側上，切換集線器716經由SWAP(調換)線728、728a耦合至A埠之DP及DM接腳。來自外部裝置之Vbus經提供至在726、726b、730b處之電力開關712。最後，切換集線器716經由控制線724、724a控制電力開開712。當一裝置連接時，電力開關712始終保持開啟。
在圖7B中展示在一裝置模式中之環境700之操作。廣泛而言，在操作中，集線器系統704將在下游A埠714上啟用電池充電，且已列舉其他下游埠(例如，耦合至USB裝置710之該等下游埠)。當智慧型電話經連接至A埠714時，其偵測Vbus電壓及電池充電信號交握且開始充電。娛樂資訊單元702列舉且控制智慧型電話732a。
更特定言之，如在圖7B中展示，在724a處，切換集線器716將電力控制線拉高以啟用電池充電。作為回應，在726a處，電力開關712在Vbus上提供電力。娛樂資訊單元702在722a處將VBUS_DET驅動高以發出其備妥以列舉之信號。主機埠720a將偵測切換集線器716且列舉耦合至其之裝置720a。接著，切換集線器716將偵測經由USB纜線730連接至USB埠A 714之智慧型電話732a，且其將電話列舉為一「裝置」。
在一些實施例中，接著，若使用者需要使用智慧型電話732b所配備之介面或若智慧型電話732b提供更多性能，則娛樂資訊單元702可將切換集線器716之控制轉交給智慧型電話732b。此在圖7C中更特定展示。
如展示，回應於自智慧型電話732b接收之一建立命令，娛樂資訊單元702接收期望改變一方向之一標記。接著，娛樂資訊單元702將一方向改變命令發送至智慧型電話732b。接著，「集線器」列舉周邊及娛樂資訊單元。
如上文提及，在方向改變期間，USB裝置710仍作為下游裝置運作，且電力開關保持開啟。若自連接移除智慧型電話，則將如上文提及般偵測無智慧型電話作為主機。

Claims (21)

  1. 一種通用串列匯流排(USB)集線器，其包括：複數個下游埠；至少一個雙模式埠，該雙模式埠經組態成可自一下游埠切換至一上游埠；及主機偵測電路，其用於偵測當作為一上游埠操作時是否連接一主機，其中該主機偵測電路包括耦合至一DM連接線之一提升電阻器或一電流源，其中該偵測電路進一步經組態以在進入一暫停狀態之後週期性取樣該DM連接線之一邏輯位準及判定是否仍連接一主機，以當判定該DM連接線具有一預定邏輯位準時，偵測該主機為連接至該雙模式埠。
  2. 如請求項1之USB集線器，其中該電流源係在該DM連接線與接地之間耦合之一10uA電流源。
  3. 如請求項1之USB集線器，其中該主機偵測電路包括耦合至該DM連接線之一125k歐姆提升電阻器。
  4. 如請求項1之USB集線器，其中該主機偵測電路進一步包括一比較器，該比較器具有與該DM連接線耦合之一第一輸入及與一參考電壓耦合之一第二輸入。
  5. 如請求項1之USB集線器，其中該主機偵測電路進一步包括另一提升電阻器及另一比較器，該另一提升電阻器與該DP連接線耦合，該另一比較器具有與該DP連接線耦合之一第一輸入及與另一參考電壓耦合之一第二輸入。
  6. 如請求項1之USB集線器，其中該主機偵測電路進一步經組態以以當判定該DP連接線及該DM連接線具有相同預定邏輯位準時，偵測該主機為連接。
  7. 如請求項1之USB集線器，其進一步包括一控制器，其中該控制器經組態以切換該雙模式埠上之模式，使得當判定該主機已斷接時該雙模式埠切換回至作為一下游埠運作。
  8. 一種系統，其包括如請求項1至7之任一項之USB集線器及一主機裝置，其中該主機包括與該主機之一各別DM連接線耦合之一第一下拉電阻器及與該主機之一各別DP連接線耦合之一第二下拉電阻器。
  9. 一種方法，其包括：在包含一雙模式埠之一USB集線器中，將該雙模式埠之一USB埠功能自作為一下游埠之一第一模式切換至作為一上游埠之一第二模式；及此後在進入一暫停狀態而操作為一上游埠後，週期性取樣由一主機偵測電路提供之一DM連接線之一邏輯位準以判定是否仍連接一主機，其中該主機偵測電路包括耦合至該DM連接線之一提升電阻器或一電流源。
  10. 如請求項9之方法，其中該電流源包括一10uA電流源。
  11. 如請求項9之方法，其進一步包含經耦合至一DP連接線之一提升電阻器，其中當判定該DP連接線與該DM連接線具有相同預定邏輯位準時該主機經偵測為連接。
  12. 如請求項9之方法，其包含切換該雙模式埠上之模式，使得當判定該主機已斷接時該雙模式埠切換回至作為一下游埠運作。
  13. 如請求項9之方法，其中使用一比較器執行週期性取樣之步驟。
  14. 如請求項9之方法，其中該主機包括與該主機之一各別DM連接線耦合之一第一下拉電阻器。
  15. 如請求項9之方法，其中該主機包括與該主機之一各別DP連接線耦合之一第二下拉電阻器。
  16. 一種USB集線器，其包括：一控制器；一雙模式上游埠，其經組態成可在操作為一有效上游埠及一有效下游埠之間切換；複數個下游埠；其中該至少一個下游埠係一雙模式下游埠，其經組態成可藉由該控制器在操作為一有效下游埠及一有效上游埠之間切換；主機偵測電路，其在一特定雙模式下游埠操作為一有效上游埠且該雙模式上游埠操作為一有效下游埠時將是否連接一主機至該特定雙模式下游埠之標記提供至該控制器；及其中該控制器經組態以回應於自該主機偵測電路接收指示該主機未連接至操作為一有效上游埠之該特定雙模式下游埠之標記，自動地(a)將該特定雙模式下游埠切換回作為一有效下游埠運作及(b)將該雙模式上游埠切換回作為一有效上游埠運作。
  17. 如請求項16之USB集線器，其中當該特定雙模式下游埠已進入一暫停狀態時該電路可操作。
  18. 如請求項17之USB集線器，其中該至少一個雙模式埠進一步包括一D+(DP)連接線及一D-(DM)連接線；其中該DM連接線與該主機偵測電路耦合；其中當一各別雙模式下游埠作為一有效上游埠操作時，可藉由該主機偵測電路判定該主機之連接，其中該主機偵測電路當一主機斷接時使一預定邏輯值在該DM連接線處被識別。
  19. 如請求項16之USB集線器，其中該主機偵測電路包括一電流源。
  20. 如請求項19之USB集線器，其中該電流源係在該DM連接線與接地之間耦合之一10uA電流源。
  21. 如請求項18之USB集線器，其中該主機偵測電路包含耦合至該DM連接線之一提升電阻器。
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