支持内部和外部USB收发器的数字接口.pdf

一种数字设备具有一支持在所述数字设备的一内部USB收发器与一外部USB收发器之间进行选择的USB接口模块。可用一控制寄存器或存储器位置中的一位来控制对所述内部或外部USB收发器的选择。所述外部USB收发器可与所述USB接口模块电隔离，和/或延伸经过比USB规范下可用的距离更长的距离。

1.  一种适合于在一内部通用串行总线(USB)收发器与一外部USB收发器之间进行选择的数字设备，其包含：
一通用串行总线(USB)模块；
一内部USB收发器；
一多路复用器，其具有一耦合到所述USB模块的输出端、一耦合到所述内部USB收发器的第一输入端、一适合于耦合到一外部USB收发器的第二输入端，和一用于确定对所述内部USB收发器或所述外部USB收发器的选择的控制输入端。

2.  根据权利要求1所述的数字设备，其中所述第二输入端适合于耦合到一隔离接口，所述隔离接口隔离所述第二输入端与所述外部USB收发器。

3.  根据权利要求2所述的数字设备，其中所述隔离接口包含一光纤隔离接口。

4.  根据权利要求2所述的数字设备，其中所述隔离接口包含一射频隔离接口。

5.  根据权利要求2所述的数字设备，其中所述隔离接口包含一红外线隔离接口。

6.  根据权利要求2所述的数字设备，其中所述隔离接口包含一经变压器耦合的隔离接口。

7.  根据权利要求1所述的数字设备，其中所述第二输入端适合于耦合到一接口，所述接口允许增加所述第二输入端与所述外部USB收发器之间的操作距离。

8.  根据权利要求1所述的数字设备，其进一步包含一耦合到所述USB模块的数字处理器。

9.  根据权利要求8所述的数字设备，其中所述数字处理器耦合到所述多路复用器的所述控制输入端，并控制对所述内部USB收发器或所述外部USB收发器的选择。

10.  根据权利要求8所述的数字设备，其中所述数字处理器是从由一微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、特殊应用集成电路(ASIC)和可编程逻辑阵列(PLA)组成的群组中选择的。

11.  根据权利要求1所述的数字设备，其中所述USB模块、所述内部USB收发器和所述多路复用器被制造在一集成电路小片上。

12.  根据权利要求11所述的数字设备，其中所述集成电路小片是被封围在一集成电路封装中。

13.  根据权利要求11所述的数字设备，其中一数字处理器被制造在所述集成电路小片上。

14.  根据权利要求1所述的数字设备，其中所述多路复用器的所述控制输入端耦合到一非易失性存储器。

15.  根据权利要求14所述的数字设备，其中所述非易失性存储器是从由快闪存储器、电可擦除可编程存储器(EEPROM)和可熔线组成的群组中选择的。

16.  一种具有一适合于在一内部通用串行总线(USB)收发器与一外部USB收发器之间进行选择的数字设备的数字系统，所述数字系统包含：
一数字设备；和
一外部通用串行总线(USB)收发器；
其中所述数字设备包含：
一USB模块；
一内部USB收发器；和
一多路复用器，其具有一耦合到所述USB模块的输出端、一耦合到所述内部USB收发器的第一输入端、一耦合到所述外部USB收发器的第二输入端，和一用于确定对所述内部USB收发器或所述外部USB收发器的选择的控制输入端。

17.  根据权利要求16所述的系统，其进一步包含一隔离接口，所述隔离接口耦合在所述多路复用器的所述第二输入端与所述外部USB收发器之间。

18.  根据权利要求17所述的设备，其中所述隔离接口是从由一光纤隔离接口、一射频隔离接口、一红外线隔离接口和一变压器耦合的隔离接口组成的群组中选择的。

19.  根据权利要求16所述的系统，其进一步包含一距离接口，所述距离接口耦合在所述多路复用器的所述第二输入端与所述外部USB收发器之间，其中所述距离接口允许增加所述数字设备与所述外部USB收发器之间的操作距离。

20.  根据权利要求16所述的系统，其进一步包含一耦合到所述USB模块的数字处理器。

21.  根据权利要求16所述的系统，其中所述数字处理器耦合到所述多路复用器的所述控制输入端，并控制对所述内部USB收发器或所述外部USB收发器的选择。

22.  根据权利要求16所述的系统，其中所述数字处理器是从由一微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、特殊应用集成电路(ASIC)和可编程逻辑阵列(PLA)组成的群组中选择的。

23.  根据权利要求16所述的系统，其中所述数字设备被制造在一集成电路小片上。

24.  根据权利要求23所述的系统，其中所述集成电路小片是被封围在一集成电路封装中。

25.  根据权利要求24所述的系统，其中一数字处理器被制造在所述集成电路小片上。

26.  根据权利要求16所述的系统，其中所述多路复用器的所述控制输入端耦合到一非易失性存储器。

27.  根据权利要求26所述的系统，其中所述非易失性存储器是从由快闪存储器、电可擦除可编程存储器(EEPROM)和可熔线组成的群组中选择的。

28.  一种在一用于在一内部通用串行总线(USB)收发器与一外部USB收发器之间进行选择的数字设备中的方法，所述方法包含以下步骤：
当一控制位处于一第一逻辑电平时，将一通用串行总线(USB)模块的一输入端耦合到一内部USB收发器；和
在所述控制位处于一第二逻辑电平时，将所述通用串行总线(USB)模块的所述输入端耦合到一外部USB收发器。

29.  根据权利要求28所述的方法，其中所述耦合所述USB模块的所述输入端的步骤是用一多路复用器完成的。

30.  根据权利要求28所述的方法，其进一步包含用一隔离接口隔离所述USB模块与所述外部USB收发器的步骤。

31.  根据权利要求28所述的方法，其进一步包含用一距离接口增加所述USB模块与所述外部USB收发器之间的操作距离的步骤。

32.  根据权利要求29所述的方法，其进一步包含用一数字处理器控制所述多路复用器的步骤，其中所述数字处理器也耦合到所述USB模块。

33.  根据权利要求28所述的方法，其中所述控制位来自一非易失性存储器。

支持内部和外部USB收发器的数字接口
技术领域
本发明一般来说涉及数字串行接口，且更明确地说，涉及通用串行总线(USB)接口，其中数字串行接口适合于在内部与外部USB收发器之间进行选择，且另外，所述外部USB收发器可与所述数字串行接口电隔离，和/或在所述数字串行接口之间某一距离处。
背景技术
数字设备在耦合到USB设备时可能需要电化(电)隔离。在主机设备与外围设备之间通过USB连接进行隔离在目前是复杂和昂贵的。现有的隔离技术是使用两个微处理器控制器。一个微处理器支持一应用，而第二个微处理器提供USB接口和主机控制。这种解决方案是复杂和昂贵的，且消耗额外的功率。还期望通过比可用距离更长的距离与USB总线通信，但仍然要维持USB接口。
因此，在可能也需要在其间进行电隔离的数字设备之间和/或经过较长距离来集成USB通信时，需要更多的灵活性、简洁性、更低的成本和功耗。
发明内容
本发明通过提供一种用于将一外部USB收发器耦合到一USB接口模块或将一内部USB收发器与一数字设备的USB接口模块一起使用的装置、系统和方法，克服了上文指出的问题以及现有技术的其它缺点和不足。所述数字设备可具有数字处理器，所述数字处理器包含微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、特殊应用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)和类似物。外部USB收发器可容易地与串行接口电隔离。可通过光学隔离、变压器耦合等来提供电化(电)隔离。外部USB收发器可另外耦合到USB接口模块，且与在USB标准下指定的距离相比具有更长距离的通信系统。举例来说，可利用光纤、无线电信号、红外线、变压器耦合等在外部USB收发器与USB接口模块之间传递串行数字信号。这个更长距离的通信系统也可提供外部USB收发器与USB接口模块之间的隔离。除了隔离和/或长距离以外，通信系统可具有适合于耦合到外部USB收发器和USB接口模块的简单且廉价的单端数字接口。
在建置数字设备时，非常需要将最多的接口与通信模块集成到数字设备中。当需要USB连接的电(电化)隔离时，接着可用低成本内部模块(例如，耦合到内部串行接口的内部USB收发器)来配置应用，或者当需要比USB规范下可用的距离更长的距离时，可使用外部的、可易于隔离的USB收发器。这允许更多的灵活性，且因此允许可使用所述数字设备的更大量的应用。
可由软件(例如，通过数字设备的配置寄存器中的USB收发器配置位)来控制对与数字设备的USB接口模块一起使用的内部或外部USB收发器的选择。也可用例如快闪存储器、电可擦除可编程存储器(EEPROM)、熔线等的非易失性存储器中的韧件位来完成对使用哪一USB收发器的选择，所述韧件位可控制数据总线选择电路，例如适合于将内部或外部USB收发器连接到数字设备的USB接口模块的数字多路复用器。所述数字设备可制造在半导体集成电路小片上，且可用任何类型的集成电路封装来封装所述半导体集成电路小片。所涵盖的且在本发明的范围内的是，所述半导体集成电路小片也可包含复数个半导体集成电路小片块，且可用多小片集成电路封装来封装。
本发明的技术优点是仅需要数字设备的一个USB接口模块用于与内部或外部USB收发器介接。
另一技术优点是建构和开发数字设备的成本更低，因为在不需要大量添加数字电路功能的情况下，USB介接可具有更多的灵活性。
又一个技术优点是用数字设备的低成本解决方案来支持需要电隔离的产业应用的能力。
其它技术优点是以低成本在距数字设备的距离比目前可用的距离更长的距离处具有操作的外部USB接口的能力。
又一个技术优点是通过设置或重新设置数字设备的USB收发器配置寄存器中的位来选择内部或外部USB收发器。
另一技术优点是通过设置或重新设置数字设备的非易失性存储器中的位来选择内部或外部USB收发器。
鉴于本文已揭示的内容，所属领域的技术人员应明了其它技术优点。
附图说明
通过参考以下结合附图进行的描述可获得对本揭示案的更全面的理解及其优点，附图中：
图1是根据本发明特定示范性实施例的具有一数字设备的数字系统的示意性方框图，其中所述数字设备具有适合于在内部与外部USB接口之间进行选择的USB接口模块。
图2是与图1的数字设备一起使用的典型的USB收发器的示意性方框图。
本发明可具有各种修改和替代形式。附图中以实例形式展示本发明的特定实施例，且本文对其进行了详细描述。然而应了解，本文中陈述的对特定实施例的描述不意欲将本发明限定于所揭示的特定形式。相反，意欲涵盖属于如附加权利要求书所界定的本发明精神与范围内的所有修改、替代方案和等效物。
具体实施方式
现参看附图，示意性说明本发明的示范性实施例的细节。附图中相同元件将由相同标号表示，且类似元件将由具有不同的小写字母下标的相同标号表示。
参看图1，描绘根据本发明特定示范性实施例的具有一数字设备的数字系统的示意性方框图，所述数字设备具有适合于在内部与外部USB接口之间进行选择的USB接口模块。所述数字系统由标号100一般地表示，且可包含数字设备102、外部USB收发器114和(视情况)隔离/距离接口112。数字设备102包含USB接口模块106、多路复用器108、内部USB收发器110和(视情况)数字处理器104。数字处理器104可耦合到USB接口模块106，且可用于控制多路复用器108。数字处理器104可包含微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、特殊应用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列(PLA)和类似物。
USB接口模块106耦合到多路复用器108，其中多路复用器108耦合到内部USB收发器110，且适合于耦合到外部USB收发器114。视情况，多路复用器108可通过隔离和/或距离接口112耦合到外部USB收发器114。接口112允许外部USB收发器114与数字设备102之间的电隔离和/或增加的距离。数字设备104可通过控制线120控制多路复用器108，以便在内部USB收发器110与外部USB收发器114(视情况通过接口112而耦合)之间进行选择。控制线120可通过一寄存器(未图示)中的位逻辑电平进行操作，或可耦合到例如快闪存储器、电可擦除可编程存储器(EEPROM)、熔线等的非易失性存储器(未图示)中的韧件位。
内部USB收发器110通过内部总线122耦合到多路复用器108的输入端。USB模块106通过数据总线126耦合到数据设备104，其中USB模块106根据USB规范产生适当的时序、数据和控制信号。内部USB收发器110可耦合到USB端口118，且外部USB收发器114可耦合到USB端口116。USB端口116和118可为相同或不同的USB端口。多路复用器108的输入端适合于通过简单的数字总线124(例如，具有单端逻辑电平的总线)耦合到外部USB收发器。因为接口112可通过总线124紧密地耦合到数字设备102，所以总线124不需要是如同USB端口116和118的USB规范要求的低噪声、低串音差分总线。
数字设备102可制造在一半导体集成电路小片上，且可用任何类型的集成电路封装来封装这个半导体集成电路小片。所涵盖的且在本发明的范围内的是，所述半导体集成电路小片也可包含复数个半导体集成电路小片块，且可用多小片集成电路封装进行封装。
本发明为内部(例如，芯片上)USB收发器110与外部(例如，芯片外)USB收发器114两者提供支持。外部USB收发器114可用于其中物理条件决定USB收发器114的位置要位于远离数字设备102处和/或USB收发器114必须与数字设备102电(电化)隔离的应用。可通过众所周知的技术(例如，光隔离器、红外线、射频、变压器耦合等)来实现外部USB收发器114的电隔离。
参看图2，其描绘一典型USB收发器的示意性方框图。一般由标号200表示的典型USB收发器包含输出启用(/OE)、转换速率(slew rate)控制设置(SPEED)、到差分线驱动器(VMO和VPO)的输出、来自差分接收器(RCV)的输入、D+线(VP)的单端状态输入，和D-线(VM)的单端状态输入。这些信号中的大多数可直接耦合到多路复用器108(见图1)。然而，这些信号中的某些信号(即，SPEED)是依赖于系统的，且可通过用户选定的I/O配置来硬连线或发信号。独立的外部USB收发器114可为(例如)Phillips通用串行总线收发器PDIUSBP11A。Phillips USB收发器是数字USB接口领域的技术人员众所周知的。
已根据特定的示范性实施例描述了本发明。根据本发明，可改变设备的参数，通常由设计工程师指定和选择这些参数以用于期望的应用。另外，本发明涵盖可由所属领域的技术人员基于本文陈述的教示而容易设计的其它实施例也属于由附加权利要求书所界定的本发明的范围内。可以所属领域的且得益于本文所陈述教示的技术人员将明了的不同但等效的方式来修改和实践本发明。