使用具有USB应用的多触点板进行通信

摘要

本发明涉及使用具有USB应用的多触点板进行通信。用于在需要四个电连接的系统中进行电连接的装置，包括具有四种类型的导电触点的阵列的电连接板，将给定类型的所有导电触点电连接到相同类型的所有其它导电触点；用于对板上的导电触点提供电连接的装置，该装置具有用于与导电触点接触的导电针脚，其中导电触点的类型包括用于电源的两个触点和用于信号的两个分离的触点。可以在第一正方形第二正方形的角上布置针脚，将所述第一正方形关于所述第二正方形旋转45度，在两个正方形的公共中心上设置一个针脚。该装置的操作方法，以及该装置使用的各种应用和配置。

权利要求

1.一种用于进行电连接的装置，包括在第一正方形的角和第二正方形的角上布置的导电触点，所述第一正方形关于所述第二正方形旋转实质上的45度，所述第一正方形和第二正方形具有公共中心，并且在所述公共中心上设置导电触点。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述各个导电触点是导电针脚。

3.根据权利要求1所述的装置，配置该装置以对于使用从由四针脚IEEE1394、电话、USB及RJ45信号连接所组成的组中选择的标准的装置提供电连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，在便携式计算机的下表面上设置所述装置，并且使用所述装置以对所述便携式计算机提供临时的电连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述导电触点中的两个导电触点用于电源，所述导电触点中的两个导电触点用于信号。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述装置与用于确定所述装置的所述导电触点中的哪一个与电源接触以及所述装置的所述导电触点中的哪一个与信号接触的电路相关联。

7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括至少一个额外的所述装置，每一个所述装置用于与电子设备相连接，使用所述装置以实现所述电子设备之间的联系。

8.一种将权利要求1所述的装置与具有四种类型的导电触点的阵列的电连接板相结合的组合装置，其中，将所述用于进行电连接的装置的给定类型的所有导电触点电连接到所述电连接板的相同类型的所有导电触点，所述电连接板的所述导电触点被规定尺寸、限定形状及定位，以与所述装置的所述导电触点中的被选择的一个电接触。

9.根据权利要求8所述的组合装置，其中，在便携式电子设备的外表面上设置所述装置，从而所述用于进行电连接的装置的导电触点接触所述电连接板的导电触点，以当在所述电连接板上放置所述便携式电子设备的所述外表面的一部分时，建立对所述便携式电子设备的电连接。

10.根据权利要求8所述的组合装置，进一步包括配置用于与所述电连接板协作操作的电路，使得所述电连接板具有通用串行总线集线器的特性。

11.根据权利要求10所述的组合装置，其中，所述电连接板包括连接通用串行总线设备的至少一个通用串行总线连接端口，将通用串行总线设备连接到所述至少一个通用串行总线连接端口上，以与所述通用串行总线设备进行电连接。

12.根据权利要求8所述的组合装置，其中，所述装置配置以被设置在便携式计算机的下表面上，并且所述装置用于对所述便携式计算机提供临时的电连接，所述装置进一步包括用于第二便携式设备的第二所述装置，所述电连接板提供所述便携式计算机和所述第二装置之间的电连接。

13.根据权利要求8所述的组合装置，其中，所述电连接板进一步包括用于连接到计算机的通用串行总线端口的至少一个通用串行总线电缆端口。

14.根据权利要求8所述的组合装置，其中，导电触点的所述类型包括用于电源的两个触点和用于信号的两个分离的触点。

15.根据权利要求11所述的组合装置，进一步包括用于确定所述用于进行电连接的装置的所述导电触点中的哪一个与所述电连接板的用于电源的导电触点接触，以及所述装置的所述导电触点中的哪一个与所述电连接板的用于信号的导电触点接触的电路。

说明书

使用具有USB应用的多触点板进行通信

技术领域

[0001] 本发明涉及用于经由触点板(contact pad)在设备之间进行通信的装置和方法。更具体地，本发明涉及用于使用触点板在设备之间传输电能和信号的装置和方法，并且本发明具有通用串行总线(USB)连接的应用。

背景技术

[0002] 许多设备使用USB连接进行通信。总的来说，为了适当地操作，必须经由USB-A、USB-B、Mini-A或Mini-B插头将电缆插入到每一个设备中。然后，在两个设备之间传送电能、地线(ground)及数据，作为示例而非作为限制，该两个设备可以是必须被周期性地连接到计算机以传送数据或其它文件的个人计算机和个人数字助理(PDA)。

[0003] 虽然对于无线USB做了许多工作，但是在许多设备中并没有并入无线USB。因此仍然要解决与该技术相关联的可靠性和范围问题。

[0004] 另一个可供选择的办法是找到与每一个设备上的端口(A、B、Mini-A、Mini-B)匹配的电缆，然后将电缆物理地插入到每一个设备上的合适的插口中。这可能需要购买多种电缆并且需要该多种电缆是能够获得的，而必须将各种电缆插入很难达到的位置中的插口中，这可能是不方便的，并且在以别的方式可以是整洁并使人愉悦的办公室配置的环境中这可能造成大量的“电缆杂乱”。所以需要更好的方法。

发明内容

[0005] 本发明的一个非限制性实施例涉及一种用于进行电连接的装置，包括在第一正方形的角和第二正方形的角上布置的导电触点，该第一正方形关于该第二正方形旋转实质上的45度，该第一正方形和第二正方形具有公共中心，并且在该公共中心上设置导电触点。该导电触点是导电针脚。

[0006] 在本发明的另一个非限制性实施例中，可以与具有四种类型的导电触点的阵列的电连接板相结合来使用该装置，将给定类型的所有导电触点电连接到相同类型的所有其它导电触点；该电连接板的该导电触点被规定尺寸、限定形状及定位，以与该装置的该导电触点中的被选择的一个电接触。

[0007] 作为示例而非限制，可以在便携式电子设备的外表面上设置该装置，从而该导电针脚接触该电连接板的该导电触点，以当在该电连接板上放置该便携式电子设备的该外表面的该部分时，建立对该便携式电子设备的电连接。

[0008] 该装置可以进一步包括配置用于与该电连接板协作操作的电路，使得该电连接板具有通用串行总线集线器的特性

[0009] 该电连接板可以包括连接通用串行总线设备的至少一个通用串行总线连接端口，将通用串行总线设备连接到该至少一个通用串行总线连接端口上，以与该通用串行总线设备进行电连接。

[0010] 可以配置该装置以被设置在便携式计算机的下表面上，并且使用该装置以对该便携式计算机提供临时的电连接，该装置进一步包括用于第二便携式设备的第二该装置，该电连接板提供该便携式计算机和该第二装置之间的电连接。

[0011] 该电连接板可以进一步包括用于连接到计算机的通用串行总线端口的至少一个通用串行总线电缆端口。

[0012] 导电触点的类型可以包括用于电源的两个触点和用于信号的两个分离的触点。各种实施例可以包括用于确定该装置的该导电触点中的哪一个与用于电源的导电触点接触，以及该装置的该导电触点中的哪一个与用于信号的导电触点接触的电路。

[0013] 作为示例而非限制，可以配置该装置以对于使用从由四针脚IEEE 1394、电话、USB及 信号连接所组成的组中选择的标准的装置提供电连接。

[0014] 在另外的实施例中，一种装置包括：具有四种类型的导电触点的阵列的电连接板，将给定类型的所有导电触点电连接到相同类型的所有其它导电触点，及用于将该四种类型的导电触点连接到所提供的外部电气设备，并用于与所提供的外部电气设备通信的电路。

[0015] 又一方面是装置，该装置包括：具有四种类型的导电触点的阵列的电连接板，将给定类型的所有导电触点电连接到相同类型的所有其它导电触点，及用于将该四种类型的导电触点连接到所提供的外部电气设备，并用于与所提供的外部电气设备通信的电路。

[0016] 各种实施例还涉及一种机器执行的方法，包括：提供具有用于与导电触点接触的导电针脚的装置，其中，该针脚包括用于用于电源的两个针脚和用于信号的两个分离的针脚；及确定该针脚中的哪一个被连接到电源、该针脚中的哪一个被连接到信号。

[0017] 该方法进一步包括在便携式电子设备的外表面上设置该装置。可以设置该电子设备，从而该导电针脚接触电连接板的该导电触点，以当在该板上放置该便携式电子设备的该外表面的该部分时，建立对该便携式电子设备的电连接。该电连接板可以被配置以具有四种类型的导电触点的阵列，将给定类型的所有导电触点电连接到相同类型的所有其它导电触点。

附图说明

[0018] 联系附图，在下面的描述中说明前述各方面和其它特征，其中：

[0019] 图1是使用本文描述的装置和方法的计算机系统的第一实施例；

[0020] 图2是使用本文描述的装置和方法的计算机系统的第二实施例；

[0021] 图3是使用本文描述的装置和方法的计算机系统的第三实施例；

[0022] 图4是根据一个实施例的触点板的平面示图；

[0023] 图5是用于电连接到图4的触点板的接触针脚(pin)的布置的底部示图；

[0024] 图6是用于确定图2的板的触点和要连接在图2的触点板上放置的USB设备的系统之间的正确连接的第一方法的流程图；

[0025] 图7是用于根据本文描述的装置和方法进行适当连接的硬件布置的框图。

具体实施方式

[0026] 参考图1，图1示出结合了第一实施例的特征的计算机系统的平面示图。虽然将参考在附图中示出的非限制性实施例描述本发明，但是应该理解，可以在许多替换形式的实施例中体现本发明。另外，可以使用任意适合的大小、形状或类型的元件或材料。此外，虽然本文中的优选实施例指向USB应用，但是本发明具有对于广泛的各种技术的应用性，包括使用许多其它工业标准进行电气连接，例如而非作为限制，其它工业标准可以是四针脚IEEE 1394、电话(代替电源，仅使用数据)、以 (仅使用对于RJ45连接器的数据)及可能在将来开发出的任意其它4针脚技术。

[0027] 在图1中，其上要连接一个或多个USB设备的膝上型计算机20在顶上放置了USB连接装置24的触点板22。装置24具有可以如在本领域已知的直接或经由电缆将要被连接到计算机20的USB设备插入的多个USB连接端口26。然而，有益的是，将要被连接到计算机20上的例如闪存31等USB设备直接插入到端口26中。可以部分地配置装置24以具有USB集线器(HUB)的特性，如下面更充分描述地，由于计算机20的底部存在连接针脚28，连接针脚28与触点板22上的各个导电触点30进行接触，因此通过被放置在触点板22上来将计算机20连接到该USB集线器。在USB连接装置24内设置USB集线器电路块33。

[0028] 如下面更充分描述地，可以由固有地位于计算机20内的连接模块37提供用于支持针脚28的结构，并且连接模块37可以包含包括专用处理器和软件或使得计算机20和触点板22的电导触点30之间的合适电连接容易的专用硬件的电路。在可能不希望固有地包括连接模块27的较小并较便宜的数字设备中，可以使用“夹式(clip-on)”方案，其中，连接模块可以被配置以插入例如USB端口等端口，并且连接模块可以延伸到数字设备的下侧，在那里支持针脚以进行针脚和触点板的导电触点之间的合适的电连接。

[0029] 计算机20可以是例如由New York的Purchase的联想(US)公司出售的或 系列的个人计算机中的一个。如本领域所公知的，计算机20
包括通过处理器总线连接到只读存储器(ROM)和系统存储器的至少一个系统处理器。该系TM
统处理器可以包括由IBM公司生产的PowerPC 生产线的处理器中的一个，并且该系统处理器是在上电时执行在ROM内存储的引导代码并且此后在系统存储器中存储的操作系统和应用软件的控制下处理数据的通用处理器。经由处理器总线和主桥将系统处理器连接到外设部件互连(PCI)本地总线。PCI本地总线支持包括适配器和桥的多个设备的连接。在这些设备中，网络适配器是计算机20与LAN的接口，图形适配器是计算机20与计算机20的显示器的接口。由本地PCI控制器来管理PCI本地总线上的通信，经由存储器总线按顺序将本地PCI控制器耦合到非易失性随机访问存储器(NVRAM)。可以经由第二主桥将本地PCI控制器耦合到另外的总线和设备。

[0030] 计算机20可以进一步包括通过ISA桥耦合到PCI本地总线的工业标准结构(ISA)总线。控制计算机20和例如外部键盘、鼠标及硬盘驱动器等被连接的外部设备之间的通信的输入/输出(I/O)控制器被耦合到ISA总线。另外，I/O控制器支持计算机20经由串行和并行端口进行的外部通信。

[0031] 图2说明第二实施例，其中，如下所描述的，将配置了如上所述的合适的接触针脚28的微型计算机20放置在装置23的触点板21上。以与USB集线器类似的方式，装置23用于通过与触点板21的触点29进行电接触将在其下部表面上具有接触针脚27的USB设备25与计算机20连接。可以使用如上所述的夹式连接模块37A来支持针脚28，并且夹式连接模块37A具有电连接电路。

[0032] 图3说明第三实施例，其中，通过USB电缆34将台式计算机32连接到具有触点板38的装置36，在触点板38上可以放置USB设备40。可以以与USB集线器类似的方式来部分地配置装置36。在下部表面上具有针脚28的设备40当针脚28接触触点板30的触点
42时与计算机32进行通信。除了计算机32可以是台式计算机之外，计算机32可以具有以上关于计算20描述的一般的系统布置。

[0033] 在上面揭示的所有三个实施例中，为了进行通信，必须完成与用于设备交互通信、电源、地线D+和D-的与USB标准相关联的四个连接。在上面提到的美国专利No.7,172,196和美国专利公开Nos.2007/0194526、2009/0072782及2009/0098750中讨论了用于连接电源(本质上两个连接)的各种方法和配置。在美国专利公开No.2007/0194526中揭示了所谓的“四针脚星形配置”的布置以及用于允许在条形电源连接板上随机删掉(drop)具有该配置的设备的电路。美国专利公开No.2009/0072782讲述了可以在D.C.电源上放置信号，然后分离该信号以进行处理。然而，不存在对于USB通信所需要的四个不同连接或对于其它工业标准怎样进行连接的教导。

[0034] 图4说明用于根据一个实施例的触点板的一个可能的配置，图5说明可以在图4的触点板上随机放置的双正方形(double square)配置，并且还保证对于根据USB标准的通信所需要的所有四个信号的通信。

[0035] 图4说明对于USB通信所需要的四个连接的图1、2和3的触点板的基本触点配置。在垂直方向上，触点在连接到地线(GND)和电源(PWR)的一行触点以及在信号连接D-和D+间交替的紧邻的行之间交替。在水平方向上，触点在连接到GND、D-、GND、D+的一行触点和连接到PWR、D+、PWR、D-的一行触点间交替。在本实施例中，所有触点是n×n维的正方形，并且在触点板的表面下面所有公共触点被电连接在一起。具体地，所有PWR触点被连接到一起(但没有连接到其它触点)，所有GND触点被连接到一起(但没有连接到其它触点)，所有D-触点被连接到一起(但没有连接到其它触点)，并且所有D+触点被连接到一起(但没有连接到其它触点)。虽然示出8×8阵列的触点，但是将理解这只是更大的阵列的部分代表。

[0036] 图5说明要在将放置在各个触点板上的图1的计算机20的底部或图2或图3的USB设备的底部上使用的针脚的布置。存在限定第一“正方形”A的各个角的四个针脚50和限定第二“正方形”B的各个角的四个针脚52，通过将一个正方形关于另一个正方形实质上旋转45度，以及位于针脚阵列的中心的中心针脚53，从而形成9针脚“星形”。这些正方形具有针脚53位置上的公共中心。

[0037] 实质上45度，表示制造公差可能导致一个正方形关于另一个正方形的旋转角不恰好是45度的情况。该种偏离处于本发明的范围内，并且在大多数情况中不阻碍装置顺利地操作。但是，如果从45度的偏离很大，则在触点板上放置设备时建立电接触的可能性将从本质上的百分之百减少到某个较低的值。

[0038] 图5的每一个重叠正方形上的角之间的距离是数字2的平方根的(n+m)倍，这里n是一个正方形的边的长度，m是正方形之间的距离。例如，在图4中，“PWR”、“GND”、“D+”及“D-”都在n乘n的正方形中。正方形之间的分割线是“m”厚。

[0039] 在向各种设备提供电源的情况中，已经开发了使用具有一系列导电板的电源板并且在从这些板接收电源的设备上布置触点的办法。存在代替电源和地线连接的金属条。四个金属触点位于设备上，无论设备怎样放置在金属条上，设备应该产生电源和地线之间的连接，从而对设备传送电能以例如对内部电池进行充电。通过美国专利No.7,172,196和美TM国专利公开Nos.2007/0194526、2009/0072782及2009/0098750对作为WILDCHARGE 公知的该技术进行了举例说明。为了所有目的，将这些专利文献的全部内容并入本文作为参考。

[0040] 虽然对于大多数实施例不是重点，但在以上参考的美国专利公开No.2007/0194526中具体说明了“星性”的其它几何形状的典型的维数关系，并且本文将不再重复。然而，注意其中存在关于优选的维数关系的特定讲述，从而无论在电源触点板上的针脚如何放置，对于设备适当地制作触点以接收电能。此外，注意针脚的直径通常应该小于触点之间的间隔，从而针脚不会将不同类型的GRD、PWR、D-和D+“短路(short out)”。

[0041] 在一个实施方式中，必需具有软件和/或硬件以适当地将针脚50、52和53连接到用于与GRD、PWR、D+和D-连接的电路，以使用USB标准进行通信。例如，根据图5中的针脚的配置使得电连接触点板的触点的方式，(基于图1的计算机20的准确位置和方向，或在各个触点板上的图2或3的USB设备)，某些针脚将建立用于GRD和PWR的连接，并且其它针脚将建立用于D-和D+的连接。

[0042] 图6是保证进行正确连接的一个方式的流程图。在步骤60，检查针脚50、52和53，以确定哪些针脚已经与GND和PWR接触。由于在电源和地线之间一般存在几千欧姆的电阻，因此这可以通过使用电路测量针脚之间的电阻来实现。这还可以通过使用二极管阵列或现场可编程门阵列(FPGA)来确定哪个星形具有已与GND和PWR接触的针脚。下面参考图7描述恰当的一个可能的硬件配置的框图。

[0043] 在步骤62，确定相互之间具有合适电阻的一对针脚中的哪一个被连接到GND，哪一个被连接到PWR(极性确定)。然而，可替换地，当必需时，通过合适的修改可以通过布置二极管来进行适当的连接，例如在以上参考的美国专利公开No.2007/0194526中描述的。

[0044] 在步骤64，访问没有连接到GND或PWR的针脚以确定哪个针脚被连接到D-，哪个针脚被连接到D+。在步骤66，例如通过图1的计算机20来尝试使USB通信初始化。如果已经选择了正确的对(步骤66的结果为是)，则在70建立通信。如果使通信初始化的尝试超时，则步骤66的结果为否。在步骤68访问下一对针脚，并且在步骤72进行初始化的进一步尝试。如果初始化成功，则如在步骤70中所表示的，已经建立连接。如果初始化的尝试失败，并且步骤72的结果为否，则在步骤74检查是否已经选择了最后一对针脚。如果结果为否，则仍然在步骤68选择另一对针脚，并且流程继续到步骤72。如果步骤74的结果为是，则流程到步骤76，如果没有建立连接，则在步骤76表示错误。可以实施关于连接失败的原因的合适的询问和疑难排解。

[0045] 图7是在硬件布置中用于大体上完成图6的流程图的连接步骤的电路80的框图。正方形A的四个针脚50和正方形B的四个针脚52以及中心针脚53分别被连接到电源线分离器阵列电路82。阵列电路82将接触触点板上的PWR触点和GRD触点的针脚分别连接到线85和86。

[0046] 将没有延伸到连接到PWR或GND的针脚的剩余七根线连接到线选择器90，线选择器90将阵列电路82的七个输出中的两个连接到信号极性选择器94，当将这些线连接到其输出时，连接信号极性选择器94可以使其输入线的极性保持或颠倒。初始化计时器92对线选择器90提供信号以选择一对最初的线。初始化计时器92还对极性选择器94提供信号以选择由线选择器90选择的线的最初极性。通过首先选择的一对线和首先选择的极性来尝试USB通信的初始化。如果在USB通信没有建立的情况下初始化计时器92超时，则初始化计时器92使极性颠倒，并进一步尝试以建立USB通信。如果在USB通信没有建立的情况下初始化计时器92再次超时，则选择出自七根线的不同的对，并且重复包括任意必需的极性颠倒的处理，直到建立USB通信，或直到确定不可能连接，如以上关于图6所描述的。

[0047] 遍及所有可能性并建立USB通信的时间的总数量通常是令人不愉快的。然而，将认识到以上在图6和图7中概述的办法本质上在进行USB连接方面来说是“模式匹配(brute force)”。如从C(7，2)＝21并且乘以2以考虑极性中所得到的，存在四十二种可能的组合来尝试找到对于D+和D-的合适的连接。考虑到针脚的几何布置是固定的并且触点板的几何布置是固定的，根据所使用的确切的几何结构，以及所确定的哪个触点位于电源上，哪个触点位于地线上，可能仅存在某个数量的配置，其中剩余的针脚可以接地(land)。因此，可以进行彻底的研究以确定板上的形状的什么样的定位是可以的，然后可以明智地猜测哪些触点位于D+和D-上，留下小于模式匹配办法的数量的配置以进行尝试。

[0048] 在与图1中的计算机20相关联的针脚28之间的接口中可以使用以上关于图7描述的类型的电路，并且该电路可以作为与图2的USB设备25的针脚或图3的USB设备40的针脚相关联的接口。该电路可以被设置在计算机20中，或与插入到计算机20的一侧上的USB端口的USB连接器相关联。

[0049] 在摘要、说明书和/或权利要求中使用术语“电路”。如在本领域中所公知的，术语“电路”包括例如从离散逻辑电路到例如VLSI等最高等级的电路集成的所有等级的可用集成电路，并且包括被编程以执行实施例的功能的可编程逻辑部件以及使用执行这些功能的指令进行编程的通用或专用处理器。

[0050] 应该理解前面的描述仅是本发明的说明。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以想到各种替换和修改。因此，本发明意欲涵盖落入后附权利要求的范围内的所有的该种替换、修改和变形。