CN102724339A - 一种uart串口与usb接口共用电路及手机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种UART串口与USB接口共用电路及手机，该电路包括USB连接器、第一控制开关、第二控制开关、上拉电阻和信号处理芯片。USB连接器包括VBUS端口、D-端口、D+端口、USB_ID端口以及COM端口。信号处理芯片包括用于串口数据接收的URXD引脚、用于串口数据发送的UTXD引脚、以及用于进行USB数据传输的USB_DM引脚和USB_DP引脚。D-端口通过第一控制开关与URXD引脚或USB_DM引脚连接，D+端口通过第二控制开关与UTXD引脚或USB_DP引脚连接。通过上述方式，本发明能够在符合USB接口规范的前提下实现UART串口与USB接口共用。

Description

一种UART串口与USB接口共用电路及手机

技术领域

本发明涉及电路设计领域，具体是涉及一种UART串口与USB接口共用电路，还涉及一种手机。

背景技术

随着移动通讯技术的不断发展，手机上的应用越来越多，功能越来越复杂，为了支持这些应用而在手机上设置的接口也越来越多。为了达到节省空间和节省成本的目的，以及实现小型化的效果，许多手机都采用接口共用的方案，特别是将USB接口和UART串口设置成同一个接口，即USB接口也可以作为UART串口来使用。但是，现有技术中，在接口不插入USB数据线或UART数据线的默认状态情况下，USB接口是与UART引脚相连接的，而UART引脚是上拉到2.8V电源上的，这样测到USB接口上D+，D-上的电压不为0V，因此不符合电压为0V的USB接口规范。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种UART串口与USB接口共用电路，能够在符合USB接口规范的前提下实现UART串口与USB接口共用。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种UART串口与USB接口共用电路，包括USB连接器、第一控制开关、第二控制开关、上拉电阻和信号处理芯片。USB连接器包括VBUS端口、D-端口、D+端口、USB_ID端口以及COM端口，COM端口接地。第一控制开关包括第一端、第二端、第三端以及第四端。第一端与D-端口连接。在第四端获取低电平时，第一端与第二端连接；在第四端获取高电平时，第一端与第三端连接。第二控制开关包括第五端、第六端、第七端以及第八端。第五端与D+端口连接。在第八端获取低电平时，第五端与第六端连接；在第八端获取高电平时，第五端与第七端连接。上拉电阻的一端分别与USB_ID端口、第四端以及第八端连接；上拉电阻的另一端与恒定电压源连接。恒定电压源输入高电平至上拉电阻的另一端。信号处理芯片包括用于串口数据接收的URXD引脚、用于串口数据发送的UTXD引脚、以及用于进行USB数据传输的USB_DM引脚和USB_DP引脚。URXD引脚与第二端连接，UTXD引脚与第六端连接；USB_DM引脚与第三端连接，USB_DP与第七端连接。

其中，上拉电阻的电阻值大于100KΩ。

其中，恒定电压源为电池的正极电压输出端。

其中，第一控制开关和第二控制开关封装于一模拟开关芯片内。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种包括一UART串口与USB接口共用电路的手机。该电路包括USB连接器、第一控制开关、第二控制开关、上拉电阻和信号处理芯片。USB连接器包括VBUS端口、D-端口、D+端口、USB_ID端口以及COM端口，COM端口接地。第一控制开关包括第一端、第二端、第三端以及第四端。第一端与D-端口连接。在第四端获取低电平时，第一端与第二端连接；在第四端获取高电平时，第一端与第三端连接。第二控制开关包括第五端、第六端、第七端以及第八端。第五端与D+端口连接。在第八端获取低电平时，第五端与第六端连接；在第八端获取高电平时，第五端与第七端连接。上拉电阻的一端分别与USB_ID端口、第四端以及第八端连接；上拉电阻的另一端与恒定电压源连接。恒定电压源输入高电平至上拉电阻的另一端。信号处理芯片包括用于串口数据接收的URXD引脚、用于串口数据发送的UTXD引脚、以及用于进行USB数据传输的USB_DM引脚和USB_DP引脚。URXD引脚与第二端连接，UTXD引脚与第六端连接；USB_DM引脚与第三端连接，USB_DP与第七端连接。

其中，上拉电阻的电阻值大于100KΩ。

其中，恒定电压源为电池的正极电压输出端。

其中，第一控制开关、第二控制开关封装于一模拟开关芯片内。

其中，信号处理芯片为基带信号处理芯片。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的UART串口与USB接口共用电路及手机通过在UART串口与USB接口共用电路中引入上拉电阻，第一控制开关的第四端和第二控制开关的第八端藉由该上拉电阻及USB_ID端口获取高电平或低电平，在USB接口不插入USB数据线或UART数据线时，第一控制开关的第四端和第二控制开关的第八端获取高电平，使得USB连接器上D-端口、D+端口的电压为0V，能够在符合USB接口规范的前提下实现UART串口与USB接口共用。

附图说明

图1是本发明第一实施例的UART串口与USB接口共用电路的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的UART串口与USB接口共用电路的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明第一实施例的UART串口与USB接口共用电路的结构示意图。UART串口与USB接口共用电路包括USB连接器100、模拟开关200、恒定电压源VBAT和上拉电阻R1。

USB连接器100用于插入UART数据线或USB数据线，包括5个端口，分别是VBUS端口、D-端口、D+端口、USB_ID端口以及COM端口。其中，COM端口接地。

特别注意的是，USB连接器100包括但不限于5个端口，而是可以根据需要改变端口的具体数目。同样的，每个端口的具体功能也可以灵活设计。本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

模拟开关200包括若干个端口、使能管脚和引脚。其中，端口有端口COM1、端口COM2、端口NC1、端口NO1、端口NC2和端口NO2；使能管脚包括使能管脚EN1和使能管脚EN2；引脚包括用于串口数据接收的URXD引脚、用于串口数据发送的UTXD引脚、以及用于进行USB数据传输的USB_DM引脚和USB_DP引脚。模拟开关200的端口COM1、端口COM2分别与USB连接器100的D-端口、D+端口电连接。另外四个端口NC1、NO1、NC2和NO2分别对应连接四个引脚URXD、USB_DM、UTXD和USB_DP。当模拟开关200的使能管脚EN1和EN2获取高电平时，端口COM1与端口NO1相连，且端口COM2与端口NO2相连。当模拟开关的使能管脚EN1和EN2获取低电平时，端口COM1与端口NC1相连，且端口COM2与端口NC2相连。

恒定电压源VBAT为电池的正极电压输出端。

上拉电阻R1的一端分别与USB_ID端口、使能管脚EN1和使能管脚EN2连接；上拉电阻R1的另一端与恒定电压源VBAT连接，并接受恒定电压源VBAT输入的高电平。在本实施例中，上拉电阻R1的阻值大于100KΩ。在其它可替代的备选实施例中，上拉电阻R1也可以换成其他有类似作用的电子元件，只要保证使能管脚EN1和EN2通过该元件连接到恒定电压源VBAT时，能获得高电平且不会造成电路损坏或影响电路工作即可。

下面具体说明该电路的三种工作情况：

第一，当USB连接器100没有插入UART数据线或USB数据线时，使能管脚EN1和EN2通过上拉电阻R1与恒定电压源VBAT相连。此时恒定电压源VBAT输入高电平至使能管脚EN1和EN2上，使能管脚EN1和EN2进一步控制端口COM1和端口COM2，使端口COM1与端口NO1相连且端口COM2与端口NO2相连。此时，D-端口通过端口COM1、端口NO1和USB_DM引脚相连，D+端口通过端口COM2、端口NO2和USB_DP引脚相连。因此，D-端口、D+端口之间的电压与USB_DM引脚、USB_DP引脚之间的电压相等。而在USB连接器100没有插入UART数据线或USB数据线时，USB_DM引脚和USB_DP引脚之间的电压为0V，故D-端口、D+端口之间的电压也为0V，从而使得USB连接器符合USB接口规范。

第二，当USB连接器100插入USB数据线时，由于USB数据线上与USB_ID端口对接的数据线端口是悬空的，故USB_ID端口悬空，对整个电路没有影响。因此，整个电路的工作情况与USB连接器100没有插入UART数据线或USB数据线时相似，即使能管脚EN1和EN2为高电平，并控制端口COM1与端口NO1相连且端口COM2与端口NO2相连。D-端口通过端口COM1、端口NO1和USB_DM引脚相连，D+端口通过端口COM2、端口NO2和USB_DP引脚相连。整个电路正常工作，USB数据线可以正常的使用。

第三，当USB连接器100插入UART数据线时，由于UART数据线上与USB_ID端口对接的数据线端口是接地的，因此，USB_ID端口也接地，从而与USB_ID端口相连的使能管脚EN1和EN2为低电平。此时，端口COM1与端口NC1相连，且端口COM2与端口NC2相连。在这种情况下，D-端口、D+端口分别与引脚URXD、引脚UTXD相导通。显然，UART数据线也可以正常的使用。

上述工作情况的具体分析表明：本实施例中的UART串口与USB接口共用电路在USB连接器100未插入UART数据线或USB数据线的默认状态下符合USB接口规范，并且在USB连接器100插入UART数据线或USB数据线时均能正常使用。

值得一提的是，本实施例中的USB连接器100也可以是具有其他功能的接口，只要能同时兼容UART数据线与USB数据线即可。换句话说，本发明是解决接口设计不符合USB接口规范的问题，但并不限于特定的USB连接器或接口设计。

请参阅图2，图2是本发明第二实施例的UART串口与USB接口共用电路的结构示意图。本发明第二实施例的UART串口与USB接口共用电路包括USB连接器300、第一控制开关400、第二控制开关500、恒定电压源VBAT、上拉电阻R1和信号处理芯片600。

USB连接器300包括VBUS端口、D-端口、D+端口、USB_ID端口以及接地的COM端口。

第一控制开关400包括第一端COM1、第二端NC1、第三端NO1和第四端M1。当第四端M1获取低电平时，第一端COM1和第二端NC1连接；当第四端M1获取高电平时，第一端COM1和第三端NO1连接。

第二控制开关500包括第五端COM2、第六端NC2、第七端NO2和第八端M2。当第八端M2获取低电平时，第五端COM2和第六端NC2连接；当第八端M2获取高电平时，第五端COM2和第七端NO2连接。

需要特别说明的是，在本实施例中，第一控制开关400和第二控制开关500为单刀双掷开关。但在该接口共用电路还可以采用其它的电路设计方式，只要能够使相应的端口进行选择性的连接即可。另外，第一控制开关400和第二控制开关500可以封装于一模拟开关芯片内。

恒定电压源VBAT为电池的正极电压输出端。

上拉电阻R1的一端分别与USB_ID端口、第四端M1和第八端M2连接；上拉电阻R1的另一端与恒定电压源VBAT连接，并接受恒定电压源VBAT输入的高电平。特别的，上拉电阻R1的阻值大于100KΩ。当然，在该电路的设计中，电阻也可以换成其他有类似作用的电子元件，只要保证第四端M1和第八端M2通过该元件连接到恒定电压源VBAT时，能获得高电平且不会造成电路损坏或影响电路工作即可。

信号处理芯片600包括用于串口数据接收的URXD引脚、用于串口数据发送的UTXD引脚、以及用于进行USB数据传输的USB_DM引脚和USB_DP引脚。其中，URXD引脚与第二端NC1连接，UTXD引脚与第六端NC2连接，USB_DM引脚与第三端NO1连接，USB_DP引脚与第七端NO2连接。

同样的，下面也对该电路的三种工作情况进行具体描述：

第一，当USB连接器300没有插入UART数据线或USB数据线时，第四端M1和第八端M2均获取恒定电压源VBAT输出的高电平，并分别控制第一端COM1与第五端COM2，使得第一端COM1与第三端NO1相连且第五端COM2与第七端NO2相连。可以看出，D-端口、D+端口分别通过第一控制开关400和第二控制开关500连接到USB_DM引脚和USB_DP引脚。此时，D-端口、D+端口之间的电压与USB_DM引脚、USB_DP引脚之间的电压相等。由于在USB连接器300没有插入UART数据线或USB数据线时，USB_DM引脚和USB_DP引脚之间的电压为0V，因此，D-端口、D+端口之间的电压也为0V，从而使得USB连接器符合USB接口规范。

第二，当USB连接器300插入USB数据线时，由于USB数据线上与USB_ID端口对接的数据线端口是悬空的，故USB_ID端口悬空，对整个电路没有影响。因此，整个电路的工作情况与USB连接器300没有插入UART数据线或USB数据线时相似，即第四端M1和第八端M2均获取恒定电压源VBAT输出的高电平，第一端COM1与第三端NO1相连且第五端COM2与第七端NO2相连，D-端口通过第一控制开关400连接到USB_DM引脚，且D+端口通过第二控制开关500连接到USB_DP引脚，USB数据线可以正常使用。

第三，当USB连接器300插入UART数据线时，由于UART数据线与USB_ID端口对接的数据线端口是接地的，因此，USB_ID端口也接地，从而导致与USB_ID端口相连的第四端M1和第八端M2为低电平。此时，第一端COM1与第二端NC1相连且第五端COM2与第六端NC2相连。D-端口、D+端口分别与引脚URXD、引脚UTXD相导通。显然，UART数据线也可以正常使用。

上述工作情况的具体分析表明：本实施例中的UART串口与USB接口共用电路在USB连接器300未插入UART数据线或USB数据线的默认状态下符合USB接口规范，并且在USB连接器300插入UART数据线或USB数据线时均能正常使用。

值得一提的是，本实施例中的USB连接器300也可以是具有其他功能的接口，只要能同时兼容UART数据线与USB数据线即可。换句话说，本发明是解决接口设计不符合USB接口规范的问题，但并不限于特定的USB连接器或接口设计。

本发明实施例的UART串口与USB接口共用电路可用于手机中。具体地，USB连接器300为手机上用于插入USB数据线或UART数据线的接口，信号处理芯片600一般为基带信号处理芯片，该手机具有与第二实施例中所述的USB连接器300、第一控制开关400、第二控制开关500、恒定电压源VBAT、上拉电阻R1和信号处理芯片600以及具体工作情况相同的技术特征，此处不再赘述。

特别的，本发明的UART串口与USB接口共用电路的运用并不仅限于手机，甚至不仅限制于移动领域，任何有接口共用的需要和特点的产品均可以使用本发明的UART串口与USB接口共用电路来达到符合USB接口规范的目的。

通过上述方式，本发明的UART串口与USB接口共用电路，除了能够兼容UART串口与USB接口之外，还可以使得USB接口在不插入USB数据线或UART数据线时，USB连接器上D-端口、D+端口的电压为0V，从而使得USB接口符合USB接口规范。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种UART串口与USB接口共用电路，其特征在于，包括：

USB连接器，包括VBUS端口、D-端口、D+端口、USB_ID端口以及COM端口，所述COM端口接地；

第一控制开关，包括第一端、第二端、第三端以及第四端，所述第一端与所述D-端口连接，在所述第四端获取低电平时，所述第一端与所述第二端连接，在所述第四端获取高电平时，所述第一端与所述第三端连接；

第二控制开关，包括第五端、第六端、第七端以及第八端，所述第五端与所述D+端口连接，在所述第八端获取低电平时，所述第五端与所述第六端连接，在所述第八端获取高电平时，所述第五端与所述第七端连接；

上拉电阻，所述上拉电阻的一端分别与所述USB_ID端口、所述第四端以及所述第八端连接，所述上拉电阻的另一端与恒定电压源连接，所述恒定电压源输入所述高电平至所述上拉电阻的另一端；

信号处理芯片，包括用于串口数据接收的URXD引脚、用于串口数据发送的UTXD引脚、以及用于进行USB数据传输的USB_DM引脚和USB_DP引脚，所述URXD引脚与所述第二端连接，所述UTXD引脚与所述第六端连接，所述USB_DM引脚与所述第三端连接，所述USB_DP与所述第七端连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述上拉电阻的电阻值大于100KΩ。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述恒定电压源为电池的正极电压输出端。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一控制开关、所述第二控制开关封装于一模拟开关芯片内。

5.一种手机，其特征在于，所述手机包括一UART串口与USB接口共用电路，所述电路包括：

USB连接器，包括VBUS端口、D-端口、D+端口、USB_ID端口以及COM端口，所述COM端口接地；

第一控制开关，包括第一端、第二端、第三端以及第四端，在所述第四端获取低电平时，所述第一端与第二端连接，在所述第四端获取高电平时，所述第一端与所述第三端连接；

第二控制开关，包括第五端、第六端、第七端以及第八端，在所述第八端获取低电平时，所述第五端与第六端连接，在所述第八端获取高电平时，所述第五端与所述第七端连接；

上拉电阻，所述上拉电阻的一端分别与所述USB_ID端口、所述第四端以及所述第八端连接，所述上拉电阻的另一端与恒定电压源连接，所述恒定电压源输入所述高电平至所述上拉电阻的另一端；

信号处理芯片，包括用于串口数据接收的URXD引脚、用于串口数据发送的UTXD引脚、以及用于进行USB数据传输的USB_DM引脚和USB_DP引脚，所述URXD引脚与所述第二端连接，所述UTXD引脚与所述第六端连接，所述USB_DM引脚与所述第三端连接，所述USB_DP与所述第七端连接。

6.根据权利要求5所述的手机，其特征在于，所述上拉电阻的电阻值大于100KΩ。

7.根据权利要求5所述的手机，其特征在于，所述恒定电压源为手机电池的正极电压输出端。

8.根据权利要求5所述的手机，其特征在于，所述第一控制开关、所述第二控制开关封装于一模拟开关芯片内。

9.根据权利要求5所述的手机，其特征在于，所述信号处理芯片为基带信号处理芯片。

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