具有全双工差分对的usb接口上的以太网的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明实施例一般涉及计算机联网，并且尤其涉及在USB接口上提供以太网通信。
[0002]相关技术背景
[0003]用于连接计算机、外部外围设备以及网络的各种接口标准被采用来提供简单的高速连通性。例如，通用串行总线(USB)是通常用于将计算机(诸如PC和膝上型计算机)连接到各种各样的外围设备(诸如，鼠标、键盘、打印机、闪存驱动器以及类似物等)的高速串行总线协议，而以太网协议是用于在局域网(LAN)和广域网(WAN) 二者中连接计算机的联网标准。
[0004]更具体地，USB协议已被开发以为PC用户提供用来将极广范围的多样化外围设备连接到他们的电脑的增强且易用的接口。USB的开发最初是为膝上型计算机考虑所驱使的，其极大地受益于小外形的外围设备连接器。此外，USB设备是热插拔的，这意味着它们可以被连接到PC或者从PC断开连接而不要求PC关闭电源。
[0005]以太网协议(被包含在IEEE 802.3系列标准中)允许若干种不同介质(包括，例如，同轴电缆、双绞电缆(例如，CAT-5和CTA-6电缆)，以及光纤缆线)上的以太网通信。以太网经由介质接入控制(MAC)层处的网络接入并通过共有寻址格式定义了用于物理层(PHY)的数种布线和信令标准。MAC层是七层开放系统互连(OSI)模型中规定的数据链路层的子层，并且担当逻辑链路控制(LLC)子层与网络的物理(PHY)层之间的接口。
[0006]对于许多主机设备(诸如PC)而言，以太网技术被嵌入在该设备的主板内，从而使得该主机设备可以很容易地经由附连到该设备中所提供的以太网端口的以太网电缆来连接到以太网。例如，许多现代以太网端口包括与以太网双绞电缆(例如，CAT-5和CAT-6电缆)配对的RJ 45连接器。然而，由于相对于较小的计算设备(诸如，超薄笔记本计算机、智能电话和平板计算机)而言以太网端口的形状因子相对较大，因此这些较小的计算设备中有许多都不包括与以太网电缆配对的以太网端口。
[0007]对于不包括以太网端口的主机设备来说，可以使用该设备的USB端口(其比RJ 45端口小得多)来提供以太网功能性。对于此类设备，用户可以将USB到以太网适配器附连到该设备的可用USB端口之一来为该设备提供以太网功能性。在操作中，这些USB到以太网适配器提供了主机设备的USB端口与该适配器的以太网端口之间的接口，以太网网络可以使用以太网电缆(诸如CAT-5电缆)来被连接到该以太网端口。
[0008]虽然在允许主机设备使用其USB端口(例如，而非以太网端口 )连接到以太网网络方面是有效的，但是常规的USB到以太网适配器可能是昂贵的，可能消耗大量功率，并且可能包括复杂的电路组件阵列。例如，常规的USB到以太网适配器一般包括用以与主机设备的USB端口通信的USB控制器、用以经由该适配器的以太网端口来与以太网电缆通信的以太网PHY、以及用以促成该适配器的USB控制器与以太网PHY之间的通信的以太网MAC。对于此类系统，该主机设备一般包括经由USB控制器耦合到其USB端口的以太网MAC。
[0009]由此，需要消耗更少功率、采用更少电路系统并且允许更大吞吐量的具有更小形状因子的USB到以太网适配器和相关的主机设备架构。
[0010]SM
[0011]公开了允许主机设备使用经由USB端口和USB连接(例如，USB电缆)提供的以太网通信或USB通信来与外部设备通信的系统和方法。对于一些实施例，该主机设备包括用于生成要传送到外部设备的数据的处理器、耦合到该处理器的以太网介质接入控制(MAC)电路、耦合到该处理器的USB控制器、经由该USB连接耦合到该外部设备的USB端口，以及包括耦合到该USB端口的第一端子以及响应于模式选择信号耦合到该以太网MAC电路或该USB控制器的第二端子的收发机。该主机设备还可以包括响应于确定该外部设备是USB设备还是以太网设备而生成该模式选择信号的检测电路。
[0012]对于至少一些实施例而言，该收发机形成了 USB 3.0兼容接口的一部分，并且包括至少两个差分晶体管对以经由USB连接提供该主机设备和该外部设备之间的全双工信令。对于至少一个实施例而言，该收发机包括提供与根据USB 2.0协议通信的旧式设备的后向兼容性的第三差分对。
[0013]对于一些实施例，若外部设备被确定为是USB设备，那么模式选择信号被驱动到可以使得该主机设备进入USB操作模式的第一状态。在USB操作模式中，该选择电路将把该收发机耦合到USB控制器并且将该收发机从以太网MAC电路解耦。此后，该收发机将作为USB兼容收发机来操作以经由USB端口在该主机设备的USB控制器与该外部设备之间交换USB信号。
[0014]相反，若外部设备被确定为是以太网设备，那么模式选择信号被驱动到可以使得该主机设备进入以太网操作模式的第二状态。在以太网操作模式中，该选择电路将该收发机耦合到以太网MAC电路并且将该收发机从USB控制器解耦。此后，该收发机将作为MAC侧介质无关接口来操作以经由USB端口在该主机设备的以太网MAC电路与该外部设备之间交换以太网信号。以此方式，在该外部以太网设备上提供的PHY侧介质无关接口可以与该主机设备上提供的收发机一起操作以提供促成该主机设备上提供的以太网MAC电路与该外部以太网设备上提供的以太网PHY电路之间的信号交换的串行千兆位介质无关接口。结果，该外部以太网设备可以不包括任何USB控制器或者以太网MAC电路，藉此减小了该外部以太网设备的面积和功耗。
[0015]进一步，该主机设备可以不包括任何以太网PHY电路系统，并且该主机设备可以为以太网通信执行8B/10B编码功能(例如，与在外部以太网设备上执行8B/10B编码功能正相反)。此外，使用该主机设备的USB 3.0兼容接口的部分作为用于以太网通信的介质无关接口也可以增加吞吐量，因为以太网信号是经由USB连接从主机设备直接传送到外部设备的(例如，与将以太网数据转换成USB信号以供传输到外部设备并接着在该外部设备中将这些信号转换成以太网数据正相反)。
[0016]对于至少一个另外的实施例而言，该收发机形成了另一类型的接口(例如，PCI类型接口)的一部分，并且包括至少两个差分晶体管对以经由该USB连接来提供该主机设备与该外部设备之间的全双工信令。
[0017]附图简沐
[0018]本发明各实施例是作为示例来解说的，且不旨在受附图中各图的限定，其中:
[0019]图1是以太网络设备的框图。
[0020]图2是根据一些实施例的计算机系统的框图；
[0021]图3A是作为图2的外部设备的一个实施例的解说性USB设备的框图；
[0022]图3B是作为图2的外部设备的另一个实施例的解说性USB到以太网适配器的框图；
[0023]图4是根据一些实施例的描绘图2的系统的示例性操作的流程图；
[0024]图5A是图2的计算机系统在被配置成在USB模式中操作时的简化功能框图；以及
[0025]图5B是图2的计算机系统在被配置成在以太网模式中操作时的简化功能框图。
[0026]相同的附图标记贯穿全部附图指示对应的部件。
[0027]详细描沐
[0028]在以下详细描述中，将阐述众多具体细节来提供对本公开的透彻理解。同样，在以下描述中并且出于解释目的，阐述了具体的命名以提供对本发明各实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将明显的是，可以不需要这些具体细节就能实践本发明各实施例。在其他实例中，以框图形式示出公知的电路和设备以避免混淆本公开。如本文所使用的，术语“耦合”意指直接连接到、或通过一个或多个居间组件或电路来连接。进一步，术语“协议”和“标准”是指由适用的协议或标准支配的通信，并且由此出于本公开的目的是可交换的。本文所描述的各种总线上所提供的任何信号可以与其他信号进行时间复用并且在一条或多条共用总线上提供。另外，各电路元件或软件块之间的互连可被示为总线或单信号线。每条总线可替换地是单信号线，而每条单信号线可替换地是总线，并且单线或总线可表示用于各组件之间的通信的大量物理