TWI873044B - Usb電路及其操作方法以及usb裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種USB電路及其操作方法以及USB裝置。USB電路包括上行埠介面電路、路由電路、第一模式整合電路、第二模式整合電路、下行埠介面電路以及控制電路。上行埠介面電路連接USB主機。路由電路連接上行埠介面電路。下行埠介面電路連接第一模式整合電路以及第二模式整合電路中的至少一者。控制電路連接路由電路。控制電路根據USB電路與USB主機之間的連接狀態，判斷是否將路由電路連接至第一模式整合電路或者第二模式整合電路，據以動態地切換USB電路與USB主機之間的操作模式。

Description

USB電路及其操作方法以及USB裝置

本發明是有關於一種電子電路，且特別是有關於一種應用通用串列匯流排（Universal Serial Bus，以下稱為USB）的USB 電路及其操作方法以及USB裝置。

一般而言，應用USB4規範的主機包括連接管理器（Connection Management，CM）。USB4主機透過連接管理器來列舉（Enumeration）、配置以及管理與USB4主機相連的USB4裝置。由於不同連接管理器對應於不同的版本，並且USB4裝置所應用的規範發展迅速，因此USB4主機與USB4裝置時常發生不相容或者無法成功相連的問題。

然而，為了解決上述的問題，目前的USB4主機僅能夠不斷地與USB4裝置重新建立連接，或者輸出告示牌裝置（Billboard Device）信息來提示用戶。如此，用戶需要自行更新USB4主機的連接管理器版本。

本發明提供一種USB電路，能夠動態地切換USB電路與USB主機之間的操作模式，進而自動地排除與USB主機不相容或者無法成功相連的異常狀況。

本發明實施例的USB電路包括上行埠介面電路、路由電路、第一模式整合電路、第二模式整合電路、下行埠介面電路以及控制電路。上行埠介面電路用以連接USB主機。路由電路連接上行埠介面電路。下行埠介面電路連接第一模式整合電路以及第二模式整合電路中的至少一者，並且用以連接至少一輸出裝置。控制電路連接路由電路。控制電路用以根據USB電路與USB主機之間的連接狀態，判斷是否將路由電路連接至第一模式整合電路或者第二模式整合電路。

本發明實施例另提供一種USB電路的操作方法。操作方法包括以下的步驟。透過USB電路的上行埠介面電路連接USB主機。上行埠介面電路還連接USB電路的路由電路。USB電路還包括下行埠介面電路、第一模式整合電路以及第二模式整合電路。透過USB電路的控制電路根據USB電路與USB主機之間的連接狀態，判斷是否將路由電路連接至第一模式整合電路或者第二模式整合電路。

本發明實施例另提供一種USB裝置。USB裝置包括至少一上行連接埠、至少一下行連接埠以及USB電路。USB電路包括上行埠介面電路、路由電路、第一模式整合電路、第二模式整合電路、下行埠介面電路以及控制電路。上行埠介面電路用以透過上行連接埠連接USB主機。路由電路連接上行埠介面電路。下行埠介面電路連接第一模式整合電路以及第二模式整合電路中的至少一者，並且用以透過下行連接埠連接至少一輸出裝置。控制電路連接路由電路。控制電路用以根據USB電路與USB主機之間的連接狀態，判斷是否將路由電路連接至第一模式整合電路或者第二模式整合電路。

基於上述，本發明實施例的USB電路及其操作方法以及USB裝置透過控制電路根據USB電路與USB主機之間的連接狀態來連接路由電路與目標的模式整合電路，能夠動態地在這些模式整合電路所對應的不同操作模式中切換。如此，USB電路能夠自動地與USB主機連接，據以排除連接的異常狀況。

為了使前述內容更容易理解，如下詳細描述附有圖式的若干實施例。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍中的範例。

圖1是依據本發明一實施例所繪示的USB裝置以及USB電路的電路方塊圖。參考圖1，USB裝置100可例如是應用USB4規範的電子裝置。USB裝置100用以連接USB主機（USB host）HD1。USB主機HD1為應用USB4規範的主機，並且包括任意版本的連接管理器（未繪示）。USB裝置100還用以連接輸出裝置OD1。輸出裝置OD1可例如是顯示器、外接硬碟、以及各類通信介面裝置等電子裝置。在一些應用中，USB裝置100未連接輸出裝置OD1。

在圖1實施例中，USB裝置100包括至少一個上行連接埠110、至少一個下行連接埠120以及USB電路100C。USB電路100C可例如是USB積體電路。USB電路100C包括上行埠介面電路130、下行埠介面電路140、控制電路150、路由電路160、第一模式整合電路170以及第二模式整合電路180。

在本實施例中，上行埠介面電路130用以透過上行連接埠110連接USB主機HD1。上行埠介面電路130以及上行連接埠110可例如是USB裝置100中的上行串流埠（Upstream-Facing Port，UFP）電路。

在本實施例中，下行埠介面電路140用以透過下行連接埠120連接輸出裝置OD1。下行埠介面電路140以及下行連接埠120可例如是USB裝置100中的下行串流埠（Downstream-Facing Port，DFP）電路。下行埠介面電路140還連接第一模式整合電路170以及第二模式整合電路180中的至少一者。

在本實施例中，第一模式整合電路170對應於USB電路100C的第一模式。第一模式可例如是符合USB4規範的操作模式。第二模式整合電路180對應於USB電路100C的第二模式。第二模式可例如是符合傳統USB規範（例如是USB3及/或USB2規範）的操作模式。

在本實施例中，路由電路160連接上行埠介面電路130以及控制電路150。路由電路160受控於控制電路150，以在連接至第一模式整合電路170以及第二模式整合電路180之間切換。

在本實施例中，控制電路150可例如是訊號轉換器、現場可程式化邏輯閘陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）、中央處理單元（Central Processing Unit，CPU），或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器（Microprocessor）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor，DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits，ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device，PLD）或其他類似裝置或這些裝置的組合，其可載入並執行相關韌體或軟體，以實現控制以及計算功能。

圖2是依據本發明一實施例所繪示的USB電路的操作方法的流程圖。參考圖1以及圖2，USB電路100C可執行步驟S210~S220。這些步驟S210~S220的順序僅為示例說明，並不以此為限。

在步驟S210，上行埠介面電路130透過上行連接埠110連接USB主機HD1。

在步驟S220，控制電路150根據USB電路100C與USB主機HD1之間的連接狀態，判斷是否將路由電路160連接至第一模式整合電路170或者第二模式整合電路180。連接狀態指示USB電路100C與USB主機HD1之間的操作模式的協定結果。連接狀態可例如是指示第一模式的操作失敗，或者指示第二模式的操作失敗。

值得一提的是，透過控制電路150根據USB電路100C與USB主機HD1之間的連接狀態來選擇將路由電路160連接至第一模式整合電路170或者第二模式整合電路180，USB電路100C能夠動態地在第一模式以及第二模式之間切換。如此，即使USB主機HD1中的連接管理器與USB裝置100不相容或者無法成功相連，USB裝置100能夠透過USB電路100C變換操作模式，進而以適應的操作模式連接至USB主機HD1，據以自動地排除連接的異常狀況而不需用戶介入。

圖3是依據本發明一實施例所繪示的USB主機的電路方塊圖。參考圖3，USB主機HD2可例如是圖1中USB主機HD1的一種實施方式。USB主機HD2包括控制器310、電源傳輸（Power Delivery，PD）控制器320、多個穿隧配適器（Tunnel Adaptor）330~33N、實體層（Physical Layer）電路340以及連接埠350，其中N為大於1的正整數。

在本實施例中，連接埠350連接實體層電路340以及PD控制器320。連接埠350可例如是應用C型USB（以下稱為USB-C）的連接埠。連接埠350用以連接USB裝置（例如是圖1的USB裝置100）。

在本實施例中，PD控制器320連接控制器310。PD控制器320透過連接埠350與所連接的USB裝置進行溝通動作，以協議彼此之間的電源傳輸以及資料傳輸等操作模式。PD控制器320將溝通動作的結果傳輸至控制器310。

在本實施例中，控制器310連接多個穿隧配適器330~33N。控制器310根據溝通動作的結果來選擇多個穿隧配適器330~33N中的一者，以透過此穿隧配適器、實體層電路340以及連接埠350傳輸資料至與所連接的USB裝置。

在本實施例中，實體層電路340以及多個穿隧配適器330~33N分別符合USB4規範。這些穿隧配適器330~33N分別對應不同的穿隧協定，以分別基於對應的穿隧協定來處理以及傳輸資料。

圖4是依據本發明另一實施例所繪示的USB裝置以及USB電路的電路方塊圖。參考圖4，USB裝置400用以連接USB主機HD2。USB裝置400包括至少一個上行連接埠410、至少一個下行連接埠420以及USB電路400C。USB電路400C包括上行埠介面電路430、下行埠介面電路440、控制電路450、路由電路460、第一模式整合電路470以及第二模式整合電路480。USB裝置400以及USB電路400C可以參照USB裝置100以及USB電路100C的相關說明並加以類推。

在圖4實施例中，上行連接埠410可例如是應用USB-C的連接埠。上行連接埠410用以透過USB-C電纜CB1連接USB主機HD2中對應的連接埠（例如是圖3的連接埠350）。下行連接埠420可例如是應用USB-C、USB Type-A、顯示埠（DisplayPort，DP）、應用高畫質多媒體介面（High Definition Multimedia Interface，HDMI）、或者其他傳輸規範的連接埠。

在本實施例中，第一模式整合電路470包括多個穿隧路由器471~473。這些穿隧路由器471~473符合USB4規範，並且分別對應不同的穿隧協定。詳細而言，穿隧路由器471可例如是符合高速週邊元件交互連接（PCI Express，PCIe）規範的穿隧路由器（以下稱為PCIe穿隧路由器471）。穿隧路由器472可例如是符合顯示埠（DisplayPort，DP）規範的DP穿隧路由器（以下稱為DP穿隧路由器472）。穿隧路由器473可例如是符合USB4規範的USB3穿隧路由器（即，USB3 Tunneling）。

一併參考圖5，圖5是依據本發明圖4實施例所繪示的PCIe穿隧路由器的電路方塊圖。PCIe穿隧路由器471包括至少一個穿隧上行配適器（Tunnel Up Adaptor）510以及多個穿隧下行配適器（Tunnel Down Adaptor）521~522，其中穿隧下行配適器521~522的數量僅為示例說明。

在本實施例中，穿隧上行配適器510連接第一模式整合電路470的集線器（或開關）571、以及多個穿隧下行配適器521~522。穿隧上行配適器510將來自USB主機HD2的原始資料（例如是PCIe資料）封裝成符合USB4規範的穿隧資料。

在本實施例中，多個穿隧下行配適器521~522分別連接集線器（或開關）571。每個穿隧下行配適器521~522將符合USB4規範的穿隧資料還原為原始資料（例如是PCIe資料）。在本實施例中，DP穿隧路由器472以及USB3穿隧路由器473可以參照PCIe穿隧路由器471的相關說明並加以類推。

回到圖4，第二模式整合電路480具有多個連接協定481~485。這些連接協定481~485符合傳統模式（Legacy mode）的規範（例如是USB2規範），並且分別對應不同的傳輸速度。詳細而言，連接協定481指示USB 2.0連接協定。連接協定482指示USB 5G連接協定。連接協定483指示USB 10G連接協定。連接協定484指示USB 20G連接協定。連接協定485指示告示牌裝置（Billboard Device）連接協定。在Legacy mode中，依照資料傳輸的傳輸速度由快至慢，這些連接協定481~485的排序為連接協定484、連接協定483、連接協定482、連接協定481以及連接協定485。

在本實施例中，路由電路460包括第一多工器461、第二多工器462以及第三多工器463。第一多工器461連接上行埠介面電路430以及控制電路450。第二多工器462連接控制電路450以及第二模式整合電路480。第二多工器462還用以連接第一多工器461。第三多工器463連接控制電路450以及第一模式整合電路470。第三多工器463還用以連接第一多工器461。

接續上述的說明，第一多工器461受控於控制電路450。第一多工器461根據來自控制電路450的第一控制信號SC1，選擇連接至第二多工器462或者第三多工器463。也就是說，第一多工器461根據第一控制信號SC1，在連接至第二多工器462以及第三多工器463之間切換，以進一步在連接至第一模式整合電路470以及第二模式整合電路480之間切換。第一多工器461又可被稱為協定路由電路。

在本實施例中，第二多工器462受控於控制電路450。第二多工器462根據來自控制電路450的第二控制信號SC2，選擇多個連接協定中的一者以連接至第二模式整合電路480。這些連接協定分別對應第二模式整合電路480中的多個連接協定481~485。也就是說，當第一多工器461連接至第二多工器462時，第二多工器462根據第二控制信號SC2，在不同連接協定之間切換。第二多工器462又可被稱為USB路由電路。

在本實施例中，第三多工器463受控於控制電路450。第三多工器463根據來自控制電路450的第三控制信號SC3，選擇多個穿隧協定中的一者以連接至第一模式整合電路470。這些穿隧協定分別對應第一模式整合電路470中的多個穿隧協定，並且分別對應多個穿隧路由器471~473。也就是說，當第一多工器461連接至第三多工器463時，第三多工器463根據第三控制信號SC3，在不同穿隧協定（即，不同穿隧路由器471~473）之間切換。第三多工器463又可被稱為穿隧路由電路。

在本實施例中，上行埠介面電路430可例如是第一混合實體層（Combo-Physical Layer）電路。上行埠介面電路430包括對應的實體層電路以及傳輸層（Transport Layer）電路（未繪示）。上行埠介面電路430連接上行連接埠410以及路由電路460。

詳細來說，上行埠介面電路430的第一通道端連接第一多工器461。上行埠介面電路430將傳輸至第一多工器461的資料的格式轉換成類比格式。上行埠介面電路430的第二通道端連接上行連接埠410。上行埠介面電路430處理透過上行連接埠410所傳輸的資料，以完成USB4規範中對應上行串流埠的介面轉換操作。

在本實施例中，USB電路400C還包括電源傳輸（PD）控制器491。PD控制器491連接上行連接埠410以及控制電路450。在一些實施例中，PD控制器491被設置在USB裝置400的其他電路中，而未被整合在USB電路400C中。

在本實施例中，USB電路400C還包括緩衝器492。緩衝器492可例如是資料緩衝器（Data Buffer）。緩衝器492連接第一模式整合電路470、第二模式整合電路480以及下行埠介面電路440。

詳細來說，緩衝器492的第一通道端連接第二模式整合電路480的輸出通道端。緩衝器492的第二通道端連接多個穿隧路由器471~473分別的多個穿隧下行配適器（包括圖5的穿隧下行配適器521~522）。緩衝器492的第三通道端連接下行埠介面電路440的第一輸出通道端。緩衝器492暫存傳輸至任一個穿隧路由器471~473、第二模式整合電路480以及下行埠介面電路440中的資料。前述的資料可例如是PCIe資料、DP資料、符合USB3資料或者符合USB2資料。緩衝器492預處理所暫存的資料（例如是DP資料）。

在本實施例中，下行埠介面電路440可例如是第二混合實體層電路。下行埠介面電路440包括對應的實體層電路以及傳輸層電路（未繪示）。下行埠介面電路440連接下行連接埠420、路由電路460以及緩衝器492。

詳細來說，下行埠介面電路440的第一通道端連接緩衝器492。下行埠介面電路440將資料暫存至緩衝器492。下行埠介面電路440的第二通道端連接多個穿隧路由器471~473分別的多個穿隧下行配適器（包括圖5的穿隧下行配適器521~522）。下行埠介面電路440的第三通道端連接下行連接埠420。下行埠介面電路440處理來自多個穿隧路由器471~473分別的資料，以完成各種傳輸介面（包括PCIE、DP以及USB3）的轉換操作。在一些應用中，下行埠介面電路440將多個穿隧路由器471~473分別的資料（例如是PCIe資料）直接地傳輸至對應的下行連接埠420（例如是PCIe連接埠），進而加快資料的傳輸速度。

圖6A至6B是依據本發明圖4實施例所繪示的USB電路的操作方法的流程圖。參考圖4以及圖6A至6B，USB電路400C可執行步驟S610~S660。這些步驟S610~S660的順序僅為示例說明，並不以此為限。在本實施例中，步驟S610~S660可以應用於下述示例性的情況。

在本實施例中，PD控制器491透過上行連接埠410與USB主機HD2中的PD控制器（例如是圖3的PD控制器320）進行溝通動作，以協議彼此之間的電源傳輸以及資料傳輸等操作模式。PD控制器491將溝通動作的結果傳輸至控制電路450。

具體來說，PD控制器491中的一組配置通道（Configuration Channel，CC）接腳透過上行連接埠410以及USB-C電纜CB1，連接至USB主機HD2的PD控制器中的一組CC接腳。PD控制器491與USB主機HD2的PD控制器之間傳輸CC信號。CC信號符合PD協定中的規範，並且指示USB裝置400與USB主機HD2之間的各種溝通信息。前述的溝通信息包括資料傳輸協定，例如是操作在第一模式、操作在第二模式、或者操作在第二模式中的目標傳輸速度。

在本實施例中，第一模式為符合USB4規範的操作模式，並且可例如是穿隧模式（Tunnel mode）。第一模式還指示穿隧資料協定，以對應不同的穿隧路由器471~473。穿隧資料協定可例如是PCIe穿隧協定、DP穿隧協定以及USB3穿隧協定中的一者。

在本實施例中，第二模式為符合傳統模式（Legacy mode）規範的操作模式，並且可例如是USB2或USB3。第二模式還指示目標連接協定，以對應不同的傳輸速度。目標連接協定可例如是多個連接協定481~485中的一者。

此外，PD控制器491與USB主機HD2的連接管理器之間傳輸管理控制信號。管理控制信號指示上行連接埠410與USB主機HD2之間的資料傳輸協定的設定或者回報。

在步驟S610，PD控制器491與USB主機HD2中的PD控制器進行溝通動作以進入預設的第一模式（即，穿隧模式）。PD控制器491基於穿隧模式繼續進行穿隧資料協定的溝通動作。PD控制器491回報溝通動作的結果至控制電路450。

此時，控制電路450根據溝通動作的成功與否來判斷USB電路400C與USB主機HD2之間的連接狀態。詳細而言，當溝通動作成功時，控制電路450判斷連接狀態指示USB電路400C與USB主機HD2完成穿隧模式中對應的穿隧資料協定的連接。在另一方面，當溝通動作失敗時，控制電路450判斷連接狀態指示USB電路400C與USB主機HD2無法建立穿隧模式的連接。

在步驟S620，當連接狀態指示對應第一模式整合電路470的第一模式（即，穿隧模式）的操作失敗時，表示USB電路400C與USB主機HD2之間無法建立穿隧模式的連接，或者USB主機HD2不支援穿隧模式。

在步驟S630，控制電路450根據步驟S620中的連接狀態，設定PD控制器491與USB主機HD2之間的溝通動作以進入第二模式（即，Legacy模式）。也就是說，控制電路450將路由電路460從連接至第一模式整合電路470切換成連接至第二模式整合電路480，據以自動地從穿隧模式的連接組態更改為Legacy模式的連接組態。

應注意的是，USB電路400C根據自身與USB主機HD1之間的連接狀態，基於韌體的方式在穿隧模式與Legacy模式之間切換。因此，USB電路400C不需透過執行額外設置的各種配適器來變更操作模式。如此，USB電路400C能夠自動地且動態地排除USB裝置400與USB主機HD2連接的異常狀況。

在步驟S640，在重新進行關於Legacy模式的溝通動作的過程中，PD控制器491根據CC信號及/或管理控制信號判斷USB主機HD2是否支援預設的重新連接指令（例如是”PD Data Reset”指令）。

當USB主機HD2支援預設的重新連接指令（即，”PD Data Reset”指令）時，表示PD控制器491與USB主機HD2能夠直接地重新進行溝通動作。USB電路400C續行步驟S660。

在步驟S660，基於”PD Data Reset”指令，PD控制器491與USB主機HD2中的PD控制器重新進行溝通動作以進入第二模式（即，Legacy模式）。如此，USB電路400C與USB主機HD2完成設定彼此之間的操作模式（即，Legacy模式）。

在另一方面，當USB主機HD2不支援預設的重新連接指令（即，”PD Data Reset”指令）時，表示PD控制器491與USB主機HD2無法直接地重新進行溝通動作。USB電路400C續行步驟S651~S655。

在步驟S651~S655，當路由電路450從連接至第一模式整合電路470切換成連接至第二模式整合電路480時，PD控制器491執行多個重新連接指令，以使上行埠介面電路430根據這些重新連接指令與USB主機HD2重新建立連接關係，進而進入第二模式（即，Legacy模式）。如此，在Legacy模式中，第二模式整合電路480根據重新建立的連接關係，傳輸來自USB主機HD2的資料。

詳細而言，在步驟S651~S652，依序地基於多個重新連接指令（例如，”USB-C Error Recovery”指令以及”Enable Legacy Term”指令），PD控制器491與USB主機HD2中的PD控制器重新進行溝通動作。

在步驟S653，在重新進行溝通動作的過程中，PD控制器491根據CC信號及/或管理控制信號判斷USB主機HD2中的Legacy模式是否符合USB3規範。

當USB主機HD2的Legacy模式符合USB3規範時，表示PD控制器491與USB主機HD2能夠直接地基於預設的傳輸速度來設定符合USB3規範的Legacy模式。如此，USB電路400C與USB主機HD2完成設定彼此之間的操作模式（即，Legacy模式）。

在另一方面，當USB主機HD2的Legacy模式不符合USB3規範時，表示PD控制器491與USB主機HD2之間無法直接地基於預設的傳輸速度來設定符合USB3規範的Legacy模式。也就是說，控制電路450根據溝通動作判斷連接狀態指示USB電路400C與USB主機HD2無法建立預設的Legacy模式。USB電路400C續行步驟S654~S655。

也就是說，當連接狀態指示對應第二模式整合電路480的第二模式（即，Legacy模式）的操作失敗時，表示USB電路400C與USB主機HD2之間無法基於USB3規範建立Legacy模式，或者USB主機HD2的Legacy模式不支援USB3規範。此時，控制電路450根據步驟S653中的連接狀態以及多個傳輸速度，依序地基於多個連接協定481~485將路由電路460連接至第二模式整合電路480。

在步驟S654~S655，依序地基於多個重新連接指令（例如，”PD Hard Reset”指令以及”Enable Legacy Term”指令），PD控制器491與USB主機HD2中的PD控制器重新進行溝通動作。首先，PD控制器491與USB主機HD2基於最快的連接協定484來設定符合USB3規範的Legacy模式。假設連接狀態指示對應連接協定484的Legacy模式的操作失敗時，PD控制器491與USB主機HD2基於次快的連接協定483來設定Legacy模式，以此類推，直到USB電路400C與USB主機HD2完成設定彼此之間符合USB2或USB3規範的Legacy模式。

圖7是依據本發明另一實施例所繪示的USB裝置以及USB電路的電路方塊圖。參考圖7，USB裝置700用以連接USB主機（例如是圖4的USB主機HD2）。USB裝置700包括上行連接埠710、下行連接埠720以及USB電路700C。USB電路700C包括上行埠介面電路730、下行埠介面電路740、控制電路750、路由電路760、第一模式整合電路770、第二模式整合電路780、PD控制器791以及緩衝器792。USB裝置700以及USB電路700C可以參照USB裝置400以及USB電路400C的相關說明並加以類推。

在圖7實施例中，USB裝置700可以作為USB4對PCIe的介面轉換裝置。USB裝置700透過上行埠介面電路730以及上行連接埠710連接USB主機。上行連接埠710可例如是應用USB-C的連接埠。

此外，USB裝置700透過下行埠介面電路740以及下行連接埠720連接輸出裝置OD2。下行連接埠720可例如是應用PCIe的連接埠。輸出裝置OD2可例如是應用非揮發性記憶體通信協定（Non-Volatile Memory Express，NVMe）的固態硬碟（Solid-state disk，SSD）裝置。

在PCIe介面轉換裝置的應用中，USB裝置700透過PCIe穿隧路由器771以及USB3穿隧路由器773中的一者，在USB主機與輸出裝置OD2之間傳輸資料。

應注意的是，相較於圖4實施例，由於應用PCIe規範的資料不需經預處理後再被傳輸，因此在PCIe介面轉換裝置的應用中，第一模式整合電路770可以移除DP穿隧路由器。此外，USB電路700C還能移除緩衝器。

圖8是依據本發明另一實施例所繪示的USB裝置以及USB電路的電路方塊圖。參考圖8，USB裝置800用以連接USB主機。USB裝置800包括上行連接埠810、多個下行連接埠821~823以及USB電路800C。USB電路800C包括上行埠介面電路830、下行埠介面電路840、控制電路850、路由電路860、第一模式整合電路870、第二模式整合電路880、PD控制器891以及緩衝器892。USB裝置800以及USB電路800C可以參照USB裝置400以及USB電路400C的相關說明並加以類推。

在圖8實施例中，USB裝置800可以作為USB4對PCIe、DP以及USB的介面轉換裝置。USB裝置800透過上行埠介面電路830以及上行連接埠810連接USB主機（例如是圖4的USB主機HD2）。上行連接埠810可例如是應用USB-C的連接埠。

在本實施例中，USB裝置800透過下行埠介面電路840以及下行連接埠821連接輸出裝置OD2。下行連接埠（即，PCIe連接埠）821以及所連接的輸出裝置（即，NVMe裝置）OD2可以參照下行連接埠720以及輸出裝置OD2的相關說明並加以類推。

此外，USB裝置800還透過下行埠介面電路840以及下行連接埠822連接輸出裝置OD3。下行連接埠822可例如是應用DP的連接埠。輸出裝置OD3可例如是應用DP規範的DP裝置，例如是顯示器。

在DP介面轉換裝置的應用中，USB裝置800透過DP穿隧路由器872以及第二模式整合電路880中的一者，在USB主機與輸出裝置OD3之間傳輸資料。前述資料的內容為符合DP格式的資料。

此外，USB裝置800還透過下行埠介面電路840以及下行連接埠823連接輸出裝置OD4。下行連接埠822可例如是應用USB-C的連接埠。輸出裝置OD3可例如是應用USB4規範的USB裝置或者USB集線器。

在USB介面轉換裝置的應用中，USB裝置800透過USB3穿隧路由器873以及第二模式整合電路880中的一者，在USB主機與輸出裝置OD4之間傳輸資料。前述資料的內容為符合USB格式的資料。

圖9是依據本發明另一實施例所繪示的USB裝置以及USB電路的電路方塊圖。參考圖9，USB裝置800用以連接多個USB主機。USB裝置900包括多個上行連接埠911~912、多個下行連接埠921~923以及USB電路900C。USB電路900C包括上行埠介面電路930、下行埠介面電路940、控制電路950、路由電路960、第一模式整合電路970、第二模式整合電路980、PD控制器991以及緩衝器992。USB裝置900以及USB電路900C可以參照USB裝置400以及USB電路400C的相關說明並加以類推。

在圖9實施例中，USB裝置900可以作為USB4的介面轉換裝置。USB裝置900透過上行埠介面電路930、上行連接埠911以及USB-C電纜CB1連接USB主機（例如是圖4的USB主機HD2）。上行連接埠911可例如是應用USB-C的連接埠。USB裝置800還透過上行埠介面電路930、上行連接埠912以及DP電纜CB2連接影像源主機（例如是顯示卡）。上行連接埠912可例如是應用DP的連接埠。

在本實施例中，USB裝置900透過下行埠介面電路940以及下行連接埠923連接輸出裝置OD7。下行連接埠923可例如是應用USB-C的連接埠。輸出裝置OD7可例如是應用USB4規範的USB裝置或者USB集線器。下行連接埠（即，USB-C連接埠）923以及所連接的輸出裝置（即，USB裝置）OD7可以參照下行連接埠823以及輸出裝置OD4的相關說明並加以類推。

在本實施例中，USB裝置900還透過下行埠介面電路940以及下行連接埠921連接輸出裝置OD5。下行連接埠921可例如是應用DP的連接埠。輸出裝置OD5可例如是應用DP規範的DP裝置，例如是顯示器。

此外，USB裝置900還透過下行埠介面電路940以及下行連接埠922連接輸出裝置OD6。下行連接埠922可例如是應用USB-C的連接埠。輸出裝置OD6可例如是具有USB-C連接埠且應用DP規範的的另一DP裝置，例如是另一顯示器。

應注意的是，USB電路900C還包括重計時器（Retimer）993。重計時器993可例如是用以處理DP資料的DP重計時器，據以維持DP介面的連接品質，並且用以實現顯示埠替代模式（DP Alt mode）。重計時器993連接上行埠介面電路930以及下行埠介面電路940。

在DP介面轉換裝置的應用中，USB裝置900透過DP穿隧路由器972、USB3穿隧路由器973以及第二模式整合電路980中的至少一者，在USB主機及/或影像源主機、與多個輸出裝置OD5~OD6之間傳輸資料。前述資料的內容為符合DP格式的資料。如此，USB裝置900能夠實現同時使用多個顯示器的功能。

在DP Alt模式中，上述資料能夠透過重計時器993在上行埠介面電路930以及下行埠介面電路940之間傳輸，而不需經由DP穿隧路由器972來封裝成符合USB4規範的穿隧資料。

綜上所述，本發明實施例的USB電路及其操作方法以及USB裝置能夠實現各種介面的轉換功能以及各種傳輸速度的變換功能。透過USB電路的韌體根據USB電路與USB主機之間的連接狀態來操作，USB裝置能夠動態地在穿隧模式與Legacy模式之間切換。在部分實施例中，透過USB電路依序地基於不同的連接協定來設定Legacy模式，USB裝置能夠適應性地調整USB電路與USB主機之間的協定。如此一來，USB裝置能夠與各種版本的USB主機相連，並且成功地列舉出所連接的輸出裝置，據以排除連接的異常狀況。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、400、700、800、900:USB裝置 100C、400C、700C、800C、900C:USB電路 110、410、710、810、911~912:上行連接埠 120、420、720、821~823、921~923:下行連接埠 130、430、730、830、930:上行埠介面電路 140、440、740、840、940:下行埠介面電路 150、450、750、850、950:控制電路 160、460、760、860、960:路由電路 170、470、770、870、970:第一模式整合電路 180、480、780、880、980:第二模式整合電路 310:控制器 320:PD控制器 330~33N:穿隧配適器 340:實體層電路 350:連接埠 461、761、861、961:第一多工器 462、762、862、962:第二多工器 463、763、863、963:第三多工器 471、771、871、971:PCIe穿隧路由器 472、872、972:DP穿隧路由器 473、773、873、973:USB3穿隧路由器 481~485、781~785、881~885、981~985:連接協定 491、892、992:PD控制器 492:緩衝器 510:穿隧上行配適器 521~522:穿隧下行配適器 571:集線器（或開關） 993:重計時器 CB1:USB-C電纜 CB2:DP電纜 HD1、HD2:USB主機 OD1~OD5:輸出裝置 S210~S220、S610~S660、S651~S655:步驟 SC1:第一控制信號 SC2:第二控制信號 SC3:第三控制信號

圖1是依據本發明一實施例所繪示的USB裝置以及USB電路的電路方塊圖。 圖2是依據本發明一實施例所繪示的USB電路的操作方法的流程圖。 圖3是依據本發明一實施例所繪示的USB主機的電路方塊圖。 圖4是依據本發明另一實施例所繪示的USB裝置以及USB電路的電路方塊圖。 圖5是依據本發明圖4實施例所繪示的PCIe穿隧路由器的電路方塊圖。 圖6A至6B是依據本發明圖4實施例所繪示的USB電路的操作方法的流程圖。 圖7是依據本發明另一實施例所繪示的USB裝置以及USB電路的電路方塊圖。 圖8是依據本發明另一實施例所繪示的USB裝置以及USB電路的電路方塊圖。 圖9是依據本發明另一實施例所繪示的USB裝置以及USB電路的電路方塊圖。

100:USB裝置

100C:USB電路

110:上行連接埠

120:下行連接埠

130:上行埠介面電路

140:下行埠介面電路

150:控制電路

160:路由電路

170:第一模式整合電路

180:第二模式整合電路

HD1:USB主機

OD1:輸出裝置

Claims (13)

1. 一種通用串列匯流排(USB)電路，包括：一上行埠介面電路，用以連接一USB主機；一路由電路，連接該上行埠介面電路；一第一模式整合電路；一第二模式整合電路；一下行埠介面電路，連接該第一模式整合電路以及該第二模式整合電路中的至少一者，並且用以連接至少一輸出裝置；以及一控制電路，連接該路由電路，用以根據該USB電路與該USB主機之間的一連接狀態，判斷是否將該路由電路連接至該第一模式整合電路或者該第二模式整合電路，其中該連接狀態指示對應該第一模式整合電路的一第一模式的操作失敗，或者指示對應該第二模式整合電路的一第二模式的操作失敗。
2. 如請求項1所述的USB電路，其中當該連接狀態指示對應該第一模式整合電路的該第一模式的操作失敗時，該控制電路根據該連接狀態將該路由電路從連接至該第一模式整合電路切換成連接至該第二模式整合電路。
3. 如請求項2所述的USB電路，其中當該路由電路從連接至該第一模式整合電路切換成連接至該第二模式整合電路時，該上行埠介面電路根據多個重新連接指令與該USB主機重新建立一連接關係，以使該第二模式整合電路根據該連接關係傳輸來自該USB主機的資料。
4. 如請求項1所述的USB電路，其中該第一模式整合電路包括多個穿隧路由器，其中該些穿隧路由器分別對應不同的穿隧協定，並且符合USB4規範。
5. 如請求項1所述的USB電路，其中該第二模式整合電路具有多個連接協定，其中該些連接協定分別對應不同的傳輸速度。
6. 如請求項5所述的USB電路，其中當該連接狀態指示對應該第二模式整合電路的該第二模式的操作失敗時，該控制電路根據該連接狀態以及多個傳輸速度，依序地基於該些連接協定將該路由電路連接至該第二模式整合電路。
7. 如請求項1所述的USB電路，其中該路由電路包括：一第一多工器，連接該上行埠介面電路以及該控制電路；一第二多工器，連接該控制電路以及該第二模式整合電路，用以連接該第一多工器；以及一第三多工器，連接該控制電路以及該第一模式整合電路，用以連接該第一多工器。
8. 如請求項7所述的USB電路，其中該第一多工器根據來自該控制電路的一第一控制信號，選擇連接至該第二多工器或者該第三多工器，其中該第二多工器根據來自該控制電路的一第二控制信號，選擇多個連接協定中的一者以連接至該第二模式整合電路，其中該第三多工器根據來自該控制電路的一第三控制信號， 選擇多個穿隧協定中的一者以連接至該第一模式整合電路。
9. 如請求項1所述的USB電路，還包括：一電源傳輸控制器，連接該控制電路，用以與該USB主機進行一溝通動作，其中該控制電路根據該溝通動作的成功與否來判斷該連接狀態。
10. 如請求項1所述的USB電路，還包括：一緩衝器，連接該第一模式整合電路、該第二模式整合電路以及該下行埠介面電路。
11. 如請求項1所述的USB電路，還包括：一重計時器，連接該上行埠介面電路以及該下行埠介面電路。
12. 一種USB電路的操作方法，包括：透過該USB電路的一上行埠介面電路，連接一USB主機，其中該上行埠介面電路還連接該USB電路的一路由電路，其中該USB電路還包括一下行埠介面電路、一第一模式整合電路以及一第二模式整合電路；以及透過該USB電路的一控制電路，根據該USB電路與該USB主機之間的一連接狀態，判斷是否將該路由電路連接至該第一模式整合電路或者該第二模式整合電路，其中該連接狀態指示對應該第一模式整合電路的一第一模式的操作失敗，或者指示對應該第二模式整合電路的一第二模式的操作失敗。
13. 一種USB裝置，包括：至少一上行連接埠； 至少一下行連接埠；以及一USB電路，包括：一上行埠介面電路，用以透過該至少一上行連接埠連接一USB主機；一路由電路，連接該上行埠介面電路；一第一模式整合電路；一第二模式整合電路；一下行埠介面電路，連接該第一模式整合電路以及該第二模式整合電路中的至少一者，並且用以透過該至少一下行連接埠連接至少一輸出裝置；以及一控制電路，連接該路由電路，用以根據該USB電路與該USB主機之間的一連接狀態，判斷是否將該路由電路連接至該第一模式整合電路或者該第二模式整合電路，其中該連接狀態指示對應該第一模式整合電路的一第一模式的操作失敗，或者指示對應該第二模式整合電路的一第二模式的操作失敗。

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