JP3795712B2 - 周辺機器の接続装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばUSBインターフェースを用いてホストに接続する周辺機器の接続装置に係り、特にホストと周辺機器との間で通信異常が発生したときに自動的に復帰する手段が設けられた周辺機器の接続装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は、従来のUSB(Universal Serial Bus)対応の周辺機器10と、この周辺機器10が接続されるホスト(コンピュータ本体)2との接続状態を示す回路ブロック図である。USBを介して接続される周辺機器としては、キーボード、マウス、プリンタ、スピーカ、ゲームコントローラなど様々な機器が挙げられる。
【0003】
USBは、一対のデータライン(D+ライン,D−ライン)と電源ライン(Vcc)とグランドライン(G)との4本のラインにより構成されている。
【0004】
図5に示すように、ホスト2側にはUSBポート3が設けられ、端末(周辺機器)10側にはUSBコントローラ11が設けられている。またUSBコントローラ11は、USB対応のケーブル4を用いてUSBポート3に接続される。
【0005】
USBポート3のデータラインには、それぞれプルダウン抵抗R1,R2の一端が接続されている。さらにプルダウン抵抗R1,R2の他端は、グランドラインG,Gにそれぞれ接続されている。
【0006】
周辺機器10には、D−ラインにプルアップ抵抗R3の一端が接続され、他端は電源ライン(Vcc)に接続されている。
【0007】
これにより、周辺機器10がホスト2に接続されていない場合には、図5のP点における電位は0ボルトである(ロー状態)。周辺機器10がホスト2に接続されると、周辺機器10とホスト2は、お互いのD−ライン,D+ライン、電源ラインVcc、グランドラインGがそれぞれ接続され、図5のP点で示す電位が、前記より上昇する(ハイ状態)。この電位の上昇をホスト2が認識することで、周辺機器10がホスト2に接続されたと認識される。さらに周辺機器10の接続をホスト2が認識すると、ホスト2は周辺機器10に対して一定時間毎に呼び出しをするポーリングが開始され、ホスト2と周辺機器10との間で交互通信が行なわれる。このとき、ホスト2側から呼び出し信号を受け取った場合には、周辺機器10が操作されているいないに拘わらず、周辺機器10はホスト2に対して前記呼び出しに対する信号が通知される。
【0008】
また、前記接続状態からケーブル4を切り離して周辺機器10がホスト2から取り外されると、P点はグランドラインGに接続されることで電位が0ボルトとなる。その結果、ホスト2側では、電位の変化が検知されて周辺機器10が取り外されたと認識される。
【0009】
上記のようにして、ホスト2は、P点の電位がハイ状態であるかロー状態であるかを監視することにより、周辺機器10の接続の有無を認識できる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の周辺機器10では、ホスト2のポーリングに対して例えば継続して3回の呼び出しにいずれも周辺機器10側が応答しなかった場合には、それ以後ホスト2は周辺機器10に対してポーリングを中止し、ホスト2と周辺機器10との通信が完全に遮断される。この遮断された状態を復旧するためには、周辺機器10のケーブル4をUSBポート3から一旦引き抜いてP点の電位をグランド電位に落とした後(ロー状態)、再度ケーブル4をUSBポート3に挿し込んで前記電位をハイ状態とする操作をしなければならない。あるいはホスト2に導入されているオペレーティングシステムを再度起動しなければならない。
【0012】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、操作者がシステムの再起動やケーブルを抜差ししなくてもホストと周辺機器との通信を自動的に復旧させることができる周辺機器の接続装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ホストと周辺機器とがデータラインで接続され、前記ホストが前記データラインを介して前記周辺機器を定期的に呼び出すポーリングが行われる周辺機器の接続装置であって、
前記データラインは前記ホストと周辺機器との間で通信されているときに所定の電位(ハイ状態)に設定されるものであり、且つ所定回数の継続した前記呼び出しに前記周辺機器が応答しないことにより前記ポーリングを中止したときに、
前記データラインの電位を通信状態での電位よりも低くし(ロー状態)、その後に再度前記所定の電位(ハイ状態)に復帰させて擬似的な再接続状態に設定する復帰手段と、前記周辺機器の動作が異常であることを検知したときに周辺機器自らを自動的に初期化して正常な動作状態に復帰させるリセット手段と、を有することを特徴とするものである。
【0014】
上記手段により、たとえホストと周辺機器との間の認識が遮断されたとしても、ホストと周辺機器とを物理的に切り離したりせずにホストと周辺機器とを擬似的に再接続して正常な通信状態に復帰させることができる。したがって、操作者はホストと周辺機器とを繋ぐケーブルを抜差ししたり、システムを再度起動するといった煩雑さから開放される。
また上記手段では、呼び出しが中止される回数は仕様により決定され、前記復帰手段は周辺機器がホストからの呼び出しが行われていないと判断したときに動作させられる。
【0015】
また本発明は、前記データラインは、前記ホスト側で第1の抵抗を介してグランドに接続され、前記周辺機器側で第2の抵抗を介して電源に接続されており、前記復帰手段による擬似的な再接続状態の設定動作では、前記周辺機器側で前記データラインを一旦ロー状態としその後に再度データラインをハイ状態に復帰させることが好ましい。
【0016】
また本発明は、前記データラインはD−ラインとD+ラインを有しており、前記復帰手段による擬似的な再接続状態の設定動作では、前記周辺機器側で前記D−ラインとD+ラインの少なくとも一方のラインを一旦ロー状態としその後に再度データラインをハイ状態に復帰させることが好ましい。
【0017】
例えば、周辺機器側のD−ラインまたはD+ラインのいずれかに復帰手段として電気的な流れを制御するスイッチを設けておくことにより、周辺機器がホストからの呼び出しを検知しなくなったときあるいは周辺機器が自己の異常を検知したときには、前記スイッチを制御してホストと周辺機器との間のD−ラインまたはD+ラインを擬似的に切断する。これによって、前記第2の抵抗が設けられているD−ラインまたはD+ラインはグランド電位とされ、ホストでは周辺機器が抜き取られていないにも拘わらず抜き取られたと認識する。さらに周辺機器は、再度前記スイッチを前記データラインが擬似的に切断される前の状態に戻すことにより、D−ラインまたはD+ラインにかかる電位が上昇して、ホストは周辺機器が接続されたと認識する。
【0018】
また本発明では、復帰させる手段としては、データラインをグランドに接続するかあるいはデータラインと電源との間をハイインピーダンス状態としてロー状態に設定し、再度ハイ状態に設定することが好ましい。
【0019】
例えば、データラインをロー状態に設定する場合には、データラインを直接グランドに接続してもよく、または第2の抵抗と電源との間の第2の抵抗側をグランドに接続してもよい。また、データラインを途中で開放したり、第2の抵抗と電源との間を開放することにより、ハイインピーダンス状態に設定することができ、前記ロー状態と同様の作用を与えることができる。
【0021】
上記手段では、呼び出しが中止される回数は仕様により決定され、前記復帰手段は周辺機器がホストからの呼び出しが行なわれていないと判断したときに動作させられる。
【0022】
また前記復帰手段は、さらに前記周辺機器が、電圧変動、一定のプログラムルーチンからの逸脱、メモリ動作異常のいずれかであることを検知したときに擬似的な再接続状態が設定されるようにしてもよい。
【0023】
また、前記復帰手段は、周辺機器側の異常だけでなく、ホスト側の異常により周辺機器の呼び出しが行なわれなくなったときに動作させてもよい。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の周辺機器の接続装置について図面を参照して説明する。図1は本発明の周辺機器の接続装置を示し、Aは第1の形態を示す全体の回路図、Bは第2の形態を示す周辺機器の回路図、図2は本発明の他の周辺機器の接続装置を示し、Aは第3の形態を示す全体の回路図、Bは第4の形態を示す周辺機器の回路図、図3は本発明の周辺機器の接続装置の第5の形態を示す全体の回路図、図4は本発明の周辺機器の接続装置の第6の形態を示す周辺機器の回路図である。なお、以下の説明では、ホスト側にはパーソナルコンピュータ、周辺機器側にはUSB(Universal Serial Bus)インターフェースが搭載された周辺機器(キーボードやマウスなど)、の場合を示す。
【0025】
図1のAに示す周辺機器1は、内部にUSBコントローラ5を有し、このUSBコントローラ5にはペアのデータライン(D+ライン,D−ライン)が設けられている。USBインターフェースでは、2本の信号線をペアで使用して送受信する方式であり、2つの信号ライン(「D+ライン」と「D−ライン」)に対して、正電位と負電位とが互いに反転した信号が与えられる。
【0026】
また、前記周辺機器1内部のD−ラインには、第2の抵抗として抵抗R3(以下、プルアップ抵抗R3と記す)が接続され、前記プルアップ抵抗R3のD−ラインとは異なる側は電源ライン(Vcc)に接続されている。
【0027】
さらに、前記D−ラインには、切替スイッチ6が設けられている。この切替スイッチ6の開閉を制御する制御部5aがUSBコントローラ5内に設けられ、ライン7を介して切替スイッチ6が制御される。なお、この切替スイッチ6は通常は閉じている。また、D−ラインとD+ラインはそれぞれ図示しないインターフェース回路に接続されている。
【0028】
ホスト2は、図5の従来の形態で示したように、内部にUSBポート3が設けられている。このUSBポート3には、データラインとしてD+ラインとD−ライン、電源ライン(図示せず)、グランドラインGからなる端子が設けられている。さらにホスト2側のD−ライン側には、第1の抵抗として抵抗R1(以下、プルダウン抵抗R1と記す)の一端が接続され、もう一端はグランドラインGに接続されている。またホスト2側のD+ライン側には、もうひとつの第1の抵抗として抵抗R2(以下、プルダウン抵抗R2と記す)の一端が接続され、もう一端はグランドラインGに接続されている。
【0029】
周辺機器1とホスト2とがケーブル4を介して接続されると、周辺機器1側の電源ラインVccは、ホスト2の電源ラインと接続され、ホスト2から電源が供給され、また周辺機器1側の図示しないグランドラインは、ホスト2のグランドラインGと接続される。
【0030】
また周辺機器1がホスト2に接続されていない場合には、図1に示すD−ラインのP点は、グランドラインGと同等の電位(グランド電位;ほぼ0ボルト)となる(ロー状態)。周辺機器1がホスト2に接続されると、D+ラインどうし、D−ラインどうしがそれぞれ接続され、その結果、D−ラインのP点は、前記グランド電位とは異なる所定量の電圧値に変位する(ハイ状態)。
【0031】
なお、USB対応の周辺機器は、仕様によりロースピードモード(低速度;1.5Mビット/s)とハイスピードモード(高速度;12Mビット/s)とがあり、周辺機器の種類によってロースピードモードで動作するか、ハイスピードモードで動作するかが予め決められている。すなわち、ロースピードモード対応の周辺機器では、D−ライン側にプルアップ抵抗が設けられ、ハイスピードモード対応の周辺機器では、D+ライン側にプルアップ抵抗が設けられている。したがって、ロースピードモード対応の周辺機器がホスト2に接続されたときには、周辺機器1の電源ラインVcc、プルアップ抵抗R3、プルダウン抵抗R1、グランドラインGによりラインが構成され、このときのラインの電流値をIとすればP点に生じる電位はR1/(R1+R3)*Iとなる(図1及び図2参照)。また、ハイスピードモード対応の周辺機器がホスト2に接続されたときには、周辺機器1の電源ラインVcc、プルアップ抵抗R4、プルダウン抵抗R2、グランドラインGにより構成され、このときのラインの電流値をIとすればQ点に生じる電位はR2/(R2+R4)*Iとなる(図3参照)。
【0032】
切替スイッチ6は、USBコントローラ5内に設けられた制御部5aにより制御ライン7を介して開閉が制御される。この切替スイッチ6は、接合形トランジスタや電界効果形トランジスタ(FET)など一般的に使用されるもので構成できる。例えば、図1のAに示す場合では、通常状態ではUSBコントローラ5内の制御部5aにより制御ライン7から所定の電位を超える信号(ハイ信号)が入力されて切替スイッチ6が閉じた状態にあり、また必要に応じて制御ライン7から所定の電位以下の信号(ロー信号)が入力されることにより、切替スイッチ6が開いた状態となる。なお、前記とは逆に、所定の電位以下の信号が入力されたときに切替スイッチ6が開かれ、所定の電位を超える信号が入力されたときに切替スイッチ6が閉じられるようにしてもよい。
【0033】
ホスト2では、周辺機器1が接続された時点で一定時間毎に呼び出しを行なうポーリングが実行されるが、例えば周辺機器1が継続して3回呼び出しに応答しなかったときにホスト2はポーリングを中止する。ポーリングが中止される場合として、電圧が許容範囲を超えて変動した場合、一定のプログラムルーチンから逸脱した場合、またはメモリに動作異常が発生した場合などが挙げられる。
【0034】
また周辺機器1は自らを初期化するリセット機能を有しており、前記異常を検知したときには自らリセット処理が実行される。このリセット処理の間にポーリングが中止されるが、ホスト2からの連続3回の呼び出しの間に周辺機器1側が前記異常を検知してただちにリセット処理した場合にはポーリングが中止されない場合はある。
【0035】
周辺機器1が、ポーリングの中止を確認したときには、前記切替スイッチ6が切替えられる。すなわち、切替スイッチ6は通常は閉じた状態であり、制御部5aから制御ライン7を通って所定の電位以下の信号が切替スイッチ6に入力されると切替スイッチ6の回路が開かれる。これにより、D−ラインがハイインピーダンス状態となり、P点の電位はグランドラインGとほぼ同等の電位(グランド電位)に固定される(ロー状態)。その結果、ホスト2は前記ロー状態の電位を検出して周辺機器1がホスト2から切り離されたと認識する。さらに、周辺機器1では、制御部5aから制御ライン7を介して前記所定の電位を超える電位を有する信号が切替スイッチ6に入力され、切替スイッチ6の回路が閉じられる。これにより、P点の電位は例えば所定の電源電圧値(ハイ状態)に固定され、ホスト2は、周辺機器1が接続されたと認識する。
【0036】
上記のように、ホスト2と周辺機器1とが擬似的に再接続されることにより、ポーリングが再開され、周辺機器1からのデータ入力等が可能になる。
【0037】
また、図1のBは、第2の実施形態からなる周辺機器1′である。この周辺機器1′は、図1のAにおいてUSBコントローラ5の外部に設けられていた切替スイッチ6をUSBコントローラ5の内部に設けているものである。図1のBでは、D−ラインとD+ラインは、それぞれインターフェース回路5bへと接続され、且つ制御部5aによりライン7を介して前記切替スイッチ6の開閉を制御している。なお、D−ラインとD+ラインとは前記とは逆であってもよい。
【0038】
よって、前記切替スイッチ6が開放されることによりD−ライン(またはD+ライン)はハイインピーダンス状態となりロー状態に設定される。なお、前記ロー状態に設定の後に再度ハイ状態に設定する切替え等は上記と同様に行なわれる。
【0039】
図2のAに示す周辺機器20は、D−ライン上にグランドラインG3(これはホスト2側のグランドラインGと接続される)に接続されるライン8を設け、このライン8上に切替スイッチ26を設ける。また切替スイッチ26は、USBコントローラ25内に設けられた制御部25aにより制御ライン27を通じて制御される。この切替スイッチ26は、前記切替スイッチ6と同様にトランジスタ等を用いて構成される。なお、切替スイッチ26は、通常の状態では開いている。上記以外の部分は、図1に示した実施形態と同様であり、同一の符号を示してその説明を省略する。
【0040】
前記周辺機器20がホスト2に接続されている場合、前記で列挙した異常によりホスト2からのポーリングが中止されたときには、制御部25aにより制御ライン27を介して切替スイッチ26の回路が閉じられる。すなわち、制御部25aからは、所定の電位を超えない電位を有する信号が入力され、切替スイッチ26が閉じられる。これにより、電源ラインVccから供給された電源はすべてライン8を通ってグランドラインG3に流れ込み、ホスト2側へは送られなくなる。よって、P点の電位は、グランドラインGとほぼ同等なグランド電位に設定され(ロー状態)、ホスト2では周辺機器20が取り外されたと認識する。さらに、制御部25aは、所定電位以上の信号が制御ライン27を介して切替スイッチ26に与えられる。これにより、切替スイッチ26の回路は開かれ、D−ライン上のP点は、所定の電源電圧値となり(ハイ状態)、ホスト2では周辺機器20が接続されたと認識する。
【0041】
なお、前記周辺機器20は、USBコントローラ25内にグランドラインG3と切替スイッチ26とからなる回路を構成し、前記制御部25aにより前記切替スイッチ26を制御するものであってもよい。
【0042】
また図2のBに示す周辺機器20′は、図2のAにおいてUSBコントローラ25の外部に設けられていた切替スイッチ26とプルアップ抵抗R3と電源ラインVccとをUSBコントローラ25内に設けたものである。図2のBでは、D−ラインとD+ラインはインターフェース回路25bに接続され、且つ制御部25aにより制御ライン27を介して前記切替スイッチ26の開閉が制御される。なお、D−ラインとD+ラインは前記とは逆であってもよい。
【0043】
これにより、切替スイッチ26が閉じられることによりD−ライン(またはD+ライン)はグランドに接続され、その結果ロー状態に設定される。
【0044】
図3に示す周辺機器30は、ハイスピードモードで動作する周辺機器を示す。
この周辺機器30は、仕様によりD+ライン側に第2の抵抗としてプルアップ抵抗R4の一端が接続され、もう一端が電源ラインVccに接続される。また周辺機器30側のD+ラインには、切替スイッチ36が設けられ、切替スイッチ36はUSBコントローラ35内に設けられた制御部35aにより制御ライン37を介して切替スイッチ36のONとOFFとが制御される。通常時においては、前記切替スイッチ36は閉じており、ホスト2からポーリングが行なわれていないと判断したときに回路が開かれ、そして閉じられるようになっている。
【0045】
これにより、ホスト2に周辺機器30が接続されると、D+ラインはプルアップ抵抗R4を介して電源ラインVccと接続される。このとき図3に示すQ点の電位は、電流値をIとするとR2/(R2+R4)*Iとなり、周辺機器30が接続されないときのグランド電位(ロー状態)と比べて高くなる。この電位をホスト2が検知することでホスト2は周辺機器30が接続されたと認識する。
【0046】
なお、周辺機器30は、上記の実施形態に限らず、図1のBで示したように、USBコントローラ35内に切替スイッチ36よりなる回路を構成して制御部35aから制御ライン37を介して切替スイッチ36の開閉を制御してもよい。あるいは図2のBで示したように、USBコントローラ35内に切替スイッチ36とプルアップ抵抗R4と電源ラインVccとからなる回路を構成し、且つ前記切替スイッチ36の開閉動作を制御部35aで制御してもよい。
【0047】
図4に示す周辺機器40は、電源ラインVccとプルアップ抵抗R3との間に切替スイッチ46を設け、この切替スイッチ46により電源ラインVccとプルアップ抵抗R3との間を開放してハイインピーダンス状態に設定してロー状態に設定したり、あるいはプルアップ抵抗R3をグランドGに接続してロー状態に設定してもよい。
【0048】
すなわち、図4に示すように、電源ラインVccとプルアップ抵抗R3との間に切替スイッチ46が設けられている。この切替スイッチ46は、3段階に切替え可能であり、各設定は、電源ラインVccとプルアップ抵抗R3との接続(状態a)、電源ラインVccとプルアップ抵抗R3との間が開放(状態b)、プルアップ抵抗R3とグランドラインGとの接続(状態c)であり、いずれかが選択される。
【0049】
前記切替スイッチ46がUSBコントローラ45内に設けられた制御部45aから制御ライン47を介して状態bに切替えられたときには、電源ラインVccとD−ライン(データライン)との間がハイインピーダンス状態となり、ロー状態に設定される。また、前記切替スイッチ46が状態cに切替えられたときには、プルアップ抵抗R3がグランドGに接続され、D−ライン(データライン)がグランド電位に設定され、ロー状態に設定される。これにより、ホスト2では、周辺機器40が切り離されたと認識される。
【0050】
なお、前記切替スイッチ46は、3段階に切替えられるようにする必要はなく、状態aと状態bとの2段階の切替えが可能なスイッチ、または状態aと状態cとの2段階の切替えが可能なスイッチであればよい。
【0051】
また、前記切替スイッチ46は、例えば、図1のBおよび図2のBで示したように、USBコントローラ45内に、前記プルアップ抵抗R3と切替スイッチ46と電源ラインVccとグランドGとで構成される回路を設けてもよい。
【0052】
なお、上記したいずれの周辺機器1,1′,20,20′,30,40においては、制御部5a,25a,35a,45aは、USBコントローラ5,25,35,45の外部に設けて切替スイッチ6,26,36,46を制御できるようにしてもよい。
【0053】
本発明は、データライン上のP点やQ点にかかる電位が、ハイ状態とロー状態とにそれぞれ切替えられるものであれば、上記した形態に限られるものではなく、例えばD−ラインとD+ラインとを短絡させるようにしてもよく、あるいは切替スイッチをホスト側に設けたものでもよい。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ホストからのポーリングが中止された場合に、ケーブルを抜差ししたり、ホストのシステムを再起動させたりすることなく、ホストからのポーリングを再開させて、周辺機器との相互通信を自動的に復旧させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の周辺機器の接続装置を示し、Aは第1の形態を示す全体の回路図、Bは第2の形態を示す周辺機器の回路図、
【図2】本発明の周辺機器の接続装置の他の形態を示し、Aは第3の形態を示す全体の回路図、Bは第4の形態を示す周辺機器の回路図、
【図3】本発明の周辺機器の接続装置の第5の形態を示す全体の回路図、
【図4】本発明の周辺機器の接続装置の第6の形態を示す周辺機器の回路図、
【図5】従来の周辺機器の接続装置を示す全体の回路図、
【符号の説明】
G,G3 グランドライン
R1,R2 プルダウン抵抗
R3,R4 プルアップ抵抗
Vcc 電源ライン
1,1′,20,20′,30,40 周辺機器(端末)
2 コンピュータ本体(本体)
3 USBポート
4 ケーブル
5,25,35,45 USBコントローラ
5a,25a,35a,45a 制御部
5b,25b インタフェース回路
6,26,36,46 切替スイッチ
7,27,37,47 制御ライン
Claims (5)
- ホストと周辺機器とがデータラインで接続され、前記ホストが前記データラインを介して前記周辺機器を定期的に呼び出すポーリングが行われる周辺機器の接続装置であって、
前記データラインは前記ホストと周辺機器との間で通信されているときに所定の電位(ハイ状態)に設定されるものであり、且つ所定回数の継続した前記呼び出しに前記周辺機器が応答しないことにより前記ポーリングを中止したときに、
前記データラインの電位を通信状態での電位よりも低くし(ロー状態)、その後に再度前記所定の電位(ハイ状態)に復帰させて擬似的な再接続状態に設定する復帰手段と、前記周辺機器の動作が異常であることを検知したときに周辺機器自らを自動的に初期化して正常な動作状態に復帰させるリセット手段と、を有することを特徴とする周辺機器の接続装置。 - 前記データラインは、前記ホスト側で第1の抵抗を介してグランドに接続され、前記周辺機器側で第2の抵抗を介して電源に接続されており、前記復帰手段による擬似的な再接続状態の設定動作では、前記周辺機器側で前記データラインを一旦ロー状態としその後に再度データラインをハイ状態に復帰させることを特徴とする請求項1記載の周辺機器の接続装置。
- 前記データラインはD−ラインとD+ラインを有しており、前記復帰手段による擬似的な再接続状態の設定動作では、前記周辺機器側で前記D−ラインとD+ラインの少なくとも一方のラインを一旦ロー状態としその後に再度データラインをハイ状態に復帰させることを特徴とする請求項2記載の周辺機器の接続装置。
- 復帰させる手段としては、データラインをグランドに接続するかあるいはデータラインと電源との間をハイインピーダンス状態としてロー状態に設定し、再度ハイ状態に設定することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の周辺機器の接続装置。
- 前記復帰手段は、さらに前記周辺機器が、電圧変動、一定のプログラムルーチンからの逸脱、メモリ動作異常のいずれかであることを検知したときに擬似的な再接続状態が設定されることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の周辺機器の接続装置。
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