(57)【要約】ＵＳＢアップストリームデバイスをＵＳＢから挿抜する際、ハイインピーダンス状態の信号線に起因する誤動作を防止して、安定動作を行うＵＳＢアップストリームデバイス、ＵＳＢコネクタ、及びＵＳＢケーブルを提供することを目的とする。ＵＳＢアップストリームデバイス１では信号線Ｄ−と接地電圧との間にスイッチ回路１１が備えられる。ＵＳＢに接続されるとＶＢＵＳ線を介して電源が供給され、スイッチ回路１１が非導通となって信号線Ｄ−が接地電圧と切り離される。ＵＳＢから切り離されると、ＶＢＵＳ線を介する電源供給が遮断され、スイッチ回路１１が導通状態となる。信号線Ｄ−が接地電圧に接続される放電径路が確立され、漏れ電流等の不要電荷は、スイッチ回路１１を介して接地電圧に放電される。ＵＳＢからの切り離し状態において、信号線Ｄ−の電圧レベルは低い電圧レベルに維持される。
2004095250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＳＢケーブルにおける信号線のうち、第１信号線にプルアップ素子が接続された状態で情報伝送が行われる伝送モードを備えるＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、
ＵＳＢに非接続の場合に導通して第２信号線をプルダウンする、第１スイッチを備えることを特徴とするＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項２】
前記第１スイッチの導通により確立される第１プルダウン径路には、第１プルダウン素子を備えることを特徴とする請求項１に記載のＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項３】
前記第１スイッチは、ＵＳＢケーブルにより供給されるＶＢＵＳ信号に応じて制御されることを特徴とする請求項１または２に記載のＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項４】
前記伝送モードは、ロースピード伝送モードまたはフルスピード伝送モードであることを特徴とする請求項１乃至３の少なくとも何れか１項に記載のＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項５】
ＵＳＢケーブルにおける信号線のうち、第１信号線にプルアップ素子が接続された状態で情報伝送が行われる第１伝送モードを備えるＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、
第２信号線をプルダウンする第２プルダウン素子を備えることを特徴とするＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項６】
前記第２プルダウン素子を介する第２プルダウン経路に第２スイッチを備え、
前記第２スイッチは、ＵＳＢに非接続の状態、および非接続の状態から前記第２信号線が接続されるまでの状態を含んだ期間において、導通することを特徴とする請求項５に記載のＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項７】
前記プルアップ素子を介するプルアップ径路に第３スイッチを備え、
前記第３スイッチを非導通として情報伝送が行われる第２伝送モードにおいて、前記第２スイッチは非導通とされることを特徴とする請求項６に記載のＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項８】
前記第２および第３スイッチは、各々、前記第１および第２信号線に接続され、前記第１および第２信号線に対して互いに等価な負荷を構成することを特徴とする請求項７に記載のＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項９】
前記第１伝送モードはロースピード伝送モードまたはフルスピード伝送モードであり、前記第２伝送モードはハイスピード伝送モードであることを特徴とする請求項５乃至８の少なくとも何れか１項に記載のＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項１０】
第１信号線に接続される第３プルダウン素子と、
第２信号線に接続される第４プルダウン素子とを備えることを特徴とするＵＳＢコネクタ。
【請求項１１】
前記第３および第４プルダウン素子は、前記第１および第２信号線に対して互いに等価な負荷を構成することを特徴とする請求項１０に記載のＵＳＢコネクタ。
【請求項１２】
第１信号線に接続される第３プルダウン素子と、
第２信号線に接続される第４プルダウン素子とを備えることを特徴とするＵＳＢケーブル。
【請求項１３】
前記第３および第４プルダウン素子は、前記第１および第２信号線に対して互いに等価な負荷を構成することを特徴とする請求項１２に記載のＵＳＢケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ＵＳＢアップストリームデバイス、ＵＳＢコネクタ、およびＵＳＢケーブルに関するものであり、特に、ＵＳＢアップストリームデバイスのＵＳＢからの挿抜時やノイズ環境においても、安定動作を行うことが可能なＵＳＢアップストリームデバイス、ＵＳＢコネクタ、およびＵＳＢケーブルに関するものである。
【背景技術】  非特許文献１に開示されているユニバーサルシリアルバス（以下、ＵＳＢと略記する。）では、電源投入状態でのＵＳＢへのＵＳＢ周辺機器（ＵＳＢアップストリームデバイス）の挿抜が可能である。また、ＵＳＢアップストリームデバイスにおける信号線Ｄ＋、Ｄ−の終端状態に応じて、ホストコントローラやハブコントローラ（ＵＳＢダウンストリームデバイス）とのデータ伝送速度を識別することができる。すなわち、何れか一方の信号線Ｄ＋またはＤ−をプルアップ状態にしておくことにより、ＵＳＢアップストリームデバイスに対するデータ伝送速度が識別可能となる。
具体的には第７図に示すように、信号線Ｄ＋がプルアップされているＵＳＢアップストリームデバイスは、フルスピードデバイスとして認識される。また第８図に示すように、信号線Ｄ−がプルアップされているＵＳＢアップストリームデバイスは、ロースピードデバイスとして認識される。
先行技術文献を以下に示す。
【非特許文献１】        “ユニバーサルシリアルバス仕様書（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１２年４月２７日（Ａｐｒｉｌ  ２７，２０００）、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｕｓｂ．ｏｒｇ／ｄｅｖｅｌｏｐｅｒｓ／ｄａｔａ／ｕｓｂ＿２０．ｚｉｐ＞
しかしながら、ＵＳＢでは、ハイインピーダンス状態として規定されている何れか一方の信号線Ｄ−またはＤ＋が、動作状況によっては意図しない電圧レベルに変動してしまう場合がある。この電圧変動に伴い、ＵＳＢダウンストリームデバイスやＵＳＢアップストリームデバイスが通信状況を誤認識するおそれがあり問題である。具体的には以下の３つの問題が発生するおそれがある。
第１の課題は、データ伝送速度を誤認識してしまうという課題である（第９図、参照）。ＵＳＢアップストリームデバイスは半導体装置で構成されることが一般的であり、信号線Ｄ＋、Ｄ−は半導体装置の端子に接続される。半導体装置内にはＰＮ接合が存在するが、ＰＮ接合は逆バイアスされている状態においても漏れ電流が流れることが知られている。この漏れ電流が端子を介して、ＵＳＢアップストリームデバイスに接続されているＵＳＢケーブルに流れ出る場合、ハイインピーダンス状態として規定されている信号線Ｄ−またはＤ＋の寄生容量に充電されることとなる。通常、ＵＳＢアップストリームデバイスにはＵＳＢケーブルが接続されているので、十分な充電時間が経過した場合には、ハイインピーダンス状態に規定されている信号線Ｄ−またはＤ＋は、寄生容量に電荷が蓄積されてしまうことがある。
この状態でＵＳＢケーブルがＵＳＢダウンストリームデバイスに接続されると、ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−またはＤ＋に蓄積されている電荷は、ホストコントローラに備えられているプルダウン抵抗素子ＲＨｐｄを介して放電される。この放電電流がプルダウン抵抗素子ＲＨｐｄを流れることにより、ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−またはＤ＋にはハイレベルの電圧パルスノイズが発生する。ＵＳＢコネクタの接続の仕方によっては信号線Ｄ＋、Ｄ−の接続に時間差が生じ、プルアップされている信号線Ｄ＋またはＤ−がＵＳＢダウンストリームデバイスに接続されてハイレベルが検出される本来の動作に先行して、ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−またはＤ＋でのハイレベルのノイズが検出されてしまう場合がある。ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−またはＤ＋がプルアップされていると誤認識されてしまい、ＵＳＢアップストリームデバイスのデータ伝送能力が誤って認識されてしまい問題である。
第９図では、プルアップされている信号線Ｄ＋がＵＳＢダウンストリームデバイスに接続されることに応じて、信号線Ｄ＋がハイレベルであることが検出されることによりフルスピードデバイスであると認識されるべきところ、ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−の接続が先行して蓄積電荷がＵＳＢダウンストリームデバイスのプルダウン抵抗素子ＲＨｐｄを介して放電されることにより、信号線Ｄ−ハイレベルのノイズを検出してロースピードデバイスであるとの誤認識がされる状態を示している。信号線が入れ替われば、ロースピードデバイスをフルスピードデバイスであると誤認識する場合があることは言うまでもない。
第２の課題は、動作中のＵＳＢアップストリームデバイスの切り離しにおいてサスペンド機能が動作しないという課題である（第１０図、参照）。ＵＳＢからＵＳＢアップストリームデバイスを切り離す場合、データ伝送のないアイドル状態において切り離せば、ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−またはＤ＋の電圧レベルは、ローレベルから徐々に上昇していく。ＵＳＢアップストリームデバイスに備えられるサスペンド機能は、アイドル状態を基準としてこの電圧レベルの遷移を検出することにより動作してＵＳＢアップストリームデバイスを省電力モードに移行するものである。
このため、データ伝送中に切り離してしまうと、ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−またはＤ＋の電圧レベルが不定となる場合もある。ＵＳＢアップストリームデバイスがアイドル状態を認識できない状態で切り離されてしまうこととなり、サスペンド機能が正常に動作できないことも考えられ、切り離した後のＵＳＢアップストリームデバイスの消費電流を低減できず問題である。特に、ＵＳＢアップストリームデバイスがデジタルカメラ等の携帯機器である場合、バッテリーの消耗が早くなってしまい使用上問題である。
第３の課題は、信号遷移時の波形の乱れやノイズの混入により意図しない信号状態が発生するという課題である（第１１図、参照）。ＵＳＢにおいて一般的に使用されている規格では、ＪまたはＫ状態については、信号線Ｄ＋、Ｄ−間に信号線Ｄ＋またはＤ−をハイ側として２００ｍＶ以上の電位差が要求されている。他方、ＳＥ０またはＳＥ１状態については、信号線Ｄ＋、Ｄ−が共に所定電圧以下または以上であることが要求されている。ＪまたはＫ状態では、信号線Ｄ＋、Ｄ−間の差動電圧が規格として定められ、ＳＥ０またはＳＥ１状態では、信号線Ｄ＋、Ｄ−自体の電圧が規格として定められている。このため、差動電圧に関する規格と信号線の電圧レベルに関する規格とが共に成立してしまう場合があり、信号線Ｄ＋、Ｄ−における電圧レベルによっては、複数の信号状態が認識されてしまう場合がある。特に、信号遷移時のオーバーシュートやノイズの混入による電圧レベルのずれにより複数の信号状態有してしまう場合があり問題である。
一例として、フルスピード設定である場合のパケット終了（ＥＯＰ）時の信号線Ｄ＋、Ｄ−の遷移状態を第１１図に示す。Ｋ状態からＳＥ０状態に移行する際、ハイレベルの信号線Ｄ−がローレベルに遷移する。信号線Ｄ−はハイインピーダンス状態であるため、信号遷移に伴い信号線Ｄ−にはオーバーシュートやノイズによる電圧変動が発生する場合がある。この電圧変動により信号線Ｄ−が信号線Ｄ＋に対して２００ｍＶ以上の低い電圧レベルに振れてしまうと、信号線Ｄ＋、Ｄ−がＳＥ０状態にありながらＪ状態とも認識されてしまうこととなる
Ｊ状態と誤認識されてしまうと、不要なビットデータとして認識されてしまうこととなり誤動作を発生するおそれもあり問題である。またＳＥ０状態の継続期間が短縮されて検出されることから、短縮されてしまう期間によってはパケット終了（ＥＯＰ）を正しく認識できないことも考えられる。パケット終了（ＥＯＰ）が正しく認識できないことによるパケットエラー等の誤判断が発生してしまい問題である。
特に、パーソナルコンピュータの前面パネルまでＵＳＢケーブルを引き回して配置する等により、ＵＳＢケーブル長が長くなってしまう場合に、ケーブルの配線インピーダンスが大きくなってしまい、その他の機器との組み合わせによっては上記の誤動作や誤判断が顕著となってしまうおそれもある。
こうしたオーバーシュートやノイズは各々の機器の組み合わせやケーブル配線の引き回しなどによって様々に変化し、その影響を予測することは困難である。ＵＳＢを安定した動作環境にて提供することができず問題である。
本発明は前記従来技術の課題の少なくとも１つを解消するためになされたものであり、ＵＳＢアップストリームデバイスをＵＳＢから挿抜する際、ＵＳＢアップストリームデバイスにおいてデータ伝送モードに応じてハイインピーダンス状態として規定されている信号線に起因する誤動作を防止して、ＵＳＢからの挿抜時やノイズ環境においても安定動作を行うことが可能なＵＳＢアップストリームデバイス、ＵＳＢコネクタ、およびＵＳＢケーブルを提供することを目的とする。
【発明の開示】
前記目的を達成するために、請求項１に係るＵＳＢアップストリームデバイスは、ＵＳＢケーブルにおける信号線のうち、第１信号線にプルアップ素子が接続された状態で情報伝送が行われる伝送モードを備えており、ＵＳＢに非接続の場合に導通して第２信号線をプルダウンする、第１スイッチを備えることを特徴とする。
請求項１のＵＳＢアップストリームデバイスでは、第１信号線にプルアップ素子が接続されて情報伝送が行われるところ、ＵＳＢに接続されていない場合には、第１スイッチが導通して第２信号線がプルダウンされる。
ここで、ＵＳＢダウンストリームデバイスとは、ＵＳＢにおけるホストコントローラまたはハブコントローラを意味し、ＵＳＢアップストリームデバイスとは、ＵＳＢに接続される周辺機器を言う。
これにより、ＵＳＢから切り離されたＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、漏れ電流等により第２信号線の寄生容量が充電されて、第２信号線の電位が上昇してしまうことを防止することができる。第１信号線がプルアップされて行われる伝送モードにおいて、ハイインピーダンス状態として定義される第２信号線が意図しない電圧レベルに充電されてしまい、ＵＳＢに接続される際、ＵＳＢダウンストリームデバイスのプルダウン抵抗に異常電流が流れることに起因してＵＳＢアップストリームデバイスの伝送能力が誤判断されてしまうことはない。
更に、データ伝送中にＵＳＢから切り離されてしまう場合にも、切り離しの後、直ちに第２信号線がプルダウンされるため、ＵＳＢアップストリームデバイスは、第１および第２信号線をアイドル状態として認識することができる。サスペンド機能が正常に動作して、ＵＳＢアップストリームデバイスは正常にサスペンド状態となり低消費電力状態に移行することができる。データ伝送途中にＵＳＢから切り離される可能性のある用途に適用すれば特に有効である。
また、請求項２に係るＵＳＢアップストリームデバイスは、請求項１に記載のＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、第１スイッチの導通により確立される第１プルダウン径路には、第１プルダウン素子を備えることを特徴とする。
請求項２のＵＳＢアップストリームデバイスでは、第１スイッチが導通して確立される第１プルダウン径路に流れる電流は、第１プルダウン素子により所定電流以下に制限される。これにより、第２信号線のプルダウン開始時に大電流が流れることはなく、これに伴うノイズの発生が抑えられる。
このとき、第１スイッチは、ＵＳＢケーブルにより供給されるＶＢＵＳ信号に応じて制御されることが好ましい。ＶＢＵＳ信号は、ＵＳＢアップストリームデバイスに電源がない場合に供給される電源である。ＶＢＵＳ信号の電圧レベルの遷移をもってＵＳＢからの挿抜を検出することができ、これに応じて第１スイッチの導通状態を制御することができる。
また、請求項５に係るＵＳＢアップストリームデバイスは、ＵＳＢケーブルにおける信号線のうち、第１信号線にプルアップ素子が接続された状態で情報伝送が行われる第１伝送モードを備えるＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、第２信号線をプルダウンする第２プルダウン素子を備えることを特徴とする。
請求項５のＵＳＢアップストリームデバイスでは、第１信号線にプルアップ素子が接続されて情報伝送が行われるところ、第２信号線には、第２プルダウン素子が備えられてプルダウンされる。
これにより、上記請求項１の場合と同様に、漏れ電流等により第２信号線の寄生容量が充電されて、第２信号線の電位が上昇してしまうことを防止することができ、ＵＳＢに接続する際、ＵＳＢアップストリームデバイスの伝送能力が誤判断されてしまうことはない。また、データ伝送中にＵＳＢから切り離されてしまう場合にも、切り離しの後、直ちに第２信号線がプルダウンされるため、第１および第２信号線はアイドル状態として認識され、ＵＳＢアップストリームデバイスは正常にサスペンド状態に移行することができる。
加えて、第１伝送モード期間中も、第２信号線はプルダウン電圧レベルに接続されているため、信号レベルの遷移や周囲環境の変化に関わらず第２信号線でのオーバーシュートやノイズの発生を抑制することができる。第２信号線の信号レベルの変動を抑制することができ、信号状態の誤判断を防止することができる。
機器の組み合わせやＵＳＢケーブルの引き回しなどによって様々に変化する使用環境に関わらず、第２信号線のオーバーシュートやノイズを抑制することができ、ＵＳＢケーブルにより接続されるＵＳＢアップストリームデバイスを安定して動作させることができる。
ここで、本来ハイインピーダンス状態とされる第２信号線がプルダウンされるため、第２プルダウン素子による第２信号線のプルダウン状態は、ＵＳＢケーブルを介してＵＳＢアップストリームデバイスに情報伝送するＵＳＢダウンストリームデバイスの信号線駆動能力に影響のない範囲に設定する必要がある。例えば、第２プルダウン素子が抵抗素子である場合、ＵＳＢダウンストリームデバイスによるハイ側の駆動能力が、抵抗素子によるプルダウンに抗して第２信号線をハイレベルに維持できることが必要である。
また、請求項６に係るＵＳＢアップストリームデバイスは、請求項５に記載のＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、第２プルダウン素子を介する第２プルダウン経路に第２スイッチを備え、第２スイッチは、ＵＳＢに非接続の状態、および非接続の状態から第２信号線が接続されるまでの状態を含んだ期間において、導通することを特徴とする。
これにより、少なくともＵＳＢアップストリームデバイスとＵＳＢとの接続が確実に行われるまでは、第２スイッチが導通し第２信号線がプルダウンされており、ＵＳＢからの挿抜時の過渡状態において第２信号線の電圧レベルが不安定となることはない。
特に、ＵＳＢケーブルの接続は、ＵＳＢコネクタの所定の接合部がデバイスに接続されることにより検出することができるが、接合部ごとに長さが異なることにより、デバイスへの接続に時間差が生じてしまう場合がある。このとき、先に接続される接合部の検出により第２スイッチを非導通にしてしまうと、第２信号線の接合部長が短く後に接続される場合、第２信号線が接続されるまでの間、第２信号線がハイインピーダンス状態に置かれ電圧レベルが安定しなくなるおそれがある。ＵＳＢへの非接続の状態、および非接続の状態から第２信号線が接続されるまでの状態を含んだ期間において第２スイッチを導通することにより、この不安定期間を解消することができる。
また、請求項７に係るＵＳＢアップストリームデバイスは、請求項６に記載のＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、プルアップ素子を介するプルアップ径路に第３スイッチを備え、第３スイッチを非導通として情報伝送が行われる第２伝送モードにおいて、第２スイッチは非導通とされることを特徴とする。
請求項７のＵＳＢアップストリームデバイスでは、第３スイッチを導通制御することにより、第１信号線にプルアップ素子が接続される第１転送モードと、接続されない第２伝送モードとを切り替え可能に備えており、第２伝送モードで情報伝送が行われる場合に、第２スイッチを非導通として第２信号線をプルダウンしない。
第２および第３スイッチを共に導通して、第１信号線をプルアップする第１伝送モードにおいて第２信号線をプルダウンすると共に、第２および第３スイッチを共に非導通として、第１および第２信号線をプルアップおよびプルダウンしないで、第２伝送モードを行うことができる。
また、請求項８に係るＵＳＢアップストリームデバイスは、請求項７に記載のＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、第２および第３スイッチは、各々、第１および第２信号線に接続され、第１および第２信号線に対して互いに等価な負荷を構成することを特徴とする。
請求項８のＵＳＢアップストリームデバイスでは、第１および第２信号線には、第２および第３スイッチを介して、第２プルダウン素子およびプルアップ素子が接続される。このとき、第２および第３スイッチは、第１および第２信号線に対して等価な負荷となる。これにより、第２および第３スイッチが共に非導通とされる第２伝送モードにおいて、第１および第２信号線の負荷はバランスされ、情報伝送を安定して行うことができる。
また、請求項１０に係るＵＳＢコネクタ、または請求項１２に係るＵＳＢケーブルは、第１信号線に接続される第３プルダウン素子と、第２信号線に接続される第４プルダウン素子とを備えることを特徴とする。このとき、第３および第４プルダウン素子は、第１および第２信号線に対して互いに等価な負荷を構成することが好ましい。
これにより、ＵＳＢアップストリームデバイスを変更することなく、ＵＳＢコネクタまたはＵＳＢケーブルの第１および第２信号線に、第３および第４プルダウン素子を備えるという簡便な構成により、ＵＳＢからの挿抜時やノイズ環境においても、安定した情報伝送を行うことができる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、第１実施形態の要部回路図である。
第２図は、ＵＳＢコネクタの接合ピンの長さを示す図で割る。
第３図は、第２実施形態の要部回路図である。
第４図は、第３実施形態の要部回路図である。
第５図は、第４実施形態の要部回路図である。
第６図は、第５実施形態の要部回路図である。
第７図は、従来技術におけるフルスピード伝送モードのＵＳＢを示す図である。
第８図は、従来技術におけるロースピード伝送モードのＵＳＢを示す図である。
第９図は、従来技術における第１の課題を示す波形図である。
第１０図は、従来技術における第２の課題を示す波形図である。
第１１図は、従来技術における第３の課題を示す波形図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明のＵＳＢアップストリームデバイス、ＵＳＢコネクタ、およびＵＳＢケーブルについて具体化した第１乃至第５実施形態を第１図乃至第６図に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下の説明においては、ＵＳＢの伝送モードとしてフルスピード伝送モードを中心にして説明する。
第１図には、本発明の第１実施形態をＵＳＢアップストリームデバイスに適用する場合の回路図を示す。ＵＳＢアップストリームデバイス１では、信号線Ｄ＋と電源電圧との間にプルアップ抵抗ＲＰｐｕが備えられ、信号線Ｄ−と接地電圧との間にスイッチ回路１１が備えられている。スイッチ回路１１は、例えば、ＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとのソース端子およびドレイン端子が互いに接続されて構成される、いわゆるトランスファゲートを使用することができる。ＰＭＯＳトランジスタのゲート端子にはＶＢＵＳ線が入力され、ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子にはＶＢＵＳ線からインバータゲート１３を介して反転された反転信号が入力される。
ＵＳＢアップストリームデバイス１がＵＳＢに接続されると、ＵＳＢケーブル内のＶＢＵＳ線を介して電源が供給される。マウス等の自立して電源供給線を有していないデバイスに電源を供給するための電源である。ＵＳＢアップストリームデバイス１では、ＶＢＵＳ線に供給される電源電圧が、ハイレベル信号としてＰＭＯＳトランジスタのゲート端子に供給されると共に、インバータゲート１３により反転されたローレベル信号としてＮＭＯＳトランジスタのゲート端子に供給される。ＰＭＯＳ／ＮＭＯＳトランジスタは共に非導通となり、スイッチ回路１１が非導通となって信号線Ｄ−が接地電圧と切り離されてハイインピーダンス状態となる。他方、信号線Ｄ＋はプルアップ抵抗ＲＰｐｕによりプルアップ状態である。
ＵＳＢアップストリームデバイス１では、信号線Ｄ＋がプルアップ状態に維持されているところ、ＵＳＢに接続されることにより信号線Ｄ−がハイインピーダンス状態とされ、フルスピード伝送モードでの情報伝送が行われる。
ＵＳＢから切り離されると、ＶＢＵＳ線を介する電源供給が遮断される。ＵＳＢアップストリームデバイス１においてＶＢＵＳ線が低い電圧レベルとなり、ローレベル信号としてＰＭＯＳトランジスタのゲート端子に供給されると共に、インバータゲート１３により反転されたハイレベル信号としてＮＭＯＳトランジスタのゲート端子に供給される。ＰＭＯＳ／ＮＭＯＳトランジスタは共に導通してスイッチ回路１１が導通状態となり、信号線Ｄ−が接地電圧に接続される放電径路が確立される。ＵＳＢアップストリームデバイス１内部で信号線Ｄ−に漏れ出てくる漏れ電流や、信号線Ｄ−の配線容量に蓄積されている不要電荷は、スイッチ回路１１を介して接地電圧に放電されることとなる。この結果、ＵＳＢからの切り離し状態において、信号線Ｄ−の電圧レベルは低い電圧レベルに維持される。
ここで、ＵＳＢケーブルが、ＵＳＢアップストリームデバイス１とは接続されたまま相手先のデバイスであるＵＳＢダウンストリームデバイス側でＵＳＢコネクタが切り離される場合、ＵＳＢコネクタからＵＳＢケーブルを含んだ長大な配線がＵＳＢアップストリームデバイス１の信号線Ｄ−として接続されることとなり、信号線Ｄ−には多大な配線容量が接続されることとなる。第１実施形態では、信号線Ｄ−は、スイッチ回路１１を介して接地電圧に接続されるため、配線容量の多寡にかかわらず信号線Ｄ−を有効に低い電圧レベルに維持することができる。
以上説明したように第１実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス１によれば、ＵＳＢダウンストリームデバイスとＵＳＢアップストリームデバイス１とがＵＳＢケーブルで接続され、ＵＳＢアップストリームデバイス１にＶＢＵＳ線を介して電源が供給される場合に、信号線Ｄ−がハイインピーダンス状態となる。信号線Ｄ＋がプルアップ状態であることと合わせＵＳＢアップストリームデバイス１をフルスピード伝送モードとすることができる。
ＵＳＢコネクタが、ＵＳＢアップストリームデバイス１側またはＵＳＢダウンストリームデバイス側の少なくとも何れか一方で切り離されることにより、ＶＢＵＳ線からの電源供給が遮断されるとスイッチ回路１１が導通して、信号線Ｄ−と接地電圧とが接続される。信号線Ｄ−への漏れ電流を有効に放電することができ、信号線Ｄ−の電圧レベルを低い電圧レベルに維持することができる。
ＵＳＢから切り離されたＵＳＢアップストリームデバイス１において、第２信号線の一例である信号線Ｄ−の寄生容量が、漏れ電流等により充電されて電位が上昇してしまうことを防止することができる。第１信号線の一例である信号線Ｄ＋がプルアップされるフルスピード伝送モードにおいて、ハイインピーダンス状態として定義される信号線Ｄ−が意図しない電圧レベルに充電されてしまい、ＵＳＢに接続される際、ＵＳＢダウンストリームデバイスのプルダウン抵抗に異常電流が流れることに起因してＵＳＢアップストリームデバイス１の伝送能力が誤判断されてしまうことはない。
更に、データ伝送中にＵＳＢから切り離されてしまう場合にも、切り離しの後、直ちに信号線Ｄ−がプルダウンされるため、ＵＳＢアップストリームデバイス１は、信号線Ｄ＋、Ｄ−をアイドル状態として認識することができる。サスペンド機能が正常に動作して、ＵＳＢアップストリームデバイス１は正常にサスペンド状態となり低消費電力状態に移行することができる。ＵＳＢアップストリームデバイス１としてデジタルカメラ等の携帯機器を考える場合、その携帯性からＵＳＢを介してデータを転送中にＵＳＢから切り離される可能性がある。このようなデバイスに対して第１実施形態を適用してやれば、切り離し後に確実にサスペンド状態に移行させることができ、機器の低消費電力状態を維持することができる。携帯機器の場合、バッテリーの消費電力を抑えて連続使用時間の向上を図ることができる。
第２図にはＵＳＢコネクタ３１０の平面図を示す。ＵＳＢコネクタ３１０の接合ピンの長さは、両端に配置されているＶＢＵＳ線および接地線ＧＮＤに比して、内側に配置されている信号線Ｄ＋、Ｄ−が、長さＬだけ短く構成されている。従って、ＵＳＢコネクタ３１０をデバイスに接続する際、先ず、ＶＢＵＳ線および接地線ＧＮＤがデバイス側に接続されて後、信号線Ｄ＋、Ｄ−が接続されることとなる。ＵＳＢコネクタ３１０の接続は人手にて行われるため、ＶＢＵＳ線および接地線ＧＮＤの接続と信号線Ｄ＋、Ｄ−の接続との時間差ｔＬは人による接続速度に依存し、おおよそ数十ｍｓ乃至数百ｍｓであることが知られている。
第１実施形態では、ＵＳＢコネクタの接続の際、時間差ｔＬにおいてＶＢＵＳ線に電源が供給されながら信号線Ｄ＋、Ｄ−が接続されていない状態となる。すなわち、スイッチ回路１１が非導通となる状態が時間差ｔＬの間、継続する。通常の漏れ電流の電流量では、数十ｍｓ乃至数百ｍｓといった短い時間差ｔＬにおいてハイインピーダンス状態の信号線の配線容量が充電されてしまうことはない。
しかしながら、漏れ電流量が大きな場合や、配線容量の大きさによっては、時間差ｔＬにおいても信号線の電圧レベルが上昇してしまうことも考えられる。これを防止するためには、時間差ｔＬの間にも信号線の放電径路が形成されていればよい。この構成を第２乃至第５実施形態に示す。
第３図に示す第２実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス２では、第１実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス１（第１図）におけるスイッチ回路１１に代えて抵抗素子２１を備えている。受動素子である抵抗素子２１により信号線Ｄ−と接地電圧とを接続することにより、常時信号線Ｄ−からの電荷の放電径路を形成している。
これにより、ＵＳＢコネクタの接続状態に関わらず、信号線Ｄ−から接地電圧への放電径路が形成されているため、漏れ電流等の不要電荷が信号線Ｄ−の配線容量に蓄積されて信号線Ｄ−の電圧レベルが上昇してしまうことはない。ＵＳＢコネクタの接合ピン長の違いによりＵＳＢコネクタの挿抜の際にデバイスとの接続タイミングが接合ピンごとに異なる場合にも、ハイインピーダンス状態として規定されている信号線Ｄ−に不要電荷が蓄積されることはなく、これに伴う動作不良を防止することができる。
ここで、本来ハイインピーダンス状態として規定されている信号線Ｄ−に抵抗素子２１が接続されているため、信号線Ｄ−は厳密にはハイインピーダンス状態ではない。しかしながら、信号線Ｄ−を駆動するドライバのドライブ能力の範囲内で抵抗素子２１の抵抗値を設定してやれば、情報伝送上、支障が生ずることはない。また、抵抗素子２１による電流消費については、抵抗素子２１の抵抗値を選択することにより調整することができる。すなわち、ＵＳＢへの非接続時に不要電荷を放電する能力と、ＵＳＢへの接続時に必要な通常の伝送能力および抵抗素子２１を介しての消費電流とがバランスする抵抗値に設定することにより、信号線Ｄ−をハイインピーダンス状態とするフルスピード伝送モードを問題なく実行することができる。具体的な抵抗値としては、例えば、１ＭΩの抵抗値とすることができる。更に、信号線Ｄ−の配線容量に応じて、ドライブ能力の範囲内で抵抗値を適宜変更することができる。大きな配線容量を有する場合には、信号線Ｄ−のドライブの範囲内で更に小さな抵抗値を有する抵抗素子２１を備えてやればよい。適用可能な抵抗値としては、例えば、１．５ｋΩ乃至１ＭΩの範囲である。
以上説明したように第２実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス２によれば、ハイインピーダンス状態として規定される信号線Ｄ−を抵抗素子２１により常時、接地電圧に接続することにより、信号線Ｄ−から接地電圧への放電径路が確保されるため、ＵＳＢから切り離されている状態では第１実施形態の場合と同様の作用・効果を奏することができる。加えて、切り離されている状態から接続が完了するまでの状態を含めて信号線Ｄ−への漏れ電流を有効に放電することができ、信号線Ｄ−の電圧レベルを低い電圧レベルに維持しておくことができる。
また、信号線Ｄ−が抵抗素子２１を介して常時接地電圧に接続されているため、データ伝送中にＵＳＢから切り離されてしまう場合にも、切り離しの後、直ちに信号線Ｄ−がプルダウンされ、信号線Ｄ＋、Ｄ−はアイドル状態として認識され、ＵＳＢアップストリームデバイス２は正常にサスペンド状態に移行することができる。
加えて、フルスピード伝送モード中も、信号線Ｄ−と接地電圧とが接続されているため、信号レベルの遷移や周囲環境の変化に関わらず信号線Ｄ−でのオーバーシュートやノイズの発生を抑制することができる。信号線Ｄ−の信号レベルの変動を抑制することができ、信号状態の誤判断を防止することができる。
機器の組み合わせやＵＳＢケーブルの引き回しなどによって様々に変化する使用環境に関わらず、信号線Ｄ−のオーバーシュートやノイズを抑制することができ、ＵＳＢケーブルにより接続されるＵＳＢアップストリームデバイス２を安定して動作させることができる。
更に、フルスピード伝送モードにおいて抵抗素子２１による電流径路を遮断して信号線Ｄ−を規格に合致したハイインピーダンス状態とする構成を第４図の第３実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス３に示す。第２実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス２（第３図）における抵抗素子２１に代えて、抵抗素子３３と放電径路を開閉するスイッチ回路３１を備えている。
スイッチ回路３１は、第１実施形態のスイッチ回路１１（第１図）と同様の構成を有しているものとする。ＵＳＢアップストリームデバイス３では、更に、遅延回路３７と遅延回路３７の出力端子が接続されているインバータゲート３５が備えられている。遅延回路３７の入力端子にはＶＢＵＳ線が接続されている。遅延回路３７の出力端子およびインバータゲート３５の出力端子は、スイッチ回路３１を構成するＰＭＯＳおよびＮＭＯＳトランジスタのゲート端子に接続されている。
ＵＳＢへの接続によりＶＢＵＳ線への電源供給が行われＶＢＵＳ線の電圧レベルがハイレベルに遷移すると、遅延時間τを待ってスイッチ回路３１のＰＭＯＳ／ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子にハイ／ローレベルの電圧が印加されスイッチ回路３１が非導通となる。ＵＳＢから切り離されている場合に導通していたスイッチ回路３１が、ＶＢＵＳ線の接続に対して遅延時間τだけ遅れて非導通となる。遅延時間τを第２図において説明した時間差ｔＬ以上の時間に設定することにより、ＵＳＢへの接続時にＶＢＵＳ線の接続に遅れて信号線Ｄ−が接続された後に、信号線Ｄ−の放電径路が遮断されることとなる。
以上説明したように第３実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス３によれば、ハイインピーダンス状態として規定される信号線Ｄ−が接地電圧から切り離されるタイミングを、ＵＳＢへの接続動作によるＶＢＵＳ線の接続から遅延時間τの後に設定することにより、ＵＳＢアップストリームデバイスがＵＳＢから切り離されている状態、および切り離されている状態から接続が完了するまでの状態において、第２実施形態の場合と同様の作用・効果を奏することができる。加えて、ＵＳＢへの接続後のデータ伝送状態において信号線Ｄ−が接地電圧から切り離されるので、信号線Ｄ−から接地電圧に流れる電流はない。信号線Ｄ−を本来のハイインピーダンス状態としながらフルスピードで伝送を行うことができる。
第５図に示す第４実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス４は、ＵＳＢ２．０規格に適合するデバイスに適用する実施形態である。ＵＳＢ２．０では、１つのデバイスがハイスピードモードとフルスピードモードとの２つの伝送モードをサポートしている。フルスピードモードでは信号線Ｄ＋がプルアップされるのに対して、ハイスピードモードでは信号線Ｄ＋、Ｄ−は、共にハイインピーダンス状態で動作する。
ＵＳＢアップストリームデバイス４では、スイッチ回路４５を介して信号線Ｄ＋と電源電圧との間にプルアップ抵抗素子ＲＰｐｕが備えられ、スイッチ回路４１を介して信号線Ｄ−と接地電圧との間に抵抗素子４３が備えられている。
スイッチ回路４１、４５は、第１実施形態のスイッチ回路１１（第１図）と同様の構成を有しているものとする。ＵＳＢアップストリームデバイス４において伝送モードを指示する制御信号ＦＳ＿ＯＰがスイッチ回路４１、４５を構成するＮＭＯＳトランジスタのゲート端子を制御し、その反転信号である／ＦＳ＿ＯＰ信号がスイッチ回路４１、４５を構成するＰＭＯＳトランジスタのゲート端子を制御する。ここで、制御信号ＦＳ＿ＯＰは、ハイスピード伝送モード時にローレベルとなる信号である。従って、フルスピード伝送モード時にはハイレベルとなると共に、ＵＳＢから切り離されている場合にもハイレベルを示す信号である。
ＵＳＢから切り離されている場合には、制御信号ＦＳ＿ＯＰがハイレベルであり、各スイッチ回路４１、４５は導通状態となる。従って、信号線Ｄ＋が電源電圧レベルにプルアップされると共に、信号線Ｄ−が接地電圧レベルにプルダウンされた状態である。何れの信号線Ｄ＋、Ｄ−も所定の電圧レベルに維持されるため、漏れ電流の放電径路が確立されており、配線容量への電荷蓄積による電圧レベルの変動は発生しない。
特に、ＵＳＢアップストリームデバイス４がフルスピード伝送モードに設定される場合に、信号線Ｄ−はハイインピーダンス状態として規定されて伝送動作が行われるが、伝送開始に先立つＵＳＢへの非接続時において信号線Ｄ−は接地電圧に接続されており、漏れ電流による電圧レベルの上昇は発生しない。
フルスピード伝送モードにおいてＵＳＢに接続される場合には、接続前後で制御信号ＦＳ＿ＯＰはハイレベルを維持されるので、信号線Ｄ−が接地電圧に接続された状態が維持される。ＵＳＢケーブルにおける接合ピン長の違いによりデバイスとの接続タイミングが接合ピンごとに異なる場合にも、ハイインピーダンス状態として規定されている信号線Ｄ−に不要電荷が蓄積されることはなく、これに伴う動作不良を防止することができる。
ここで、第４実施形態では、フルスピード伝送モードでの伝送中においても、本来ハイインピーダンス状態として定義されている信号線Ｄ−が抵抗素子４３を介して接地電圧に接続されていることとなる。しかしながら、この状態においても第２実施形態（第３図）の場合と同様に、抵抗素子４３の抵抗値を調整することにより、ＵＳＢへの非接続時における不要電荷の放電能力と、ＵＳＢへの接続時の通常伝送能力および抵抗素子４３を介しての消費電流とがバランスされ、信号線Ｄ−をハイインピーダンス状態とするフルスピード伝送モードを問題なく実行することができる。
更に、ＵＳＢアップストリームデバイス４がハイスピード伝送モードに設定される場合には、制御信号ＦＳ＿ＯＰがローレベルになり、スイッチ回路４１、４５は、共に非導通となる。信号線Ｄ＋、Ｄ−は共にハイインピーダンス状態となり、信号線Ｄ＋、Ｄ−を、ハイスピード伝送モードにおけるバイアス状態とすることができる。
この場合、スイッチ回路４１、４５は、共に同一サイズ・同一構成とすることが好ましい。これにより、ハイインピーダンス状態となる信号線Ｄ＋、Ｄ−における負荷がバランスされ、信号線Ｄ＋、Ｄ−間の差動信号で伝送が行われるハイスピード伝送モードにおいて信号線間の負荷対称性を良好に維持することができ、高速伝送時における信号伝送の信頼性を向上させることができる。
以上説明したように第４実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス４によれば、ＵＳＢ２．０規格に対応して、フルスピード伝送モードでの伝送を行う際には信号線Ｄ−への漏れ電流の流入を有効に放電することができ、信号線Ｄ−の電圧レベルを低い電圧レベルに維持することができる。また、信号線Ｄ−はフルスピード伝送モードでの伝送中においても抵抗素子４３を介して接地電圧に接続されているので、信号線Ｄ−のオーバーシュートやノイズ等による電圧変動を防止することができる。
また、フルスピード伝送モードにおいて、信号線Ｄ−が常時接地電圧に接続されているため、データ伝送中にＵＳＢから切り離されてしまう場合にも、切り離しの後、直ちに信号線Ｄ−がプルダウンされ、信号線Ｄ＋、Ｄ−はアイドル状態として認識され、ＵＳＢアップストリームデバイス４は正常にサスペンド状態に移行することができる。
その他、第１乃至第３実施形態で説明した場合と同様の作用・効果を奏することができる。
加えて、ハイスピード伝送モードにおいては、スイッチ回路４１、４５が共に非導通とされて信号線Ｄ＋、Ｄ−をハイインピーダンス状態とすることができる。この時、スイッチ回路４１、４５の回路構成および構成素子のサイズを同一としておけば、信号線Ｄ＋、Ｄ−への負荷を同等とすることができ、ハイスピード伝送モードにおける信号伝送の信頼性を向上させることができる。
第６図には、本発明の第５実施形態をＵＳＢコネクタに適用する場合を示す。ＵＳＢコネクタ５内において、信号線Ｄ＋、Ｄ−と接地電圧との間に抵抗素子５１、５３を備える構成である。第２実施形態における抵抗素子２１（第３図）について説明したように、ＵＳＢコネクタ５の非接続時における不要電荷の放電能力と、ＵＳＢコネクタ５の接続時のドライバによる通常伝送能力および抵抗素子５１、５３を介しての消費電流とがバランスするように抵抗値を設定することが好ましい。更に、ハイスピード伝送モードのデバイスを接続することを考慮して信号線Ｄ＋、Ｄ−間の負荷のバランスや差動動作の場合の駆動能力を考慮して抵抗値を設定することが好ましい。抵抗素子５１、５３の抵抗値として、例えば１ＭΩに設定してやればすべての伝送モードのデバイス接続用として有効に動作することができる。
以上説明したように第５実施形態のＵＳＢコネクタ５によれば、ロースピード、フルスピード、ハイスピードといった伝送モードの違いに関わらずすべてのデバイスに接続して、ハイインピーダンス状態として規定される信号線Ｄ＋またはＤ−への漏れ電流の流入を有効に放電することができ、電圧レベルを低い電圧レベルに維持することができる。また、データ伝送中においても抵抗素子５１または５３を介して接地電圧に接続されているので、信号線Ｄ＋またはＤ−のオーバーシュートやノイズ等による電圧変動を防止することができる。その他、第１乃至第４実施形態で説明した場合と同様の作用・効果を奏することができる。
加えて、ＵＳＢアップストリームデバイスを変更することなく、ＵＳＢコネクタ５内に抵抗素子５１、５３を備えるという簡便な構成により、ＵＳＢからの挿抜時やノイズ環境においても安定した情報伝送を行うことができる。
尚、抵抗素子５１、５３は、ＵＳＢケーブル内に配置しても同様の作用・効果を奏することは言うまでもない。
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。
例えば、本実施形態においては、フルスピード伝送モードを中心に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ロースピード伝送モードにおける信号線Ｄ＋に対しても同様に適用することができる。
ここで、プルアップ／プルダウン時の電圧レベルは、電源電圧／接地電圧に限定されるものではなく、所定電圧レベルを有する高電圧レベル／低電圧レベルであればよいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、ＵＳＢアップストリームデバイスをＵＳＢから挿抜する際、データ伝送モードに応じてハイインピーダンス状態として規定されている信号線に起因する誤動作を防止して、デバイスの挿抜時やノイズ環境においても安定動作を行うことが可能なＵＳＢアップストリームデバイス、ＵＳＢコネクタ、およびＵＳＢケーブルを提供することが可能となる。
【図１】
2004095250.tif 000003
【図２】
2004095250.tif 000004
【図３】
2004095250.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2004095250.tif 000008
【図７】
2004095250.tif 000009
【図８】
2004095250.tif 000010
【図９】
2004095250.tif 000011
【図１０】
2004095250.tif 000012
【図１１】
2004095250.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月3日(2005.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＳＢケーブルにおける信号線のうち、第１信号線にプルアップ素子が接続された状態で情報伝送が行われる伝送モードを備えるＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、
ＵＳＢに非接続の場合に導通して第２信号線をプルダウンする、第１スイッチを備えることを特徴とするＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項２】
前記第１スイッチの導通により確立される第１プルダウン径路には、第１プルダウン素子を備えることを特徴とする請求項１に記載のＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項３】
前記第１スイッチは、ＵＳＢケーブルにより供給されるＶＢＵＳ信号に応じて制御されることを特徴とする請求項１または２に記載のＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項４】
前記伝送モードは、ロースピード伝送モードまたはフルスピード伝送モードであることを特徴とする請求項１乃至３の少なくとも何れか１項に記載のＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項５】
ＵＳＢケーブルにおける信号線のうち、第１信号線にプルアップ素子が接続された状態で情報伝送が行われる第１伝送モードを備えるＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、
第２信号線をプルダウンする第２プルダウン素子を備えることを特徴とするＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項６】
前記第２プルダウン素子を介する第２プルダウン経路に第２スイッチを備え、
前記第２スイッチは、ＵＳＢに非接続の状態、および非接続の状態から前記第２信号線が接続されるまでの状態を含んだ期間において、導通することを特徴とする請求項５に記載のＵＳＢアップストリームデバイス。
【請求項７】
第１信号線に接続される第３プルダウン素子と、
第２信号線に接続される第４プルダウン素子とを備えることを特徴とするＵＳＢコネクタ。
【請求項８】
前記第３および第４プルダウン素子は、前記第１および第２信号線に対して互いに等価な負荷を構成することを特徴とする請求項７に記載のＵＳＢコネクタ。
【請求項９】
第１信号線に接続される第３プルダウン素子と、
第２信号線に接続される第４プルダウン素子とを備えることを特徴とするＵＳＢケーブル。
【請求項１０】
前記第３および第４プルダウン素子は、前記第１および第２信号線に対して互いに等価な負荷を構成することを特徴とする請求項９に記載のＵＳＢケーブル。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＳＢアップストリームデバイス、ＵＳＢコネクタ、およびＵＳＢケーブルに関するものであり、特に、ＵＳＢアップストリームデバイスのＵＳＢからの挿抜時やノイズ環境においても、安定動作を行うことが可能なＵＳＢアップストリームデバイス、ＵＳＢコネクタ、およびＵＳＢケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１に開示されているユニバーサルシリアルバス（以下、ＵＳＢと略記する。）では、電源投入状態でのＵＳＢへのＵＳＢ周辺機器（ＵＳＢアップストリームデバイス）の挿抜が可能である。また、ＵＳＢアップストリームデバイスにおける信号線Ｄ＋、Ｄ−の終端状態に応じて、ホストコントローラやハブコントローラ（ＵＳＢダウンストリームデバイス）とのデータ伝送速度を識別することができる。すなわち、何れか一方の信号線Ｄ＋またはＤ−をプルアップ状態にしておくことにより、ＵＳＢアップストリームデバイスに対するデータ伝送速度が識別可能となる。
【０００３】
具体的には第７図に示すように、信号線Ｄ＋がプルアップされているＵＳＢアップストリームデバイス１００は、フルスピードデバイスとして認識される。また第８図に示すように、信号線Ｄ−がプルアップされているＵＳＢアップストリームデバイス１５０は、ロースピードデバイスとして認識される。
【０００４】
先行技術文献を以下に示す。
【非特許文献１】“ユニバーサルシリアルバス仕様書(Universal Serial Bus Specification)”、[online]、平成１２年４月２７日(April 27,2000)、インターネット＜http://www.usb.org/developers/data/usb_20.zip＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＵＳＢでは、ハイインピーダンス状態として規定されている何れか一方の信号線Ｄ−またはＤ＋が、動作状況によっては意図しない電圧レベルに変動してしまう場合がある。この電圧変動に伴い、ＵＳＢダウンストリームデバイス２００（第７図、第８図）やＵＳＢアップストリームデバイス１００（第７図）、１５０（第８図）が通信状況を誤認識するおそれがあり問題である。具体的には以下の３つの問題が発生するおそれがある。
【０００６】
第１の課題は、データ伝送速度を誤認識してしまうという課題である（第９図、参照）。ＵＳＢアップストリームデバイスは半導体装置で構成されることが一般的であり、信号線Ｄ＋、Ｄ−は半導体装置の端子に接続される。半導体装置内にはＰＮ接合が存在するが、ＰＮ接合は逆バイアスされている状態においても漏れ電流が流れることが知られている。この漏れ電流が端子を介して、ＵＳＢアップストリームデバイスに接続されているＵＳＢケーブルに流れ出る場合、ハイインピーダンス状態として規定されている信号線Ｄ−またはＤ＋の寄生容量に充電されることとなる。通常、ＵＳＢアップストリームデバイスにはＵＳＢケーブルが接続されているので、十分な充電時間が経過した場合には、ハイインピーダンス状態に規定されている信号線Ｄ−またはＤ＋は、寄生容量に電荷が蓄積されてしまうことがある。
【０００７】
この状態でＵＳＢケーブルがＵＳＢダウンストリームデバイスに接続されると、ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−またはＤ＋に蓄積されている電荷は、ホストコントローラに備えられているプルダウン抵抗素子ＲＨｐｄを介して放電される。この放電電流がプルダウン抵抗素子ＲＨｐｄを流れることにより、ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−またはＤ＋にはハイレベルの電圧パルスノイズが発生する。ＵＳＢコネクタの接続の仕方によっては信号線Ｄ＋、Ｄ−の接続に時間差が生じ、プルアップされている信号線Ｄ＋またはＤ−がＵＳＢダウンストリームデバイスに接続されてハイレベルが検出される本来の動作に先行して、ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−またはＤ＋でのハイレベルのノイズが検出されてしまう場合がある。ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−またはＤ＋がプルアップされていると誤認識されてしまい、ＵＳＢアップストリームデバイスのデータ伝送能力が誤って認識されてしまい問題である。
【０００８】
第９図では、プルアップされている信号線Ｄ＋がＵＳＢダウンストリームデバイスに接続されることに応じて、信号線Ｄ＋がハイレベルであることが検出されることによりフルスピードデバイスであると認識されるべきところ、ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−の接続が先行して蓄積電荷がＵＳＢダウンストリームデバイスのプルダウン抵抗素子ＲＨｐｄを介して放電されることにより、信号線Ｄ−ハイレベルのノイズを検出してロースピードデバイスであるとの誤認識がされる状態を示している。信号線が入れ替われば、ロースピードデバイスをフルスピードデバイスであると誤認識する場合があることは言うまでもない。
【０００９】
第２の課題は、動作中のＵＳＢアップストリームデバイスの切り離しにおいてサスペンド機能が動作しないという課題である（第１０図、参照）。ＵＳＢからＵＳＢアップストリームデバイスを切り離す場合、データ伝送のないアイドル状態において切り離せば、ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−またはＤ＋の電圧レベルは、ローレベルから徐々に上昇していく。ＵＳＢアップストリームデバイスに備えられるサスペンド機能は、アイドル状態を基準としてこの電圧レベルの遷移を検出することにより動作してＵＳＢアップストリームデバイスを省電力モードに移行するものである。
【００１０】
このため、データ伝送中に切り離してしまうと、ハイインピーダンス状態の信号線Ｄ−またはＤ＋の電圧レベルが不定となる場合もある。ＵＳＢアップストリームデバイスがアイドル状態を認識できない状態で切り離されてしまうこととなり、サスペンド機能が正常に動作できないことも考えられ、切り離した後のＵＳＢアップストリームデバイスの消費電流を低減できず問題である。特に、ＵＳＢアップストリームデバイスがデジタルカメラ等の携帯機器である場合、バッテリーの消耗が早くなってしまい使用上問題である。
【００１１】
第３の課題は、信号遷移時の波形の乱れやノイズの混入により意図しない信号状態が発生するという課題である（第１１図、参照）。ＵＳＢにおいて一般的に使用されている規格では、ＪまたはＫ状態については、信号線Ｄ＋、Ｄ−間に信号線Ｄ＋またはＤ−をハイ側として２００ｍＶ以上の電位差が要求されている。他方、ＳＥ０またはＳＥ１状態については、信号線Ｄ＋、Ｄ−が共に所定電圧以下または以上であることが要求されている。ＪまたはＫ状態では、信号線Ｄ＋、Ｄ−間の差動電圧が規格として定められ、ＳＥ０またはＳＥ１状態では、信号線Ｄ＋、Ｄ−自体の電圧が規格として定められている。このため、差動電圧に関する規格と信号線の電圧レベルに関する規格とが共に成立してしまう場合があり、信号線Ｄ＋、Ｄ−における電圧レベルによっては、複数の信号状態が認識されてしまう場合がある。特に、信号遷移時のオーバーシュートやノイズの混入による電圧レベルのずれにより複数の信号状態有してしまう場合があり問題である。
【００１２】
一例として、フルスピード設定である場合のパケット終了（ＥＯＰ）時の信号線Ｄ＋、Ｄ−の遷移状態を第１１図に示す。Ｋ状態からＳＥ０状態に移行する際、ハイレベルの信号線Ｄ−がローレベルに遷移する。信号線Ｄ−はハイインピーダンス状態であるため、信号遷移に伴い信号線Ｄ−にはオーバーシュートやノイズによる電圧変動が発生する場合がある。この電圧変動により信号線Ｄ−が信号線Ｄ＋に対して２００ｍＶ以上の低い電圧レベルに振れてしまうと、信号線Ｄ＋、Ｄ−がＳＥ０状態にありながらＪ状態とも認識されてしまうこととなる。
【００１３】
Ｊ状態と誤認識されてしまうと、不要なビットデータとして認識されてしまうこととなり誤動作を発生するおそれもあり問題である。またＳＥ０状態の継続期間が短縮されて検出されることから、短縮されてしまう期間によってはパケット終了（ＥＯＰ）を正しく認識できないことも考えられる。パケット終了（ＥＯＰ）が正しく認識できないことによるパケットエラー等の誤判断が発生してしまい問題である。
【００１４】
特に、パーソナルコンピュータの前面パネルまでＵＳＢケーブルを引き回して配置する等により、ＵＳＢケーブル長が長くなってしまう場合に、ケーブルの配線インピーダンスが大きくなってしまい、その他の機器との組み合わせによっては上記の誤動作や誤判断が顕著となってしまうおそれもある。
【００１５】
こうしたオーバーシュートやノイズは各々の機器の組み合わせやケーブル配線の引き回しなどによって様々に変化し、その影響を予測することは困難である。ＵＳＢを安定した動作環境にて提供することができず問題である。
【００１６】
本発明は前記従来技術の課題の少なくとも１つを解消するためになされたものであり、ＵＳＢアップストリームデバイスをＵＳＢから挿抜する際、ＵＳＢアップストリームデバイスにおいてデータ伝送モードに応じてハイインピーダンス状態として規定されている信号線に起因する誤動作を防止して、ＵＳＢからの挿抜時やノイズ環境においても安定動作を行うことが可能なＵＳＢアップストリームデバイス、ＵＳＢコネクタ、およびＵＳＢケーブルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的を達成するために、請求項１に係るＵＳＢアップストリームデバイスは、ＵＳＢケーブルにおける信号線のうち、第１信号線にプルアップ素子が接続された状態で情報伝送が行われる伝送モードを備えており、ＵＳＢに非接続の場合に導通して第２信号線をプルダウンする、第１スイッチを備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１のＵＳＢアップストリームデバイスでは、第１信号線にプルアップ素子が接続されて情報伝送が行われるところ、ＵＳＢに接続されていない場合には、第１スイッチが導通して第２信号線がプルダウンされる。
【００１９】
ここで、ＵＳＢダウンストリームデバイスとは、ＵＳＢにおけるホストコントローラまたはハブコントローラを意味し、ＵＳＢアップストリームデバイスとは、ＵＳＢに接続される周辺機器を言う。
【００２０】
これにより、ＵＳＢから切り離されたＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、漏れ電流等により第２信号線の寄生容量が充電されて、第２信号線の電位が上昇してしまうことを防止することができる。第１信号線がプルアップされて行われる伝送モードにおいて、ハイインピーダンス状態として定義される第２信号線が意図しない電圧レベルに充電されてしまい、ＵＳＢに接続される際、ＵＳＢダウンストリームデバイスのプルダウン抵抗に異常電流が流れることに起因してＵＳＢアップストリームデバイスの伝送能力が誤判断されてしまうことはない。
【００２１】
更に、データ伝送中にＵＳＢから切り離されてしまう場合にも、切り離しの後、直ちに第２信号線がプルダウンされるため、ＵＳＢアップストリームデバイスは、第１および第２信号線をアイドル状態として認識することができる。サスペンド機能が正常に動作して、ＵＳＢアップストリームデバイスは正常にサスペンド状態となり低消費電力状態に移行することができる。データ伝送途中にＵＳＢから切り離される可能性のある用途に適用すれば特に有効である。
【００２２】
また、請求項２に係るＵＳＢアップストリームデバイスは、請求項１に記載のＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、第１スイッチの導通により確立される第１プルダウン径路には、第１プルダウン素子を備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項２のＵＳＢアップストリームデバイスでは、第１スイッチが導通して確立される第１プルダウン径路に流れる電流は、第１プルダウン素子により所定電流以下に制限される。これにより、第２信号線のプルダウン開始時に大電流が流れることはなく、これに伴うノイズの発生が抑えられる。
【００２４】
このとき、第１スイッチは、ＵＳＢケーブルにより供給されるＶＢＵＳ信号に応じて制御されることが好ましい。ＶＢＵＳ信号は、ＵＳＢアップストリームデバイスに電源がない場合に供給される電源である。ＶＢＵＳ信号の電圧レベルの遷移をもってＵＳＢからの挿抜を検出することができ、これに応じて第１スイッチの導通状態を制御することができる。
【００２５】
また、請求項５に係るＵＳＢアップストリームデバイスは、ＵＳＢケーブルにおける信号線のうち、第１信号線にプルアップ素子が接続された状態で情報伝送が行われる第１伝送モードを備えるＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、第２信号線をプルダウンする第２プルダウン素子を備えることを特徴とする。
【００２６】
請求項５のＵＳＢアップストリームデバイスでは、第１信号線にプルアップ素子が接続されて情報伝送が行われるところ、第２信号線には、第２プルダウン素子が備えられてプルダウンされる。
【００２７】
これにより、上記請求項１の場合と同様に、漏れ電流等により第２信号線の寄生容量が充電されて、第２信号線の電位が上昇してしまうことを防止することができ、ＵＳＢに接続する際、ＵＳＢアップストリームデバイスの伝送能力が誤判断されてしまうことはない。また、データ伝送中にＵＳＢから切り離されてしまう場合にも、切り離しの後、直ちに第２信号線がプルダウンされるため、第１および第２信号線はアイドル状態として認識され、ＵＳＢアップストリームデバイスは正常にサスペンド状態に移行することができる。
【００２８】
加えて、第１伝送モード期間中も、第２信号線はプルダウン電圧レベルに接続されているため、信号レベルの遷移や周囲環境の変化に関わらず第２信号線でのオーバーシュートやノイズの発生を抑制することができる。第２信号線の信号レベルの変動を抑制することができ、信号状態の誤判断を防止することができる。
【００２９】
機器の組み合わせやＵＳＢケーブルの引き回しなどによって様々に変化する使用環境に関わらず、第２信号線のオーバーシュートやノイズを抑制することができ、ＵＳＢケーブルにより接続されるＵＳＢアップストリームデバイスを安定して動作させることができる。
【００３０】
ここで、本来ハイインピーダンス状態とされる第２信号線がプルダウンされるため、第２プルダウン素子による第２信号線のプルダウン状態は、ＵＳＢケーブルを介してＵＳＢアップストリームデバイスに情報伝送するＵＳＢダウンストリームデバイスの信号線駆動能力に影響のない範囲に設定する必要がある。例えば、第２プルダウン素子が抵抗素子である場合、ＵＳＢダウンストリームデバイスによるハイ側の駆動能力が、抵抗素子によるプルダウンに抗して第２信号線をハイレベルに維持できることが必要である。
【００３１】
また、請求項６に係るＵＳＢアップストリームデバイスは、請求項５に記載のＵＳＢアップストリームデバイスにおいて、第２プルダウン素子を介する第２プルダウン経路に第２スイッチを備え、第２スイッチは、ＵＳＢに非接続の状態、および非接続の状態から第２信号線が接続されるまでの状態を含んだ期間において、導通することを特徴とする。
【００３２】
これにより、少なくともＵＳＢアップストリームデバイスとＵＳＢとの接続が確実に行われるまでは、第２スイッチが導通し第２信号線がプルダウンされており、ＵＳＢからの挿抜時の過渡状態において第２信号線の電圧レベルが不安定となることはない。
【００３３】
特に、ＵＳＢケーブルの接続は、ＵＳＢコネクタの所定の接合部がデバイスに接続されることにより検出することができるが、接合部ごとに長さが異なることにより、デバイスへの接続に時間差が生じてしまう場合がある。このとき、先に接続される接合部の検出により第２スイッチを非導通にしてしまうと、第２信号線の接合部長が短く後に接続される場合、第２信号線が接続されるまでの間、第２信号線がハイインピーダンス状態に置かれ電圧レベルが安定しなくなるおそれがある。ＵＳＢへの非接続の状態、および非接続の状態から第２信号線が接続されるまでの状態を含んだ期間において第２スイッチを導通することにより、この不安定期間を解消することができる。
【００３４】
また、請求項７に係るＵＳＢコネクタ、または請求項９に係るＵＳＢケーブルは、第１信号線に接続される第３プルダウン素子と、第２信号線に接続される第４プルダウン素子とを備えることを特徴とする。このとき、第３および第４プルダウン素子は、第１および第２信号線に対して互いに等価な負荷を構成することが好ましい。
【００３５】
これにより、ＵＳＢアップストリームデバイスを変更することなく、ＵＳＢコネクタまたはＵＳＢケーブルの第１および第２信号線に、第３および第４プルダウン素子を備えるという簡便な構成により、ＵＳＢからの挿抜時やノイズ環境においても、安定した情報伝送を行うことができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、ＵＳＢアップストリームデバイスをＵＳＢから挿抜する際、データ伝送モードに応じてハイインピーダンス状態として規定されている信号線に起因する誤動作を防止して、デバイスの挿抜時やノイズ環境においても安定動作を行うことが可能なＵＳＢアップストリームデバイス、ＵＳＢコネクタ、およびＵＳＢケーブルを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明のＵＳＢアップストリームデバイス、ＵＳＢコネクタ、およびＵＳＢケーブルについて具体化した第１乃至第５実施形態を第１図乃至第６図に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下の説明においては、ＵＳＢの伝送モードとしてフルスピード伝送モードを中心にして説明する。
【００３８】
第１図には、本発明の第１実施形態をＵＳＢアップストリームデバイスに適用する場合の回路図を示す。ＵＳＢアップストリームデバイス１では、信号線Ｄ＋と電源電圧との間にプルアップ抵抗ＲＰｐｕが備えられ、信号線Ｄ−と接地電圧との間にスイッチ回路１１が備えられている。スイッチ回路１１は、例えば、ＰＭＯＳトランジスタとＮＭＯＳトランジスタとのソース端子およびドレイン端子が互いに接続されて構成される、いわゆるトランスファゲートを使用することができる。ＰＭＯＳトランジスタのゲート端子にはＶＢＵＳ線が入力され、ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子にはＶＢＵＳ線からインバータゲート１３を介して反転された反転信号が入力される。
【００３９】
ＵＳＢアップストリームデバイス１がＵＳＢに接続されると、ＵＳＢケーブル内のＶＢＵＳ線を介して電源が供給される。マウス等の自立して電源供給線を有していないデバイスに電源を供給するための電源である。ＵＳＢアップストリームデバイス１では、ＶＢＵＳ線に供給される電源電圧が、ハイレベル信号としてＰＭＯＳトランジスタのゲート端子に供給されると共に、インバータゲート１３により反転されたローレベル信号としてＮＭＯＳトランジスタのゲート端子に供給される。ＰＭＯＳ／ＮＭＯＳトランジスタは共に非導通となり、スイッチ回路１１が非導通となって信号線Ｄ−が接地電圧と切り離されてハイインピーダンス状態となる。他方、信号線Ｄ＋はプルアップ抵抗ＲＰｐｕによりプルアップ状態である。
【００４０】
ＵＳＢアップストリームデバイス１では、信号線Ｄ＋がプルアップ状態に維持されているところ、ＵＳＢに接続されることにより信号線Ｄ−がハイインピーダンス状態とされ、フルスピード伝送モードでの情報伝送が行われる。
【００４１】
ＵＳＢから切り離されると、ＶＢＵＳ線を介する電源供給が遮断される。ＵＳＢアップストリームデバイス１においてＶＢＵＳ線が低い電圧レベルとなり、ローレベル信号としてＰＭＯＳトランジスタのゲート端子に供給されると共に、インバータゲート１３により反転されたハイレベル信号としてＮＭＯＳトランジスタのゲート端子に供給される。ＰＭＯＳ／ＮＭＯＳトランジスタは共に導通してスイッチ回路１１が導通状態となり、信号線Ｄ−が接地電圧に接続される放電径路が確立される。ＵＳＢアップストリームデバイス１内部で信号線Ｄ−に漏れ出てくる漏れ電流や、信号線Ｄ−の配線容量に蓄積されている不要電荷は、スイッチ回路１１を介して接地電圧に放電されることとなる。この結果、ＵＳＢからの切り離し状態において、信号線Ｄ−の電圧レベルは低い電圧レベルに維持される。
【００４２】
ここで、ＵＳＢケーブルが、ＵＳＢアップストリームデバイス１とは接続されたまま相手先のデバイスであるＵＳＢダウンストリームデバイス側でＵＳＢコネクタが切り離される場合、ＵＳＢコネクタからＵＳＢケーブルを含んだ長大な配線がＵＳＢアップストリームデバイス１の信号線Ｄ−として接続されることとなり、信号線Ｄ−には多大な配線容量が接続されることとなる。第１実施形態では、信号線Ｄ−は、スイッチ回路１１を介して接地電圧に接続されるため、配線容量の多寡にかかわらず信号線Ｄ−を有効に低い電圧レベルに維持することができる。
【００４３】
以上説明したように第１実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス１によれば、ＵＳＢダウンストリームデバイスとＵＳＢアップストリームデバイス１とがＵＳＢケーブルで接続され、ＵＳＢアップストリームデバイス１にＶＢＵＳ線を介して電源が供給される場合に、信号線Ｄ−がハイインピーダンス状態となる。信号線Ｄ＋がプルアップ状態であることと合わせＵＳＢアップストリームデバイス１をフルスピード伝送モードとすることができる。
【００４４】
ＵＳＢコネクタが、ＵＳＢアップストリームデバイス１側またはＵＳＢダウンストリームデバイス側の少なくとも何れか一方で切り離されることにより、ＶＢＵＳ線からの電源供給が遮断されるとスイッチ回路１１が導通して、信号線Ｄ−と接地電圧とが接続される。信号線Ｄ−への漏れ電流を有効に放電することができ、信号線Ｄ−の電圧レベルを低い電圧レベルに維持することができる。
【００４５】
ＵＳＢから切り離されたＵＳＢアップストリームデバイス１において、第２信号線の一例である信号線Ｄ−の寄生容量が、漏れ電流等により充電されて電位が上昇してしまうことを防止することができる。第１信号線の一例である信号線Ｄ＋がプルアップされるフルスピード伝送モードにおいて、ハイインピーダンス状態として定義される信号線Ｄ−が意図しない電圧レベルに充電されてしまい、ＵＳＢに接続される際、ＵＳＢダウンストリームデバイスのプルダウン抵抗に異常電流が流れることに起因してＵＳＢアップストリームデバイス１の伝送能力が誤判断されてしまうことはない。
【００４６】
更に、データ伝送中にＵＳＢから切り離されてしまう場合にも、切り離しの後、直ちに信号線Ｄ−がプルダウンされるため、ＵＳＢアップストリームデバイス１は、信号線Ｄ＋、Ｄ−をアイドル状態として認識することができる。サスペンド機能が正常に動作して、ＵＳＢアップストリームデバイス１は正常にサスペンド状態となり低消費電力状態に移行することができる。ＵＳＢアップストリームデバイス１としてデジタルカメラ等の携帯機器を考える場合、その携帯性からＵＳＢを介してデータを転送中にＵＳＢから切り離される可能性がある。このようなデバイスに対して第１実施形態を適用してやれば、切り離し後に確実にサスペンド状態に移行させることができ、機器の低消費電力状態を維持することができる。携帯機器の場合、バッテリーの消費電力を抑えて連続使用時間の向上を図ることができる。
【００４７】
第２図にはＵＳＢコネクタ３１０の平面図を示す。ＵＳＢコネクタ３１０の接合ピンの長さは、両端に配置されているＶＢＵＳ線および接地線ＧＮＤに比して、内側に配置されている信号線Ｄ＋、Ｄ−が、長さＬだけ短く構成されている。従って、ＵＳＢコネクタ３１０をデバイスに接続する際、先ず、ＶＢＵＳ線および接地線ＧＮＤがデバイス側に接続されて後、信号線Ｄ＋、Ｄ−が接続されることとなる。ＵＳＢコネクタ３１０の接続は人手にて行われるため、ＶＢＵＳ線および接地線ＧＮＤの接続と信号線Ｄ＋、Ｄ−の接続との時間差ｔＬは人による接続速度に依存し、おおよそ数十ｍｓ乃至数百ｍｓであることが知られている。
【００４８】
第１実施形態では、ＵＳＢコネクタの接続の際、時間差ｔＬにおいてＶＢＵＳ線に電源が供給されながら信号線Ｄ＋、Ｄ−が接続されていない状態となる。すなわち、スイッチ回路１１が非導通となる状態が時間差ｔＬの間、継続する。通常の漏れ電流の電流量では、数十ｍｓ乃至数百ｍｓといった短い時間差ｔＬにおいてハイインピーダンス状態の信号線の配線容量が充電されてしまうことはない。
【００４９】
しかしながら、漏れ電流量が大きな場合や、配線容量の大きさによっては、時間差ｔＬにおいても信号線の電圧レベルが上昇してしまうことも考えられる。これを防止するためには、時間差ｔＬの間にも信号線の放電径路が形成されていればよい。この構成を第２乃至第５実施形態に示す。
【００５０】
第３図に示す第２実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス２では、第１実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス１（第１図）におけるスイッチ回路１１に代えて抵抗素子２１を備えている。受動素子である抵抗素子２１により信号線Ｄ−と接地電圧とを接続することにより、常時信号線Ｄ−からの電荷の放電径路を形成している。
【００５１】
これにより、ＵＳＢコネクタの接続状態に関わらず、信号線Ｄ−から接地電圧への放電径路が形成されているため、漏れ電流等の不要電荷が信号線Ｄ−の配線容量に蓄積されて信号線Ｄ−の電圧レベルが上昇してしまうことはない。ＵＳＢコネクタの接合ピン長の違いによりＵＳＢコネクタの挿抜の際にデバイスとの接続タイミングが接合ピンごとに異なる場合にも、ハイインピーダンス状態として規定されている信号線Ｄ−に不要電荷が蓄積されることはなく、これに伴う動作不良を防止することができる。
【００５２】
ここで、本来ハイインピーダンス状態として規定されている信号線Ｄ−に抵抗素子２１が接続されているため、信号線Ｄ−は厳密にはハイインピーダンス状態ではない。しかしながら、信号線Ｄ−を駆動するドライバのドライブ能力の範囲内で抵抗素子２１の抵抗値を設定してやれば、情報伝送上、支障が生ずることはない。また、抵抗素子２１による電流消費については、抵抗素子２１の抵抗値を選択することにより調整することができる。すなわち、ＵＳＢへの非接続時に不要電荷を放電する能力と、ＵＳＢへの接続時に必要な通常の伝送能力および抵抗素子２１を介しての消費電流とがバランスする抵抗値に設定することにより、信号線Ｄ−をハイインピーダンス状態とするフルスピード伝送モードを問題なく実行することができる。具体的な抵抗値としては、例えば、１ＭΩの抵抗値とすることができる。更に、信号線Ｄ−の配線容量に応じて、ドライブ能力の範囲内で抵抗値を適宜変更することができる。大きな配線容量を有する場合には、信号線Ｄ−のドライブの範囲内で更に小さな抵抗値を有する抵抗素子２１を備えてやればよい。適用可能な抵抗値としては、例えば、１．５ｋΩ乃至１ＭΩの範囲である。
【００５３】
以上説明したように第２実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス２によれば、ハイインピーダンス状態として規定される信号線Ｄ−を抵抗素子２１により常時、接地電圧に接続することにより、信号線Ｄ−から接地電圧への放電径路が確保されるため、ＵＳＢから切り離されている状態では第１実施形態の場合と同様の作用・効果を奏することができる。加えて、切り離されている状態から接続が完了するまでの状態を含めて信号線Ｄ−への漏れ電流を有効に放電することができ、信号線Ｄ−の電圧レベルを低い電圧レベルに維持しておくことができる。
【００５４】
また、信号線Ｄ−が抵抗素子２１を介して常時接地電圧に接続されているため、データ伝送中にＵＳＢから切り離されてしまう場合にも、切り離しの後、直ちに信号線Ｄ−がプルダウンされ、信号線Ｄ＋、Ｄ−はアイドル状態として認識され、ＵＳＢアップストリームデバイス２は正常にサスペンド状態に移行することができる。
【００５５】
加えて、フルスピード伝送モード中も、信号線Ｄ−と接地電圧とが接続されているため、信号レベルの遷移や周囲環境の変化に関わらず信号線Ｄ−でのオーバーシュートやノイズの発生を抑制することができる。信号線Ｄ−の信号レベルの変動を抑制することができ、信号状態の誤判断を防止することができる。
【００５６】
機器の組み合わせやＵＳＢケーブルの引き回しなどによって様々に変化する使用環境に関わらず、信号線Ｄ−のオーバーシュートやノイズを抑制することができ、ＵＳＢケーブルにより接続されるＵＳＢアップストリームデバイス２を安定して動作させることができる。
【００５７】
更に、フルスピード伝送モードにおいて抵抗素子２１による電流径路を遮断して信号線Ｄ−を規格に合致したハイインピーダンス状態とする構成を第４図の第３実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス３に示す。第２実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス２（第３図）における抵抗素子２１に代えて、抵抗素子３３と放電径路を開閉するスイッチ回路３１を備えている。
【００５８】
スイッチ回路３１は、第１実施形態のスイッチ回路１１（第１図）と同様の構成を有しているものとする。ＵＳＢアップストリームデバイス３では、更に、遅延回路３７と遅延回路３７の出力端子が接続されているインバータゲート３５が備えられている。遅延回路３７の入力端子にはＶＢＵＳ線が接続されている。遅延回路３７の出力端子およびインバータゲート３５の出力端子は、スイッチ回路３１を構成するＰＭＯＳおよびＮＭＯＳトランジスタのゲート端子に接続されている。
【００５９】
ＵＳＢへの接続によりＶＢＵＳ線への電源供給が行われＶＢＵＳ線の電圧レベルがハイレベルに遷移すると、遅延時間τを待ってスイッチ回路３１のＰＭＯＳ／ＮＭＯＳトランジスタのゲート端子にハイ／ローレベルの電圧が印加されスイッチ回路３１が非導通となる。ＵＳＢから切り離されている場合に導通していたスイッチ回路３１が、ＶＢＵＳ線の接続に対して遅延時間τだけ遅れて非導通となる。遅延時間τを第２図において説明した時間差ｔＬ以上の時間に設定することにより、ＵＳＢへの接続時にＶＢＵＳ線の接続に遅れて信号線Ｄ−が接続された後に、信号線Ｄ−の放電径路が遮断されることとなる。
【００６０】
以上説明したように第３実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス３によれば、ハイインピーダンス状態として規定される信号線Ｄ−が接地電圧から切り離されるタイミングを、ＵＳＢへの接続動作によるＶＢＵＳ線の接続から遅延時間τの後に設定することにより、ＵＳＢアップストリームデバイスがＵＳＢから切り離されている状態、および切り離されている状態から接続が完了するまでの状態において、第２実施形態の場合と同様の作用・効果を奏することができる。加えて、ＵＳＢへの接続後のデータ伝送状態において信号線Ｄ−が接地電圧から切り離されるので、信号線Ｄ−から接地電圧に流れる電流はない。信号線Ｄ−を本来のハイインピーダンス状態としながらフルスピードで伝送を行うことができる。
【００６１】
第５図に示す第４実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス４は、ＵＳＢ２．０規格に適合するデバイスに適用する実施形態である。ＵＳＢ２．０では、１つのデバイスがハイスピードモードとフルスピードモードとの２つの伝送モードをサポートしている。フルスピードモードでは信号線Ｄ＋がプルアップされるのに対して、ハイスピードモードでは信号線Ｄ＋、Ｄ−は、共にハイインピーダンス状態で動作する。
【００６２】
ＵＳＢアップストリームデバイス４では、スイッチ回路４５を介して信号線Ｄ＋と電源電圧との間にプルアップ抵抗素子ＲＰｐｕが備えられ、スイッチ回路４１を介して信号線Ｄ−と接地電圧との間に抵抗素子４３が備えられている。
【００６３】
スイッチ回路４１、４５は、第１実施形態のスイッチ回路１１（第１図）と同様の構成を有しているものとする。ＵＳＢアップストリームデバイス４において伝送モードを指示する制御信号ＦＳ_ＯＰがスイッチ回路４１、４５を構成するＮＭＯＳトランジスタのゲート端子を制御し、その反転信号である／ＦＳ_ＯＰ信号がスイッチ回路４１、４５を構成するＰＭＯＳトランジスタのゲート端子を制御する。ここで、制御信号ＦＳ_ＯＰは、ハイスピード伝送モード時にローレベルとなる信号である。従って、フルスピード伝送モード時にはハイレベルとなると共に、ＵＳＢから切り離されている場合にもハイレベルを示す信号である。
【００６４】
ＵＳＢから切り離されている場合には、制御信号ＦＳ_ＯＰがハイレベルであり、各スイッチ回路４１、４５は導通状態となる。従って、信号線Ｄ＋が電源電圧レベルにプルアップされると共に、信号線Ｄ−が接地電圧レベルにプルダウンされた状態である。何れの信号線Ｄ＋、Ｄ−も所定の電圧レベルに維持されるため、漏れ電流の放電径路が確立されており、配線容量への電荷蓄積による電圧レベルの変動は発生しない。
【００６５】
特に、ＵＳＢアップストリームデバイス４がフルスピード伝送モードに設定される場合に、信号線Ｄ−はハイインピーダンス状態として規定されて伝送動作が行われるが、伝送開始に先立つＵＳＢへの非接続時において信号線Ｄ−は接地電圧に接続されており、漏れ電流による電圧レベルの上昇は発生しない。
【００６６】
フルスピード伝送モードにおいてＵＳＢに接続される場合には、接続前後で制御信号ＦＳ_ＯＰはハイレベルを維持されるので、信号線Ｄ−が接地電圧に接続された状態が維持される。ＵＳＢケーブルにおける接合ピン長の違いによりデバイスとの接続タイミングが接合ピンごとに異なる場合にも、ハイインピーダンス状態として規定されている信号線Ｄ−に不要電荷が蓄積されることはなく、これに伴う動作不良を防止することができる。
【００６７】
ここで、第４実施形態では、フルスピード伝送モードでの伝送中においても、本来ハイインピーダンス状態として定義されている信号線Ｄ−が抵抗素子４３を介して接地電圧に接続されていることとなる。しかしながら、この状態においても第２実施形態（第３図）の場合と同様に、抵抗素子４３の抵抗値を調整することにより、ＵＳＢへの非接続時における不要電荷の放電能力と、ＵＳＢへの接続時の通常伝送能力および抵抗素子４３を介しての消費電流とがバランスされ、信号線Ｄ−をハイインピーダンス状態とするフルスピード伝送モードを問題なく実行することができる。
【００６８】
更に、ＵＳＢアップストリームデバイス４がハイスピード伝送モードに設定される場合には、制御信号ＦＳ_ＯＰがローレベルになり、スイッチ回路４１、４５は、共に非導通となる。信号線Ｄ＋、Ｄ−は共にハイインピーダンス状態となり、信号線Ｄ＋、Ｄ−を、ハイスピード伝送モードにおけるバイアス状態とすることができる。
【００６９】
この場合、スイッチ回路４１、４５は、共に同一サイズ・同一構成とすることが好ましい。これにより、ハイインピーダンス状態となる信号線Ｄ＋、Ｄ−における負荷がバランスされ、信号線Ｄ＋、Ｄ−間の差動信号で伝送が行われるハイスピード伝送モードにおいて信号線間の負荷対称性を良好に維持することができ、高速伝送時における信号伝送の信頼性を向上させることができる。
【００７０】
以上説明したように第４実施形態のＵＳＢアップストリームデバイス４によれば、ＵＳＢ２．０規格に対応して、フルスピード伝送モードでの伝送を行う際には信号線Ｄ−への漏れ電流の流入を有効に放電することができ、信号線Ｄ−の電圧レベルを低い電圧レベルに維持することができる。また、信号線Ｄ−はフルスピード伝送モードでの伝送中においても抵抗素子４３を介して接地電圧に接続されているので、信号線Ｄ−のオーバーシュートやノイズ等による電圧変動を防止することができる。
【００７１】
また、フルスピード伝送モードにおいて、信号線Ｄ−が常時接地電圧に接続されているため、データ伝送中にＵＳＢから切り離されてしまう場合にも、切り離しの後、直ちに信号線Ｄ−がプルダウンされ、信号線Ｄ＋、Ｄ−はアイドル状態として認識され、ＵＳＢアップストリームデバイス４は正常にサスペンド状態に移行することができる。
【００７２】
その他、第１乃至第３実施形態で説明した場合と同様の作用・効果を奏することができる。
【００７３】
加えて、ハイスピード伝送モードにおいては、スイッチ回路４１、４５が共に非導通とされて信号線Ｄ＋、Ｄ−をハイインピーダンス状態とすることができる。この時、スイッチ回路４１、４５の回路構成および構成素子のサイズを同一としておけば、信号線Ｄ＋、Ｄ−への負荷を同等とすることができ、ハイスピード伝送モードにおける信号伝送の信頼性を向上させることができる。
【００７４】
第６図には、本発明の第５実施形態をＵＳＢコネクタに適用する場合を示す。ＵＳＢコネクタ５内において、信号線Ｄ＋、Ｄ−と接地電圧との間に抵抗素子５１、５３を備える構成である。第２実施形態における抵抗素子２１（第３図）について説明したように、ＵＳＢコネクタ５の非接続時における不要電荷の放電能力と、ＵＳＢコネクタ５の接続時のドライバによる通常伝送能力および抵抗素子５１、５３を介しての消費電流とがバランスするように抵抗値を設定することが好ましい。更に、ハイスピード伝送モードのデバイスを接続することを考慮して信号線Ｄ＋、Ｄ−間の負荷のバランスや差動動作の場合の駆動能力を考慮して抵抗値を設定することが好ましい。抵抗素子５１、５３の抵抗値として、例えば１ＭΩに設定してやればすべての伝送モードのデバイス接続用として有効に動作することができる。
【００７５】
以上説明したように第５実施形態のＵＳＢコネクタ５によれば、ロースピード、フルスピード、ハイスピードといった伝送モードの違いに関わらずすべてのデバイスに接続して、ハイインピーダンス状態として規定される信号線Ｄ＋またはＤ−への漏れ電流の流入を有効に放電することができ、電圧レベルを低い電圧レベルに維持することができる。また、データ伝送中においても抵抗素子５１または５３を介して接地電圧に接続されているので、信号線Ｄ＋またはＤ−のオーバーシュートやノイズ等による電圧変動を防止することができる。その他、第１乃至第４実施形態で説明した場合と同様の作用・効果を奏することができる。
【００７６】
加えて、ＵＳＢアップストリームデバイスを変更することなく、ＵＳＢコネクタ５内に抵抗素子５１、５３を備えるという簡便な構成により、ＵＳＢからの挿抜時やノイズ環境においても安定した情報伝送を行うことができる。
【００７７】
尚、抵抗素子５１、５３は、ＵＳＢケーブル内に配置しても同様の作用・効果を奏することは言うまでもない。
【００７８】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。
【００７９】
例えば、本実施形態においては、フルスピード伝送モードを中心に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ロースピード伝送モードにおける信号線Ｄ＋に対しても同様に適用することができる。
【００８０】
ここで、プルアップ／プルダウン時の電圧レベルは、電源電圧／接地電圧に限定されるものではなく、所定電圧レベルを有する高電圧レベル／低電圧レベルであればよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】第１実施形態の要部回路図である。
【図２】ＵＳＢコネクタの接合ピンの長さを示す図である。
【図３】第２実施形態の要部回路図である。
【図４】第３実施形態の要部回路図である。
【図５】第４実施形態の要部回路図である。
【図６】第５実施形態の要部回路図である。
【図７】従来技術におけるフルスピード伝送モードのＵＳＢを示す図である。
【図８】従来技術におけるロースピード伝送モードのＵＳＢを示す図である。
【図９】従来技術における第１の課題を示す波形図である。
【図１０】従来技術における第２の課題を示す波形図である。
【図１１】従来技術における第３の課題を示す波形図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2004095250.tif 000014
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004095250.tif 000015
【国際調査報告】
2004095250.tif 000016
2004095250.tif 000017
2004095250.tif 000018
2004095250.tif 000019