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TWI557568B - 適用於usb連接器之組合式晶片 - Google Patents

適用於usb連接器之組合式晶片 Download PDF

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TWI557568B
TWI557568B TW104122217A TW104122217A TWI557568B TW I557568 B TWI557568 B TW I557568B TW 104122217 A TW104122217 A TW 104122217A TW 104122217 A TW104122217 A TW 104122217A TW I557568 B TWI557568 B TW I557568B
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circuit
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TW104122217A
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Inventor
陳建文
董明輝
Original Assignee
瑞昱半導體股份有限公司
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Description

適用於USB連接器之組合式晶片
本發明是關於一種適用於通用序列匯流排(USB)連接器之組合式晶片，特別是一種會使不同操作模式能共用晶片接腳之適用於USB連接器之組合式晶片。
隨著科技的發展，電子產品的傳輸介面傾向把所有功能整合於一種傳輸介面上。在各種傳輸介面中，最為廣泛使用的應為USB的傳輸介面。目前，USB的機械標準已發展至所謂的C型(type-C)，其具有24個接腳，而可支援相當多樣化的工作模式。
現行用於USB連接器的晶片多將晶片各接腳分別對應USB的不同工作模式。然而，如上所述，由於目前USB可支援的功能或工作模式數量相當多，若是將晶片各接腳分別對應USB的不同工作模式，會造成晶片上的接腳數量過多，而晶片的包裝尺寸與成本也會跟著增加。此外，由於連接晶片接腳的打線長度也會隨之增長，在高頻應用時，晶片的效能可能會受到嚴重的影響。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種適用於USB連接器之組合式晶片，以解決不同功能電路使用不同晶片接腳的問題。
根據本發明之一目的，提出一種組合式晶片。組合式晶片適用於USB連接器，並包含USB type-C電路、USB非type-C電路、連接於USB type-C電路與USB非type-C電路之切換開關單元以及連接於切換開關電路之控制端之模式控制單元。模式控制單元在執行一或多種模式判斷後，控制切換開關電路使USB type-C電路連接於第一接腳與第二接腳，USB非type-C電路斷路於第一接腳與第二接腳，或者是使USB非type-C電路連接於第一接腳與第二接腳，USB type-C電路斷路於第一接腳與第二接腳。
較佳地，模式控制單元可連接於USB type-C電路。一或多種模式判斷程序可包含替代(ALT)模式判斷程序，若ALT模式判斷程序結果為是，則模式控制單元連接第一接腳與第二接腳於USB type-C電路，並將USB type-C電路配置為通用輸入輸出(GPIO)模式，若ALT模式判斷程序結果為否，則模式控制單元連接第一接腳與第二接腳於USB非type-C電路。
較佳地，在ALT模式判斷程序結果為是且模式控制單元連接第一接腳與第二接腳於USB type-C電路後，模式控制單元可執行GPIO模式判斷程序，若GPIO模式判斷程序結果為是，則模式控制單元將USB type-C電路配置為GPIO模式，若GPIO模式判斷程序結果為否，模式控制單元將USB type-C電路配置為除錯埠口模式。
較佳地，在GPIO模式判斷程序結果為否後且模式控制單元將USB type-C電路配置為除錯埠口模式前，模式控制單元可執行除錯模式判斷程序，若除錯模式判斷程序結果為是，則模式控制單元將USB type-C電路配置為除錯埠口模式，若除錯模式判斷程序結果為否，則模式控制單元將USB type-C電路配置為RS232介面模式。
較佳地，在除錯模式判斷程序結果為否後且模式控制單元將USB type-C電路配置為RS232介面模式前，模式控制單元可執行RS232模式判斷程序，若RS232模式判斷程序結果為是，則模式控制單元將USB type-C電路配置為RS232介面模式，若RS232模式判斷程序結果為否，則模式控制單元重置並重新執行一或多種模式判斷程序。
較佳地，在模式控制單元執行ALT模式判斷程序前，模式控制單元可先執行電源傳遞(PD)連接模式判斷程序，若PD連接模式判斷程序結果為是，則模式控制單元執行ALT模式判斷程序，若PD連接模式判斷程序結果為否，則模式控制單元執行除錯模式判斷程序。
較佳地，模式控制單元執行PD連接模式判斷程序前，模式控制單元可先執行type-C連接模式判斷程序，若type-C連接模式判斷程序結果為是，則模式控制單元執行PD連接模式判斷程序，若type-C連接模式判斷程序結果為否，則模式控制單元執行RS232模式判斷程序。
較佳地，模式控制單元可連接於USB type-C電路與USB非type-C電路，在第一接腳與第二接腳連接於USB type-C電路或USB非type-C電路後，第一接腳與第二接腳供給訊號給USB type-C電路或USB非type-C電路。在第一接腳與第二接腳停止供給訊號給USB type-C電路或USB非type-C電路後，模式控制單元可重置並重新執行一或多種模式判斷程序。
承上所述，依本發明之適用於USB連接器之組合式晶片，其可具有一或多個下述優點：
（1）此組合式晶片可藉由輸入於模式控制單元之訊號執行模式判斷程序，藉此可使功能互斥的USB type-C電路與USB非type-C電路共用晶片接腳。
（2）此組合式晶片可藉由進一步執行多種模式判斷程序，藉此可在同一塊晶片中，根據使用者的需求而將USB type-C電路配置為對應不同功能的電路。
為利　貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係侷限本發明於實際實施上的專利範圍，合先敘明。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之組合式晶片之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請參閱第1圖，其係為本發明之組合式晶片之第一實施例之示意圖。圖中，組合式晶片包含USB type-C電路200、USB非type-C電路300、連接於USB type-C電路200與USB非type-C電路300之切換開關單元400以及連接於切換開關電路400之控制端401之模式控制單元100。模式控制單元100在執行一或多種模式判斷後，控制切換開關電路400使USB type-C電路200連接於第一接腳10與第二接腳20，USB非type-C電路300斷路於第一接腳10與第二接腳20，或者是使USB非type-C電路300連接於第一接腳10與第二接腳20，USB type-C電路200斷路於第一接腳10與第二接腳20。
在此實施例中，模式控制單元100可根據外來的訊號執行一或多種模式判斷，而使USB type-C電路200或USB非type-C電路300其中之一連接於第一接腳10與第二接腳20，另外一個則斷開於第一接腳10與第二接腳20。由於USB type-C電路200與USB非type-C電路300在運作上功能是互斥的，因此在同一時間僅需要其中之一連接於晶片的接腳，就能讓晶片根據預定模式正常運作。此處輸入於模式控制單元100的外來訊號可為來自USB type-C連接器的cc接腳的訊號，在USB type-C連接器與對應的連接裝置連接時，裝置間會進行所謂交握(handshaking)協議以確認之後雙方執行的模式。在執行交握時，USB type-C連接器的cc接腳將會有訊號輸入，於是模式控制單元100便可根據此類訊號所包含的訊息，如電壓或電流值，來判定接下來組合式晶片需要提供何種功能，而將相對應的電路與晶片接腳相連接。然而，本發明之組合式晶片並不限於此，若針對不同操作模式，USB連接器之接腳也具有不同組態時，模式控制單元100也可將USB連接器之接腳組態作為執行判斷程序的外來訊號。在此實施例中，不需要用的電路可由組合式晶片關閉，待下次需要使用時再度喚醒。如此一來，便不需要對USB type-C電路200與USB非type-C電路300個別設計專用的晶片接腳，而是使USB type-C電路200與USB非type-C電路300共用組合式晶片中的接腳，如圖中之第一接腳10與第二接腳20。在目前針對USB連接器的設計中，USB type-C電路200與USB非type-C電路300是設置於晶片中的不同區塊，且藉由不同的晶片接腳向外連接。然而，採用本發明實施例之晶片設計，將可以將具有不同功能的電路組合在一起，藉此降低晶片接腳的數量與電路所佔之面積。而在之後對晶片整體包裝時，所需的打線長度與數量也可隨之減少，藉此增進高頻效能。
在此實施例中，切換開關單元400可包含多個開關元件，開關元件可為單一電子電路元件，例如金氧半導體場效電晶體(MOSFET)。此時，控制端401可連接於MOSFET的閘極，藉由來自模式控制單元100之偏壓改變MOSFET源極與汲極的導通狀態，藉此可控制USB type-C電路200或USB非type-C電路300與第一接腳10及第二接腳20之連接狀態。然而，本發明之組合式晶片並不限於此，其他具有開關功能之元件或電路亦可用於發明之切換開關單元400中。
請參閱第2圖，其係為本發明之組合式晶片之第二實施例之示意圖。圖中，模式控制單元100可連接於USB type-C電路200。一或多種模式判斷程序可包含替代(ALT)模式判斷程序，若ALT模式判斷程序結果為是，則模式控制單元100連接第一接腳10與第二接腳20於USB type-C電路200，並將USB type-C電路200配置為通用輸入輸出(GPIO)模式210，若ALT模式判斷程序結果為否，則模式控制單元連接第一接腳10與第二接腳20於USB非type-C電路300。
具體來說，模式控制單元100在控制USB type-C電路200與第一接腳10及第二接腳20連接後，還能進一步配置USB type-C電路200為所需之功能電路。在此實施例中，模式控制單元100通過與USB type-C電路200間直接或間接的連接，而可將USB type-C電路200配制GPIO模式210。此處，GPIO模式210可進一步細分為電源傳輸(power delivery)模式211與type-C音訊模式(type-C audio mode)212。此兩種模式的切換也可由來自模式控制單元100的訊號控制，或是USB type-C電路200根據來自切換開關單元400自行判斷。在此實施例中，ALT模式判定的條件可與USB PD 2.0標准所規定的條件相同，故不在說明書內贅述。
較佳地，在ALT模式判斷程序結果為是且模式控制單元100連接第一接腳10與第二接腳20於USB type-C電路200後，模式控制單元100可執行GPIO模式判斷程序，若GPIO模式判斷程序結果為是，則模式控制單元將USB type-C電路配置為GPIO模式210，若GPIO模式判斷程序結果為否，模式控制單元將USB type-C電路配置為除錯埠口模式230。
在此實施例中，可進一步將除錯埠口模式230的功能整合於USB type-C電路200。如此一來，在ALT模式判斷程序結束且判斷結果為是的情況下，模式控制單元100可進一步執行GPIO模式判斷程序。若所輸入的外在訊號不在GPIO模式的預定範圍內，模式控制單元100便可將USB type-C電路200配置於除錯埠口模式230，以方便本發明之實施例之組合式晶片於開發或檢測時使用，並進一步降低了所需的電路面積。
較佳地，在GPIO模式判斷程序結果為否後且模式控制單元將USB type-C電路200配置為除錯埠口模式230前，模式控制單元100執行除錯模式判斷程序，若除錯模式判斷程序結果為是，則模式控制單元將USB type-C電路200配置為除錯埠口模式230，若除錯模式判斷程序結果為否，則模式控制單元100將USB type-C電路200配置為RS232介面模式220。
在此實施例中，可進一步將RS232介面模式220的功能整合於USB type-C電路200。如此一來，在GPIO模式判斷程序結果為否的情況下，模式控制單元100可進一步執行除錯模式判斷程序。若所輸入的外在訊號不在除錯模式的預定範圍內，模式控制單元100便可將USB type-C電路200配置於RS232介面模式220。由於在USB Type-C  的規範下，由 USB Type-C的介面轉換到其他介面轉接器的是被允許的，因此RS232介面模式220的功能也能夠整合於USB type-C電路200，使得本發明實施例之組合式晶片也能對應於RS232標準的連接器。
較佳地，在除錯模式判斷程序結果為否後且模式控制單元100將USB type-C電路200配置為RS232介面模式220前，模式控制單元100可執行RS232模式判斷程序，若RS232模式判斷程序結果為是，則模式控制單元100將USB type-C電路配置為RS232介面模式220，若RS232模式判斷程序結果為否，則模式控制單元100重置並重新執行一或多種模式判斷程序。
由於提供給模式控制單元100的外來訊號可能不屬於前述正常操作模式中的任何一種，在此情況下，可能是前端的USB連接器的連接發生錯誤或是與其對口的裝置發生錯誤。於是，使用者可在檢查連接或設定狀態重新連接USB連接器，而模式控制單元100也會重新接收外來訊號。因此，模式控制單元100可設定為若無法藉由外來訊號判斷組合式晶片將處於何種工作模式，就從頭開始進行一或多種模式判斷程序，直到正確判斷USB type-C電路200或USB非type-C電路300的連接方式及操作模式為止。
較佳地，在模式控制單元100執行ALT模式判斷程序前，模式控制單元100可先執行電源傳遞(PD)連接模式判斷程序，若PD連接模式判斷程序結果為是，則模式控制單元100執行ALT模式判斷程序，若PD連接模式判斷程序結果為否，則模式控制單元100執行除錯模式判斷程序。
在此實施例中，模式控制單元100可先期執行PD連接模式判斷程序，以簡化整體模式判斷流程。也就是說，若一開始模式控制單元100就判斷組合式晶片將不會提供USB PD的功能，則組合式晶片必然不會提供USB非type-C模式或GPIO模式210的功能。如此一來，模式控制單元100就可以直接檢查組合式晶片是否是作為除錯埠口模式230或RS232介面模式220使用，而無須進行ALT模式判斷程序及後續的判斷程序。
較佳地，模式控制單元100執行PD連接模式判斷程序前，模式控制單元100可先執行type-C連接模式判斷程序，若type-C連接模式判斷程序結果為是，則模式控制單元100執行PD連接模式判斷程序，若type-C連接模式判斷程序結果為否，則模式控制單元執行RS232模式判斷程序。
同上所述，為進一步簡化模式判斷流程，模式控制單元100可在執行PD連接模式判斷程序前，先執行type-C連接模式判斷程序。若一開始模式控制單元100就判斷組合式晶片將不會提供USB type-C的功能，則組合式晶片必然不會提供USB非type-C模式、GPIO模式210或除錯埠口模式230的功能。如此一來，模式控制單元100就可以直接檢查組合式晶片是否是作為RS232介面模式220使用，而無須進行PD連接模式判斷程序及後續的判斷程序。
請參閱第3圖，其係為本發明之組合式晶片之第三實施例之示意圖。圖中，模式控制單元100連接於USB type-C電路200與USB非type-C電路300，在第一接腳10與第二接腳20連接於USB type-C電路200或USB非type-C電路300後，第一接腳10與第二接腳20供給訊號給USB type-C電路200或USB非type-C電路300。在第一接腳10與第二接腳20停止供給訊號給USB type-C電路200或USB非type-C電路300後，模式控制單元100重置並重新執行一或多種模式判斷程序。
在組合式晶片以一種工作模式正常運作時，USB type-C電路200與USB非type-C電路300其中之一會接收來自第一接腳10及第二接腳20之訊號。此時，模式控制單元100之執行判斷程序流程可暫時停止以節省資源。在第一接腳10及第二接腳20停止提供訊號給USB type-C電路200與USB非type-C電路300其中之一時，便可判斷為是前端USB連接器已被拔除，或是組合式晶片前一個正常執行的工作模式已停止。於是，USB type-C電路200與USB非type-C電路300其中之一便可透過與模式控制單元100間直接或間接的連接，喚醒模式控制單元100，使模式控制單元100重置並重新執行一或多種模式判斷程序而根據下一次前端連接器的連接狀態判斷組合式晶片應為何種工作模式。
此外，本發明之實施例之組合式晶片也可實現動態切換。舉例來說，模式控制單元100的判斷程序流程重置可由對口裝置的軟體所發出的訊號觸發，而可不需要拔插前端之USB連接器。例如，當透過本發明之實施例之組合式晶片所連接的裝置在播放影音應用程式時，模式控制單元100將USB type-C電路200連接於第一接腳10與第二接腳20並將其配置為type-C音訊模式212。之後，若要切換為充電功能，可藉由所連接的軟體介面進行操作而發出訊號給模式控制單元100，模式控制單元100再將USB type-C電路200配置為電源傳輸模式211。
請參閱第4圖，其係為用於本發明之組合式晶片之模式判斷程序之流程圖。以下將配合第4圖，說明適用於本發明之組合式晶片之實施例之模式判斷程序的完整流程。
首先，在步驟S11，組合式晶片過電並重置，此時可視為前端連接器已連接，而模式控制單元100開始進行一連串模式判斷流程。在步驟S12中，模式控制單元100執行type-C連接判斷流程，若判斷結果為是，則接著執行步驟S13；若判斷結果為否，則執行步驟S20。在步驟S13中，模式控制單元100執行PD連接判斷流程，若判斷結果為是，則接著執行步驟S14；若判斷結果為否，則執行步驟S18。在步驟S14中，模式控制單元100執行ALT模式判斷流程，若判斷結果為是，則接著執行步驟S16；若判斷結果為否，則執行步驟S15。在步驟S15中，模式控制單元100判斷組合式晶片應提供USB非type-C之功能，並將USB非type-C電路300連接於第一接腳10及第二接腳20，USB type-C電路200斷路於第一接腳10及第二接腳20。在步驟S16中，模式控制單元100執行GPIO模式判斷流程，若判斷結果為是，則接著執行步驟S17；若判斷結果為否，則執行步驟S18。在步驟S17中，模式控制單元100判斷組合式晶片應提供GPIO之功能，並將USB type-C電路200連接於第一接腳10及第二接腳20，USB非type-C電路300斷路於第一接腳10及第二接腳20，此時USB type-C電路200配置為GPIO模式210。在步驟S18中，模式控制單元100執行除錯模式判斷流程，若判斷結果為是，則接著執行步驟S19；若判斷結果為否，則執行步驟S20。在步驟S19中，模式控制單元100判斷組合式晶片應提供除錯埠口之功能，並將USB type-C電路200連接於第一接腳10及第二接腳20，USB非type-C電路300斷路於第一接腳10及第二接腳20，此時USB type-C電路200配置為除錯埠口模式230。在步驟S20中，模式控制單元100執行RS232模式判斷程序，若判斷結果為是，則接著執行步驟S21；若判斷結果為否，則回到步驟S11重新開始判斷流程。在步驟S21中，模式控制單元100判斷組合式晶片應提供RS232介面之功能，並將USB type-C電路200連接於第一接腳10及第二接腳20，USB非type-C電路300斷路於第一接腳10及第二接腳20，此時USB type-C電路200配置為RS232介面模式220。在組合式晶片配置為USB非type-C或GPIO模式210的情況下，若type-C訊號中止，則執行步驟S11，也就是模式控制單元100會重置並重新開始模式判斷流程。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
10：第一接腳 20：第二接腳 100：模式判斷單元 200：USB type-C電路 210：GPIO模式 211：電源傳輸模式 212：type-C音訊模式 220：RS232介面模式 230：除錯埠口模式 300：USB非type-C電路 400：切換開關單元 401：控制端
第1圖 係為本發明之組合式晶片之第一實施例之示意圖。 第2圖 係為本發明之組合式晶片之第二實施例之示意圖。 第3圖 係為本發明之組合式晶片之第三實施例之示意圖。 第4圖 係為適用於本發明之組合式晶片之模式判斷程序之流程圖。
10：第一接腳 20：第二接腳 100：模式判斷單元 200：USB type-C電路 300：USB非type-C電路 400：切換開關單元 401：控制端

Claims (8)

  1. 一種組合式晶片，其適用於一通用序列匯流排(USB)連接器，包含： 一通用序列匯流排C型(USB type-C)電路； 一通用序列匯流排非C型(USB非type-C)電路； 一切換開關單元，其連接於該USB type-C電路與該USB非type-C電路， 一模式控制單元，其連接於該切換開關單元之一控制端，並在執行一或多種模式判斷程序後控制該切換開關單元使該USB type-C電路連接於一第一接腳與一第二接腳，該USB非type-C電路斷路於該第一接腳與該第二接腳，或者是使該USB非type-C電路連接於該第一接腳與該第二接腳，該USB type-C電路斷路於該第一接腳與該第二接腳。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之組合式晶片，其中該模式控制單元連接於該USB type-C電路，該一或多種模式判斷程序包含一替代(ALT)模式判斷程序，若該ALT模式判斷程序結果為是，則該模式控制單元連接該第一接腳與第二接腳於該USB type-C電路，並將該USB type-C電路配置為通用輸入輸出(GPIO)模式，若該ALT模式判斷程序結果為否，則該模式控制單元連接該第一接腳與第二接腳於該USB非type-C電路。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之組合式晶片，其中在該ALT模式判斷程序結果為是且該模式控制單元連接該第一接腳與該第二接腳於該USB type-C電路後，該模式控制單元執行一GPIO模式判斷程序，若該GPIO模式判斷程序結果為是，則該模式控制單元將該USB type-C電路配置為GPIO模式，若該GPIO模式判斷程序結果為否，該模式控制單元將該USB type-C電路配置為除錯埠口模式。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之組合式晶片，其中在該GPIO模式判斷程序結果為否後且該模式控制單元將該USB type-C電路配置為除錯埠口模式前，該模式控制單元執行一除錯模式判斷程序，若該除錯模式判斷程序結果為是，則該模式控制單元將該USB type-C電路配置為除錯埠口模式，若該除錯模式判斷程序結果為否，則該模式控制單元將該USB type-C電路配置為RS232介面模式。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之組合式晶片，其中在該除錯模式判斷程序結果為否後且該模式控制單元將該USB type-C電路配置為RS232介面模式前，該模式控制單元執行一RS232模式判斷程序，若該RS232模式判斷程序結果為是，則該模式控制單元將該USB type-C電路配置為RS232介面模式，若該RS232模式判斷程序結果為否，則該模式控制單元重置並重新執行該一或多種模式判斷程序。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之組合式晶片，其中在該模式控制單元執行該ALT模式判斷程序前，該模式控制單元先執行一電源傳輸(PD)連接模式判斷程序，若該PD連接模式判斷程序結果為是，則該模式控制單元執行該ALT模式判斷程序，若該PD連接模式判斷程序結果為否，則該模式控制單元執行該除錯模式判斷程序。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之組合式晶片，其中在該模式控制單元執行該PD連接模式判斷程序前，該模式控制單元先執行一type-C連接模式判斷程序，若該type-C連接模式判斷程序結果為是，則該模式控制單元執行該PD連接模式判斷程序，若該type-C連接模式判斷程序結果為否，則該模式控制單元執行該RS232模式判斷程序。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之組合式晶片，其中該模式控制單元連接於該USB type-C電路與該USB非type-C電路，在該第一接腳與該第二接腳連接於該USB type-C電路或該USB非type-C電路後，該第一接腳與該第二接腳供給訊號給該USB type-C電路或該USB非type-C電路，以及 其中在該第一接腳與該第二接腳停止供給訊號給該USB type-C電路或該USB非type-C電路後，該模式控制單元重置並重新執行該一或多種模式判斷程序。
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