TW201216070A - Host apparatus, management method and control circuit for universal serial bus - Google Patents

Description

201216070 六、發明說明： 【發明所屬之技員域】 本發明是有關於一主機裝置、USB的管理方法和控制 電路，且特別是有關於一種主機裝置中利用USB接口 (P〇rt)的充電管理方法和充電控制電路。 【先前技術】 眾所周知’通用序列匯流排（以下簡稱USB )規袼中 至少包括四個端點，亦即第一工作電壓端、差動正端、差 動負端和第二工作電壓端。其中，第一工作電壓端係為切 電壓端’第二王作電壓端係為接地端（gi>_d)，而差動正 端與差動負端則可傳輸資料。 由於USB的普及’許多的可攜式裝置（例如行 =口袋型電腦、數位相機、數位影音設備 二=的USB接口（p〇rt)與主機裝置的咖接口 = ::輸。同時’也可以利用主機裝置 ：: 來產生:5::電置:製,造商也會附加-個變壓器，, 於變壓H以及可攜式裝置、:且直制用USB傳輸線連_3 進行充電動作。 、SB接口’並且對可攜式震: 由於變壓器與主機妒 可攜絲置必須要有能^㈣提供的電流不同，因此 力來細卿接口顺供的電) 201216070 來:原係為主機裝置或者變壓^。也就是說，當可攜式裝置 確⑽USB接口的電力係來自於變壓器，則可攜式裝置可以 進入n充電模式，並且由變壓器上獲得大於安培的 充電電。反之，當可攜式裝置確認USB接口的電力係來 自於主機裝置’财攜式裝置可以進人—般充電模式，並 且由主機裝置的USB接π上獲得最大約〇 5安培的充電電 流。 基本上’可攜式裝置判讀USB接口的電力係來自於主 ，裝置或者！!壓||，係根據差動正端與差動負端之間的信 號關係來決定。糊來說，㈣ϋ的USB接口係將差動正 端與差動貞端短路（shGrtdrcuit)，可攜式裝置即可據以判 斷USB接口的電力係來自 於變壓器。 當然，除了將差動正端與差動負端短路之外，其他可 攜式裝置的製造商可自行設計變壓器的聰接口中的差 動正端與差動貞端的不同連接方式，讓可攜式裝置據以判 斷。 圖1A !會示為習知之快速充電模式的架構圖。請參照 圖1A，當-可攜式裝置1〇2透過通用序列匯流排（以下簡 稱USB)傳輸線104耦接至一變壓器1〇6，並且此變壓器 觸又連接至市電（AC)時，可攜式襄置1〇2會根據變壓 器106内部短路的差動正端（D+)與差動負端（d_)而進 入快速充麵式n可攜式裝置1G2會由龍器· 接收大約1.5A的充電f流（Iehl)以進行快速充電。 圖1B繪示為習知之一般充電模式的架構圖。請夂昭 圖1B，可攜式農置1〇2也可以透過咖傳輸線购而搞 201216070 接至-主機裝置m的USB接口 114，來進 USB信齡由域錢112巾的USB_單^提 供，且差動正端（D+)與差動負端（D0沒有短路，所以 可攜式裝置102確認USB接口的電力係來自於主機裝置 112。在USB 2.0規格的架構中，㈣控制單元ιΐ6只能夠 提供最大約0.5A的充電電流（Ieh2)給可攜式裝置1〇2。 i H可攜式裝置⑽_到㈣傳輸線⑽是連接到 „2 _接口 114時，p、會啟動一般充電模 :並且利用USB控制單元116所提供的〇 5a的充電電 ch2)進行充電。而此充電時間會長於快速充電所需 的充電時間。 然而’USB的架構發展到如今，已進展到USB 3.0的 規在USB 3.0規格中，USB 3 〇接口與USB 2 〇接口 才=並且USB 3.0規格的控制單元已經可以提供i 5A的 電'瓜仁是可攜式裝置102偵測到USB傳輸線ι〇4是連接 到主機裝置的USB 2.G或者USB 3.G的接π時，還是只會 動&充電模式，並不會啟動快速充電模式，即提供 進行决速充電模式。如此一來，就會導致充電的效能 低^另村攜趣㈣製造商可自行料變㈣的腦 接I中的差動正端與差動負端的不同連接方式，在判斷上 也曰有無法判斷要進行快速充電模式問題。 【發明内容】 此本發明提供一種主機裝置，可以允許一可攜式 201216070 裝置透過主機裝置的USB接口進行快速充電模式。 本發明提供-種主機裝置，包括：—主機=，具有一 第連接器，-子電路板，輕接第—連接器，並具有“快 速充電接口’快速充電接口包括一第一訊號端和一第二訊 號端；以及一充電管理模組，配置在子電路板上，當一可 攜式裝置插設於快速充電接口時，充電管理: 訊號端和第二訊號端為-第-狀態連接，若在第:狀態連 接下，可攜式裝置的無回應給充電管理模組，則充電管理 模組切換第-訊號端和第二訊號端至一第二狀態連接，以 執行一快速充電模式。 從另-觀點來看，本發明也提供一種通用序列匯流排 接口的管理方法，而通用序列匯流排接口至少具有一第一 工作電壓端、-第二卫作電壓端、—差動正端^一差動負 端，且管理方法包括下列步驟：當_可攜式襄置插設至通 用序列匯㈣接口時，則分別施加—第—卫作電壓和一第 二工作碰至第-工作電壓端和第二工作電壓端，並將差 差動負端奴為—第—狀態連接；判斷是否收到 a: 一回應；以及當沒有收到可攜式震置的回應 夺則將差動正端和差動負端設定為一第二狀離連接。 從另-觀點來看，本發明更提供一種通用糊匯流排 接口的控制電路，包括：一充電控制單元，提供-第一工 作電壓和-第二工作電壓給通用序列匯流排接口中的一第 -工作電壓端和-第二工作電壓端；以及—第 妾充電控制單元’並具有一.第一輸出端和一第二輸 “ ’其巾，當可攜錢置減在通特_流排接口時， 7 201216070 充電控制單元將第一輸出端和第二 用序列匯流排接口的一差動 ’w刀別連接到通 快速充電模式。差動負端，以執行一 由於當可料打插設於主顧制 發明可以設定聰接口令之差動正端和差動m 作業，而提昇充電II村攜式襄置進行快速充電的 4為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優 =下了文特舉較佳實_ ’並配合所附圖式，作詳細說 實施方式】

由於可攜式裝置的製造商可自行設計變壓器的USB 接口 t的差動正端與絲負端的不同連接方式讓可攜式 裝置據以觸要進躲速充電，在此_以目前最普遍兩 種在變壓11_成差動正端與差動負端的連接 如下說明。 圖2A與2B繪示為兩種變壓器之uSB接口的架構圖。 請參照圖2A’在變壓器106的圖接口 2〇〇(或稱為聰 母接口）中，包括第一工作電壓端202、差動正端2〇4、差 動負端206和第二工作電壓端2〇8。其中，第一工作電壓 端202係接收第一工作電壓’例如+5V ’而第二工作電壓 端208係接收第二工作電壓，例如接地電壓（GND)。也 就是說’當變壓器106耦接至市電（AC)時，第一工作電 201216070 壓端202上為+5V，而第二工作電壓端208為接地電壓 (GND)〇 在圖2A中，變壓器106中之USB接口 200内的差動 正端（D+) 204和差動負端（D-) 206會被分別施加不同 的设定電壓（第一設定電壓Vsetl和第二設定電壓Vset2)。 或者在圖2B中’變壓器1〇6中之USB接口 200内的差動 正端（D+) 204和差動負端（D_) 206係被變壓器ι〇6内 部的電路所短路。

另外，如圖2C所繪示，在USB傳輸線1〇4的接頭21〇 (或稱為USB公接口）中，也對應具有第一工作電壓端 (+5V) 212、差動正端（D+) 214、差動負端（D-) 216 和第二工作電壓端（GND) 218。當接頭21〇被插設於圖 2A或者目2B所示的USB接口 2〇〇中時，第一工作電壓端 212、差動正端214、差動負端216和第二工作電壓端η 會分別與變壓11 的咖接π期中第一工作電壓端 2〇2差動正端2〇4、差動負端2〇6和第二工作電壓端 對應接觸。因此，當可攜式裝置1()2偵測到差動正端（D+) ㈣（D_)216二者_接的電壓是上述預設的 。又疋電壓（Vsetl與Vset2)或者侧到差動正端214和差 路時’就判斷接頭210係連接至額 106 ’啟動快速充電模式。 根據上述可攜式褒置判別進入快速充電模式，我們將 於主機裝置上設計對應架槿^ 電料我們將 充電模弋切捸刭Γ…冓，使4主機裝置能由一般正常 一## t 认 '飞圖3繪不為依照本發明之 一卓λ佳實粑例的一種主機裝 我置的糸統方塊圖。請參照圖 201216070 3，本實施例所提供的主機裝置300，包括主機板（mother board) 310 和子電路板（daughter board) 340。其中，主 機裝置300即為一電腦主機，而子電路板34〇上具有控制 電路’並且可以配置在電腦主機機殼的前面板（front panel) 上。 主機板310具有資料收發控制單元312，可以透過一 k料傳輸協定收發資料。在本實施例中，資料收發控制單 元312是一 USB 3.0規格的控制晶片，其可以透過USB 3 〇 的傳輸協定收發資料。 在主機板310上，還具有一第一連接器（c〇nnect〇r) 320，其具有第一工作電壓端（VDD)、差動正端（D+)、 差動負端（D-)、傳輸正端（τχ+)、傳輸負端（τχ_)、接 收正端（RX+)、接收負端（RX_)和第二工作電壓端 (GND)。並且利用主機板31〇上的布局線路（iay〇uttrace) 314’將 > 料收發控制單元312上相對應的信號連接至第一 連接器320。再者，第一工作電壓端（VDD)和第二工作 電壓端（GND)會分別輸出+5V以及接地電壓。另外，主 機裝置300内部的一連接、線338，會將第一連接器32〇中 聰3.0的所有信號接點連接至子電路板擔。在本實施例 中，連接線338可以是同軸電乡覽，其長度例如是1公尺至 3公尺。 圖4繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種子電路 板示意圖。主機板310利用連接線338將USB 3 〇規格中 的所有信號傳遞至子電路板34〇上的第二連接器4〇6。此 部份的連接關係已於圖3描述，不再贅述。 201216070 子電路板340上具有一快速充電接口 4〇2、一 usb 3 〇 輸出入接σ 420和-充電管理模組撕。再者，利用子電 路板34〇上的布局線路姻，達成腦3 〇輸出入接口· ，第-連接器406之間的信號連接。亦即，將Usb 3 〇的 ㈣傳遞至USB 3.G輸出人接σ 42〇，也就是說，應模 組至少包括佈局線路408以及USB3 〇輸出入接口 。 根據本發明的實施例，充電管理模組404連接至USB 3.0信號中的第-工作電壓端（VDD)和第二工作電壓端 jGND)’並且連接至快速充電接口 4〇2的第一工作電壓 h (VDD)、差動正端（d+)、差動負端（D_)和第二工作 電壓端（GND)。而快速充電接口搬是一 USB母^口。 再者，在本實施例中，快速充電接口 4〇2以及Usb 3 〇輸 出入接口 420係配置在主機裝置3〇〇的外殼前面板上。 因此，如圖2C所示的可攜式裝置1〇2，例如是行動電 話、口袋型電腦、數位相機、數位影音設備等，都可以利 用USB傳輸線1〇4，並且透過USB接頭21〇，而插設於圖 4的快速充電接口 402中。由於USB 3.0接口與uSB 2 〇 接口相容，因此在本實施例中，可攜式裝置1〇2的usb接 頭210的規格可以是USB 2 〇接頭或是USB 3 〇接頭。 圖5繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種充電管 理模組的方塊圖。請參照圖5 ’本實施例所提供的充電管 理模組404,至少包括充電控制單元5〇2和第一電路單元 504與第二電路單元5〇6。而充電控制單元5〇2可將第一電 路單元504的第一輸出端（0UT1 )與第二輸出端（〇υτ2) 耦接至快速充電接口 402的差動正端（D+)與差動負端 11 201216070 (D-)，或者將第二電路單元5〇6的第三輸出端（〇UT3) 與第四輸出端（OUT4)耦接至快速充電接口 402的差動正 端（D+)與差動負端（D-)。當然，充電控制單元502還 可將第一工作電壓（VDD)和第二工作電壓（GND)連接 至快速充電接口 402的第一工作電壓端（VDD)和第一工 作電壓端（GND)。 由圖5可知’第一電路單元5〇4包括三個電阻γ1、γ2、 r3串接於第一工作電壓（VDD)與第二工作電壓（GND) 之間。而第一輸出端（OUT1)與第二輸出端（OUT2)可 輸出第一設定電壓（Vsetl )與第二設定電壓（Vset2)。例 如Vsetl=2.0V，Vset2=l,8V。再者，第二電路單元506的 第三輸出端（OUT3)與第四輸出端（〇UT4)係為短路。 圖6繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種USB接 口之管理方法的步驟流程圖。請合併參照圖2C、圖4、圖 5和圖6，充電控制單元502會如步驟S602所述，持續偵 測是否有可攜式裝置連接至快速充電接口 4〇2。當充電控 制單元502尚未偵測到一可攜式裝置1〇2透過USB接頭 21〇連接快速充電接口 4〇2時則繼續步驟s6〇2的偵測動 作。反之，當充電控制單元5〇2偵測到一可攜式裝置1〇2 透過USB接頭210連接快速充電接口 4〇2時，則會進行步 驟S604 ’就疋充電控制單元5〇2將第—工作電壓（)， 和第一工作電壓（GND) ’第-設定電壓（Vsetl) 、以及第 二設定電壓（Vset2)施加於快速充電接口 4()2相對應的第 工作電壓端（VDD)，和第二王作電壓端（GND)，差動 正端（D+)與差動負端（D_)。也就是說，充電控制單元 12 201216070 笛- 換至第一電路單70 504的第一輸出端（〇υτι)與 第一輸出端（OUT2)。 ’、 =著’充電控制單元5()2會進行步驟嶋，就是判斷 裝置1〇2_應(一)。若是，則表 二機裝置符合如圖2八的快速充電模式，可攜 據快速充電接口 4〇2中差動 、依 一— 中差動正&⑺+)和差動負端（D-) 疋電壓（Vsetl)與第二狀健（Vset2)，將快 、充電接口 4〇2認作是變壓器的聰接口時，可 1〇2會發出回應給充電控制單元5()2。 ' 5ιΙ 〇Γ -l-' a* π» 更控希!早元 502 攜式裝置1〇2所發出的回應時，此時代表 置已經認為快速充電接口為變壓器的us 口二、 執行快速充電模式。 、β以 當然，充電控制單元5〇2也可以根據充 來判斷可攜式襞置阳是否有所回應。舉例來說 ，制早το 5〇2確認充電電流約在〇·5Α ’則判斷該可攜式裝 置102並沒有回應；反之，當充電控制單元％ ς 電流大於0.5Α甚至於到達15Α，則判斷 〇心^ 已經有回應。 ⑼斷該可攜式褒置收 若是充電控制單元5G2沒有收到，式 出的回應時，則會進行步驟S608 „就是 、 5〇2與快速充電接口仙2之間的連接^斷=控=二 制單元502切換至第二電路單元5〇6的 兄冤徑 與第四輸出端（〇UT4)。並將第—卫作第^^端（棚） 第二工作電壓（GND)施加於快速充電接 VDD)’和 - 包禪口 402相掛廊的 第-工作電壓端(侧)，和第二工作電屋蠕(二:並 13 201216070 =動正端（D+)與差動負端（d·)係為短路，表示符合 圖2B的快速充電模式。 山由於可攜#置依·輕電接口 幅路的差動 =「(D+)和差動負端（D_)，將快速充電接口 402認作 咖接口時，代表可攜式裝置已經認為快速充 ^接口為類㈣聰如，並且可以執行 模 式。 =上述的說明可知’充電控制單元5〇2係包括二個狀 =接v於預設狀態連接(第一狀態連接)時將第一設定 cT )與第二設定電愿（Vset2)提供至差動正端 動負端（D小當充電控制單元502於預設狀 可攜式裝置的回應時，由預設狀態連 二狀態連接（第二狀態連接）’也就是提供短路 的差動正(D+)與差動負端（D_)。 田…、：上it—個狀態連接也可以換 ^連接（第—狀態連接）時，將差動正端（D+)與St :D〇紐路，而於另-狀態連接（第二狀態連接）時，、 設定電壓（Vs叫與第：設定電壓（細）提供 至差動正端（D+)與差動負端（d )。此外，本發明料

態連接，其他不同兩種組合或者三種以上 ，只要針對製造商可自行設計變壓器的USB 斷:據的ίϊ:端Γί動負端的不同連接方式作為快速判 供快速充電模式’都是本發 鉍上所述’由於本發明具有一快速充電接口，其可以 201216070 模擬在變壓11上之聰接口雜態，因此允許可攜式裝 藉由本發明所提供的主機裝置進行快速充電作業，而^ 可攜式裝置的充電效能。 —雖然本伽6以較佳實補減如上，然其並非用以 限本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 當可作些許之更動無飾，因此本發明之保雙 關纽後附之申料利範圍所界定者為^ … φ 【圖式簡單說明】 本案得藉由下列圖式及說明，俾得一更深入之了解： 圖1A繪示為習知之快速充電的架構圖。 . 圖1B綠示為習知之一般充電的架構圖。 圖2A與2B繪示為兩種變壓器之USB接口的架構圖。 圖2C_為USB傳輸線與可攜式裝置的連接關係。

圖3綠不為依照本發明之—較佳實施例的—種主機裝置 系統方塊圖。 圖4 意圖 緣不為依照本發明之—較佳實施_ —種子電路板示 圖5、會不為依照本發明之—較佳實施例的-種充電管理模 組的方塊圖。 、 =6、會不為紐本發明之—較佳實施例的—種USB接口之 官理方法的步驟流程圖。 【主要元件符號說明】 201216070 本案圖式中所包含之各元件列示如下： 102:可攜式裝置 106 :變壓器 114、200 : USB 接口 202、212 :第一工作電壓端 206、216 :差動負端 208、218 :第二工作電壓端 310 :主機板 314 :布局線路 338 :連接線 402 :快速充電接口 406 :第二連接器 420 : USB 3.0輸出入接口 5〇4 :第一電路單元 104 : USB傳輸線 112、300 :主機裝置 116 : USB控制單元 204、214 :差動正端 210 :接頭 312 :資料收發控制單元 320 :第一連接器 340 :子電路板 404 :充電管理模組 408 :布局線路 502 :充電控制單元 506 :第二電路單元

Claims (1)

1. 201216070 七、申請專利範圍： 1. 一種主機裝置，包括： 一主機板，具有一第一連接器； 一子電路板，耦接該第一連接器，並具有一快速充電 接口，該快速充電接口包括一第一訊號端和一第二訊號 端；以及 一充電官理模組，配置在該子電路板上，當一可攜式 •裝置插設於該快速充電接口時，該充電管理模組設定該第 一訊號端和該第二訊號端為一第一狀態連接，若在該第一 狀態連接下，該可攜式裝置的無回應給該充電管理模組， 則該充電管理模組切換該第一訊號端和該第二訊號端至一 第二狀態連接，以執行一快速充電模式。 2.如申請專職圍第丨項所述之主機裝置，其巾該充電管 理模組包括： 电給早兀，具有 " 个 调山听不7 —弗二输过 端，分別輸出一第一設定電壓和一第二設定電壓； 山一第一電路單元，具有一第三輸出端和一第四輸注 端’且該第二輸$端和該第四輸出端為短路丨以及 。一充電控制單元，當該第一狀態連接時，該充電控帝 早兀將該第—輸出端和該第二輸出端_至該第一訊號端 和該第二訊號端’當該第二狀態連接時，該充電控制單元 f該第一訊號端和該第二訊號端切換至_該第三輸出端 和該第四輸出端。 ^ 3.如申請專利範圍第1項所述之主機裝置，其中若在該第 17 201216070 -狀態連接下，該可攜Μ置的相應給該充電管理模 組’則直接執行該快速充電模式。 4.如申請專利範_丨項所述之主機裝置 電接口更包括-第-工作電壓端與—第二工作電 執订該快速充電模式’該第—工作電壓端與該第二工作 Μ端分別提供一第一工作電—盘一$ _ 攜式裝置進行充電。第作以對該可 置，其中該快速充 5.如申請專利範圍第1項所述之主機裝 電接口是.一通用序列匯流排接口。 6. 如申請專利翻第丨項所述之域裝置，其中該子電路 板更具有—第二連接器，㈣連接至該第—連接器。 7. 如申請專職㈣丨項所述之域|置，其巾該子電路 板搞接Θ第-連接器係使用—制相匯流排介面。 8. -種制序舰流排接口的管理方法，而該朝序列匯 ，口至少具有一第一工作電麗端、一第二工作電壓 驟差動正％和差動負端，且該管理方法包括下列步 、f 一可攜式裝置插設至朗用㈣匯流排接口時，則 刀別細加一第一工作電壓和一第二工作電壓至該第一工作 和該第二卫作電壓端，並將該差動正端和該差動負 端設定為一第一狀態連接； 判斷是否收到該可攜式裝置的一回應；以及 士當沒有㈣該可攜式裝置的回應時，則將該差動正端 和》亥差動負端設定為一第二狀態連接。 9.如申4專利範圍第8項所述之管理方法，其中將該差動 201216070 =該Γ負端設定為該第一狀態連接的步驟，包括分 該线負端。 帛—疋電壓至該差動正端和 10.如中請專·_ 8韻述之f ==差動正端和該差動負端在該第：: 二差動=:連可:式裝置的回應時，則將該差動正端 u. 一種通用序列匯流排接口的控制電路，包括. 一充電控制單元’提供一第一工作㈣和一第二工作 用序列匯流排接口中的-第-工作電壓:和-第一工作電壓端；以及 第電路單70，祕該充電控鮮元，並且有-第 一輸出端和一第二輸出端； 、有 時，設在該用序列匯流排接口 別連L㈣ί制單元將該第一輸出端和該第二輸出端，分 =該通用序列匯流排接口的一差動正端和負 鳊，以執行一快速充電模式。 輸出利乾圍第11項所述之控制電路，其中該第-—輸出端分別連接一第一設定電壓和一第二 s乂疋電壓。 幹出月專利圍第11項所述之控制電路，其中該第〆 ^出^和該第二輪—兩者短路連接。 _申^明專利範圍第11項所述之控制電路，更包括一第 和一&單元耦接该充電控制單元，並具有一第三輸出端 四輸出端’當該第一輸出端和該第二輸出端分別連 201216070 接到該差動正端和該差動負端時，該 到充電控制單元，則竽攜式裝置的無回應 該第三輸出端和該;:輸差出動端正端和該差動負端切換到-接 輪出端1;二利:圍第14項所述之控制電路’其中該第三 化和5亥第四輸出端兩者短路連接。