CN102820682B - 一种通过usb接口通信并为外部设备充电的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通过USB接口通信并为外部设备充电的装置及方法,以解决现有技术中存在的不能既采用USB接口通信,同时又能满足快速充电的问题,该装置的电流检测电路分别与管理模块、电流源和USB接口连接,根据电流源有电流输出,输出第一检测信号,管理模块输出第二控制信号,之后根据第一检测信号延迟输出第一控制信号,与管理模块连接的切换开关,根据第二控制信号将USB接口的两条USB数据线短接,根据第一控制信号将短接的USB接口的两条USB数据线断接,由于通过管理模块控制在被充电设备插入后,将短接的两条USB数据线延时断接,使得被充电设备先选择适配器模式大电流进行快速充电,进而通过USB数据线实现通信。
Description
技术领域
本发明涉及USB技术领域,特别的涉及一种通过USB接口通信并为外部设备充电的装置及方法。
背景技术
USB作为一个标准协议接口,以其支持大批量数据传输和支持热插拔等特性,成为多种外设所采用的制式接口。目前,无线通信领域的迅猛发展,各种各样的通信设备,如个人手持电话、商务通、平板电脑类产品等,也越来越被用户所广泛使用。而USB接口以其标准性和易实现性,亦成为这些设备的首选接口。
同时对于大多数移动类通信设备来说,采用电池供电,因此就需要对电池进行充电,在一些移动类通信设备中,目前通常采用USB口充电,其数据和供电的一体化形式,为设备对外接口的简洁和实用性提供了解决方案。一般来说,作为被充电设备的移动类通信设备,其USB口连接适配器,仅作为充电口的话,USB接口内的数据线D+/D-线在适配器内部是短接的,而作为通信和充电接口来说,被充电设备的USB接口内的数据线D+/D-是开路的。被充电设备的充电芯片通过USB接口内的数据线D+/D-的连接状态来判断外接状态,从而设定充电电流。如果为移动类通信设备充电的是适配器的话,则提供适配器模式电流进行充电,如1A以上的大电流;如果是数据线的话,根据USB2.0协议,则最大只能用500mA进行充电。对于在需要进行通信的场合下,500mA的充电电流越来越不能满足目前设备要求快速充电的要求了。
可见现有技术中存在不能既采用USB接口通信,同时又能满足快速充电的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不能既采用USB接口通信,同时又能满足快速充电的问题,提供一种通过USB接口通信并为外部设备充电的装置及方法,该装置包括,为USB接口提供适配器模式电流的电流源,其电流输出口直接与电流检测电路的电流输入口连接;
电流检测电路,其电流输出口与USB接口的电源正极USB_VBUS线连接,根据电流源有电流输出,输出第一检测信号;
管理模块,其检测信号输入口与电流检测电路检测信号输出口连接,输出第二控制信号,之后根据第一检测信号延迟输出第一控制信号;
切换开关,切换开关的控制信号输入口与管理模块的控制信号输出口连接,根据第二控制信号将USB接口的两条USB数据线短接,根据第一控制信号将短接的USB接口的两条USB数据线断接;
USB接口,其两条数据线与切换开关连接。
进一步,管理模块为具有USB接口的CPU。
进一步,具有USB接口的CPU的两条USB数据线与切换开关连接,切换开关根据第二控制信号将CPU的两条USB数据线与USB接口的两条USB数据线的连接断开,根据第一控制信号将CPU的两条USB数据线分别与USB接口的两条USB数据线对应连接。
进一步,管理模块为包括D触发器的延时电路。
进一步,D触发器的延时电路包括:。
进一步,管理模块,根据第一检测信号立刻输出第二控制信号,之后延迟输出第一控制信号。
进一步,电流检测电路,根据电流源没有电流输出,输出第二检测信号;
管理模块,根据第二检测信号输出第二控制信号。
进一步,电流检测电路包括:
电阻,作为电流检测电路的电流输入口和电流输出口的电阻两端,与分别电流源电流输出口和USB接口的USB_VBUS线连接;
比较器,其两个输入管脚分别和电阻的两端连接,输出管脚作为电流检测电路的检测信号输出口,与管理模块的检测信号输入口连接。
进一步,电流检测电路的电流输出口,与USB接口之间的电源正极USB_VBUS线上串有接口保护电路。
本发明实施例还提供一种通过USB接口通信并为外部设备充电的方法,包括:
根据检测到的USB接口和为USB接口提供适配器模式电流的电流源之间有电流流过,设定定时中断;
定时器到时,输出第一控制信号,将之前根据第二控制信号短接的USB接口的两条USB数据线断接;
进一步,根据电流源没有电流输出,输出第二检测信号,根据第二检测信号输出第二控制信号。
进一步,根据第一检测信号立刻输出第二控制信号,之后延迟输出第一控制信号。
由于通过管理模块控制在被充电设备插入后,将短接的两条USB数据线延时断接,使得被充电设备先选择适配器模式大电流进行快速充电,进而通过USB数据线实现通信。
附图说明
图1表示本发明提供的装置结构图;
图2表示本发明提供的具有USB接口的CPU的装置结构图;
图3表示本发明提供的装置的D触发器的延时电路结构图;
图4表示本发明提供的装置的电流检测电路结构图;
图5表示本发明提供的方法流程图。
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,以解决现有技术中存在的不能既采用USB接口通信,同时又能满足快速充电的问题。本发明第一实施例是一种通过USB接口通信并为外部设备(作为被充电设备的移动类通信设备)充电的装置,下面结合附图1,对该装置进行原理性的说明,该装置包括:电流源11、电流检测电路12、管理模块13、切换开关14和USB接口15,电流源11可以采用装置内已有的DC/DC模块,为USB接口提供1.5A或2A等适配器模式电流,根据现有的USB标准优选采用5V输出的电源,电流源的11电流输出口直接与电流检测电路12的电流输入口连接。电流检测电路12的电流输出口与该装置USB接口15的电源正极USB_VBUS线连接,根据电流源12有电流输出,其检测信号输出口输出第一检测信号,通过检测USB接口15的USB_VBUS线上是否有电流输出来判断,是否有外部设备通过USB接口15插入,当有外部设备插入时,输出第一检测信号,该第一检测信号可以使是高电平或低电平表示,或采用一定周期的电平信号表示本实施例不对此进行限定。管理模块13的检测信号输入口与电流检测电路12检测信号输出口连接,输出第二控制信号,之后根据第一检测信号延迟输出第一控制信号,第一控制信号可以使是高电平或低电平表示,类似的第二检测信号和第二控制信号,分别采用不同于第一检测信号和第一控制信号的信号形式表示此处不再赘述。切换开关14的控制信号输入口与管理模块13的控制信号输出口连接,根据第二控制信号将USB接口15的两条USB数据线D+/D-短接,根据第一控制信号将短接的USB接口15的两条USB数据线D+/D-断接。USB接口15的两条数据线D+/D-与切换开关连接。
在具体实施的时候,管理模块13可以采用具有USB接口的CPU,这样可以通过软件实现控制,在输出第二控制信号之后,根据第一检测信号延迟输出第一控制信号。若采用具有USB接口的CPU作为管理模块,优选的方案如图2所示,具有USB接口的CPU的两条USB数据线D+/D-与切换开关14连接,切换开关14可采用双刀双掷开关结构,根据第二控制信号将CPU的两条USB数据线D+/D-与USB接口的两条USB数据线D+/D-的连接断开(结合前述,将USB接口的两条USB数据线D+/D-短接),根据第一控制信号将CPU的两条USB数据线D+/D-分别与USB接口的两条USB数据线D+/D-对应连接(结合前述,将USB接口的两条USB数据线D+/D-断接)。当然也不局限于上述的电路结构,还可以是CPU的两条USB数据线D+/D-与USB接口的两条USB数据线D+/D-不经过开关直接连接,通过一个单刀单掷的开关将两条USB数据线D+/D-短接或断接,但这样就需要在CPU的USB接口增加保护电路加以保护,以防短接时造成损伤。
管理模块13还可以采用如图3所示的包括D触发器的延时电路,结构如下包括:与门131,其一个入口与电流检测电路12的检测信号输出口连接,输入检测信号,其另一个输入口与第一D触发器132的Q非管脚连接。第一D触发器132,其D管脚和与电流检测电路12的检测信号输出口连接,CLR清零管脚和与D管脚短接,时钟输入管脚和和计数器133的中文溢出(carryout)管脚连接。计数器133,其直接复位(reset)管脚和与门131的输出管脚连接,时钟输入管脚外接时钟信号源135。第二D触发器134,其时钟输入管脚和计数器133的carryout管脚连接,其D管脚和其Q非管脚短接,置位管脚外接电流检测电路12的检测信号输出口,Q管脚输出控制信号。通过上述的电路可以实现,假设第一检测信号为高电平延时输出为低电平的第一控制信号,根据第二检测信号为低电平直接输出为高电平的第二控制信号。若第一检测信号为低电平,第二检测信号为高电平,则在检测信号输入的线路上增加一个非门即可,上述的电路只是示例性说明,本发明实施例的方案并不对此进行限定,类似的延时电路实现方式较多,此处不再赘述。
具体实施时,管理模块13可以根据需要,根据输入的第一检测信号立刻输出第二控制信号,之后延迟1秒再输出第一控制信号。即当外部设备插入后,装置检测到该外部设备插入,先将断接的USB接口的两条USB数据线D+/D-短接,再根据管理模块13的延迟控制,将短接的USB接口的两条USB数据线D+/D-断接。外部设备插入后,该外部设备可以检测到USB接口的两条USB数据线D+/D-短接,外部设备的充电芯片通过USB接口内的数据线D+/D-的连接状态为短接,从而设定充电电流为1.5A或2A等适配器模式电流。可以这样只需要一个检测信号就可实现本发明实施例的目的。
具体实施时,还可以是电流检测电路12根据电流源没有电流输出,输出第二检测信号。管理模块13根据第二检测信号输出第二控制信号。即当外部设备拔出后,装置检测到该外部设备拔出,将断接的USB接口内的数据线D+/D-短接,等到外部设备插入后,此时USB接口内的数据线D+/D-已经是短接的,根据管理模块13的延迟控制,将短接的USB接口的两条USB数据线D+/D-断接。采用本结构的电路,切换开关14初始状态是设置在USB数据线短路的状态,并可以通过管理模块11进行切换控制。当外部设备接入到本装置后,在VBUS上会产生电流,并被电流检测模块12检测出来。管理模块13得知有外部设备接入后,通过定时器进行延时,并在延时完成后将切换开关14切换到数据状态,用于与外部设备如移动类通信产品进行通信。在这段延时时间里,外部设备的充电管理芯片通过VBUS得知有电源接入,外部设备就会在USB总线中数据线的D-线上加上一个0.6V的短脉冲,同时检测USB总线中数据线的D+线的电平状态。如果在D+线上亦产生了这个0.6V的短脉冲的话,则认为D+/D-线是短路的,接入的电源来自于大电流充电器,将充电电流设置到相应的大电流状态;如果没有的话,则认为接入的是数据线,将充电电流设置为最大500mA的状态。由于在外部设备进行电流源检测的时候,USB线是切换到适配器状态上的,即USB总线中的数据线D+/D-是短路的,因此外部设备认为接入的电源为大电流充电器,设置充电电流为相应的大电流,并在以后的使用过程中不再改变。这样在后续将切换开关14切换到数据线状态时,不会影响到充电电流的改变,并可以进行正常通信。
电流检测电路12可以采用如图4的线路结构实现,包括:电阻121和比较器122。作为电流检测电路的电流输入口和电流输出口的电阻121的两端,分别与电流源11电流输出口和USB接口15的USB_VBUS线连接,比较器122的两个输入管脚分别和电阻的两端连接,输出管脚作为电流检测电路12的检测信号输出口,与管理模块13的检测信号输入口连接。当电流流过电阻121时,电阻121两端会产生压差,比较器就可以根据压差输出的第一检测信号,电流检测的实现方式较多,本实施例中的方案只是示例性的说明,并不是对电流检测电路的限定。
为了防止外部设备的插拔造成的瞬间大电流对装置的影响,电流检测电路12的电流输出口,与USB接口15之间的电源正极USB_VBUS线上串有接口保护电路。
USB接口15可以是标准USB接口,也可以是包含USB总线的其他扩展接口。
当移动通信设备移除后,电流检测模块将这个状态后通知到管理模块,管理模块又将模拟开关切换到初始状态,即适配器状态,等待下一次移动通信产品的接入动作。
切换开关14在管理模块13的控制下实现USB接口15的USB总线中的数据线D+/D-在适配器状态和数据状态之间进行切换,电源管理11模块给USB接口上连接的外部设备提供大电流,使得被充电设备先选择适配器模式大电流进行快速充电,进而通过USB数据线实现通信。
下面结合图5对本发明提供的通过USB接口通信并为外部设备充电的方法进行详细说明,包括:
步骤201:根据检测到的USB接口和为USB接口提供适配器模式电流的电流源之间有电流流过,设定定时中断。
步骤202:定时器到时,输出第一控制信号,将之前根据第二控制信号短接的USB接口的两条USB数据线断接。
具体实施时关于第二控制信号的获取,可以是在步骤201实施之前,USB接口的CPU在电流源没有电流输出时,输出第二检测信号,根据第二检测信号输出第二控制信号。
或者在步骤202实施时根据第一检测信号立刻输出第二控制信号。之后再延迟输出第一控制信号。
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)
1.一种通过USB接口通信并为外部设备充电的装置,其特征在于,包括:
为USB接口提供适配器模式电流的电流源,其电流输出口直接与电流检测电路的电流输入口连接;
电流检测电路,其电流输出口与USB接口的电源正极USB_VBUS线连接,根据电流源有电流输出,其检测信号输出口输出第一检测信号;
管理模块,其检测信号输入口与电流检测电路检测信号输出口连接,输出第二控制信号,之后根据第一检测信号延迟输出第一控制信号;
切换开关,切换开关的控制信号输入口与管理模块的控制信号输出口连接,根据第二控制信号将USB接口的两条USB数据线短接,根据第一控制信号将短接的USB接口的两条USB数据线断接;
USB接口,其两条数据线与切换开关连接;
所述管理模块为具有USB接口的CPU,所述具有USB接口的CPU的两条USB数据线与切换开关连接,切换开关根据第二控制信号将CPU的两条USB数据线与USB接口的两条USB数据线的连接断开,根据第一控制信号将CPU的两条USB数据线分别与USB接口的两条USB数据线对应连接。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,管理模块为包括D触发器的延时电路。
3.如权利要求2所述的装置,其特征在于,D触发器的延时电路包括:D触发器、计数器和逻辑门器件。
4.如权利要求1所述的装置,其特征在于,管理模块,还用于根据第一检测信号立刻输出第二控制信号,之后延迟输出第一控制信号。
5.如权利要求1所述的装置,其特征在于,电流检测电路,还用于根据电流源没有电流输出,输出第二检测信号;
管理模块,还用于根据第二检测信号输出第二控制信号。
6.如权利要求1所述的装置,其特征在于,电流检测电路包括:
电阻,作为电流检测电路的电流输入口和电流输出口的电阻两端,分别与电流源电流输出口和USB接口的USB_VBUS线连接;
比较器,其两个输入管脚分别和电阻的两端连接,输出管脚作为电流检测电路的检测信号输出口,与管理模块的检测信号输入口连接。
7.如权利要求1所述的装置,其特征在于,电流检测电路的电流输出口,与USB接口之间的电源正极USB_VBUS线上串有接口保护电路。
8.一种通过USB接口通信并为外部设备充电的方法,其特征在于,应用于如权利要求1所述的装置中;
所述方法包括:
根据检测到的USB接口和为USB接口提供适配器模式电流的电流源之间有电流流过,设定定时中断;
定时器到时,输出第一控制信号,将之前根据第二控制信号短接的USB接口的两条USB数据线断接。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,根据电流源没有电流输出,输出第二检测信号,根据第二检测信号输出第二控制信号。
10.如权利要求8所述的方法,其特征在于,根据第一检测信号立刻输出第二控制信号,之后延迟输出第一控制信号。
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |