支持双重角式的USB总线及相应设备和连接器 【技术领域】
本发明涉及USB总线，特别是涉及一种支持双重角式的USB总线及相应设备和连接器。
【背景技术】
标准的USB总线是采用主从的架构，USB主机是“主”，是USB总线的控制中心，而USB外部设备是“从”，USB外部设备是不能够启动资料传输，只能回应USB主机的指令，也就是USB外部设备与其他USB外部设备彼此之间不能直接互换资料。虽然在USB2.0规格中加入了USB OTG(USBOn-The-Go的简写)的补充标准，使支持USB OTG标准的USB外部设备除了可以作为周边装置外，还可以担任USB主机的角式，使两台USB外部设备彼此间可以直接互换数据，但在USB OTG标准中，担任USB主机角式的USB外部设备只能提供有限度的USB主机功能，不能全面提供USB主机功能。此外，目前的USB标准中，USB主机是不能担任USB外部设备的角式，USB主机与USB主机之间彼此之间是不能直接互换资料，这些主从架构形成的种种限制，对USB的应用造成了不少障碍，不利于USB的更进一步发展。
【发明内容】
本发明的目的，在于提供一种支持双重角式的USB总线及相应设备和连接器，使USB设备既可担任USB主机的角式，也可担任USB外部设备的角式，USB设备可以在使用时按实际需要担任其中的一个角式。
本发明的目的是这样实现的，采用这样一种支持双重角式的USB总线，用于USB设备之间交换数据和供应电源，其特征在于，所述的USB总线除了设有标准USB总线的总线电源接线(VBUS)、数据线负极接线(D-)、数据线正极接线(D+)、接地线(GND)外，还设有包括总线电源输入接线(VIN)。此外，在所述的USB总线中，当两台USB设备(1)相连线时，其中第一台USB设备(1)与第二台USB设备(1)的连接关系如下：
第一台USB设备(1)的总线电源接线(VBUS)与第二台USB设备(1)的总线电源输入接线(VIN)相电路连线；
第一台USB设备(1)的总线电源输入接线(VIN)与第二台USB设备(1)的总线电源接线(VBUS)相电路连线；
第一台USB设备(1)的数据线负极接线(D-)与第二台USB设备(1)的数据线负极接线(D-)相电路连线；
第一台USB设备(1)的数据线正极接线(D+)与第二台USB设备(1)的数据线正极接线(D+)相电路连线；
第一台USB设备(1)的接地线(GND)与第二台USB设备(1)的接地线(GND)相电路连线。
以及，所述的两台相连线的USB设备(1)的其中一台USB设备(1)担任USB主机角式，即USB主机(2)，而另一台USB设备(1)担任USB外部设备角式，即USB外部设备(3)，以及，担任USB主机角式的USB主机(2)通过其总线电源接线(VBUS)输出总线电源到担任USB外部设备角式的USB外部设备(3)的总线电源输入接线(VIN)。以及，当担任USB主机角式的USB设备(1)通过其总线电源输入接线(VIN)检测到总线电源时，该USB设备(1)在经过一段时间T1后暂停其总线电源接线(VBUS)输出的总线电源一段时间T2；当该USB设备(1)在时间T2期间检测到其总线电源输入接线(VIN)有总线电源时，该USB设备(1)立即转换为担任USB外部设备角式；当该USB设备(1)在时间T2期间检测不到其总线电源输入接线(VIN)有总线电源时，该USB设备(1)在时间T2后维持担任USB主机角式；所述的时间T1、时间T2分别为该USB设备(1)通过随机方式所产生的时间值。
为实现本发明的目的，还采用这样一种USB连接器，可配合如前面所述支持双重角式的USB总线，设置于USB主机(2)、USB外部外部设备(3)等USB设备(1)上，其特征在于，所述的USB连接器包括有USB插头(4)和/或USB插座(5)，所述的USB插头(4)和/或USB插座(5)上设有多个导电端子，包括用于连接总线电源接线(VBUS)的导电端子、用于连接总线电源输入接线(VIN)的导电端子、用于连接数据线负极接线(D-)的导电端子、用于连接数据线正极接线(D+)的导电端子、用于连接接地线(GND)的导电端子。
为实现本发明地目的，还采用这样一种具有双重角式的USB设备，采用如前面所述支持双重角式的USB总线，设置有如前面所述的USB连接器，其特征在于，所述的USB设备(1)的工作模式包括主机模式和设备模式，在主机模式下，该USB设备(1)担任USB主机角式，即USB主机(2)，可以提供标准USB主机所具备的功能；在设备模式下，该USB设备(1)担任USB外部设备角式，即USB外部设备(3)，可以提供标准USB外部设备所具备的功能。
这样就实现了本发明的目的。
本发明的优点是USB设备(1)既可以担任USB主机(2)的角式，也可以担任USB外部设备(3)的角式，所担任的角式可以由USB设备(1)预先设定，或在工作时根据其需要而决定。本发明的每一USB设备(1)上分别设有总线电源接线(VBUS)和总线电源输入接线(VIN)，当USB设备(1)担任USB主机(2)时，就可通过它的总线电源接线(VBUS)向USB外部设备(3)供应总线电源，而当USB设备(1)担任USB外部设备(3)时，就可通过它的总线电源输入接线(VIN)从USB主机(2)输入总线电源，这样只需采用同一款USB连接器，就可同时应付USB主机(2)和USB外部设备(3)的需求，无需像现时标准的USB总线采用A型、B型连接器去区分USB主机和外部设备。
【附图说明】
图1是本发明的支持双重角式的USB总线的方框结构说明图；
图2是USB主机(2)与USB外部设备(3)相连线的示意说明图；
图3是本发明的支持双重角式的USB总线所采用的USB连接器的形像化立体示意说明图；
图4是本发明的USB插头(4)的形像化立体示意说明图；
图5是图4的A-A剖面说明图；
图6和图7是本发明的USB插座(5)的形像化立体示意说明图；
图8是图6的B-B剖面说明图。
图中，相同的数字代表相同的装置、部件器件，附图是示意性的，用以说明本发明的构成和主要特征。
【具体实施方式】
下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
参阅图1，图1是本发明的支持双重角式的USB总线的方框结构说明图，图中示出的USB总线除了设有标准USB总线的总线电源接线(VBUS)、数据线负极接线(D-)、数据线正极接线(D+)、接地线(GND)外，还设有包括总线电源输入接线(VIN)。此外，在所述的USB总线中，当两台USB设备(1)相连线时，其中第一台USB设备(1)与第二台USB设备(1)的连接关系如下：
第一台USB设备(1)的总线电源接线(VBUS)与第二台USB设备(1)的总线电源输入接线(VIN)相电路连线；
第一台USB设备(1)的总线电源输入接线(VIN)与第二台USB设备(1)的总线电源接线(VBUS)相电路连线；
第一台USB设备(1)的数据线负极接线(D-)与第二台USB设备(1)的数据线负极接线(D-)相电路连线；
第一台USB设备(1)的数据线正极接线(D+)与第二台USB设备(1)的数据线正极接线(D+)相电路连线；
第一台USB设备(1)的接地线(GND)与第二台USB设备(1)的接地线(GND)相电路连线。
参阅图2，图2是USB主机(2)与USB外部设备(3)相连线的示意说明图，图中示出了两台相连线的USB设备(1)的其中一台USB设备(1)担任USB主机角式，即USB主机(2)，而另一台USB设备(1)担任USB外部设备角式，即USB外部设备(3)，以及，担任USB主机角式的USB主机(2)通过其总线电源接线(VBUS)输出总线电源到担任USB外部设备角式的USB外部设备(3)的总线电源输入接线(VIN)。以及，当担任USB主机角式的USB设备(1)通过其总线电源输入接线(VIN)检测到总线电源时，该USB设备(1)在经过一段时间T1后暂停其总线电源接线(VBUS)输出的总线电源一段时间T2；当该USB设备(1)在时间T2期间检测到其总线电源输入接线(VIN)有总线电源时，该USB设备(1)立即转换为担任USB外部设备角式；当该USB设备(1)在时间T2期间检测不到其总线电源输入接线(VIN)有总线电源时，该USB设备(1)在时间T2后维持担任USB主机角式；所述的时间T1、时间T2分别为该USB设备(1)通过随机方式所产生的时间值。
继续参阅图1和图2，在本发明的USB总线中，USB设备(1)的工作模式包括主机模式和设备模式，在主机模式下，该USB设备(1)担任USB主机角式，即USB主机(2)，可以提供标准USB主机所具备的功能；在设备模式下，该USB设备(1)担任USB外部设备角式，即USB外部设备(3)，可以提供标准USB外部设备所具备的功能。当USB设备(1)处于主机模式时，该USB设备(1)即USB主机(2)通过其总线电源接线(VBUS)向其他USB外部设备(3)输出总线电源；以及，当USB设备(1)处于设备模式时，该USB设备(1)即USB外部设备(3)通过其总线电源输入接线(VIN)从其他USB主机(2)输入总线电源。
在本发明中，USB设备(1)既可以担任USB主机(2)的角式，也可以担任USB外部设备(3)的角式，当两台相连接的USB设备(1)同时处于主机模式或同时处于设备模式时，这两台USB设备(1)是不能互相正常连线交换数据，解决这冲突的方法是让其中一台USB设备(1)转换工作模式，使两台USB设备(1)分别担任USB主机角式和USB外部设备角式，才能互相正常连线交换数据，以下是解决这冲突的方法的详细说明：
1.当USB主机(2)通过总线电源输入接线(VIN)检测到总线电源时，该USB主机(2)立即维持其总线电源接线(VBUS)输出的总线电源一段时间T1，然后暂停其总线电源接线(VBUS)输出的总线电源一段时间T2；当该USB主机(2)在时间T2期间检测到其总线电源输入接线(VIN)有总线电源时，该USB主机(2)立即转换其工作模式为设备模式，并停止其总线电源接线(VBUS)输出的总线电源；当该USB主机(2)在时间T2期间检测不到其总线电源输入接线(VIN)有总线电源时，该USB主机(2)在时间T2后维持其工作模式为主机模式；所述的时间T1、时间T2分别为该USB主机(2)通过随机方式所产生的时间值。
2.当USB外部设备(3)通过其总线电源输入接线(VIN)检测到不到总线电源时，USB外部设备(3)立即转换其工作模式为主机模式，并通过其总线电源接线(VBUS)输出的总线电源。
此外，更可以对不同的USB设备(1)设定不同范围的时间数值T1来设定它们当USB主机角式的优先级别，例如可以将作为USB设备(1)的个人计算机的T1的范围设定为从0至1秒，而将作为USB设备(1)的手机的T1的范围设定为从2至3秒，这样每次该个人计算机与该手机通过USB总线相连接时，该个人计算机总是当USB主机角式，而该手机总是当USB外部设备角式，也就是该个人计算机比该手机优先当USB主机角式。
本发明的USB总线，是标准的USB总线的改进，为了方便说明，在本说明书中只描述了与标准的USB总线不相同的部分内容，而省略了本发明的USB总线与标准的USB总线相同的部分内容。
参阅图3，图3是本发明的支持双重角式的USB总线所采用的USB连接器的形像化立体示意说明图，图中示出的USB连接器包括有USB插头(4)和/或USB插座(5)，所述的USB插头(4)和/或USB插座(5)上设有多个导电端子，包括用于连接总线电源接线(VBUS)的导电端子、用于连接总线电源输入接线(VIN)的导电端子、用于连接数据线负极接线(D-)的导电端子、用于连接数据线正极接线(D+)的导电端子、用于连接接地线(GND)的导电端子，与标准的USB连接器相比，不同之处在于本发明的USB连接器将标准的USB连接器的VBUS接脚变为两个接脚，分别为总线电源接线(VBUS)和总线电源输入接线(VIN)，使USB设备(1)既可以向外供应总线电源，也可以从其他USB设备(1)输入总线电源。现时标准的USB总线，分别采用不同的A型、B型连接器去区分USB主机和USB外部设备，只要采用本发明的支持双重角式的USB总线和USB连接器，就可同时满足USB主机(2)和USB外部设备(3)的需求，无需再分A型、B型连接器，以下配合图4至图8，对此“一插插遍天下”的USB连接器作更详细说明。
参阅图4和图5，图4是本发明的USB插头(4)的形像化立体示意说明图，图5是图4的A-A剖面说明图，图4和图5中示出的USB插头(4)是支持USB3.0标准的插头，在USB插头(4)头部设有一方形管状的金属外壳(C1)，金属外壳(C1)的左右两侧的下方部分向内凹入，在金属外壳(C1)的内部空间设有一绝缘基座(B1)，绝缘基座(B1)的四周与金属外壳(C1)的内壁之间留有空间，在绝缘基座(B1)的顶部设有多个导电端子，包括导电端子(P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9，P10，P11，P12，P13，P14，P15)，在绝缘基座(B1)的底部设有负载电源端子(PA)，以及，绝缘基座(B1)、导电端子(P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9，P10，P11，P12，P13，P14，P15)、负载电源端子(PA)、金属外壳(C1)等通过绝缘材料固定在插头的预定位置处。以及，所述的USB插头(4)上各个端子的定义如下：
所述的导电端子(P1)是连接接地线(GND)的端子；
所述的导电端子(P2)是连接数据线正极接线(D+)的端子；
所述的导电端子(P3)是连接数据线负极接线(D-)的端子；
所述的导电端子(P4)是连接总线电源接线(VBUS)的端子；
所述的导电端子(P5)是连接总线电源输入接线(VIN)的端子；
所述的导电端子(P6，P7)是连接USB 3数据接收线的端子，即“USB3_RX”；
所述的导电端子(P8)是连接数据线地的端子，即“USB3_GND”；
所述的导电端子(P9，P10)是连接USB 3数据输出线的端子，即“USB3_TX”；
所述的导电端子(P11，P12，P13，P14)是保留作其他用途的端子；
所述的导电端子(P15)是连接负载电源的调整电压电阻的端子，即“VR”；
所述的负载电源端子(PA)是连接负载电源正极的端子；
所述的金属外壳(C1)是连接负载电源负极的端子。
参阅图6至图8，图6和图7是本发明的USB插座(5)的形像化立体示意说明图，图8是图6的B-B剖面说明图，图6至图8中示出的USB插座(5)是支持USB 3.0标准的插座，所述的USB插座(5)设有一管状的金属外壳(C2)，金属外壳(C2)的左右两侧的下方部分向内凹入，金属外壳(C2)的内部空间设有一绝缘基座(B2)，绝缘基座(B2)的四周与金属外壳(C2)的内壁之间留有可供USB插头(4)头部插入的空间，绝缘基座(B2)内设有一长方形孔，在该长方形孔的顶部设有多个导电端子，包括导电端子(S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10，S11，S12，S13，S14，S15)，在该长方形孔的底部设有负载电源端子(SA)，以及，绝缘基座(B2)、导电端子(S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10，S11，S12，S13，S14，S15)、负载电源端子(SA)、金属外壳(C2)等通过绝缘材料固定在插座的预定位置处。以及，所述的USB插座(5)上各个端子的定义如下：
所述的导电端子(S1)是连接接地线(GND)的端子；
所述的导电端子(S2)是连接数据线正极接线(D+)的端子；
所述的导电端子(S3)是连接数据线负极接线(D-)的端子；
所述的导电端子(S4)是连接总线电源接线(VBUS)的端子；
所述的导电端子(S5)是连接总线电源输入接线(VIN)的端子；
所述的导电端子(S6，S7)是连接USB 3数据接收线的端子，即“USB3_RX”；
所述的导电端子(S8)是连接数据线地的端子，即“USB3_GND”；
所述的导电端子(S9，S10)是连接USB 3数据输出线的端子，即“USB3_TX”；
所述的导电端子(S11，S12，S13，S14)是保留作其他用途的端子；
所述的导电端子(S15)是连接负载电源的调整电压电阻的端子，即“VR”；
所述的负载电源端子(SA)是连接负载电源正极的端子；
所述的金属外壳(C2)是连接负载电源负极的端子。
继续参阅图3至图8，当USB插头(4)与USB插座(5)相插接时，USB插头(4)上的各个端子与USB插座(5)上对应的端子相电路连接，它们的连接关系如下：
导电端子(P1)与导电端子(S1)相电路连接；
导电端子(P2)与导电端子(S2)相电路连接；
导电端子(P3)与导电端子(S3)相电路连接；
导电端子(P4)与导电端子(S4)相电路连接；
导电端子(P5)与导电端子(S5)相电路连接；
导电端子(P6)与导电端子(S6)相电路连接；
导电端子(P7)与导电端子(S7)相电路连接；
导电端子(P8)与导电端子(S8)相电路连接；
导电端子(P9)与导电端子(S9)相电路连接；
导电端子(P10)与导电端子(S10)相电路连接；
导电端子(P11)与导电端子(S11)相电路连接；
导电端子(P12)与导电端子(S12)相电路连接；
导电端子(P13)与导电端子(S13)相电路连接；
导电端子(P14)与导电端子(S14)相电路连接；
导电端子(P15)与导电端子(S15)相电路连接；
负载电源端子(PA)与负载电源端子(SA)相电路连接；
金属外壳(C1)与金属外壳(C2)相电路连接。
在本说明书中的USB插头(4)和USB插座(5)上分别设有用于连接调整负载电源输出电压的电阻的“VR”端子，是采用本人发明的“由用电设备控制电源供应设备输出电源电压的方法(中国专利申请号码：200810216416.1)”，是在USB外部设备(3)上设置一用于调整输出电压的电阻来调节USB主机(2)输出给USB外部设备(3)的负载电源的电压，使之符合USB外部设备(3)的需求，有关这方法的详细资料，可参阅该专利申请的说明书。
此外，当需要超过两台的USB设备(1)互相连接时，是需要通过一个多端口的USB集线器将各USB设备(1)连接起来，各USB设备(1)分别与USB集线器的其中一端口相连接，集线器的各个端口同样设有总线电源接线(VBUS)、总线电源输入接线(VIN)、数据线负极接线(D-)、数据线正极接线(D+)、接地线(GND)，其中各端口的总线电源输入接线(VIN)由USB集线器根据其他端口的总线电源接线(VBUS)的状态而决定是否输出总线电源，当USB集线器在该端口以外的其余任一端口上的总线电源接线(VBUS)上检测到总线电源时，USB集线器立即在该端口的总线电源接线(VBUS)输出总线电源给连接该端口的USB设备(1)，当USB集线器在该端口以外的其余全部端口上的总线电源接线(VBUS)上均检测不到总线电源时，USB集线器立即在该端口的总线电源接线(VBUS)停止输出总线电源，这样即使多台USB设备(1)互相连接，各USB设备(1)也可通过检测其总线电源输入接线(VIN)上有没有其他USB设备(1)输出的总线电源，来决担任USB主机(2)的角式或USB外部设备(3)的角式，而互相连线的各台USB设备(1)中，只有一台担任USB主机(2)的角式，其余的就担任USB外部设备(3)的角式。
以上已经详细说明了本发明的支持双重角式的USB总线及相应设备和连接器，虽然本发明以上述的实施例加以说明，但是本发明并不仅限于此，在不离开本发明的精神和所附权利要求书的范围的情况下，可以作多种改变和变化。例如本发明的支持双重角式的USB总线及相应设备和连接器可应用于USB 1.0、USB1.1、USB 2.0、USB 3.0等各个不同版本的USB标准，都可很好地实现本发明的目的，都是属于本发明的保护范围。
本发明可彻底解决现时USB总线主从的架构所带来的问题和不便。本发明的实施，会带来良好的效益。