[发明专利]通用串行总线矩阵切换系统

说明书

技术领域

本发明关于一种通用串行总线(USB)矩阵系统，特别是一种能使得含 有USB端口的多个主机能经由USB矩阵系统的切换方式让多个USB装置资 源共享。

背景技术

当外接装置通过通用串行总线(USB)端口与计算机连接时，对大多数 的使用者而言，相比较RS 232串行端口或并行端口，USB端口是更为简易好 用的。然而，当有多个USB主机要共享多个USB装置时，情况会变得很复 杂。因为USB装置传输速率有高速的，例如，满足USB 2.0规范的卡片阅读 机或高阶扫描仪，但也有只能全速或低速的装置，如键盘和鼠标。

依据USB 2.0规范，当USB支持低速或全速传输率时，差动电压是3.3V， 而当所支持的周边装置是高速传输率时，差动电压变成400mV。而目前对于 专用集成电路(ASIC：application-specific integrated circuit)的处理而言，0.4V 的电压太低以致于无法提供数字型数据0或1的判读。因此，导致切换矩阵 电路或者高阶ASIC的处理的设计变得很复杂。

图1A为传统的用于n个主机共享m个USB装置的矩阵切换系统50的 示意图。该切换系统包括n个集线器(HUB1至HUBn)，每个USB装置都各 自对应于一个总线切换器(BUS switch)30。而总线切换器30本身是模拟的， 因此，需要有精确的阻抗匹配且有噪声的问题，特别是对于高速的USB信号 必需更加精准地调整阻抗，未准确校正阻抗则会导致USB装置兼容性不佳等 问题。此外，总线切换器的布局走线复杂，因为其本身通常就是一个芯片。 每个集线器也是一个芯片。因此需要大量的平面面积来将这些集线器及总线 切换器芯片摆放于印刷电路板(PCB)上。

此外，因高速传输和低/全速传输装置的电压不同，且前者的USB装置 的差动电压仅有0.4V。因此，在矩阵型切换系统中，高速USB装置对高速主 机的数据传送时，集线器内的中继器35仅可使用模拟式的。请参考图1B的 示意图。这是一个传统集线器的基本架构，除了模拟式中继器35外，还包含 下物理层收发器(Down physical layer transceiver；DP PHY)、上物理层收发 器(Up physical layer transceiver；UP PHY)及传输转译器(Transaction  translator；TT)40。传输转译器40是使高速主机对低速或全速USB装置存 取时，不会被其中一个低速或全速USB装置占据所有带宽的缓冲装置。传输 转译器40的工作电压是3.3V，因此，其可以是数字式或模拟式的装置。

如前在本发明的背景中所述的，对于用于n个主机共享m个USB组件 的传统矩阵型切换系统而言，需要n个集线器及m个总线切换器，此二者都 属于模拟形式。而传统的矩阵型切换系统有噪声高、需要精准的阻抗匹配及 需要大尺寸布局面积等缺点，其导致USB组件可能有兼容性以及需要大封装 体积的问题。

发明内容

相比较数字信号组件而言，模拟信号组件具有较高的噪声。本发明的通 用串行总线(USB)矩阵切换系统的组件都集成在专用集成电路(ASIC； application-specific integrated circuit)芯片内并由数字信号操作。依据本发明 的实施例，ASIC芯片可提供多个主机共享多个USB装置的资源，无论USB 组件是低速的键盘、鼠标或是高速的USB快闪存储器、USB扫描器，信号在 集线器(HUB)中都是并行信号。此外，本发明的中继器以及传输转译器(TT) 是数字式的，使它们将在集成电路中提供最低噪声以及最小尺寸的布局面积。