CN107943260B

CN107943260B - 半导体设备、控制半导体设备的方法和半导体系统

Info

Publication number: CN107943260B
Application number: CN201710884085.8A
Authority: CN
Inventors: 富永正志
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2023-12-22
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: JP6752675B2; US10346336B2; CN107943260A; US20180101493A1; JP2018063530A

Abstract

本申请涉及半导体设备、控制半导体设备的方法和半导体系统。所公开的发明在于提供一种能够以简单方式访问USB线缆内的内部设备的半导体设备。所公开的是如下半导体设备，其能够耦合到至少一个USB线缆，并且其包括：判定单元，判定是否通过USB线缆检测到对端设备；和控制单元，如果所述判定单元已经判定通过所述USB线缆未检测到对端设备，则向与所述USB线缆内的内部设备耦合的两条信号线中的一条线提供电源电压，并且通过所述信号线中的另一条线实现与所述USB线缆内的内部设备的通信的控制。

Description

半导体设备、控制半导体设备的方法和半导体系统

相关申请的交叉引用

本文通过参考并入2016年10月12日提交的日本专利申请2016-200880的全部公开内容，包括说明书、附图和摘要。

技术领域

本文公开的本发明涉及适于控制USB(通用串行总线)线缆的半导体设备、控制半导体设备的方法和半导体系统。

背景技术

近来，许多电子设备如个人计算机、智能电话和平板电脑终端都配备有USB(通用串行总线)接口。通过USB接口，这些电子设备均可以与另一电子设备执行数据通信，并且可以被来自另一电子设备的电力供电。

在这方面，在日本未审查专利申请公开No.2012-123673(专利文献1)中公开了用于向USB设备供电的配置。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]

日本未审查专利申请公开No.2012-123673

发明内容

与此同时，USB线缆通常被用于与USB设备进行耦合，并且已知其中用于识别的芯片(电标记线缆组件(EMCS))被嵌入在USB线缆中的配置。

为了使USB线缆内的用于识别的芯片工作，以往需要将USB线缆两端的插塞分别放入USB设备。

因此，出现了一个问题，其中，为了允许从耦合到USB线缆的一个插塞的设备访问USB线缆内的用于识别的芯片(内部设备)，必须将对端设备耦合到USB线缆的另一个插塞。

本文公开的本发明是为了解决上述问题，并且其目的在于提供适于以简单方式实现访问USB线缆内的内部设备的半导体设备、控制半导体设备的方法以及半导体系统。

从本说明书和附图的描述中，其他问题和新颖特征将变得显而易见。

根据一个实施例，提供了一种半导体设备，其可与至少一个USB线缆连接，并且包括：判定单元，判定是否通过USB线缆检测到对端设备；以及控制单元，如果所述判定单元已经判定通过所述USB线缆未检测到对端设备，则向与所述USB线缆内的内部设备耦合的两条线中的一条线提供电源电压，并且通过所述两条线中的另一条线执行与所述USB线缆内的内部设备的通信的控制。

根据一个实施例，即使当通过USB线缆未检测到对端设备时，也可以以简单方式访问USB线缆内的内部设备。

附图说明

图1是用于说明基于第一实施例的半导体系统100的配置的图。

图2是表示在基于第一实施例的半导体系统100中使用的USB线缆30的配置的图。

图3是用于说明基于第一实施例的插塞31的配置的图。

图4是用于说明基于实施例的连接器11的内部配置的图。

图5是基于实施例的维护处理的流程图。

图6是用于说明基于实施例的当连接到Rp电阻器时连接器11的内部配置的图。

图7是用于说明基于实施例的向插塞电源线37供给电源电压的示例的图。

图8是表示基于第二实施例的半导体系统100#的配置的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施例进行详细描述。在附图中，相同或类似的部件用相同的附图标记表示，并且不重复其描述。

<A.配置>

<a1.半导体系统100的配置>

图1是用于说明基于第一实施例的半导体系统100的配置的图。

参考图1，半导体系统100包括维护设备10和USB线缆30。

维护设备10配备有连接器11。

<a2.维护设备10和USB线缆30的配置>

图2是用于说明基于第一实施例的维护设备10和USB线缆30的内部配置的图。

如图2所示，维护设备10包括认证芯片12、PD控制器13和USB控制器14。

认证芯片12存储用于与真实产品进行连接的认证数据。

USB控制器14整体地控制维护设备10并控制数据线35。

PD控制器13根据USB控制器14的指令来控制电源线34、端口配置线33和插塞电源线37。

USB线缆30分别在其两端设置有插塞31、32。插塞31被插入到连接器11中。现在，在本示例中，插塞32没有被放在任何USB设备中。因此，维护设备10和USB设备处于未通过USB线缆30耦合的状态。

作为USB线缆30，例如可以使用USB Type-C线缆。

在本示例中，维护设备10可以是源(source)侧设备(提供电源电压的设备)或者宿(sink)侧设备(接收电源电压的设备)。

此外，USB控制器14与外部终端200耦合以允许与其通信。终端200向USB控制器14提供各种指令。在本示例中，终端200通过USB控制器14向PD控制器13提供指令以执行维护处理等。

USB线缆30包括插塞31、32、电源线34、端口配置线33、插塞电源线37、数据线35和接地线36。

端口配置线33包括作为一路或一通路边带信号线的配置通道线CC(以下也称为CC线)。CC线是用于实现源侧设备和宿侧设备之间的通信等的启动线。它在本示例中也用于实现与认证控制器的通信。

插塞电源线37(也称为VCONN线)是向插塞31内设置的用于识别的芯片(内部设备)供电的线。

电源线34由一条或多条线组成。电源线34包括电源线VBUS。电源线VBUS被供给有从电源电压标准内的多个电源电压选择的一个电源电压。也就是说，电源线VBUS选择性地被供给有电源电压之一。

作为示例，根据USB设备之间的功率协定，最大可以向电源线VBUS提供20V和5A的电力。响应于耦合的USB设备的请求，例如，选择5V、12V和20V的电源电压中的一个，并通过电源线VBUS将其提供给USB设备。现在，维护设备10能够以符合标准的5V至20V的范围内以50mV步进设置电压。

数据线35由两条或更多条线组成，并实现USB设备之间的数据通信。数据线35例如是用于USB 2.0通信的D+/D-、用于USB 3.1通信的TX和RX对等。

接地线36由一条或多条线组成并且包括接地线GND。

插塞31包括用于防回流的二极管、认证控制器50和认证芯片40。

插塞32包括用于防回流的二极管、认证控制器60和认证芯片70。

<a3.插塞31的配置>

图3是用于说明基于第一实施例的插塞31的配置的图。

参照图3，在插塞31中设置内部设备。

具体地，插塞包括作为内部设备的认证控制器50(LSI)、认证芯片40、电阻器(Ra)57和开关SWP。

认证芯片40存储用于与真实产品进行连接的认证数据。

电阻器(Ra)57和开关SWP串联耦合在插塞电源线37和接地线36之间。开关SWP由认证控制器50控制。

具体地说，当插塞电源线37未被供给有电源电压时，开关SWP被置于导通(ON)状态中。另一方面，当插塞电源线37被提供有电源电压时，根据来自CPU 55的指令，开关转到非导通(OFF)状态。

认证控制器50基于存储在认证芯片40上的认证数据来执行认证处理。

认证控制器50包括振荡器56、CPU 55、RAM 54、通信单元51、外围块52、存储器53和电阻器57。各个部件通过内部总线互连。

认证控制器50和认证芯片40耦合到插塞电源线37和接地线36，并且可以根据对插塞电源线37的电源电压的供给来控制它们的操作。

振荡器产生认证控制器50的内部时钟。CPU 55整体地控制整个认证控制器50。

RAM 54用作CPU 55的工作存储器，并存储各种必要的数据。

通信单元51耦合到端口配置线33，并且在源侧设备和宿侧设备之间实现发送数据和接收数据。

外围块52实现在其与认证芯片40之间的数据处理。

存储器53存储用于在认证控制器50中执行各种处理操作的程序和数据。

在本示例中，维护设备10与认证控制器50通信，并且作为示例，更新存储在存储器53中的程序。

此外，插塞32也具有与插塞31的配置相同的配置，因此不重复对其配置的详细描述。认证控制器50和认证控制器60具有基本相同的结构。此外，认证芯片40和认证芯片70基本相同。

图4是用于说明基于第一实施例的连接器11的内部配置的图。

如图4所示，连接器11包括开关SW1至SW7(以下也称为开关SW)、电阻器Rp1、Rp2和电阻器Rd1、Rd2。

开关SW1设置在电源和电源线34之间。通过使开关SW1接通，电源线34被供给有电源电压。

开关SW2、SW3在向电源线37(VCONN线)提供电源电压的线上。

开关SW2设置在VCONN1线和电源之间，并根据控制信号VCONN1_DRV设定为导通/非导通。

开关SW3设置在VCONN2线和电源之间，并根据控制信号VCONN2_DRV设定为导通/非导通。

开关SW4与电阻器Rp1串联设置在电源和CC1线之间，并根据控制信号Rp1_en设定为导通/非导通。

开关SW5与电阻器Rd1串联设置在CC1线和接地电压之间，并根据控制信号Rd1_en设定为导通/非导通。

开关SW6与电阻器Rp2串联设置在电源和CC2线之间，并根据控制信号Rp2_en设定为导通/非导通。

开关SW7与电阻器Rd2串联设置在CC12线和接地电压之间，并根据控制信号Rd2_en设定为导通/非导通。

从PD控制器13输出控制开关SW1至SW7的相应控制信号。

CC1线和CC2线之一耦合到端口配置线33，另一个耦合到插塞电源线37。

现在，在初始状态下，开关SWP被设定为导通(ON)状态。

连接器11被设置成可以通过与插塞31的上表面和背侧表面的任何一侧的接触来进行连接。

当连接器11通过与插塞31的上表面接触而进行连接时，CC1线和插塞电源线37耦合。此外，CC2线和端口配置线33耦合。

另一方面，当连接器11通过与插塞31的背侧表面接触而进行连接时，CC1线和端口配置线33耦合。此外，CC2线和插塞电源线37耦合。

根据开关SW的切换，可以通过进行哪个连接的接触来识别插塞31的哪一侧，上表面或背侧表面。

然后，描述维护处理。

图5是基于实施例的维护处理的流程图。

该处理主要由PD控制器13执行。

如图5所示，PD控制器13执行DRP操作(步骤S2)。由USB标准定义的DRP(双角色端口)操作通过使Rd电阻器或Rp电阻器在一定周期内起作用来在源端口操作和宿端口操作之间切换。该操作使其能够检测对端设备和与对端设备进行通信，无论对端设备是通过任何源端口、宿端口还是DRP端口进行耦合。

接下来，PD控制器13判定是否检测到了对端设备(步骤S4)。

如果在步骤S4判定出已经检测到了对端设备(步骤S4为“是”)，则PD控制器13执行其与检测到的对端设备之间的通常处理(步骤S24)，并终止处理(结束)。

否则，如果在步骤S4判定出没有检测到对端设备(步骤S4为“否”)，则PD控制器13判定是否经过了预定时段(步骤S6)。

如果在步骤S6检测到没有检测到对端设备，则PD控制器13返回到步骤S2，并重复上述处理步骤预定时段。

如果在步骤S6中已经经过预定时段(步骤S6为“是”)，则PD控制器13对已连接的设备进行检查(步骤S7)。

具体来说，该步骤经由电阻器(Rp)(Rp电阻器ON)向配置通道线CC1、CC2施加电源电压。

如图6所示，PD控制器13输入控制信号Rp1_2n和Rp2_en(例如“H”电平)并且使相关开关SW导通。

这使得CC1线和CC2线都耦合到电源。耦合到用于插塞31的插塞电源线37的一个CC线通过电阻器57被设置在预定的电压电平。另一个CC线耦合到端口配置线33。

PD控制器13检测CC线的电压电平并检测哪个CC线耦合到插塞电源线37。作为示例，PD控制器13判定是否已经检测到由电阻器Rp和Ra的电阻分割产生的中间电压。

在本示例中，PD控制器检测到CC1线耦合到插塞电源线37。

PD控制器还检测到CC2线耦合到端口配置线33。

再次参考图5，PD控制器13判定是否检测到已连接的设备(步骤S8)。具体而言，如在图6中描述的，PD控制器判定CC1线或CC2线是否被设定在预定的电压电平。

如果CC1线或CC2线被设定在预定电压电平，则PD控制器判定已经检测到已连接的设备。此外，它判定设置在预定电压电平的CC线已经耦合到插塞电源线37，并且另一CC线已经耦合到端口配置线33。

如果在步骤S8已经判定检测到了已连接的设备(步骤S8为“是”)，则PD控制器13向插塞电源线37提供电源电压(步骤S10)。

否则，如果在步骤S8已经判定没有检测到已连接的设备(步骤S8为“否”)，则PD控制器13终止处理(结束)。

如图7所示，PD控制器13输入控制信号VCONN1_DRV(例如“H”电平)，并且使开关SW2导通。

这使得CC1线耦合到电源，并且插塞电源线37被提供有电源电压。

一旦插塞电源线37被提供有电源电压，插塞31内的认证控制器5就启动。一旦该线被提供有电源电压，认证控制器50的所有组件被激活，使得它们可以执行各种功能。

现在，一旦插塞电源线37被提供有电源电压，LSI 50将开关SWP设定在非导通(OFF)状态。这切断了经由电阻器(Ra)57流到接地线36的电流，从而可以降低功耗。

再次参考图5，接下来，PD控制器13发出使用SOP'的设备存在检查命令(步骤S12)。具体而言，PD控制器13通过端口配置线33向认证控制器50发出使用SOP'的设备存在检查命令。

可以使用VDM(供应商定义的消息)格式等来进行PD控制器13和认证控制器50之间的信息交换。通过发送在VDM中定义的供应商特定的数据流并将供应商特定的数据流作为响应发回，实现PD控制器13和认证控制器50之间的相互验证。

作为供应商定义的消息(VDM)，使用指示序列开始的SOP'(报文序列初始化开始)报文。通过端口配置线33，从PD控制器13向认证控制器50发送具有SOP'的设备存在检查命令。

在接收到使用SOP'的设备存在检查命令时，认证控制器50通过端口配置线33将响应信号发送回PD控制器13。

接下来，在步骤S14，PD控制器13判定设备是否存在(步骤S14)。具体地，PD控制器13响应于使用SOP'的设备存在检查命令来判定是否已经接收到响应信号。如果响应于使用SOP'的设备存在检查命令已经接收到响应信号，则PD控制器13判定设备存在。然后，进入下一步骤S16。

如果在步骤S14中判定设备存在(步骤S14为“是”)，则PD控制器13执行维护处理(步骤S16)。具体地说，使用SOP'报文，PD控制器13通过端口配置线33向认证控制器50发送维护所需的数据(维护信息)。认证控制器50从PD控制器13接收维护信息，并执行维护处理。例如，认证控制器50基于维护信息更新存储在存储器53中的信息。作为另一个例子，认证控制器50可以经由外围块52访问认证芯片40，并更新认证芯片40中存在的数据。

该处理使得可以访问设置在USB线缆30内的插塞31中的认证控制器50并且更新认证控制器50的内部数据。

接下来，PD控制器13发出使用SOP”的设备存在检查命令(步骤S18)。具体而言，PD控制器13通过端口配置线33向插塞32内的认证控制器发出使用SOP”的设备存在检查命令。

在接收到使用SOP”的设备存在检查命令时，插塞32内的认证控制器60通过端口配置线33将响应信号发回到PD控制器13。

接下来，在步骤S20中，PD控制器13判定设备是否存在(步骤S20)。具体地，PD控制器13响应于使用SOP”的设备存在检查命令来判定是否已经接收到响应信号。如果响应于使用SOP”的设备存在检查命令而已经接收到响应信号，则PD控制器13判定设备存在。然后，进入下一步骤S22。

如果在步骤S20中判定设备存在(步骤S20为“是”)，则PD控制器13执行维护处理(步骤S22)。具体地说，使用SOP”报文，PD控制器13通过端口配置线33向认证控制器60发送维护所需的数据(维护信息)。认证控制器60从PD控制器13接收维护信息，并执行维护处理。例如，认证控制器60基于维护信息更新存储在存储器53中的信息。作为另一个例子，认证控制器50可以经由外围块52访问认证芯片70，并更新认证芯片70中存在的数据。

然后，PD控制器终止处理(结束)。

通过基于本实施例的方法，即使当对端设备未通过USB线缆30耦合到维护设备10时，也可以访问USB线缆30的插塞31、32中的认证控制器50、60。具体地，检查是否存在已连接的设备，并且如果已经判定存在已连接的设备，则向插塞电源线提供电源电压以激活认证控制器50、60。

然后，PD控制器13通过端口配置线33将维护信息发送给认证控制器50、60，从而使认证控制器50、60执行维护处理。

以这种方式，可以访问USB线缆内的内部设备，并以简单的方式执行维护处理。

现在，在本实施例中，分别描述了两个插塞31、32中都包括认证控制器的配置；然而，在替代配置中，认证控制器可以被包括在任一插塞中。在这种情况下，只会使用SOP'。

此外，在本例中，描述了其中电阻器Rp、Rd和用于控制VBUS线、VCONN线和CC线的开关布置在连接器11内的配置；然而，在替代配置中，这些组件的一部分或全部可以被布置在PD控制器13内。

第二实施例

图8是表示基于第二实施例的半导体系统100#的配置的图。

参考图8，半导体系统100#包括维护设备10#和USB线缆30A、30B。

维护设备10#配备有多个连接器。在本示例中，维护设备10#配备有连接器11A、11B。

维护设备10#包括认证芯片12、PD控制器13#和USB控制器14#。

认证芯片12存储用于与真实产品进行连接的认证数据。

USB控制器14整体地控制维护设备10。

PD控制器13#耦合到各种信号线，并且根据PD控制器13#的指令来驱动各种信号线。

USB线缆30A、30B具有与USB线缆30相同的配置，因此，不重复对其配置的详细描述。

USB线缆30A、30B的插塞31A、31B分别耦合到连接器11A、11B。

在第二实施例中，可以获得对分别包括在耦合到连接器11A、11B的USB线缆30A、30B的插塞31A、31B中的每个认证控制器的并行访问。具体地，检查是否存在已连接的设备，并且如果已经判定已连接的设备存在，则向插塞电源线提供电源电压以激活认证控制器50、60。

然后，PD控制器13#通过端口配置线33将维护信息发送到认证控制器50、60，由此使认证控制器50、60能够执行维护处理。

以这种方式，可以访问多个USB线缆内的内部设备并且以简单的方式执行维护处理。

现在，在本例中，分别描述了插塞31A、32A、31B、32B中都包括认证控制器的配置；然而，在替代配置中，认证控制器可以被包括在任一插塞中。在这种情况下，只使用SOP'。

<其他配置>

在本实施例中，对其中终端200和维护设备10均被独立提供的配置进行了描述。然而，在替代配置中，终端200和维护设备10可以一体地提供。

在本示例中，对于未检测到对端设备的情况，描述了在仅将USB线缆连接到维护设备10的状态下进行维护处理的配置。然而，甚至在对端设备被耦合的情况下，即使在维护设备10在图5中步骤2的DRP操作中由于对端设备的PD控制器的状态(诸如存储器数据被置于初始状态并且电阻器Rp、Rd不能变为有效的状态)而没有检测到对端设备时，维护设备10也可以以相同的方式执行维护处理。

虽然已经基于前述实施例具体描述了本文公开的发明，但是应当理解，本发明不限于所描述的实施例，并且在不脱离本发明的要点的情况下可以对其进行各种修改。

Claims

1.一种能够耦合到至少一个USB线缆以执行维护处理的半导体设备，其中所述半导体设备包括：

判定单元，判定是否通过所述USB线缆检测到对端设备；和

控制单元，如果所述判定单元已经判定通过所述USB线缆未检测到所述对端设备，则向与所述USB线缆内的、具有认证控制器的内部设备耦合的两条线中的一条线提供电源电压，并且通过所述两条线中的另一条线实现与所述USB线缆内的所述内部设备的通信的控制，其中所述认证控制器在所述通信期间与所述判定单元通信连接。

2.根据权利要求1所述的半导体设备，

其中所述控制单元从所述USB线缆内的两条线中检测设置有具有预定电阻的电阻器的线，

其中所述控制单元向与具有预定电阻的所述电阻器耦合的一条线提供电源电压；和

其中所述控制单元通过不与具有预定电阻的所述电阻器耦合的另一条线来实现与所述USB线缆内的所述内部设备的通信的控制。

3.根据权利要求1所述的半导体设备，

其中所述控制单元更新存储在所述内部设备上的信息。

4.根据权利要求1所述的半导体设备，

其中所述内部设备设置在第一连接插塞和第二连接插塞中的至少一个插塞中，所述第一连接插塞和所述第二连接插塞用于与设置在所述USB线缆的两端的每一端处的设备进行耦合。

5.根据权利要求4所述的半导体设备，

其中第一内部设备被设置在所述第一连接插塞中；

其中第二内部设备被设置在所述第二连接插塞中；

其中所述控制单元通过所述另一条线使用第一命令来实现与所述第一内部设备的通信的控制；和

其中所述控制单元通过所述另一条线使用第二命令来实现与所述第二内部设备的通信的控制。

6.根据权利要求4所述的半导体设备，

其中所述半导体设备被设置为能够耦合到多个所述USB线缆，

其中所述判定单元判定是否通过每个所述USB线缆检测到对端设备；和

其中，关于所述判定单元判定已经通过每个所述USB线缆未检测到所述对端设备的每个所述USB线缆，所述控制单元向所述USB线缆内的两条线中的一条线提供电源电压并且通过所述两条线中的另一条线实现与每个所述USB线缆内的内部设备的通信的控制。

7.一种控制半导体设备的方法，所述半导体设备被耦合到至少一个USB线缆以执行维护处理，所述方法包括以下步骤：

利用所述半导体设备的判定单元，判定是否通过所述USB线缆检测到对端设备；

如果判定通过所述USB线缆未检测到所述对端设备，则向与所述USB线缆内的、具有认证控制器的内部设备耦合的两条线中的一条线提供电源电压；和

通过所述两条线中的另一条线实现与所述USB线缆内的所述内部设备的通信的控制，其中所述认证控制器在所述通信期间与所述判定单元通信连接。

8.一种半导体系统，包括：

至少一个USB线缆；和

能够耦合到所述USB线缆以执行维护处理的半导体设备，

所述USB线缆包括：

两条线；和

耦合到所述两条线的内部设备，并且所述内部设备具有认证控制器，

所述半导体设备包括：

判定单元，判定是否通过所述USB线缆检测到对端设备；和

控制单元，如果所述判定单元已经判定通过所述USB线缆未检测到所述对端设备，则向所述两条线中的一条线提供电源电压，并且通过所述两条线中的另一条线实现与所述内部设备的通信的控制，其中所述认证控制器在所述通信期间与所述判定单元通信连接。