JP5901241B2 - Ｕｓｂハブ装置及びそれを用いたシステム - Google Patents

Description

本発明は、ＵＳＢハブ装置を用いたシステムにおいて、ＵＳＢデバイスに電源を供給する電源供給装置が異常停止した際のＵＳＢホストコントローラへの通知方法に関する。

（１）ＵＳＢの概要説明
ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）は、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと称す）と各種周辺機器（以下、ＵＳＢデバイスと称す）とを共通仕様のインタフェースで接続し高速通信を実現するためのインタフェース規格である。ＵＳＢは、使い勝手の良さに加え、ＰＣ側にホストコントローラ（以下、ＵＳＢホストと称す）を配置し、各種ＵＳＢデバイスとの通信をホストコントローラが集中管理することによって、ＵＳＢデバイス側のインタフェース構成をシンプルで安価にすることができる。

また、ＵＳＢホストから直接制御できるＵＳＢのポート数は限られているため、ＵＳＢホストとＵＳＢデバイスの間にＵＳＢハブ装置を介在させる方法が用いられる。なお、ＵＳＢのシステム構成において、ＵＳＢホスト側をアップストリーム、ＵＳＢデバイス側をダウンストリームと一般に称されており、本発明の説明においてもこの呼称を使用する。

（２）ＵＳＢの電源構成
ＵＳＢデバイスの電源供給の方法として、ＵＳＢホストのＵＳＢデバイスに電源を供給する電源ライン（以下、ＶＢＵＳラインという）から直接電源を供給するバスパワーと、ＶＢＵＳラインとは別の外部電源等から電源を供給するセルフパワーの２つの方法がある。バスパワーを利用してＵＳＢデバイスに電源を供給する場合、ダウンストリームに供給できる最大の消費電流は１００ｍＡまでと規定されており、またセルフパワーの場合は、５００ｍＡまでと規定されている。

セルフパワーに関して、外部電源を使用せずにＵＳＢホストが組み込まれる製品内部にセルフパワーと同等機能の電源回路を備える構成の提案が、例えば特許文献１に開示されている。ＵＳＢ規格では、ＵＳＢデバイスの入力端の電源電圧範囲として＋４．７５Ｖ〜＋５．２５Ｖを満足する必要がある。ＵＳＢホストから電源を供給する場合、ＵＳＢハブ装置またはＵＳＢデバイスまでの配線経路が長いと配線インピーダンスによる電圧降下が大きくなってしまい、ＵＳＢ規格を満たすためには製品構成に制約を設ける必要が生じる可能性がある。特許文献１のようにＵＳＢデバイスの電源電圧を製品内部に設置した電源回路によって供給する場合、次の利点がある。すなわち、あらかじめ想定しうる必要消費電流を供給でき、電源電圧を＋４．７５Ｖ〜＋５．２５Ｖに変換して出力する電圧変換部を設置することによってＵＳＢ規格を満足できる製品構成を実現することができる。

また、故障時などに想定外の電流を消費するＵＳＢデバイスが接続された場合、ＶＢＵＳラインを保護してスイッチを切り制御部に通知する構成の提案が特許文献２によってなされている。更にＶＢＵＳラインに過電流が流れた場合に遮断するスイッチＩＣや、スイッチＩＣをオン／オフ操作するためのイネーブル端子と、スイッチＩＣの過電流が検知された場合に検知信号を入力するための過電流検知端子を備えたＵＳＢハブＩＣが販売されている。これらを組み合わせて、ダウンストリームが過電流状態の場合にスイッチＩＣによってＶＢＵＳラインを遮断するとともにＵＳＢハブＩＣの過電流検知端子をアクティブにし、ＵＳＢハブ装置が過電流検知状態をＵＳＢホストに通知する構成とすることができる。

特開２００２−９４５３９号公報 特開２００４−２９８９３号公報

しかし、セルフパワーとして設置した電圧変換部自身の故障によって保護機能が働き停止する場合、またはダウンストリームポートに過負荷状態のＵＳＢデバイスが接続された場合に、次の現象が起こりうる。すなわち、スイッチＩＣの過電流保護動作が必ずしも先に機能するとは限らず、電圧変換部自身の保護機能によって停止する場合である。このような場合において、ＵＳＢホストはダウンストリームポートに接続されるスイッチＩＣの保護機能動作を認識できるものの、セルフパワーの電圧変換部の停止を認識することができない。この状態では、セルフパワーの電圧変換部が停止するため、ＵＳＢデバイスのＶＢＵＳ電源が遮断される。この場合、本来電圧変換部の故障またはＵＳＢデバイスの過負荷状態が原因であるにもかかわらず、ＵＳＢホストはダウンストリームのＵＳＢデバイスがユーザによって強制的に引き抜かれたと誤認識をしてしまう可能性がある。

また、電圧変換部が保護機能動作によって停止した場合、復帰には通常入力電源のオフ／オン再起動を行う必要がある。しかしＵＳＢホストは、電圧変換部の停止ではなくＵＳＢデバイスの強制的な引き抜かれと誤認識しているため自動復帰動作には入らない。その結果、ユーザにとってはＵＳＢデバイスがハング・アップ状態で停止したままとなり、ＵＳＢホストが適切な処理を行うことができず、ユーザビリティを損なうことになる。

上述した特許文献２の提案のように、セルフパワーの電圧変換部が停止した場合に検知信号をＵＳＢホストに送信することも考えられる。この場合、ＵＳＢホストとＵＳＢハブ装置及びＵＳＢデバイスが同一基板上にある場合には有利である。しかし、ＵＳＢホストとＵＳＢハブ装置が長い配線経路で接続される、又はＵＳＢハブ装置の段数が複数になる場合、ＵＳＢホストに検知信号を送るための信号線を通常のＵＳＢ通信線に加えて設ける必要がある。その結果、インタフェース構成が複雑になりコストアップとなってしまう。

本発明は、ＵＳＢハブ装置のセルフパワーの電圧変換部が保護機能動作により停止した場合でも、既存のインタフェース構成を用いてＵＳＢホストがエラー状態を正しく認識することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。

（１）ＵＳＢ通信によってＵＳＢホストコントローラ及びＵＳＢデバイスとデータの送受信を行うＵＳＢハブ装置において、複数のダウンストリームのポートを備えるＵＳＢハブＩＣと、ＵＳＢハブ装置に供給される電源電圧を、前記複数のダウンストリームのポートに接続される複数のＵＳＢデバイスに供給する電源電圧に変換し、前記複数のＵＳＢデバイスに電源電圧を供給する電圧変換手段と、前記電圧変換手段により変換された電源電圧を、前記複数のＵＳＢデバイスに供給する又は遮断する複数のスイッチ手段と、を有し、前記電圧変換手段から前記複数のＵＳＢデバイスへの電源電圧が供給されている状態で、前記複数のＵＳＢデバイスのうち、いずれか１つのＵＳＢデバイスが過電流となった過電流状態である場合、前記複数のスイッチ手段のうち前記いずれか１つのＵＳＢデバイスに対応したスイッチ手段は、前記電圧変換手段から前記いずれか１つのＵＳＢデバイスに供給される前記電源電圧を遮断し、前記ＵＳＢハブＩＣは前記いずれか１つのＵＳＢデバイスに対応した１つの過電流検知信号を受信し、前記電圧変換手段から前記複数のＵＳＢデバイスへの電源電圧が供給されていない異常状態である場合、前記ＵＳＢハブＩＣは前記複数のＵＳＢデバイスに対応した複数の過電流検知信号を受信することを特徴とするＵＳＢハブ装置。
（２）ＵＳＢ通信によってＵＳＢホストコントローラ及びＵＳＢデバイスとデータの送受信を行うＵＳＢハブ装置において、ダウンストリームのポートを備えるＵＳＢハブＩＣと、ＵＳＢハブ装置に供給される電源電圧を、前記ダウンストリームのポートに接続されるＵＳＢデバイスに供給する電源電圧に変換し、前記ＵＳＢデバイスに電源電圧を供給する電圧変換手段と、前記電圧変換手段により変換された電源電圧を、前記ＵＳＢデバイスに供給する又は遮断するスイッチ手段と、を有し、前記電圧変換手段から前記ＵＳＢデバイスへの電源電圧が供給されている状態で、前記ＵＳＢデバイスが過電流となった過電流状態である場合、前記スイッチ手段は前記電圧変換手段から前記ＵＳＢデバイスに供給される前記電源電圧を遮断し、前記ＵＳＢハブＩＣは前記ＵＳＢデバイスに対応した１つの過電流検知信号を受信し、前記電圧変換手段から前記ＵＳＢデバイスへの電源電圧が供給されてない異常状態である場合、前記ＵＳＢハブＩＣは前記ＵＳＢデバイスに対応した１つの過電流検知信号を含む、複数の過電流検知信号を受信することを特徴とするＵＳＢハブ装置。

本発明によれば、ＵＳＢハブ装置のセルフパワーの電圧変換部が保護機能動作により停止した場合でも、既存のインタフェース構成を用いてＵＳＢホストがエラー状態を正しく認識することができる。

実施例１の一般的なＵＳＢハブ装置を用いたシステム構成を示すブロック図 電圧変換部２の構成を示す図 実施例１の一般的なＵＳＢ通信動作の一例を説明するフローチャート及びＵＳＢハブ装置の保護動作時における各端子等の状態及び復帰方法を示す表 実施例１のＵＳＢハブ装置を用いたシステム構成を示すブロック図 実施例１のシステムの異常停止時の処理を説明するフローチャート及び保護動作時における各端子等の状態及び復帰方法を示す表 実施例２のＵＳＢハブ装置を用いたシステムの構成を示すブロック図及び保護動作時における各端子等の状態及び復帰方法を示す表 実施例３の昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータの概略の回路図

以下本発明を実施するための形態を、実施例により詳しく説明する。

［一般的なＵＳＢハブ装置のシステム］
まず、一般的なＵＳＢハブ装置を用いたシステムを、図１を用いて説明する。このシステムは、基本的には、ＵＳＢホストコントローラ装置１，ＵＳＢハブ装置２，ＵＳＢデバイス１ ３ａ，ＵＳＢデバイス２ ３ｂより構成される。以下でＵＳＢデバイス１ ３ａとＵＳＢデバイス２ ３ｂを総称して記載する場合には、ＵＳＢデバイス３と記載する。なお、ＵＳＢ規格では、転送速度としてロースピード（ＬＳ、１．５Ｍｂｐｓ）、フルスピード（ＦＳ、１２Ｍｂｐｓ）、ハイスピード（ＨＳ、４８０Ｍｂｐｓ）が規定されている。ＵＳＢホストコントローラ装置１は、ホストコントローラであるＵＳＢホスト４、ルートハブ５を有し、更にＵＳＢハブ装置２に供給する電源電圧を遮断するためのスイッチであるアップストリームのスイッチＩＣ−Ｕ ６を有する。また、ＵＳＢハブ装置２に電源電圧を供給するＶＢＵＳ（＋５Ｖ）電源ライン７，アップストリームのデータライン（Ｄ＋，Ｄ−）８を有する。ＵＳＢハブ装置２は、ＵＳＢハブＩＣ９，電圧変換部１ １０、電圧変換部２ １２を有し、電圧変換部１ １０は、アップストリームのＶＢＵＳ電圧（＋５Ｖ）が入力されて＋３．３Ｖの出力電圧１１を出力する。電圧変換部１の例としてはシリーズレギュレータなどが挙げられる。電圧変換部１ １０の出力電圧は主としてＵＳＢハブＩＣ９の電源電圧として供給される。電圧変換部２ １２の例としては昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータが挙げられ、アップストリームのＶＢＵＳ電圧（＋５Ｖ）が入力されて、＋５Ｕの出力電圧１３を生成する。＋５Ｕの出力電圧１３は、ＵＳＢデバイス３
の電源電圧（後述の＋５Ｕ＿１、＋５Ｕ＿２）として、＋４．７５Ｖ≦＋５Ｕ＿１，＋５Ｕ＿２≦＋５．２５Ｖの電圧範囲を満たすように調整されたダウンストリームのＶＢＵＳ電圧である。

スイッチＩＣ−Ｄ１ １４ａ，スイッチＩＣ−Ｄ２ １４ｂは、それぞれの入出力間スイッチをオン／オフ操作させるためのＵＳＢハブＩＣ９のイネーブル端子１ １５ａ，イネーブル端子２ １５ｂと接続されている。以下でスイッチＩＣ−Ｄ１ １４ａとスイッチＩＣ−Ｄ２ １４ｂを総称して記載する場合には、スイッチＩＣ−Ｄ １４と記載する。イネーブル端子１ １５ａ、イネーブル端子２ １５ｂは、それぞれ図中にＥＮＡＢＬＥ＿１、ＥＮＡＢＬＥ＿２と示す。以下でイネーブル端子１ １５ａとイネーブル端子２ １５ｂを総称して記載する場合には、イネーブル端子１５と記載する。また、ＵＳＢハブＩＣ９は、スイッチＩＣ−Ｄ １４からの信号が入力される過電流検知端子１（図中、ＯＣＳ＿１と示す）１６ａ，過電流検知端子２（図中、ＯＣＳ＿２と示す）１６ｂを有する。以下で過電流検知端子１ １６ａと過電流検知端子２ １６ｂを総称して記載する場合には、過電流検知端子１６と記載する。そして、ＵＳＢハブＩＣ９は、ダウンストリームのデータライン１（Ｄ＋＿１，Ｄ−＿１）１７ａ，データライン２（Ｄ＋＿２、Ｄ−＿２）１７ｂにより、ＵＳＢデバイス１ ３ａ、ＵＳＢデバイス２ ３ｂに接続されている。スイッチＩＣ−Ｄ１ １４ａは、ＵＳＢデバイス１ ３ａに電源ライン＋５Ｕ＿１ １８ａで接続され、スイッチＩＣ−Ｄ２ １４ｂは、ＵＳＢデバイス２ ３ｂに電源ライン＋５Ｕ＿２ １８ｂで接続されている。

［電圧変換部２］
ここで電圧変換部２ １２の一般的な構成例について説明する。図２はその概略の回路図である。電圧変換部２ １２は、ＵＳＢハブ装置２に供給される入力電源ライン１０１、汎用制御ＩＣ１０２、ロードスイッチ用ＦＥＴ１０３を有する。汎用制御ＩＣ１０２がロードスイッチ用ＦＥＴ１０３のゲートをロー側に設定することによって、ロードスイッチ用ＦＥＴ１０３のソース〜ドレイン間が導通する。電圧変換部２ １２は、更にスイッチング用ＦＥＴ１０５、インダクタ１０６、ショットキーバリアダイオード（以下、ＳＢＤという）１０７、電解コンデンサ１０８、抵抗１０９，１１０を有する。また、汎用制御ＩＣ１０２は、フィードバック端子１１１とスイッチング用ＦＥＴ１０５をオン／オフする制御端子１０４を有する。

入力電源ライン１０１は、ダウンストリームのＵＳＢデバイス３に供給する電源電圧が＋５Ｖのため、一般的には＋５Ｖ系の電源電圧ラインである。ＵＳＢホストコントローラ装置１からＵＳＢハブ装置２までの配線経路が長い場合、配線インピーダンスと消費電流の影響によって、例えば入力電源の電圧が＋４．５Ｖ程度まで低下してしまうことが想定される。このような場合に、電圧変換部２ １２によって電圧変換することで、ＵＳＢ規格に規定される電圧範囲（＋４．７５Ｖ〜＋５．２５Ｖ）に調整することが必要となる。

電圧変換部２ １２の汎用制御ＩＣ１０２は、内部にパルス幅変調回路を有し、フィードバック端子１１１の電圧が一定になるように、差分比較した結果に基づき所定の周期Ｔに対するパルス幅ｔのＤｕｔｙ時間分だけ制御端子１０４をオンにする（ＰＷＭ出力）。制御端子１０４はスイッチング用ＦＥＴ１０５のゲートに接続されており、制御端子１０４がオンされている間スイッチング用ＦＥＴ１０５がオンされる。スイッチング用ＦＥＴ１０５がオンされている間にインダクタ１０６には通電によるエネルギーが蓄積される。そしてスイッチング用ＦＥＴ１０５がオフされると、インダクタ１０６の両端に逆起電力が生じ、入力電源ライン１０１に逆起電力が加算された昇圧電圧と負荷電流がＳＢＤ１０７、電解コンデンサ１０８によって整流・平滑され出力される。出力電圧１３（＋５Ｕ）は、汎用制御ＩＣ１０２のフィードバック端子１１１を基準電圧Ｖｒとして、抵抗１０９の抵抗値をＲ１０９、抵抗１１０の抵抗値をＲ１１０とすると、＋５Ｕ＝Ｖｒ×（Ｒ１０９＋Ｒ１１０）／Ｒ１１０の関係により定められる。＋５Ｕはダウンストリームの電圧降下分を考慮して概ね＋５．１Ｖ〜＋５．２Ｖ程度に調整されることが望ましい。

また汎用制御ＩＣ１０２は、出力端子に過大な負荷が掛かることで出力電圧が低下し、パルス幅ｔが最大Ｄｕｔｙ時間オンしても制御できない状態になった場合は、過負荷保護のためにＰＷＭ出力を停止し、スイッチング用ＦＥＴ１０５のスイッチングを停止する。しかし、本実施例で説明する電圧変換部２ １２は昇圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、過負荷保護によってスイッチング用ＦＥＴ１０５のスイッチングを停止しても入力電源はＳＢＤ１０７を介してそのまま出力端子に供給されてしまう。そこで汎用制御ＩＣ１０２は、過負荷保護が働いた時にはロードスイッチ用ＦＥＴ１０３を遮断する機能を備えており、ロードスイッチ用ＦＥＴ１０３のゲートを開放（オフ）することによって電力の供給を遮断する。

［一般的なＵＳＢ通信動作の例］
ＵＳＢ通信については、ＵＳＢ２．０規格に基づくハイスピード仕様を前提に説明する。なお、ＵＳＢ通信方式の詳細な説明については、ＵＳＢ２．０規格が一般公開されているため省略する。ＵＳＢホストコントローラ装置１〜ＵＳＢハブＩＣ９〜ＵＳＢデバイス３間の動作の概要を図１のブロック図及び図３（ａ）のフローチャートにより説明する。図３（ａ）のフローチャートにおいて、ＵＳＢホスト４の電源が投入されると、ＵＳＢホスト４はルートハブ５を介してイネーブル信号をアクティブにすることで、スイッチＩＣ−Ｕ ６がオンされＶＢＵＳ（＋５Ｖ）電源ライン７が供給可能状態になる。電源が供給された場合、ＵＳＢホスト４のダウンストリームにＵＳＢハブ装置２が接続されているか否かは、ＵＳＢホスト４のデータラインの内部プルアップ抵抗と、ＵＳＢハブＩＣ９のデータラインの内部プルダウン抵抗の状態によりＵＳＢホスト４が判断する。なお、ＵＳＢ通信において、ロースピードの場合はマイナスのデータラインＤ−、フルスピードの場合はプラスのデータラインＤ＋に内部プルアップ抵抗をＵＳＢホスト４が接続して通信モードを判別する。ハイスピードの場合は、一度フルスピードのモードとしてＵＳＢハブ装置２の接続を認識した後に、通信確認（Ｃｈｉｒｐ−Ｈａｎｄｓｈａｋｅ）によってハイスピードの通信が可能かどうかを判断する。このＵＳＢハブ装置２やＵＳＢデバイス３の接続確認や、ＵＳＢ通信モードの確認方法は、ＵＳＢハブ装置２とＵＳＢデバイス３間との間でも同様の処理によって行われる。

電源がオンされると、ステップ（以下、Ｓとする）１０１でＵＳＢホスト４とＵＳＢハブＩＣ９との間で通信が確立される。そして、Ｓ１０２で、ＵＳＢハブＩＣ９はＵＳＢデバイス３が接続されたか否かを判断し、接続されるまで待機する。この場合、ＵＳＢハブＩＣ９は、ＵＳＢデバイス３が接続されたことを認識できるように、イネーブル信号をイネーブル端子１５から送出してスイッチＩＣ−Ｄ １４をオンし、電圧変換部２ １２で生成された＋５Ｕ電源電圧を供給可能な状態に保持しておく。Ｓ１０２で、ＵＳＢハブＩＣ９がＵＳＢデバイス３が接続されたと判断すると、Ｓ１０３で、ＵＳＢハブＩＣ９とＵＳＢデバイス３との間で上述のＵＳＢデバイスの認識、ＵＳＢ通信モードの確認の初期設定が行われ通信可能な状態になる。Ｓ１０４では、スイッチＩＣ−Ｄ １４がＵＳＢデバイス３がセルフパワーで規定される定格電流５００ｍＡ以内で動作するか否か、すなわち過電流を検知したか否かを判断する。そして、定格電流５００ｍＡ以内の場合、Ｓ１０５に進み、ＵＳＢハブ装置２は通常動作としてＵＳＢデバイス３へのアクセス処理を実行する。そしてＳ１０６で、ＵＳＢハブ装置２がＵＳＢデバイス３へのアクセスが終了したか否かを判断する。Ｓ１０６で、ＵＳＢハブ装置２がＵＳＢデバイス３へのアクセスが終了したと判断した場合には終了し、ＵＳＢデバイス３へのアクセスが終了しないと判断した場合にはＳ１０４の処理に戻る。なお、ＵＳＢデバイス３を取り除く場合は、ＰＣ等のパネル上から終了操作をすることによって、通信中にユーザがＵＳＢデバイス３を取り除くことでデータを破損させることがないように通信の停止処理を行う。

次にＳ１０４で、スイッチＩＣ−Ｄ １４がＵＳＢデバイス３がセルフパワーで規定される定格電流５００ｍＡを超える過電流を検知したと判断した場合には、Ｓ１０７に進み、ダウンストリームのスイッチＩＣ−Ｄ １４の過電流保護動作が機能する。スイッチＩＣ−Ｄ １４の過電流保護動作に係る過電流設定値は５００ｍＡより少し大きい値、例えば７５０ｍＡ〜１Ａ付近に設定されている場合が一般的に多い。スイッチＩＣ−Ｄ １４の過電流保護動作が機能した場合、スイッチＩＣ−Ｄ １４はＵＳＢハブＩＣ９に対して過電流検知端子１６の論理を反転させる信号を送出する。過電流検知端子１６の信号の切り替わりを受けてＵＳＢハブＩＣ９は、Ｓ１０８でイネーブル端子１５の論理を反転出力してスイッチＩＣ−Ｄ １４をオフにし（ＥＮＡＢＬＥ操作）、異常状態のＵＳＢデバイス３に＋５Ｕの電源電圧が供給され続けないようにする。なお、ＵＳＢデバイス３を取り除くなど異常状態が解除され、スイッチＩＣ−Ｄ １４から過電流検知端子１６の信号が正常な論理に戻されると、ＵＳＢハブＩＣ９はイネーブル端子１５をアクティブに操作してスイッチＩＣ−Ｄ １４をオンにする。その結果、ダウンストリームに＋５Ｕの電源電圧が供給可能な状態になる。

ＵＳＢハブＩＣ９は、Ｓ１０９で、ダウンストリームのＵＳＢデバイス３が過電流状態であると認識すると、アップストリームのＵＳＢ通信によってＵＳＢホスト４に対してＵＳＢデバイス３が過電流状態であることを通知する。Ｓ１１０で、ＵＳＢハブＩＣ９からの通知を受けてＵＳＢホスト４は、ＵＳＢデバイス３の接続されているポートが過電流状態であることを示すエラー表示等をＰＣ等のパネル上に表示して終了する。以上の一連の動作は、ＵＳＢハブＩＣ９のダウンストリームに接続される複数のＵＳＢデバイス３に対しても同様に行われる。

［過電流保護動作により停止した場合の各端子等の状態と復帰方法］
ここで、１つのＵＳＢデバイス３に過電流が流れ、スイッチＩＣ−Ｄ １４が過電流保護動作によって停止する場合及びダウンストリーム全体に過電流が流れ電圧変換部２ １２がラッチ停止する場合における各端子等の状態と復帰方法を図３（ｂ）の表に示す。図３（ｂ）の表では、過負荷状態が発生したポイント（ＵＳＢデバイス１ ３ａ、ＵＳＢデバイス２ ３ｂ、ダウンストリーム全体）毎にそれぞれの保護機能及び検知端子等がどのように振舞うかを示している。この場合の検知端子等は、スイッチＩＣ−Ｄ１ １４ａ、スイッチＩＣ−Ｄ２ １４ｂ、電圧変換部２ １２、過電流検知端子１ １６ａ、過電流検知端子２ １６ｂである。

図３（ｂ）の表において、ＵＳＢデバイス１ ３ａが過負荷状態に陥った場合は、スイッチＩＣ−Ｄ１ １４ａの保護動作が働きＶＢＵＳ電源電圧（＋５Ｕ＿１）をオフ（図中、ＯＦＦと示す）する。スイッチＩＣ−Ｄ１ １４ａの過電流検知端子１ １６ａは保護動作が働いたことをＵＳＢハブＩＣ９に通知（図中、保護通知と記す）する。その他のスイッチＩＣ−Ｄ２ １４ｂと過電流検知端子２ １６ｂ、電圧変換部２ １２は停止することなく通常の動作を継続する。ＵＳＢデバイス１ ３ａが過負荷状態に陥った場合のシステムの復帰方法は、ＵＳＢホスト４からのリセット（ＵＳＢホスト４内のスイッチＩＣ−Ｕ ６のオフ／オン操作）またはＵＳＢデバイス１ ３ａの挿抜により行う。同様に、ＵＳＢデバイス２ ３ｂが過負荷状態に陥った場合、スイッチＩＣ−Ｄ２ １４ｂの保護動作が働きＶＢＵＳ電源電圧（＋５Ｕ＿２）をオフする。スイッチＩＣ−Ｄ２ １４ｂの過電流検知端子２ １６ｂは保護動作が働いたことをＵＳＢハブＩＣ９に通知（図中、保護通知と記す）する。その他のスイッチＩＣ−Ｄ１ １４ａと過電流検知端子１ １６ａ、電圧変換部２ １２は停止することなく通常の動作を継続する。システムの復帰方法も同様に、ＵＳＢホスト４からのリセット（ＵＳＢホスト１内のスイッチＩＣ−Ｕ ６のオフ／オン操作）またはＵＳＢデバイス３ｂの挿抜により行う。

ダウンストリーム全体が過負荷状態である場合、電圧変換部２ １２の保護動作が働き＋５ＵのＶＢＵＳ電源電圧をオフする。この時、ＵＳＢハブＩＣ９から見た過電流検知端子１ １６ａ及び過電流検知端子２ １６ｂの論理は通常の動作時と変わらない。そして電圧変換部２ １２も自らロードスイッチ用ＦＥＴ１０３をオフしてラッチ停止する。なお、この場合スイッチＩＣ−Ｄ１ １４ａ、スイッチＩＣ−Ｄ２ １４ｂは電圧変換部２ １２が停止するため、ＩＣ自体がオフ（図中、ＩＣ−ＯＦＦと記す）する。ダウンストリーム全体が過負荷状態に陥った場合のシステムの復帰方法は、システム全体の電源をオフ／オン操作する必要があり自動復帰はできない。

［ＵＳＢハブ装置のシステム］
図４に本実施例のＵＳＢハブ装置を用いたシステムの構成を説明するブロック図を示す。上述したように、このＵＳＢハブ装置２は、ＵＳＢ通信によってＵＳＢホストコントローラ装置１及びＵＳＢデバイス３とデータの送受信を行う。既に説明した符号については説明の詳細を省く。なお、本実施例では、ダウンストリームに接続されるＵＳＢデバイス３は２つとして説明する。図４において、制御端子１９は電圧変換部２ １２の過負荷状態などの際に保護動作によってスイッチＩＣ−Ｄ １４をオフするための端子である。なお、制御端子１９から出力される信号を過負荷保護信号ＬＳＷとする。ドライブ部２０ａ、２０ｂは過負荷保護信号ＬＳＷによって過電流検知端子１ １６ａ、過電流検知端子２ １６ｂをアクティブにするためのワイヤードＯＲ接続のドライブ部である。

本実施例のＵＳＢハブ装置２は、ダウンストリームに接続される少なくとも１つ以上のＵＳＢデバイス３（３ａ、３ｂ、・・・）のいずれかが過負荷状態になった時に、スイッチＩＣ−Ｄ １４による過電流保護が機能する。しかしＵＳＢデバイス３（３ａ、３ｂ、・・・）が複数接続され、各々のＵＳＢデバイス３が定格電流まで使用している状態でいずれか１つのＵＳＢデバイス３が過負荷状態になった時、すなわちダウンストリーム全体が過負荷状態になる場合がある。この場合、スイッチＩＣ−Ｄ １４の過電流保護の機能が必ずしも先に働かず、上流側の電圧変換部２ １２の過負荷保護の機能が働いてしまう場合がある。このように、スイッチＩＣ−Ｄ １４の過電流保護の動作よりも電圧変換部２ １２の過負荷保護の動作が先に働いた場合における異常時処理モードのフローチャートを図５（ａ）に示す。

［異常時処理モードのフローチャート］
図５（ａ）において、Ｓ２０１で、電圧変換部２ １２の制御ＩＣ１０２は、ＵＳＢデバイス３のダウンストリーム全体が過負荷状態であるか否かを判断する。Ｓ２０１で、電圧変換部２ １２の制御ＩＣ１０２がＵＳＢデバイス３のダウンストリーム全体が過負荷状態であると判断した場合には、電圧変換部２ １２はＳ２０２で過負荷保護動作を行う。すなわち、電圧変換部２ １２はロードスイッチ用ＦＥＴ１０３（保護手段）をオフにして電力の供給を遮断する。そして、電圧変換部２ １２の制御ＩＣ１０２が、Ｓ２０３でロードスイッチ用ＦＥＴ１０３をオフにする場合、過負荷保護信号ＬＳＷの論理が切り替わる。過負荷保護信号ＬＳＷは、ＵＳＢハブ装置２のダウンストリームの全ての過電流検知端子１６とワイヤードＯＲ接続されており、過負荷保護信号ＬＳＷの論理の切り替わりに伴い、全ての過電流検知端子１６の論理が過電流発生の検知側に切り替えられる。全ての過電流検知端子１６が過電流検知状態に切り替わると、ＵＳＢハブＩＣ９は、Ｓ２０４で、これに対応する全てのスイッチＩＣ−Ｄ １４のイネーブル端子１５の論理を反転出力して全てのスイッチＩＣ−Ｄ １４をオフにする（ＥＮＡＢＬＥ操作）。

ＵＳＢハブＩＣ９は、Ｓ２０５で、アップストリームのＵＳＢ通信によってＵＳＢホスト４に２つ以上のＵＳＢデバイス３が過電流状態であることを順次通知する。ＵＳＢホスト４はＵＳＢハブＩＣ９から一定期間内に連続して全てのＵＳＢデバイス３が過電流状態であることの通知を受けると、これをＵＳＢハブ装置２内の電圧変換部２ １２が保護停止したと認識するようにあらかじめプログラムされている。電圧変換部２ １２は保護停止した場合、入力電源をオフ／オンすることにより復帰することが一般的である。従って、このように順次ＵＳＢハブＩＣ９から全てのＵＳＢデバイスが過電流状態であることの通知を受けるとＵＳＢホスト４は、Ｓ２０６で、電圧変換部２ １２を復帰させるためにアップストリームのスイッチＩＣ−Ｕ ６をオフ／オン操作する。更に、ＵＳＢホスト４はオフ／オン操作のカウント値ｎをインクリメントし記憶する。なお、このカウント値ｎはこのフローチャートのスタート直後においてはｎ＝０であるものとする。スイッチＩＣ−Ｕ ６のオフ／オン操作によって電圧変換部２ １２は復帰するものの、ダウンストリームの過負荷要因が解除されなければ再び電圧変換部２ １２の保護停止が働いてしまう。このため、ＵＳＢホスト４は、Ｓ２０７で、スイッチＩＣ−Ｕ ６のオフ／オン回数がＮ回（Ｎは任意の自然数）に達しているか否かを判断する。ＵＳＢホスト４は、Ｓ２０７でＮ回に達していないと判断した場合には、Ｓ２０８でダウンストリームの過負荷状態が解除されたか判断する。ＵＳＢホスト４は、Ｓ２０８でダウンストリームの過負荷状態が解除されていないと判断した場合には、Ｓ２０１の処理に戻る。また、Ｓ２０８でダウンストリームの過負荷状態が解除されたかどうかの確認は、ＵＳＢホスト４が前述のＵＳＢハブＩＣ９から全てのＵＳＢデバイスが過電流状態であることの通知があるかどうかによって判断する。Ｓ２０８で過負荷状態が解除され、電圧変換部２ １２が復帰する場合には、Ｓ２０９で異常時処理モードを抜けて通常処理モードに移行する。尚、Ｓ２０７でスイッチＩＣ−Ｕ ６のオフ／オン回数がＮ回に達した場合、Ｓ２１０に進み、ダウンストリームに過負荷デバイスが接続されている、またはＵＳＢハブ装置２ １２が故障の可能性があることを示すエラー表示等をＰＣ等のパネル上に表示し終了する。

［保護動作時における各端子等の状態及び復帰方法］
ここで、図５（ｂ）に１つのＵＳＢデバイス３に過電流が流れ、上流側に接続されるスイッチＩＣ−Ｄ １４が過電流保護動作によって停止する場合をパターン１として示す。更に、１つ以上のＵＳＢデバイス３が定格以上の電流が流れ、スイッチＩＣ−Ｄ １４の過電流保護が機能せずにダウンストリーム全体の負荷電流が電圧変換部２ １２の許容電流を超えることで電圧変換部２ １２が保護停止する場合をパターン２として示す。図５（ｂ）では、過負荷状態が発生したポイント（ＵＳＢデバイス１ ３ａ、ＵＳＢデバイス２ ３ｂ、ダウンストリーム全体）毎にそれぞれの保護機能及び検知端子等がどのような状態になるかを示している。この場合の検知端子等は、スイッチＩＣ−Ｄ１ １４ａ、スイッチＩＣ−Ｄ２ １４ｂ、電圧変換部２ １２、過電流検知端子１ １６ａ、過電流検知端子２ １６ｂである。

パターン１については既に説明したものと同様であるため説明を省略する。パターン２では、電圧変換部２ １２が停止する際に、ロードスイッチ用ＦＥＴ１０３をオフすることで過負荷保護信号ＬＳＷの論理が切り替わるのをトリガとして過電流検知端子１ １６ａ及び過電流検知端子２ １６ｂの論理は過電流発生の検知側に反転する。これによってＵＳＢハブＩＣ９は、ＵＳＢデバイス１ ３ａ及びＵＳＢデバイス２ ３ｂの過電流保護が働いたと認識する。すなわち、過電流検知端子１ １６ａ、過電流検知端子２ １６ｂからＵＳＢハブＩＣ９に過電流検知信号が流れ保護通知がなされたのと同じ状態になる。パターン２におけるシステムの復帰方法は、ＵＳＢホスト４が電圧変換部２ １２の停止を認識できるため、ＵＳＢホスト４からのリセット（スイッチＩＣ−Ｕ ６のオフ／オン操作、再起動）によって行われ、自動復帰が可能である。

以上説明したように、本実施例のＵＳＢハブ装置によれば、ダウンストリームのＵＳＢデバイス３に電源電圧を供給するための電圧変換部２ １２が、過負荷や故障状態など異常状態になった時に保護停止したことをＵＳＢホストに通知することができる。そのため、ＵＳＢホストは自動復帰のための処理を行うことが可能となる。またＵＳＢ通信を介して通知することができるため、新規にエラー検知用の信号線などを設ける必要がなく、安価なインタフェース構成によって実現が可能である。

本実施例では、ダウンストリームに接続されるＵＳＢデバイスは２つとして説明したが、３つ以上のＵＳＢデバイスが接続された場合、そして１つのＵＳＢデバイスが接続された場合でも上述本発明の実施例の動作は適用可能であり同様の効果を得ることができる。

また、本実施例においては、ＵＳＢハブ装置の電源電圧の供給源をＵＳＢホストコントローラとして説明した。しかし、ＵＳＢホストコントローラ及びＵＳＢハブ装置の外部の電源装置から供給する構成としても、ＵＳＢホストコントローラから外部の電源装置に対してエラー処置後の復帰制御を行うことで同様の効果を得ることができる。なお、ＵＳＢハブ装置の電源電圧の供給源を、ＵＳＢホストコントローラ及びＵＳＢハブ装置の外部の電源装置とすることは、以下の実施例においても同様に適用することができる。

本実施例によれば、ＵＳＢハブ装置のセルフパワーの電圧変換部が保護機能動作により停止した場合でも、既存のインタフェース構成を用いてＵＳＢホストがエラー状態を正しく認識することで、ＵＳＢハブ装置を用いたシステムの自動復帰処理を行うことができる。

図６（ａ）に本実施例のＵＳＢハブ装置を用いたシステムの構成を説明するブロック図を示す。図６（ａ）は複数のダウンストリームポートを備えるＵＳＢハブＩＣ９に、１つのＵＳＢデバイス１ ３ａが接続された状態を示している。図６（ａ）の各ブロックの符号については既に実施例１で説明したので省略する。また、本実施例の異常時処理モードの動作についても実施例１のフローチャート（図５（ａ））と同様に説明できる。

ここで、図６（ｂ）に１つのＵＳＢデバイス１ ３ａに過電流が流れ、上流側に接続されるスイッチＩＣ−Ｄ１ １４ａが過電流保護動作によって停止する場合をパターン１として示す。また、ＵＳＢデバイス１ ３ａに過電流が流れた時に、スイッチＩＣ−Ｄ１ １４ａの過電流保護が機能せずに、電圧変換部２ １２が保護機能により停止する場合、または電圧変換部２ １２直下の負荷が過大になり保護停止するような場合をパターン２として示す。

図６（ｂ）では、過負荷状態が発生したポイント（ＵＳＢデバイス３ａ、電圧変換部２ １２）毎にそれぞれの保護機能及び検知端子等がどのように振舞うか及び復帰方法を示している。この場合の検知端子等は、スイッチＩＣ−Ｄ１ １４ａ、電圧変換部２ １２、過電流検知端子１ １６ａ、過電流検知端子２ １６ｂである。本実施例における、パターン１については実施例１の場合と同様のため説明を省略する。パターン２において、電圧変換部２ １２が停止する際に、ロードスイッチ用ＦＥＴ１０３をオフするために過負荷保護信号ＬＳＷの論理を切り替えて過電流検知端子１ １６ａ及び過電流検知端子２ １６ｂの論理を過電流発生の検知側に反転させる。すなわち、過電流検知端子１ １６ａ、過電流検知端子２ １６ｂからＵＳＢハブＩＣ９に過電流検知信号が流れ保護通知がなされたのと同じ状態になる。これはＵＳＢデバイス２ ３ｂが未接続状態の時でも２つ以上の過電流検知端子を過電流状態にすることによって、ＵＳＢホスト４は電圧変換部２ １２が保護停止したことを認識することができる。

電圧変換部２ １２が過負荷状態の場合のシステムの復帰方法は、ＵＳＢホスト４が電圧変換部２ １２の停止を認識できるため、実施例１と同様にＵＳＢホスト４からのリセット（スイッチＩＣ−Ｕ ６のオフ／オン操作）によって行われ、自動復帰が可能である。

本実施例によれば、ＵＳＢハブ装置のセルフパワーの電圧変換部が保護機能動作により停止した場合でも、既存のインタフェース構成を用いてＵＳＢホストがエラー状態を正しく認識することで、ＵＳＢハブ装置を用いたシステムの自動復帰処理を行うことができる。

図７は本実施例のＵＳＢハブ装置を用いたシステムにおける電圧変換部３ ２１の回路図である。図７は、図２で説明した電圧変換部２ １２に対して、ロードスイッチ用ＦＥＴ１０３及びその制御用信号線を削除したものであり、電圧変換部３ ２１に過負荷保護が働くと過負荷保護信号ＬＳＷの論理が切り替わる。本実施例のＵＳＢハブ装置２の構成は、電圧変換部２ １２が電圧変換部３ ２１に置き換わった以外は図４と同様である。そして、本実施例の動作処理については、図５（ａ）のフローチャートに基づいて説明できる。

図５（ａ）のフローチャートにおいて、ダウンストリームのＵＳＢデバイス３が過負荷状態になった時に、本実施例においても同様に電圧変換部３ ２１の過負荷保護が働く。しかし、本実施例の電圧変換部３ ２１は、ロードスイッチ用ＦＥＴ１０３が存在せず、過負荷保護が働くと、即過負荷保護信号ＬＳＷの論理が切り替わることが実施例１の場合とは異なる。過負荷保護信号ＬＳＷの論理の切り替わりに伴い、全ての過電流検知端子１６の論理が過電流発生の検知側に切り替えられる。

以上説明したように、本実施例においては、電圧変換部３ ２１が保護停止するような過負荷状態になった場合、ダウンストリームの全てのスイッチＩＣ−Ｄをオフして全ての電力の供給を遮断する。その結果、電圧変換部３ ２１にロードスイッチ用ＦＥＴを設けない構成とすることも選択適用可能であり、コスト削減の効果がある。

また、上述の実施例１、２と同様に、本実施例のＵＳＢハブ装置によれば、ダウンストリームのＵＳＢデバイスに電源電圧を供給するための電圧変換部３ ２１が、過負荷や故障など異常状態になった時に保護停止したことをＵＳＢホストに通知することができる。そのため、ＵＳＢホストは自動復帰のための処理を行うことが可能となる。またＵＳＢ通信を介して通知することができるため、新規にエラー検知用の信号線などを設ける必要がなく、安価なインタフェース構成によって実現が可能である。

そして、本実施例において、ダウンストリームに接続されるＵＳＢデバイスは２つとして説明したが、３つ以上のＵＳＢデバイスが接続された場合、そして１つのＵＳＢデバイスが接続された場合でも、同様の効果を得ることができる。

本実施例によれば、ＵＳＢハブ装置のセルフパワーの電圧変換部が保護機能動作により停止した場合でも、既存のインタフェース構成を用いてＵＳＢホストがエラー状態を正しく認識することで、ＵＳＢハブ装置を用いたシステムの自動復帰処理を行うことができる。

１ ＵＳＢホストコントローラ装置
２ ＵＳＢハブ装置
３ ＵＳＢデバイス
４ ホストコントローラ
５ ルートハブ

Claims (10)

1. ＵＳＢ通信によってＵＳＢホストコントローラ及びＵＳＢデバイスとデータの送受信を行うＵＳＢハブ装置において、
   複数のダウンストリームのポートを備えるＵＳＢハブＩＣと、
   ＵＳＢハブ装置に供給される電源電圧を、前記複数のダウンストリームのポートに接続される複数のＵＳＢデバイスに供給する電源電圧に変換し、前記複数のＵＳＢデバイスに電源電圧を供給する電圧変換手段と、
   前記電圧変換手段により変換された電源電圧を、前記複数のＵＳＢデバイスに供給する又は遮断する複数のスイッチ手段と、を有し、
   前記電圧変換手段から前記複数のＵＳＢデバイスへの電源電圧が供給されている状態で、前記複数のＵＳＢデバイスのうち、いずれか１つのＵＳＢデバイスが過電流となった過電流状態である場合、前記複数のスイッチ手段のうち前記いずれか１つのＵＳＢデバイスに対応したスイッチ手段は、前記電圧変換手段から前記いずれか１つのＵＳＢデバイスに供給される前記電源電圧を遮断し、前記ＵＳＢハブＩＣは前記いずれか１つのＵＳＢデバイスに対応した１つの過電流検知信号を受信し、
   前記電圧変換手段から前記複数のＵＳＢデバイスへの電源電圧が供給されていない異常状態である場合、前記ＵＳＢハブＩＣは前記複数のＵＳＢデバイスに対応した複数の過電流検知信号を受信することを特徴とするＵＳＢハブ装置。
2. 前記電圧変換手段は、保護手段を有し、
   前記保護手段は、前記異常状態である場合、前記電圧変換手段からの前記複数のＵＳＢデバイスへの電源電圧の供給を遮断し、前記ＵＳＢハブＩＣに前記複数のＵＳＢデバイスに対応した複数の過電流検知信号を送信することを特徴とする請求項１に記載のＵＳＢハブ装置。
3. 前記異常状態とは、前記ダウンストリームの全体が過電流状態であること、前記複数のダウンストリームのポートのうち２つ以上のポートに対応する前記ＵＳＢハブＩＣの過電流検知端子が過電流検知状態になったこと、前記電圧変換手段が故障状態であることのいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載のＵＳＢハブ装置。
4. 前記ＵＳＢハブ装置に供給される電源電圧は、前記ＵＳＢホストコントローラが供給する電源電圧、または外部の電源装置が供給する電源電圧であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＵＳＢハブ装置。
5. 前記保護手段は、前記ＵＳＢハブ装置に供給される電源電圧を遮断するロードスイッチであることを特徴とする請求項２に記載のＵＳＢハブ装置。
6. 請求項２に記載のＵＳＢハブ装置と、ＵＳＢホストコントローラと、ＵＳＢデバイスとから構成され、
   前記ＵＳＢホストコントローラは、前記保護手段が機能した後に前記ＵＳＢハブ装置に供給される電源電圧を供給する電源装置の再起動を行うことを特徴とするＵＳＢハブ装置を用いたシステム。
7. ＵＳＢ通信によってＵＳＢホストコントローラ及びＵＳＢデバイスとデータの送受信を行うＵＳＢハブ装置において、
   ダウンストリームのポートを備えるＵＳＢハブＩＣと、
   ＵＳＢハブ装置に供給される電源電圧を、前記ダウンストリームのポートに接続されるＵＳＢデバイスに供給する電源電圧に変換し、前記ＵＳＢデバイスに電源電圧を供給する電圧変換手段と、
   前記電圧変換手段により変換された電源電圧を、前記ＵＳＢデバイスに供給する又は遮断するスイッチ手段と、を有し、
   前記電圧変換手段から前記ＵＳＢデバイスへの電源電圧が供給されている状態で、前記ＵＳＢデバイスが過電流となった過電流状態である場合、前記スイッチ手段は前記電圧変換手段から前記ＵＳＢデバイスに供給される前記電源電圧を遮断し、前記ＵＳＢハブＩＣは前記ＵＳＢデバイスに対応した１つの過電流検知信号を受信し、
   前記電圧変換手段から前記ＵＳＢデバイスへの電源電圧が供給されてない異常状態である場合、前記ＵＳＢハブＩＣは前記ＵＳＢデバイスに対応した１つの過電流検知信号を含む、複数の過電流検知信号を受信することを特徴とするＵＳＢハブ装置。
8. 前記電圧変換手段は、保護手段を有し、
   前記保護手段は、前記異常状態である場合、前記電圧変換手段からの前記ＵＳＢデバイスへの電源電圧の供給を遮断し、前記ＵＳＢハブＩＣに前記複数の過電流検知信号を送信することを特徴とする請求項７に記載のＵＳＢハブ装置。
9. 前記ＵＳＢハブ装置に供給される電源電圧は、前記ＵＳＢホストコントローラが供給する電源電圧、または外部の電源装置が供給する電源電圧であることを特徴とする請求項７又は８に記載のＵＳＢハブ装置。
10. 請求項８に記載のＵＳＢハブ装置と、ＵＳＢホストコントローラと、ＵＳＢデバイスとから構成され、
    前記ＵＳＢホストコントローラは、前記保護手段が機能した後に前記ＵＳＢハブ装置に供給される電源電圧を供給する電源装置の再起動を行うことを特徴とするＵＳＢハブ装置を用いたシステム。

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