專利名稱：同步多信道通用串行總線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法和裝置，在關(guān)于互相且到任意精確度同步連接到USB主機(jī)的 USB設(shè)備中，它們用于同步特定但決不排他的應(yīng)用的通用串行總線(USB)設(shè)備。
背景技術(shù)：
USB規(guī)范意圖在開(kāi)放結(jié)構(gòu)中便利來(lái)自不同供應(yīng)商的設(shè)備的互操作。USB數(shù)據(jù)使用 差分信令(即，兩條線傳遞信息)，以那兩條線的信號(hào)電平之間的差別的形式編碼。USB規(guī) 范意圖作為對(duì)PC結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)，跨越便攜式、桌上和家庭環(huán)境。 作為例子，圖1是用作說(shuō)明的先前技術(shù)的USB設(shè)備10的示意圖，該設(shè)備10包括數(shù) 字控制傳感器(transducer) 12。設(shè)備10包括總線連接器14、數(shù)字I/O總線傳遞電路16、微 處理器18和同步信道20，該同步信道用于傳遞包括觸發(fā)和時(shí)鐘信號(hào)的同步信息給傳感器 12。 設(shè)備10依靠總線連接器14連接到包含USB和同步信號(hào)的數(shù)字總線22。 USB規(guī)范隱性假定所有設(shè)備是不同的。雖然對(duì)意指的連接來(lái)自多種多樣制造者的
設(shè)備的環(huán)境，這是真實(shí)的，但存在其它環(huán)境(如某些普通的工業(yè)或者實(shí)驗(yàn)室環(huán)境)，要求用
于以同步方式操作相似特性的多個(gè)設(shè)備的規(guī)范。規(guī)范沒(méi)有充分注意這個(gè)問(wèn)題。這樣的環(huán)境
通常是那些進(jìn)行測(cè)試、測(cè)量或者監(jiān)視的環(huán)境，它可能要求設(shè)備在比規(guī)定的更精確的程度上
同步。通過(guò)提供lkHz的時(shí)鐘信號(hào)給所有設(shè)備，USB規(guī)范允許有限的設(shè)備間同步。但是，很
多實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)環(huán)境要求在MHz頻率及以上同步。 參考圖2， USB使用層疊的星形拓樸24，其中集線器26為USB設(shè)備28提供連接點(diǎn)。 USB主機(jī)控制器30包含根集線器，它是系統(tǒng)中所有USB端口的起源。根集線器提供USB功 能設(shè)備或額外的集線器可以連接到它們的若干USB端口 。 反過(guò)來(lái)，可以連接更多集線器(如USB合成設(shè)備32)到任何這些端口 ，然后任何這 些端口通過(guò)用于更深一層的USB設(shè)備34的端口提供附加的連接點(diǎn)。這樣，根據(jù)任何設(shè)備可 以最多5層深的限制，USB允許連接最多127個(gè)設(shè)備(包括集線器)。 主機(jī)中的根集線器每1. Oms發(fā)射幀起始(SOF)信號(hào)分組給每個(gè)設(shè)備，兩個(gè)SOF分 組間的時(shí)間稱為一幀。每個(gè)模塊在不同時(shí)間接收到這個(gè)SOF分組，考慮USB拓樸固有的電 延遲。該拓樸暗示在直接連接到主機(jī)控制器的設(shè)備和5層以下的設(shè)備之間，對(duì)接受相同的 信號(hào)可存在顯著的時(shí)間延遲(規(guī)定為最多380ns)。當(dāng)需要在MHz級(jí)及以上同步設(shè)備時(shí)，這 是嚴(yán)重的限制。 通過(guò)兩種類型的USB傳遞、中斷和同步，USB主機(jī)和USB設(shè)備間的當(dāng)前同步是可能 的。中斷傳遞允許設(shè)備的保證的輪詢頻率具有125 i！ s的最小周期，而同步傳遞保證不變的傳遞速率。兩種方法都要求設(shè)備和主機(jī)間產(chǎn)生用于同步的通信(traffic)，并因此為更高程 度的同步保留更多的帶寬。這不幸地意味著連接最大數(shù)目的設(shè)備之前，可能耗盡可用的USB 帶寬。這種方法也將通過(guò)軟件保持127個(gè)設(shè)備與主機(jī)同步的大的計(jì)算負(fù)擔(dān)置于主機(jī)上，但 是仍然未能解決設(shè)備間關(guān)于主機(jī)保持同步，各設(shè)備表示分離的過(guò)程。 包含如激光二極管或光檢測(cè)器的某種物理傳感器的設(shè)備，可能需要時(shí)鐘和觸發(fā)信 息。這樣的設(shè)備，如在1MHz具有調(diào)制的光輸出的激光二極管，可能使用時(shí)鐘信號(hào)以規(guī)律的 間隔或不變的頻率執(zhí)行傳感器功能。觸發(fā)信號(hào)通常用于在設(shè)置的時(shí)間開(kāi)始或結(jié)束操作。在 激光二極管的例子中，觸發(fā)信號(hào)可以用于開(kāi)啟或關(guān)閉調(diào)制的光輸出。 這些時(shí)鐘和觸發(fā)信號(hào)或信息(下面稱為同步信息)可以用于相互同步多種多樣的 設(shè)備，只要對(duì)所有設(shè)備信號(hào)是公共的和同時(shí)的。這里"公共"和"同時(shí)"意味著設(shè)備間這些信 號(hào)時(shí)間上的變化小于規(guī)定量，St。在激光二極管的例子中，這將使多種多樣的激光二極管 能夠在一個(gè)頻率調(diào)制它們的光輸出。所有設(shè)備的調(diào)制頻率將是相同的，并且它們的波形將 是同相的。當(dāng)前USB規(guī)范(即2. 0)考慮達(dá)到0. 35 ii s的S t的延遲。對(duì)具有l(wèi)MHz頻率和
l.Oi!S周期的信號(hào)，這個(gè)延遲幾乎表示周期的一半。因此，如規(guī)定的，作為用于常規(guī)使用的
同步信號(hào)，它是不能用的。 如集線器和USB控制器芯片的設(shè)備通常使用一些數(shù)量的相位鎖定，以便對(duì)USB協(xié) 議解碼。在USB協(xié)議中的SYNC模式的目的在于為另一個(gè)電子電路提供要鎖定到的同步模 式。但是，意圖是使設(shè)備與USB比特流同步到足夠的精度以解釋MHz比特流。不打算互相 同步兩個(gè)單獨(dú)的設(shè)備到很多測(cè)試和測(cè)量?jī)x器要求的精度。USB規(guī)范-在它處理設(shè)備間同步 的程度_主要涉及為USB揚(yáng)聲器對(duì)上的輸出而充分同步USB-CD音頻流。這樣的安排的要 求在kHz的范圍內(nèi)，并且USB為此提供理想的條件。但是，規(guī)范未解決同步100個(gè)USB揚(yáng)聲 器對(duì)的潛在問(wèn)題。 給Leydier等的美國(guó)專利No. 6， 343， 364公開(kāi)了鎖定到USB通信的頻率的例子，它 被指向智能卡閱讀器。這個(gè)專利講授了與USB SYNC和分組ID流相比的本地的自由運(yùn)行時(shí) 鐘；更新它的周期以匹配這個(gè)頻率，產(chǎn)生具有1. 5MHz標(biāo)稱頻率的本地時(shí)鐘。這提供了足以 將智能卡信息讀入主機(jī)PC的同步程度。因?yàn)檫@個(gè)方法被指向智能卡閱讀器，所以未解決設(shè) 備間同步。進(jìn)而，鎖定到lkHz的頻率或更好的穩(wěn)定性和高精度的相位控制都未公開(kāi)。
給Champers等的美國(guó)專利No. 6， 012， 115闡述USB幀起始(S0F)周期性和為定時(shí) 標(biāo)號(hào)。如在美國(guó)專利No. 6， 012， 115的摘要中解釋的，所公開(kāi)的發(fā)明允許計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)使 用從USB主機(jī)控制器發(fā)射到連接它的外圍設(shè)備的幀起始脈沖，對(duì)實(shí)時(shí)外圍設(shè)備內(nèi)發(fā)生的預(yù) 定事件的時(shí)刻進(jìn)行精確的確定。 給Larky等的美國(guó)專利No. 6， 092， 210公開(kāi)了用于為數(shù)據(jù)傳遞而連接兩個(gè)USB主 機(jī)的方法，該方法是通過(guò)使用用于同步本地設(shè)備時(shí)鐘到兩個(gè)USB主機(jī)的數(shù)據(jù)流的USB到USB 連接設(shè)備而實(shí)現(xiàn)的。鎖相環(huán)用于同步本地時(shí)鐘，并且過(guò)采樣用于確保不發(fā)生數(shù)據(jù)損失。但 是，這個(gè)文檔涉及兩個(gè)USB主機(jī)的相互同步(并且具有有限精度)，不涉及多種多樣的USB 設(shè)備到單個(gè)USB主機(jī)的同步。 撰寫(xiě)USB規(guī)范時(shí)考慮了音頻應(yīng)用，并且給Sturges等的美國(guó)專利No. 5， 761， 537描 述了如何使用單獨(dú)的時(shí)鐘同步兩個(gè)或更多的揚(yáng)聲器對(duì)，其中一對(duì)以PC中的立體聲音頻電 路來(lái)運(yùn)行，而另一對(duì)由USB控制。因?yàn)閮蓚€(gè)揚(yáng)聲器對(duì)都使用它們自己的時(shí)鐘，它們需要被同步，所以這個(gè)文檔講授用于保持音頻信號(hào)同步的一種技術(shù)，盡管可能的時(shí)鐘在異步時(shí)鐘間 偏移。 雖然上面未打算窮舉或描述這個(gè)領(lǐng)域的通用知識(shí)，但當(dāng)前技術(shù)中存在不足是清楚 的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)實(shí)現(xiàn)這樣的機(jī)制補(bǔ)充USB規(guī)范，該機(jī)制允許直到 最大允許數(shù)目的、任何數(shù)目的USB設(shè)備以同步和觸發(fā)的方式操作，而不在主機(jī)上放置大的 計(jì)算負(fù)擔(dān)。這釋放主機(jī)用于其它任務(wù)，如控制、數(shù)據(jù)傳遞、記錄日志和分析。
除了補(bǔ)充USB規(guī)范，本發(fā)明也具有USB的所有優(yōu)勢(shì)，如通過(guò)樹(shù)結(jié)構(gòu)操作多個(gè)設(shè)備 (直到當(dāng)前總數(shù)為127個(gè)設(shè)備)的能力、熱交換能力、自動(dòng)列舉、易使用、操作系統(tǒng)間的交叉 兼容性和可移植性(portability)。 本發(fā)明提供一種方法和裝置，用于互相同步連接到USB主機(jī)的USB設(shè)備。本發(fā)明 也提供一種背板，它提供公共連接點(diǎn)和一個(gè)或更多電源、USB和同步信號(hào)的結(jié)合給多種相似 的USB設(shè)備。 特別地，在第一主要的方面，本發(fā)明提供一種方法，該方法提供同步多信道通用串 行總線，包括使用來(lái)自外部源的同步信息補(bǔ)充如USB規(guī)范中定義的有線(或者等價(jià)的_可 能無(wú)線_信號(hào)信道)；由此能依靠所述同步信息同步多個(gè)USB設(shè)備。
最好，所述同步信息包括觸發(fā)信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)。 因此，通過(guò)從外部源提供這樣的信息，可以在基本上任意頻率提供同步信息。
在第二主要的方面，本發(fā)明提供一種同步的多信道通用串行總線，包含電路，以觀 察USB通信并鎖定USB設(shè)備的本地時(shí)鐘信號(hào)到包含在USB數(shù)據(jù)通信中的周期性信號(hào)。
最好，所述電路適合在相位上、在頻率上或在相位和頻率上鎖定所述本地時(shí)鐘信 號(hào)到所述周期性信號(hào)。 最好，所述電路可操作于譯碼并鎖定到USB幀起始(S0F)分組令牌(或者其它周 期數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。 本發(fā)明還提供一種同步多信道通用串行總線的方法，包含
觀察USB通信；以及 鎖定USB設(shè)備的本地時(shí)鐘信號(hào)到包含在USB數(shù)據(jù)通信中的周期性信號(hào)；
其中所述鎖定是關(guān)于相位、頻率或相位和頻率的。 在第三主要的方面，本發(fā)明提供一種同步的多信道通用串行總線，具有電路，以在 USB樹(shù)中的多個(gè)點(diǎn)觀察USB通信，并且測(cè)量多個(gè)單獨(dú)分組中的每個(gè)的環(huán)路時(shí)間，以得到所述 樹(shù)中單獨(dú)USB設(shè)備的相對(duì)相位。最好，所述電路可操作于測(cè)量與特定事務(wù)相關(guān)聯(lián)的ACK分組 的環(huán)路時(shí)間，由此可以控制每個(gè)設(shè)備的本地時(shí)鐘的相對(duì)相位，使得可以同步所有連接的USB 設(shè)備。 本發(fā)明還提供一種同步多信道通用串行總線的方法，包含 在USB樹(shù)中的多個(gè)點(diǎn)觀察USB通信； 測(cè)量多個(gè)單獨(dú)分組的每個(gè)的環(huán)路時(shí)間；以及 從所述各環(huán)路時(shí)間確定所述樹(shù)中單獨(dú)USB設(shè)備的相對(duì)相位；
由此根據(jù)所述確定的相對(duì)相位，能調(diào)整所述各單獨(dú)USB設(shè)備的任何相位偏移。
在第四主要的方面，本發(fā)明提供一種提供同步的多信道通用串行總線的方法，包 含 用觸發(fā)信號(hào)發(fā)送USB拓樸中的所有設(shè)備。 最好，所述觸發(fā)信號(hào)同步地啟動(dòng)或停止多個(gè)設(shè)備上的操作。 最好，通過(guò)使用SOF分組(最好，包括編碼的幀號(hào))產(chǎn)生所述觸發(fā)信號(hào)，以在給定 時(shí)間觸發(fā)傳感器。 最好，所述方法包括與本地振蕩器同相來(lái)執(zhí)行所述操作。 這是優(yōu)選的，因?yàn)橛捎赨SB連接拓樸，設(shè)備間SOF分組的到達(dá)時(shí)間可能不同，此外， USB規(guī)范考慮SOF分組中相對(duì)鎖相環(huán)振蕩器的顯著時(shí)間抖動(dòng)。這可導(dǎo)致時(shí)鐘異相周期的一 部分。 本發(fā)明還提供一種同步的多信道通用串行總線，包含
用于用觸發(fā)信號(hào)發(fā)送USB拓樸中的所有設(shè)備的電路。 在第五主要的方面，本發(fā)明提供一種同步的多信道通用串行總線，包含電路和邏 輯，以在對(duì)應(yīng)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(如NIST和NATA)的頻率提供同步信號(hào)給USB設(shè)備。
實(shí)際上，可以與本發(fā)明的其它方面一起使用這個(gè)方法。 在第六主要的方面，本發(fā)明提供一種同步的多信道通用串行總線，包含USB背 板，用于提供任何一個(gè)或更多的USB信號(hào)、電源、插座和同步信息給可連接的設(shè)備。
所述總線也可以提供一種機(jī)械支持的結(jié)構(gòu)。 也可能結(jié)合這些方面相互同步設(shè)備。時(shí)間精度、成本和易使用的要求可能對(duì)那些 方法的哪個(gè)能夠用于某個(gè)應(yīng)用加以限制。另外，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以以不同的方式實(shí)施。 例如，這樣的設(shè)備可以以這樣的形式構(gòu)建PCB上的多個(gè)元件，或者在半導(dǎo)體水平，即作為 單一硅(或其它半導(dǎo)體材料)芯片。 因此，本發(fā)明還提供一種用于鎖定相同USB樹(shù)內(nèi)多個(gè)USB設(shè)備的每個(gè)的本地時(shí)鐘 到基本上相同的頻率的方法，包含 產(chǎn)生或指定特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)用于USB數(shù)據(jù)通信中的發(fā)射； 以預(yù)先確定的序列發(fā)射所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)給所述USB設(shè)備； 監(jiān)視所述USB設(shè)備的本地USB信號(hào)用于所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)； 從特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)，在所述USB設(shè)備的每個(gè)產(chǎn)生本地參考信號(hào)；以及 在所述USB設(shè)備的每個(gè)鎖定所述本地時(shí)鐘信號(hào)的頻率到所述本地參考信號(hào)到預(yù)
先確定的程度。 最好，所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)是如USB規(guī)范中定義的USB幀開(kāi)始分組令牌序列?；?者，所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)是發(fā)送給USB設(shè)備的命令序列或發(fā)送給USB設(shè)備的數(shù)據(jù)序列。
最好，所述方法還包括為每個(gè)所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生所述本地參考信號(hào)。
最好，所述方法還包括為基本上所有所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生所述本地參考信 號(hào)。 最好，所述本地時(shí)鐘頻率與所述本地參考信號(hào)頻率基本上相同。 最好，鎖定每個(gè)所述本地時(shí)鐘信號(hào)到所述參考信號(hào)是為了產(chǎn)生頻率，該頻率具有
的穩(wěn)定性好于主機(jī)和各USB設(shè)備間純粹的數(shù)據(jù)傳遞要求的穩(wěn)定性。
最好，所述方法還包括通過(guò)由長(zhǎng)度基本上相等的電纜連接所述USB設(shè)備到共同 的USB集線器，被動(dòng)地同步所述USB設(shè)備到任意程度。 本發(fā)明還提供一種測(cè)量USB樹(shù)內(nèi)從USB主機(jī)到USB設(shè)備的信號(hào)的傳播時(shí)間的方 法，包含 在所述USB樹(shù)中指定主USB設(shè)備； 產(chǎn)生或指定特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)用于USB數(shù)據(jù)通信中的發(fā)射；
以預(yù)定義的序列發(fā)射所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)給所述USB設(shè)備； 依靠所述主USB設(shè)備，為所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)和為來(lái)自所述USB設(shè)備的特殊的響 應(yīng)信號(hào)，監(jiān)視所述USB通信； 對(duì)應(yīng)于譯碼所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生所述主USB設(shè)備的本地事件觸發(fā)信號(hào)；
對(duì)應(yīng)于譯碼來(lái)自所述USB設(shè)備的響應(yīng)信號(hào)，產(chǎn)生所述主USB設(shè)備的本地事件觸發(fā) 信號(hào)； 測(cè)量所述主USB設(shè)備中所述事件觸發(fā)信號(hào)間的時(shí)間間隔；以及
從所述時(shí)間間隔確定從所述USB主機(jī)到所述USB設(shè)備的傳播時(shí)間。
最好，所述主USB設(shè)備接近所述USB樹(shù)的頂部而連接。 最好，所述方法還包括以所述預(yù)定義的序列發(fā)射所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)給所述USB 設(shè)備。 最好，所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)包含0UT令牌、IN令牌、ACK令牌、NAK令牌、STALL令 牌、PRE令牌、SOF令牌、SETUP令牌、DATAO令牌、DATA1令牌，或者USB數(shù)據(jù)分組中可編程 序列比特模式。 最好，所述USB設(shè)備是多個(gè)USB設(shè)備之一，并且所述方法包括為每個(gè)所述USB設(shè)備 確定各自的傳播時(shí)間，包括統(tǒng)計(jì)分析多個(gè)這樣的傳播確定，以提高所述傳播延遲測(cè)量的精度。 本發(fā)明還提供一種確定連接到共同的USB主機(jī)的多個(gè)USB設(shè)備間電信號(hào)或數(shù)據(jù)結(jié) 構(gòu)的相對(duì)傳播延遲的方法，包含 根據(jù)上述方法，確定每個(gè)所述USB設(shè)備和所述USB主機(jī)間各自的傳播延遲；
指定所述USB設(shè)備之一作為時(shí)間參考設(shè)備；以及 確定所述時(shí)間參考設(shè)備和每個(gè)所述多個(gè)所述USB設(shè)備間所述傳播延遲的差別。 本發(fā)明還提供一種方法，用于同步通過(guò)USB樹(shù)連接到共同的USB主機(jī)的多個(gè)USB
設(shè)備的每個(gè)的本地時(shí)鐘，使得所述各時(shí)鐘基本上同相并處于基本上相同的頻率，包含 根據(jù)上述方法，鎖定每個(gè)所述USB設(shè)備的本地時(shí)鐘到基本上相同的頻率； 根據(jù)上述方法、指定了參考USB設(shè)備的所述USB設(shè)備的選擇的一個(gè)，相對(duì)所述USB
設(shè)備的所述選擇的一個(gè)，確定從所述USB主機(jī)到每個(gè)所述USB設(shè)備的、信號(hào)的相對(duì)傳播延
遲； 根據(jù)上述方法，相對(duì)所述參考USB設(shè)備的所述本地時(shí)鐘，確定所述多個(gè)USB設(shè)備的 每個(gè)的所述本地時(shí)鐘的相對(duì)相位； 確定要求的每個(gè)所述本地時(shí)鐘的時(shí)間調(diào)整或相位偏置，導(dǎo)致跨越所述USB樹(shù)的所 述多個(gè)本地時(shí)鐘基本上同相； 從所述USB主機(jī)發(fā)射所述時(shí)間調(diào)整或相位偏置到所述USB設(shè)備；以及
分別根據(jù)所述時(shí)間調(diào)整或相位偏置，在每個(gè)所述USB設(shè)備上提供所述本地時(shí)鐘的 相位調(diào)整。 最好，至少一些所述USB設(shè)備的本地時(shí)鐘的每個(gè)相位移動(dòng)希望的量，導(dǎo)致具有已 知相對(duì)相位的本地時(shí)鐘的USB設(shè)備的陣列。 另外，本發(fā)明提供一種方法，用于根據(jù)預(yù)定義的觸發(fā)命令，同步地觸發(fā)并因此啟動(dòng) 或停止連接到共同的USB主機(jī)的多個(gè)USB設(shè)備上的一個(gè)或更多的過(guò)程，包含
根據(jù)上述方法，同步每個(gè)所述USB設(shè)備的本地時(shí)鐘； 在USB數(shù)據(jù)通信中發(fā)射預(yù)定的觸發(fā)請(qǐng)求信號(hào)和預(yù)定的觸發(fā)命令信號(hào)，分別表示觸 發(fā)請(qǐng)求和所述觸發(fā)命令； 為所述觸發(fā)請(qǐng)求信號(hào)和所述觸發(fā)命令信號(hào)，監(jiān)視每個(gè)所述USB設(shè)備的本地的所述 USB數(shù)據(jù)通信； 依靠所述USB主機(jī)，發(fā)送啟動(dòng)觸發(fā)請(qǐng)求信號(hào)到每個(gè)所述USB設(shè)備，準(zhǔn)備所述USB設(shè) 備，以在基本上相同的時(shí)間執(zhí)行所述觸發(fā)請(qǐng)求； 配置所述USB設(shè)備，以通過(guò)接收到所述觸發(fā)信號(hào)時(shí)，準(zhǔn)備自己執(zhí)行所述過(guò)程，來(lái)響 應(yīng)所述啟動(dòng)觸發(fā)請(qǐng)求信號(hào)； 配置所述USB主機(jī)，以發(fā)送所述觸發(fā)命令給所述多個(gè)所述USB設(shè)備的每個(gè)； 依靠所述USB設(shè)備對(duì)所述觸發(fā)命令譯碼； 配置所述USB設(shè)備在基本上相同的時(shí)間執(zhí)行所述過(guò)程；以及 由此，從所述USB主機(jī)接收到所述觸發(fā)命令信號(hào)時(shí)，能啟動(dòng)或停止所述USB設(shè)備內(nèi) 一個(gè)或更多的過(guò)程。 最好，所述觸發(fā)請(qǐng)求信號(hào)包含USB規(guī)范中定義的任何USB分組信號(hào)結(jié)構(gòu)、發(fā)送到 USB設(shè)備的命令序列或發(fā)送到USB設(shè)備的數(shù)據(jù)序列。 最好，所述方法包括以預(yù)定的序列發(fā)射所述觸發(fā)請(qǐng)求信號(hào)和所述觸發(fā)命令信號(hào)。
最好，所述觸發(fā)命令信號(hào)包含USB規(guī)范中定義的任何USB分組信號(hào)結(jié)構(gòu)、發(fā)送到 USB設(shè)備的命令序列或發(fā)送到USB設(shè)備的數(shù)據(jù)序列。 最好，所述本地USB解碼設(shè)備是微控制器、微處理器、域可編程門(mén)陣列或任何其它 能夠?qū)λ鯱SB內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解碼的元件。 最好，每個(gè)觸發(fā)請(qǐng)求信號(hào)和啟動(dòng)觸發(fā)請(qǐng)求信號(hào)包含OUT令牌、IN令牌、ACK令牌、 NAK令牌、STALL令牌、PRE令牌、SOF令牌、SETUP令牌、DATAO令牌、DATAl令牌，或者USB 數(shù)據(jù)分組中的可編程序列比特模式。最好，使用USB規(guī)范內(nèi)定義的信號(hào)協(xié)議，將所述觸發(fā)命令編碼為所述USB通信。
最好，每個(gè)所述USB設(shè)備從外部源接收時(shí)鐘信號(hào)。 最好，通過(guò)額外的電或光連接器，或者通過(guò)無(wú)線裝置接收所述時(shí)鐘信號(hào)。 本發(fā)明還提供一種裝置，用于鎖定相同USB樹(shù)內(nèi)的多個(gè)USB設(shè)備的每個(gè)的本地時(shí)
鐘到基本上相同的頻率，包含 信號(hào)產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生USB數(shù)據(jù)通信中特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)，用于以預(yù)定義的序列發(fā) 射所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)給所述USB設(shè)備，并用于從所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)在每個(gè)所述USB設(shè) 備產(chǎn)生本地參考信號(hào)；以及 信號(hào)監(jiān)視器，用于為所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)監(jiān)視所述USB設(shè)備的本地USB信號(hào)；
由此，在每個(gè)所述USB設(shè)備，所述本地時(shí)鐘信號(hào)的所述頻率能鎖定到所述本地參 考信號(hào)到希望的程度。 本發(fā)明還提供一種裝置，用于測(cè)量USB樹(shù)內(nèi)從USB主機(jī)到USB設(shè)備的信號(hào)傳播時(shí) 間，包含 主USB設(shè)備，包含所述USB樹(shù)中的USB設(shè)備之一 ； 信號(hào)產(chǎn)生器或根集線器，用于產(chǎn)生USB數(shù)據(jù)通信中的特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)，用于以預(yù) 定義的序列發(fā)射所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)給所述USB設(shè)備； 信號(hào)監(jiān)視器，用于為所述特殊的信號(hào)結(jié)構(gòu)和為所述響應(yīng)信號(hào)，依靠所述主USB設(shè) 備監(jiān)視所述USB通信；以及 定時(shí)器，用于測(cè)量所述主USB設(shè)備中所述事件觸發(fā)信號(hào)間的時(shí)間間隔；以及
由此，能從所述時(shí)間間隔確定從所述USB主機(jī)到所述USB設(shè)備的傳播時(shí)間。
進(jìn)而，本發(fā)明提供一種裝置，用于確定連接到共同的USB主機(jī)的多個(gè)USB設(shè)備間的 電信號(hào)或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的相對(duì)傳播延遲，包含 —種裝置，用于確定每個(gè)所述USB設(shè)備和所述USB主機(jī)間各自的傳播時(shí)間，如上所 述；以及 計(jì)算裝置，用于確定參考USB設(shè)備和所述多個(gè)所述USB設(shè)備的每個(gè)之間所述傳播 時(shí)間的差別。 其中所述參考USB設(shè)備包含所述USB設(shè)備之一。 在一個(gè)實(shí)施例中本發(fā)明提供一種裝置，用于同步通過(guò)USB樹(shù)連接到共同的USB主 機(jī)的多個(gè)USB設(shè)備的每個(gè)的本地時(shí)鐘，使得所述時(shí)鐘基本上同相并處于基本上相同的頻 率，該裝置包含 —種裝置，用于鎖定每個(gè)所述USB設(shè)備的所述本地時(shí)鐘到基本上相同的頻率，如 上所述； —種裝置，用于相對(duì)參考USB設(shè)備確定從所述USB主機(jī)到每個(gè)所述USB設(shè)備的信 號(hào)的相對(duì)傳播延遲，并且用于確定所述多個(gè)USB設(shè)備的每個(gè)的所述本地時(shí)鐘相對(duì)所述參考 USB設(shè)備的所述本地時(shí)鐘的相對(duì)相位，如上所述，所述參考USB設(shè)備包含所述USB設(shè)備的選 擇的一個(gè)；以及 定時(shí)器，用于確定要求的每個(gè)所述本地時(shí)鐘的時(shí)間調(diào)整或者相位偏移，導(dǎo)致跨越 所述USB樹(shù)的所述多個(gè)本地時(shí)鐘基本上同相； 其中所述裝置適合從所述USB主機(jī)發(fā)射所述時(shí)間調(diào)整或相位偏移到所述USB設(shè) 備，并且分別根據(jù)所述時(shí)間調(diào)整或相位偏移，在每個(gè)所述USB設(shè)備上提供所述本地時(shí)鐘的 相位調(diào)整。


為了可以更清晰地探知本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖，通過(guò)例子描述各實(shí)施例，附圖 中 圖1是說(shuō)明性的先前技術(shù)的USB設(shè)備的示意圖；
圖2是先前技術(shù)的USB層疊星形拓樸的示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的同步USB電路的示意圖，其中同步信息傳遞到
9設(shè)備； 圖4是根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的同步USB電路的示意圖，其中觀察USB通信，并 且在相位和頻率上鎖定USB設(shè)備的本地時(shí)鐘信號(hào)到USB SOF分組； 圖5A是根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的同步USB電路的示意圖，其中測(cè)量與特定事務(wù) 相關(guān)聯(lián)的ACK分組的環(huán)路(ro皿dtrip)時(shí)間，以控制多個(gè)設(shè)備的每個(gè)的本地時(shí)鐘的相對(duì)相 位； 圖5B是用于設(shè)備62的圖5A的事務(wù)的時(shí)序圖；
圖5C是用于設(shè)備60的圖5A的事務(wù)的時(shí)序圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的同步USB電路的示意圖，其中提供電路用于偵 查USB以及在相位和頻率上鎖定來(lái)自本地時(shí)鐘的信號(hào)到USB的SOF分組；
圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的組合的同步USB電路的一個(gè)例子的簡(jiǎn)化示意圖，其中 提供同步而沒(méi)有額外的連接器配線(wiring); 圖8是結(jié)合多個(gè)本發(fā)明實(shí)施例的復(fù)雜的同步USB電路的示意圖，其中提供同步而 沒(méi)有額外的連接器配線； 圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的組合的同步USB電路的另一個(gè)例子的簡(jiǎn)化示意圖，其 中使用額外的連接器配線得到同步； 圖IO是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的組合的同步USB電路的進(jìn)一步的例子的簡(jiǎn)化示意圖， 該例子可與圖8的例子相比但更復(fù)雜；以及
圖11是圖10的例子的變種的示意圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例，同步信息傳遞到設(shè)備。圖3是包括數(shù)字控制傳感器 12的USB設(shè)備10'(類似于圖1的USB設(shè)備IO，從圖l可以采用相同標(biāo)號(hào)引用相同特征) 的示意圖。但是，根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，增加線的數(shù)目，以包括用于從外部源提供包含觸發(fā)和時(shí) 鐘信號(hào)的同步信息的信道。 從外部源24提供同步信息(包括觸發(fā)和時(shí)鐘信號(hào))到總線連接器14，使得由同步 信道20提供給傳感器12的同步信息包括外部提供的同步信息。
這樣設(shè)備10'未包含產(chǎn)生關(guān)于其它設(shè)備的同步信息的邏輯或者電路。
USB通信基于在稱為幀的規(guī)則的1ms間隔期間傳遞數(shù)據(jù)。在每幀的開(kāi)始，向除了低 速設(shè)備的所有設(shè)備發(fā)射幀的開(kāi)始(SOF)分組(由此以1kHz重復(fù))，并因此表示低分辨率的 同步信號(hào)，用于連接到主機(jī)的一個(gè)共同USB端口的每個(gè)設(shè)備。這樣，根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí) 施例，觀察USB通信，并且在相位和頻率上鎖定USB設(shè)備的本地時(shí)鐘信號(hào)到USB SOF分組。
如本領(lǐng)域中熟知的，USB規(guī)范定義幾個(gè)稱為令牌(TOKEN)的獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們 用作分組頭，用于總線的控制和管理功能。SOF分組具有唯一的數(shù)字簽名，并因此可以從其 它數(shù)據(jù)被區(qū)分出來(lái)，它也可以在總線上出現(xiàn)。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，邏輯電路或匹配濾波器可以 用于對(duì)比特序列解碼，SOF令牌由該序列表示，并且SOF令牌為出現(xiàn)在USB上的每個(gè)SOF分 組發(fā)送時(shí)序信號(hào)。因?yàn)镾OF以特定的頻率出現(xiàn)并且對(duì)所有出現(xiàn)的設(shè)備是共同的，它和解碼 的時(shí)序信號(hào)可以由所有設(shè)備使用作為共同的頻率參考。為了產(chǎn)生不同于SOF的1kHz的頻 率，可以利用鎖相環(huán)(PLL)在頻率和相位上鎖定本地振蕩器到SOF和時(shí)序信號(hào)。這具有增加的優(yōu)勢(shì)PLL可以用于平均SOF到達(dá)時(shí)間的抖動(dòng)。因此，本地振蕩器的頻率不需要不同于 S0F分組的頻率。 參考圖4，這個(gè)第二個(gè)實(shí)施例的方法使用電路通過(guò)USB 40觀察通信，并對(duì)所有SOF 分組解碼。在頻率和相位上鎖定來(lái)自本地控制的振蕩器時(shí)鐘42的信號(hào)①到USB 1kHz SOF 分組。這首先要求來(lái)自時(shí)鐘42的信號(hào)①由時(shí)鐘分頻器46向下分頻到SOF分組的頻率(例 如，從l腿z的輸出頻率向下到1kHz);當(dāng)SOF分組到達(dá)時(shí)(額定在1kHz)，匹配濾波器48發(fā) 送時(shí)鐘同步信號(hào)50，它傳遞到相位檢測(cè)器52。相位檢測(cè)器52通過(guò)濾波器56耦合到受控振 蕩器時(shí)鐘42。 隨后提供本地時(shí)鐘信號(hào)①給USB設(shè)備上的傳感器電路，從而確保在頻率上鎖定所 有連接到根集線器的設(shè)備。 根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，可能產(chǎn)生穩(wěn)定在任意高頻率的時(shí)鐘信號(hào)，如具有低如幾納秒的 隨機(jī)抖動(dòng)的幾十兆赫茲的時(shí)鐘頻率。這樣，這個(gè)實(shí)施例允許確保連接到給定USB的每個(gè)設(shè) 備的本地時(shí)鐘在頻率上同步。但是，它未考慮那些時(shí)鐘的同步性。每個(gè)時(shí)鐘將在頻率和相 位上鎖定到SOF令牌的接收，但是由于隨機(jī)連接的USB星形拓樸的信號(hào)傳播時(shí)間的差別，每 個(gè)設(shè)備將在基本上不同的時(shí)間接收SOF分組。多個(gè)USB設(shè)備中每個(gè)的本地時(shí)鐘的同步(使 得所有時(shí)鐘同相)要求知道從主機(jī)到每個(gè)設(shè)備的所述信號(hào)傳播時(shí)間。 根據(jù)第三個(gè)實(shí)施例，多個(gè)USB設(shè)備中每個(gè)的本地時(shí)鐘同步到任意程度。在USB樹(shù) 中的不同連接點(diǎn)監(jiān)視USB通信，并且測(cè)量特定的USB通信事務(wù)的傳播時(shí)間，以得到并補(bǔ)償不 同設(shè)備的本地時(shí)鐘由于電子和電纜延遲的相位差別。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，為每個(gè)出現(xiàn)的設(shè)備 測(cè)量特定數(shù)據(jù)分組從主機(jī)到設(shè)備和來(lái)自設(shè)備的關(guān)聯(lián)USB確認(rèn)ACK令牌的環(huán)路傳播時(shí)間。這 個(gè)信息用于控制每個(gè)設(shè)備的本地時(shí)鐘的相對(duì)相位，因此互相同步所有連接的USB設(shè)備到任 意程度。 USB規(guī)范允許兩個(gè)設(shè)備的本地時(shí)間的差別最大為380ns。但是，如果兩個(gè)獨(dú)立的設(shè) 備要精確地記錄相同事件的真實(shí)時(shí)間，就必須確定它們的本地時(shí)間到有效地任意精確的程度。 圖5A示意性地描述兩個(gè)設(shè)備60和62，它們連接在USB鏈64中的不同點(diǎn)上。USB 鏈64也包含USB主機(jī)控制器66和多重7端口 USB集線器68。設(shè)備60和62兩個(gè)都將接收 相同周期的SOF信號(hào)，它們已經(jīng)獨(dú)立地在頻率和相位上鎖定它們的本地時(shí)鐘到該SOF信號(hào)。 但是，由于由USB主機(jī)控制器66和設(shè)備62之間更大數(shù)目的USB集線器68引入的拓樸時(shí)間 延遲，設(shè)備62將晚于設(shè)備60接收到SOF分組。這個(gè)時(shí)間差別需要從時(shí)間延遲測(cè)量計(jì)算并 被修正。 如由圖5A上的符號(hào)"A"所示，設(shè)備60的特定連接點(diǎn)并不重要，如果它被定位，使 得它可以為自己和設(shè)備62解碼總線通信(即，設(shè)備60必須能夠?yàn)橐笸降乃性O(shè)備對(duì) 總線通信解碼)。因此用于設(shè)備60的連接點(diǎn)最好基本上靠近USB樹(shù)或鏈的頂部，如由圖5A 中所示。 為測(cè)量所述環(huán)路傳播時(shí)間，主機(jī)和設(shè)備62之間實(shí)施USB事務(wù)。設(shè)備60在樹(shù)中點(diǎn) "A"監(jiān)視USB通信，并且檢測(cè)事務(wù)的下游和響應(yīng)數(shù)據(jù)分組的通過(guò)。然后在圖5A的點(diǎn)"A"，設(shè) 備60可能確定從主機(jī)到設(shè)備62的下游信號(hào)(事務(wù)的開(kāi)始)和從設(shè)備62到主機(jī)的響應(yīng)信 號(hào)(事務(wù)的結(jié)束)的檢測(cè)之間的時(shí)間周期。在優(yōu)選實(shí)施例中，從設(shè)備62到主機(jī)的響應(yīng)信號(hào)
11是事務(wù)確認(rèn)ACK分組的ACK令牌。 可以以類似的方式確定相對(duì)點(diǎn)"A"、主機(jī)和設(shè)備60之間用于USB事務(wù)的環(huán)路傳播 時(shí)間。然后，相對(duì)相同的點(diǎn)"A"，由用于兩個(gè)設(shè)備的環(huán)路傳播時(shí)間的差別的基本上一半給出 連接拓樸，該連接拓樸基于設(shè)備60和62中頻率鎖定的時(shí)鐘之間的時(shí)間相位移動(dòng)。因此，設(shè) 備62中頻率鎖定的時(shí)鐘相對(duì)設(shè)備60中頻率鎖定的時(shí)鐘相位延遲了這個(gè)數(shù)量。為了在頻率 和相位上同步設(shè)備60和62中的時(shí)鐘，對(duì)應(yīng)于所述數(shù)量的相位偏移必須引入到時(shí)鐘之一。這 多數(shù)通過(guò)引入相位延遲到設(shè)備60的本地時(shí)鐘信號(hào)中實(shí)現(xiàn)。 圖5B和5C進(jìn)一步說(shuō)明這個(gè)方法。圖5B是用于設(shè)備62的圖5A的事務(wù)的時(shí)序圖， 而圖5C是用于設(shè)備60的圖5A的事務(wù)的時(shí)序圖。用于每個(gè)設(shè)備60、62的USB事務(wù)在Tstart ,開(kāi)始，以及如由T皿x所示，當(dāng)設(shè)備返回ACK分組時(shí)結(jié)束。(其中，在兩種情況下，X表示設(shè) 備號(hào))。這些事務(wù)不在相同的時(shí)間開(kāi)始，但是已經(jīng)相對(duì)Tstart x將圖對(duì)準(zhǔn)，以顯示事務(wù)的相對(duì) 持續(xù)時(shí)間。在圖5A中，設(shè)備60距離檢測(cè)點(diǎn)"A"近得多，所以環(huán)路傳播時(shí)間比設(shè)備62的短 得多。傳播時(shí)間的差別如AT所示。因此兩個(gè)頻率鎖定時(shí)鐘之間的相位偏移由1/2AT給 出。 技術(shù)人員將會(huì)清楚存在確定要求的相位修正的其它方法。技術(shù)人員也可以理解 其它USB數(shù)據(jù)協(xié)議可以用于產(chǎn)生本地時(shí)鐘頻率并確定環(huán)路或單程傳播時(shí)間，包括但不限于 任何USB控制和管理分組令牌(即SOF、 IN、 OUT、 ACK、 NAK、 PRE、 STALL、 DATAO、 DATA1)、任 何USB數(shù)據(jù)分組中比特模式的可編程序列、任何用戶定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或任何USB規(guī)范內(nèi)定 義的信號(hào)協(xié)議。 上面描述了用于在相位和頻率上鎖定USB設(shè)備的本地振蕩器以完成多種USB設(shè)備 的同步操作的技術(shù)。這個(gè)本地振蕩器產(chǎn)生連續(xù)的調(diào)制。也可以要求設(shè)備在時(shí)間上同步操作 的特定序列。因此設(shè)備將需要所謂的共同觸發(fā)信號(hào)來(lái)完成這個(gè)。這個(gè)觸發(fā)信號(hào)可以結(jié)合頻 率鎖定的本地振蕩器一起使用，以完成多個(gè)獨(dú)立的USB設(shè)備的完整的同步操作。
根據(jù)第四個(gè)實(shí)施例，通過(guò)使用包括編碼的幀號(hào)的SOF分組，產(chǎn)生用于給定設(shè)備上 的傳感器的同步觸發(fā)信號(hào)，以在給定的時(shí)間觸發(fā)傳感器。但是，由于USB連接拓樸，設(shè)備之 間SOF分組的到達(dá)時(shí)間可能不同，另外，USB規(guī)范考慮SOF分組頻率相對(duì)鎖相環(huán)本地振蕩器 的顯著時(shí)間抖動(dòng)。這可能導(dǎo)致時(shí)鐘異相一部分周期。但是，觸發(fā)信號(hào)應(yīng)該與本地振蕩器同 相。 為消除抖動(dòng)的問(wèn)題，SOF信號(hào)鎖存到本地振蕩器。鎖存器登記SOF觸發(fā)請(qǐng)求的到
達(dá)，但是只在本地振蕩器接下來(lái)改變狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。不同設(shè)備間觸發(fā)時(shí)間的誤差是 設(shè)備的本地時(shí)鐘頻率和控制環(huán)的性質(zhì)的函數(shù)，并且可以使之任意小。 這樣，圖6是電路70的示意圖，電路70用于監(jiān)視USB 72并且在相位和頻率上鎖 定來(lái)自本地時(shí)鐘74的時(shí)鐘信號(hào)①(輸出頻率向下變換到lkHz-如果必要-通過(guò)時(shí)鐘分頻 器76)到USB 72的1kHz SOF分組。為了頻率和相位鎖定所述本地時(shí)鐘74(如圖4中)，第 一匹配濾波器80在SOF分組的到達(dá)時(shí)發(fā)送時(shí)鐘同步信號(hào)82，而第二匹配濾波器84在具有 特定幀號(hào)的SOF分組到達(dá)時(shí)發(fā)送觸發(fā)請(qǐng)求信號(hào)86。類似于圖4的電路，這個(gè)電路也包括濾 波器90和相位檢測(cè)器92。觸發(fā)請(qǐng)求信號(hào)鎖存到本地穩(wěn)定的本地時(shí)鐘信號(hào)①，以產(chǎn)生同步 的觸發(fā)信號(hào)"Trig"。 根據(jù)第五個(gè)實(shí)施例，在可追溯到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如NIST或NATA的頻率，使用電路和邏輯
12提供同步信號(hào)給USB設(shè)備。例如，這個(gè)通過(guò)用可追溯到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的頻率參考代替包括根集 線器的任何集線器中的時(shí)鐘和/或晶體完成。 根據(jù)第六個(gè)實(shí)施例，提供USB背板來(lái)供應(yīng)_可連接的設(shè)備_電源、USB信號(hào)、連接 器和同步信息。 在它的多數(shù)復(fù)雜狀態(tài)中，USB背板包含附加在USB上的電源，成為自己提供動(dòng)力 的設(shè)備；提供多重端口的集線器電路；多個(gè)與那些端口相關(guān)聯(lián)的連接器，提供多個(gè)熱插拔 設(shè)備連接點(diǎn)以及滿足USB規(guī)范的USB信號(hào)。它也可以包含邏輯元件，如微處理器、可編程陣 列以及數(shù)字和模擬電子線路，以調(diào)整并提供同步信息，包括頻率、相位，以及使用上述各種 技術(shù)以及電源開(kāi)關(guān)序列的觸發(fā)。除了一個(gè)或多個(gè)集線器，背板也可以包含連接到由集線器 提供的USB端口之一的設(shè)備?；蛘?，它可以是提供集線器和同步功能的復(fù)合設(shè)備。以這種 方式，同步信息是空中(on-the-fly)可測(cè)量和可編程的。
各種例子 可以以不同方式利用上述實(shí)施例。但是，這些可以分為用同步終端補(bǔ)充USB連接
器終端的設(shè)備和那些不這樣做的設(shè)備。另外，第二到第五個(gè)實(shí)施例的邏輯元件可以位于USB
設(shè)備上、背板上(如果背板解決方案是希望的)、所述兩者上或根本不存在。 依賴于應(yīng)用的要求，將會(huì)知道一個(gè)人可能想或不想實(shí)現(xiàn)背板解決方案。應(yīng)用也確
定是否需要提供額外的電源給設(shè)備。 例1 :沒(méi)有用于同步的額外的連接器配線 根據(jù)本發(fā)明，不依賴于補(bǔ)充的同步信號(hào)的系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是各設(shè)備不依賴這個(gè)信息， 以同步方式工作，因此可以在任何單獨(dú)的主機(jī)上使用普通集線器。這樣的系統(tǒng)可以可以擴(kuò) 展到要求非常精確的同步的設(shè)備。因此，這樣的系統(tǒng)的例子在圖7中總顯示為96，具有上游 USB端口 98和多個(gè)背板集線器設(shè)備100、102(在這個(gè)例子中，每個(gè)是背板104上的7端口 USB集線器)，它們可以可選地提供額外的電源給多個(gè)設(shè)備106。每個(gè)設(shè)備106可以包含本 地時(shí)鐘，該時(shí)鐘根據(jù)上述第二個(gè)實(shí)施例鎖定頻率和相位。背板104和集線器100、 102具有 這樣的能力依靠設(shè)備108和上面在第三個(gè)實(shí)施例的環(huán)境中描述的技術(shù)，記錄設(shè)備106 (根 據(jù)USB規(guī)范每個(gè)具有隨機(jī)的電纜長(zhǎng)度)之間相位差別的時(shí)間。進(jìn)而，每個(gè)設(shè)備106包含相 移產(chǎn)生器用于本地時(shí)鐘，它根據(jù)上面在第三個(gè)實(shí)施例的環(huán)境中描述的技術(shù)操作。
例2 包含多個(gè)同步USB設(shè)備的復(fù)雜系統(tǒng)在圖8中總顯示為110。上游端口 111從主機(jī) 接收USB通信。系統(tǒng)110包括多個(gè)背板112、113、114，每個(gè)背板具備兩個(gè)背板集線器設(shè)備 115。每個(gè)背板集線器設(shè)備115包含7端口 USB集線器并且可能可選地提供額外的電源給 多個(gè)設(shè)備116。每個(gè)設(shè)備116可能包含根據(jù)上述第二個(gè)實(shí)施例鎖定頻率和相位的本地時(shí)鐘。 進(jìn)而，第一個(gè)或主背板112還具有額外的電路或邏輯元件117(如在圖7中)，并且具有這樣 的能力依靠元件117和上面在第三個(gè)實(shí)施例的環(huán)境中描述的技術(shù)，記錄設(shè)備116(每個(gè)具 有不同的連接拓樸)之間相位差別的時(shí)間。此外，每個(gè)設(shè)備116包含相移產(chǎn)生器，用于使用 上述第三個(gè)實(shí)施例中描述的技術(shù)對(duì)本地時(shí)鐘移動(dòng)相位?？赡艽嬖陬~外的設(shè)備和/或集線器 和/或背板連接到下游端口 118，直到USB規(guī)范中定義的最大數(shù)目的127個(gè)設(shè)備。
另外，由上游根集線器提供的頻率可以由頻率參考依據(jù)第五個(gè)實(shí)施例產(chǎn)生，并且 任何觸發(fā)信號(hào)可以使用第四個(gè)實(shí)施例的方法產(chǎn)生。
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例3 :用于同步的額外的連接器配線 根據(jù)上述實(shí)施例，這樣的方法最簡(jiǎn)單的例子通過(guò)連接所有設(shè)備到共同的同步信號(hào) 實(shí)現(xiàn)，該連接通過(guò)包含USB和同步信息的專有連接器或通過(guò)USB連接器，以及單獨(dú)的同步鏈 路實(shí)現(xiàn)。同步信息獨(dú)立于USB通信并且可以因此是任意頻率，而沒(méi)有任何大的困難。用于 同步信息的媒體可以是任何無(wú)線、電或光纖裝置。圖9在120示意性地描述這樣的電路的 實(shí)際例子。實(shí)際上電路120包括一對(duì)電路，每個(gè)電路可與圖7的電路可比，使得24個(gè)USB 設(shè)備122通過(guò)7端口USB集線器124連接；這些可以通過(guò)上游USB端口 126依次連接到PC。 USB連接拓樸對(duì)同步信號(hào)沒(méi)有影響，該同步信號(hào)由頻率為①的外部時(shí)鐘128單獨(dú)提供給各 設(shè)備。因此，設(shè)備122通過(guò)一個(gè)連接器(具有除USB要求之外的連接)或標(biāo)準(zhǔn)USB連接器 加一個(gè)或更多額外的連接器連接到USB和同步信號(hào)。 在這個(gè)例子更復(fù)雜的形式中，使用包含額外的邏輯元件的背板，邏輯元件為所有 連接的設(shè)備提供頻率和相位上精確的控制和鎖定。在這樣的安排中，根據(jù)上述第二個(gè)和第 三個(gè)實(shí)施例的方法，背板邏輯元件觀察USB通信并產(chǎn)生它們自己的本地時(shí)鐘。然后這個(gè)背 板產(chǎn)生的時(shí)鐘通過(guò)一個(gè)或更多上述背板連接器分配給每個(gè)連接的USB設(shè)備。
因此，參考圖IO，它以130—般地描述這樣的安排，每個(gè)設(shè)備132通過(guò)額外的連接 器端136(電、無(wú)線、光纖)連接到電路134，這補(bǔ)充了USB規(guī)范。作為例子，電路可以位于連 接各種模塊的背板138上。這個(gè)背板138也包含一個(gè)或更多的7端口USB集線器140。電 路134在USB上游端口 142監(jiān)視USB用于幀信號(hào)的開(kāi)始，并且鎖定它的內(nèi)部時(shí)鐘的頻率和 相位到這個(gè)信號(hào)(如按照第二個(gè)實(shí)施例)。電路134也可以任意延遲進(jìn)來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)，以解 決由于USB拓樸的延遲(比較第三個(gè)實(shí)施例)。然后使內(nèi)部時(shí)鐘通過(guò)額外的連接器端對(duì)每 個(gè)設(shè)備132可用。以這種方式，所有設(shè)備132接收與其同步的共同的時(shí)鐘信號(hào)。
應(yīng)該注意，在前面描述的圖中，繪制同步電路獨(dú)立于集線器。但是，在另一個(gè)變形 中，在圖11的150顯示，一個(gè)集線器是復(fù)合設(shè)備152(連接到USB上游端口 154)，其包含擴(kuò) 展端口 156和同步電路158(它根據(jù)實(shí)施例2并使用在實(shí)施例3中描述的技術(shù)產(chǎn)生本地時(shí) 鐘信號(hào)，以提供本地時(shí)鐘的相移，來(lái)提供與其它設(shè)備的同步)，它釋放第二個(gè)集線器162的 一端口 160(當(dāng)與上面討論的各例子相比時(shí))使得-在圖11中所示的簡(jiǎn)單配置中-可以連 接多達(dá)13個(gè)設(shè)備164。 還應(yīng)該注意，USB規(guī)范未限制每個(gè)集線器的端口數(shù)為7。因此在圖10中，可能存在 一個(gè)集線器140，它維護(hù)例如12個(gè)端口 。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的修改。因此要理解本發(fā) 明不限于通過(guò)上文的例子描述的各特定實(shí)施例。為本說(shuō)明書(shū)，應(yīng)該理解詞"包含"意味著"包 括但不限于"，而詞"包含"具有相應(yīng)的意思。 此外，在這里任何對(duì)先前技術(shù)的參考并不打算暗示這樣的先前技術(shù)形成或曾經(jīng)形 成公知常識(shí)的一部分。
權(quán)利要求
一種同步的多信道通用串行總線，包含電路，以觀察USB通信并鎖定USB設(shè)備的本地時(shí)鐘信號(hào)到包含在USB數(shù)據(jù)通信中的周期性信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用串行總線，其中所述電路適合在相位上、在頻率上或在 相位和頻率上鎖定所述本地時(shí)鐘信號(hào)到所述周期性信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用串行總線，其中可操作所述電路解碼和鎖定到周期性數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的通用串行總線，其中可操作所述電路解碼和鎖定到USB幀開(kāi) 始分組令牌。
5. —種同步多信道通用串行總線的方法，包含 觀察USB通信；以及鎖定USB設(shè)備的本地時(shí)鐘信號(hào)到包含在USB數(shù)據(jù)通信中的周期性信號(hào)； 其中所述鎖定是關(guān)于相位、頻率或相位和頻率的。
6. —種同步的多信道通用串行總線，具有電路，以在USB樹(shù)中的多個(gè)點(diǎn)觀察USB通信， 并且測(cè)量多個(gè)單獨(dú)分組中的每個(gè)的環(huán)路時(shí)間，以得到所述樹(shù)中單獨(dú)USB設(shè)備的相對(duì)相位。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的通用串行總線，其中可操作所述電路測(cè)量與特定事務(wù)相關(guān)聯(lián) 的ACK分組的環(huán)路時(shí)間，由此能控制每個(gè)設(shè)備的本地時(shí)鐘的相對(duì)相位，使得能同步所有連 接的設(shè)備。
8. —種同步多信道通用串行總線的方法，包含 在USB樹(shù)中的多個(gè)點(diǎn)觀察USB通信； 測(cè)量多個(gè)單獨(dú)分組的每個(gè)的環(huán)路時(shí)間；以及從所述各環(huán)路時(shí)間確定所述樹(shù)中單獨(dú)USB設(shè)備的相對(duì)相位； 由此根據(jù)所述確定的相對(duì)相位，能調(diào)整所述各單獨(dú)USB設(shè)備的任何相位偏移。
9. 一種提供同步的多信道通用串行總線的方法，包含 用觸發(fā)信號(hào)發(fā)送USB拓樸中的所有設(shè)備。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述觸發(fā)信號(hào)同步地啟動(dòng)或停止多個(gè)設(shè)備上的 操作。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括通過(guò)使用幀開(kāi)始分組產(chǎn)生所述觸發(fā)信號(hào)，以在 給定的時(shí)間觸發(fā)傳感器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，包括與本地振蕩器同相來(lái)執(zhí)行所述操作。
13. —種同步的多信道通用串行總線，包含 用于用觸發(fā)信號(hào)發(fā)送USB拓樸中的所有設(shè)備的電路。
14. 一種同步的多信道通用串行總線，包含電路和邏輯，以在對(duì)應(yīng)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的頻率提 供同步信號(hào)給USB設(shè)備。
15. —種同步的多信道通用串行總線，包含USB背板，用于提供任何一個(gè)或更多的USB 信號(hào)、電源、插座和同步信息給可連接的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明提供一種方法和裝置，用于提供同步的多信道通用串行總線，該方法在一方面包含補(bǔ)充USB規(guī)范中的信號(hào)信道，以從外部源(24)提供同步信息，而在另一方面包含觀察USB通信并鎖定USB設(shè)備(10)的本地時(shí)鐘信號(hào)到包含在USB數(shù)據(jù)通信中的周期性信號(hào)，其中鎖定是關(guān)于相位和/或頻率的。
文檔編號(hào)G06F13/42GK101794269SQ20091022519
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2003年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月17日
發(fā)明者亞當(dāng)·M·韋戈?duì)柕? 克萊夫·A·戈德史密斯, 帕特里克·克洛夫科恩, 彼得·G·福斯特 申請(qǐng)人:克羅諾洛吉克有限公司