专利名称：系统连接器的制作方法
技术领域：
本发明一般而言涉及具有不同操作电压的设备之间的接口，特别地，在移动电话及其相关辅助设备之间的信号电平接口。
便携设备的发展趋势是提供设备越来越低的操作电压。较新的装置和ASIC不断设计使得便携设备现在可以运行在更低的操作电压。较低的操作电压有许多想要的益处，如便携设备的电池盒需要较少的电池。在较低电压下运行还可以提高速度，包装密度，以及效率，同时减少发热。传统地，大多数便携设备，如移动电话，具有约(～)5伏的操作电压，并在5伏逻辑电平下进行数字通信。然而，传统的5伏逻辑技术正被设计成运行在约3伏供电电压的较新的电路所取代。例如，许多现有的移动电话使用5个NiMH(镍氢)单元，这对应电话的操作电压最高为约5伏。相对地，较新的电话及其辅助设备现在设计成使用3个NiMH单元或1个锂离子单元，这对应于操作电压降低为约3伏。随着较多的系统采用三伏逻辑，带给设计者的问题是如何在较新的移动电话的三伏逻辑和先前现存的辅助设备的五伏逻辑之间进行转换。当然，熟悉本领域的人员易于认识到该问题不仅仅限制在3伏和5伏逻辑电平的设备之间，而且存在于相互间进行数字通信且运行在不同电压电平的任何设备之间。
一种可能的解决方法是在辅助设备或移动电话内提供开关模式的电压源。当辅助设备(或移动电话)被连接到移动电话(或辅助设备)时，开关模式的电压源基于检测到的所连接设备的电压电平而设置成合适的供给电压模式。但是，考察现有开关表明，例如，工作在一个5伏电压输入和5安培供给电流时，期望的运行效率不会超过70％许多。这样，伴随该解决方法的一个问题是由电源开关带来的电压损失，例如降落在自由通断二极管和关联的整流二极管上的电压，将是5伏的一个太大分数。这样转而会导致结果电压达到至少是逻辑上的不确定的电平。在相对的高电流负载下，这一问题进一步加剧。
另一可能的解决方法是当一个连接的设备运行在较低的逻辑电平时使用一线性调节器调整固定的5伏电源电压到三伏。然而，考虑附带的因素，如电气噪声和电路复杂性，使用线性调节器具有相当小的吸引力。例如，转换5伏到3伏线性调节器的运行效率只有大约60％。因此，在解决此问题时使用线性调节器与固定的供应电压结合的方法比起开关模式的电压源还不理想。
随着便携设备，如移动电话或膝上型电脑，切换到不同的操作电压，越来越多的现有设备将与较新的设备及其辅助设备不兼容。对于移动电话，设计成运行在3伏电平下的较新的移动电话将与现有的5伏电平下的辅助设备，反之亦然。结果是，对设备间的数字信息通信的信号电平接口的需求增大，以使得较新的设备和它们具有不同的操作电压和逻辑的辅助设备能够兼容。
因此本发明的目的是提供一个改进的信号电平接口，使得辅助设备能够和便携设备(如，移动电话)进行通信，该便携设备与其辅助设备运行在不同的操作电压下。
本发明的另一目的是为运行在不同电压下的设备提供一个方便的办法以允许串行数字通信，而不需要复杂的电压/信号转换电路。
本发明的又一目的是使用来自便携设备(如电话)的信号，使用便携设备的操作电压作为辅助设备的缓冲电路的电源供应电压，以使辅助设备获得同样的接口效果但允许较高的信令速度。该来自便携设备的信号可以是包含了用于通信的电压电平的交变信号。该电压电平由辅助设备检测并用于控制可调节的电源。
前述目的和其它目的体现在一个系统连接器的实施中，该系统连接器可以组合在一个辅助设备或便携设备中，以允许在便携设备和辅助设备之间的信号电平接口。该系统连接器给运行在第一电压的第一设备提供一高电平或低电平数字信号，以响应来自运行在第二电压的第二设备的相应高电平或低电平数字信号。另外，该系统连接器还可以给运行在第二电压的第二设备提供一高电平或低电平数字信号，以响应来自运行在第一电压的第一设备的相应高电平或低电平数字信号。
本发明的前述和其它特征，目的和优点在结合附图阅读下文的说明的基础上将一目了然，附图中
图1说明了数字信号可接受的逻辑电平的电压范围；图2是根据本发明的一个实施例的示例性框图，展示了一个移动电话的输入和一个辅助设备的输出之间的接口；
图3是根据本发明的一个可替代实施例的示例性框图，展示了一个具有检测辅助设备存在功能的移动电话的串行数据输入；图4是根据本发明的又一实施例的示例性框图，展示了一个移动电话的输出和一个辅助设备的输入之间的接口；图5是根据本发明的示例性框图，展示了一个输入和输出组合在一起的接口；以及图6和图7是根据本发明的示例性框图，展示了一个辅助设备具有缓冲电路的接口。
本发明的各种特征现将参照附图进行说明，附图中类似部分用相同参考字符表识。
正如本领域的技术人员所熟悉的，大多数数字系统包含二值离散或二元的系统，其中两个离散状态的组合用来表示数字，字符，代码，和其它信息。相比模拟系统，二进制系统有许多益处。当保持为两种状态中的一种时，数字电路中的固态器件在其性能上尤其地可靠和持久。另外，由于器件维持在两种状态中的一种，它们对环境的变化较少敏感而能拥有预定的准确性。两个离散电平值典型地定义为一个高电平和一个低电平。参看图1，描述了一个电压电平的范围以表示两个离散状态。一般地，一个数字信号的高电平值，如范围1所示，被定义为大于电路的最大操作电压的0.8倍。其低电平值，如范围2所示，被定义为小于电路最高电压的0.2倍。如果信号在范围1内器件理解信号为高电平或“1”，如果信号在范围2内器件理解信号为低电平或“0”。如果信号在范围1和2之间，即在范围3内，信号是不确定的和不能被电路准确地理解。
随着较新的设备设计在较低的操作电压下工作，较新的设备表示高和低状态的信号电平与较老设备的较高的操作电压不兼容。例如，在图1，如果运行在传统5伏逻辑下的第一设备试图和运行在较低的3伏逻辑下的设备进行通信，3伏逻辑下的高或“1”状态将落在5伏逻辑设备的中间范围3内而导致不能被运行在5伏电平下的设备所理解。因此，依据本发明，一个系统连接器用来允许运行在不同电压下的设备能够相互通信和接口而不管它们原本不兼容的逻辑电平。
参看图2，依据本发明的一个系统连接器的示例实施例，展示了一个辅助设备级逻辑的输出信号，使得来自辅助设备的数据输出连接到运行在便携设备工作逻辑电平的便携设备上。根据图2，展示了两个设备，移动电话210和辅助设备220。基于这样的目的和如下的示例，移动电话210设想为运行在5伏工作电压下，而辅助设备220运行在3伏工作电压下。
根据图2，辅助设备220通过两个连接到移动电话的插槽216和218上的插针222和224与移动电话耦合。电话操作电压212供应到插针222上。来自插针224上的辅助设备输出信号借助插槽218作为输入信号加载到移动电话的线214上。根据图2，信号由辅助设备220输出加载到线228上并输入到开关225上。根据一个示例实施例，开关225由一个BJT 223组成，BJT的发射极连接到辅助设备的地线221和其基极连接到分压电阻227和229上。当线228上辅助设备输出信号是辅助设备的高逻辑电平时，如，在2.4伏和3.0伏之间，线228上的高电压值使得晶体管223不导通而导致开关225开路而供应插针224一个低电平，由于插针224连接到地线221上。相对地，当辅助设备的低逻辑电平加载到线228上会使得晶体管223导通而导致开关225闭合。这样迫使供应插针224的输入信号是一个高电平，由于插针224此时通过插针222和电阻226连接到移动电话的操作电压212上。这样，辅助设备的高电平逻辑信号就被接口到移动电话的高电平信号，并且移动电话自身的操作电压用来供应高电平逻辑信号。
图3展示了具有串行数据输入的移动电话的一个可替代实施例。根据此实施例端口218是一个有附加电路的串行口以允许当该辅助设备通过插槽216和218连接到移动电话上时，检测一个有串行总线通信的辅助设备220的存在。根据此实施例增加了一个开关213。开关213一般在缺省状态A和连接到一个输入/输出端口211。当没有辅助设备连接到端口218上时缺省状态A定义为低电位，因为开关213通过电阻217被连接到地线219上。然而，当一个有串行总线通信的辅助设备通过插槽216和218连接到移动电话上，电阻216把端口218的输入电位上拉到接近电话操作电压212的电位。移动电话的电路或微处理器(未显示)检测到输入/输出端口的该高电位并将开关213切换到状态B以将辅助设备220的输出连接到一个UART(通用异步收发器)电路209。依据此实施例，移动电话210然后可以检测到已经连接到插槽216和218的辅助设备220的存在。在建立和辅助设备220的连接和切换到状态B之后，电话210然后通过UART 209和辅助设备220问答以确定其类型。
UART 209给移动电话的微处理器电路提供了必要的接口功能以允许移动电话可以和连接到端口218上的串行辅助设备通信。当然，其它专用的通信电路可用来代替UART，例如一个I2C总线。
根据本发明的又一示例实施例示于图4，该实施例描述了一个从移动电话210到辅助设备220的输出信号。根据此实施例来自移动电话的信号通过线231和端口232输出到辅助设备的插针234。在此情形下，需要把移动电话的高电平和低电平信号转换到辅助设备的逻辑高电平和低电平。移动电话的输出信号231馈入到一运放240(端到端输出型)比较器的正端。插针232通过端口216连接到电话操作电压212。一参考信号通过线237被加到运放的负端。参考信号由电话操作电压212通过连接到电话操作电压212上的电阻236和连接到辅助设备的地线243的电阻238进行分压得到。由于运放240由辅助设备操作电压241供电，到辅助设备的输入信号242应和此电平相关。根据此实施例，参考信号237和输入信号234进行比较导致比较器端到端地在地电位243和电源电压241之间(即，辅助设备操作电压)摆动。例如，来自移动电话210的线234上的输入信号低于参考信号237时导致比较器摇摆到地端而在线242上输出辅助设备的低电平信号。
图5描述了一个组合实施例，该实施例提供了从电话输出信号到辅助设备的转换和从辅助设备输入信号到电话的转换。根据此示例实施例，上述输入和输出接口的前述解决方法被组合在一起。根据此实施例，输入端口259和线258是一三-态输入口以使得在移动电话和辅助设备之间能相互理解当前通信是向哪个方向。根据此实施例I2C总线(未显示)可用来收/发线258上的信号。任何熟悉该领域的人员易于理解在移动电话内部可以为上述输入和输出提供各自的端口。
两个根据本发明的附加示例实施例也被示于图6和图7。实施例描述图6展示来自便携设备210，例如一移动电话的信号212a，给辅助设备上的缓冲电路260提供操作电压作为其电源供应电压以获得类似的接口效果并允许辅助设备有较高的信令速度。图7的实施例附带地说明来自便携设备的信号也可以是一交变信号212b。根据此实施例，交变信号212b含有通信所用的电压电平值。此电压电平值可以被元件274检测和保持并用来设置可调寄存器275以给缓冲器270提供可调电源。
根据本发明可以预期有许多不同的辅助设备。一些实例但不仅限于此包括电池充电器，免手提设备，调制解调器，传真机，膝上型计算机和计算机的其它类型，等等。另外在移动电话和辅助设备之间的连接可以是以任何形式具备传输数字信号能力。
虽然前述示例实施例是以移动电话和辅助设备为参考来描述，任何熟悉该领域的人员可以理解具有不同操作电压的任何设备可以用类似的方法进行接口并且近似5伏和近似3伏的操作电压只是根据本发明的许多可能实施例中的一种。根据本发明可以方便地使用不同的操作电压和电平值。另外，每个设备的运行逻辑电平值不必与设备的操作电压相同。例如，图2的端口216的输出可以是不同于操作电压的另一电压，是从设备210某一部位抽出的。进一步地，如果已被抬高的话，该电压可以实际上超过操作电压。
另外，任意数目的插槽和插针可以配置在每一设备上，其中一些插针/插槽吻合在一起且依赖于具体问题中特定设备的功能。进一步地，虽然上述实施例中已经描述接口逻辑是组合在辅助设备中的，熟悉本领域的人员易于认识到该接口电路也可以放置在移动电话内。当然，由于一般地相比移动电话而言生产的辅助设备较少，将电路放置在辅助设备内使得总体系统制造费用降低而在成本上是有效的。
本发明以实例的方法加以描述，但是本领域的熟练技术人员明显可以看出，在不偏离本发明精神的前提下可以对示例实施例作出各种变型和修改方案。优选实施例仅仅是说明性的而不应以任何形式加以限制。本发明的范围由下面的权利要求书所界定，而不仅是上述描述，落入权利要求书所界定范畴的所有修改和等价都被认为包括在内。
权利要求
1.用于连接第一和第二设备的系统，其中每一设备工作在不同的操作电压，包括所述第一设备的输出端，用于输出第一设备的高电平电压；所述第一设备的输入端，用于输入数字信号；在高电平电压和低电平电压间切换的装置；以及所述第二设备的输出，用于输出数字信号，其中所述切换装置从所述第一设备的输出端提供给其输入端口该第一设备的高电平电压，用于响应检测到的来自所述第二设备输出端的高电平电压，和提供给所述第一输入设备一低电平电压以响应检测到的来自所述第二设备输出端的低电平电压。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一设备的高电平电压近似为该第一设备的操作电压和所述第二设备的低电平电压近似为该第二设备的地电位。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述切换装置是数字式晶体管。
4.根据权利要求3所述的系统，其中来自所述第二设备到所述数字式晶体管的高电平输入打开晶体管从而连接该输入到所述第二设备的地，和来自所述第二设备到所述数字式晶体管的低电平输入关闭晶体管从而连接该输入到所述第一设备的操作电压。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一设备是一移动电话和所述第二设备是一移动电话辅助设备。
6.根据权利要求1所述的系统，其还包含一连接到其输入端的第二切换装置，用于在所述第一设备的输入/输出端口和UART之间切换，其中在没有设备连接到该输入端时该第二切换装置连接到输入/输出端口而在检测到第二设备连接到该输入端时该开关切换输入到所述UART。
7.一系统连接器，用于连接具有不同操作电压的两个设备，包括第一设备的第一输出端，用于输出该第一设备的操作电压；第一设备的第二输出端，用于输出来自该第一设备的数字信号；以及用于在参考信号和所述数字信号间比较的装置，其中当所述数字信号根据所述第一设备的操作电压是高电平值时该比较器根据所述第二设备的操作电压输出高电平信号，而当所述数字信号根据所述第一设备的操作电压是低电平值时该比较器根据所述第二设备的操作电压输出低电平信号。
8.根据权利要求7所述的连接器，其中所述用于比较的装置是运放并由所述第二设备的操作电压供电。
9.根据权利要求7所述的连接器，其中所述第一设备是一移动电话和所述第二设备是一移动电话辅助设备。
10.系统连接器，提供了运行在第一电压的移动电话和运行在第二电压的辅助设备之间的通信，包括一移动电话输出，用于提供移动电话操作电压；一所述移动电话的三-态输入/输出端口，用于输入数字信号到移动电话和从移动电话输出数字信号；在移动电话操作电压和低电平电压间切换的装置；一辅助设备输出，用于输出数字信号，其中所述切换装置从所述移动电话输出端给所述移动电话输入/输出端口提供所述移动电话操作电压以响应在所述辅助设备输出端检测到的高电平数字信号，和给所述移动电话输入/输出端口提供低电平数字信号以响应在所述辅助设备输出端检测到的低电平数字信号；以及用于在参考信号和来自移动电话的数字信号间比较的装置，其中当从三-态端口的数字信号输出根据移动电话的操作电压是一高电平值时该比较器根据辅助设备的操作电压输出一高电平信号，而当从三-态端口的数字信号输出根据移动电话的操作电压是一低电平值时则根据辅助设备的操作电压输出一低电平信号。
11.根据权利要求10所述的系统连接器，其中所述辅助设备是下述中的一种膝上型计算机，计算机，电池充电器，免提设备，传真机，和调制解调器。
12.系统连接器，用于在两个设备之间提供数字通信，包括第一装置，用于给具有第一操作电压的第一设备提供高电平或低电平数字信号以响应来自运行在第二电压的第二设备的高电平或低电平数字信号；以及第二装置，用于给运行在第二操作电压的所述第二设备提供高电平或低电平数字信号以响应来自运行在第一电压的所述第一设备的相应高电平或低电平数字信号。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一设备是移动电话。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述第二设备是移动电话辅助设备。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一和第二装置放置在辅助设备内。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一和第二装置放置在电话内。
17.一移动电话辅助设备包括第一装置，用于给移动电话提供高电平或低电平数字信号以响应来自辅助设备相应的高电平或低电平数字信号；以及第二装置，用于给辅助设备提供高电平或低电平数字信号以响应来自移动电话相应的高电平或低电平数字信号。
18.根据权利要求17所述的辅助设备，其中所述移动电话和所述辅助设备具有不同的操作电压。
19.根据权利要求18所述的辅助设备，其中所述移动电话具有近似5伏的操作电压和所述辅助设备具有近似3伏的操作电压。
20.一移动电话包括第一装置，用于给移动电话提供高电平或低电平数字信号以响应来自移动电话的辅助设备相应的高电平或低电平数字信号；以及第二装置，用于给辅助设备提供高电平或低电平数字信号以响应来自移动电话相应的高电平或低电平数字信号。
21.根据权利要求20所述的辅助设备，其中所述移动电话和所述辅助设备具有不同的操作电压。
22.根据权利要求21所述的辅助设备，其中所述移动电话具有近似5伏的操作电压和所述辅助设备具有近似3伏的操作电压。
全文摘要
系统连接器用于允许工作在不同操作电压的两个设备间进行数字信号通信。该连接器允许通过每个设备自己的操作电压进行高或低逻辑电平信号的接口而无需复杂的信号电平转换。该系统连接器(225,240)可组合到辅助设备或便携设备内以在两者之间的信号电平接口。该系统连接器提供给运行在第一电压的第一设备(210)高电平或低电平数字信号以响应来自运行在第二电压的第二设备的相应的高电平或低电平数字信号。另外,该系统连接器还可以提供给运行在第二电压的第二设备高电平或低电平数字信号以响应来自运行在第一电压的第一设备的相应的高电平或低电平数字信号。
文档编号H03K19/018GK1242887SQ9718121
公开日2000年1月26日 申请日期1997年10月23日 优先权日1996年11月4日
发明者J·R·鲁布马克, G·C·佩尔森, M·H·汉森 申请人:艾利森电话股份有限公司