CN101169456B - Usb总线电流检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种USB总线电流检测装置，属于电流检测领域。所述装置包括：第一USB接口、第二USB接口、电流检测模块和输出模块；电流检测模块串联在第一USB接口和第二USB接口之间，其输出端口与输出模块连接。本发明还提供了一种USB总线电流检测装置，所述装置包括：多个第一USB接口、第二USB接口、电流检测模块、输出模块和选择切换模块；电流检测模块串联在第二USB接口和选择切换模块之间，其输出端口与输出模块连接。本发明提供的装置有效地解决了检测USB设备工作电流不方便不直观的问题，同时也避免了在检测USB设备工作电流时影响USB设备工作状态的问题，并提高了工作的效率。

Description

USB总线电流检测装置

技术领域

本发明涉及电流检测领域，特别涉及一种USB总线电流检测装置。

背景技术

USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)协议允许外设在主机和其它外设工作时进行连接配置，使用及移除即所谓的即插即用，同时USB总线的应用可以清除PC上过多的I/O端口，而以一个串行通道取代，使PC与外设之间的连接更容易。

USB接口通过一个四线电缆来传输信号与电源：D+信号线，D-信号线，GND信号线和Vbus信号线。其中D+信号线和D-信号线是一对差模的信号线，而Vbus(高电平)信号线和GND(地)信号线则提供了电源，它可以给一些设备(包括USB Hub)供电。USB提供了两种数据传输率：一种是12Mbps的高速(full speed，全速)模式，另一种是1.5Mbps的低速(slowspeed，低速)模式。这两种模式可以同时存在于一个USB系统中，而引入低速模式主要是为了降低要求不高的设备的成本，比如鼠标键盘等等。

在USB设备的生产、测试或调试中，工作人员一般都需要通过测试USB的Vbus信号线或GND信号线上的电流来检测USB产品的状态，进而判断USB产品的好坏，目前通常的做法是检测USB的Vbus信号线或GND信号线上的电压，例如可以通过电压表来测量某个信号线上的电压，但是许多情况下还需要进一步了解USB信号线上的电流，然而，目前直接检测USB信号线上的电流的方法却很少，一般都是通过检测其它参数，然后依据这些参数计算得到USB信号线上的电流，或者通过外搭电路来间接实现，或者将USB设备外壳拆开，将电流表串接到USB的Vbus信号线或GND信号线上进行检测，这样做不仅很麻烦，而且还需要将USB设备的外壳拆开，露出电路板才能实现，这就给工程人员带来了很多不便，外接设备或电路等来进行检测的时候可能还需要电池等额外电源；另外，将电流表串接到USB设备的信号线上或外接外搭电路到USB设备的信号线上时，也很容易影响USB设备的工作状态。

发明内容

为了解决检测USB设备工作电流不方便的问题，本发明提供了一种USB总线电流检测装置，所述装置包括用于与USB设备连接的第一USB接口、与上游USB接口连接的第二USB接口、电流检测模块和输出模块；

所述电流检测模块串联在所述第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上，用于检测所述第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值；

所述电流检测模块的输出端口与所述输出模块连接，用于输出所述电流检测模块检测到的所述电流值；

所述第一USB接口的D+信号线和D-信号线分别与所述第二USB接口的D+信号线和D-信号线连接，实现USB设备与上游USB接口之间的通信；

所述USB总线电流检测装置通过所述第二USB接口由上游USB接口为其提供电力。

所述电流检测模块包括电流检测单元和信号处理单元；

所述电流检测单元用于检测所述第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值，并将所述电流值转换为电压值，发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将接收到的电压值转换为所述输出模块输出的信号量格式，发送至所述输出模块。

所述电流检测模块还包括A/D转换单元，所述A/D转换单元用于对所述电流检测单元得到的电压值进行模/数转换，得到对应的电压值数字量，并将所述电压值数字量发送至所述信号处理单元。

所述A/D转换单元为A/D转换芯片，或与所述信号处理单元集成在一颗A/D转换芯片中。

所述电流检测单元为电阻。

所述电流检测单元为电磁感应器件。

所述电磁感应器件为霍尔传感器，具体为穿孔型霍尔传感器。

所述电流检测模块包括电流检测单元、压频转换单元、计数单元和信号处理单元；

所述电流检测单元用于检测所述第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值，并将所述电流值转换为电压值，发送至所述压频转换单元；

所述压频转换单元用于将接收到的电压值转换为频率信号，发送至所述计数单元；

所述计数单元用于对接收到的频率信号进行计数得到计数值，发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将接收到的计数值转换为所述输出模块输出的信号量格式，发送至所述输出模块。

所述电流检测模块包括电流检测单元、光强检测单元和信号处理单元；

所述电流检测单元用于检测所述第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值，并将所述电流值转换为光信号，发送至所述光强检测单元；

所述光强检测单元用于检测接收到的光信号的强度，并依据光信号的强度处理所述光信号，得到与其相对应的数字量，发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将接收到的数字量转换为所述输出模块输出的信号量格式，发送至所述输出模块。

所述输出模块具体为显示装置，所述显示装置为段码显示器、点阵显示器、字符显示器、图像显示器或指针盘。

所述输出模块包括存储单元、控制单元和输出接口；

所述存储单元用于存储所述电流检测模块检测到的电流值；

所述控制单元用于从所述存储单元中读取出对应的电流值，并发送至所述输出接口；

所述输出接口用于输出所述电流值。

所述输出接口为UART接口、RS-232接口、RS-485接口、ATA接口或USB接口。

所述输出接口与所述第一USB接口共用一个USB接口。

本发明还提供了一种USB总线电流检测装置，所述装置包括用于分别与至少两个USB设备连接的至少两个第一USB接口、与上游USB接口连接的第二USB接口、选择切换模块、电流检测模块和输出模块；

所述选择切换模块与至少两个第一USB接口和第二USB接口相连，用于选择连通至少两个第一USB接口中的一个USB接口与第二USB接口之间的通路；

所述电流检测模块串联在所述第二USB接口和所述选择切换模块之间的Vbus信号线或GND信号线上，用于检测所述第二USB接口和所述选择切换模块选通的所述第一USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值；

所述电流检测模块的输出端口与所述输出模块连接，用于输出所述电流检测模块检测到的所述电流值；

所述第二USB接口的D+信号线和D-信号线通过所述选择切换模块与所述第一USB接口的D+信号线和D-信号线连接，实现对应USB设备与上游USB接口之间的通信；

所述USB总线电流检测装置通过所述第二USB接口由上游USB接口为其提供电力。

所述选择切换模块为选择开关。

所述选择切换模块由控制芯片和选择开关组成。

所述电流检测模块包括电流检测单元和信号处理单元；

所述电流检测单元用于检测所述选择切换模块选通的第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值，并将所述电流值转换为电压值，发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将接收到的电压值转换为所述输出模块输出的信号量格式，发送至所述输出模块。

所述电流检测模块还包括A/D转换单元，所述A/D转换单元用于对所述电流检测单元得到的电压值进行模/数转换，得到对应的电压值数字量，并将所述电压值数字量发送至所述信号处理单元。

所述A/D转换单元为A/D转换芯片，或与所述信号处理单元集成在一颗A/D转换芯片中。

所述电流检测单元为电阻。

所述电流检测单元为电磁感应器件。

所述电磁感应器件为霍尔传感器，具体为穿孔型霍尔传感器。

所述电流检测模块包括电流检测单元、压频转换单元、计数单元和信号处理单元；

所述电流检测单元用于检测所述选择切换模块选通的第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值，并将所述电流值转换为电压值，发送至所述压频转换单元；

所述压频转换单元用于将接收到的电压值转换为频率信号，发送至所述计数单元；

所述计数单元用于对接收到的频率信号进行计数得到计数值，发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将接收到的计数值转换为所述输出模块输出的信号量格式，发送至所述输出模块。

所述电流检测模块包括电流检测单元、光强检测单元和信号处理单元；

所述电流检测单元用于检测所述选择切换模块选通的第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值，并将所述电流值转换为光信号，发送至所述光强检测单元；

所述光强检测单元用于检测接收到的光信号的强度，并依据光信号的强度处理所述光信号，得到与其相对应的数字量，发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将接收到的数字量转换为所述输出模块输出的信号量格式，发送至所述输出模块。

所述输出模块具体为显示装置，所述显示装置为段码显示器、点阵显示器、字符显示器、图像显示器或指针盘。

所述输出模块包括存储单元、控制单元和输出接口；

所述存储单元用于存储所述电流检测模块检测到的所述选择切换模块选择连通的第一USB接口和第二USB接口之间的电流值；

所述控制单元用于从所述存储单元中读取出对应的电流值，并发送至所述输出接口；

所述输出接口用于输出所述电流值。

所述输出接口为UART接口、RS-232接口、RS-485接口、ATA接口或USB接口。

所述输出接口与所述第一USB接口共用一个USB接口。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明提供的USB总线电流检测装置克服了目前生产、测试或调试中，由于需要测量其它参数来计算得到USB设备的工作电流，使得测量USB设备工作电流不够直观的问题，而且还克服了使用外搭电路进行检测或使用电流表进行检测时需要破坏USB设备，露出电路板才能实现的不便，由于本发明提供的USB总线电流检测装置可以通过USB接口直接取电工作，因此不用像其它检测设备那样需要使用额外电源，更重要的是避免了在检测USB设备工作电流时影响USB设备的工作状态的问题。另外，本发明还提供了一种USB总线电流检测装置，该装置提供了多个可连接USB设备的USB接口，通过选择切换，大大地提高了检测USB设备工作电流的效率，非常适合在生产测试等场合应用。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的USB总线电流检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的USB总线电流检测装置的一种结构示意图；

图3是本发明实施例1提供的USB总线电流检测装置的另一种结构示意图；

图4是本发明实施例1提供的一种优选USB总线电流检测装置的电路原理图；

图5是本发明实施例2提供的USB总线电流检测装置的结构示意图；

图6是本发明实施例2提供的USB总线电流检测装置的一种结构示意图；

图7是本发明实施例2提供的USB总线电流检测装置的另一种结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

参见图1，本发明提供了一种USB总线电流检测装置100，该装置包括：第一USB接口101，第二USB接口102、电流检测模块103和输出模块104；

第一USB接口101用于与USB设备1连接，第二USB接口102用于与上游USB接口2连接；

电流检测模块103串联在第一USB接口101与第二USB接口102的Vbus信号线之间，用于检测第一USB接口101和第二USB接口102之间的Vbus信号线上的电流值；

输出模块104，与电流检测模块103的输出端口连接，用于输出电流检测模块103检测到的第一USB接口101和第二USB接口102之间的Vbus信号线上的电流值；

第一USB接口101的GND信号线、D+信号线及D-信号线分别与第二USB接口102的GND信号线、D+信号线及D-信号线连接，实现USB设备1与上游USB接口2之间的通信；

USB总线电流检测装置100通过第二USB接口102由上游USB接口2为其提供电力，即通过第二USB接口102的Vbus信号线由上游USB端口2为电流检测模块103和输出模块104供电。

上游USB接口2一般指主机中的USB接口，主机的形式包括但不限于台式电脑、笔记本电脑、服务器、专用机、读卡器、通讯设备、数码相机、集线器或PDA等。由于上游USB接口2一般为母头的形式，所以一般与上游USB接口2连接的第二USB接口102一般为公头的形式，相应地，USB设备1一般为公头形式，故与USB设备1连接的第一USB接口101一般为母头的形式。实际应用中，USB接口的连接方式还有很多种，本领域的技术人员可以对本实施例提供的USB总线电流检测装置100做适当的变型及改进，例如使用A型USB接口与B型USB接口或其它接口形式来实现。

在具体生产实践中，电流检测模块103有很多种实现方式，本领域技术人员可以对下面给出的几个具体实例进行改进、简单变型或同等替换来实现电流检测模块103。下面具体给出4个实现电流检测模块103的实例：

1、电流检测模块103可以由电流检测单元和信号处理单元组成，其中电流检测单元用于检测第一USB接口101和第二USB接口102之间的Vbus信号线上的电流值，并将该电流值转换为与电流值成正比的电压值，发送至信号处理单元；信号处理单元用于将接收到的电压值转换为输出模块104能够输出的信号量格式，发送至输出模块104；电流检测模块103还可以进一步包括A/D转换单元，用于对电流检测单元得到的电压值进行模/数转换，得到对应的电压值数字量。其中电流检测单元可以由电阻实现，或为获得更好的效果还可以将电阻与放大器芯片例如MAX471芯片一起实现等；A/D转换单元可以由A/D转换芯片实现，例如TLC1549芯片等，或与信号处理单元一起由A/D转换芯片实现；信号处理单元还可以由控制芯片实现，例如AT89S52等。

2、电流检测模块103可以由电流检测单元、压频转换单元、计数单元和信号处理单元组成，其中电流检测单元用于检测第一USB接口101和第二USB接口102之间的Vbus信号线上的电流值，并将该电流值转换为与电流值成正比的电压值，发送至压频转换单元；压频转换单元用于将接收到的电压值转换为频率信号，发送至计数单元；计数单元用于对接收到的频率信号进行计数得到计数值，发送至信号处理单元；信号处理单元用于将接收到的计数值转换为输出模块104能够输出的信号量格式，发送至输出模块104；其中电流检测单元可以由电阻实现，或为获得更好的效果还可以将电阻与放大器芯片例如MAX471芯片一起实现等；压频转换单元可以由专用的电压/频率转换芯片实现；信号处理单元可以由控制芯片实现，例如AT89S52芯片；计数单元可以由专门的计数芯片实现，也可以与信号处理单元一起由控制芯片实现，例如AT89S52芯片。

3、电流检测模块103可以由电流检测单元、光强检测单元和信号处理单元组成，其中电流检测单元用于检测第一USB接口101和第二USB接口102之间的Vbus信号线上的电流值，并将该电流值转换为与电流值成正比的光信号，发送至光强检测单元；光强检测单元用于检测接收到的光信号的强度，并依据光信号的强度处理该光信号，得到与其相对应的数字量，发送至信号处理单元；信号处理单元用于将接收到的数字量转换为输出模块104能够输出的信号量格式，发送至输出模块104；其中电流检测单元可以由光发射器件实现，例如通过但不限于光发射二极管、红外发射管或可见光发射管等来实现，光强检测单元可以由光接收器件实现，光接收器件可以通过但不限于光敏二极管、光敏三极管、红外接收管、光传感器或硅光电池等来实现，信号处理单元可以由控制芯片实现，例如AT89S52芯片。

4、电流检测模块103还可以由电流检测单元和信号处理单元组成，其中电流检测单元用于利用电磁感应器件检测第一USB接口101和第二USB接口102之间的Vbus信号线上的电流值，并将该电流值转换为与电流值成正比的电压值，发送至信号处理单元；信号处理单元用于将接收到的电压值转换为输出模块104能够输出的信号量格式，发送至输出模块104；其中电流检测单元还可以由放置在第一USB接口101和第二USB接口102之间的Vbus信号线上不同位置的多个电磁感应器件组成，用于将多个电磁感应器件检测到的信号的强度差转换为与其相对应的数字量；电磁感应器件可以是霍尔传感器，优选的可以采用穿孔型霍尔传感器实现，信号处理单元可以由控制芯片实现。

本发明实施例中的第一USB接口101和/或第二USB接口102可以是单独的USB接口芯片，也可以是集成在电流检测模块103中使用的控制芯片中的USB接口。

本发明提供的USB总线电流检测装置100中的输出模块104有多种实现方式，例如可以采用显示输出，即输出模块104可以是显示装置，例如段码显示器、点阵显示器、字符显示器、图像显示器或指针盘等，此时的USB总线电流检测装置100的结构示意图如图2所示；输出模块104还可以由存储单元1041、控制单元1042和输出接口1043组成，存储单元1041用于存储电流检测模块103检测到的电流值，例如存储单元1041可以按照预先设置的存储时间间隔来存储电流值，例如可以预先设置每间隔1分钟存储一次电流值，那么存储单元1041每间隔1分钟存储一个电流值，再例如，存储单元1041还可以仅存储当前电流值；控制单元1042从存储单元1041中将对应的电流值读取出来，并发送至输出接口1043，例如可以是当控制芯片接收到上游USB设备或其它主机、外设等询问电流值的命令后，假如是需要读取第5分钟的电流值，则控制单元1042将存储单元1041中存储的第5分钟的电流值读取出来，发送至输出接口1043；输出接口1043输出该电流值。其中，控制单元1042可以由控制芯片实现，存储单元1041可以由存储芯片来实现，也可以将存储单元1041和控制单元1042集成在一颗控制芯片中实现，输出接口1043可以是单独的UART接口、RS-232接口、RS-485接口、ATA接口或USB接口等，也可以是集成在控制单元1042中的UART、RS-232、RS-485、ATA或USB接口，还可以是与第二USB接口102共用一个USB接口，其中控制单元1042可以是和上述电流检测模块103中使用的控制芯片共用一颗控制芯片实现，此时的USB总线电流检测装置100的结构示意图如图3所示。

图4示出了本发明提供的USB总线电流检测装置100的一种优选电路图，其中电阻R12串联在USB总线的VCC信号线上即Vbus信号线上，放大器芯片MAX471A的两个输入端分别连接在电阻R12的两端，芯片MAX471A的输出端与芯片TLC1549的AnalogIN相连，电阻R12和放大器芯片MAX471A用于将USB总线Vbus信号线上的电流值转换成相应的电压值，并由MAX471A的输出端口输出，由AnalogIN端口输入芯片TLC1549中，芯片TLC1549用于将由AnalogIN端口输入的模拟量转换成相应的数字量后，由端口DATA OUT输出至单片机89C52的P11/T端口，在单片机89C52的控制下，由89C52的P00-P07端口将上述数字量输出至液晶芯片JMG59063的D0-D7端口，由液晶芯片JMG59063将上述数字量显示输出。

由于本实施例提供的USB总线电流检测装置100用于检测USB总线上的电流值，所以根据USB接口的特性，本实施例所提供的USB总线电流检测装置100适用的电压值为5V，电流为直流，最大为500mA。

本实施例提供的USB总线电流检测装置100中电流检测模块103串联在第一USB接口101和第二USB接口102的Vbus信号线之间来实现，在实际应用中，还可以将电流检测模块103串联在第一USB接口101和第二USB接口102的GND信号线之间来实现，此时电流检测模块103用于检测第一USB接口101和第二USB接口102之间的GND信号线上的电流值，此时，第一USB接口101的Vbus信号线、D+信号线及D-信号线分别与第二USB接口102的Vbus信号线、D+信号线及D-信号线连接，以实现USB设备1与上游USB接口2之间的通信。

实施例2

参见图5，本发明提供了一种USB总线电流检测装置200，该装置包括：两个第一USB接口201、第二USB接口202、电流检测模块203、选择切换模块204和输出模块205；

本发明实施例提供的装置200包括至少两个第一USB接口，本实施例以包括两个第一USB接口为例来加以说明，其它情况同理；

两个第一USB接口201分别用于连接两个USB设备1，第二USB接口202用于与上游USB接口2连接；

选择切换模块204与两个第一USB接口201和第二USB接口202分别相连，用于选择连通两个第一USB接口201中的一个USB接口与第二USB接口202之间的通路；

电流检测模块203串联在第二USB接口202与选择切换模块204之间的GND信号线上，用于检测选择切换模块204选择连通的第一USB接口与第二USB接口202之间的GND信号线上的电流值；

输出模块205，与电流检测模块203的输出端口连接，用于输出电流检测模块203检测到的电流值；

两个第一USB接口201的Vbus信号线、D+信号线及D-信号线通过选择切换模块204分别与第二USB接口202的Vbus信号线、D+信号线及D-信号线连接，实现USB设备1与上游USB接口2之间的通信；

USB总线电流检测装置200通过第二USB接口202由上游USB接口2为其提供电力，即通过第二USB接口202的Vbus信号线为电流检测模块203、选择切换模块204及输出模块205供电。

上游USB接口2一般指主机中的USB接口，主机的形式包括但不限于台式电脑、笔记本电脑、服务器、专用机、读卡器、通讯设备、数码相机、集线器或PDA等。由于上游USB接口2一般为母头的形式，所以一般与上游USB接口2连接的第二USB接口一般为公头的形式，相应地，USB设备1一般为公头形式，故与USB设备1连接的第一USB接口一般为母头的形式。实际应用中，USB接口的连接方式还有很多种，本领域的技术人员可以对本实施例提供的USB总线电流检测装置200做适当的变型及改进，例如使用A型USB接口与B型USB接口或其它接口形式来实现。

在具体生产实践中，电流检测模块203有很多种实现方式，本领域技术人员可以对下面给出的几个具体实例进行改进、简单变型或同等替换来实现电流检测模块203，下面具体给出4个实现电流检测模块203的实例：

1、电流检测模块203可以由电流检测单元和信号处理单元组成，其中电流检测单元用于检测选择切换模块204选择连通的第一USB接口201与第二USB接口202之间的GND信号线上的电流值，并将该电流值转换为与电流值成正比的电压值，发送至信号处理单元；信号处理单元用于将接收到的电压值转换为输出模块205能够输出的信号量格式，发送至输出模块205；电流检测模块203还可以进一步包括MD转换单元，用于对电流检测单元得到的电压值进行模/数转换，得到对应的电压值数字量。其中电流检测单元可以由电阻实现，或为获得更好的效果还可以将电阻与放大器芯片例如MAX471芯片一起实现等，MD转换单元可以由A/D转换芯片实现，例如TLC1549芯片，或与信号处理单元一起由MD转换芯片实现；信号处理单元可以由控制芯片实现，例如AT89S52等。

2、电流检测模块203可以由电流检测单元、压频转换单元、计数单元和信号处理单元组成，其中电流检测单元用于检测选择切换模块204选择连通的第一USB接口201和第二USB接口202之间的GND信号线上的电流值，并将该电流值转换为与电流值成正比的电压值，发送至压频转换单元；压频转换单元用于将接收到的电压值转换为频率信号，发送至计数单元；计数单元用于对接收到的频率信号进行计数得到计数值，发送至信号处理单元；信号处理单元用于将接收到的计数值转换为输出模块205能够输出的信号量格式，发送至输出模块205；其中电流检测单元可以由电阻实现，或为获得更好的效果还可以将电阻与放大器芯片例如MAX471芯片一起实现等；压频转换单元可以由专用的电压/频率转换芯片实现；信号处理单元可以由控制芯片实现，例如AT89S52芯片；计数单元可以由专门的计数芯片实现，也可以与信号处理单元一起由控制芯片实现，例如AT89S52芯片。

3、电流检测模块203可以由电流检测单元、光强检测单元和信号处理单元组成，其中电流检测单元用于检测选择切换模块204选择连通的第一USB接口201和第二USB接口202之间的GND信号线上的电流值，并将该电流值转换为与电流值成正比的光信号，发送至光强检测单元；光强检测单元用于检测接收到的光信号的强度，并依据光信号的强度处理该光信号，得到与其相对应的数字量，发送至信号处理单元；信号处理单元用于将接收到的数字量转换为输出模块205能够输出的信号量格式，发送至输出模块205；其中电流检测单元可以由光发射器件实现，例如通过但不限于光发射二极管、红外发射管或可见光发射管等来实现，光强检测单元可以由光接收器件实现，光接收器件可以通过但不限于光敏二极管、光敏三极管、红外接收管、光传感器或硅光电池等来实现，信号处理单元可以由控制芯片实现，例如AT89S52芯片。

4、电流检测模块203还可以由电流检测单元和信号处理单元组成，其中电流检测单元用于利用电磁感应器件检测选择切换模块204选择连通的第一USB接口201和第二USB接口202之间的GND信号线上的电流值，并将该电流值转换为与电流值成正比的电压值，发送至信号处理单元；信号处理单元用于将接收到的电压值转换为输出模块205能够输出的信号量格式，发送至输出模块205；其中电流检测单元还可以由放置在第一USB接口的GND信号线上不同位置的多个电磁感应器件组成，用于将多个电磁感应器件检测到的信号的强度差转换为与其相对应的数字量；电磁感应器件可以是霍尔传感器，优选的可以采用穿孔型霍尔传感器实现，信号处理单元可以由控制芯片实现。

本实施例中的第一USB接口201和/或第二USB接口202可以是单独的USB接口芯片，也可以是集成在电流检测模块203中所使用的控制芯片中的USB接口。

本实施例提供的USB总线电流检测装置200中的输出模块205有多种实现方式，例如可以采用显示输出，即输出模块205是显示装置，例如段码显示器、点阵显示器、字符显示器、图像显示器或指针盘等，此时的USB总线电流检测装置200的结构示意图如图6所示；输出模块205还可以由存储单元2051、控制单元2052和输出接口2053组成，存储单元2051用于存储电流检测模块203检测到的电流值，例如存储单元2051可以按照预先设置的存储时间间隔来存储电流值，例如可以预先设置每间隔1分钟存储一次电流值，那么存储单元2051每隔1分钟存储一个电流值，再例如，存储单元2051还可以仅存储当前电流值；控制单元2052从存储单元2051中将对应的电流值读取出来，并发送至输出接口2053，例如可以是当控制芯片接收到上游USB设备或其它主机、外设等询问电流值的命令后，假如是需要读取第5分钟的电流值，则控制单元2052将存储单元2051中存储的第5分钟的电流值读取出来，发送至输出接口2053；输出接口2053输出该电流值。其中，控制单元2052可以由控制芯片实现，存储单元2051可以由存储芯片来实现，也可以将存储单元2051和控制单元2052集成在一颗控制芯片中实现，输出接口2053可以是单独的UART接口、RS-232接口、RS-485接口、ATA接口或USB接口等，也可以是集成在控制单元2052中的UART、RS-232、RS-485、ATA或USB接口，还可以是与第二USB接口202共用一个USB接口，其中控制单元2052可以是和上述电流检测模块203中使用的控制芯片共用一颗控制芯片实现，此时的USB总线电流检测装置200的结构示意图如图7所示。

本实施例中的选择切换模块204可以由选择开关实现，也可以由控制芯片和选择开关共同组成实现，用于选择连通两个第一USB接口中的一个和第二USB接口之间的通路。作为优选的，本实施例中的选择切换模块204当选择连通某一通路时，其它通路中的D+信号线、D-信号线、GND信号线和Vbus信号线被同时切断，以免影响连通的USB设备1与上游USB接口2之间的通信。

由于本实施例提供的USB总线电流检测装置200用于检测USB总线上的电流值，所以根据USB接口的特性，本实施例所提供的USB总线电流检测装置200适用的电压值为5V，电流为直流，最大为500mA。

本实施例提供的USB总线电流检测装置200中电流检测模块203串联在第二USB接口202和选择切换模块204之间的GND信号线之间来实现，在实际应用中，还可以将电流检测模块203串联在第二USB接口202和选择切换模块204之间的Vbus信号线之间来实现，此时电流检测模块203检测选择切换模块204选择连通的第一USB接口201和第二USB接口202之间的Vbus信号线上的电流值，此时第一USB接口的GND信号线、D+信号线及D-信号线分别与第二USB接口202的GND信号线、D+信号线及D-信号线连接，实现USB设备1与上游USB接口2之间的通信。

本发明实施例提供了一种简单方便的检测和输出USB设备的电流损耗值的USB总线电流检测装置，该装置克服了目前生产、测试或调试中，由于需要测量其它参数来计算得到USB设备的工作电流，使得测量USB设备工作电流不够直观的问题，而且还克服了使用外搭电路进行检测或使用电流表进行检测时需要破坏USB设备，露出电路板才能实现的不便，由于本发明提供的USB总线电流检测装置可以通过USB接口直接取电工作，因此不用像其它检测设备那样需要使用额外电源，更重要的是避免了在检测USB设备工作电流时影响USB设备的工作状态的问题。另外，本发明还提供了一种USB总线电流检测装置，该装置提供了多个可连接USB设备的USB接口，通过选择切换，大大地提高了检测USB设备工作电流的效率，非常适合在生产测试等场合应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (32)

1.一种USB总线电流检测装置，其特征在于，所述装置包括用于与USB设备连接的第一USB接口、与上游USB接口连接的第二USB接口、电流检测模块和输出模块；

所述电流检测模块串联在所述第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上，用于检测所述第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值；

所述电流检测模块的输出端口与所述输出模块连接，用于输出所述电流检测模块检测到的所述电流值；

所述第一USB接口的D+信号线和D-信号线分别与所述第二USB接口的D+信号线和D-信号线连接，实现USB设备与上游USB接口之间的通信；

所述USB总线电流检测装置通过所述第二USB接口由上游USB接口为其提供电力。

2.如权利要求1所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电流检测模块包括电流检测单元和信号处理单元；

所述电流检测单元用于检测所述第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值，并将所述电流值转换为电压值，发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将接收到的电压值转换为所述输出模块输出的信号量格式，发送至所述输出模块。

3.如权利要求2所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电流检测模块还包括A/D转换单元，所述A/D转换单元用于对所述电流检测单元得到的电压值进行模/数转换，得到对应的电压值数字量，并将所述电压值数字量发送至所述信号处理单元。

4.如权利要求3所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述A/D转换单元为A/D转换芯片，或与所述信号处理单元集成在一颗A/D转换芯片中。

5.如权利要求2所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电流检测单元为电阻。

6.如权利要求2所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电流检测单元为电磁感应器件。

7.如权利要求6所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电磁感应器件为霍尔传感器。

8.如权利要求7所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述霍尔传感器为穿孔型霍尔传感器。

9.如权利要求1所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电流检测模块包括电流检测单元、压频转换单元、计数单元和信号处理单元；

所述电流检测单元用于检测所述第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值，并将所述电流值转换为电压值，发送至所述压频转换单元；

所述压频转换单元用于将接收到的电压值转换为频率信号，发送至所述计数单元；

所述计数单元用于对接收到的频率信号进行计数得到计数值，发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将接收到的计数值转换为所述输出模块输出的信号量格式，发送至所述输出模块。

10.如权利要求1所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电流检测模块包括电流检测单元、光强检测单元和信号处理单元；

所述电流检测单元用于检测所述第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值，并将所述电流值转换为光信号，发送至所述光强检测单元；

所述光强检测单元用于检测接收到的光信号的强度，并依据光信号的强度处理所述光信号，得到与其相对应的数字量，发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将接收到的数字量转换为所述输出模块输出的信号量格式，发送至所述输出模块。

11.如权利要求1所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述输出模块为显示装置。

12.如权利要求11所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述显示装置为段码显示器、点阵显示器、字符显示器、图像显示器或指针盘。

13.如权利要求1所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述输出模块包括存储单元、控制单元和输出接口；

所述存储单元用于存储所述电流检测模块检测到的电流值；

所述控制单元用于从所述存储单元中读取出对应的电流值，并发送至所述输出接口；

所述输出接口用于输出所述电流值。

14.如权利要求13所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述输出接口为UART接口、RS-232接口、RS-485接口、ATA接口或USB接口。

15.如权利要求13所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述输出接口与所述第一USB接口共用一个USB接口。

16.一种USB总线电流检测装置，其特征在于，所述装置包括用于分别与至少两个USB设备连接的至少两个第一USB接口、与上游USB接口连接的第二USB接口、选择切换模块、电流检测模块和输出模块；

所述选择切换模块与至少两个第一USB接口和第二USB接口相连，用于选择连通至少两个第一USB接口中的一个USB接口与第二USB接口之间的通路；

所述电流检测模块串联在所述第二USB接口和所述选择切换模块之间的Vbus信号线或GND信号线上，用于检测所述第二USB接口和所述选择切换模块选通的所述第一USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值；

所述电流检测模块的输出端口与所述输出模块连接，用于输出所述电流检测模块检测到的所述电流值；

所述第二USB接口的D+信号线和D-信号线通过所述选择切换模块与所述第一USB接口的D+信号线和D-信号线连接，实现对应USB设备与上游USB接口之间的通信；

所述USB总线电流检测装置通过所述第二USB接口由上游USB接口为其提供电力。

17.如权利要求16所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述选择切换模块为选择开关。

18.如权利要求16所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述选择切换模块由控制芯片和选择开关组成。

19.如权利要求16所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电流检测模块包括电流检测单元和信号处理单元；

所述电流检测单元用于检测所述选择切换模块选通的第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值，并将所述电流值转换为电压值，发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将接收到的电压值转换为所述输出模块输出的信号量格式，发送至所述输出模块。

20.如权利要求19所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电流检测模块还包括A/D转换单元，所述A/D转换单元用于对所述电流检测单元得到的电压值进行模/数转换，得到对应的电压值数字量，并将所述电压值数字量发送至所述信号处理单元。

21.如权利要求20所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述A/D转换单元为A/D转换芯片，或与所述信号处理单元集成在一颗A/D转换芯片中。

22.如权利要求19所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电流检测单元为电阻。

23.如权利要求19所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电流检测单元为电磁感应器件。

24.如权利要求23所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电磁感应器件为霍尔传感器。

25.如权利要求24所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述霍尔传感器为穿孔型霍尔传感器。

26.如权利要求16所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电流检测模块包括电流检测单元、压频转换单元、计数单元和信号处理单元；

所述电流检测单元用于检测所述选择切换模块选通的第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值，并将所述电流值转换为电压值，发送至所述压频转换单元；

所述压频转换单元用于将接收到的电压值转换为频率信号，发送至所述计数单元；

所述计数单元用于对接收到的频率信号进行计数得到计数值，发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将接收到的计数值转换为所述输出模块输出的信号量格式，发送至所述输出模块。

27.如权利要求16所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述电流检测模块包括电流检测单元、光强检测单元和信号处理单元；

所述电流检测单元用于检测所述选择切换模块选通的第一USB接口和所述第二USB接口之间的Vbus信号线或GND信号线上的电流值，并将所述电流值转换为光信号，发送至所述光强检测单元；

所述光强检测单元用于检测接收到的光信号的强度，并依据光信号的强度处理所述光信号，得到与其相对应的数字量，发送至所述信号处理单元；

所述信号处理单元用于将接收到的数字量转换为所述输出模块输出的信号量格式，发送至所述输出模块。

28.如权利要求16所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述输出模块为显示装置。

29.如权利要求28所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述显示装置为段码显示器、点阵显示器、字符显示器、图像显示器或指针盘。

30.如权利要求16所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述输出模块包括存储单元、控制单元和输出接口；

所述存储单元用于存储所述电流检测模块检测到的所述选择切换模块选择连通的第一USB接口和第二USB接口之间的电流值；

所述控制单元用于从所述存储单元中读取出对应的电流值，并发送至所述输出接口；

所述输出接口用于输出所述电流值。

31.如权利要求30所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述输出接口为UART接口、RS-232接口、RS-485接口、ATA接口或USB接口。

32.如权利要求30所述的USB总线电流检测装置，其特征在于，所述输出接口与所述第一USB接口共用一个USB接口。

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