CN102479133B - 一种usb设备及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信设备领域，公开了一种USB设备及其检测方法，不需要通过ID管脚即可检测USB设备是主设备还是从设备，节省了USB设备的管脚资源。本发明的USB设备包括：第一上拉电阻和第一开关组成的串联支路，一端连接VCC，一端连接D+或D-数据线，第二上拉电阻和第二开关组成的串联支路，一端连接VCC，一端连接D+数据线，第三上拉电阻和第三开关组成的串联支路，一端连接VCC，一端连接D-数据线；第四下拉电阻和第四开关组成的串联支路一端接地，一端连接D+数据线，第五下拉电阻和第五开关组成的串联支路一端接地，一端连接D-数据线。

Description

一种USB设备及其检测方法
技术领域
本发明涉及通信设备领域，尤其是涉及一种USB设备及其检测方法。
背景技术
符合USB2.0规范的USB设备（Universal Serial Bus，通用串行总线）一般是DRD（Dual Role Device，双角色设备）设备，既可以作为主设备，也可以作为从设备。如图1所示，为符合USB2.0规范的USB设备的结构示意图，USB设备的连接管脚包括：VBUS管脚、ID管脚、GND管脚、D+/D-管脚，USB设备的内部结构包括：数据收发电路，其输出通过D+、D—数据线连接到D+/D-管脚，VBUS驱动控制模块，通过VBUS数据线连接到VBUS管脚，D+数据线通过下拉电阻R4以及开关S4接地，D-数据线通过下拉电阻R5、开关S5接地，如果该USB设备是高速或全速设备，则D+数据线通过上拉电阻R1以及开关S1连接到VCC，如果该USB设备是低速设备，则D-数据线通过上拉电阻R1以及开关S1连接到VCC。
现有的USB DRD设备识别本USB设备在某一个确定的时间点是作为主设备还是从设备的判断依据是：USB设备的连接管脚中的ID管脚的电平，如果ID管脚的电平为高电平，则该USB设备为USB从设备，如果ID管脚为低电平，则该USB设备为主设备。但该检测方法的缺陷是：USB设备中必须有ID管脚，占用了USB设备的芯片的一个管脚资源。
发明内容
本发明提供一种USB设备及其检测方法，不需要通过ID管脚即可检测USB设备是主设备还是从设备，节省了USB设备的管脚资源。
一种USB设备，包括：数据收发电路，其输出端分别连接D+、D-数据线，VBUS驱动控制模块，还包括：
第一上拉电阻、第二上拉电阻、第三上拉电阻和第一开关、第二开关、第三开关，所述第一上拉电阻和第一开关组成的串联支路，一端连接VCC，一端连接D+数据线或D-数据线，所述第二上拉电阻和第二开关组成的串联支路，一端连接VCC，一端连接D+数据线，所述第三上拉电阻和第三开关组成的串联支路，一端连接VCC，一端连接D-数据线；
第四下拉电阻、第五下拉电阻和第四开关、第五开关，所述第四下拉电阻和第四开关组成的串联支路一端接地，一端连接D+数据线，所述第五下拉电阻和第五开关组成的串联支路一端接地，一端连接D-数据线。
一种USB设备的检测方法，包括：
控制USB设备的D+数据线或者D-数据线上的第一上拉电阻断开，D+数据线上的第四下拉电阻断开，D-数据线上的第五下拉电阻断开，并使能D+数据线上的第二上拉电阻及D-数据线上的第三上拉电阻，其中，当D+数据线上的第一上拉电阻和第四下拉电阻同时导通时，或者D-数据线上的第一上拉电阻和第五下拉电阻同时导通时，第一上拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内，当D+数据线上的第二上拉电阻和第四下拉电阻同时导通时，或者D-数据线上的第三上拉电阻和第五下拉电阻同时导通时，第四下拉电阻或者第五下拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内；
控制VBUS驱动控制模块的输出电压VBUS为0；
检测USB设备的D+及D-数据线的电平状态，当确定D+=0以及D-=0时，确定USB设备为从设备。
一种USB设备的检测方法，包括：
控制USB设备的D+数据线或者D-数据线上的第一上拉电阻断开，并使能USB设备的D+数据线上的第二上拉电阻以及第四下拉电阻，D-数据线上的第三上拉电阻以及第五下拉电阻，其中，当D+数据线上的第一上拉电阻和第四下拉电阻同时导通时，或者D-数据线上的第一上拉电阻和第五下拉电阻同时导通时，第一上拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内，当D+数据线上的第二上拉电阻和第四下拉电阻同时导通时，或者D-数据线上的第三上拉电阻和第五下拉电阻同时导通时，第四下拉电阻或者第五下拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内；
控制USB驱动控制模块输出的电压有效；
检测USB设备的D+数据线及D-数据线的电平状态，当确定D+=0、D-=1或者D+=1、D-=0时，确定该USB设备为主设备。
本发明实施例提供的USB设备，通过在D+数据线上增加上拉电阻R2以及开关S2，在D-数据线上增加上拉电阻R3以及开关S3，并通过控制上拉电阻R1、R2、R3以及下拉电阻R4、R5的状态，以及控制VBUS驱动控制模块的输出电压有效与否，从而不需要通过ID管脚即可检测USB设备是主设备还是从设备，节省了USB设备的管脚资源。
附图说明
图1为现有技术的USB设备的结构示意图；
图2a为本发明实施例提供的第一种USB设备的结构图；
图2b为本发明实施例提供的第二种USB设备的结构图；
图3为本发明实施例提供的第一种检测USB设备的方法流程图；
图4为本发明实施例提供的第二种检测USB设备的方法流程图；
图5为为本USB设备与主设备的连接示意图；
图6为本USB设备与USB高速或全速从设备的连接示意图；
图7为本USB设备与USB低速从设备的连接示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供的USB设备，在现有的USB设备的基础上，在D+数据线上增加上拉电阻R2、开关S2，以及在D-数据线上增加上拉电阻R3、开关S3。
本发明实施例提供的第一种USB设备，如图2a所示，该USB设备是高速或全速USB设备，其中，USB设备的管脚包括：VBUS管脚，D+/D-管脚，GND管脚，USB设备包括：
数据收发电路，其输出通过D+、D-数据线连接到USB设备的D+/D-管脚；
VBUS驱动控制模块，输出通过VBUS数据线连接到USB设备的VBUS管脚；
上拉电阻R1、可控开关S1组成的串联支路一端连接到电源VCC（如3.3V），一端连接到D+数据线；
上拉电阻R2、可控开关S2组成的串联支路一端连接到电源VCC，一端连接到D+数据线，上拉电阻R3、可控开关S3组成的串联支路一端连接到电源VCC，一端连接到数据线D-数据线；
下拉电阻R4、可控开关S4组成的串联支路一端接地，一端连接到D+数据线，下拉电阻R5、可控开关S5组成的串联支路一端接地，一端连接到D-数据线。
其中上拉电阻R1阻值最小，下拉电阻R4、R5的阻值在同一数量级，且远大于上拉电阻R1的阻值，以保证上拉电阻R1和下拉电阻R4或R5同时导通时，上拉电阻R1上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内，也就是当上拉电阻R1和R4同时导通，或R1和R5同时导通时，R1上分担的电压几乎为0，其中，上拉电阻可以选择几K欧姆，下拉电阻R4、R5阻值至少要是上拉电阻R1的10倍，可以选择几十K欧姆，一般选择R1为1.5K左右，R4、R5为15K左右；
上拉电阻R2、R3的阻值在同一数量级，且R2、R3的阻值远大于R4、R5的阻值，以保证D+数据信上的上拉电阻R2和下拉电阻R4同时导通时，或者D-数据线上的上拉电阻R3和下拉电阻R5同时导通时，下拉电阻R4或者R5上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内，其中，上拉电阻R2、R3阻值至少要是R4或R5阻值的10倍，可以选择几百K欧姆，一般选择300K左右。
如图2b所示，为本发明实施例提供的第二种USB设备的结构图，该USB设备是低速USB设备，和图2a的USB设备的不同仅在于上拉电阻R1、可控开关S1组成的串联支路一端连接到电源VCC，一端连接到D-数据线。
如图3所示，为本发明实施例提供的第一种检测USB设备的方法流程图，具体包括：
S301、控制USB设备上电；
S302、控制USB设备的D+数据线或者D-数据线上的上拉电阻R1断开，D+数据线上的下拉电阻R4断开，D-数据线上的下拉电阻R5断开，并使能D+数据线上的上拉电阻R2及D-数据线上的上拉电阻R3；
使能上拉电阻或下拉电阻，是指将该上拉电阻或者下拉电阻接入到电路中，即对图2中的上拉电阻或下拉电阻，将其对应的开关关闭；
断开上拉电阻或下拉电阻，是指将该上拉电阻或下拉电阻对应的开关断开；
其中，当上拉电阻R1和下拉电阻R4同时导通时，或者上拉电阻R1和下拉电阻R5同时导通时，上拉电阻R1上分担的电压值在逻辑上的低电平的范围内，当D+数据线上的上拉电阻R2和下拉电阻R4同时导通时，或者D-数据线上的上拉电阻R3和下拉电阻R5同时导通时，下拉电阻R4或者下拉电阻R5上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内；
较佳地，下拉电阻R4、R5的阻值至少为上拉电阻R1的10倍，上拉电阻R2、R3的阻值至少为下拉电阻R4、R5的10倍；
S303、控制VBUS驱动模块的输出电压VBUS=0；
其中，可以先执行步骤S302，再执行步骤S303；或者先执行步骤S303，再执行步骤S302，都可以实现本发明的方案。
S304、检测数据线D+/D-的电平状态，判断D+/D-的电平状态是否满足D+=0，D-=0，如果是，执行步骤S305，如果否，执行步骤S306；
S305、确定该USB设备是从设备，并开始USB从设备工作流程；
此处的判断依据是：如果该USB设备连接的是主设备（例如PC机），由于主设备的D+、D-数据线上是有下拉到GND的R4、R5下拉电阻，假设R1=1.5K，R2、R3=300K，R4、R5=15K，所以D+、D-的电压≈0V，即3.3V*15K/（300K+15K）≈0V；
如图5所示，为本USB设备和主设备的连接示意图，本USB设备的D+、D-数据线分别连接主设备的D+、D-数据线，主设备的D+、D-数据线上分别有下拉到GND的下拉电阻R6、R7（R6、R7的取值即R4、R5的值），所以D+、D-的电压≈0V，即3.3V*15K/（300K+15K）≈0V。
所以，当D+=0，D-=0，说明与该USB设备连接的是主设备，即该USB设备是从设备；
S306、使能USB设备的D+数据线上的下拉电阻R4，及D-数据线上的下拉电阻R5；
S307、控制VBUS驱动模块驱动的输出电压VBUS有效，即4.75V＜VBUS＜5.25V；
其中，可以先执行步骤S306，再执行步骤S307；或者先执行步骤S307，再执行步骤S306，都可以实现本发明的方案。
S308、检测数据线D+/D-的电平状态，判断D+/D-的电平状态是否满足D+=1、D-=0或者D+=0、D-=1，如果是，执行步骤S309，如果否，则返回步骤S302继续检测；
如果否，则说明目前没有USB设备和本USB设备连接，需要返回步骤S302继续检测。
S309、确定该USB设备是主设备，并开始USB主设备工作流程。
此处的判断依据是：根据USB规范的约定，USB从设备在检测到VBUS有效的一定时间内需要使能D+或者D-数据线上的上拉电阻R1；
如图6所示，为本USB设备与USB高速或全速从设备的连接示意图，本USB设备和从设备的D+、D-、GND以及VBUS分别相接，因为本USB设备的输出电压VBUS有效，因此从设备的上拉电阻R9是连接到D+数据线上，从设备使能R9（R9的值即上拉电阻R1的值），则D+的电压≈3V，即3.3V*15K/（1.5K+15K）≈3V，也就是逻辑上的高电平1，而D-还处于≈0V状态，即D+=1、D-=0；
如图7所示，为本USB设备与USB低速从设备的连接示意图，本USB设备和从设备的D+、D-、GND以及VBUS分别相接，从设备的上拉电阻R8是连接到D-数据线上，从设备使能R8（R8的值即上拉电阻R1的值），则D-的电压≈3V，即3.3V*15K/（1.5K+15K）≈3V，也就是逻辑上的高电平1，而D+还处于≈0V状态，即D+=0、D-=1；
所以，当D+=1，D-=0或者D+=0、D-=1，说明与该USB设备连接的是从设备，即该USB设备是主设备。
较佳地，在步骤S304、S308中，检测数据线D+/D-的电平状态之前，可设置延时时间，延时设定时间后，待D+、D-数据线上的电平状态稳定后，再检测D+/D-的电平状态。
上述方法是先检测USB设备是否是从设备，如果不是再判断该USB设备是否是主设备，当然也可以先判断该USB设备是否是主设备，再判断该USB设备是否是从设备。
如图4所示，为本发明实施例提供的第二种USB设备的检测方法流程图，具体包括：
S401、USB设备上电；
S402、控制USB设备的D+数据线或D-数据线上的上拉电阻R1断开，并使能USB设备的D+数据线上的上拉电阻R2、下拉电阻R4，以及D-数据线上的上拉电阻R3、下拉电阻R5；
其中，当上拉电阻R1和下拉电阻R4同时导通时，或者上拉电阻R1和下拉电阻R5同时导通时，上拉电阻R1上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内，当D+数据线上的上拉电阻R2和下拉电阻R4同时导通时，或者D-数据线上的上拉电阻R3和下拉电阻R5同时导通时，下拉电阻R4或者下拉电阻R5上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内；
较佳地，下拉电阻R4、R5的阻值至少为上拉电阻R1的10倍，上拉电阻R2、R3的阻值至少为下拉电阻R4、R5的10倍；
S403、控制USB驱动控制模块的输出电压有效；
其中，可以先执行步骤S402，再执行步骤S403；或者先执行步骤S403，再执行步骤S402，都可以实现本发明的方案。
S404、检测USB设备的D+数据线及D-数据线的电平状态，判断D+/D-的电平状态是否满足D+=1、D-=0或者D+=0、D-=1，如果是，执行步骤S405，如果否，执行步骤S406；
S405、确定该USB设备是主设备，并开始USB主设备工作流程；
S406、断开USB设备的D+数据线上的下拉电阻R4以及D-数据线上的下拉电阻R5；
S407、控制VBUS驱动控制模块的输出电压VBUS为0；
其中，可以先执行步骤S406，再执行步骤S407；或者先执行步骤S407，再执行步骤S406，都可以实现本发明的方案。
S408、检测USB设备的D+/D-数据线的电平状态，判断D+/D-的电平状态是否满足D+=0、D-=0，如果是，执行步骤S409，如果否，返回执行步骤S402，继续检测；
如果否，则说明目前没有USB设备和本USB设备连接，需要返回步骤S402继续检测。
S409、确定该USB设备是从设备，并开始USB从设备工作流程。
较佳地，在步骤S404、S408中，检测数据线D+/D-的电平状态之前，可设置延时时间，延时设定时间后，待D+、D-数据线上的电平状态稳定后，再检测D+/D-的电平状态。
采用本发明实施例的USB设备以及检测方法，不需要检测ID管脚的电平状态，只是利用VBUS、D+、D-数据线即可自动识别该USB设备是作为主设备或者从设备存在。这样，即可在不影响USB设备性能的前提下，USB DRD设备的芯片可以节省一个管脚的资源。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种USB设备，包括：数据收发电路，其输出端分别连接D+、D-数据线，VBUS驱动控制模块，其特征在于，还包括：
第一上拉电阻、第二上拉电阻、第三上拉电阻和第一开关、第二开关、第三开关，所述第一上拉电阻和第一开关组成的串联支路，一端连接VCC，一端连接D+数据线或D-数据线，所述第二上拉电阻和第二开关组成的串联支路，一端连接VCC，一端连接D+数据线，所述第三上拉电阻和第三开关组成的串联支路，一端连接VCC，一端连接D-数据线；
第四下拉电阻、第五下拉电阻和第四开关、第五开关，所述第四下拉电阻和第四开关组成的串联支路一端接地，一端连接D+数据线，所述第五下拉电阻和第五开关组成的串联支路一端接地，一端连接D-数据线；
其中，当D+数据线上的第一上拉电阻和第四下拉电阻同时导通时，或者D-数据线上的第一上拉电阻和第五下拉电阻同时导通时，第一上拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内，当D+数据线上的第二上拉电阻和第四下拉电阻同时导通时，第四下拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内，或者D-数据线上的第三上拉电阻和第五下拉电阻同时导通时，第五下拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第四下拉电阻、第五下拉电阻的阻值至少为第一上拉电阻的10倍，所述第二上拉电阻的阻值至少为第四下拉电阻的10倍，第三上拉电阻的阻值至少为第五下拉电阻的10倍。
3.一种对权利要求1所述的USB设备的检测方法，其特征在于，包括：
控制USB设备的D+数据线或者D-数据线上的第一上拉电阻断开，D+数据线上的第四下拉电阻断开，D-数据线上的第五下拉电阻断开，并使能D+数据线上的第二上拉电阻及D-数据线上的第三上拉电阻，其中，当D+数据线上的第一上拉电阻和第四下拉电阻同时导通时，或者D-数据线上的第一上拉电阻和第五下拉电阻同时导通时，第一上拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内，当D+数据线上的第二上拉电阻和第四下拉电阻同时导通时，第四下拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内，或者D-数据线上的第三上拉电阻和第五下拉电阻同时导通时，第五下拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内；
控制VBUS驱动控制模块的输出电压VBUS为0；
检测USB设备的D+及D-数据线的电平状态，当确定D+=0以及D-=0时，确定USB设备为从设备。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当D+、D-的电平状态不满足D+=0，D-=0时，所述方法还包括：
使能USB设备的D+数据线上的第四下拉电阻以及D-数据线上的第五下拉电阻；
控制VBUS驱动控制模块的输出电压有效；
检测USB设备的D+及D-数据线的电平状态，当确定D+=0、D-=1或者D+=1、D-=0时，确定该USB设备为主设备。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述检测USB设备的D+及D-数据线的电平状态之前，还包括：
延时设定时间，待USB设备的D+、D-的电平状态稳定。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第四下拉电阻、第五下拉电阻的阻值至少为第一上拉电阻的10倍，所述第二上拉电阻的阻值至少为第四下拉电阻的10倍，第三上拉电阻的阻值至少为第五下拉电阻的10倍。
7.一种对权利要求1所述的USB设备的检测方法，其特征在于，包括：
控制USB设备的D+数据线或者D-数据线上的第一上拉电阻断开，并使能USB设备的D+数据线上的第二上拉电阻以及第四下拉电阻，D-数据线上的第三上拉电阻以及第五下拉电阻，其中，当D+数据线上的第一上拉电阻和第四下拉电阻同时导通时，或者D-数据线上的第一上拉电阻和第五下拉电阻同时导通时，第一上拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内，当D+数据线上的第二上拉电阻和第四下拉电阻同时导通时，第四下拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内，或者D-数据线上的第三上拉电阻和第五下拉电阻同时导通时，第五下拉电阻上分担的电压值在逻辑上的低电平范围内；
控制USB驱动控制模块输出的电压有效；
检测USB设备的D+数据线及D-数据线的电平状态，当确定D+=0、D-=1或者D+=1、D-=0时，确定该USB设备为主设备。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当D+、D-的电平状态不满足D+=0、D-=1或者D+=1、D-=0时，所述方法还包括：
断开USB设备的D+数据线上的第四下拉电阻以及D-数据线上的第五下拉电阻；
控制VBUS驱动控制模块的输出电压VBUS为0；
检测USB设备的D+及D-数据线的电平状态，当确定D+=0以及D-=0时，确定USB设备为从设备。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述检测USB设备的D+及D-数据线的电平状态之前，还包括：
延时设定时间，待USB设备的D+、D-的电平状态稳定。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第四下拉电阻、第五下拉电阻的阻值至少为第一上拉电阻的10倍，所述第二上拉电阻的阻值至少为第四下拉电阻的10倍，第三上拉电阻的阻值至少为第五下拉电阻的10倍。
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