TWI727345B - 信號傳輸方向調整方法與裝置以及應用其中之雙向信號中繼器積體電路晶片 - Google Patents

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一種信號傳輸方向調整方法與裝置以及應用其中之雙向信號中繼器積體電路晶片，應用於電性連接於一第一介面埠與一第二介面埠間之一纜線中，其中方法包含下列步驟：感測該第一介面埠中至少一第一接腳上的一電氣特性；以及當該第一介面埠與該第二介面埠間之通訊協定從一第一通訊協定改變至一第二通訊協定，且測得之該電氣特性符合一第一條件時，控制該纜線中至少一對差動信號傳輸通道由一第一方向改為朝一第二方向傳輸信號，其中該第一方向不同於該第二方向。

Description

信號傳輸方向調整方法與裝置以及應用其中之雙向信號中繼器積體電路晶片
本發明係關於一種USB纜線和信號傳輸方向調整方法，特別是關於一種運用在DisplayPort的影像傳輸的USB Type-C的主動式纜線跟信號傳輸方向調整方法，使用者可自由插接兩端的設備，而無須考慮到纜線的方向性。
通用串列匯流排（Universal Serial Bus，縮寫為USB）是目前電子裝置間應用最廣泛的信號纜線標準，而C型USB（USB Type-C）則是目前最新版本且用途廣泛的介面標準。C型USB的實體外觀如圖1所示之具有公頭構造的纜線示意圖，纜線10一端所設置的公頭構造11，其特色在於其上層111、下層112的接腳數量(12個)與構造完全一致。與前幾代的USB公頭-母座的構造配置相比，這樣的設計意味著可以讓用戶不必再區分USB公頭-母座(plug connector-receptacle connector)的相對位置，兩種相對位置都可以完成插入並完成信號連接。意即C型USB公頭是可反轉使用的，任一方向插入母座均可。因為無論怎樣插入，電源的連接都是正確的。而且母座上含有兩組連在一起的資料線D+/D-，所以公頭以任意方向插入母座時資料線都是連通的。
另外，在新引入的C型USB標準中，其相對於舊標準的特點是它引入了雙角色能力。意即C型USB纜線兩端的所連接的兩台裝置，必須能相互進行溝通而確定自己扮演的角色為主機端還是設備端。 而且，C型USB纜線兩端的公頭可以是完全一樣的構造，所以角色的溝通需要在電纜接通之後就要進行，分別針對資料和電源來完成溝通而確定自己扮演的角色。其中用以連接至主機端而扮演資料通訊的主機埠被稱為下行埠 (Downstream Facing Port, 簡稱DFP)，而連接至設備端的設備埠則被稱為上行埠 (Upstream Facing Port, 簡稱UFP)。在電源方面，供電端被稱為電源端 (Source)，耗電端被稱為吸收端 (Sink)。有的設備既可以有資料上的雙角色 (Dual Roles of Data, 簡稱DRD) 能力，又具有電源上的雙角色 (Dual Roles of Power, 簡稱DRP) 能力。而利用配置通道導線（Configuration Channel wire，簡稱導線CC）來進行溝通，便可在兩台設備連接期間起到定義電源角色的作用。
C型USB目前已可用來傳輸符合USB 3.2 Enhanced SuperSpeed（中文譯名為：通用串列匯流排3.2加強超速）協定的信號。而USB 3.2的命名規則是 Gen X×Y，其中X代表信號傳輸速率(Speed)，而Y代表差動信號傳輸通道數 (Lanes)，例如 Enhanced SuperSpeed Gen 1×1、Enhanced SuperSpeed Gen 2×1、Enhanced SuperSpeed Gen 1×2、 Enhanced SuperSpeed Gen 2×2等。而Gen 1代表每對差動信號傳輸通道上的傳輸速率是5Gbps， Gen 2則代表每對差動信號傳輸通道上的傳輸速率是 10Gbps，以此類推。 所以Enhanced SuperSpeed Gen 2×1代表主機端跟設備端之間有兩對差動信號傳輸通道，其中一對差動信號傳輸通道TX，用以從主機端傳送信號TX+/TX-到設備端，另一對差動信號接收通道RX，用以從設備端接收信號RX+/RX-到主機端，其中每對差動信號傳輸通道上的傳輸速率是10Gbps。而Enhanced SuperSpeed Gen 2×2代表主機端跟設備端之間有四對差動信號傳輸通道，其中兩對差動信號傳輸通道TX，用以從主機端傳送信號TX+/TX-到設備端，另兩對差動信號接收通道RX，用以從設備端接收信號RX+/RX-到主機端，其中每對差動信號傳輸通道上的傳輸速率是10Gbps。
另外，為能擴充C型USB的應用範圍，規格中還提出可以用來傳輸符合DisplayPort協定信號的。其中DisplayPort RBR信號傳輸速率為1.62Gbps，DisplayPort HBR信號傳輸速率為2.7Gbps，DisplayPort HBR2信號傳輸速率為5.4Gbps， DisplayPort HBR3信號傳輸速率為8.1Gbps。而由上述信號傳輸速率的數據可以清楚看出，C型USB已必須支援到5Gbps以上的信號傳輸速率。但是，當信號傳輸速率越高，隨傳輸距離所產生的信號衰減現象就越嚴重，而此類信號衰減的問題就會限制了C型USB纜線的長度。
在USB Type-C的官方規格版本1.3中，清楚地列出了不同規格所對應的訊息實用纜線長度(informative practical cable length)，其中USB 3.1 Gen2訊息實用纜線的建議長度已經是小於或等於1米。而1米的長度在實際應用中實在是太短，因此這類的纜線中便需要設置有信號中繼器(ReDriver)來重新放大信號。這種具有放大信號功能的纜線稱為主動式纜線(active cable)，而設置有信號中繼器的纜線長度便可以顯著增加。
然而，要將信號中繼器(ReDriver)整合進USB Type-C的纜線上，必然存在有方向性的問題。例如，當USB Type-C的主動式纜線運用在DisplayPort的影像傳輸時，傳統主動式纜線在兩端的兩個接頭必須分別固定連接到影像信號源以及影像播放設備，而無法反過來使用。如此將造成使用者的困擾，而且無法符合上述C型USB標準中所規定的雙角色能力。
而如何以有效的方式來解決纜線的雙向使用問題，用以克服上述習用手段的困擾，本發明提供一種信號傳輸方向調整方法，應用於電性連接於一第一介面埠與一第二介面埠間之一纜線中，該方法包含下列步驟：感測該第一介面埠中至少一第一接腳上的一電氣特性；以及當該第一介面埠與該第二介面埠間之通訊協定從一第一通訊協定改變至一第二通訊協定，且測得之該電氣特性符合一第一條件時，控制該纜線中至少一對差動信號傳輸通道由一第一方向改為朝一第二方向傳輸信號，其中該第一方向不同於該第二方向。
本發明另提供一種信號傳輸方向調整裝置，應用於電性連接於一第一介面埠與一第二介面埠間之一纜線中，該信號傳輸方向調整裝置包含: 一第一雙向放大器，設置於該纜線中且鄰近該第一介面埠，電性連接於該第一介面埠之一第一接腳；以及一第一感測器，設置於該纜線中且鄰近該第一介面埠並電性連接於該第一介面埠之一第二接腳，當該第一介面埠與該第二介面埠間之通訊協定從一第一通訊協定改變至一第二通訊協定時，該第一感測器於第二接腳上所測得之一第一電氣特性符合一第一條件而控制該第一雙向放大器之信號傳輸方向。
本發明再提供一種雙向信號中繼器積體電路晶片，應用於電性連接於一第一介面埠與一第二介面埠間之一纜線中，該雙向信號中繼器積體電路晶片可設置於該纜線中且鄰近該第一介面埠處，該雙向信號中繼器積體電路晶片包含：一雙向放大器，電性連接於該第一介面埠之一第一接腳；以及一感測器，電性連接於該第一介面埠之一第二接腳，當該第一介面埠與該第二介面埠間之通訊協定從一第一通訊協定改變至一第二通訊協定時，該第一感測器於第二接腳上所測得之一電氣特性符合一第一條件而控制該雙向放大器由一第一方向改為朝一第二方向傳輸信號，其中該第一方向不同於該第二方向。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
承上所述，為能使整合有信號中繼器(ReDriver)的USB Type-C纜線，仍然具有任意方向安裝的特性，本案發展出下列技術手段。在本案說明書中，吾人將一對差動信號(a differential pair signal)稱為一對差動信號傳輸通道(one lane)。舉例來說，在USB 3.2 Gen1x2通訊協定或USB 3.2 Gen2x2通訊協定的設定中，主機端跟設備端之間有四對差動信號傳輸通道(four lanes) ，其中兩對差動信號傳輸通道TX，用以從主機端傳送信號TX+/TX-到設備端，另兩對差動信號接收通道RX，用以從設備端接收信號RX+/RX-到主機端。另外，可以與USB Type C相容的DisplayPort通訊協定中，有規範從主機端到設備端之間則可能設有一對、兩對或四對差動信號傳輸通道，用以傳送DisplayPort通訊協定。傳送DisplayPort通訊協定的方向皆是從主機端傳送到設備端。其中當主機端與設備端之間使用一對或兩對差動信號傳輸通道傳送DisplayPort通訊協定的部份被稱為多功能傳輸信號(Multi-function)通訊協定，而當主機端與設備端之間使用四對差動信號傳輸通道傳送DisplayPort通訊協定的部份則被稱為DisplayPort（4通道）通訊協定。也就是說，當通訊協定從USB 3.2改變到DisplayPort （4通道）通訊協定時，會有兩對差動信號傳輸通道方向需要相反，舉例來說，在USB 3.2 Gen1x2通訊協定或USB 3.2 Gen2x2通訊協定的設定中，上述兩對差動信號接收通道RX的方向將改為差動信號傳輸通道TX的方向，也就是由從主機端傳送信號至設備端。而當通訊協定從USB 3.2改變到多功能傳輸信號通訊協定時，會有一對差動信號傳輸通道方向需要相反，舉例來說，在USB 3.2 Gen1x2通訊協定或USB 3.2 Gen2x2通訊協定的設定中，上述一對差動信號接收通道RX的方向將改為差動信號傳輸通道TX的方向，也就是由從主機端傳送信號至設備端。重要的是，本案的信號中繼器(ReDriver)將會知道每對通道的方向並正確地進行切換。此外，主動式纜線(active cable)的兩端可能各設有一信號中繼器。由於纜線將主機端的TX傳輸通道連接到設備端的RX傳輸通道，因此靠近主機端的信號中繼器的方向性要求與靠近設備端的信號中繼器的方向性要求會剛好相反，反之亦然。根據上述需求，本案將提出一種裝置與方法，用於使信號中繼器可確定它耦接於主機端或是在設備端，然後信號中繼器進而可以為每對通道切換正確的傳輸方向。在另一實施例中，主動式纜線亦可能僅設有一個信號中繼器，操作方式皆相同，將於以下詳細說明。
請參見圖2至圖4，其分別是USB Type-C的接腳位置分佈示意圖。其中圖2描述了USB Type-C母座接腳(receptacle connector pin)的位置分佈前視示意圖。而圖3則描述了USB Type-C公頭接腳(plug connector pin) 的位置分佈前視示意圖。 至於圖4則描述了USB Type-C標準纜線組接線(standard cable assembly wiring)的詳細內容。 根據圖中表格內容可知，第一號USB Type-C公頭（USB Type-C　plug＃1）的接腳A8（SBU1）通過接線(Wire)連接到第二號USB Type-C公頭（USB Type-C　plug＃2）的接腳B8（SBU2）。反之，第二號USB Type-C公頭（USB Type-C　plug＃2）的接腳A8（SBU1）通過導線(Wire)連接到第一號USB Type-C公頭（USB Type-C　plug＃1）的接腳B8（SBU2）。
而上述USB Type-C標準纜線的第一號USB Type-C公頭與第二號USB Type-C公頭可分別插入第一C型USB母座與第二C型USB母座，當該第一C型USB母座與第二C型USB母座間之通訊協定從C型USB通訊協定改變至DisplayPort通訊協定（又稱顯示埠替代模式，DisplayPort Alt Mode）時，可以讓單一USB Type-C纜線同時傳輸DisplayPort信號與USB信號，無須再透過額外的轉接器。而且當DisplayPort信號傳輸並不需要用到4條通道時，例如是多功能傳輸信號通訊協定，還可以利用其他沒有被使用的通道來進行USB Type-C的信號傳輸，同時還能具備傳輸電力的功能。
而在顯示埠替代模式的規格中， USB標準中的DFP被改寫成DFP_D(Downstream Facing Port in DisplayPort)，代表DisplayPort v1.3規格中所定義的下行連接埠。其通常與DisplayPort的信號源(例如電腦)設備相關聯，也可能與DisplayPort分支設備(DisplayPort Branch device)相關聯。至於USB標準中的UFP則被改寫成UFP_D(Upstream Facing Port in DisplayPort)是代表DisplayPort v1.3規格中所定義的上行連接埠。UFP_D通常與DisplayPort的信號接收端設備(例如螢幕)相關聯，但也可能與DisplayPort分支設備(DisplayPort Branch device)相關聯。另外，DP_BR(DisplayPort Bit rate) 代表DP v1.3規格中所定義的電子信號比特率，意即RBR，HBR，HBR2和HBR3四種傳輸速度之一。
再請參見圖5至圖8，其分別是從DisplayPort Alt Mode on USB Type-C v1.0a規格書中所擷取的技術資料，主要是關於切換至顯示埠替代模式 (DisplayPort Alt Mode)纜線中信號接腳連接的示意圖。其中圖5描述了當DFP_D和UFP_D纜線公頭均為正常方向(Normal Plug Orientation)時，USB Type-C上關於DisplayPort接腳的分配示意圖。圖6描述了當DFP_D纜線公頭倒置(上下顛倒)時，USB Type-C上的DisplayPort接腳的分配示意圖。至於圖7則描述了當UFP_D纜線公頭方向倒置(上下顛倒)時，USB Type-C上的DisplayPort接腳地分配示意圖。圖8描述了當DFP_D和UFP_D纜線公頭方向都是倒置 (上下顛倒)時，USB Type-C上的DisplayPort接腳分配示意圖。
而發明人由上述圖式與說明中觀察出，無論纜線的方向如何，連接至DFP_D(DisplayPort的信號源)的纜線公頭的A8接腳始終連接到DFP_D(DisplayPort的信號源)母座上的AUX_CH_P接腳。同時，無論纜線的方向如何，DFP_D(DisplayPort的信號源)纜線公頭B8接腳始終連接到DFP_D(DisplayPort的信號源)母座AUX_CH_N接腳。另外，無論纜線方向如何，UFP_D(DisplayPort的信號接收端)纜線公頭A8接腳始終連接到UFP_D(DisplayPort的信號接收端)母座AUX_CH_N接腳。再者，無論纜線方向如何，UFP_D(DisplayPort的信號接收端)纜線公頭B8接腳始終連接到UFP_D(DisplayPort的信號接收端)母座AUX_CH_P接腳。
接著再請參見圖9，其係DisplayPort v1.4規格書中關於AUX CH差動信號對（Differential Pair）的電路功能方塊示意圖。由此圖中的電源電壓值與分壓電阻的電阻值可以推出AUX_CH_P和AUX_CH_N的電壓值範圍。其中AUX_CH_P的電壓值範圍約為2.5V~3.3V的1％~10％，經換算後可以得到AUX_CH_P上的電壓值範圍為0.024752475V~0.313574661V。 而AUX_CH_N的電壓值範圍約為DP_PWR的90％~99％。再根據DisplayPort v1.4規格書所取得之資訊，DFP_D上的DP_PWR範圍為2.89V~3.6V（標準值為3.3V）。因此經換算後，AUX_CH_N上的電壓範圍為2.615384615V~3.564356436V。
於是透過研究上述規格書的內容以及運算後，發明人整理歸納運算出AUX_CH_P和AUX_CH_N的電壓值範圍。如此一來，本案便可利用上述AUX_CH_P和AUX_CH_N的電壓特性，讓主動式纜線中的信號中繼器可以判斷出其本身是位於主機端（DFP_D）或設備端（UFP_D），使得信號中繼器可以確定每個通道的傳輸方向，進而可以為每對通道切換正確的傳輸方向。
請參見圖10，其係本案所發展出來之信號傳輸方向調整方法的流程示意圖，可應用於電性連接於第一介面埠與第二介面埠間之纜線中，而該方法包含下列步驟：先判斷該第一介面埠與該第二介面埠間之通訊協定是否從第一通訊協定改變至第二通訊協定(步驟901)，若是，便感測該第一介面埠中至少一第一接腳上的一電氣特性(步驟902)，接著判斷該電氣特性是否符合一第一條件(步驟903)，若是，則控制該纜線中至少一對差動信號傳輸通道由一第一方向改為朝一第二方向傳輸信號(步驟904)。
而以C型USB架構為例，上述電性連接於第一介面埠與第二介面埠間之纜線，可以是應用於電性連接於第一C型USB母座與第二C型USB母座間之C型USB纜線之上，該C型USB纜線中該對差動信號傳輸通道之一者(舉例來說為圖11中的B11/B10)上串接有第一雙向放大器(舉例圖11中的1021)以及第二雙向放大器(舉例圖11中的1026)，該第一雙向放大器設置於該纜線中且鄰近該第一C型USB母座，該第二雙向放大器設置於該纜線中且鄰近該第二C型USB母座。再者，該第一通訊協定為USB 3.2通訊協定，而該第二通訊協定則可以是DisplayPort通訊協定，該第一介面埠之該第一接腳為C型USB公頭之接腳A8或接腳B8，其中該電氣特性為一電壓值，而測得之該電壓值位於一第一預設範圍便是符合該第一條件，而假設該第一方向為設備端傳送至主機端之方向，該第二方向為主機端傳送至設備端之方向。至於控制該對差動信號傳輸通道由該第一方向改朝該第二方向傳輸信號之步驟係包含：將該第一雙向放大器中之一第一方向放大器與該第二雙向放大器之一第一方向放大器開啟以及將該第一雙向放大器中之一第二方向放大器與該第二雙向放大器之一第二方向放大器關閉改為將該第一雙向放大器中之該第一方向放大器與該第二雙向放大器之該第一方向放大器關閉以及將該第一雙向放大器中之該第二方向放大器與該第二雙向放大器之該第二方向放大器開啟。若以圖11來說明，圖11左方為纜線的公頭連接於主機端，右方為纜線的另一公頭連接於設備端，其中第一雙向放大器1021之下方的為第一方向放大器，第一雙向放大器1021之上方的為第二方向放大器。第二雙向放大器1026之下方的為第一方向放大器，第二雙向放大器1026之上方的為第二方向放大器。當然，該電氣特性除了可以是電壓值外，還可以是電流值或電容值的範圍或變化，可以視應用環境的改變來進行設計上的調整。
再舉例來詳細說明，本案方法可以透過測量公頭A8接腳和B8接腳上的電壓來進行判斷。 這是因為主機端（DFP_D）公頭的A8接腳連接至AUX_CH_P，因此於其上所量測到的電壓範圍為0.024752475V~0.313574661V(意即上述的第一預設範圍)。或是，主機端公頭的B8接腳連接至AUX_CH_N，因此於其上所量測到的電壓範圍為2.615384615V~3.564356436V(也可當第一預設範圍)。 另外，設備端（UFP_D）公頭A8必須為AUX_CH_N，電壓範圍為2.615384615V~3.564356436V，設備端公頭B8必須為AUX_CH_P，電壓範圍為0.024752475V~0.313574661V。 因此，本案方法便可以運用此些資訊來確定公頭所連接之元件是主機端或是設備端，進而決定出相對應信號通道的傳輸方向。
再請參見圖11，其係根據上述技術概念與方法所發展出與信號傳輸方向調整裝置相關的硬體功能方塊示意圖，其中描繪了兩個雙向信號中繼器積體電路晶片1011、1012和纜線組(cable assembly)1013的功能方塊示意圖。雙向信號中繼器積體電路晶片1011、1012可以分別被包覆於纜線組1013兩端的接頭殼體(圖未示出)中，而雙向信號中繼器積體電路晶片1011、1012中設置有16個雙向的信號放大器 (每個積體電路晶片中分別設置有8個雙向的信號放大器)。圖11所繪之關於雙向的信號放大器(又稱雙向放大器)的功能方塊1021-1028為簡化後的示意圖，其中B11/B10所連接之雙向的信號放大器的功能方塊1021，是指B11跟B10所分別連接的兩個雙向的信號放大器，但因其具有同樣電路的連接方式，所以以一個功能方塊來表示，依此類推，其他信號接腳如A2/A3、A11/A10、B2/B3之所示皆為如此。
另外，積體電路晶片1011、1012分別設置有一個配置通道邏輯（Configuration Channel logic）單元1031、1032，可以用來解讀與電源傳送相關的USB PD (USB Power Delivery) 之SOP'/ SOP''訊息並做出相對應的操作。再者，本案於每個積體電路晶片還分別設置有電壓感測器1041、1042，每個電壓感測器皆分別電性連接到接腳A8 / 接腳B8，用以感測出接腳上的電壓值分佈型態來確定雙向信號中繼器的方向性。
再請參見圖12，其係本案所發展出來的信號傳輸方向調整方法之流程示意圖，其可利用圖11所示之電路來執行，但是並不限於圖11所示之電路，當然可以利用其他類似的功能電路來執行此方法步驟。首先，步驟1101是用來判斷通訊協定是否從第一通訊協定改變至第二通訊協定。在一實施例中，步驟1101是用來判斷通訊協定是否由USB3.2改變成DisplayPort(4通道)通訊協定或是多功能傳輸信號通訊協定(可由配置通道邏輯單元1031/1032或類似功能的程式來判斷協定是否改變)。在另一實施例中，步驟1101是用來判斷通訊協定是否由DisplayPort(4通道)通訊協定改變成多功能傳輸信號通訊協定。在又一實施例中，步驟1101是用來判斷通訊協定是否由多功能傳輸信號通訊協定改變成DisplayPort(4通道)通訊協定。
在一實施例中，當通訊協定是由USB3.2改變成DisplayPort(4通道)通訊協定時，便進入步驟1102，用以進行對公頭的A8接腳和B8接腳上的電壓來進行測量與判斷，進而判斷出該公頭是位於主機端或是設備端，然後根據判斷的結果來分別進行第一組的暫存器值設定(步驟1103)或是第二組的暫存器值設定(步驟1104)。在一實施例中，可以利用微控制器(圖11中未能顯示)的韌體來改寫方向控制暫存器(register，圖11中未能顯示）為第一組的暫存器值設定或是第二組的暫存器值設定，便可以達到相對應信號通道傳輸方向的控制。在另一實施例中，也可利用硬體線路設計直接對雙向信號中繼器積體電路晶片的每一雙向的信號放大器進行控制，以控制相對應信號通道傳輸方向。
另外，當通訊協定是由USB3.2通訊協定改變成為多功能傳輸信號通訊協定時，便進入步驟1105，同樣進行對公頭的A8接腳及/或B8接腳上的電壓來進行測量與判斷，進而判斷出該公頭是位於主機端或是設備端，然後根據判斷的結果來分別進行第三組的暫存器值設定(步驟1106)或是第四組的暫存器值設定(步驟1107)。
而步驟1102與步驟1105中所進行之電壓測量與判斷，可以是僅利用雙向信號中繼器積體電路晶片1011中的電壓感測器1041來測量公頭上A8接腳和B8接腳上的電壓來進行判斷。若測量到公頭上A8接腳電壓為0.024752475V~0.313574661V，而公頭上B8接腳電壓為2.615384615V~3.564356436V，雙向信號中繼器積體電路晶片1011便可判斷它所接近的是主機端，然後可以進一步通知另一個接頭，它所接近的是設備端。反之，當測量到公頭上A8接腳電壓為2.615384615V~3.564356436V，公頭上B8接腳電壓為0.024752475V~0.313574661V，雙向信號中繼器積體電路晶片1011便可判斷它所接近的是設備端，然後可以進一步通知另一個接頭，它所接近的是主機端。當然，也可以僅利用雙向信號中繼器積體電路晶片1012中的電壓感測器1042來進行接腳電壓的感測，同樣可以得到它是靠近主機端還是設備端。當然，也可以同時利用電壓感測器1041以及1042來進行接腳電壓的感測，同時得到兩邊公頭所分別接近的是主機端還是設備端。
然後根據步驟1102的判斷結果(接近的是主機端還是設備端)來分別進行第一組的暫存器值設定(步驟1103，接近的是主機端)或是第二組的暫存器值設定(步驟1104，接近的是設備端)，其細節將以下列文字來舉例說明。當上述雙向操作的需求從USB 3.2 Gen1x2或Gen2x2切換到DisplayPort的 (4通道)傳輸信號協定時，會有2個通道方向需要反向。以下使用一對公頭接腳編號所形成的二維座標值來表示信號中繼器的方向。以下的說明皆配合以圖11進行簡要的說明。再次強調，圖11所繪之關於雙向的信號放大器(又稱雙向放大器)的功能方塊1021-1028為簡化後的示意圖，其中B11/B10並非共用所連接之雙向的信號放大器的功能方塊1021，而是指B11跟B10所分別連接的兩個雙向的信號放大器，但因其具有同樣電路的連接方式，所以以一個功能方塊來表示，依此類推，其他信號接腳如A2/A3、A11/A10、B2/B3之所示皆為如此。
當運作於 USB 3.2的協定下，信號中繼器的傳輸方向為（DFP_D.A2，UFP_D.B11）（DFP_D.A3，UFP_D.B10）（UFP_D.A2，DFP_D.B11）（UFP_D.A3，DFP_D.B10）（DFP_D.B2，UFP_D.A11）（DFP_D.B3，UFP_D.A10）（UFP_D.B2，DFP_D.A11）（UFP_D.B3，DFP_D.A10）。 其中（DFP_D.A2，UFP_D.B11）表示信號從主機端（DFP_D）的A2接腳將傳送到設備端（UFP_D）的B11接腳，以此類推（DFP_D.A3，UFP_D.B10）表示信號從主機端（DFP_D）的A3接腳將傳送到設備端（UFP_D）的B10接腳，（UFP_D.A2，DFP_D.B11）（UFP_D.A3，DFP_D.B10）則分別代表信號從設備端（UFP_D）的A2接腳將傳送到主機端（DFP_D）的B11接腳以及從設備端（UFP_D）的A3接腳將傳送到主機端（DFP_D）的B10接腳。另外，（DFP_D.B2，UFP_D.A11）表示信號從主機端（DFP_D）的B2接腳將傳送到設備端（UFP_D）的A11接腳、（DFP_D.B3，UFP_D.A10）表示信號從主機端（DFP_D）的B3接腳將傳送到設備端（UFP_D）的A10接腳、（UFP_D.B2，DFP_D.A11）代表信號從設備端（UFP_D）的B2接腳將傳送到主機端（DFP_D）的A11接腳、（UFP_D.B3，DFP_D.A10）代表信號從設備端（UFP_D）的B3接腳將傳送到主機端（DFP_D）的A10接腳。
而當通訊協定切換到DisplayPort (4通道)傳輸信號協定時，當步驟1102的判斷結果為接近的是主機端，則進行第一組的暫存器值設定。信號中繼器的方向將被設定為（DFP_D.A2，UFP_D.B11）（DFP_D.A3，UFP_D.B10）（DFP_D.B11，UFP_D.A2）（DFP_D.B10，UFP_D.A3）（DFP_D.B2，UFP_D.A11）（DFP_D.B3，UFP_D.A10）（DFP_D.A11，UFP_D.B2）（DFP_D.A10，UFP_D.B3）。於上述USB 3.2 Gen1x2或Gen2x2協定的設定來比較，原通道（UFP_D.A2，DFP_D.B11）、（UFP_D.A3，DFP_D.B10）、（UFP_D.B2，DFP_D.A11）與（UFP_D.B3，DFP_D.A10）會被設定成反向，進而成為（DFP_D.B11，UFP_D.A2）、（DFP_D.B10，UFP_D.A3）、（DFP_D.A11，UFP_D.B2）與（DFP_D.A10，UFP_D.B3）。
在本實施例中，假設圖11中判定左方為連接至主機端，上述的暫存器設定便可將圖11中的雙向放大器1026、1021、1028、1023中原本”右往左”的放大器開啟，把”左往右”的放大器關閉切換為把”右往左”的放大器關閉，把”左往右”的放大器開啟。進而完成DisplayPort (4 通道)傳輸信號協定中的設定。如此將可以解決習用手段的缺失，達到使得信號線可以自動偵測出主機端與設備端的位置而達成信號線的自動配置。
而當通訊協定切換到DisplayPort (4通道)傳輸信號協定時，當步驟1102的判斷結果為接近的是設備端，則進行第二組的暫存器值設定。信號中繼器的方向將被設定為（DFP_D.A2，UFP_D.B11）（DFP_D.A3，UFP_D.B10）（DFP_D.B11，UFP_D.A2）（DFP_D.B10，UFP_D.A3）（DFP_D.B2，UFP_D.A11）（DFP_D.B3，UFP_D.A10）（DFP_D.A11，UFP_D.B2）（DFP_D.A10，UFP_D.B3）。於上述USB 3.2 Gen1x2或Gen2x2協定的設定來比較，原通道（UFP_D.A2，DFP_D.B11）、（UFP_D.A3，DFP_D.B10）、（UFP_D.B2，DFP_D.A11）與（UFP_D.B3，DFP_D.A10）會被設定成反向，進而成為（DFP_D.B11，UFP_D.A2）、（DFP_D.B10，UFP_D.A3）、（DFP_D.A11，UFP_D.B2）與（DFP_D.A10，UFP_D.B3）。
在本實施例中，假設圖11中判定左方為連接至設備端，上述的暫存器設定便可將圖11中的雙向放大器1022、1025、1024、1027中原本”左往右”的放大器開啟，把”右往左”的放大器關閉切換為把”左往右”的放大器關閉，把”右往左”的放大器開啟。進而完成DisplayPort (4 通道)傳輸信號協定中的設定。如此將可以解決習用手段的缺失，達到使得信號線可以自動偵測出主機端與設備端的位置而達成信號線的自動配置。
在步驟1105中，通訊協定是從USB 3.2改變成多功能傳輸信號通訊協定的情況，因此僅有1個通道方向需要反向。然後根據步驟1105的判斷結果(接近的是主機端還是設備端)來分別進行第三組的暫存器值設定(步驟1106，接近的是主機端)或是第四組的暫存器值設定(步驟1107，接近的是設備端)。同樣地， USB 3.2 Gen1x2或Gen2x2的信號中繼器的原始方向為（DFP_D.A2，UFP_D.B11）（DFP_D.A3，UFP_D.B10）（UFP_D.A2，DFP_D.B11）（UFP_D.A3，DFP_D.B10）（DFP_D.B2，UFP_D.A11）（DFP_D.B3，UFP_D.A10）（UFP_D.B2，DFP_D.A11）（UFP_D.B3，DFP_D.A10）。
而當通訊協定切換成多功能傳輸信號通訊協定時，當步驟1105的判斷結果為接近的是主機端，則進行第三組的暫存器值設定。信號中繼器的方向被設定為（DFP_D.A2，UFP_D.B11）（DFP_D.A3，UFP_D.B10）（UFP_D.A2，DFP_D.B11）（UFP_D.A3，DFP_D.B10）（DFP_D.B2，UFP_D.A11）（DFP_D.B3，UFP_D.A10）（DFP_D.A11，UFP_D.B2）（DFP_D.A10，UFP_D.B3）。於上述USB 3.2 Gen1x2或Gen2x2協定的設定來比較，原通道（UFP_D.B2，DFP_D.A11）與（UFP_D.B3，DFP_D.A10）會被設定成反向，進而成為（DFP_D.A11，UFP_D.B2）（DFP_D.A10，UFP_D.B3）。
在本實施例中，假設圖11中判定左方為連接至主機端，上述的暫存器設定便可將圖11中的雙向放大器1023、1028中原本”右往左”的放大器開啟，把”左往右”的放大器關閉切換為把”右往左”的放大器關閉，把”左往右”的放大器開啟。進而完成多功能傳輸信號通訊協定中的設定。如此將可以解決習用手段的缺失，達到使得信號線可以自動偵測出主機端與設備端的位置而達成信號線的自動配置。
而當通訊協定切換到多功能傳輸信號通訊協定時，當步驟1105的判斷結果為接近的是設備端，則進行第四組的暫存器值設定。信號中繼器的方向將被設定為（DFP_D.A2，UFP_D.B11）（DFP_D.A3，UFP_D.B10）（UFP_D.A2，DFP_D.B11）（UFP_D.A3，DFP_D.B10）（DFP_D.B2，UFP_D.A11）（DFP_D.B3，UFP_D.A10）（DFP_D.A11，UFP_D.B2）（DFP_D.A10，UFP_D.B3）。於上述USB 3.2 Gen1x2或Gen2x2協定的設定來比較，原通道（UFP_D.B2，DFP_D.A11）與（UFP_D.B3，DFP_D.A10）會被設定成反向，進而成為（DFP_D.A11，UFP_D.B2）與（DFP_D.A10，UFP_D.B3）。
在本實施例中，假設圖11中判定左方為連接至設備端，上述的暫存器設定便可將圖11中的雙向放大器1024、1027中原本”左往右”的放大器開啟，把”右往左”的放大器關閉切換為把”左往右”的放大器關閉，把”右往左”的放大器開啟。進而完成多功能傳輸信號通訊協定中的設定。如此將可以解決習用手段的缺失，達到使得信號線可以自動偵測出主機端與設備端的位置而達成信號線的自動配置。
至於步驟1108則是判斷通訊協定是否切換回USB3.2、插頭被拔除，亦或是在DisplayPort (4通道)傳輸信號協定與多功能傳輸信號通訊協定間切換，若是，便進入步驟1109，主要是重新初始化暫存器的數值，例如使暫存器的數值重置成為USB 3.2的原始方向設置的暫存器數值。
在另一實施例中，主動式纜線亦可能僅設有一個信號中繼器，其操作方式仍可運用圖10與圖12之信號傳輸方向調整方法，使得該信號中繼器可確定它耦接於主機端或是在設備端，然後信號中繼器進而可以為每對差動信號傳輸通道切換正確的傳輸方向。舉例來說，圖11中的主動式纜線僅設有一個信號中繼器積體電路晶片1011，信號中繼器積體電路晶片1011仍會執行圖10所述之信號傳輸方向調整方法。
而以C型USB架構為例，上述電性連接於第一介面埠與第二介面埠間之纜線，可以是應用於電性連接於第一C型USB母座與第二C型USB母座間之C型USB纜線之上，該C型USB纜線中該對差動信號傳輸通道之一者(舉例來說為圖11中的B11/B10)上串接有第一雙向放大器(舉例圖11中的1021)，該第一雙向放大器設置於該纜線中且鄰近該第一C型USB母座。再者，該第一通訊協定為USB 3.2通訊協定，而該第二通訊協定則可以是DisplayPort通訊協定，該第一介面埠之該第一接腳為C型USB公頭之接腳A8或接腳B8，其中該電氣特性為一電壓值，而測得之該電壓值位於一第一預設範圍便是符合該第一條件，而假設該第一方向為設備端傳送至主機端之方向，該第二方向為主機端傳送至設備端之方向。至於控制該對差動信號傳輸通道由該第一方向改朝該第二方向傳輸信號之步驟係包含：將該第一雙向放大器中之一第一方向放大器開啟以及將該第一雙向放大器中之一第二方向放大器關閉改為將該第一雙向放大器中之該第一方向放大器關閉以及將該第一雙向放大器中之該第二方向放大器開啟。若以圖11來說明，圖11左方為纜線的公頭連接於主機端，右方為纜線的另一公頭連接於設備端，其中第一雙向放大器1021之下方的為第一方向放大器，第一雙向放大器1021之上方的為第二方向放大器。當然，該電氣特性除了可以是電壓值外，還可以是電流值或電容值的範圍或變化，可以視應用環境的改變來進行設計上的調整。
總結而言，本發明使設置有至少一信號中繼器的主動式USB纜線仍可具備有任意方向插接的功能，有效解決習知手段之缺失。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，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。
10‧‧‧纜線 11‧‧‧公頭構造 111‧‧‧上層 112‧‧‧下層 1011、1012‧‧‧雙向信號中繼器積體電路晶片 1013‧‧‧纜線組 1021-1028‧‧‧雙向的信號放大器功能方塊 1031、1032‧‧‧配置通道邏輯單元 1041、1042‧‧‧電壓感測器
圖1所示的是USB Type-C纜線之公頭構造示意圖。 圖2所示的是USB Type-C母座接腳的位置分佈前視示意圖。 圖3所示的是USB Type-C公頭接腳的位置分佈前視示意圖。 圖4所示的是USB Type-C標準纜線組接線的詳細內容示意圖。 圖5描述了當DFP_D和UFP_D纜線公頭均為正常方向時，USB Type-C上關於DisplayPort接腳的分配示意圖。 圖6描述了當DFP_D纜線公頭上下顛倒時，USB Type-C上的DisplayPort接腳的分配示意圖。 圖7則描述了當UFP_D纜線公頭方向上下顛倒時，USB Type-C上的DisplayPort接腳地分配示意圖。 圖8描述了當DFP_D和UFP_D纜線公頭方向都是上下顛倒時，USB Type-C上的DisplayPort接腳分配示意圖。 圖9，其係DisplayPort v1.4規格書中關於AUX CH差動信號對的電路功能方塊示意圖。 圖10，其係本案所發展出來之信號傳輸方向調整方法的流程示意圖。 圖11，其係本案所發展出關於信號傳輸方向調整裝置的硬體功能方塊示意圖。 圖12，其係本案所發展出來的信號傳輸方向調整方法之流程示意圖。
1011、1012‧‧‧雙向信號中繼器積體電路晶片
1013‧‧‧纜線組
1021-1028‧‧‧雙向的信號放大器
1031、1032‧‧‧配置通道邏輯單元
1041、1042‧‧‧電壓感測器

Claims (15)

  1. 一種信號傳輸方向調整方法，其包含下列步驟：提供一纜線，該纜線兩端分別設置有一第一公頭與一第二公頭且一第一信號傳輸方向調整裝置設置於該第一公頭處；活動式地將該第一公頭與該第二公頭分別連接至一第一介面埠與一第二介面埠；該第一信號傳輸方向調整裝置感測該第一介面埠中至少一第一接腳上的一電氣特性；以及當該第一介面埠與該第二介面埠間之通訊協定從一第一通訊協定改變至一第二通訊協定，且測得之該電氣特性符合一第一條件時，控制該纜線中至少一對差動信號傳輸通道由一第一方向改為朝相反的一第二方向傳輸信號，其中該纜線中該對差動信號傳輸通道上皆分別串接一第一雙向放大器，該第一雙向放大器設置於該纜線中且鄰近該第一介面埠，而控制該對差動信號傳輸通道由該第一方向改為朝該第二方向傳輸信號之步驟係包含：將該第一雙向放大器中之一第一方向放大器開啟以及將該第一雙向放大器中之一第二方向放大器關閉改為將該第一雙向放大器中之該第一方向放大器關閉以及將該第一雙向放大器中之該第二方向放大器開啟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之信號傳輸方向調整方法，其中該第一通訊協定為USB 3.2通訊協定，而該第二通訊協定為DisplayPort通訊協定，該第一介面埠之該第一接腳為C型USB公頭 之接腳A8或接腳B8，其中該電氣特性為一電壓值，而測得之該電壓值位於一第一預設範圍便是符合該第一條件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之信號傳輸方向調整方法，其中該DisplayPort通訊協定為一多功能傳輸信號(Multi-function)通訊協定或是一DisplayPort(4通道)通訊協定。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之信號傳輸方向調整方法，其中更包含下列步驟：將一第二信號傳輸方向調整裝置設置於該第二公頭處來感測該第二介面埠中至少一第二接腳上的該電氣特性；以及當該第一介面埠與該第二介面埠間之通訊協定從該第一通訊協定改變至該第二通訊協定，且測得之該電氣特性符合一第二條件時，控制該纜線中至少該對差動信號傳輸通道由該第一方向改為朝相反的該第二方向傳輸信號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之信號傳輸方向調整方法，其中該纜線中該對差動信號傳輸通道上皆分別串接有該第一雙向放大器以及一第二雙向放大器，該第一雙向放大器設置於該纜線中且鄰近該第一介面埠，該第二雙向放大器設置於該纜線中且鄰近該第二介面埠，而控制該對差動信號傳輸通道由該第一方向改為朝該第二方向傳輸信號之步驟係包含：將該第一雙向放大器中之一第一方向放大器與該第二雙向放大器之一第一方向放大器開啟以及將該第一雙向放大器中之一第二方向放大器與該第二雙向放大器之一第二方向放大器關閉改為將該第一雙向放大器中之該第一方向放大器與該第二雙向放大器之該第一方向放大器關閉以及將該第一雙向放大器中 之該第二方向放大器與該第二雙向放大器之該第二方向放大器開啟。
  6. 一種纜線，應用於一第一介面埠與一第二介面埠間，該纜線包含：一第一公頭與一第二公頭，分別設置於該纜線之兩端，該第一公頭與該第二公頭活動式地分別連接至該第一介面埠與該第二介面埠；一第一雙向放大器，設置於該第一公頭中且鄰近該第一介面埠，電性連接於該第一介面埠之一第一接腳；一第一感測器，設置於該第一公頭中且鄰近該第一介面埠並電性連接於該第一介面埠之一第二接腳，當該第一介面埠與該第二介面埠間之通訊協定從一第一通訊協定改變至一第二通訊協定時，該第一感測器於第二接腳上所測得之一第一電氣特性符合一第一條件而控制該第一雙向放大器之信號傳輸方向，由一第一方向改為朝相反的一第二方向傳輸信號，其中控制該第一雙向放大器傳輸信號之作法包含：將該第一雙向放大器中之一第一方向放大器開啟以及將該第一雙向放大器中之一第二方向放大器關閉改為將該第一雙向放大器中之該第一方向放大器關閉以及將該第一雙向放大器中之該第二方向放大器開啟。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之纜線，該纜線為一C型USB纜線，該第一介面埠為一第一C型USB母座，該第二介面埠為一第二C型USB母座，該第一感測器為一第一電壓感測器，該第一電氣特性為一第一電壓值，該第一雙向放大器與該第一電壓感測器完成於一第一雙向信號中繼器積體電路晶片中，設置於鄰近該第一C型USB母座之該纜線的該第一公頭外殼中。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之纜線，其中該第一C型USB母座之該第二接腳為接腳A8或接腳B8，當該第一介面埠與該第二介面埠間之通訊協定從USB 3.2通訊協定改變至DisplayPort通訊協定，且該第一電壓感測器於該第二接腳上所測得之電壓值範圍符合該第一條件時，控制該第一雙向放大器由一第一方向改為朝一第二方向傳輸信號，而該第一方向不同於該第二方向。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之纜線，其中更包含：一第二雙向放大器，設置於該纜線中且鄰近該第二介面埠，電性連接於該第二介面埠之一第三接腳與該第一雙向放大器；以及一第二感測器，設置於該纜線中且鄰近該第二介面埠並電性連接於該第二介面埠之一第四接腳，該第二電壓感測器根據於第四接腳上所測得之一第二電氣特性符合一第二條件而控制該第二雙向放大器之信號傳輸方向。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之纜線，該纜線為一C型USB纜線，該第一介面埠為一第一C型USB母座，該第二介面埠為一第二C型USB母座，該第一感測器為一第一電壓感測器，該第二感測器為一第二電壓感測器，該第一與第二電氣特性分別為一第一電壓值與一第二電壓值，該第一雙向放大器與該第一電壓感測器完成於一第一雙向信號中繼器積體電路晶片中，設置於鄰近該第一C型USB母座之該纜線的該第一公頭外殼中，該第二雙向放大器與該第二電壓感測器完成於一第二雙向信號中繼器積體電路晶片中，設置於鄰近該第二C型USB母座之該纜線的該第二公頭外殼。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之纜線，其中該第二C型USB母座之該第四接腳為接腳A8或接腳B8，當該第一介面埠與該第二介面埠間之通訊協定從USB 3.2通訊協定改變至DisplayPort通訊協定，且該第二電壓感測器於該第四接腳上所測得之電壓值範圍符合該第二條件時，控制該第二雙向放大器由該第一方向改為朝該第二方向傳輸信號，而該第一方向不同於該第二方向。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之纜線，其中控制該第一雙向放大器與該第二雙向放大器傳輸信號之作法包含：將該第一雙向放大器中之一第一方向放大器與該第二雙向放大器之一第一方向放大器開啟以及將該第一雙向放大器中之一第二方向放大器與該第二雙向放大器之一第二方向放大器關閉改為將該第一雙向放大器中之該第一方向放大器與該第二雙向放大器之該第一方向放大器關閉以及將該第一雙向放大器中之該第二方向放大器與該第二雙向放大器之該第二方向放大器開啟。
  13. 一種雙向信號中繼器積體電路晶片，應用於電性連接於一第一介面埠與一第二介面埠間之一纜線中，該纜線兩端分別設置有一第一公頭與一第二公頭，該第一公頭與該第二公頭可活動式地分別連接至該第一介面埠與該第二介面埠，該雙向信號中繼器積體電路晶片設置於該纜線之該第一公頭中且鄰近該第一介面埠處，該雙向信號中繼器積體電路晶片包含：一雙向放大器，電性連接於該第一介面埠之一第一接腳；以及一感測器，電性連接於該第一介面埠之一第二接腳，當該第一介面埠與該第二介面埠間之通訊協定從一第一通訊協定改變至一第二通訊 協定時，該第一感測器於第二接腳上所測得之一電氣特性符合一第一條件而控制該雙向放大器由一第一方向改為朝相反的一第二方向傳輸信號，其中控制該雙向放大器由該第一方向改為朝該第二方向傳輸信號之作法係包含：將該第一雙向放大器中之一第一方向放大器開啟以及將該第一雙向放大器中之一第二方向放大器關閉改為將該第一雙向放大器中之該第一方向放大器關閉以及將該第一雙向放大器中之該第二方向放大器開啟。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之雙向信號中繼器積體電路晶片，其所應用於上之該纜線為一C型USB纜線，該第一介面埠為一第一C型USB母座，該第二介面埠為一第二C型USB母座，該感測器為一電壓感測器，該電氣特性為一電壓值，該雙向信號中繼器積體電路晶片中設置於鄰近該第一C型USB母座之該纜線的該第一公頭外殼中。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之雙向信號中繼器積體電路晶片，其中該第一C型USB母座之該第二接腳為接腳A8或接腳B8，當該第一介面埠與該第二介面埠間之通訊協定從USB 3.2通訊協定改變至DisplayPort通訊協定，且該電壓感測器於該第二接腳上所測得之電壓值範圍符合該第一條件時，控制該雙向放大器由該第一方向改為朝該第二方向傳輸信號，其中該第一方向不同於該第二方向。
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