TWM527568U - 用以切換多個ｕｓｂ裝置與電源信號的切換電路及電子裝置 - Google Patents

Description

用以切換多個USB裝置與電源信號的切換電路及電子裝置

本創作係相關於一種用來切換多個裝置與輸入之電源信號的切換電路，且特別是用硬體實現來切換多個通用序列匯流排(Universal Serial Bus，USB)裝置及電源信號(來自於電源配適器或USB裝置的電源信號)的切換電路。

電子裝置都會設置外接埠來連接外接電子裝置或電源配適器，以與外接電子裝置進行信號傳輸或接收電源信號(來自於電源配適器或外接電子裝置的電源信號)。目前市面上的電子裝置之多個外接埠大多有USB埠與圓孔的電源輸入埠。

電子裝置能支援的USB裝置之數量(對應於USB埠的數量)由其內的晶片組所決定。若需要支援更多的USB裝置，則需要增設切換線路，並且透過軟體程式來控制切換。然而，USB切換與USB交握(handshake)容易彼此影響。舉例來說，當用戶同時插入兩個USB裝置於不同兩個USB埠時，電子裝置可能會無法順利地辨識USB裝置。另外，依據目前USB的1.2版充電標準(battery charge specification 1.2)，電子裝置會在USB裝置插入於USB埠時，對USB埠之目前類型(type)進行偵測，以決定充電電流。

若USB裝置與電源配適器同時插設於電子裝置時，則需要進一步地透過軟體來判斷處理，以決定電子裝置使用來自USB裝置或電源配適器的電源信號，亦即決定電源信號的傳輸路徑。若透過軟體來進行判斷處理，則USB驅動程式與充電器驅動程式可能需要進一步地修改。另一方面，目前亦有業者在電子裝置內增設支援雙輸入電源的晶片或使用二極體合併兩個電源信號的作法來處理上述情況。然而，增設支援雙輸入電源的晶片會對電子裝置增加額外的限制，使用二極體合併兩個電源信號又會因電壓降產生而增加額外功耗，且透過軟體切換又會造成時間上的延遲與需要軟體開發時程。

本創作實施例提供一種硬體實現的切換電路，此切換電路包括第一USB充電規格偵測晶片、USB信號控制與切換電路、選擇器與充電電流控制電路。第一USB充電規格偵測晶片偵測第一USB埠的類型，以產生第一偵測結果信號。USB信號控制與切換電路電性連接第一USB充電規格偵測晶片，受控於第一偵測結果信號，以決定讓中央處理單元與第一USB埠或第二USB埠進行資料傳輸。選擇器提供第一USB埠的第一電源信號與電源輸入埠的第二電源信號的其中之一給電池充電器。充電電流控制電路依據第一電源信號、第二電源信號與第一偵測結果信號產生電流控制信號來調整電池充電器對電池充電的電流。

本創作實施例還提供一種電子裝置，此電子裝置包括第一USB埠、第二USB埠、電源輸入埠、中央處理單元、電池充電器與上述切換電路。

綜合以上所述，相較於傳統透過切換USB裝置與合適的電源信號的方式，本創作實施例之硬體實現的切換電路與具有此切換 電路的電子裝置具有較快的切換效率以及能夠減少軟體開發時程與成本。

為使能更進一步瞭解本創作之特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本創作，而非對本創作的權利範圍作任何的限制。

1‧‧‧電子裝置

10‧‧‧切換電路

101‧‧‧USB信號控制與切換電路

102‧‧‧USB充電規格偵測晶片

103‧‧‧充電電流控制電路

104‧‧‧選擇器

1041‧‧‧第一開關

1042‧‧‧第二開關

1043‧‧‧反閘

11‧‧‧第一USB埠

12‧‧‧第二USB埠

13‧‧‧電源輸入埠

14‧‧‧中央處理單元

15‧‧‧電池充電器

31‧‧‧第一USB裝置

32‧‧‧第二USB裝置

33‧‧‧電源配適器

D+、D-‧‧‧資料信號

VBUS1、VBUS2、VDC_IN‧‧‧電源信號

USB_1、USB_2‧‧‧USB信號

圖1是本創作實施例提供之電子裝置的方塊圖。

圖2是本創作實施例所提供之切換電路的選擇器之方塊圖。

圖3是本創作實施例之電子裝置與多個USB裝置及電源配適器連接的示意圖。

本創作實施例提供一種用硬體來實現的切換電路，其透過硬體來偵測插設於電子裝置之多個USB埠之USB裝置所傳送的USB信號，並且藉此切換多個USB信號的路徑，因此不需要透過軟體來進行偵測切換，故能夠降低軟體複雜度與增加系統應用範圍。上述硬體實現的切換電路還會偵測多個電源信號，並且快速地切換到合適的電源信號，而不會有額外的電壓降產生，故可以避免軟體切換錯誤與增加後端零件的選擇性。

簡單地說，本創作實施例提供的切換電路對電源信號的傳輸路徑與USB信號所進行的切換是透過硬體來控制，而不是透過軟體程式，因此除了可以避免軟體切換會有忙碌產生的延遲外，更可以減少軟體開發時程與提升系統設計的自由度。

本創作實施例提供的切換電路包括USB信號控制與切換電路、USB充電規格偵測晶片、充電電流控制電路與選擇器。所述切換電路係設置於電子裝置內，於本創作另一實施例，更提供了 具有上述切換電路的電子裝置。

於本創作實施例中，USB充電規格偵測晶片接收來自於電子裝置的第一USB埠所傳送之資料信號D+、D-，以藉此偵測第一USB埠的目前類型，並產生指示第一USB埠的目前類型的偵測結果信號給USB信號控制與切換電路。USB信號控制與切換電路會接收來自於電子裝置的第一USB埠與第二USB埠的USB信號，並根據此多個USB信號中的電源信號VBUS與偵測結果信號來切換多個USB裝置，以選擇讓其中一個USB裝置透過USB信號控制與切換電路與電子裝置內的中央處理單元進行資料傳輸，亦即選擇中央處理單元與第一USB埠與第二USB埠的其中之一進行通訊。

選擇器會根據來自於第一USB埠的電源信號VBUS與來自於電源輸入埠的電源信號VDC_IN選擇讓來自於第一USB埠與電源輸入埠之電源信號的其中之一被送至電子裝置的電池充電器。充電電流控制電路則是依據偵測結果信號、來自於第一USB埠的電源信號VBUS與電源輸入埠的電源信號VDC_IN產生電流控制信號給電池充電器，以讓電池充電器根據電流控制信號決定對電池充電的電流。

以下將以圖式配合文字詳細地說明本創作實施例所提供之切換電路與電子裝置的細節。在此請注意，下述實施例僅是用以說明本創作，其並非用以限制本創作。

首先，請參照圖1，圖1是本創作實施例提供的電子裝置的方塊圖。電子裝置1包括透過硬體實現的切換電路10、第一USB埠11、第二USB埠12、電源輸入埠13、中央處理單元14與電池充電器15。於此實施例中，電子裝置1可為各種行動裝置，例如智慧型手機、平板電腦或穿戴裝置，且本創作不限制電子裝置1的類型。

於此實施例中，切換電路10包括USB充電規格偵測晶片 102、USB信號控制與切換電路101、選擇器104與充電電流控制電路103。USB充電規格偵測晶片102電性連接第一USB埠11、USB信號控制與切換電路101與充電電流控制電路103。USB信號控制與切換電路101電性連接第一USB埠11、第二USB埠12與中央處理單元14。選擇器104電性連接第一USB埠11、電源輸入埠13電池充電器15。充電電流控制電路103電性連接第一USB埠11、電源輸入埠13電池充電器15。

USB充電規格偵測晶片102可透過來自於第一USB埠11之資料信號D+、D-偵測第一USB埠11的目前類型，以產生偵測結果信號，其中第一USB埠11的目前類型(或偵測結果信號)指示了其連接之第一USB裝置能夠供應的電流大小以及是否能夠傳輸資料給電子裝置。然後，USB信號控制與切換電路101進一步地依據偵測結果信號、來自於第一USB埠11的電源信號VBUS1與來自於第二USB埠12的電源信號VBUS2決定讓中央處理單元14與第一USB埠11或第二USB埠12進行通訊，以進行資料傳輸。

USB應用者論壇(USB-IF)所制定的1.2版充電標準中定義了標準下行埠(Standard Downstream Port，SDP)、充電下行埠(Charging Downstream Port，CDP)與專用充電埠(Dedicated Charging Port，DCP)的三種類型之USB埠。SDP類型的USB埠能夠對其連接的USB裝置抽取500毫安培的電流，且允許USB裝置與電子裝置進行資料傳輸。CDP類型的USB埠能夠對其連接的USB裝置抽取500毫安培或1.5安培的電流，且允許USB裝置與電子裝置進行資料傳輸。DCP類型的USB埠對能夠其連接的USB裝置抽取500毫安培或1.5安培的電流，但僅能用以充電，而不允許USB裝置與電子裝置進行資料傳輸。

舉例來說，若第一USB埠11連接了僅用來供應電源的USB裝置，例如USB充電器或行動電源(其USB埠的類型為DCP類型)，而第二USB埠12連接筆電或電腦的USB埠(可以是SDP類型或 CDP類型的USB埠)，則USB充電規格偵測晶片102可以判斷第一USB埠11的目前類型為DCP類型。此時，USB信號控制與切換電路101選擇讓中央處理單元14與第二USB埠12進行通訊，以進行資料傳輸，也就是，USB信號USB_2會在第二USB埠12與中央處理單元14之間傳輸。

再舉一例，若第一USB埠11連接了筆電或電腦的USB埠(可以是SDP類型或CDP類型的USB埠)，而第二USB埠12未連接任何USB裝置或連接不主動供電的USB裝置(電源信號VBUS為邏輯低電位)，則USB充電規格偵測晶片102可以判斷第一USB埠11的目前類型為SDP或CDP類型。此時，USB信號控制與切換電路101選擇讓中央處理單元14與第一USB埠11進行通訊，以進行資料傳輸，也就是，USB信號USB_1會在第一USB埠11與中央處理單元14之間傳輸。

又舉一例，若第一USB埠11與第二USB埠12皆連接了筆電或電腦的USB埠(可以是SDP類型或CDP類型的USB埠)，則此時，根據電源信號VBUS1、VBUS1與偵測結果信號，USB信號控制與切換電路101可以預設地僅讓中央處理單元14與第一USB埠11進行通訊，或者透過分時多工的方式，讓中央處理單元14與第一USB埠11及第二USB埠12分時地進行通訊。

由上述的例子可以知道，當第一USB埠11上的電源信號VBUS1與第二USB埠12的電源信號VBUS2皆為邏輯高電位時，USB信號控制與切換電路101可透過USB充電規格偵測晶片102的偵測結果信號來判斷第一USB埠11是否能夠進行資料傳輸，以在第一USB埠11僅用以充電而非用以進行資料傳輸時，選擇讓第二USB埠12與中央處理單元14之間通訊。

選擇器104用以接收來自於第一USB埠11的電源信號VBUS1與來自於電源輸入埠13的電源信號VDC_IN，並且根據電源信號VBUS1與VDC_IN決定讓電源信號VBUS1與VDC_IN的其中之 一被送至電池充電器15。充電電流控制電路103會接收電源信號VBUS1與VDC_IN與USB充電規格偵測晶片102的偵測結果信號來產生電流控制信號給電池充電器15，以讓電池充電器15根據電流控制信號調整對電池充電的電流。

舉例來說，若電源信號VBUS1與VDC_IN都是邏輯高電位，則選擇器104可以選擇性地將電源信號VBUS1或VDC_IN送給電池充電器15作為供應電源。若電源信號VBUS1與VDC_IN分別是邏輯高電位與邏輯低電位，則選擇器104可以將電源信號VBUS1送給電池充電器15作為供應電源。若電源信號VBUS1與VDC_IN分別是邏輯低電位與邏輯高電位，則選擇器104可以將電源信號VDC_IN送給電池充電器15作為供應電源。

在此請注意，雖然上述實施例的切換電路10僅偵測第一USB埠11的目前類型來產生偵測結果信號，然而，本創作卻不限制於此。於其他實施例中，切換電路10更可以具有另一個USB充電規格偵測晶片來偵測第二USB埠12的目前類型，以產生另一個偵測結果信號。接著，USB信號控制與切換電路101根據兩個偵測結果信號、來自於第一USB埠11的電源信號VBUS1與來自於第二USB埠12的電源信號VBUS2決定讓中央處理單元14與第一USB埠11或第二USB埠12進行通訊，以進行資料傳輸。

除此之外，於其他實施例中，選擇器104更可以接收來自於第二USB埠12的電源信號，以根據其接收的所有電源信號將接收的所有電源信號的其中之一送至電子裝置1的電池充電器15，且充電電流控制電路103根據第一USB埠11的電源信號VBUS1、第二USB埠12的電源信號、電源輸入埠13的電源信號VDC_IN與兩個偵測結果信號產生電流控制信號給電池充電器15，以讓電池充電器15根據電流控制信號調整對電池充電的電流。

另外，選擇器104可以由多個開關與邏輯閘所組成，但是本創作並不限制選擇器104的實現方式。請參照圖2，圖2是本創作實 施例所提供之切換電路的選擇器之方塊圖。選擇器104包括第一開關1041、第二開關1042與反閘1043。第一開關1041的控制端電性連接反閘1043的輸出端與接收電源信號VBUS1，第一開關1041的輸入端接收電源信號VBUS1，且第一開關1041的輸出端電性連接圖1的電池充電器15。第二開關1042的控制端接收電源信號VDC_IN，第二開關1042的輸入端接收電源信號VDC_IN，且第二開關1042的輸出端電性連接圖1的電池充電器15。

再者，請參照圖3，圖3是本創作實施例之電子裝置與多個USB裝置及電源配適器連接的示意圖。電子裝置1可以透過第一USB埠11連接第一USB裝置31，透過第二USB埠12連接第二USB裝置32，以及透過電源輸入埠13連接電源配適器33。

於此實施例中，第一USB裝置31的類型會決定第一USB埠11的目前類型。當第一USB裝置31僅用以對電子裝置1供電，而不會與電子裝置1進行資料傳輸，且第二USB裝置32可以與電子裝置1進行資料傳輸且會主動供應電源，則電子裝置1會與第二USB裝置32進行資料傳輸。另外一方面，電子裝置1會將第一USB裝置31與電源配適器33提供的電源信號為其電池充電器的供應電源，且依據第一USB裝置31與電源配適器33提供的電源信號及第一USB埠11的目前類型產生電流控制信號來調整電池充電器對電池充電的電流。

總而言之，本創作實施例提供一種硬體實現的切換電路與具有此切換電路的電子裝置，透過此切換電路，可以加快電子裝置切換外接的USB裝置與合適的電源信號之速度，減少軟體開發的時程與成本，降低USB裝置辨識失敗的機率，提升系統設計的自由度，以及避免修改USB驅動程式與充電器驅動程式。

以上所述，僅為本創作較佳之具體實施例，惟本創作之特徵並不侷限於此，任何熟悉該項技藝者在本創作之領域內，可輕易思及之變化或修飾，皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。

1‧‧‧電子裝置

10‧‧‧切換電路

101‧‧‧USB信號控制與切換電路

102‧‧‧USB充電規格偵測晶片

103‧‧‧充電電流控制電路

104‧‧‧選擇器

11‧‧‧第一USB埠

12‧‧‧第二USB埠

13‧‧‧電源輸入埠

14‧‧‧中央處理單元

15‧‧‧電池充電器

D+、D-‧‧‧資料信號

VBUS1、VBUS2、VDC_IN‧‧‧電源信號

USB_1、USB_2‧‧‧USB信號

Claims (14)

1. 一種硬體實現的切換電路，包括：一第一通用序列匯流排(USB)充電規格偵測晶片，偵測一第一USB埠的類型，以產生一第一偵測結果信號；一USB信號控制與切換電路，電性連接所述第一USB充電規格偵測晶片，受控於所述第一偵測結果信號，以決定讓一中央處理單元與所述第一USB埠或一第二USB埠進行資料傳輸；一選擇器，提供所述第一USB埠的一第一電源信號與一電源輸入埠的一第二電源信號的其中之一給一電池充電器；以及一充電電流控制電路，依據所述第一電源信號、所述第二電源信號與所述第一偵測結果信號產生一電流控制信號來調整所述電池充電器對一電池充電的一電流。
2. 如請求項第1項所述的切換電路，其中所述第一USB充電規格偵測晶片透過來自於所述第一USB埠的兩個資料信號來產生所述第一偵測結果信號。
3. 如請求項第1項所述的切換電路，其中所述USB信號控制與切換電路係根據所述第一偵測結果信號、所述第一電源信號與所述第二電源信號來決定讓所述中央處理單元與所述第一USB埠或所述第二USB埠進行資料傳輸。
4. 如請求項第1項所述的切換電路，其中所述選擇器依據所述第一電源信號的一邏輯電位與所述第二電源信號的一邏輯電位來決定將所述第一電源信號與所述第二電源信號的其中之一提供給所述電池充電器。
5. 如請求項第1項所述的切換電路，其中所述選擇器包括：一第一開關，其一輸入端與一控制端接收所述第一電源信號，以及其一輸出端電性連接所述電池充電器； 一第二開關，其一輸入端與一控制端接收所述第二電源信號，以及其一輸出端電性連接所述電池充電器；以及一反閘，其一輸入端接收所述第二電源信號，以及其一輸出端電性連接所述第一開關的所述控制端。
6. 如請求項第1項所述的切換電路，更包括：一第二USB充電規格偵測晶片，偵測一第二USB埠的類型，以產生一第二偵測結果信號；其中所述USB信號控制與切換電路係根據所述第一偵測結果信號、所述第二偵測結果信號、所述第一電源信號與所述第二電源信號來決定讓所述中央處理單元與所述第一USB埠或所述第二USB埠進行資料傳輸。
7. 如請求項第6項所述的切換電路，其中所述選擇器提供所述第一電源信號、所述第二電源信號與所述第二USB埠的一第三電源信號的其中之一給所述電池充電器；以及所述充電電流控制電路依據所述第一電源信號、所述第二電源信號、所述第三電源信號、所述第一偵測結果信號與所述第二偵測結果信號產生所述電流控制信號。
8. 一種電子裝置，包括：一第一USB埠；一第二USB埠；一電源輸入埠；一中央處理單元；一電池充電器；以及一切換電路，基於硬體而實現，包括：一第一通用序列匯流排(USB)充電規格偵測晶片，電性連接所述第一USB埠，偵測第一USB埠的類型，以產生一第一偵測結果信號；一USB信號控制與切換電路，電性連接所述第一USB充電規 格偵測晶片、所述第一USB埠、所述第二USB埠與所述中央處理單元，受控於所述第一偵測結果信號，以決定讓所述中央處理單元與所述第一USB埠或所述第二USB埠進行資料傳輸；一選擇器，電性連接所述第一USB埠、所述電源輸入埠與所述電池充電器，提供所述第一USB埠的一第一電源信號與所述電源輸入埠的一第二電源信號的其中之一給一電池充電器；以及一充電電流控制電路，電性連接所述第一USB埠、所述電輸入埠、所述電池充電器與所述第一充電規格偵測晶片，依據所述第一電源信號、所述第二電源信號與所述第一偵測結果信號產生一電流控制信號來調整所述電池充電器對一電池充電的一電流。
9. 如請求項第8項所述的電子裝置，其中所述第一USB充電規格偵測晶片透過來自於所述第一USB埠的兩個資料信號來產生所述第一偵測結果信號。
10. 如請求項第8項所述的電子裝置，其中所述USB信號控制與切換電路係根據所述第一偵測結果信號、所述第一電源信號與所述第二電源信號來決定讓所述中央處理單元與所述第一USB埠或所述第二USB埠進行資料傳輸。
11. 如請求項第8項所述的電子裝置，其中所述選擇器依據所述第一電源信號的一邏輯電位與所述第二電源信號的一邏輯電位來決定將所述第一電源信號與所述第二電源信號的其中之一提供給所述電池充電器。
12. 如請求項第8項所述的電子裝置，其中所述選擇器包括：一第一開關，其一輸入端與一控制端電性連接所述第一USB埠以接收所述第一電源信號，以及其一輸出端電性連接所述電池充電器； 一第二開關，其一輸入端與一控制端電性連接所述所述電源輸入埠以接收所述第二電源信號，以及其一輸出端電性連接所述電池充電器；以及一反閘，其一輸入端電性連接所述電源輸入埠以接收所述第二電源信號，以及其一輸出端電性連接所述第一開關的所述控制端。
13. 如請求項第8項所述的電子裝置，其中所述切換電路更包括：一第二USB充電規格偵測晶片，電性連接所述第二USB埠，偵測一第二USB埠的類型，以產生一第二偵測結果信號；其中所述USB信號控制與切換電路電性連接所述第二USB充電規格偵測晶片，根據所述第一偵測結果信號、所述第二偵測結果信號、所述第一電源信號與所述第二電源信號來決定讓所述中央處理單元與所述第一USB埠或所述第二USB埠進行資料傳輸。
14. 如請求項第13項所述的電子裝置，其中所述選擇器更電性連接所述第二USB埠，提供所述第一電源信號、所述第二電源信號與所述第二USB埠的一第三電源信號的其中之一給所述電池充電器；以及所述充電電流控制電路更電性連接所述第二USB充電規格偵測晶片，依據所述第一電源信號、所述第二電源信號、所述第三電源信號、所述第一偵測結果信號與所述第二偵測結果信號產生所述電流控制信號。