TWI830559B

TWI830559B - 可縮短快速角色交換時間之連接埠擴充基座

Info

Publication number: TWI830559B
Application number: TW111150406A
Authority: TW
Inventors: 林宇騫; 黃貫庭; 周志錦; 彭玉成
Original assignee: 嘉基科技股份有限公司
Priority date: 2022-12-28
Filing date: 2022-12-28
Publication date: 2024-01-21

Abstract

本發明係提供一種可縮短快速角色交換時間之連接埠擴充基座，包含：一第一連接埠，與一外部電源電性連接；一第二連接埠，與一第一電子裝置電性連接；一儲能模組，分別與該第一連接埠及該第二連接埠電性連接，用以儲存電力；及一電力傳輸控制器，用以根據該外部電源之供電狀態，控制由該連接埠擴充基座供電或從該第一電子裝置汲取電力；其中於該外部電源供電時，經由該連接埠擴充基座供電至該第一電子裝置；其中於該外部電源不供電時，該電力傳輸控制器發出一快速角色交換訊息至該第一電子裝置，並啟動一加速單元使該第一電子裝置提早供電至該連接埠擴充基座。

Description

可縮短快速角色交換時間之連接埠擴充基座

本發明係關於一種擴充基座，尤指一種可縮短快速角色交換時間之連接埠擴充基座。

通用序列匯流排(Universal Serial Bus,USB以下簡稱USB)介面因為具有熱插拔與隨插即用的優點，在電子裝置產品中成為必備的連接介面。

近年來，USB的版本不斷更新，到了USB-C版本時已可讓具有USB介面的電子裝置根據使用需求使該電子裝置於供電角色與被供電角色之間做快速的切換，此功能稱為快速角色交換(Fast Role Swap,FRS)，以下簡稱FRS。

舉例來說，連接埠擴充基座與外部電源連接時，可供電給與其連接的電子裝置(例如，筆記型電腦)，但是當外部電源被拔除後，連接埠擴充基座會透過USB介面的配置通道(Configuration Channel,CC)來發出FRS訊息給筆記型電腦，以便與筆記型電腦進行快速角色交換程序，並改由筆記型電腦成為供電端。藉此，確保筆記型電腦與連接埠擴充基座之間的資料與影像傳輸不會被中斷。

然而，在筆記型電腦成為供電端前，其實還會持續對連接埠擴充基座汲取電力，因此，當筆記型電腦汲取電力的速度太快時，將使Vbus電壓低於正常運作位準，並導致連接埠擴充基座產生斷線問題。

有鑑於上述習知技術，發明人研發出一種可縮短快速角色交換時間之連接埠擴充基座，以提升連接埠擴充基座運作的穩定性。

為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種可縮短快速角色交換時間之連接埠擴充基座，包含：一第一連接埠，與一外部電源電性連接；一第二連接埠，與一第一電子裝置電性連接；一儲能模組，分別與該第一連接埠及該第二連接埠電性連接，用以儲存電力；及一電力傳輸控制器，用以根據該外部電源之供電狀態，控制由該連接埠擴充基座供電或從該第一電子裝置汲取電力；其中於該外部電源供電時，經由該連接埠擴充基座供電至該第一電子裝置；其中於該外部電源不供電時，該電力傳輸控制器發出一快速角色交換訊息至該第一電子裝置，並啟動一加速單元使該第一電子裝置提早供電至該連接埠擴充基座。

在一實施例中，還包含有一第三連接埠，用以與一第二電子裝置電性連接，於該外部電源不供電時，由該儲能模組供電至該第二電子裝置。

在一實施例中，還包含有：一第一開關單元，與該第一連接埠電性連接；一第一偵測單元，與該第一連接埠電性連接，用以偵測該外部電源之Vbus電壓；一第二開關單元，分別與該第一開關單元及該第二連接埠電性連接，於該外部電源不供電時，斷開通往該第二連接埠之電性連接路徑，以使該連接埠擴充基座停止供電至該第一電子裝置；及一第二偵測單元，與該第二連接埠電性連接，用以偵測該第一電子裝置之Vbus電壓。

在一實施例中，該加速單元用以對該第一電子裝置之Vbus電壓進行放電，以使該第一電子裝置提早偵測到該第一電子裝置之Vbus電壓下降至一第一閥值電壓與一第二閥值電壓的時間點。

在一實施例中，於偵測到該第一電子裝置之Vbus電壓低於該第二閥值電壓時，關閉該加速單元並導通該第二開關單元，以使該第一電子裝置供電至該連接埠擴充基座。

在一實施例中，該第二開關單元斷開該通往該第二連接埠之連接路徑且於一預定時間後，由該電力傳輸控制器控制該第二開關單元導通通往該第二連接埠之連接路徑。

在一實施例中，於偵測到該第一電子裝置之Vbus電壓由低轉高時，導通該第二開關單元，以使該第一電子裝置供電至該連接埠擴充基座。

藉此，本發明之可縮短快速角色交換時間之連接埠擴充基座，可提早讓第一電子裝置完成快速角色交換程序，並可避免連接埠擴充基座產生斷線問題，提升連接埠擴充基座的使用可靠度。

10:第一開關單元

12:第二開關單元

20:儲能模組

30:電力傳輸控制器

40:第一偵測單元

42:第二偵測單元

50:加速單元

60:第一曲線

62:第二曲線

100:連接埠擴充基座

110:第一連接埠

120:第二連接埠

130:第三連接埠

150:連接埠擴充基座

200:外部電源

300:第一電子裝置

310:連接埠

400:第二電子裝置

410:連接埠

D:第一端

G:第二端

Q1:第一電子開關

R1:第一電阻

R2:第二電阻

S:第三端

T1:時間點

T2:時間點

T3:交換時間

T4:預定時間

[圖1A]係本發明一實施例之系統方塊圖。

[圖1B]係本發明另一實施例之系統方塊圖。

[圖2]係本發明實施例之第一開關單元、第二開關單元、第一偵測單元與第二偵測單元之電路示意圖。

[圖3]係本發明實施例之加速單元之電路示意圖。

[圖4]係本發明實施例之Vbus電壓變化曲線示意圖。

[圖5]係本發明實施例之快速角色交換之程序運作、電力路徑交換與Vbus電壓變化的對照示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：

請參考圖1A，係本發明一實施例之系統方塊圖。如圖1A所示，連接埠擴充基座100包含有：第一開關單元10、第二開關單元12、儲能模組20、電力傳輸控制器30、第一偵測單元40、第二偵測單元42、加速單元50、第一連接埠110與第二連接埠120。第一電子裝置300(例如，筆記型電腦)具有連接埠310，並與第二連接埠120電性連接，以傳輸訊號、資料、影像與/或電力。

第一開關單元10，與第一連接埠110電性連接，而第一連接埠110，與外部電源200電性連接。第一開關單元10可以例如是由PMOS或NMOS場效電晶體開關組成。另外，第一連接埠110可以例如是USB介面或其他規格的電源連接介面。在一實施例中，外部電源200可具有與第一連接埠110相同規格的連接埠。

第二開關單元12，分別與第一開關單元10及第二連接埠120電性連接。第二開關單元12可以例如是由PMOS或NMOS場效電晶體開關組成。於外部電源200不供電時，第二開關單元12為斷開(off)狀態，以斷開通往第二連接埠120之電性連接路徑，以使連接埠擴充基座100停止供電至第一電子裝置300。藉此，可避免習知技術中因第一電子裝置300汲取電力的速度太快，使Vbus電壓低於正常運作位準，並導致連接埠擴充基座100產生斷線問題。

第二連接埠120，與第一電子裝置300電性連接。更具體的說，第二連接埠120透過纜線(圖中未標號)與第一電子裝置300的連接埠310電性連接。另外，第二連接埠120可以例如是USB介面。第二連接埠120與連接埠310為具有相同規格的傳輸介面。

儲能模組20，分別與第一連接埠110及第二連接埠120電性連接。儲能模組20，用以儲存電力。儲能模組20可以例如是電容器、電池或可充電電池。於外部電源200不供電時，由儲能模組20供電給連接埠擴充基座100自身使用，或供電至第一電子裝置300。

電力傳輸控制器30，分別與第一開關單元10、第二開關單元12、儲能模組20及加速單元50電性連接。電力傳輸控制器30，用以根據外部電源200之供電狀態，控制由連接埠擴充基座100供電或從第一電子裝置300汲取電力。

第一偵測單元40，與第一連接埠110電性連接。第一偵測單元40，用以偵測外部電源200之Vbus電壓。第一偵測單元40可以例如是由電壓偵測電路所組成。

第二偵測單元42，與第二連接埠120電性連接。第二偵測單元42，用以偵測第一電子裝置300之Vbus電壓。同樣的，第二偵測單元42可以例如是由電壓偵測電路所組成。

請參考圖1B，係本發明另一實施例之系統方塊圖。如圖1B所示，連接埠擴充基座150與圖1A的連接埠擴充基座100不同之處在於：具有第三連接埠130，其餘部分為相同或類似，於此不再贅述。

第三連接埠130，與第二電子裝置(例如，智慧型手機、平板電腦、智慧型手錶等)400電性連接。更具體的說，第三連接埠130透過纜線(圖中未標號)與第二電子裝置400的連接埠410電性連接。另外，第三連接埠130可以例如是USB介面。第三連接埠130與連接埠410為具有相同規格的傳輸介面。

在一實施例中，於外部電源200不供電時，可由儲能模組20供電給連接埠擴充基座150自身使用，以及供電至第二電子裝置400。

接下來，請參考圖2，係本發明實施例之第一開關單元、第二開關單元、第一偵測單元與第二偵測單元之電路示意圖。如圖2所示，第一開關單元10與第二開關單元12分別由PMOS場效電晶體開關組成。第一偵測單元40與第二偵測單元42分別由NMOS場效電晶體開關與數個電阻組成。

第一偵測單元40可以持續偵測到外部電源200之Vbus電壓的變化。同樣的，第二偵測單元42可以持續偵測到第一電子裝置300之Vbus電壓的變化。於外部電源200不供電時，可由電力傳輸控制器30控制第二開關單元12為斷開狀態。

請參考圖3，係本發明實施例之加速單元之電路示意圖。如圖3所示，加速單元50包含有：第一電子開關Q1、第一電阻R1與第二電阻R2。第一電子開關Q1為NMOS場效電晶體開關。第一電子開關Q1的第一端(例如，閘極)G分別電性連接至控制訊號與第二電阻R2的一端。第二電阻R2的另一端電性連接至地。第一電子開關Q1的第二端(例如，源極)S電性連接至地。第一電子開關Q1的第三端(例如，汲極)D電性連接至第一電阻R1的一端。第一電阻R1的另一端電性連接至Vbus電壓。

舉例來說，當控制訊號為低電位(Low)時，第一電子開關Q1為斷開狀態，Vbus電壓不會被拉低。換言之，加速單元50不對Vbus電壓進行放電。當控制訊號為高電位(High)時，第一電子開關Q1為導通狀態，Vbus電壓會被拉低。換言之，加速單元50對Vbus電壓進行放電。所述的控制訊號可由電力傳輸控制器30發出。藉此，可使第一電子裝置300提早偵測到第一電子裝置300之Vbus電壓下降至第一閥值電壓與第二閥值電壓的時間點。

另外，於第一偵測單元40偵測到第一電子裝置300之Vbus電壓低於第二閥值電壓(如圖4所示)時，電力傳輸控制器30關閉加速單元50並導通第二開關單元12，以使第一電子裝置300供電至連接埠擴充基座100。

請參考圖4，係本發明實施例之Vbus電壓變化曲線示意圖。如圖4所示，橫軸為時間，而縱軸為電壓。當第一偵測單元40偵測到外部電源200之Vbus電壓開始下降，電力傳輸控制器30會從配置通道發出FRS訊息給第一電子裝置300。待第一電子裝置300偵測到Vbus電壓<第一閥值電壓(例如，vSafe5V(max))時，便會在Vbus電壓下降至第二閥值電壓(例如，vSafe5V(min))後的交換時間T3內將電源開啟，改由第一電子裝置300供電給連接埠擴充基座100。

在一實施例中，當第二開關單元12斷開通往第二連接埠120之連接路徑且於一預定時間T4後，由電力傳輸控制器30控制第二開關單元12再次導通通往第二連接埠120之連接路徑，以使第一電子裝置300供電給連接埠擴充基座100。

在一實施例中，於第二偵測單元42偵測到第一電子裝置300之Vbus電壓由低轉高時，電力傳輸控制器30導通第二開關單元12，以使第一電子裝置300供電至連接埠擴充基座100。

請參考圖5，係本發明實施例之快速角色交換之程序運作、電力路徑交換與Vbus電壓變化的對照示意圖。如圖5所示，最上方圖示呈現快速角色交換程序運作過程。中間圖示呈現連接埠擴充基座100與第一電子裝置300的電力路徑交換過程。最下方圖示呈現習知技術與本發明實施例的Vbus電壓變化對照圖。

第一曲線60代表採用習知技術的FRS所偵測到第一電子裝置之Vbus電壓變化。第二曲線62代表採用本發明實施例的FRS所偵測到第一電子裝置之Vbus電壓變化。

第一曲線60在時間點T1時，才完成連接埠擴充基座100被供電與第一電子裝置300供電的交換程序，而第二曲線62在時間點T2時，已完成連接埠擴充基座100被供電與第一電子裝置300供電的交換程序。

由此可知，因為加速單元50的關係使得第二曲線62的下降斜率快於第一曲線62的下降斜率。藉此，可縮短FRS程序的交換時間。

綜上所述，由於本發明之可縮短快速角色交換時間之連接埠擴充基座，藉由加速單元對第一電子裝置之Vbus電壓進行放電，使第一電子裝置提早偵測到第一電子裝置之Vbus電壓下降至第一閥值電壓與第二閥值電壓的時間點，以提早完成快速角色交換程序。整體而言，除了可縮短快速角色交換時間外，還可避免連接埠擴充基座產生斷線問題，提升連接埠擴充基座的使用可靠度。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。