无开关的USBC连接器的集线器的制作方法

本申请案主张2014年5月19日申请的第62/000,103号美国临时申请案的权利，所述申请案的全文并入本文中。

技术领域

本发明涉及USB集线器，特定地说，本发明涉及具有USB对称连接器的USB集线器。

背景技术：

已开发新的USB C型连接器以帮助实现更薄且更平整的产品设计、增强可用性且向USB的未来版本提供用于性能增强的增长路径。C型连接器是建立在现有的USB 3.1及USB 2.0技术上。

技术实现要素：

根据各种实施例，可提供多端口USB2及/或USB3集线器集成电路装置，其包括与两种标准均兼容的“C型”连接器。

根据实施例，USB集线器集成电路装置可包括USB集线器逻辑(包括多个USB端口)，其中至少一个端口包括一对双向传输信道，其中向所述至少一个端口平行提供两个物理层，每一物理层与双向传输信道相关联，其中USB集线器逻辑进一步经配置以取决于逻辑条件而为每一端口选择所述物理层中的一者。

根据又一实施例，所述至少一个端口可为USB3兼容的端口。根据又一实施例，可通过由所述至少一个端口提供的另一连接来确定逻辑条件。根据又一实施例，所述至少一个端口还可包括与USB2兼容的另一传输信道。根据又一实施例，USB集线器集成电路装置还可包括另一端口(包括一对双向传输信道)，其中向所述另一端口平行提供另外两个物理层，每一物理层与所述另一端口的双向传输信道相关联，其中所述至少一个端口是下游端口且所述另一端口是上游端口。根据又一实施例，USB集线器集成电路装置可还包括至少一个USB 2遗留端口。根据又一实施例，USB集线器集成电路装置可还包括嵌入式控制器，所述嵌入式控制器经配置以控制每一端口的相应物理层的选择。根据又一实施例，USB集线器集成电路装置可还包括多路复用器，所述多路复用器与所述至少一个端口相关联且经配置以选择由第一或第二物理层提供的信号。根据又一实施例，物理层可向每一双向信道提供多个传输与接收数字线。根据又一实施例，所述多个传输与接收数字线可包括32条传输线与32条接收线。根据又一实施例，所述多个传输与接收数字线可经配置以按125MHz的时钟速率传输信号。

根据另一实施例，USB集线器可包括如上文所描述的USB集线器集成电路装置，还包括具有对称布置的连接引脚的外部连接器，插入所述外部连接器中的关联插头的第一双向线取决于所述插头的插入方向而与连接器的第一双向线或连接器的第二双向线连接。根据USB集线器的又一实施例，连接器可包括一行上部连接引脚与一行下部连接引脚，其中上部行可按顺序包括下列USB信号：Gnd、TX1+、TX1-、VBUS、CC1、D+、D-、TBD、VBUS、RX2-、RX2+、Gnd，且下部行可按顺序包括下列USB信号：Gnd、RX1+、RX1-、VBUS、TBD、D-、D+、CC2、VBUS、TX2-、TX2+、Gnd，其中TBD指定可不被使用的连接。根据USB集线器的又一实施例，两个端口为USB3兼容的端口。根据USB集线器的又一实施例，可通过每一端口的CC1或CC2信号来确定逻辑条件。根据USB集线器的又一实施例，USB集线器可还包括至少一个USB 2遗留端口。根据USB集线器的又一实施例，USB集线器集成电路装置可还包括嵌入式控制器，所述嵌入式控制器经配置以控制每一端口的相应物理层的选择。

根据又另一实施例，揭示一种用于操作USB集线器的方法，所述USB集线器包括如上文所描述的USB集线器集成电路装置，且还包括具有对称布置的连接引脚的外部USB C型连接器，插入所述外部连接器中的关联插头的第一双向线取决于所述插头的插入方向而与连接器的第一双向线或连接器的第二双向线连接，其中所述方法可包括以下步骤：在第一配置中将USB3 C型插头插入USB3 C型连接器中；通过USB集线器解码配置线，所述配置线被耦合到USB3 C型连接器的相应配置接触件；选择与USB3 C型连接器相关联的物理层中的第一者。

根据所述方法的又一实施例，当在第二配置(相对于第一配置颠倒)中将所述USB3 C型插头插入USB3 C型连接器中时，所述方法可包括：通过USB集线器解码USB3 C型连接器的配置线；及选择与USB3 C型连接器相关联的物理层中的第二者。

附图说明

图1展示USB3 C型公插头；

图2展示USB3 C型母连接器；

图3A、B、C展示C型连接器的引脚布局及与经连接的插头的结合；

图4展示具有USB集线器与经连接的USB3装置的电路图；

图5A展示具有C型连接器的USB集线器的框图；

图5B更详细地展示图5的外部开关；

图5C展示可用于图5中所展示的电路的转接驱动器；

图6展示根据各种实施例的集成电路集线器装置的实施例；

图7展示根据图8的实施例的更详细的框图；及

图8展示集成电路集线器装置的另一实施例。

具体实施方式

USB3 C型连接器是可逆的且无需外部USB3开关来起作用。此外部连接在USB3集线器中是优选的，这是因为所述外部连接提供允许插头以任何方向(例如，上部向上或上部向下)插入的便利。根据各种实施例，不需要任何外部切换电路且所有的开关功能在内部被处置。C型连接器可用于USB主机与USB装置。

根据实施例，USB集线器集成电路装置可具有与常规集成USB集线器装置相比的非常小的引脚数。可添加上文所提及的功能而不增加引脚的数目。

图1及2分别展示USB C型公插头与相关联的母连接器。此类型的连接器在其设计上是对称性的且因此无需以预定方向被插入。相反，为方便用户，可上部向上或向下地插入所述连接器中。此连接器可具有预定数目的引脚，例如，如USB 3.1标准中所定义的24个引脚。

图3A展示示范性布局设计。图3B展示在公插头上部向上插入时，母连接器与公插头的引脚的关联。图3C展示在公插头上部向下插入时，母连接器与公插头的引脚的结合。如图3B及3C中可见，无论连接器以何种方式被插入，对称性设计向大多数线提供一对一的连接。特定地说，对于四条遗留USB1/2线：Gnd、VBUS、D+与D-，这是正确的。然而，额外的USB 3双向传输线对TX1、RX1与TX2、RX2-线将仅当连接器以“正确”方式(即上部向上)被插入时被正确连接。然而，当连接器被上部向下地插入时，信道将被切换，使得TX1连接到RX2且TX2连接到RX1。为了更好的概览，图3仅展示标准USB连接以及用于双向信道1的连接。为了更好的概览而未展示用于信道2的连接(即，RX+、RX2-与TX2+、TX2-)。

因此，必须在集线器装置内解决此“误配”。为此目的，如图3A到C中所展示，使用额外的控制线CC1、CC2。例如，如图4中所展示，这些线可用来控制相应的开关。通过这些控制线CC1、CC2及相关联的逻辑，集线器内的切换装置经控制以提供相应的信道的正确连接。

图4展示具有USB集线器或主机410与USB装置420的布置400。在左侧，USB装置420包括切换电路430(经布置于公插头425与内部控制器427之间)，其允许适当连接额外的USB3传输信道。提供逻辑单元440，所述逻辑单元440分析CC线上的连接状态且控制切换电路430。USB集线器或主机410也可提供类似电路，其具有切换电路550(经布置于母连接器415与集线器417之间)以及由逻辑单元460控制的相关联的切换装置550。如图4中所展示，两条CC线提供四个可能的电缆状态。可取决于通过控制线CC1与CC2的控制信号而在集线器410或装置420中执行切换。

图5A展示另一框图，其中中央集成电路装置510提供主要的USB集线器功能性。图5A展示可提供两个C型连接器530a与530b。因此，提供两个外部2对1开关/多路复用器520a、b以确保使用C型连接器时的正确连接。在图5B中更详细地展示示范性切换装置520a、b。任选地，如图5C中所展示的所谓的转接驱动器540可为确保信号完整性所必需的。图5B展示典型的切换装置520a、b，其用来选择第一双向或第二双向信道。这些切换装置为集成电路装置，其包括多个相应的MOS切换晶体管、驱动器以及切换逻辑以提供正确连接。即使大量购得这些装置，这些装置仍会显著地增加生产成本。

此外，此类切换装置520a、b甚至可能不适于经由双向线对传输的高频率信号。因此，可如图5C中所展示，另外或代替性地使用所谓的转接驱动器540。这些装置可能够处置高带宽且提供可调整的接收器等化与相应的控制逻辑。然而，所述装置甚至比常规多路复用器开关更加昂贵。

根据各种实施例，例如如图6中所展示，可提供USB集线器集成电路装置610，其为集成电路装置610的数字域内的切换提供必要条件。因此，在USB3集线器600的连接器650、660与集成电路装置610之间不需要任何外部开关或转接驱动器。图6中所展示的是USB 3集线器集成电路装置610，其通过两个C型连接器650与660以允许“C型”连接器互连性。此方案保留支持遗留“A”与“B”连接器的能力。如果不要求“C”端口，那么可绕过多路复用器。

图6展示集线器610内部包括相对于内部集线器控制器逻辑620的相同数目的USB连接。然而，两个物理层630a、b可被提供用于USB连结中的任何者。在图6的实例中，一个向上游USB3端口及一个下游USB3端口以此配置提供。集线器可还包括嵌入式控制器640，所述嵌入式控制器640提供外部通用引脚及串行接口且经配置以控制集线器控制器逻辑620。图6仅展示用于如上文所提及的下游端口与上游端口的C型连接器的双重物理层布置。然而，其它下游端口或其它下游端口中的一些可具有类似的双重物理层布置。当实施物理层时，可通过关联端口控制单元670(图6中仅展示一个)控制所述物理层。

图7展示根据各种实施例的USB集线器装置610的更详细的框图。例如如图7中所展示，切换是从模拟域移动到集成集线器装置705内部的数字域750。在物理层630a、b之后，通过多路复用器710(经配置以交叉切换第一与第二双向信道)多路复用PIPE接口，而非以5Ghz USB3信号进行切换。因此，可在较低频率(例如，32位125Mhz)下执行数字多路复用。仅要求物理层630a、b被实施两次。

图7展示集成电路装置705，所述集成电路装置内包括USB集线器核心620、多路复用器710与物理层630a、b。例如，集线器核心620包括右侧的三个USB3下游端口与左侧的一个USB3上游端口。图7中仅展示延伸的传输信道。另外，集线器核心620还提供标准USB2兼容连接线(未展示)，所述连接线并不要求如上文所论述的多路复用。

集线器核心620的每一USB3端口的延伸的传输线与多路复用器710的集线器核心侧上的相应的输出/输入连接。多路复用器710充当交叉开关且例如，可包括切换每一信道的32条线的能力。每一信道包括用于每一信道的单独的TX与RX线。在多路复用器710的另一侧，第一信道被耦合到第一物理层630a且第二信道被耦合到第二物理层630b。接着，第一物理层630a与第二物理层630b的外部端口可被连接到单个C型连接器650、660，除图4中所展示的标准USB1/2线之外。

如展示，此集成电路装置705需要额外的物理层630a、b及相关联的多路复用器710以能够使从连接器650、660到核心620的正确的双向信道相关联。可根据CC1与CC2信号控制多路复用器710，所述信号主要指示公插头以何种方式通过连接插头的相应的CC1连接与母连接器的CC1连接或连接插头的CC1连接与母连接器的CC2连接而被插入到母连接器650、660中，如图4中展示。

根据实施例，如果有必要，解码CC连接的逻辑可仅启用物理层中的一者，这可节省功率消耗。对于USB1/2遗留模式，物理层630a、b及相关联的多路复用器710可被完全地停用。根据一些实施例，可通过嵌入式控制器640实施用于解码CC连接的逻辑。根据其它实施例，可实施单独的逻辑以解码CC连接。然而，物理层630a、b两者均可始终有效且可控制多路复用器710以将正确的双向信道彼此完全关联/连结。此外，根据本发明的任何实施例可归因于外部开关/多路复用器不是必需的事实而提供使用较少功率的布置。因此，在内部，无论用户如何将USB C型插头插入到相应的C型集线器连接器中，正确的双向传输信道都彼此连接。

根据其它实施例，可在集成电路装置内实施其它切换方式以提供类似功能。

图8展示USB3集线器装置800的实例，所述USB3集线器装置800包括一个上游C型端口810、两个下游C型端口820、830及两个遗留USB1/2下游端口840、850。图8并未展示内部多路复用器且仅展示通过嵌入式控制器所控制的用于上游端口的切换逻辑。此外，用于C型连接器810到830的标准USB1/2端口同样未在图8中展示以提供更好的概览。

额外的硅基板面并不明显且因此用于此实施方案的成本在相当大的程度上少于外部开关及/或转接驱动器的成本。因此，当使用根据各种实施例的集成电路装置时，系统级节省较高。