專利名稱：系統(tǒng)連接器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般而言涉及具有不同操作電壓的設備之間的接口，特別地，在移動電話及其相關輔助設備之間的信號電平接口。
便攜設備的發(fā)展趨勢是提供設備越來越低的操作電壓。較新的裝置和ASIC不斷設計使得便攜設備現(xiàn)在可以運行在更低的操作電壓。較低的操作電壓有許多想要的益處，如便攜設備的電池盒需要較少的電池。在較低電壓下運行還可以提高速度，包裝密度，以及效率，同時減少發(fā)熱。傳統(tǒng)地，大多數(shù)便攜設備，如移動電話，具有約(～)5伏的操作電壓，并在5伏邏輯電平下進行數(shù)字通信。然而，傳統(tǒng)的5伏邏輯技術正被設計成運行在約3伏供電電壓的較新的電路所取代。例如，許多現(xiàn)有的移動電話使用5個NiMH(鎳氫)單元，這對應電話的操作電壓最高為約5伏。相對地，較新的電話及其輔助設備現(xiàn)在設計成使用3個NiMH單元或1個鋰離子單元，這對應于操作電壓降低為約3伏。隨著較多的系統(tǒng)采用三伏邏輯，帶給設計者的問題是如何在較新的移動電話的三伏邏輯和先前現(xiàn)存的輔助設備的五伏邏輯之間進行轉換。當然，熟悉本領域的人員易于認識到該問題不僅僅限制在3伏和5伏邏輯電平的設備之間，而且存在于相互間進行數(shù)字通信且運行在不同電壓電平的任何設備之間。
一種可能的解決方法是在輔助設備或移動電話內提供開關模式的電壓源。當輔助設備(或移動電話)被連接到移動電話(或輔助設備)時，開關模式的電壓源基于檢測到的所連接設備的電壓電平而設置成合適的供給電壓模式。但是，考察現(xiàn)有開關表明，例如，工作在一個5伏電壓輸入和5安培供給電流時，期望的運行效率不會超過70％許多。這樣，伴隨該解決方法的一個問題是由電源開關帶來的電壓損失，例如降落在自由通斷二極管和關聯(lián)的整流二極管上的電壓，將是5伏的一個太大分數(shù)。這樣轉而會導致結果電壓達到至少是邏輯上的不確定的電平。在相對的高電流負載下，這一問題進一步加劇。
另一可能的解決方法是當一個連接的設備運行在較低的邏輯電平時使用一線性調節(jié)器調整固定的5伏電源電壓到三伏。然而，考慮附帶的因素，如電氣噪聲和電路復雜性，使用線性調節(jié)器具有相當小的吸引力。例如，轉換5伏到3伏線性調節(jié)器的運行效率只有大約60％。因此，在解決此問題時使用線性調節(jié)器與固定的供應電壓結合的方法比起開關模式的電壓源還不理想。
隨著便攜設備，如移動電話或膝上型電腦，切換到不同的操作電壓，越來越多的現(xiàn)有設備將與較新的設備及其輔助設備不兼容。對于移動電話，設計成運行在3伏電平下的較新的移動電話將與現(xiàn)有的5伏電平下的輔助設備，反之亦然。結果是，對設備間的數(shù)字信息通信的信號電平接口的需求增大，以使得較新的設備和它們具有不同的操作電壓和邏輯的輔助設備能夠兼容。
因此本發(fā)明的目的是提供一個改進的信號電平接口，使得輔助設備能夠和便攜設備(如，移動電話)進行通信，該便攜設備與其輔助設備運行在不同的操作電壓下。
本發(fā)明的另一目的是為運行在不同電壓下的設備提供一個方便的辦法以允許串行數(shù)字通信，而不需要復雜的電壓/信號轉換電路。
本發(fā)明的又一目的是使用來自便攜設備(如電話)的信號，使用便攜設備的操作電壓作為輔助設備的緩沖電路的電源供應電壓，以使輔助設備獲得同樣的接口效果但允許較高的信令速度。該來自便攜設備的信號可以是包含了用于通信的電壓電平的交變信號。該電壓電平由輔助設備檢測并用于控制可調節(jié)的電源。
前述目的和其它目的體現(xiàn)在一個系統(tǒng)連接器的實施中，該系統(tǒng)連接器可以組合在一個輔助設備或便攜設備中，以允許在便攜設備和輔助設備之間的信號電平接口。該系統(tǒng)連接器給運行在第一電壓的第一設備提供一高電平或低電平數(shù)字信號，以響應來自運行在第二電壓的第二設備的相應高電平或低電平數(shù)字信號。另外，該系統(tǒng)連接器還可以給運行在第二電壓的第二設備提供一高電平或低電平數(shù)字信號，以響應來自運行在第一電壓的第一設備的相應高電平或低電平數(shù)字信號。
本發(fā)明的前述和其它特征，目的和優(yōu)點在結合附圖閱讀下文的說明的基礎上將一目了然，附圖中

圖1說明了數(shù)字信號可接受的邏輯電平的電壓范圍；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例性框圖，展示了一個移動電話的輸入和一個輔助設備的輸出之間的接口；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個可替代實施例的示例性框圖，展示了一個具有檢測輔助設備存在功能的移動電話的串行數(shù)據(jù)輸入；圖4是根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的示例性框圖，展示了一個移動電話的輸出和一個輔助設備的輸入之間的接口；圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性框圖，展示了一個輸入和輸出組合在一起的接口；以及圖6和圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性框圖，展示了一個輔助設備具有緩沖電路的接口。
本發(fā)明的各種特征現(xiàn)將參照附圖進行說明，附圖中類似部分用相同參考字符表識。
正如本領域的技術人員所熟悉的，大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)包含二值離散或二元的系統(tǒng)，其中兩個離散狀態(tài)的組合用來表示數(shù)字，字符，代碼，和其它信息。相比模擬系統(tǒng)，二進制系統(tǒng)有許多益處。當保持為兩種狀態(tài)中的一種時，數(shù)字電路中的固態(tài)器件在其性能上尤其地可靠和持久。另外，由于器件維持在兩種狀態(tài)中的一種，它們對環(huán)境的變化較少敏感而能擁有預定的準確性。兩個離散電平值典型地定義為一個高電平和一個低電平。參看圖1，描述了一個電壓電平的范圍以表示兩個離散狀態(tài)。一般地，一個數(shù)字信號的高電平值，如范圍1所示，被定義為大于電路的最大操作電壓的0.8倍。其低電平值，如范圍2所示，被定義為小于電路最高電壓的0.2倍。如果信號在范圍1內器件理解信號為高電平或“1”，如果信號在范圍2內器件理解信號為低電平或“0”。如果信號在范圍1和2之間，即在范圍3內，信號是不確定的和不能被電路準確地理解。
隨著較新的設備設計在較低的操作電壓下工作，較新的設備表示高和低狀態(tài)的信號電平與較老設備的較高的操作電壓不兼容。例如，在圖1，如果運行在傳統(tǒng)5伏邏輯下的第一設備試圖和運行在較低的3伏邏輯下的設備進行通信，3伏邏輯下的高或“1”狀態(tài)將落在5伏邏輯設備的中間范圍3內而導致不能被運行在5伏電平下的設備所理解。因此，依據(jù)本發(fā)明，一個系統(tǒng)連接器用來允許運行在不同電壓下的設備能夠相互通信和接口而不管它們原本不兼容的邏輯電平。
參看圖2，依據(jù)本發(fā)明的一個系統(tǒng)連接器的示例實施例，展示了一個輔助設備級邏輯的輸出信號，使得來自輔助設備的數(shù)據(jù)輸出連接到運行在便攜設備工作邏輯電平的便攜設備上。根據(jù)圖2，展示了兩個設備，移動電話210和輔助設備220。基于這樣的目的和如下的示例，移動電話210設想為運行在5伏工作電壓下，而輔助設備220運行在3伏工作電壓下。
根據(jù)圖2，輔助設備220通過兩個連接到移動電話的插槽216和218上的插針222和224與移動電話耦合。電話操作電壓212供應到插針222上。來自插針224上的輔助設備輸出信號借助插槽218作為輸入信號加載到移動電話的線214上。根據(jù)圖2，信號由輔助設備220輸出加載到線228上并輸入到開關225上。根據(jù)一個示例實施例，開關225由一個BJT 223組成，BJT的發(fā)射極連接到輔助設備的地線221和其基極連接到分壓電阻227和229上。當線228上輔助設備輸出信號是輔助設備的高邏輯電平時，如，在2.4伏和3.0伏之間，線228上的高電壓值使得晶體管223不導通而導致開關225開路而供應插針224一個低電平，由于插針224連接到地線221上。相對地，當輔助設備的低邏輯電平加載到線228上會使得晶體管223導通而導致開關225閉合。這樣迫使供應插針224的輸入信號是一個高電平，由于插針224此時通過插針222和電阻226連接到移動電話的操作電壓212上。這樣，輔助設備的高電平邏輯信號就被接口到移動電話的高電平信號，并且移動電話自身的操作電壓用來供應高電平邏輯信號。
圖3展示了具有串行數(shù)據(jù)輸入的移動電話的一個可替代實施例。根據(jù)此實施例端口218是一個有附加電路的串行口以允許當該輔助設備通過插槽216和218連接到移動電話上時，檢測一個有串行總線通信的輔助設備220的存在。根據(jù)此實施例增加了一個開關213。開關213一般在缺省狀態(tài)A和連接到一個輸入/輸出端口211。當沒有輔助設備連接到端口218上時缺省狀態(tài)A定義為低電位，因為開關213通過電阻217被連接到地線219上。然而，當一個有串行總線通信的輔助設備通過插槽216和218連接到移動電話上，電阻216把端口218的輸入電位上拉到接近電話操作電壓212的電位。移動電話的電路或微處理器(未顯示)檢測到輸入/輸出端口的該高電位并將開關213切換到狀態(tài)B以將輔助設備220的輸出連接到一個UART(通用異步收發(fā)器)電路209。依據(jù)此實施例，移動電話210然后可以檢測到已經連接到插槽216和218的輔助設備220的存在。在建立和輔助設備220的連接和切換到狀態(tài)B之后，電話210然后通過UART 209和輔助設備220問答以確定其類型。
UART 209給移動電話的微處理器電路提供了必要的接口功能以允許移動電話可以和連接到端口218上的串行輔助設備通信。當然，其它專用的通信電路可用來代替UART，例如一個I2C總線。
根據(jù)本發(fā)明的又一示例實施例示于圖4，該實施例描述了一個從移動電話210到輔助設備220的輸出信號。根據(jù)此實施例來自移動電話的信號通過線231和端口232輸出到輔助設備的插針234。在此情形下，需要把移動電話的高電平和低電平信號轉換到輔助設備的邏輯高電平和低電平。移動電話的輸出信號231饋入到一運放240(端到端輸出型)比較器的正端。插針232通過端口216連接到電話操作電壓212。一參考信號通過線237被加到運放的負端。參考信號由電話操作電壓212通過連接到電話操作電壓212上的電阻236和連接到輔助設備的地線243的電阻238進行分壓得到。由于運放240由輔助設備操作電壓241供電，到輔助設備的輸入信號242應和此電平相關。根據(jù)此實施例，參考信號237和輸入信號234進行比較導致比較器端到端地在地電位243和電源電壓241之間(即，輔助設備操作電壓)擺動。例如，來自移動電話210的線234上的輸入信號低于參考信號237時導致比較器搖擺到地端而在線242上輸出輔助設備的低電平信號。
圖5描述了一個組合實施例，該實施例提供了從電話輸出信號到輔助設備的轉換和從輔助設備輸入信號到電話的轉換。根據(jù)此示例實施例，上述輸入和輸出接口的前述解決方法被組合在一起。根據(jù)此實施例，輸入端口259和線258是一三-態(tài)輸入口以使得在移動電話和輔助設備之間能相互理解當前通信是向哪個方向。根據(jù)此實施例I2C總線(未顯示)可用來收/發(fā)線258上的信號。任何熟悉該領域的人員易于理解在移動電話內部可以為上述輸入和輸出提供各自的端口。
兩個根據(jù)本發(fā)明的附加示例實施例也被示于圖6和圖7。實施例描述圖6展示來自便攜設備210，例如一移動電話的信號212a，給輔助設備上的緩沖電路260提供操作電壓作為其電源供應電壓以獲得類似的接口效果并允許輔助設備有較高的信令速度。圖7的實施例附帶地說明來自便攜設備的信號也可以是一交變信號212b。根據(jù)此實施例，交變信號212b含有通信所用的電壓電平值。此電壓電平值可以被元件274檢測和保持并用來設置可調寄存器275以給緩沖器270提供可調電源。
根據(jù)本發(fā)明可以預期有許多不同的輔助設備。一些實例但不僅限于此包括電池充電器，免手提設備，調制解調器，傳真機，膝上型計算機和計算機的其它類型，等等。另外在移動電話和輔助設備之間的連接可以是以任何形式具備傳輸數(shù)字信號能力。
雖然前述示例實施例是以移動電話和輔助設備為參考來描述，任何熟悉該領域的人員可以理解具有不同操作電壓的任何設備可以用類似的方法進行接口并且近似5伏和近似3伏的操作電壓只是根據(jù)本發(fā)明的許多可能實施例中的一種。根據(jù)本發(fā)明可以方便地使用不同的操作電壓和電平值。另外，每個設備的運行邏輯電平值不必與設備的操作電壓相同。例如，圖2的端口216的輸出可以是不同于操作電壓的另一電壓，是從設備210某一部位抽出的。進一步地，如果已被抬高的話，該電壓可以實際上超過操作電壓。
另外，任意數(shù)目的插槽和插針可以配置在每一設備上，其中一些插針/插槽吻合在一起且依賴于具體問題中特定設備的功能。進一步地，雖然上述實施例中已經描述接口邏輯是組合在輔助設備中的，熟悉本領域的人員易于認識到該接口電路也可以放置在移動電話內。當然，由于一般地相比移動電話而言生產的輔助設備較少，將電路放置在輔助設備內使得總體系統(tǒng)制造費用降低而在成本上是有效的。
本發(fā)明以實例的方法加以描述，但是本領域的熟練技術人員明顯可以看出，在不偏離本發(fā)明精神的前提下可以對示例實施例作出各種變型和修改方案。優(yōu)選實施例僅僅是說明性的而不應以任何形式加以限制。本發(fā)明的范圍由下面的權利要求書所界定，而不僅是上述描述，落入權利要求書所界定范疇的所有修改和等價都被認為包括在內。
權利要求
1.用于連接第一和第二設備的系統(tǒng)，其中每一設備工作在不同的操作電壓，包括所述第一設備的輸出端，用于輸出第一設備的高電平電壓；所述第一設備的輸入端，用于輸入數(shù)字信號；在高電平電壓和低電平電壓間切換的裝置；以及所述第二設備的輸出，用于輸出數(shù)字信號，其中所述切換裝置從所述第一設備的輸出端提供給其輸入端口該第一設備的高電平電壓，用于響應檢測到的來自所述第二設備輸出端的高電平電壓，和提供給所述第一輸入設備一低電平電壓以響應檢測到的來自所述第二設備輸出端的低電平電壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一設備的高電平電壓近似為該第一設備的操作電壓和所述第二設備的低電平電壓近似為該第二設備的地電位。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述切換裝置是數(shù)字式晶體管。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其中來自所述第二設備到所述數(shù)字式晶體管的高電平輸入打開晶體管從而連接該輸入到所述第二設備的地，和來自所述第二設備到所述數(shù)字式晶體管的低電平輸入關閉晶體管從而連接該輸入到所述第一設備的操作電壓。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第一設備是一移動電話和所述第二設備是一移動電話輔助設備。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其還包含一連接到其輸入端的第二切換裝置，用于在所述第一設備的輸入/輸出端口和UART之間切換，其中在沒有設備連接到該輸入端時該第二切換裝置連接到輸入/輸出端口而在檢測到第二設備連接到該輸入端時該開關切換輸入到所述UART。
7.一系統(tǒng)連接器，用于連接具有不同操作電壓的兩個設備，包括第一設備的第一輸出端，用于輸出該第一設備的操作電壓；第一設備的第二輸出端，用于輸出來自該第一設備的數(shù)字信號；以及用于在參考信號和所述數(shù)字信號間比較的裝置，其中當所述數(shù)字信號根據(jù)所述第一設備的操作電壓是高電平值時該比較器根據(jù)所述第二設備的操作電壓輸出高電平信號，而當所述數(shù)字信號根據(jù)所述第一設備的操作電壓是低電平值時該比較器根據(jù)所述第二設備的操作電壓輸出低電平信號。
8.根據(jù)權利要求7所述的連接器，其中所述用于比較的裝置是運放并由所述第二設備的操作電壓供電。
9.根據(jù)權利要求7所述的連接器，其中所述第一設備是一移動電話和所述第二設備是一移動電話輔助設備。
10.系統(tǒng)連接器，提供了運行在第一電壓的移動電話和運行在第二電壓的輔助設備之間的通信，包括一移動電話輸出，用于提供移動電話操作電壓；一所述移動電話的三-態(tài)輸入/輸出端口，用于輸入數(shù)字信號到移動電話和從移動電話輸出數(shù)字信號；在移動電話操作電壓和低電平電壓間切換的裝置；一輔助設備輸出，用于輸出數(shù)字信號，其中所述切換裝置從所述移動電話輸出端給所述移動電話輸入/輸出端口提供所述移動電話操作電壓以響應在所述輔助設備輸出端檢測到的高電平數(shù)字信號，和給所述移動電話輸入/輸出端口提供低電平數(shù)字信號以響應在所述輔助設備輸出端檢測到的低電平數(shù)字信號；以及用于在參考信號和來自移動電話的數(shù)字信號間比較的裝置，其中當從三-態(tài)端口的數(shù)字信號輸出根據(jù)移動電話的操作電壓是一高電平值時該比較器根據(jù)輔助設備的操作電壓輸出一高電平信號，而當從三-態(tài)端口的數(shù)字信號輸出根據(jù)移動電話的操作電壓是一低電平值時則根據(jù)輔助設備的操作電壓輸出一低電平信號。
11.根據(jù)權利要求10所述的系統(tǒng)連接器，其中所述輔助設備是下述中的一種膝上型計算機，計算機，電池充電器，免提設備，傳真機，和調制解調器。
12.系統(tǒng)連接器，用于在兩個設備之間提供數(shù)字通信，包括第一裝置，用于給具有第一操作電壓的第一設備提供高電平或低電平數(shù)字信號以響應來自運行在第二電壓的第二設備的高電平或低電平數(shù)字信號；以及第二裝置，用于給運行在第二操作電壓的所述第二設備提供高電平或低電平數(shù)字信號以響應來自運行在第一電壓的所述第一設備的相應高電平或低電平數(shù)字信號。
13.根據(jù)權利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第一設備是移動電話。
14.根據(jù)權利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述第二設備是移動電話輔助設備。
15.根據(jù)權利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二裝置放置在輔助設備內。
16.根據(jù)權利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述第一和第二裝置放置在電話內。
17.一移動電話輔助設備包括第一裝置，用于給移動電話提供高電平或低電平數(shù)字信號以響應來自輔助設備相應的高電平或低電平數(shù)字信號；以及第二裝置，用于給輔助設備提供高電平或低電平數(shù)字信號以響應來自移動電話相應的高電平或低電平數(shù)字信號。
18.根據(jù)權利要求17所述的輔助設備，其中所述移動電話和所述輔助設備具有不同的操作電壓。
19.根據(jù)權利要求18所述的輔助設備，其中所述移動電話具有近似5伏的操作電壓和所述輔助設備具有近似3伏的操作電壓。
20.一移動電話包括第一裝置，用于給移動電話提供高電平或低電平數(shù)字信號以響應來自移動電話的輔助設備相應的高電平或低電平數(shù)字信號；以及第二裝置，用于給輔助設備提供高電平或低電平數(shù)字信號以響應來自移動電話相應的高電平或低電平數(shù)字信號。
21.根據(jù)權利要求20所述的輔助設備，其中所述移動電話和所述輔助設備具有不同的操作電壓。
22.根據(jù)權利要求21所述的輔助設備，其中所述移動電話具有近似5伏的操作電壓和所述輔助設備具有近似3伏的操作電壓。
全文摘要
系統(tǒng)連接器用于允許工作在不同操作電壓的兩個設備間進行數(shù)字信號通信。該連接器允許通過每個設備自己的操作電壓進行高或低邏輯電平信號的接口而無需復雜的信號電平轉換。該系統(tǒng)連接器(225,240)可組合到輔助設備或便攜設備內以在兩者之間的信號電平接口。該系統(tǒng)連接器提供給運行在第一電壓的第一設備(210)高電平或低電平數(shù)字信號以響應來自運行在第二電壓的第二設備的相應的高電平或低電平數(shù)字信號。另外,該系統(tǒng)連接器還可以提供給運行在第二電壓的第二設備高電平或低電平數(shù)字信號以響應來自運行在第一電壓的第一設備的相應的高電平或低電平數(shù)字信號。
文檔編號H03K19/018GK1242887SQ9718121
公開日2000年1月26日 申請日期1997年10月23日 優(yōu)先權日1996年11月4日
發(fā)明者J·R·魯布馬克, G·C·佩爾森, M·H·漢森 申請人:艾利森電話股份有限公司