TWI601015B

TWI601015B - 資料處理電路與資料處理方法

Info

Publication number: TWI601015B
Application number: TW105116204A
Authority: TW
Inventors: 林家強
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2017-10-01
Also published as: US10102167B2; TW201741894A; US20170344505A1

Description

資料處理電路與資料處理方法

本發明是關於通用序列匯流排（universal serial bus, USB）裝置之資料處理電路與資料處理方法，尤其是關於C型USB（USB Type-C或USB 3.1）之資料處理電路與資料處理方法。

圖1為C型USB接頭的腳位圖。C型USB接頭為一種可反轉（reversible）的設計，根據USB 3.1規格書的定義，接腳A6/B6及A7/B7除了可以用來傳送資料訊號之外，還可以用來傳送聲音訊號。接腳A5/B5為配置通道（configuration channel）接腳，USB主控端（host）可以透過偵測配置通道接腳的電位得知目前與其連線的USB裝置（device）是否為音訊裝置。然而，傳送聲音訊號前必須偵測USB裝置的阻抗，以及為了提升使用者體驗，還必須避免爆音（pop）的發生，因此有必要提出應用於C型USB的爆音消除（de-pop）及阻抗偵測的解決方案。

鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種資料處理電路與資料處理方法，以為C型USB的音效裝置提供爆音消除（de-pop）及/或阻抗偵測的解決方案。

本發明揭露一種資料處理電路，耦接一USB控制單元及一USB接口（port），包含：一偵測單元，耦接該USB接口之一配置通道（configuration channel）接腳，藉由偵測該配置通道接腳之電壓以產生一偵測訊號；一第一開關單元，耦接該USB控制單元及該USB接口，其導通狀態與該偵測訊號有關；以及一音訊處理單元，耦接該偵測單元，用來選擇性地執行一音訊訊號處理程序；其中，當該第一開關單元導通時，該USB控制單元及該USB接口導通，且該音訊處理單元不執行該音訊訊號處理程序，以及當該第一開關單元不導通時，該USB控制單元及該USB接口不導通，且該音訊處理單元執行該音訊訊號處理程序。

本發明另揭露一種資料處理方法，用於控制一USB控制單元及一USB接口之間的資料傳輸，包含：偵測該USB接口之一配置通道接腳之電壓以產生一偵測訊號；依據該偵測訊號，決定該USB控制單元及該USB接口是否導通；以及當該USB控制單元及該USB接口不導通時，執行一音訊訊號處理程序。

本發明之資料處理電路與資料處理方法能夠自動偵測USB裝置是否為音訊裝置，並且當USB裝置為音訊裝置時，選擇性地執行直流偏移校正與阻抗偵測。相較於傳統技術，本發明之資料處理電路與資料處理方法適用於C型USB的音效裝置，為C型USB的音效裝置提供爆音消除及/或阻抗偵測的解決方案。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。

以下說明內容之技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。

本發明之揭露內容包含資料處理電路與資料處理方法。由於本發明之資料處理電路所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下說明對於已知元件的細節將予以節略。此外，本發明之資料處理方法可以是軟體及/或韌體之形式，並且可藉由本發明之資料處理電路或其等效裝置來執行，在不影響該方法發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下方法發明之說明將著重於步驟內容而非硬體。

圖2係本發明之資料處理電路之一實施例的功能方塊圖。資料處理電路20耦接於USB主控端10與USB接口30之間。USB主控端10的USB控制單元110用來控制USB主控端10與USB裝置（連接至USB接口30，未繪示）之間的資料傳輸，音訊控制單元120用來控制USB主控端10的音訊解碼操作。

資料處理電路20分別透過連接墊（pad）210及220與USB主控端10及USB接口30連接，更詳細地說，連接墊210及連接墊220連接圖1所示的差動訊號對接腳A6/B6及A7/B7。資料處理電路20透過開關單元252控制USB主控端10與USB裝置之間的差動訊號對接腳A6/B6及A7/B7是否導通，以控制兩者之間的資料傳輸。資料處理電路20更包含音訊處理單元240，具有音訊解碼、爆音消除及/或阻抗偵測等功能。音訊處理單元240透過HDA（High-Definition Audio，高清晰度音頻）介面或（Inter-IC Sound，積體電路內聲音）介面或其他可以傳輸聲音的介面與USB主控端10的音訊控制單元120溝通。在一個實施例中，音訊控制單元120傳輸PCM（Pulse Code Modulation，脈衝編碼調變）格式的音訊資料給音訊處理單元240，音訊處理單元240將音訊資料轉換成類比的音訊訊號，並透過連接墊220（亦即差動訊號對接腳A6/B6及A7/B7）將音訊訊號輸出至與USB接口30耦接的USB裝置（例如耳機）。資料處理電路20更包含音訊裝置偵測單元230，音訊裝置偵測單元230與USB接口30上的配置通道接腳連接，用來偵測配置通道接腳上的電壓變化來判定連接至USB接口30的USB裝置是否為音訊裝置，例如耳機、擴音器等。當USB裝置是音訊裝置時，配置通道接腳A5及B5皆為低電位。音訊裝置偵測單元230根據判斷結果產生偵測訊號JD；根據偵測訊號JD，資料處理電路20操作在音訊模式或非音訊模式。

圖3揭示音訊處理單元240之一實施例的細部功能方塊圖。如圖3所示，音訊處理單元240包含音訊控制單元241、數位類比轉換單元（digital to analog converter, DAC）242、放大電路243、類比數位轉換單元（analog to digital converter, ADC）244、直流偏移補償單元245以及開關單元254及256。音訊控制單元241控制音訊解碼操作，例如上述將音訊資料從PCM格式轉換成PDM格式即為音訊解碼操作的一部分。數位類比轉換單元242將音訊控制單元241所產生的音訊資料從數位域轉換至類比域，類比域的音訊資料經放大電路243放大後得到音訊訊號，最後音訊訊號經由連接墊220輸出至USB接口30。當數位類比轉換單元242有直流偏移時，音訊訊號會有爆音的情況發生；直流偏移補償單元245的目的即是在於偵測電路中的直流偏移，並提供相對於數位類比轉換單元242的直流偏移的直流偏移補償，以避免爆音發生。

圖4為對應圖3之資料處理方法之一實施例的流程圖。當USB裝置插上USB接口30時，音訊裝置偵測單元230會偵測該USB裝置是否為音訊裝置（步驟S410）。如果不是音訊裝置（例如以偵測訊號JD=0代表之），則USB裝置與USB主控端10將透過連接墊210及連接墊220傳遞資料，所以資料處理電路20將操作於非音訊模式（步驟S420），此時開關單元252導通，以建立一個供USB主控端10及USB接口30傳輸資料的資料傳輸路徑。接下來音訊裝置偵測單元230偵測USB接口30是否有裝置插拔的情況發生（步驟S430），例如偵測配置通道接腳的電位是否發生變化。如果沒有，表示目前的USB裝置未被置換，所以資料處理電路20繼續維持操作在非音訊模式（步驟S420）；如果音訊裝置偵測單元230偵測到裝置插拔，則重新判斷新的裝置是否為音訊裝置（步驟S410）。如果新的裝置是音訊裝置（例如以偵測訊號JD=1代表之），接下來判斷是否要執行音訊訊號處理程序。在此實施例中，音訊訊號處理程序係為一直流偏移校正程序。如果步驟S440判斷為是，則進行直流偏移校正（步驟S450），校正完成後資料處理電路20進入音訊模式（步驟S460）；如果步驟S440判斷為否，則資料處理電路20略過直流偏移校正程序，直接進入音訊模式（步驟S460）。在音訊模式中，開關單元252不導通，使USB接口30無法從USB控制單元110接收資料訊號，此時USB接口30可以接收音訊處理單元240所輸出的音訊訊號。接下來音訊裝置偵測單元230偵測USB接口30是否有裝置插拔的情況發生（步驟S470）。如果沒有，表示目前的USB裝置未被置換，所以資料處理電路20繼續維持操作在音訊模式（步驟S460）；如果音訊裝置偵測單元230偵測到裝置插拔，則重新判斷新的裝置是否為音訊裝置（步驟S410）。

圖5為直流偏移校正的流程圖。首先，先偵測類比數位轉換單元244的直流偏移（步驟S510），其詳細動作包含切換開關步驟（步驟S512）及直流偏移偵測步驟（步驟S514）。在步驟S512中，控制開關單元252、開關單元254及開關單元256為不導通狀態；接下來在步驟S514中，直流偏移補償單元245偵測類比數位轉換單元244的直流偏移。完成類比數位轉換單元244的直流偏移的偵測後，接著偵測數位類比轉換單元242的直流偏移（步驟S520），其詳細動作包含切換開關步驟（步驟S522）、偵測數位類比轉換單元242與類比數位轉換單元244之直流偏移總和的步驟（步驟S524）及數位類比轉換單元242直流偏移的計算步驟（步驟S526）。在步驟S522中，控制開關單元252不導通，並控制開關單元254與開關單元256導通，接著在步驟S524中直流偏移補償單元245偵測數位類比轉換單元242及類比數位轉換單元244的直流偏移的總和，然後在步驟S526中以步驟S524所測得的直流偏移的總和減去步驟S514所測得的類比數位轉換單元244的直流偏移，即可得到數位類比轉換單元242的直流偏移。

請注意，放大電路243包含多級串接的放大器，類比數位轉換單元244的輸入端耦接最後一級的放大器的輸入端，也就是倒數第二級的放大器的輸出訊號同時輸出至放大電路243的最後一級的放大器以及類比數位轉換單元244。在步驟S522中，放大電路243的最後一級的放大器被切換為非致能狀態，以免接下來的步驟S524偵測直流偏移的過程受其干擾。

圖6揭示音訊處理單元240之另一實施例的細部功能方塊圖。如圖6所示，音訊處理單元240包含音訊控制單元241、數位類比轉換單元242、放大電路243、類比數位轉換單元244、測試訊號產生單元246、阻抗偵測單元247、阻抗單元248、多工器249以及開關單元254、256及258。測試訊號產生單元246用來產生一測試訊號，例如是低頻弦波的側音（side tone）訊號，其頻率可以是低於人耳的聽力範圍，但不以此為限。測試訊號經過數位類比轉換單元242後由數位域轉換至類比域。阻抗單元248的目的在於提供一阻抗，其可由被動元件實作，例如電阻、電感及/或電容，但不以此為限。阻抗偵測單元247根據類比數位轉換單元244所輸出的數位碼來得知耦接USB接口30的音訊裝置的阻抗；更詳細地說，測試訊號經阻抗單元248及音訊裝置分壓後，類比數位轉換單元244輸入端所接收到的電壓係測試訊號於音訊裝置上的分壓，也就是說，音訊裝置的阻抗愈大，則類比數位轉換單元244將接收到愈大的電壓，其所產生的數位碼也就愈大；反之，音訊裝置的阻抗愈小，則類比數位轉換單元244將接收到愈小的電壓，其所產生的數位碼也就愈小。阻抗偵測單元247便可根據數位碼的大小來得知音訊裝置的阻抗。

圖7為對應圖6之資料處理方法之一實施例的流程圖。如圖7的流程所示，當確定***USB接口30的裝置為音訊裝置後（步驟S410判斷為是），接下來判斷是否要執行音訊訊號處理程序。在此實施例中，音訊訊號處理程序係為一阻抗偵測程序。如果步驟S740判斷為是，則進行阻抗偵測（步驟S750），偵測完成後資料處理電路20進入音訊模式（步驟S760）；如果步驟S740判斷為否，則資料處理電路20略過阻抗偵測程序，直接進入音訊模式（步驟S760）。在音訊模式中，開關單元252不導通，使USB接口30無法從USB控制單元110接收資料訊號，此時USB接口30可以接收音訊處理單元240所輸出的音訊訊號。接下來音訊裝置偵測單元230偵測USB接口30是否有裝置插拔的情況發生（步驟S770）。如果沒有，表示目前的USB裝置未被置換，所以資料處理電路20繼續維持操作在音訊模式（步驟S760）；如果音訊裝置偵測單元230偵測到裝置插拔，則重新判斷新的裝置是否為音訊裝置（步驟S410）。

圖8為阻抗偵測程序的流程圖。首先，控制開關單元252與開關單元254不導通，以及控制開關單元256與258導通，並且控制多工器249選擇阻抗單元248的輸出作為其輸出（步驟S810）。接著測試訊號產生單元246開始輸出測試訊號（步驟S820）。當音訊裝置耦接上USB接口30時，對測試訊號而言，其阻抗與阻抗單元248形成串聯；因此，類比數位轉換單元244的輸入電壓事實上為測試訊號在音訊裝置上的分壓，此分壓與音訊裝置的阻抗大小成正比。也就是說，阻抗偵測單元247可以根據此分壓的大小得知音訊裝置的阻抗大小（步驟S830）。得知阻抗後，則停止測試訊號（步驟S840）。

圖9揭示音訊處理單元240之另一實施例的細部功能方塊圖。如圖9所示，音訊處理單元240包含音訊控制單元241、數位類比轉換單元242、放大電路243、類比數位轉換單元244、直流偏移補償單元245、測試訊號產生單元246、阻抗偵測單元247、阻抗單元248、多工器249以及開關單元254、256及258。各元件的功能已描述於先前的實施例，故不再贅述。圖10為對應圖9之資料處理方法之一實施例的流程圖。在圖10的流程中，當確定***USB接口30的裝置為音訊裝置後（步驟S410判斷為是），接下來判斷是否要執行音訊訊號處理程序。在此實施例中，音訊訊號處理程序係為一直流偏移校正程序及一阻抗偵測程序。圖10的流程先選擇性地執行直流偏移校正程序（步驟S1040及S1050）再選擇性地執行阻抗偵測程序（步驟S1060及S1070），最後再進入音訊模式（步驟S1080）以及偵測裝置是否插拔（步驟S1090）。在不同的實施例中，圖10的流程也可以先選擇性地執行阻抗偵測程序，再選擇性地執行直流偏移校正程序。

資料處理電路20可以是獨立的電路或晶片，亦可以整合在USB主控端10中。當資料處理電路20是獨立的電路或晶片，開關單元252、254、256、258的導通狀態，及放大電路243的最後一級的放大器是否致能，可以由資料處理電路20的控制單元（未繪示）依據偵測訊號JD控制，或是由USB主控端10依據偵測訊號JD對資料處理電路20下達參數（例如藉由改變暫存器的暫存值）控制。當資料處理電路20整合在USB主控端10中，開關單元252、254、256、258的導通狀態，及放大電路243最後一級的放大器是否致能，可以由USB主控端10直接控制。

請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸、比例以及步驟之順序等僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，非用以限制本發明。雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧USB主控端
20‧‧‧資料處理電路
30‧‧‧USB接口
110‧‧‧USB控制單元
120‧‧‧音訊控制單元
210、220‧‧‧接墊
230‧‧‧音訊裝置偵測單元
240‧‧‧音訊處理單元
241‧‧‧音訊控制單元
242‧‧‧數位類比轉換單元
243‧‧‧放大電路
244‧‧‧類比數位轉換單元
245‧‧‧直流偏移補償單元
246‧‧‧測試訊號產生單元
247‧‧‧阻抗偵測單元
248‧‧‧阻抗單元
249‧‧‧多工器
252、254、256、258‧‧‧開關單元
S410～S470、S510～S530、S740～S770、S810～S840、S1040～S1090‧‧‧步驟

［圖1］為C型USB接頭的腳位圖；［圖2］為本發明之資料處理電路之一實施例的功能方塊圖；［圖3］為本發明之資料處理電路的功能方塊圖，包含音訊處理單元240之一實施例的細部功能方塊圖；［圖4］為對應圖3之資料處理方法之一實施例的流程圖；［圖5］為直流偏移校正的流程圖；［圖6］為本發明之資料處理電路的功能方塊圖，包含音訊處理單元240之另一實施例的細部功能方塊圖；［圖7］為對應圖6之資料處理方法之一實施例的流程圖；［圖8］為阻抗偵測程序的流程圖；［圖9］為本發明之資料處理電路的功能方塊圖，包含音訊處理單元240之另一實施例的細部功能方塊圖；以及［圖10］為對應圖9之資料處理方法之一實施例的流程圖。

S410~S430、S1040~S1090‧‧‧步驟

Claims

一種資料處理電路，耦接一USB控制單元及一USB接口，包含：一偵測單元，耦接該USB接口之一配置通道(configuration channel)接腳，藉由偵測該配置通道接腳之電壓以產生一偵測訊號；一開關單元，耦接該USB控制單元及該USB接口，其導通狀態與該偵測訊號有關；以及一音訊處理單元，耦接該偵測單元及該USB接口，用來選擇性地執行一音訊訊號處理程序，該音訊處理單元包含：一音訊控制單元，用來產生一音訊資料；一數位類比轉換單元，用來將該音訊資料自數位域轉換至類比域；一放大電路，耦接該數位類比轉換單元，用來放大該類比域的音訊資料以產生一音訊訊號；一類比數位轉換單元，耦接該放大電路；以及一直流偏移補償單元，耦接該類比數位轉換單元及該數位類比轉換單元，用來對該數位類比轉換單元進行直流偏移校正；其中，當該開關單元導通時，該USB控制單元及該USB接口導通，且該音訊處理單元不執行該音訊訊號處理程序，以及當該開關單元不導通時，該USB控制單元及該USB接口不導通，且該音訊處理單元執行該音訊訊號處理程序；其中，該音訊訊號處理程序係包含該直流偏移補償單元之一直流偏移校正程序。
如申請專利範圍第1項所述之資料處理電路，其中該開關單元係連接於該USB接口之一差動訊號對接腳，且該音訊處理單元更耦接該差動訊號對接腳，並於該開關單元不導通時，透過該差動訊號對接腳傳送該音訊訊號。
如申請專利範圍第1項所述之資料處理電路，該音訊處理單元更包含：一測試訊號產生單元，耦接該數位類比轉換單元，用來產生一測試訊號；一阻抗單元，耦接該數位類比轉換單元及該類比數位轉換單元，用來提供一阻抗；以及一阻抗偵測單元，耦接該類比數位轉換單元，用來依據該測試訊號偵測耦接該USB接口之一音訊裝置的阻抗；其中，該音訊訊號處理程序更包含該阻抗偵測單元之一阻抗偵測程序。
一種資料處理電路，耦接一USB控制單元及一USB接口，包含：一偵測單元，耦接該USB接口之一配置通道(configuration channel)接腳，藉由偵測該配置通道接腳之電壓以產生一偵測訊號；一開關單元，耦接該USB控制單元及該USB接口，其導通狀態與該偵測訊號有關；以及一音訊處理單元，耦接該偵測單元及該USB接口，用來選擇性地執行一音訊訊號處理程序，該音訊處理單元包含：一測試訊號產生單元，用來產生一測試訊號；一數位類比轉換單元，耦接該測試訊號產生單元，用來將該測試訊號從數位域轉換至類比域；一阻抗單元，耦接該數位類比轉換單元，用來提供一阻抗；一類比數位轉換單元，耦接該阻抗單元；一阻抗偵測單元，耦接該類比數位轉換單元，用來依據該測試訊號偵測耦接該USB接口之一音訊裝置的阻抗；其中，當該開關單元導通時，該USB控制單元及該USB接口導通，且該音訊處理單元不執行該音訊訊號處理程序，以及當該開關單元不導通時，該USB控制單元及該USB接口不導通，且該音訊處理單元執行該音訊訊號處理程序；其中，該音訊訊號處理程序更包含該阻抗偵測單元之一阻抗偵測程序。
如申請專利範圍第4項所述之資料處理電路，其中該開關單元係連接於該USB接口之一差動訊號對接腳，且該音訊處理單元更耦接該差動訊號對接腳，該音訊處理單元係產生一音訊訊號，並於該開關單元不導通時，透過該差動訊號對接腳傳送該音訊訊號。
一種資料處理方法，用於控制一USB控制單元及一USB接口之間的資料傳輸，包含：偵測該USB接口之一配置通道接腳之電壓以產生一偵測訊號；依據該偵測訊號，決定該USB控制單元及該USB接口是否導通；以及當該USB控制單元及該USB接口不導通時，執行一音訊訊號處理程序；其中，該音訊訊號處理程序包含一直流偏移校正程序，該直流偏移校正程序包含以下步驟：偵測一類比數位轉換單元之直流偏移；偵測一數位類比轉換單元與該類比數位轉換單元之一直流偏移總和；以及依據該直流偏移總和與該類比數位轉換單元之直流偏移的差值，得到該數位類比轉換單元之直流偏移。
如申請專利範圍第6項所述之資料處理方法，其中當該決定該USB控制單元及該USB接口是否導通之步驟控制該USB控制單元及該USB接口導通時，係控制該USB接口之一差動訊號對接腳與該USB控制單元的對應接腳導通，該方法更包含：於該USB控制單元及該USB接口不導通時，透過該差動訊號對接腳傳輸一音訊訊號。
如申請專利範圍第6項所述之資料處理方法，其中該USB接口係耦接一音訊裝置，該音訊訊號處理程序更包含一阻抗偵測程序，該阻抗偵測程序包含以下步驟：產生一測試訊號；將該測試訊號於該音訊裝置上之一分壓轉換為一數位碼；以及依據該數位碼得到該音訊裝置的阻抗。
一種資料處理方法，用於控制一USB控制單元及一USB接口之間的資料傳輸，包含：偵測該USB接口之一配置通道接腳之電壓以產生一偵測訊號；依據該偵測訊號，決定該USB控制單元及該USB接口是否導通；以及當該USB控制單元及該USB接口不導通時，執行一音訊訊號處理程序；其中該USB接口係耦接一音訊裝置，該音訊訊號處理程序包含一阻抗偵測程序，該阻抗偵測程序包含以下步驟：產生一測試訊號；將該測試訊號於該音訊裝置上之一分壓轉換為一數位碼；以及依據該數位碼得到該音訊裝置的阻抗。
如申請專利範圍第9項所述之資料處理方法，其中當該決定該USB控制單元及該USB接口是否導通之步驟控制該USB控制單元及該USB接口導通時，係控制該USB接口之一差動訊號對接腳與該USB控制單元的對應接腳導通，該方法更包含：於該USB控制單元及該USB接口不導通時，透過該差動訊號對接腳傳輸一音訊訊號。