CN102202117B - 一种具有usb接口的电子设备及其usb通信启动方法 - Google Patents

一种具有usb接口的电子设备及其usb通信启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有USB接口的电子设备及其USB通信启动方法，以解决现有技术中存在的充电器与USB通信共用一个接口容易造成手机终端设备损坏的问题，该设备控制电路的控制管脚与电源管理芯片的VCHG管脚连接，控制电路的输出管脚与USB接口芯片的USB_VBUS管脚连接，控制电路的电源管脚与一固定电压输入端连接，固定电压输入端输入高电平，控制电路用于当检测到控制管脚电压大于设定阈值时，输出管脚输出固定电压，当检测到控制管脚电压小于设定阈值时，输出管脚输出低电平，由于利用手持终端产品的充电电压VCHG仅作为与向USB_VBUS管脚输出的电压相互隔离的控制信号，从而避免了设备的损坏。

Description

一种具有USB接口的电子设备及其USB通信启动方法
技术领域
本发明涉及USB技术领域，特别的涉及一种具有USB接口的电子设备及其USB通信启动方法。
背景技术
现有技术中具有USB接口的电子设备如带有USB接口的手持终端，USB通讯电缆和充电线缆共用一根，即这根线缆既能够作为充电作用，又能够作为USB通信用途。这样使得手机的充电接口的正极VCHG与USB_VBUS的直接或间接短接在一起。
手持终端设备USB接口电路中有两个管脚，一个管脚为电源管理芯片上的充电电压VCHG，其作用检测充电器插、拔状态，当VCHG端的电压值大于某个阀限值(如3.3V)时，判断为充电器插入，当VCHG端的电压值小于等于某个阀限值(如3.3V)时，判断为充电器拔出；另外一个管脚为USB接口芯片上的USB总线的电源正极USB_VBUS，当USB_VBUS端的电压值大于USB规范中Session值(如2.0V)时，判断为USB通信线缆插入启动USB状态机，当USB_VBUS端的电压值小于等于USB规范中Session值(如2.0V)时，判断为USB通信线缆拔出。
带有USB接口的手持终端的充电状态机的启动条件是，检测充电接口的正极是否大于某个阀限值(如3.3V)，当外加电压大于该值，则判断为充电器插入，开始启动充电管理，否则充电器拔掉，停止充电，同时VCHG的工作电压范围较高，通常为十几伏到二十伏(如18V)；USB_VBUS端的工作电压范围较低，通常为5.25V。
总而言之，手持终端的USB状态机的启动条件是，USB_VBUS(USB总线的电源正极)端的电压是否大于USB规范中Session值(如2.0V)，当外加电压大于该值，则开始启动USB枚举过程，否则停止USB状态机。USB_VBUS最大工作电压通常为相对较低的5.25V。基于此，就带来一个问题USB状态机和充电状态机启动条件不一样，需要采用一个电路对不同信号加以区分实现USB通信启动，业界目前的充电器与USB通信共用一个接口的USB启动方案常用的做法是，如图1将VCHG通过稳压二极管D1降压后连接在USB_VBUS处。这种方法电路比较简单，但有以下缺点：稳压二极管响应速度较慢，对于充电器插入瞬间的过冲无法起到保护作用。
可见现有技术中存在充电器与USB通信共用一个接口容易造成手机终端设备的损坏的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的充电器与USB通信共用一个接口容易造成手机终端设备损坏的问题，提供一种具有USB接口的电子设备及其USB通信启动方法，该具有USB接口的电子设备，包括电源管理芯片、USB接口芯片和控制电路，控制电路分别与电源管理芯片和USB接口芯片连接，控制电路采用输入到电源管理芯片的充电电压VCHG作为控制信号，向USB接口芯片的USB总线的电源正极USB_VBUS管脚输出与控制信号对应的电压值，其中，控制信号与向USB_VBUS管脚输出的电压相互隔离。
进一步，控制电路的控制管脚与电源管理芯片的充电电压VCHG管脚连接，控制电路的输出管脚与USB接口芯片的USB总线的电源正极USB_VBUS管脚连接，控制电路的电源管脚与一固定电压的输入端连接，固定电压输入端输入高电平，所述高电平大于USB状态机启动电压，小于USB_VBUS最大工作电压，控制电路用于当检测到控制管脚电压大于设定阈值时，输出管脚输出固定电压，当检测到控制管脚电压小于设定阈值时，输出管脚输出低电平，所述低电平大于0V小于USB状态机启动电压。
进一步，控制电路包括：
第一三极管，第一三极管的基极与电源管理芯片的充电电压VCHG管脚连接，第一三极管的集极与第二三极管的基极连接，第一三极管的发射极接地；
第二三极管，第二三极管的发射极与固定电压输出端连接，第二三极管的集极与USB接口芯片的USB_VBUS管脚连接，并通过第三电阻接地。
进一步，第一三极管的基极通过第一电阻与电源管理芯片的充电电压VCHG管脚连接。
进一步，第一三极管的集极通过第二电阻与第二三极管的基极连接。
进一步，第一三极管为NPN型三极管，第二三极管为PNP型三极管
进一步，制电路包括：
第一三极管，第一三极管的基极与电源管理芯片的充电电压VCHG管脚连接，第一三极管的集极与第一金属氧化物半导体型场效应管的栅极连接，第一三极管的发射极接地；
第一金属氧化物半导体型场效应管，第一金属氧化物半导体型场效应管的漏极与固定电压输出端连接，第一金属氧化物半导体型场效应管的源极与USB接口芯片的USB_VBUS管脚连接，并通过第三电阻接地，第一金属氧化物半导体型场效应管的漏极通过第五电阻与第一金属氧化物半导体型场效应管的栅极连接。
进一步，第一三极管的基极通过第一电阻与电源管理芯片的充电电压VCHG管脚连接。
进一步，第一三极管的集极通过第四电阻与第一金属氧化物半导体型场效应管的栅极连接。
进一步，第一三极管为NPN型三极管。
本发明实施例还提供如前述的具有USB接口的电子设备的USB通信启动方法，包括：
控制电路检测VCHG信号；
控制电路根据VCHG信号向USB_VBUS管脚输出与控制信号对应的电压值，其中，控制信号与向USB_VBUS管脚输出的电压相互隔离。
进一步，
控制电路检测VCHG信号具体为：
控制电路检测控制管脚电压；
控制电路根据VCHG信号向USB_VBUS管脚输出与控制信号对应的电压值具体为：
当控制电路检测到控制管脚电压大于设定阈值时，输出管脚输出固定电压，USB接口芯片根据USB_VBUS管脚输入的固定电压启动USB通信；
当控制电路检测到控制管脚电压小于设定阈值时，输出管脚输出低电平，所述低地电平大于0V小于USB状态机启动电压，USB接口芯片根据USB_VBUS管脚输入的低电平停止USB通信。
由于利用手持终端产品的充电电压VCHG仅作为控制信号(与向USB_VBUS管脚输出的电压相互隔离)，使得控制电路选择输出为固定电压的的高电平或低电平，进而作为启动或停止USB通信的触发信号，避免了设备的损坏，同时实现通过VCHG管脚的电压阀限值，触发充电状态机的同时也触发USB状态机。
附图说明
图1表示现有技术具有USB接口的电子设备的结构图；
图2表示本发明提供的具有USB接口的电子设备结构图；
图3表示本发明提供的包括双三极管结构的电子设备结构图；
图4表示本发明提供的包括三极管、金属氧化物半导体型场效应管结构的电子设备结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明优选实施例进行说明，本发明第一实施例是一种具有USB接口的电子设备100，下面结合附图2，对该设备100进行原理性的说明，该设备100包括：包括电源管理芯片102、USB接口芯片103和控制电路104，控制电路104分别与电源管理芯片102和USB接口芯片103连接，控制电路104采用输入到电源管理芯片102的充电电压VCHG作为控制信号，向USB接口芯片103的USB总线的电源正极USB_VBUS管脚输出与控制信号对应的电压值，其中，控制信号与向USB_VBUS管脚输出的电压相互隔离。具体而言电源管理芯片102、USB接口芯片103和控制电路104，电源管理芯片102、USB接口芯片103和控制电路104共地。电源管理芯片102的充电电压VCHG管脚和地管脚分别与外部的充电器101的正极和负极连接，控制电路104的控制管脚与电源管理芯片102的VCHG管脚连接，控制电路104的输出管脚与USB接口芯片102的USB总线的电源正极USB_VBUS管脚连接，控制电路104的电源管脚与一固定电压的输入端105连接，固定电压输入端105输入高电平如2.85V，该高电平大于USB状态机启动电压如2.0V，小于USB_VBUS最大工作电压如5.25V)控制电路104用于当检测到控制管脚电压大于设定阈值如3.3V时，输出管脚输出固定电压，当检测到控制管脚电压小于设定阈值3.3V时，输出管脚输出低电平0V，该低电平应满足大于等于0V小于USB状态机启动电压。
基于上述的电路，的VCHG启动USB的方法原理如下：
1、控制电路检测控制管脚电压。
2、当控制电路检测到VCHG处的电压大于某个阀限值时，控制电路由输出管脚输出固定的高电平(其电压范围为2.0V——5.0V，如2.85V)，连接到USB_VBUS管脚处。USB接口芯片根据USB_VBUS检测到该处电压值大于USB规范中Session值(如2.0V)，启动USB状态机。
3、当控制电路检测到VCHG处的电压小于等于某个阀限值时，控制电路由输出管脚输出固定的(其电压范围为0V——2.0V，如0V)，连接到USB_VBUS管脚处。USB接口芯片根据USB_VBUS检测到该处电压值小于USB规范中Session值(如2.0V)，停止USB状态机。
下面结合图3，对包括NPN三极管与PNP三极管的控制电路进行详细说明，该控制电路包括：
第一三极管Q1，第一三极管Q1的基极通过第一电阻R1与电源管理芯片的充电电压VCHG管脚连接，第一三极管Q1的集极通过第二电阻R2与第二三极管Q2的基极连接，第一三极管Q1的发射极接地。
第二三极管Q2，第二三极管Q2的发射极与固定电压输出端连接，第二三极管Q2的集极与USB接口芯片的USB_VBUS管脚连接，并通过第三电阻R3接地。
控制电路各部分作用：由第一电阻R1与NPN第一三极管Q1组成充电输入电压检测部分，其中，第一电阻R1的作用为调整检测电压阀限和最大输入电压值，即调整第一三极管Q1导通的电压阀限值与充电阀限值基本一致，同时满足过压保护的要求，例如过压保护的最大电压为10V，那么当VCHG为0V——10V时，控制电路和终端其它电路不被损坏；由第二电阻R2和PNP第二三极管Q2组成控制输出部分，其中，第二电阻R2的作用为限流，第二三极管Q2为控制输出；固定电压输入端105为高电平固定电压源VDD，其范围为2.0V——5.0V；通过第三电阻R3作为下拉电阻确保在第二三极管Q2截止状态下，第二三极管Q2输出为0V。
相应地，本发明实施例提供的VCHG启动USB通信的方法，控制电路检测VCHG信号，并根据VCHG信号向USB_VBUS管脚输出与控制信号对应的电压值，具体而言，包括以下步骤：
步骤1：检测充电电压VCHG是否大于阀限值(如3.3V)，若是执行步骤2，否则继续执行步骤3。
步骤2：第一三极管Q1导通，紧随着第二三极管Q2也导通，固定的高电平值VDD(如2.85V)加到USB_VBUS处，该电压值大于Session值，则启动USB通信。返回执行步骤1。
步骤3：第一三极管Q1截止，其控制第二三极管Q2也处于截止状态，这样通过第三电阻R3对地下来产生的0V电压加到USB_VBUS处，该电压值小于Session值，则停止USB通信。返回执行步骤1。
下面结合图4，对包括NPN三极管与MOS管即MOSFET管(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体型场效应管)的控制电路进行详细说明，该控制电路包括：
第一三极管Q1，第一三极管Q1的基极通过第一电阻R1与电源管理芯片的充电电压VCHG管脚连接，第一三极管Q1的集极通过第四电阻R4与第一MOS管Q1的栅极连接，第一三极管Q1的发射极接地。
第一MOS管Q3，第一MOS管Q3的漏极与固定电压输出端连接，第一MOS管Q3的源极与USB接口芯片的USB_VBUS管脚连接，并通过第三电阻R3接地，第一MOS管Q3的漏极通过第五电阻R5与第一MOS管Q3的栅极连接。
电路各部分作用：由第一电阻R1与NPN第一三极管Q1组成充电输入电压检测部分，其中，第一电阻R1的作用为调整检测电压阀限和最大输入电压值，即调整第一三极管Q1导通的电压阀限值与充电阀限值基本一致，同时满足过压保护的要求，例如过压保护的最大电压为10V，那么当VCHG为0V——10V时，控制电路和终端其它电路不被损坏；由第二电阻R2，第四电阻R4和MOS管Q3组成控制输出部分，其中，第二电阻R2的作用为限流，MOS管Q3为控制输出，第五电阻R5为上拉电阻，确保在第一三极管Q1截止状态下，MOS管Q3也处于截止状态；固定电压输入端105为高电平固定电压源VDD，其范围为2.0V——5.0V；通过第三电阻R3作为下拉电阻确保在MOS管Q3截止状态下，MOS管Q3输出为0V。本实施例中采用P型MOS管。
相应地，本发明实施例提供的VCHG启动USB通信的方法，包括以下步骤：
步骤4：检测充电电压VCHG是否大于阀限值(如3.3V)，若是执行步骤5，否则继续执行步骤6。
步骤5：第一三极管Q1导通，紧随着MOS管Q3也导通，固定的高电平值VDD(如2.85V)加到USB_VBUS处，该电压值大于Session值，则启动USB通信。返回执行步骤4。
步骤6：第一三极管Q1截止，其控制MOS管Q3也处于截止状态，这样通过第三电阻R3对地下来产生的0V电压加到USB_VBUS处，该电压值小于Session值，则停止USB通信。返回执行步骤4。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有USB接口的电子设备，其特征在于，包括电源管理芯片、USB接口芯片和控制电路，控制电路分别与电源管理芯片和USB接口芯片连接，控制电路采用输入到电源管理芯片的充电电压VCHG作为控制信号，向USB接口芯片的USB总线的电源正极USB_VBUS管脚输出与控制信号对应的电压值，其中，控制信号与向USB_VBUS管脚输出的电压相互隔离； 
其中，控制电路的控制管脚与电源管理芯片的充电电压VCHG管脚连接，控制电路的输出管脚与USB接口芯片的USB总线的电源正极USB_VBUS管脚连接，控制电路的电源管脚与一固定电压的输入端连接，固定电压输入端输入高电平，所述高电平大于USB状态机启动电压，小于USB_VBUS最大工作电压，控制电路用于当检测到控制管脚电压大于设定阈值时，输出管脚输出固定电压，当检测到控制管脚电压小于设定阈值时，输出管脚输出低电平，所述低电平大于等于0V小于USB状态机启动电压。 
2.如权利要求1所述的具有USB接口的电子设备，其特征在于，控制电路包括： 
第一三极管，第一三极管的基极与电源管理芯片的充电电压VCHG管脚连接，第一三极管的集极与第二三极管的基极连接，第一三极管的发射极接地； 
第二三极管，第二三极管的发射极与固定电压输出端连接，第二三极管的集极与USB接口芯片的USB_VBUS管脚连接，并通过第三电阻接地。 
3.如权利要求1所述的具有USB接口的电子设备，其特征在于，第一三极管的基极通过第一电阻与电源管理芯片的充电电压VCHG管脚连接。 
4.如权利要求1所述的具有USB接口的电子设备，其特征在于，第一三极管的集极通过第二电阻与第二三极管的基极连接。 
5.如权利要求1所述的具有USB接口的电子设备，其特征在于，第一三极管为NPN型三极管，第二三极管为PNP型三极管。
6.如权利要求1所述的具有USB接口的电子设备，其特征在于，控制电路包括： 
第一三极管，第一三极管的基极与电源管理芯片的充电电压VCHG管脚连接，第一三极管的集极与第一场效应晶体管的栅极连接，第一三极管的发射极接地； 
第一金属氧化物半导体型场效应管，第一金属氧化物半导体型场效应管的漏极与固定电压输出端连接，第一金属氧化物半导体型场效应管的源极与USB接口芯片的USB_VBUS管脚连接，并通过第三电阻接地，第一金属氧化物半导体型场效应管的漏极通过第五电阻与第一金属氧化物半导体型场效应管的栅极连接。 
7.如权利要求5所述的具有USB接口的电子设备，其特征在于，第一三极管的基极通过第一电阻与电源管理芯片的充电电压VCHG管脚连接。 
8.如权利要求5所述的具有USB接口的电子设备，其特征在于，第一三极管的集极通过第四电阻与第一金属氧化物半导体型场效应管的栅极连接。 
9.如权利要求5所述的具有USB接口的电子设备，其特征在于，第一三极管为NPN型三极管，金属氧化物半导体型场效应管为P型金属氧化物半导体型场效应管。 
10.一种如权利要求1-9任一权利要求所述的具有USB接口的电子设备的USB通信启动方法，其特征在于，包括： 
控制电路检测VCHG信号； 
控制电路根据VCHG信号向USB_VBUS管脚输出与控制信号对应的电压值，其中，控制信号与向USB_VBUS管脚输出的电压相互隔离； 
其中，控制电路检测VCHG信号具体为： 
控制电路检测控制管脚电压； 
控制电路根据VCHG信号向USB_VBUS管脚输出与控制信号对应的电压值具体为： 
当控制电路检测到控制管脚电压大于设定阈值时，输出管脚输出固定电压，USB接口芯片根据USB_VBUS管脚输入的固定电压启动USB通信； 
当控制电路检测到控制管脚电压小于设定阈值时，输出管脚输出低电平，所述低地电平大于0V小于USB状态机启动电压，USB接口芯片根据 USB_VBUS管脚输入的低电平停止USB通信。 
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