TWM256012U - USB connector with card detector - Google Patents

Description

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【新型所屬之技術領域】 本創作係關於一種USB連接器改良 種具有省電功能之U S B連接器、。 尤其是有關於一 【先前技術】 為統合各式各樣因應科技快速發展所推出之外接式週 邊裝f (如T攜式電子裝置、掃描器、印表機等）在連接 系統端上的擴充介面，由c〇mpaq、Inte卜 mc等四家主要推動者合作，於西元1 9 98年正式推出了 υ§Β (Universal Senal Bus)介面，並且自 Micr〇s〇ft Wmdows Μ作業系統開始内建USB介面週邊裝置之驅動程 式，以提尚產品使用的方便性與消費者的接受度。

而该USB介面係採用差動串列信號作為實體層傳輸串 列訊號為技術基礎，且建構有多樣化具備高度彈性的通訊 協定，藉此支援多種不同裝置類別使用。其中，USB介面 具備有信號端子少（包含電源端子V B s、地線端子G N D、L唬端子D +、D —合計僅需4條的信號線）、可供 應電源、傳輸速率高（分為L〇w —Speedl 5Mbit/sec、

FuU-Speed 12Mbit/sec、High-Speed 48 0Mbit/sec等三 種）、可熱插拔（安裝擴充設備無需關閉系統或重新開機） 等^寸點，因而迅速文到市場大規模採用，進而取代個人電 腦系統上原本之並㈣、串列埠等擴充介面，纟陸續推出 輸入裝置、儲存裝置、影像擷取/掃描裝置、歹"P裝置等 各式各樣的擴充週邊產品。

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創作說明（2) 但由於USB介面早期係以個人電腦系統擴充外 邊介面為主，因而其應用模式係以個人電腦备 ^ 回系統為中心， 週邊裝置彼此之間並無法直接透過USB介面傳輪次“ 此，USB-IF (USB Implementer F0rum -主導月】‘‘準= 格引進與發展的組織）除開發因應電腦系統端之週^牡置 所使用的USB標準外，另亦針對新推出之數位化可$ ^產 品，例如：DSC、PDA、Smart Phone等，進一步規書j出一種 USB 0TG標準，該種新標準容許週邊介面得依特定規範進 行資訊交換，藉此提供可攜式裝置突破既有的應用模式， 讓可攜式裝置彼此之間藉由通訊控制在無需電腦系統端介 入的情況下可彼此進行作業，例如，使DSC得直接連接相 片印表機、PDA得連接鍵盤或滑鼠等應用模式。 其中’ USB介面的設計是要求系統端必須透過“或D — 信號線的電氣特性變化來偵測擴充介面是否有外部裝置插 入；在未有裝置插入的狀況下，USB介面所屬之D+與D-信 號端子皆係處於接近零電位的狀態；若有Low —spee(i裝置 插入’則因Low-Speed裝置會將d-信號端子連接至3. 3V電 源’系統蠕透過D-信號線電壓位準之變化偵測到有Low — Speecl屬性裝置插入；若有Full-Speed裝置插入，則因

Ful Ι-Speed屬性裝置會將D+信號線連接至3· 3V電源，使得 系統端可透過D+信號線電壓位準之變化偵測到有fu 1 1 -Sp=ed屬性裝置插入；此外，若是High_SpeecL|性裝置插 入時’外部裝置會先以Ful 1-Speed模式使系統端偵測到裝 置插入’然後透過軟體介面協調確認雙方是否均支援高速

第7頁 M256012 四、創作說明（3)

High-Speed通訊模式，確認後 ^ 模式。 刀換進入馬速High-Speed 而由於具USB介面之系統泰 號位準變化來偵測是否有外、部壯需透過外部裝置的電氣信 是以必須利用USB介面的供電°衣置插入及判別等級歸屬， 子傳輸工作電壓至外部襄置电，、、性而時時透過VBUS電源端 介面端子拉高至高電位的動力以使外部裝置具備將D + /D-電子元件即便在無外部裝置插综此’使系統端内的部分 耗費無謂的電力。 入的狀況下仍需持續運作而 上述的设計在採用固接電源 腦系統上，因電源供應無虞而^ =桌上型電腦或筆記型電 面，以隨時使系統端可偵測到^隨時二供應電力給USB介 述之USB-OTG介面之可攜式數位/〇—信號變化，但在以上 SmartPhone等），因產品體積重^置上（如PDA或 以符合方便攜帶的要求，其内=必々胤可能輕薄短小， 力的電池所供給，就會造成可指，力供應是由具備有限電 負擔。 网式裝置相當大的電力供給 請參考第一圖，其係繪示一 置以及應用USB介面作為訊號傳衿心用σ CF記憶卡作為儲存裝 數位相機等之應用電路圖。其中别之▲可攜式裝置，如PDA或 接一具USB介面的印表機，以隨’該可攜式裝置可以係連 表機列出。該可攜式裝置具備一τ將内σ卩儲存資料自該印 U S Β連接器（C ο μ 2 )以及一對應彳^接"亥印表機U S β介面的 USB介面控制器（U2)，其中連接器（C0NN2)運作的 為使插入該U S B連接器 M256012 四、創作說明（4) ——一 —____ (COM2)的外部裝置得以獲得動力運作以及使 得以知悉插入的外部裝置種類，在該可攜式裝°攜式裳置 一電性連接該USB介面連接器（C0NN2)以及Us^八内具備有 (U2)之電壓轉換電路“及U3 ;而為確保外部裝’丨面控制器 以適時回應並令其運作，在該可攜式裝置内广节，^時得 換電路U4及U3必須時時進行電壓轉換以供^ 2"等電壓轉 件所需工作電壓，同時為偵測外部裝置是否有拉古ί應元 準以判別插入裝置種類，該USB介面控制器ΠΤ9呵電壓位 在準備狀態而無法斷電；換言之，上述之可样式\需隨時 在沒有外部裝置插入的狀況下，其内關於USB^； #置即便 電路及控制器皆必須隨時在有電源供給 的相關 閉。 狀況下而無法關 概括而言，上述現象對強調輕薄設計、糸 與電池容量較低的可攜式裝置而言，合 / ^肩耗電力 耗材3士對電池操作時間長度產生大幅的影響，而2ί 才丨生處的電池存續期間。 〜魯屬 為克服上述因可攜式裝置上辦母丨Ιςβ八 ^所造成的影響，有些創作課；;:= 介考面曰對 ”卜部裝置插入的狀況下，可攜= $，例如：在 主現作動狀態，包括電壓轉換 σ相關凡件無須 電之狀况。 及電源供給，以免除待機耗 新型内容】 有鑑於此，本創作係提供—種_連接器， 兄服

M256012 四、創作說明（5) 可攜式裝置因增設USB系統介面對於電池使用時„ ^ 鄕 間的影 響0 本創作之主要目的在於提供一種具裝置插人彳貞、 之USB連接器，其上增設一，在該USB連接器未有外，機制 插入時，不會供應外部裝置工作電壓以及持續啟說T敦置 面控制器所需之電力。 " 本創作之另一目的係提供一種U S B連接器，A L 、， /、上增今 一裝置插入彳貞測機制’在該外部裝置插入狀態下才啟動今 可攜式裝置電源開啟。 Μ 為達上述及其他之目的與功效，本創作之USB連接器 可配置於具低電源容量之系統端裝置，該1]8]5連接器至$ 包括一電源端子，一 D-信號端子，一 D+信號端子，一接地 立而子，及一裝置插入偵測信號端子，其中該插入偵測信號 端子與該接地端子的位置係對應一外接USB介面裝置之接 地端子，使得外接USB介面裝置在插入該USB連接器的狀況 下，可令USB連接器之裝置插入偵測信號端子與接地端子 同時短路接地，進而藉由該裝置插入偵測信號端子控制 USB連接器之電源供應與否。 ^另，亦可使該插入偵測信號端子與該電源端子的位置 係對應該外接USB介面裝置之電源端子，藉由偵測到該插 入偵測信號端子的位準轉換而控制電源供應與否。 本創作另提供一種具USB連接器之應用系統，其至少 包括一 USB連接益及一應用電路。該USB連接器至少包括— 電源端子，- D-信號端子，—_號端子，一接地端子，

M256012 四、創作說明（6) 及一裝置插入偵測信號端子，其中藉由該裝置插入偵測信 號端子來決定是否經由US_接器供應外部裝置所需之工 作電源。 該應用電路至少包括一分別電性連接至該裝置插入偵 測信號端子的電源控制器及電源電壓轉換電路。當有外部 USB介面裝置插入而使該裝置插入偵測信號端子短路接地 成為低電位時’ 4裝置插入彳貞測信號端子即產生一插入控 制信號以驅使該電源控制器及該電源電壓轉換電路隨即啟 動’進而啟動該USB連接器及其相對應之USB介面控制器進 入標準動作流程；反之，在無外部USB介面裝置插入USB連 接器的狀況下，該電源控制器及電源電壓轉換電路因不會 接收到該插入控制器信號而呈現原本的關閉狀態，進而不 會致能（enable) USB連接器及其相對應之USB介面控制器。 【實施方式】 以下係以一具CF儲存裝置介面及一 USB傳輸介面之系 統端裝置為例說明本發明之特徵及其功效，該項特定的具 體實例說明搭配本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可 由本說明書所揭示之内容輕易地暸解本創作之其他優點與 功效。本創作亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應 用’本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在 不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。 請參考第二圖，其係為本創作/具體實施例之增設偵 ’則彳§號裝置之USB連接器的應用電路圖。本實施例所述之

M256012 創作說明（7) USB連接器係嵌設於一該系統端裝置内，然而在此所指，，系 統端π不限於電腦主機系統，亦包括任何具有USB連接^器^ 外部裝置，例如包括PDA或手機等。 σ 第二圖所繪示之應用電路包括一 CF介面儲存梦置#制 器（U1) ’ 一 USB介面控制器（U2) ’ 一用以轉換電源工電 壓位準進而供應U1及U2電壓的低電壓壓降（L〇w Dropout) (LVD)調整器（U3)，一電源電壓轉換電路 (ϋ4)，一電源控制器（U5)，一達成介面連接的CF介面 儲存裝置連接器（C0NN1)與USB介面連接器（c〇NN2)， 其中CF介面儲存裝置控制器（ui)與CF介面連接器 (CONN 1)係與系統端裝置之儲存裝置有關，非本創作所 欲揭露及保護，藉此不再加以敘明。 本創作係透過前述在USB連接器上增設之裝置插入债 測信號端子（1 1 5b)電性連接電源電壓轉換電路（u4)以及 電源控制器（U5)，透過D—與D+信號端子電性連接該USB 介面控制器（U2 )而進行訊號傳輸，由該裝置插入偵測信號 端子（1 1 5b)是否受觸發來決定是否經由USB連接器 (CONN2)供應外部裝置所需之工作電源。其中，電源控 制器（U5)係電性連接USB介面控制器（U2)，電源電壓 轉換電路（U4)電性連接至USB連接器（c〇NN2)之電源端 子（1 1 〇 )。當有外部裝置插入使該裝置插入偵測信號端子 (1 1 5 b )產生一插入控制信號時，即驅使該電源控制器 (U5)及電源電壓轉換電路（u4)啟動，進而啟動相對應 之USB介面控制器（U2)及該USB連接器（C0NN2)進入標 M256012 四、創作說明（8) 準動作流程。 但在無外部裝置插入USB連接器（C0NN2)的狀況下， 該電源控制器（U 5 )及電源電壓轉換電路（u 4 )因不會接收到 該插入控制器信號而呈現原本的關閉狀態，進而亦不會致 能（enable)USB連接器（c〇NN2)及其 u 制器（U2)。 明芩考第三圖，該USB連接器丄包括一 VMS信號端子 !】信號端子丨1 1，一 D+信號端子1 1卜一接地端子 a 一衣置插入偵測信號端子1丨5 b。 子1 ΐί及V二⑽信號端子11 °，D—信號端子1 n ’ D+信號端 ^子113係按照USB標準規格配置，從上往下 與插入偵測信號端子 可…插入祕號端子叫 (夹+山、4令外4衣置插入之用。若有一外部装置 通知+ @ ^ j入時，該插入偵測信號端子115b係產生信垆 插入之外接邻Ϊ署Γ 及VBUS電源，然後彳貞剛所 部裝置插入時，則兮扞Λ /進入‘準作業核式，右無外 關閉VBUS電源供庙M f偵測信號端子1 1 5b使系統端進入 的。^電原供應之狀態，達到降低系統消耗電源之目入 ^ ^ ^ "] ^ ^ ^ ^ 1 1 5 W ^ 之電源電壓轉i電：η:】：：應電源端子1"電源 源，進行外部震置與_連：器”電需之工作電

M256012 四、創作說明（9) 信號伯測裝置的增設並未造成USB標準規袼之改變， ^言之’只要USB連接器之接地端子及裝置插入偵測信號 端子在配置位置上皆對應外部裝置之GNI)端子，即可藉由 谓測外部裝置插入與否的電位高低變化來控制與uSB 連接器的電源供應者，而可用以實施本發明。例如，為了 使外部裝置插入USB連接器！後，插入偵測信號端子i丨5峨 接地端子1 1 5a得以短路接地成為低電位，係將原作為接地 端子的金屬羯片115分割成二，一作本創作sub連接器匕 115b〇 ^ 插經由高低電位轉換之信號通知，作為偵 二：…疋否插入叫面丨之依據，來進行電源功能之 值得強調的是，右關杂# 士名丨a 端子的機械結構並不限於^ =彳^之裝置插入偵測信號 同樣可達到相同功效者皆可：例如；：不同構成或位置但 亦可為可移動式箱片，1合 =^插入偵測信號端子 被推動，藉此產生—福、目、丨二έ卜邛衣置插入USB連接器而 入。 物§息通知系統端外部裝置已插 知上所述’新i治的4 不 jz (GND)共同電性連 ' 入/、測^號端子與接地端子 |用電路在無裝置杨人^卜j，置之接地端子’藉此使應 由USB連接器傳輪之 ^接益時關閉USB介面控制器與經 1 千儿件進入標準動作流

第14頁 M256012 四、創作說明（ίο) 因此，本創作之USB連接器可應用於隨即啟動VBUS電 源電壓轉換電路及驅動USB連接器進入標準動作流程，完 全消除當無外部裝置插入時待機耗電之問題，而達到降低 附設USB連接器之電子裝置損耗電量之目的，進而延長其 電池使用時間，故，本創作增設偵測信號裝置而具節電功 能之USB系統可適用於低電源容量之可攜式數位裝置，如 手機、PDA、Smart Phone、數位相機等。 上述實施例僅例示性說明本創作之原理及其功效，而 非用於限制本創作之界定。任何熟習此項技藝之人士均可 在不違背本創作之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾 與改變。因此，本創作之權利保護範圍，應如後述之申請 專利範圍所列。

第15頁 M256012 圖式簡單說明 為讓本創作之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 第一圖係為習知CF/USB介面儲存裝置之轉接器的應用 電路圖； 第二圖係為根據本創作一實施例之CF/USB介面儲存裝 置的應用電路圖；以及 第三圖係為根據本創作一實施例之增設偵測信號裝置 之USB連接器的示意圖。 【元件標號說明】： CF介面儲存裝置控制器U1 USB介面控制器U2 LVD調整器U3 電源電壓轉換電路U 4 電源控制器U 5 CF介面連接器C0NN1 USB介面連接器C0NN2 VBUS信號端子110 D-信號端子1 1 1 D+信號端子1 12 原接地金屬箔片1 1 5 接地端子1 1 5 a

第16頁 M256012 圖式簡單說明 插入偵測信號端子1 1 5 b 第17頁

Claims (1)

1. M256012 五、申請專利範圍 1. 一種具偵測信號裝置之USB連接器，其可配置於具 低電源容量之系統端裝置，該USB連接器至少包括一電源 端子，一 D-信號端子，一 D+信號端子，一接地端子，及一 裝置插入偵測信號端子，其中該插入偵測信號端子與該接 地端子的配置位置係對應一外部裝置之接地端子，使得外 部裝置插入該USB連接器時，USB連接器之裝置插入偵測信 號端子與接地端子會因該外部裝置之接地端子而同時短路 接地，進而藉由該裝置插入偵測信號端子控制USB連接器 之電源供應與否。 2. 如申請專利範圍第1項所述之USB連接器，其中該接 地端子與該插入偵測信號端子係由原作為接地端子的金屬 箱片分割而得。 3 . —種具U S B連接器之應用系統，包括一 U S B介面控制 器，該應用系統至少包括： 一 U S B連接器，至少包括一電源端子，一 D -信號端 子，一 D+信號端子，一接地端子，及一裝置插入偵測信號 端子，其中D-與D+信號端子係電性連接該USB介面控制器 而進行訊號傳輸，該裝置插入偵測信號端子則由其是否受 觸發來決定是否經由USB連接器供應外部裝置所需之工作 電源；及 一應用電路，至少包括： 一電源控制器，係電性連接該裝置插入偵測信號端 子與USB介面控制器；及 一電源電壓轉換電路，電性連接至該裝置插入偵測

   第18頁 M256012 五、申請專利範圍 信號端子與電源端子，當有外部裝置插入使該裝置插入偵 測信號端子產生一插入控制信號時，即驅使該電源控制器 及電源電壓轉換電路啟動，進而啟動相對應之U S B介面控 制器及該USB連接器進入標準動作流程。 4.如申請專利範圍第3項所述之具USB連接器之應用系 統，其中該接地端子與該插入偵測信號端子係由原作為接 地端子的金屬箔片分割而得。

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