高速外設互聯接口的製作方法

2023-09-20 13:14:55 1

專利名稱：高速外設互聯接口的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於訪問外圍設備和個人計算機的數據接口，特別是涉及一種高速夕卜設互聯(PCI Express, Peripheral Component Interconnect Express )接口。
背景技術：
通用串行總線是用於訪問外圍設備和個人計算機的公用接口標準，近年來， USB的應用領域已經被擴大到大量的消費電子設備和行動裝置。目前，符合 USB2.0規範的接口大量應用，由於USB2.0接口最高速率是480Mb/S，同時接 口能夠提供供電能力，使得USB2.0接口在目前PC接口領域非常普及。但是隨 著存儲容量和網絡速度進入G時代，PC與外部設備的數據連接需要更高的傳 輸速率，USB2.0逐漸變得難以滿足日益增長的存取速率要求，PC機與外部設 備的數據連接急需釆用一種新的接口規範。一種解決方案是利用外置串行高技術配置(eSATA, e Serial Advanced Technology Attachment)接口將SATA接口引出機箱，這種接口能夠支持3Gb/S 的帶寬。但是該方案的缺點是該接口中沒有提供電源信號，因此無法對設備 供電。而且僅支持簡單的存儲設備，因此，大量的消費電子產品難以利用該接 口與計算機相連，另外，該方案也不能兼容現有數量眾多的USB設備。另一種解決方案為筆記本電腦上推廣的ExpressCard接口 ，該接口能夠支 持3Gb/S的數據傳輸率。ExpressCard接口能夠為存儲設備提供電源，能夠同時 支持PCI Express接口 、 USB接口等。PCI Express接口可以簡稱為PCIe接口 ， 其沿用了現有的PCI通訊標準，但基於更快的串行通信系統。ExpressCard接口 分為ExpressCard|34和ExpressCard|54兩種，其外形分別如圖l(a)和圖l(b)所示，可以看出，即使是尺寸較小的ExpressCard|34接口，仍然具有較大的外形尺寸 一一75 x 34mm。而且該接口雖然能夠支持USB設備，但是這種支持是建立在 USB設備的接口也是使用ExpressCard接口規範的基礎上的，對於傳統的USB 設備，該接口無法提供支持，由此喪失了對目前大量存在的USB接口的外設的 兼容性。發明內容有鑑於此，本發明的主要目的在於能夠提供一種用於訪問外圍設備和個人 計算機的數據接口，該接口能夠兼容現在廣為應用的USB接口規範，而且能夠 支持高數據傳輸率的PCIe接口規範。為了實現上述發明目的，本發明所釆用的技術方案為一種高速外設互聯接口，包括電源端子、接地端子，四個數據端子中包括 兩個數據發送端子和兩個數據接收端子，該接口的電源端子和接地端子與USB 接口規範相應端子一致，保證所述四個數據端子中的兩個的位置和寬度與USB 接口規範中的D+端子位置相交迭，且不會與USB接口規範中的D-端子位置相 交迭，保證另外兩個數據端子的位置和寬度與USB接口中規範的D-端子位置 相交迭，且不會與USB接口規範中的D+端子位置相交迭。其中，該接口的所述四個數據端子位置與USB接口端子位置對應關係為 PT-端子和PR+端子與USB接口的D+端子相對應，而PT+端子和PR-端子與 USB接口的D-端子相對應。其中，所述接口還包括接口檢測單元，該接口檢測單元用於檢測該接口所 配合的接口類型，控制對應於當前檢測出的接口類型的接口使能信號的輸出。其中，所述接口檢測單元集成在計算機的南橋晶片中。或者所述接口檢測 單元集成於專用集成晶片。該接口檢測單元包含有信號發送模塊、信號比較模 塊、切換控制模塊，其中，信號發送模塊連接信號比較模塊，為信號比較模塊 和接口輸出端子提供輸出信號，信號比較模塊連接切換控制模塊，完成該輸出 信號與從接口輸入端子接收到的輸入信號的對比，將對比結果發送置切換控制模塊，切換控制模塊控制不同接口使能信號的輸出。本發明的兼容USB接口的PCIe接口，能夠按照PCIe接口規範提供高達 3Gb/S的數據傳輸率，同時能夠在不對傳統USB外圍設備進行改造的情況下， 提供對這些USB外圍設備的支持。本發明還能夠自動檢測外圍設備是符合PCIe接口規範的設備還是符合 USB接口規範的設備，並且為這兩種不同類型的設備分別提供其適合的傳輸協 議。另夕卜，本發明的接口外形和原有USB接口完全一樣，尺寸小，利用該接口 的外設具有方便攜帶和使用的優點。


圖l(a)為現有技術中ExpressCardl34接口規範外形圖；圖l(b)為現有技術中ExpressCardlM接口規範外形圖；圖2為本發明的兼容USB接口的PCIe接口的幾種可能的配合情況；圖3為本發明的兼容USB接口的PCIe接口的一個實施例的示意圖；圖4為本發明的兼容USB接口的PCIe接口的另一個實施例的示意圖；圖5為本發明的兼容USB接口的PCIe接口的接口檢測單元內部功能模塊圖；圖6為本發明的兼容USB接口的PCIe接口的接口檢測單元的 一個實施例。
具體實施方式
下面結合附圖及具體實施例對本發明再作進一步詳細的說明。 本發明的兼容通用串行總線接口的PCIe接口能夠支持目前數量眾多的 USB接口設備，而且能夠支持高數據傳輸率的PCIe接口規範。為了方便描述， 在下文中稱釆用本發明的兼容USB接口的PCIe接口規範的插頭(Plug)為新型插 頭，稱釆用本發明的兼容USB接口的PCIe接口規範的插座(Socket)為新型插座。 為了能夠兼容現有的USB接口 ，本接口的連接端子釆用如圖2所示的結構，將USB接口的D+、 D-端子分成兩半，變成4個數據端子，用於引出PCIe的信 號，分別對應PT+、 PT-、 PR+和PR-,保持USB接口的其它端子的定義不變。 這個剖分關係不是唯一限定的，可以由USB接口的D+劈為PT+和PR-, D-劈 為PT-和PR+;也可以是D+劈為PT+和PT-， D-劈為PR+和PR-，還可以是其 它剖分方法，只需要更改端子後的連線即可。作為本發明的一個優選實施例， 選擇將USB接口的D+劈為PT+和PR-, D-劈為PT-和PR+。另外，這種剖分關係也並不一定要求PT+端子和PR-端子只能對應USB接 口的D+端子的寬度，或者PT-端子和PR+端子只能對應USB接口的D-端子的 寬度。實際上只需要保證該接口的電源端子和接地端子與USB接口規範相應端 子一致，所述四個數據端子中兩個的位置和寬度能夠保證其與USB接口規範中 的D+端子位置相交迭，且不會與USB接口規範中的D-端子位置相交迭，而另 外兩個端子的位置和寬度能夠保證其與USB接口中規範的D-端子位置相交迭， 且不會與USB接口規範中的D+端子位置相交迭。兼容USB接口的PCIe接口中PT-端子和PR+端子以及PT+端子和PR-端子 也不是一定要求必須按照圖2中所示的並列排開，也可以是PT-端子和PR+端 子按照插入方向的前後順序排開，只要能夠同時保證與USB接口中的D-端子 接觸且不與D+端子接觸即可。PT+端子和PR-端子也可以是其它的布置方式， 只要能夠保證相應對應關係即可。相對於圖2中A部分所示的為傳統USB插座和傳統USB插頭之間的對應 配合關係，引入本發明的兼容USB接口的PCIe接口後，會出現幾種新的配合 關係，分別是新型插座配合傳統USB插頭；新型插座配合新型插頭，傳統 USB插座配合新型插座。這幾種配合關係分別如圖2中的B、 C和D部分所示。由圖2的B部分可見，當傳統USB插頭插入新型插座之後，由於傳統USB 插頭的D+、 D-端子寬度要比新型插座的PT+、 PT-、 PR+和PR-寬，所以新型插 座的PT+和PR-端子會被USB接口的D+端子短接，而新型插座的PT-和PR+ 端子會被USB接口的D-端子短接，如果通過一種檢測設備能夠檢測到新型插 座的PT-和PR+、 PT+和PR-被短接，就能夠確認新型插座裡面插入的是傳統USB插頭，由圖2的C部分可見，當新型插頭插入新型插座之後，二者的PCIe 端子一一對應，就可以釆用高數據傳輸率的PCIe接口規範了。為了實現接口的自適應識別功能，對於提供新型插座的一側，該側一般是 PC，需要提供一種接口檢測單元，該接口檢測單元連接至PCIe接口的輸入端 子PR+和PR-，且提供USB輸出使能信號線和PCIe輸出使能信號線，配合PC 的USB數據線和PCIe數據線，按照USB接口協議發送信號至USB接口的D+ 和D-端子，實際上也是同時發送至PT+和PR-端子和PT-和PR+端子，和能夠 按照PCIe接口協議發送信號至PCIe接口的PT+和PT-端子。該接口檢測單元 能夠判斷新型插座的PT+和PR-端子是否被短接，及新型插座的PT-和PR+端子 是否被短接，如果這幾個端子之間的短接關係存在，就認為新型插座內插入的 是傳統USB設備，新型插座一側即可按照USB接口協議與USB插頭一側通信、 傳輸數據。而如果接口檢測單元沒有檢測到這種短接關係的存在，就認為新型 插座內插入的是新型插頭，新型插座一側即可按照PCIe接口的協議與之通信、 傳輸數據。如圖3所示，這種接口檢測單元以可以直接嵌入進計算機的南橋晶片，在 南橋晶片內部完成短路檢測功能，檢測完成後根據短路檢測結果由接口檢測單 元發出USB輸出使能信號或者是PCIe輸出使能信號，配合PC的USB數據線 或PCIe數據線，利用相應的傳輸接口協議完成PC機與外設之間的通信和數據如圖4所示，這種接口檢測單元由一個專用集成晶片(ASIC, Application-Specific Integrated Circuit)來實現，該專用集成晶片連接PC的PCIe 插槽的USB數據引腳和PCIe發送和接收引腳，在該專用集成晶片內部完成短 路檢測功能，檢測完成後根據短路檢測結果由接口檢測單元發出USB輸出使能 信號或者是PCIe輸出使能信號，配合PC的USB數據線或PCIe數據線，利用 相應的傳輸接口協議完成PC機與外設之間的通信和數據傳輸。接口檢測的方式可以有多種選擇，例如，直接由接口檢測單元發送一個高 電平或低電平給PT+或PT-端子，然後檢測PR-或PR+端子的電平，即可判斷上述兩組端子之間是否被短接。另一種接口檢測單元的實施例如圖5所示，接口檢測單元包含有信號發送 模塊、信號比較模塊、切換控制模塊，其中，信號發送模塊連接信號比較模塊,向PCIe輸出端子PT+或PT-發送一個符合PCIe協議的輸出信號，並為信號比 較單元提供該輸出信號，信號比較模塊連接PCIe輸入端子PR-或PR+，能夠由 這兩個端子上獲得輸入信號，信號比較模塊還連接切換控制模塊，信號比較模 塊能夠完成對輸出信號與從PR-或PR+接收到的輸入信號的對比，將對比結果 發送至切換控制模塊，切換控制模塊控制不同接口使能信號的輸出，接口使能 信號包括USB輸出使能信號和PCIe輸出使能信號。一個具體的實施例如圖6所示，信號發送模塊由波形發生器來實現，信號 比較模塊由異或門電路和脈衝計數器來實現，切換控制電路由或門電路和非門 電路來實現。為了檢測插入的插頭到底是USB插頭還是新型插頭，波形發生器 發送一組特定的輸出波形信號，該信號同時送給異或門電路。如果插入的是USB 設備，插槽的PCIe輸出端子和輸入端子被短接，發送的輸出波形信號被短接的 PCIe輸入端子PR+和PR-直接送入送入異或門電路。異或門電路對輸出波形信號和從輸入端子接收到的輸入信號進行比較，如 果這兩路信號相同，說明PCIe的PT-和PR+、 PT+和PR-被短接，則輸出恆0; 如果這兩路信號不相同，說明PCIe的PT-和PR+、 PT+和PR-沒有被短接，就 會有脈衝波形輸出。脈衝計數器對波形上的脈衝進行計數。如果計數結果為恆 0，則計數輸出為O,否則計數輸出大於0。或門電路對脈衝計數器的輸出進行 或運算，為O則輸出為O,經非門電路輸出為l,此時發出USB輸出使能信號。 脈衝計數器輸出大於0，則或門電路運算輸出為l，此時發出PCIe輸出使能信 號。對於圖2中的D部分所對應的情況，當一個新型插頭插入了傳統的USB 插槽時，只需要連接新型插頭的一端設備具有上述接口檢測單元和控制電路， 且該設備能夠同時支持USB接口協議和PCIe接口協議，就能夠使得具有新型 插頭的該設備能夠自適應選擇按照USB接口協議的方式還是PCIe接口協議的方式傳輸數據。以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用來限定本發明的保護範圍。本領域內技術人員應該能夠聯想到，PCIe接口的數據端子與USB接口的 數據端子之間各種不同的對應關係，以及不同形狀特性的數據端子組成的PCIe 接口，還有包括不同內部結構的接口檢測單元的PCIe接口，都應該屬於本發明 的保護範圍。
權利要求
1、一種高速外設互聯接口，包括電源端子、接地端子，四個數據端子中包括兩個數據發送端子和兩個數據接收端子，其特徵在於，該接口的電源端子和接地端子與USB接口規範相應端子一致，保證所述四個數據端子中的兩個的位置和寬度與USB接口規範中的D+端子位置相交迭，且不會與USB接口規範中的D-端子位置相交迭，保證另外兩個數據端子的位置和寬度與USB接口中規範的D-端子位置相交迭，且不會與USB接口規範中的D+端子位置相交迭。
2、 根據權利要求l所述的高速外設互聯接口，其特徵在於，該接口的所述 四個數據端子位置與USB接口端子位置對應關係為PT-端子和PR+端子與USB 接口的D+端子相對應，而PT+端子和PR-端子與USB接口的D-端子相對應。
3、 根據權利要求1或2所述的高速外設互聯接口，其特徵在於，所述接口 還包括接口檢測單元，該接口檢測單元用於檢測該接口所配合的接口類型，控 制對應於當前檢測出的接口類型的接口使能信號的輸出。
4、 根據權利要求3所述的高速外設互聯接口，其特徵在於，所述接口檢測 單元集成在計算機的南橋晶片中。
5、 根據權利要求3所述的高速外設互聯接口，其特徵在於，所述接口檢測 單元集成於專用集成晶片。
6、 根據權利要求3所述的高速外設互聯接口，其特徵在於，所述接口檢測單元包含有信號發送模塊、信號比較模塊、切換控制模塊，其中，信號發送模 塊連接信號比較模塊，為信號比較模塊和接口輸出端子提供輸出信號，信號比 較模塊連接切換控制模塊，完成該輸出信號與從接口輸入端子接收到的輸入信 號的對比，將對比結果發送置切換控制模塊，切換控制模塊控制不同接口使能 信號的輸出。
全文摘要
本發明公開了一種兼容通用串行總線接口的高速外設互聯接口，包括電源端子、接地端子，四個數據端子中包括兩個數據發送端子和兩個數據接收端子，該接口的電源端子和接地端子與USB接口規範相應端子一致，保證所述四個數據端子中兩個的位置和寬度與USB接口規範中的D+端子位置相交迭，且不會與USB接口規範中的D-端子位置相交迭，保證另外兩個端子的位置和寬度與USB接口中規範的D-端子位置相交迭，而不會與USB接口規範中的D+端子位置相交迭。採用本發明的兼容通用串行總線接口的PCI Express接口，能夠按照PCI Express接口規範提供高達3Gb/S的數據傳輸率，同時能夠在不對傳統USB外圍設備進行改造的情況下，提供對這些外圍設備的支持，另外具有外形尺寸小、方便使用的優點。
文檔編號H04L12/40GK101335736SQ200710118089
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月28日 優先權日2007年6月28日
發明者謙 趙, 浩 陳 申請人:聯想(北京)有限公司