DE60217214T2

DE60217214T2 - USB-Schaltungsanordnung zur Verbindungszustandsdetektion

Info

Publication number: DE60217214T2
Application number: DE60217214T
Authority: DE
Inventors: Richard Camberley Croyle
Original assignee: Nokia Inc
Current assignee: Nokia Inc
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2022-04-06
Also published as: GB2374259A; US20050246472A1; EP1248203A2; JP2002341982A; US20020147876A1; US6957292B2; US7177969B2; US20070276971A1; GB0108754D0; JP4267857B2; EP1248203B1; EP1248203A3; GB2374259B; ATE350710T1; ES2278874T3; DE60217214D1; US7533209B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf universelle serielle Busschaltungen (USB-Schaltungen), die in USB-Vorrichtungen und USB-Hubs verwendet werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltung, die verwendet wird, um zu detektieren, ob der Hub oder die Vorrichtung mit einem USB-Host verbunden ist, das heißt, um den Verbindungsstatus der Vorrichtung oder des Hub zu detektieren.
Es wurde eine USB-Norm entwickelt, die es erlaubt, bis zu 127 periphere Vorrichtungen, wie Drucker, Scanner, Tastaturen, Modems, Telefone, Kameras und Speichervorrichtungen, an einen Host, gewöhnlicherweise einen Personalcomputer (PC), durch einen vierdrahtigen Bus anzuschließen. Solche Vorrichtungen können mit dem PC entweder direkt oder über Hubs verbunden werden. Die Hubs liefern zusätzliche Verbindungen zum USB. Der USB hat den Vorteil, dass die Verbindung verschiedener Typen von Vorrichtungen standardisiert wurde. Weiterhin kann eine Vorrichtung verbunden werden, während der PC angeschaltet ist und während andere Vorrichtungen im Gebrauch sind.
Es werde der Betrieb einer Vorrichtung als ein Beispiel genommen, wobei die Vorrichtung mit einem USB-Anschluss, der vom PC oder einem Hub geliefert wird, verbunden ist. Wenn der PC mit der Vorrichtung physisch verbunden ist, so steuert er das Anschießen und die Konfiguration der Vorrichtung. Um dies zu erreichen, ist der PC mit einem USB-Treiber installiert, der gewöhnlicherweise durch das Betriebssystem des PC geliefert wird. Der PC ist auch mit einem Vorrichtungstreiber installiert, so dass Anwendungssoftware auf dem PC die Vorrichtung verwenden kann, wenn sie angeschlossen und konfiguriert wurde. Der Vorrichtungstreiber wird oft vom Betriebssystem geliefert, wobei es aber bei außergewöhnlichen Vorrichtungen notwendig sein kann, dass ein Benutzer einen spezifischen Vorrichtungstreiber unter Verwendung von Installationsdisketten installieren muss.
Vorrichtungen können hinsichtlich der Anzahl der Funktionen, die sie durchführen, kategorisiert werden. Viele Vorrichtungen, wie ein Maus, implementieren eine einzige Funktion. Einige Vorrichtungen, wie ein Monitor, der eingebaute Lautsprecher aufweist, implementieren mehrere Funktionen und weisen einen eingebetteten Hub auf. Eine solche Vorrichtung ist als eine Verbundvorrichtung (compound device) bekannt und erscheint für den PC wie ein Hub mit einer Sammlung einzelner, nicht entfernbarer Funktionen. Im speziellen Fall, wenn eine Vorrichtung mit einer einzigen Funktion, wie eine Maus, in einen PC das erste Mal eingesteckt wird, detektiert, identifiziert und konfiguriert der USB-Treiber die Vorrichtung, und das Betriebssystem weist automatisch einen Vorrichtungstreiber zu, bei dem es sich im Fall einer Maus um einen Maustreiber handelt. Alternativ und wie das oben erwähnt wurde, kann ein Benutzer einen spezifischen Vorrichtungstreiber installieren und/oder zuweisen. Wenn eine Verbundvorrichtung das erste Mal eingesteckt wird, wird dasselbe Verfahren der Detektion, Identifikation und Konfiguration für jede jeweilige Funktion ausgeführt, so dass alle Funktionen der Verbundvorrichtung für den PC verfügbar sind. Um dieses Verfahren effizient zu machen, muss eine USB-Vorrichtung detektieren können, dass sie mit einem USB-Host verbunden worden ist, so dass sie beginnen kann, auf die Kommunikation vom Host zu antworten. In ähnlicher Weise muss die USB-Vorrichtung wissen, wann sie vom USB-Host gelöst wurde, und sie muss zwischen einer Verbindungslösung und einer Ruheperiode während der Kommunikation unterscheiden können.
Obwohl eine USB-Schaltung im Kontext dieses Dokuments Schaltungen, die in die Hubs selber eingefügt sind, eingebettete Hubs und Vorrichtungen mit einer einzigen oder mehreren Funktionen einschließt, wird sich aus Gründen der Einfachheit die folgende Diskussion auf die Anwendung und die Vorteile der Erfindung unter speziellem Bezug auf USB-Vorrichtungsschaltungen konzentrieren.
Einfache Vorrichtungen, wie eine Maus, brauchen keine eigene Energieversorgung aufzuweisen, sondern sie arbeiten, indem sie Energie vom Host verwenden, die über eine 'Vbus'-Leitung mit 5 V gesendet wird. Die Vorrichtungen sind nur betriebsbereit, wenn sie Energie vom Host haben, und so ist es relativ einfach, die Vorrichtungen so zu konfigurieren, dass sie erkennen, dass sie mit einem Host verbunden sind. Solche Vorrichtungen sind als 'über den Bus mit Energie versorgte' Vorrichtungen bekannt. Viele Vorrichtungen benötigen jedoch mehr Energie, als über die Vbus-Leitung geliefert werden kann, und können auch unabhängig vom Host arbeiten, wie beispielsweise Mobiltelefone und MP3-Player. Somit benötigen diese Vorrichtungen eine eigene Energieversorgung, das heißt sie weisen eine eigene Energieversorgung auf. Da diese Vorrichtungen betriebsfähig sind, ohne dass sie mit einem Host verbunden werden müssen, erfordern sie eine relativ komplizierte Schaltung, um zu identifizieren, ob sie mit einem Host verbunden sind, oder ob dies nicht der Fall ist. Die Vbus-Energieversorgungsleitung weist jedoch sowohl im Fall von über den Bus mit Energie versorgten Vorrichtungen als auch sich selbst mit Energie versorgenden Vorrichtungen eine zentrale Bedeutung auf, um den Verbindungsstatus zu bestimmen (Spezifikation USB 2.0, http://www.usb.org), da die Verwendung der Vbus Energieversorgungsleitung nicht nur verlässlich ist bei der Anzeige des Verbindungsstatus sondern auch hilft beim Widerstehen von Lockup-Zuständen.
Die Erfindung ist nur auf sich selbst mit Energie versorgende Vorrichtungen (oder Hubs) anwendbar, und somit wird nur der existierende Betrieb solcher Vorrichtungen betrachtet. In der Praxis ist ein Mikroprozessor, der sich selbst mit Energie versorgenden Vorrichtungsschaltung konfiguriert, um das Signal von der Vbus-Leitung zu analysieren, und um auf der Basis des Vorhandenseins oder Fehlens eines Signals zu bestimmen, ob eine Verbindung hergestellt wurde. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es einen getrennten Eingangs/Ausgangs-(I/O)-Anschlussstift eines Mikroprozessor mit stark begrenzter Zahl der Anschlussstifte nur für die Bestimmung des Verbindungsstatus verwendet. Weiterhin sind zusätzliche Schaltungskomponenten erforderlich, um das Signal des Vbus in eine für den Mikroprozessor geeignete Form zu bringen. Das ergibt sich daraus, dass der Mikroprozessor der USB-Vorrichtung bei der heute angewandten Niederspannungstechnologie nur eine Signalisierung mit einer sehr viel geringeren Spannung als 5 V verwenden kann. Der Mikroprozessor kann auch empfindlich gegenüber Fluktuationen in der Spannung (Rauschen) sein, von denen bekannt ist, dass sie auf der Vbus-Leitung auftreten. Dies macht es notwendig, dass das Vbus-Signal anfänglich durch eine getrennte Spannungsvergleicherschaltung hindurchgeführt wird, die sowohl die Stärke des Signals reduziert als auch das Signal, das an den Mikroprozessor geliefert wird, innerhalb der geforderten engen Toleranz regelt. Die Vergleichsvorrichtung ist jedoch ein relativ teures Bauteil, das auch relativ groß ist und somit wertvollen Platz auf der Leiterplatte belegt. Die Spurführungskomplexität wird auch erhöht.
Die USB-Norm definiert, dass eine Differentialsignalisierung (diffential signalling) verwendet werden muss, um Rauschen, das den Daten hinzugefügt wurde, zu entfernen. Eine Differentialsignalisierung ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird verwendet, um ein erstes Datensignal mit einem entsprechenden inversen zweiten Datensignal zu vergleichen, wobei jedes dieser Signale auf getrennten Datenleitungen gesendet wird. Da bekannt ist, dass das zweite Signal im allgemeinen ein Spiegelbild des ersten Signals sein sollte, ist es möglich, Inkonsistenzen zwischen den Datensignalen zu identifizieren und zu korrigieren. Somit sind mindestens zwei getrennte Datensignalisierungsleitungen in USB-Vorrichtungen aktuell verfügbar.
Die WO 00/34878 bezieht sich auf das Vorsehen eines Mikroprozessors in einer USB-Vorrichtung, der ausgebildet ist, um das Senden eines vollen Signals an den USB-Host zu ermöglichen, um zu bewirken, dass der USB-Host annimmt, dass er mit der USB-Vorrichtung verbunden/nicht verbunden ist, wenn dies nicht der Fall ist. Die Lehren dieses Dokuments beziehen sich nicht auf die Modifikation der Signalisierung zwischen dem USB-Sende-Empfänger der Vorrichtung und dem Prozessor der Vorrichtung.
Die vorliegende Erfindung liefert eine USB-Schaltung, umfassend:
einen Mikroprozessor, der angepasst ist um eine Signalisierung, die den Verbindungszustand der USB-Schaltung mit einer USB-Hostschaltung betrifft, zu empfangen;
erste und zweite Datensignalleitungen, die angepasst sind, um jeweilige erste und zweite Datensignale an den Mikroprozessor zu übertragen,
eine USB-Host-Energieversorgungssignalleitung, die angepasst ist, USB-Host-Energiesignalisierung zu empfangen, um einen Verbindungszustand anzuzeigen; und
wobei die USB-Schaltung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein Verbindungszustandssignalisierungsmittel umfasst, das angepasst ist, die USB-Energieversorgungssignalleitung zu analysieren und das Datensignal, das über die erste und zweite Datenleitung übertragen wird, entsprechend dem Verbindungszustand der USB-Schaltung mit der USB-Host-Schaltung zu ändern.
Die existierenden ersten und zweiten Datenleitungen, die in der USB-Schaltung verwendet werden, werden nun also verwendet, um dem Mikroprozessor Information zu liefern, ob die Schaltung mit einem Host verbunden ist, und somit vermeidet die Erfindung die Notwendigkeit für getrennte Schaltungskomponenten (beispielsweise eine Vergleichsvorrichtung), um das Vbus-Signal zum Mikroprozessor zu regeln. Im Gegensatz zur Vbus-Leitung werden vergleichsweise niedrige Spannungen und Ströme über die Datenleitungen gesandt, und somit wird beim Senden der Verbindungszustandsinformation zum Mikroprozessor durch existierende Datenleitungen statt durch die Vbus-Reglerschaltung weniger Strom verschwendet. Zusätzlich führt das Fehlen der Vbus-Reglerbauteile zu einer Schaltung, die für eine Miniaturisierung geeigneter ist. Die Verwendung von existierenden (I/O) Verbindungen zum Mikroprozessor gibt auch einen (I/O) Mikroprozessor-Anschlussstift frei. Weiterhin reduziert die Erfindung die Komplexität der Spurführung in der oft dicht gepackten Schaltung.
Datenpakete umfassen eine Reihe von 'Einsen' und 'Nullen', und, wie das vorher erwähnt wurde, fordert die USB-Spezifikation, dass Daten, die auf einer ersten Leitung gesandt werden, das Spiegelbild von Daten, die auf einer zweiten Leitung gesandt werden, darstellen. Wenn beispielsweise das Datenpaket, das über die erste Leitung gesendet wird, '1000' ist, so wird das Datenpaket, das über die zweite Leitung gesendet wird, '0111' sein. Somit werden die Daten durch die gleichzeitige Übertragung von '1ern' und '0en' über die jeweiligen Datenleitungen dargestellt, und somit stellt ein '1'-Signal, das auf der ersten Datenleitung gesendet wird, und eine gleichzeitige Übertragung eines '0'-Signals auf der zweiten Datenleitung Daten dar. Entsprechend ist der umgekehrte Zustand eines '0'-Signals auf der ersten Datenleitung und eines entsprechenden '1'-Signals auf der zweiten Datenleitung auch bekannt dafür, dass er Daten darstellt.
Weiterhin fordert die USB-Konvention, dass das Ende eines Datenpakets durch die gleichzeitige Übertragung eines '0'-Signals auf jeder Datenleitung dargestellt wird. Der Zustand einer gleichzeitigen Übertragung einer '1' wird jedoch aktuell in der USB-Norm nicht verwendet.
Vorteilhafterweise werden die Verbindungszustandssignalisierungsmittel der USB-Schaltung vorzugsweise konfiguriert, um gleichzeitig ein '1'-Signal auf jeder der Datenleitungen an den Mikroprozessor zu senden, wenn sich die USB-Schaltung in einem Nichtverbindungszustand befindet, und der Mikroprozessor ist angepasst, um den Zustand der simultanen '1' mit einem Nichtverbindungszustand zu identifizieren. Somit verwendet die Erfindung den nicht verwendeten Zustand einer simultanen '1' für eine vorteilhafte Wirkung.
Dies kann mittels Hardware und/oder Software erfolgen. Beispielsweise kann im Fall von Hardware ein NICHT-Gatter verwendet werden, um das Signal von der Energieversorgungssignalleitung zu invertieren, so dass ein '1'-Signal nur im nicht verbundenen Zustand gesandt wird. Dieses invertierte Signal würde dann jeweils zu einem Eingang von zwei ODER-Gattern gesandt. Der verbleibende Eingang der beiden ODER-Gatter würde jeweils mit dem Host-Ende der Datensignalleitungen verbunden, und der jeweilige Ausgang der beiden ODER-Gatter würde mit dem Mikroprozessor-Ende der entsprechenden Datenleitung verbunden. Diese Konfiguration identifiziert den nicht verbundenen Zustand durch das Analysieren der Signalisierung in den Datensignalleitungen oder der Energieversorgungssignalleitung. Offensichtliche alternative Lösungen, die nur die Energieversorgungssignalleitung untersuchen, liegen auch im Umfang der Erfindung. Ein Signalfilter kann auch vorgesehen sein, um die Signalinkonsistenzen zwischen der Signalisierung von den Datenleitungen zu reduzieren. Eines oder mehrere dieser Logikgatter können durch Software ersetzt werden.
Ein Ausgangssignal eines NICHT-UND-Logikgatters ist '0', wenn alle Eingangssignale '1' sind, ansonsten ist das Ausgangssignal '1'. Passenderweise kann die USB-Schaltung auch angepasst sein, um ein NICHT-UND-Logikgatter zu haben, das mit den Datenleitungen verbunden ist, um den Signalisierungszustand der simultanen '1' in jeder der Datenleitungen in einen Signalzustand mit einer einzigen '0' umzuwandeln. In diesem Fall ist der Mikroprozessor angepasst, den '0'-Zustand mit einem nicht verbundenen Zustand zu identifizieren. Ein Signalfilter kann auch mit dem Eingang des NICHT-UND-Logikgatters verbunden sein, um Signalinkonsistenzen zu reduzieren. Das NICHT-UND-Logikgatter/Signalfilter kann in den Mikroprozessor eingefügt oder unabhängig von ihm sein. Alternativ können eine oder mehrere dieser Komponenten durch Software ersetzt werden.
USB-Schaltungen umfassen normalerweise einen Sende-Empfänger, um Signalisierung zu senden und zu empfangen. Vorzugsweise sind die Verbindungszustandssignalisierungsmittel in den Sende-Empfänger eingefügt. Insbesondere würde das Einfügen der Logikgatter in den Sende-Empfänger die Komplexität der Spurführung und die physikalische Größe der Hardwarelösung reduzieren.
USB-Schaltungen umfassen im allgemeinen eine digitale anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) für USB, um die Operationen der USB-Schaltung zu analysieren und zu steuern. Vorzugsweise ist der vorher erwähnte Mikroprozessor in einem USB-Digital-ASIC enthalten. Der Mikroprozessor kann jedoch getrennt vom USB-Digital-ASIC sein. Der Mikroprozessor kann auch in den Sende-Empfänger eingefügt werden.
ASICs können nicht verwendete Ersatzschaltungskomponenten, wie Logikgatter, Verstärker und/oder Widerstände umfassen. Vorzugsweise sind die Verbindungszustandssignalisiermittel konfiguriert, um diese Ersatzschaltungskomponenten zu verwenden, um somit die Ersatzkomponenten zu verwenden, die viel kleiner als eine externe Hardware sind. Zusätzlich belegt, obwohl die ASIC-Spurführung relativ komplex ist, eine solche Spurführung ein viel kleineres Gebiet, als es für eine externe PCB-Spurführung erforderlich wäre. Obwohl es sein kann, dass der ASIC keine Ersatzschaltungskomponenten aufweist, würde es dennoch vorteilhaft sein, diese relativ kleinen Schaltungskomponenten in den ASIC einzufügen und dennoch eine Schaltung zu liefern, die kleiner als existierende USB-Schaltungen ist.
Vorzugsweise ist die USB-Schaltung in eine USB-Vorrichtung, wie ein Mobiltelefon oder eine Kommunikationsvorrichtung eingefügt. Die USB-Schaltung kann auch in einen USB-Hub eingefügt sein.
Spezifische Ausführungsformen der Erfindung werden nun unten unter Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben:
1 ist eine schematische Darstellung einer Schaltung gemäß dem Stand der Technik;
2 ist eine schematische Darstellung einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine schematische Darstellung der Schaltung, die verwendet wird, um die Signalisierungsänderung gemäß der vorliegenden Erfindung anzusteuern; und
4 ist eine schematische Darstellung einer Filterschaltung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Die Schaltung 50 des Stands der Technik, die in 1 gezeigt ist, kann gemeinhin in USB-Vorrichtungen, wie einer Digitalkamera, gefunden werden. Sie umfasst einen USB-Digital-ASIC 1 (der einen Mikroprozessor enthält), einen Sende-Empfänger 2 und einen USB-Kern 3. Der ASIC 1 steuert und reguliert den Betrieb der Schaltung 50. Der Sende-Empfänger 2 überträgt Signalisierung zwischen einem verbundenen (nicht gezeigten) USB-Host und dem ASIC 1. Der USB-Kern 3 wird verwendet, um die Schaltung 50 gemäß der USB-Norm zu konfigurieren und ist in Kombination mit dem ASIC 1 gezeigt. Sowohl der ASIC 1 als auch der Sende-Empfänger 2 ziehen Energie entlang der Leitung P.
Der Sende-Empfänger 2 empfängt die Signalisierung vom Host entlang einer Anzahl von Leitungen 10, 11 und 12. Insbesondere überträgt die Leitung 10 die Energiesignalisierung (Vbus) an den Sende-Empfänger 2, und die Leitungen 11 und 12 übertragen eine Datensignalisierung (D+, D–) zwischen dem Host und dem Sende-Empfänger 2. Im Gegensatz zur Leitung 10 werden die Leitungen 11 und 12 für eine Zweiwege-Übertragung zwischen dem Sende-Empfänger 2 und dem Host verwendet. Die Leitungen 11 und 12 werden durch Widerstände 40 beziehungsweise 41 unterbrochen, um die Signale (D+, D–) in eine geeignete Form für die Übertragung zwischen dem Host und dem Sende-Empfänger 2 zu bringen. Eine weitere Leitung 13 ist vorgesehen, um den Sende-Empfänger 2 zu erden. Um eine bequeme Verbindung mit dem Host zu erlauben, endet das Host-Ende jeder dieser Leitungen 10, 11, 12 und 13 in einem Verbindungsanschluss 4.
Die Kommunikation zwischen dem Sende-Empfänger 2 und dem ASIC 1 erfolgt entlang der Leitungen 20, 21, 22, 23, 24, 25 und 26. Jede dieser Leitungen ist am ASIC 1 unter Verwendung getrennter I/O-ASIC-Anschlussstifte befestigt. Die Leitungen 20, 21 und 22 werden verwendet, um die Signalisierung vom Sende-Empfänger 2 zum ASIC 1 zu übertragen, wohingegen die Leitungen 23, 24, 25 und 26 verwendet werden, um die Signalisierung vom ASIC 1 zum Sende-Empfänger 2 zu übertragen.
Im Hinblick auf die Datenübertragung auf den Leitungen 20 und 21 ist der Sende-Empfänger ausgelegt, die Datensignalisierung (D+, D–) von den Leitungen 11 und 12 zu nehmen und sie den Leitungen 20 beziehungsweise 21 zuzuführen. Der Sende-Empfänger 2 ist auch ausgelegt, um die Datensignale in eine Form (Vp, Vm), die für den ASIC 1 geeignet ist, zu modifizieren. Dies erfolgt durch das Hindurchführen der Signale (D+, D–) durch unsymmetrische Verstärker 42 beziehungsweise 43.
Im Fall der Datenübertragung über die Leitung 22 wird ein Differentialsignal (RCV) zum ASIC 1 entlang dieser Leitung 22 gesandt und vom ASIC 1 verwendet, um Rauschen zu entfernen, das den Datensignalen (D+, D–) eventuell hinzugefügt wurde.
Das Differentialsignal wird im Sende-Empfänger 2 durch das Vergleichen der D+ und der D– Datensignale, die zueinander invers sein sollten, erzeugt.
Wendet man sich nun der Signalisierung vom ASIC 1 zum Sende-Empfänger 2 zu, so wird die Leitung 23 verwendet, um den Sende-Empfänger 2 zwischen Sende- und Empfangsbetriebsarten umzuschalten. Die Leitung 24 wird verwendet, um den Sende-Empfänger 2 in eine Betriebsart geringer Leistung auf einen Befehl vom Host hin zu versetzen, und die Leitung 25 wird verwendet, um dem Sende-Empfänger 2 anzuweisen, den USB-Signalisierungszustand, der Single ended zero (Se0) genannt wird, bei dem D+ und D– zur selben Zeit beide auf '0' gesetzt sind, zu übertragen. Die Leitung 26 ist eine Datenübertragungsleitung und wird verwendet, um Daten Vo vom ASIC 1 zum Sende-Empfänger 2 zu senden. Der Sende-Empfänger 2 ist weiter konfiguriert, um diese Daten Vo zu nehmen und sie entlang der Leitungen 11 und 12 zum Host zurück zu führen. Eine alternative Übertragungstechnik ermöglicht es dem Sende-Empfänger 2, D+ Daten gemäß der Anregung auf einem Vpo-Sende-Empfänger-Anschlussstift, und D– Daten gemäß der Anregung auf einem Vmo-Sende-Empfänger-Anschlussstift zu übertragen.
Die Schaltung 50 umfasst eine weitere Leitung 32, die verwendet wird, um dem Host mitzuteilen, dass die Schaltung 50 der Vorrichtung mit dem Host verbunden worden ist. Die Leitung 32 wird durch einen Widerstand 46 unterbrochen und verbindet das Sende-Empfänger-Ende der Leitung 10 wirksam zurück mit dem Host über die Leitung 11. Im Betrieb sendet die Verbindung des Host mit der Schaltung 50 der Vorrichtung unter Verwendung des Verbindungsanschlusses 4 ein Vbus-Signal 10 an den Sende-Empfänger 2. Das Vbus-Signal wird dann entlang der Leitung 32 durch den Widerstand 46 und zurück zur Leitung 11 übertragen. Diese Signal läuft über die Leitung 11 durch den Verbindungsanschluss 4 und zurück zum Host, wo es vom Host detektiert wird.
Die Schaltung 50 weist auch eine zusätzliche Leitung 30 auf, die die Leitung 10 mit dem ASIC 1 unter Verwendung eines getrennten I/O-ASIC-Anschlussstiftes ohne ein Hindurchlaufen durch den Sende-Empfänger 2 verbindet. Diese Leitung 30 wird durch die Schaltung 31 unterbrochen, um das Vbus-Signal von der Leitung 10 in einem Bereich zu steuern, der für den ASIC 1 geeignet ist. Dies erfolgt durch eine Vergleichsvorrichtung (Operationsverstärker) 44 und einer Potentialteilerschaltung 45. Diese Schaltung 31 wird verwendet, um dem ASIC 1 den Verbindungszustand der Vorrichtung zu liefern. Wenn der ASIC 1 ein Signal empfängt, so erkennt er einfach, dass er mit dem Host verbunden ist. Ansonsten erkennt der ASIC 1, dass er nicht verbunden ist.
2 zeigt eine Schaltung 100 gemäß der Erfindung. Gemeinsame Komponenten haben entsprechende Bezugszahlen zur Schaltung 50 und führen dieselben Funktionen, wie sie vorher beschrieben wurden, durch. Im Gegensatz zur Schaltung 50 weist die Schaltung 100 jedoch keine Leitung 30 oder Schaltung 31 (Komponenten 44, 45) auf. Stattdessen ist der Sende-Empfänger 2 konfiguriert, um das Signal auf der Leitung 10 zu analysieren. Wenn der Sende-Empfänger 2 das Vbus-Signal detektiert, erlaubt er es dem ASIC 1 zu bestimmen, dass die Schaltung 100 mit einem Host verbunden ist, durch den Empfang von Datenpaketen von den Leitungen 20 und 21. Wenn die Schaltung 100 jedoch vom Host getrennt ist, gibt es kein Vbus-Signal auf der Leitung 10. In so einem Fall ist der Sende-Empfänger 2 konfiguriert, um die Vp-, Vm-Signale in Leitung 20 und 21 in den Zustand der simultanen '1' zu ändern, das heißt beim Empfang eines '0'-Signals von der Vbus-Leitung 10 invertiert der Sende-Empfänger 2 das Signal in ein '1'-Signal und sendet dieses Signal für eine Übertragung durch die Leitungen 20 und 21. Diese Inversion der Signalisierung erfolgt unter Verwendung eines NICHT-Gatters 111. In einer solchen Anordnung ist der ASIC 1 konfiguriert, diesen simultanen '1'-Zustand als einen verbindungslosen Zustand zu erkennen.
Einige zusätzliche Schaltungen können erforderlich sein, um zu verhindern, dass die simultane '1'-Signalisierung zurück entlang der Leitungen 20 und 21 zu den Leitungen 11 beziehungsweise 12 gesandt wird. Eine Lösung besteht darin, die Schaltung 110, die in 3 gezeigt ist, in den Sende-Empfänger 2 einzufügen. In dieser Anordnung wird das invertierte Signal vom NICHT-Gatter 111 zu einem Eingang von jedem der zwei ODER-Gatter 112, 113 gesandt. Die verbleibenden Eingänge der zwei ODER-Gatter 112, 113 werden jeweils verbunden, um die Signalisierung D+, D– von den Leitungen 11 und 12 zu empfangen, und die Ausgänge jeder der ODER-Gatter 112, 113 werden verbunden, um die Signalisierung Vp, Vm an die entsprechenden Leitungen 20 und 21 zu senden. Diese Konfiguration verhindert nicht nur, dass die Signalisierung entlang den Leitungen 11 und 12 zurück gesandt wird, sondern sie identifiziert auch den nicht verbundenen Zustand durch das Analysieren der D+, D– Signale zusammen mit dem Vbus-Signal.
Die Schaltung 100 ist konfiguriert, um den Vp-, Vm-Signalzustand positiv zu ändern, wenn sie keine Energie vom Host durch die Leitung 10 empfängt. Da Energie erforderlich ist, um die Vp-, Vm-Signale in den simultanen '1'-Zustand positiv zu ändern, ist die Erfindung nur auf Schaltungen mit eigenständiger Energieversorgung, das heißt auf Schaltungen, die sich nicht auf Energie vom Host stützen, anwendbar.
Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung versieht den ASIC 1 mit einem NAND-Gatter 125, um den simultanen '1'-Zustand der Vp-, Vm-Signale in einen einzigen eindeutigen '0'-Zustand (Vbus detektiert) umzuwandeln. Die Wahrheitstabelle der 2 zeigt die Logik. Natürlich würde der ASIC 1 konfiguriert, um den '0'-Zustand mit einem verbindungslosen Zustand zu identifizieren. In einer alternativen Ausführungsform könnte das NICHT-UND-Gatter 125 durch ein (nicht gezeigtes) UND-Gatter ersetzt und der ASIC 1 konfiguriert werden, um den '1'-Zustand mit einem verbindungslosen Zustand zu identifizieren.
Während des Änderns der Signalzustände können die D+ und D– Signale für bis zu 14 ns sich im Zustand logisch '1' befinden, und somit benötigen die Vp- und Vm-Signale eine Filterung. Eine geeignete Filterschaltung 120, die das NICHT-UND-Gatter 125 einschließt, ist in 4 gezeigt, und umfasst zwei Eingänge 121, 122 und ein UND-Gatter 123, einen Verzögerungspuffer 124 und einen Ausgang 126. Die Schaltung verhindert, dass der "Übergang von maximale 14 ns" an den ASIC 1 gesendet wird.
Es wird erkennbar, dass die Größe und die Kosten des NICHT-UND-Gatters 125 und/oder der Filterschaltung 120, die dem digitalen ASIC 1 hinzugefügt wird/werden, viel kleiner als die Größe und die Kosten der externen Vbus-Vergleichsschaltungsdetektionshardware 30, 31 sind. Dies gilt auch für die Logikschaltung 110, die in den Sende-Empfänger 2 eingefügt ist. Es wird auch erkennbar, dass die in 2 gezeigte Ausführungsform sowohl die Verwendung eines getrennten I/O-ASIC-Stiftes als auch einer getrennten externen Leitung und Vergleichsschaltung eliminiert. Die Spurführungskomplexität der Schaltung wird somit reduziert, was insbesondere in dicht gepackten Leiterplatten (PCBs) oder gedruckten Verdrahtungsplatten (PWBs) von Vorteil ist.

Claims

USB-Schaltung (100), umfassend einen Mikroprozessor (1), der angepasst ist, Signalisierung bezüglich des Verbindungszustands der USB-Schaltung (100) mit einer USB-Host-Schaltung zu empfangen, erste (20) und zweite (21) Datensignalleitungen, die angepasst sind, entsprechende erste (Vp) und zweite (Vm) Datensignale an den Mikroprozessor (1) zu übertragen, eine USB-Host-Energieversorgungs-Signalleitung (10), die angepasst ist, USB-Host-Energiesignalisierung (Vbus) zu empfangen, um einen Verbindungszustand anzuzeigen, und wobei die USB-Schaltung (100) dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein Verbindungszustands-Signalisierungsmittel (2) umfasst, das angepasst ist, die USB-Energieversorgungs-Signalleitung (10) auszuwerten und das Datensignal, das über die erste (20) und zweite (21) Datenleitung übertragen wird, entsprechend dem Verbindungszustand der USB-Schaltung (100) mit der USB-Host-Schaltung zu ändern.
USB-Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Verbindungszustands-Signalisierungsmittel (2) eingerichtet ist, gleichzeitig ein „1"-Signal über jede der Datenleitungen (20, 21) an den Mikroprozessor (1) zu senden, wenn die USB-Schaltung (100) sich in einem nichtverbundenen Zustand befindet.
USB-Schaltung nach Anspruch 2, wobei das Verbindungszustands-Signalisierungsmittel (2) ein NOT-Gatter (111) und zwei OR-Gatter (112, 113) umfasst, wobei das NOT-Gatter (111) eingerichtet ist, einen Eingang in jedes der beiden OR-Gatter (112, 113) bereitzustellen, wobei die verbleibenden OR-Gatter-Eingänge eingerichtet sind, mit dem Host-Ende von einer der Datensignalleitungen (20, 21) verbunden zu werden, und wobei der Ausgang der beiden OR-Gatter (112, 113) eingerichtet ist, mit dem Mikroprozessor-Ende (1) der entsprechenden Datenleitung (20, 21) verbunden zu werden.
USB-Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Schaltung (100) weiter angepasst ist, ein logisches NAND-Gatter (125) verbunden mit den Datenleitungen (20, 21) aufzuweisen, um den gleichzeitigen „1"-Signalisierungszustand in einen einzelnen „0"-Signalzustand umzuwandeln.
USB-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Signalfilter (120) bereitgestellt ist, um Signalabweichungen zwischen Signalisierungen von den Datensignalleitungen (20, 21) zu verringern.
USB-Schaltung nach Anspruch 4, wobei ein Signalfilter (120) mit dem Eingang des logischen NAND-Gatters verbunden ist, um Signalabweichungen zu verringern.
USB-Schaltung nach Anspruch 4 oder 6, wobei das logische NAND-Gatter/das Signalfilter (120) in dem Mikroprozessor (1) eingeschlossen ist/sind.
USB-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mikroprozessor (1) und/oder das Verbindungszustands-Signalisierungsmittel (2) in einem USB-Digital-ASIC enthalten ist.
USB-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die USB-Schaltung (100) einen Sendeempfänger (2) umfasst und das Verbindungszustands-Signalisierungsmittel (2) in dem Sendeempfänger (2) eingeschlossen ist.
USB-Schaltung nach Anspruch 9, wobei die USB-Schaltung (100) einen Sendeempfänger (2) umfasst und der Mikroprozessor (1) in dem Sendeempfänger (2) eingeschlossen ist.
USB-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die USB-Schaltung (100) in einer USB-Vorrichtung eingeschlossen ist.
USB-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die USB-Schaltung (100) in einem USB-Hub eingeschlossen ist.
USB-Vorrichtung/Hub mit eigener Stromquelle, umfassend eine USB-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Vorrichtung/Hub nach Anspruch 13, wobei die Vorrichtung/der Hub aus der Gruppe von Vorrichtungen/Hubs gewählt ist, die eine Druck-, Scan-, Tastatur-, Modem-, Telefon-, Kamera-, Lautsprecher-, Monitor- oder Audiospieler-Funktion bereitstellen.
Verfahren zum Herstellen einer USB-Schaltung nach Anspruch 1.