CN106104504A - 用于usb集线器的双模式端口上的断开连接检测的***及方法 - Google Patents

用于usb集线器的双模式端口上的断开连接检测的***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示一种USB集线器(102)，其包含：多个下游端口(110a..d)；至少一个双模式端口(110d)，所述双模式端口经配置成可从下游端口切换到上游端口；及主机检测电路(718)，其用于检测当作为上游端口操作时是否连接主机。

Description

用于USB集线器的双模式端口上的断开连接检测的***及 方法
相关申请案的交叉参考
本申请案是2014年4月29日申请的序列号为61/985,758号美国临时专利申请案的转换，且主张所述临时申请案的优先权，所述临时申请案的全部内容特此以宛如全文阐述引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及通用串行总线(USB)技术，且特定来说，本发明涉及USB 2.0及USB 3.0集线器装置。
背景技术
最初在90年代开发串行总线(USB)1.0规范来提供总线及接口以标准化计算机与***装置(例如键盘、打印机、光标指向装置、外部驱动器及类似物)之间的通信。从此以后，USB已进展到版本2.0及3.0且已在计算机以及便携式装置(例如智能电话、平板计算机及MP3播放器)中普遍存在。
一般来说，在USB通信中，一个装置充当“主机”(Host)而另一装置充当“装置”(Device)。“主机”供电给总线、发出命令且一般维持对于连接的控制。装置并不起始用于控制总线的任何活动。举例来说，个人计算机充当到USB“随身”盘装置的主机。
OTG(On-the-Go)规范允许单主机及单装置调换角色。举例来说，一些平板计算机可以装置角色运行且当耦合到个人计算机主机时作为大容量存储装置操作，但可当耦合到***装置(例如键盘)时作为主机运作。
USB集线器将单USB端口扩展为若干USB端口，使得可连接更多装置。个人计算机或自动娱乐***(例如)可包含多个外部USB端口，但具有一个内部集线器，而非针对每一端口的专用USB控制器。然而，如可了解，在将USB集线器与On-the-Go装置一起使用时可出现困难。
然而，由本申请案的受让人生产的具备弹性连接能力的集线器(USB 2.0及USB3.0集线器)在业界中的独特之处在于：其可将上游(主机)侧端口与下游(装置)侧端口中的一者调换。实际上，双重角色(主机/装置)可从下游端口接管集线器。可在第7,480,753号美国专利案中找到此具备弹性连接能力的集线器的细节，所述美国专利案的全部内容特此以宛如全文阐述引用的方式并入本文中。
USB主机通常提供称为VBUS的信号来告诉集线器(Hub)其存在。VBUS也是可用于供电给集线器的电力信号。如果双重角色装置(如)经***到装置侧端口中，那么其始终需要接收电力，即使其为主机。由于现充当主机的装置不提供VBUS，因此集线器无法了解USB 2.0主机是否已断开连接。缺乏活动并非足够指示项：当无活动时，集线器仅进入暂停状态来节省电力。
即，当集线器正提供VBUS到主机时，无法判断主机是否已进入暂停状态或其是否断开连接。正常USB操作期望存在的VBUS在主机已断开连接时消失。在VBUS始终存在的情况下，集线器必须能够辨认USB暂停情况与主机断开连接情况。
因此，需要一种检测USB集线器的双重角色USB端口中的主机的断开连接的方法。
发明内容
根据各种实施例，为检测断开连接，一旦集线器已进入暂停，那么内部固件使用USB电池充电接触检测来检测主机已消失。因此，所述集线器将能够提供VBUS且检测USB主机何时断开连接。
根据实施例的一种USB集线器包含：多个下游端口；至少一个双模式端口，所述双模式端口经配置成可从下游端口切换到上游端口；及主机检测电路，其用于检测当作为上游端口操作时是否连接主机。
在一些实施例中，当所述双模式端口已进入暂停状态时所述电路可操作。在一些实施例中，所述至少一个双模式端口进一步包含DP连接线及DM连接线。此DM连接线可与所述主机检测电路耦合，且当作为上游端口操作时，可通过所述主机检测电路确定所述主机的连接，所述主机检测电路在主机断开连接时使预定逻辑值在所述DM线处被识别。
在一些实施例中，所述主机检测电路包含电流源。在一些实施例中，所述电流源是在所述DM连接线与接地之间耦合的10uA电流源。在一些实施例中，所述主机检测电路包含耦合到所述DM连接线的上拉电阻器。
在一些实施例中，所述集线器包含控制器，所述控制器经配置以切换所述双模式端口上的模式，使得当确定所述主机已断开连接时所述双模式端口切换回到作为下游端口运作。
根据实施例的一种方法包含：在包含双模式端口的USB集线器中，将所述双模式端口的USB端口功能从作为下游端口的第一模式切换到作为上游端口的第二模式；且在进入暂停状态后，周期性取样由主机检测电路提供的DM连接线的逻辑电平以确定是否仍连接主机。
在一些实施例中，所述主机检测电路包含在所述DM连接线与接地之间耦合的电流源。在一些实施例中，所述电流源包括10uA电流源。在一些实施例中，所述主机检测电路包含耦合到所述DM连接线的上拉电阻器。在一些实施例中，上拉电阻器耦合到DP连接线，其中当确定所述DP连接线与所述DM连接线具有相同预定逻辑电平时所述主机经检测为连接。在一些实施例中，当确定所述主机已断开连接时所述双模式端口切换回到作为下游端口运作。
根据实施例的一种USB集线器包含：控制器；多个下游端口；至少一个双模式端口，所述双模式端口经配置成可通过所述控制器从下游端口切换到上游端口；及主机检测电路，其用于在作为上游端口操作时将是否连接主机的标记提供到所述控制器。
在一些实施例中，当所述双模式端口已进入暂停状态时所述电路可操作。在一些实施例中，所述至少一个双模式端口进一步包含与所述主机检测电路耦合的DP连接线及DM连接线。当作为上游端口操作时，可通过所述主机检测电路确定所述主机的连接。当主机断开连接时，所述主机检测电路使预定逻辑值在所述DM连接线处被识别。
在一些实施例中，所述主机检测电路包含电流源。在一些实施例中，所述电流源是在所述DM连接线与接地之间耦合的10uA电流源。在一些实施例中，所述主机检测电路包含耦合到所述DM连接线的上拉电阻器。在一些实施例中，所述控制器经配置以切换所述双模式端口上的模式，使得当确定所述主机已断开连接时所述双模式端口切换回到作为下游端口运作。
在结合下列描述及附图考虑时将更好地了解及理解本发明的这些及其它方面。然而，应理解，虽然下列描述指示本发明的各种实施例及其众多特定细节，但下列描述以说明而非限制的方式给出。可在不脱离本发明的精神的情况下在本发明的范围内作出许多替换、修改、添加及/或重新布置，且本发明包含所有此类替换、修改、添加及/或重新布置。
附图说明
所附且形成本说明书的部分的图式经包含以描绘本发明的特定方面。应注意，图式中所说明的特征不必按比例绘制。可通过结合附图参考下列描述获取对本发明及其优点的更完整理解，在图式中相似参考数字指示相似特征且其中：
图1是根据实施例的实例***的图。
图2是根据实施例的实例端口配置的图。
图3是说明根据实施例的实例模拟端口接口的图。
图4A及图4B说明图3的端口的操作。
图5A及图5B说明图3的端口的另一实施例的操作。
图6是说明实施例的操作的流程图。
图7A到图7C说明可使用根据实施例的主机检测的***的操作。
具体实施方式
参考在附图中说明且在下列描述中详细说明的示范性且因此非限制性的实施例更充分解释本发明及其各种特征及有利细节。然而，应理解，在指示优选实施例时，仅通过说明的方式而非通过限制的方式给出具体实施方式及特定实例。可省略已知编程技术、计算机软件、硬件、操作平台及协议的描述以免不必要地模糊本发明的细节。所属领域的技术人员从本发明将明白在基本发明概念的精神及/或范围内的各种替换、修改、添加及/或重新布置。
现在参考图式且特定关注图1，展示说明根据实施例的实例USB集线器环境的图。如展示，***100包含集线器102、一或多个控制处理器105、USB主机112及USB装置114。
在所说明的实施例中，USB集线器102具有三个下游端口110a、110b、110c、可调换下游端口110d及可调换上游端口108。切换集线器104提供端口108与110a到110d之间的切换。控制处理器105运作以在USB端口上接收且处理信号，且管理端口从上游到下游功能性的切换，如将在下文中更详细描述。
USB集线器102通常操作使得所有端口110a到110d作为下游端口运作，而端口108作为上游端口运作。然而，在特定情况下，USB集线器102可调换端口108及110d的功能。因此，端口108将作为下游端口运作，而端口110d将作为上游端口运作。另外，USB集线器102可包含双模式检测电路106，如将在下文中更详细解释。USB集线器102可体现为从本申请案的受让人可得的USB46x4集线器。
在图2中展示根据实施例的实例调换端口连接。如展示，***200包含USB集线器202及USB主机204。USB集线器202包含调换端口209，调换端口209具有主机检测或双模式检测模拟前端(AFE)电路210。为简明起见，不展示集线器的剩余端口及组件。类似地，USB主机204包含USB AFE端口电路212及主机收发器214。
USB主机204及USB集线器202经由USB总线206耦合。此USB总线206通常包含四条线：Vbus 216、D-(也称为DM)218、D+(也称为D+)220及Ground(接地)222。Vbus 216及Ground222提供电力，而在DP 220及DM 218上载送数据。另外，一些USB连接器(特定来说，u或微型AB连接器)采用额外ID线223。
如将在下文中更详细解释，集线器调换端口209经配置以经由DM 218及DP 220线检测主机的存在。
关于图3更特定展示用于如此做的实例电路。展示集线器上的集线器双模式调换端口302及USB主机(其之前作为装置运作)上的USB主机端口304。
USB主机端口304包含连接到DP的连接电路310及连接到DM的连接电路312。电路310使用15kΩ下拉电阻器316a耦合到DP。另外，包含电压源及45Ω电阻器及开关的驱动器314c耦合到DP。最后，DP耦合到比较器318a，比较器318a的其它输入耦合到1.6V源。类似地，电路312使用15kΩ下拉电阻器316b耦合到DM。另外，包含电压源、45Ω电阻器及开关的驱动器314d耦合到DM。最后，DM耦合到比较器318b，比较器318b的其它输入耦合到1.6V源。DP及DM作为差分数据对运作，其中通过交替使用驱动器314c、314d及在集线器调换残屑302上的对应驱动器314a、314b传输一或零。
集线器调换端口203包含DP电路306及DM电路308。在所说明的实施例中，DP电路306包含驱动器314a，驱动器314a包括电压源、45Ω电阻器及开关。DP电路306进一步包含耦合到3.3V的1.5kΩ上拉电阻器及比较器320，比较器320的一个输入连结到参考电压且另一个输入连结到DP线。
DM电路308类似地包含包括电压源、45Ω电阻器及开关的驱动器314b以及比较器322，比较器322的一个输入连结到参考电压且另一个输入连结到DM线。另外，在所说明的实施例中，提供耦合到DM线的10μA电流源326。注意，必要时可适当改变电阻器及其它组件的值。因此，数字仅为示范性的。
在操作中，如将在下文中更详细描述，如果主机204停止发送帧包的状态(SOF)(未展示)，那么集线器202将在3ms内进入暂停状态。一旦此发生，集线器的控制处理器(图1)便周期性取样DP/DM引脚的状态以确定主机的存在。
如果主机存在，那么DM上的主机的15k下拉电阻器316b将使DM引脚通过集线器取样为逻辑0。如果主机断开连接，那么10μA电流源326将使DM引脚通过集线器取样为逻辑1。如果确定主机将断开连接，那么集线器将停用调换状态且回复到默认上游端口而将控制传递回到原始主机。
这在图4A及图4B处更特定展示。在图4A中，如展示，如果连接主机，那么集线器上的1.5kΩ上拉电阻器324及主机上的15kΩ下拉电阻器316a形成DP线中的电路。类似地，电流源326及下拉电阻器316b界定DM线上的电路。然而，在图4B处，如果主机断开连接，那么上拉电阻器324将DP线上拉到1。类似地，电流源326使DM线标示高。
在一些实施例中，可使用连结到DM线的足够大的上拉电阻器(例如，125kΩ)替换电流源326。这在图5A及图5B中展示。在图5A中，当主机连接时，上拉电阻器502及下拉电阻器316b界定DM线上的电路。如果断开连接，那么上拉电阻器502上拉DM线。
注意，虽然类似于电池充电器检测电路，但此电路一般不提供于UBS集线器上。此外，在常规电池充电器检测电路中，通常将此电路、10uA源或125k上拉电阻器应用到DP而非DM。
关于图6的流程图更特定展示实施例的操作。最初，在步骤602中，在双模式端口上的上游主机及下游装置切换功能。这可响应于(例如)由USB装置发送的建立包，而对集线器指示其期望作为主机运作。
接着，在步骤604中，集线器控制器将监测线的帧命令的开始。如果如在步骤606中确定，帧命令的开始结束，那么在步骤608中，集线器将开始监测DM线的状态。如果如在610处确定，DM线低，那么在步骤612中，确定主机断开连接。在此情况下，在步骤614中，恢复默认主机/装置配置。如果DM线不为低，那么在步骤616中，集线器将进入暂停状态。如果如在步骤618中确定，其接着检测帧或其它命令的开始，那么其将退出暂停状态，且过程返回到步骤604。
如所主张的实施例可尤其适用于结合汽车娱乐及信息(“娱乐信息”)***操作。关于图7A到7C展示此***。如展示，***700包含经由USB缆线706及uAB端口708耦合到集线器***704的娱乐信息单元702。集线器***704可包含切换集线器716、一或多个板上USB装置710、电力开关712及A端口714。切换集线器716可包含主机检测电路718，主机检测电路718如上文讨论那样操作。在所说明的实施例中，切换集线器716经由弹性(Flex)线720连接到uAB端口且经由Flex_Vbus 722连接到其Vbus引脚。在所说明的实施例中，Vbus也耦合到切换集线器716的VBUS_DET输入。
在A侧上，切换集线器716经由调换(SWAP)线728耦合到A端口的DP及DM引脚。来自外部装置的Vbus经提供到在726处的电力开关712。最后，切换集线器716经由控制线724控制电力开开712。当装置连接时，电力开关712始终保持开启。
在图7B中展示在装置模式中的环境700的操作。广泛来说，在操作中，集线器***704将在下游A端口714上启用电池充电，且已列举其它下游端口(例如，耦合到USB装置710的所述下游端口)。当智能电话连接到A端口714时，其检测Vbus电压及电池充电信号交换且开始充电。娱乐信息单元702列举且控制智能电话732a。
更特定来说，如在图7B中展示，在724a处，切换集线器716将电力控制线拉高以启用电池充电。作为响应，在726a处，电力开关712在Vbus上提供电力。娱乐信息单元702在722a处将VBUS_DET驱动高以发出其准备好列举的信号。主机端口720a将检测切换集线器716且列举耦合到其的装置720a。接着，切换集线器716将检测经由USB缆线730连接到USB端口A 714的智能电话732a，且其将电话列举为装置。
在一些实施例中，接着，如果用户需要使用智能电话732b所配备的接口或如果智能电话732b提供更多性能，那么娱乐信息单元702可将切换集线器716的控制转交给智能电话732b。这在图7C中更特定展示。
如展示，响应于从智能电话732b接收的建立命令，娱乐信息单元702接收期望改变方向的标记。接着，娱乐信息单元702将方向改变命令发送到智能电话732b。接着，集线器列举***及娱乐信息单元。
如上文提及，在方向改变期间，USB装置710仍作为下游装置运作，且电力开关保持开启。如果从连接移除智能电话，那么将如上文阐述那样检测无智能电话作为主机。

Claims (20)

1.一种USB集线器，其包括：
多个下游端口；
至少一个双模式端口，所述双模式端口经配置成可从下游端口切换到上游端口；及
主机检测电路，其用于检测当作为上游端口操作时是否连接主机。
2.根据权利要求1所述的USB集线器，其中当所述双模式端口已进入暂停状态时所述电路可操作。
3.根据权利要求1所述的USB集线器，所述至少一个双模式端口进一步包括DP连接线及DM连接线；
其中所述DM连接线与所述主机检测电路耦合；
其中当作为上游端口操作时，可通过所述主机检测电路确定所述主机的连接，其中所述主机检测电路在主机断开连接时使预定逻辑值在所述DM线处被识别。
4.根据权利要求3所述的USB集线器，其中所述主机检测电路包括电流源。
5.根据权利要求4所述的USB集线器，其中所述电流源是在所述DM连接线与接地之间耦合的10uA电流源。
6.根据权利要求3所述的USB集线器，其中所述主机检测电路包括耦合到所述DM连接线的上拉电阻器。
7.根据权利要求1所述的USB集线器，其进一步包含控制器，其中所述控制器经配置以切换所述双模式端口上的模式，使得当确定所述主机已断开连接时所述双模式端口切换回到作为下游端口运作。
8.一种方法，其包括：
在包含双模式端口的USB集线器中，将所述双模式端口的USB端口功能从作为下游端口的第一模式切换到作为上游端口的第二模式；以及
在进入暂停状态后，周期性取样由主机检测电路提供的DM连接线的逻辑电平以确定是否仍连接主机。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述主机检测电路包括在所述DM连接线与接地之间耦合的电流源。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述电流源包括10uA电流源。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述主机检测电路包括耦合到所述DM连接线的上拉电阻器。
12.根据权利要求8所述的方法，其进一步包含经耦合到DP连接线的上拉电阻器，其中当确定所述DP连接线与所述DM连接线具有相同预定逻辑电平时所述主机经检测为连接。
13.根据权利要求8所述的方法，其包含切换所述双模式端口上的模式，使得当确定所述主机已断开连接时所述双模式端口切换回到作为下游端口运作。
14.一种USB集线器，其包括：
控制器；
多个下游端口；
至少一个双模式端口，所述双模式端口经配置成可通过所述控制器从下游端口切换到上游端口；及
主机检测电路，其用于当作为上游端口操作时将是否连接主机的标记提供到所述控制器。
15.根据权利要求14所述的USB集线器，其中当所述双模式端口已进入暂停状态时所述电路可操作。
16.根据权利要求15所述的USB集线器，所述至少一个双模式端口进一步包括DP连接线及DM连接线；
其中所述DM连接线与所述主机检测电路耦合；
其中当作为上游端口操作时，可通过所述主机检测电路确定所述主机的连接，其中所述主机检测电路在主机断开连接时使预定逻辑值在所述DM连接线处被识别。
17.根据权利要求14所述的USB集线器，其中所述主机检测电路包括电流源。
18.根据权利要求17所述的USB集线器，其中所述电流源是在所述DM连接线与接地之间耦合的10uA电流源。
19.根据权利要求16所述的USB集线器，其中所述主机检测电路包括耦合到所述DM连接线的上拉电阻器。
20.根据权利要求15所述的USB集线器，其中所述控制器经配置以切换所述双模式端口上的模式，使得当确定所述主机已断开连接时所述双模式端口切换回到作为下游端口运作。
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