USB设备及其操作方法与流程

本发明涉及一种电子设备，尤其涉及一种通用串行总行(Universal Serial Bus，以下称为USB)设备及其操作方法。

背景技术：

为了满足高功率传输与双向供电的需求，C型通用串行总行(USB type-C)已逐渐应用于各种USB设备，例如USB集线器(USB hub)。由于电力传输直通(Power delivery pass-through，PD pass-through)模式可以让USB设备达到最佳的电源使用效率，因而USB集线器常采用电力传输直通的电源架构(Power profile)来供电给外接装置。

在USB集线器应用于高耗电操作的情境下(例如USB集线器同时执行第一外接装置(例如手机)的图像显示操作与第二外接装置(例如随身盘)的数据存取操作)，若USB集线器使用适配器(adapter)作为供电来源，则适配器需提供足够的电力(例如输出电压9V、输出电流3A)给USB集线器来维持USB集线器的正常运作。此时，假设USB集线器以电力传输直通模式连接至第三外接装置(例如笔记本电脑)。为了安全，在与第三外接装置进行组态通道(configuration channel，简称CC)通讯期间，USB集线器需要以低压的通讯电力(communication power)供电给第三外接装置。因为是以电力传输直通模式由适配器供电给第三外接装置，因此USB集线器会让适配器的输出电力降至通讯电力(例如5V，3A)。在组态通道通讯期间结束后，USB集线器会让适配器的输出电压升高，以适配于第三外接装置的用电需求。

然而在所述组态通道通讯期间，当适配器的输出电压由高压状态(例如9V)降至低压状态(例如5V)时，USB集线器将无法获得足够的电力来执行所述高耗电操作，进而导致外接装置的功能中断。例如，当第一外接装置(例如手机)在播放影片时，若将第三外接装置(例如笔记本电脑)以电力传输直通模式连接至USB集线器，则可能造成第一外接装置的屏幕发生闪烁或影片播放中断的情形。

技术实现要素：

本发明提供一种USB设备及其操作方法，可提供通讯电力(communication power)给第一USB连接器。

本发明的一实施例提供一种USB设备。所述USB设备包括第一开关、第二开关、电源转换器与第一USB连接器。第一开关的第一端被配置为接收第一电压。电源转换器被配置为提供第二电压，且第二电压小于第一电压。第二开关的第一端耦接至电源转换器以接收第二电压。第一USB连接器的第一电力接脚耦接至第一开关的第二端与第二开关的第二端。

在本发明的另一实施例提供一种USB设备的操作方法。所述USB设备的操作方法包括：由第一开关的第一端接收第一电压；由电源转换器提供第二电压，其中第二电压小于第一电压；由第二开关的第一端接收第二电压；提供第一USB连接器，其中第一USB连接器的第一电力接脚耦接至第一开关的第二端与第二开关的第二端；以及当第一USB连接器连接了外部装置时，在对外部装置进行检测的组态检测期间中，第一开关为截止而第二开关为导通。

基于上述，在本发明的诸实施例中，USB设备除了可以提供电力传输直通(PD pass-through)路径来传输正常操作电压给第一USB连接器之外，USB设备还可以提供一条电力旁通路径来传输通讯电力给第一USB连接器。USB设备可通过控制第一开关与第二开关的导通状态来提供USB设备的电力传输直通路径或电力旁通路径。因此，当USB设备的第一USB连接器连接至外部装置而进行组态通道(configuration channel，简称CC)通讯时，USB设备可经由所述电力旁通路径供应电力给所述外部装置。如此一来，在USB设备运作于高耗电状态期间，当外接装置以电力传输直通模式连接至第一USB集线器时，USB设备不需要调降适配器的输出电压。因此，USB设备不会因再次连接另一外部装置而发生供电不足的情形。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明的一实施例的USB设备的电路方块(circuit block)示意图。

图2是依照本发明的另一实施例的USB设备的电路方块示意图。

图3是依照本发明的一实施例的USB设备的操作方法的流程示意图。

附图标号说明：

100、200：USB设备

101、202：电子装置

110、120、210、220、230：开关

130：电源转换器

140、240、250：USB连接器

141、241、251：控制器

201：适配器

260：系统电路

P1：第一电力接脚

P2：第二电力接脚

P3：第三电力接脚

S310、S320、S330、S340、S350：方法步骤

V1：第一电压

V2：第二电压

具体实施方式

在本案说明书全文(包括权利要求)中所使用的“耦接(或连接)”一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接(或连接)于第二装置，则应该被解释成该第一装置可以直接连接于该第二装置，或者该第一装置可以通过其他装置或某种连接手段而间接地连接至该第二装置。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标号或使用相同用语的元件/构件/步骤可以相互参照相关说明。

图1是依照本发明的一实施例的USB设备100的电路方块图。如图1所示，USB设备100包括开关110、开关120、电源转换器130与USB连接器140。USB设备100可以经由USB连接器140与外部装置(例如电子装置101)相连接。依照设计需求，USB连接器140可以是C型通用串行总行(USB Type-C，又称为USB-C)连接器或是其他USB连接器。因此，USB设备100可以通过USB连接器140来同时进行电力传输(power delivery,PD)操作与数据传输操作。

于图1的实施例中，开关110的第一端可以接收第一电压V1。依照设计需求，第一电压V1可以是适配器(adapter，未示出)经由USB设备100的电力传输直通(PD pass-through)路径提供给开关110的输出电压。开关120的第一端耦接至电源转换器130，以便接收电源转换器130提供的第二电压V2。依照设计需求，电源转换器130可例如是已知电压转换器或是其他电压转换电路/元件。电源转换器130所提供的第二电压V2小于第一电压V1。举例来说，第二电压V2可以是符合USB协定的通讯电力(communication power)所规范的电压。USB连接器140的第一电力接脚P1耦接至开关110的第二端与开关120的第二端。

依照设计需求，开关110与开关120可以是金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)晶体管开关或是其他电力开关。USB设备100可控制开关110与开关120的导通状态，以提供外部装置与USB设备100之间的电力传输直通路径或电力旁通路径。举例来说，如图1所示，开关120可以提供电力旁通路径，以作为USB设备100与电子装置101进行组态通道(configuration channel，简称CC)通讯时的供电路径。当电子装置101连接至USB连接器140时，USB设备100可以在与电子装置101进行CC通讯期间中将开关120导通(turn on)并将开关110截止(turn off)，以经由电力旁通路径提供第二电压V2给电子装置101。

当USB设备100与电子装置101之间的CC通讯结束后，USB设备100可以将开关110导通并将开关120截止，以经由电力传输直通路径提供第一电压V1给电子装置101。所述电力传输直通路径可以作为USB设备100对电子装置101进行充电的供电路径。依据实际应用需求，电子装置101可以是笔记本电脑、平板电脑、智能手机、移动电源等电子产品。

此外，USB设备100可以依照设计需求来决定的USB连接器的配置数量。举例来说，图2是依照本发明的另一实施例的USB设备200的电路方块示意图。如图2所示，USB设备200可以包括3个USB连接器140、240与250。依照设计需求，USB设备200可以是USB集线器(USB hub)、USB移动电源或是其他USB设备，而USB连接器140、240与/或250可以是C型通用串行总行(USB Type-C，又称为USB-C)连接器或是其他USB连接器。

USB设备200可以经由USB连接器140、240与250的任何一个而连接于外部装置。所述外部装置可以是图2所示的适配器201、电子装置101与电子装置202，而电子装置101与电子装置202可以是笔记本电脑、平板电脑、智能手机、移动电源等电子产品。

于另一些实施例中，USB设备200也可以配置3个以上的USB连接器或配置其他连接器(例如图像输出埠)，且USB设备200也可以配置有不同类型的USB连接器，例如USB设备200可以同时配置有USB Type-C连接器与USB Type-A连接器。

请再参照图2所示。USB设备200还包括控制器141、控制器241、控制器251、开关110、开关120、开关210、开关220、开关230、电源转换器130与系统电路260。控制器241耦接至USB连接器240与开关210，以控制USB连接器240与开关210的运作。USB连接器240具有电力接脚P2。且电力接脚P2耦接至开关110的第一端与开关210的第一端。适配器201可以经由USB连接器240提供第一电压V1给开关110与开关210。开关210的第二端耦接至电源转换器130的电力输入端。

当适配器201连接于USB连接器240时，控制器241可以将开关210导通，以便由USB连接器240将第一电压V1提供给电源转换器130。电源转换器130的电力输出端耦接至开关120的第一端与开关230的第二端。电源转换器130可以将第一电压V1转换为第二电压V2，且第二电压V2小于第一电压V1。于本实施例中，第一电压V1可以是适配器201提供给USB连接器240的输出电压(例如20V)，而第二电压V2可以是电源转换器130提供给电子装置101、202的电源电压(例如5V)。

开关230的第一端耦接至USB连接器250的电力接脚P3。控制器251耦接至USB连接器250与开关230，以控制USB连接器250与开关230的运作。举例来说，当USB连接器250连接于电子装置202时，控制器251可以将开关230导通，以便由电源转换器130输出第二电压V2给电子装置202。

USB连接器140具有电力接脚P1，且电力接脚P1耦接至开关110的第二端与开关120的第二端。控制器141耦接至USB连接器140与开关110、120、220。当USB连接器140连接于外部装置101时，控制器141可以对所述外部装置101进行组态检测(configuration detection)。在组态检测期间，控制器141可以将开关110与开关220截止，且将开关120导通。

举例来说，假设USB设备200耦接至外部显示器(未示出)，且USB设备200的USB连接器240已连接于适配器201，USB设备200的USB连接器250已连接于电子装置202，而USB设备200的USB连接器140尚未连接于电子装置101。在USB设备200应用于高耗电操作的情境下(例如USB设备200同时对电子装置202充电，并将电子装置202的图像数据输出至外部显示器)，若将USB设备200的USB连接器140连接至电子装置101，则USB连接器140需获得通讯电力，才能让控制器141对电子装置101进行组态检测。因此，控制器141可以在组态检测期间将开关110与开关220截止，且在所述组态检测期间将开关120导通，以便让USB连接器140接收电源转换器130提供的第二电压V2(也就是通讯电力)。

在控制器141与电子装置101进行通讯的期间(也就是组态检测期间)，控制器141可以检测电子装置101的电压需求，以作为组态检测结果。在所述组态检测期间结束后，于电子装置101的正常操作期间中，控制器141可以依据所述组态检测期间获知的组态检测结果来将开关110与开关120其中一者截止，并将开关110与开关120其中的另一者导通。

举例来说，假设控制器141依据所述组态检测结果得知电子装置101的电压需求为5V，则控制器141可以让开关110与开关220保持在截止状态，并让开关120保持在导通状态，以供电给电子装置101。另一方面，假设控制器141依据所述组态检测结果得知电子装置101的电压需求为20V，则控制器141可以将开关110导通并将开关120与开关220截止，以形成电力传输直通路径来供电给电子装置101。另一方面，假设控制器141依据所述组态检测结果得知适配器201未连接至USB连接器240且适配器201连接至USB连接器140，则控制器141可以将开关220导通并将开关110与开关120截止，以便供电给电源转换器130。

于另一些实施例中，图2的控制器141、241、251可以共同整合为一个控制芯片。当USB设备200连接至电子装置101时，所述控制芯片中的控制器141、241、251可以互相进行沟通，以便依据电子装置101的电压需求来进行各USB连接器140、240、250的电源分配。举例来说，当USB设备200连接至电子装置101且电子装置101的电压需求大于5V时，USB设备200可以依据电源分配的结果而由USB连接器240输出符合电子装置101的电压需求的第一电压V1。控制器141可以将开关110导通并将开关120截止，以便让电子装置101经由电力直通路径来接收第一电压V1。

通过上述对开关110与开关120的控制方式，当USB设备200在执行高耗电操作期间连接至电子装置101时，USB设备200仅需通过开关110与开关120的切换，便可经由电力旁通路径来提供通讯电力给电子装置101。由于电子装置101可经由所述电力旁通路径来获得通讯电力，故本发明不需要通过调降适配器201的输出电压(例如由20V降为5V)的方式来提供通讯电力。

如此一来，处于高耗电状态的USB设备200不会因电子装置101的接入(plug in)，而发生供电不足的情形。同时，在USB设备200执行高耗电操作之前已连接至USB设备200的电子装置202也不会因电子装置101的接入，而发生屏幕闪烁或影片播放中断的情形。

请再参照图2所示，USB连接器140的第一电力接脚P1还耦接至开关220的第一端，而开关220的第二端则耦接至电源转换器130的电力输入端。当USB连接器140连接至电子装置101而USB连接器240未连接至适配器201时，控制器141可以将开关220导通，以便由电子装置101传输电力至电源转换器130。电源转换器130可以供电给USB设备200的系统电路260。依照设计需求，系统电路可以是USB设备200中用来执行特定功能的电路，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、芯片组、存储器等。

图3是本发明的一实施例的USB设备200的操作方法的流程示意图。请参照图2与图3所示，当USB连接器240连接至适配器201时，开关110的第一端可以在步骤S310接收USB连接器240提供的第一电压V1。于步骤S320中，电源转换器130可以提供第二电压V2，其中第二电压V2小于第一电压V1。于步骤S330中，开关120的第一端可以接收电源转换器130提供的第二电压V2。于步骤S340中，USB设备200可以提供USB连接器140(也就是第一USB连接器)，其中USB连接器140的第一电力接脚P1耦接至开关110的第二端与开关120的第二端。于步骤S350中，当USB连接器140(也就是第一USB连接器)连接了外部装置(例如电子装置101)时，在对所述外部装置进行检测的组态检测期间中，控制器141可以将开关110截止并将开关120导通。开关110与开关120的详细操作方式可以参照图1与图2实施例的相关说明来类推，故不再赘述。

综上所述，在本发明的诸实施例中，USB设备可通过控制第一开关与第二开关的导通状态来提供USB设备的电力直通(pass-through)路径或电力旁通路径。因此，当USB设备的第一USB连接器连接至外部装置时，所述外部装置可经由所述电力旁通路径获得与USB设备进行通讯的电力。如此一来，当USB设备运作于高耗电状态期间(例如USB设备同时进行图像输出与数据存取)，USB设备不会因再次连接另一外部装置而发生供电不足的情形。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。