CN102854964A - 电子设备 - Google Patents

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洪俊龙
林国彬
任东亮
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Abstract

本发明涉及一种电子设备，该电子设备包括至少两个具有不同工作电压的功能单元以及至少一个逻辑匹配单元，该功能单元分别用于处理数据信号，该逻辑匹配单元电连接于该至少两个处理系统之间，该逻辑匹配单元使得该至少两个处理系统所交换的数据信号具有相同的逻辑电位，以保证数据信号可靠的传输与交换，以及提高该电子设备的安全性与可靠性。

Description

电子设备
技术领域
本发明涉及一种电子设备，尤其涉及具有功能单元且功能单元之间需要进行数据交换的电子设备。
背景技术
随着科技的发展，各类电子设备（如音视频播放器、手机、PDA等）逐渐地在人们的工作和生活中得到越来越多的应用，使得如何增加电子设备的功效已经成为重要的课题。
一般为了增加电子设备的功效，通常使该电子设备具有多种功能单元，例如不同的信号或数据处理、传输以及执行模块等，以用于处理、传输或者执行不同的信号或数据，这些功能单元经常需要进行数据交换。然而，在实际应用时，电子设备中的各功能单元在进行数据交换时，经常会出现数据混乱或数据传输错误，以及数据无法进行传输或者部分功能单元被烧毁等异常现象，导致电子设备的可靠性较低。
发明内容
为解决现有技术中电子设备在数据交换过程中出现异常导致电子设备可靠性较低的问题，现提供一种可以消除数据交换异常、可靠性较高的电子设备。
一种电子设备，其包括至少两个功能单元，第一功能单元与第二功能单元，该第一功能单元具有第一工作电压，该第二功能单元具有第二工作电压，该第一工作电压的电压值小于该第二工作电压的电压值。该电子设备还进一步包括至少一个逻辑匹配单元，该逻辑匹配单元电连接于该第一功能单元与第二功能单元之间，该逻辑匹配单元选择性地将第一功能单元与第二功能单元连通或断开，以使该第一功能单元与第二功能单元的交换的数据信号具有相同的逻辑电位。
相较于现有技术，本发明电子设备利用逻辑匹配单元使得电子设备内的具有不同工作电压的功能单元在相互交换数据信号时均具有相同的逻辑电位，从而保证数据信号正确可靠地传输与交换，以及保证电子设备中各功能单元安全、可靠地运行。
附图说明
图1为本发明一实施方式中电子设备的方框图。
图2为本实施方式中第一端口与第二端口输出或输入数据信号的逻辑电位示意图。
图3为本发明一实施方式电子装置逻辑匹配单元的具体电路结构图。
主要元件符号说明
电子设备　　　　　　　　　10
第一功能单元　　　　　　　100
第一端口　　　　　　　　　101
第二功能单元　　　　　　　200
第二端口　　　　　　　　　201
逻辑匹配单元　　　　　　　300
第一电压参考电路　　　　　310
第一电压输入端　　　　　　311
第一电压维持端　　　　　　313
第二电压参考电路　　　　　320
第二电压输入端　　　　　　321
第二电压维持端　　　　　　323
控制电路　　　　　　　　　330
第一传输端　　　　　　　　301
第二传输端　　　　　　　　302
第一参考端　　　　　　　　303
第一开关电路　　　　　　　340
第一控制极　　　　　　　　341
第一传导极　　　　　　　　343
第二传导极　　　　　　　　345
第二开关电路　　　　　　　350
第三传导极　　　　　　　　351
第四传导极　　　　　　　　353
开关管　　　　　　　　　　Q1、D1
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
一般来说，电子设备具有多个功能单元，并且不同的功能单元之间需要进行数据信号交换，例如笔记型电脑中具有南桥处理模组、北桥处理模组、显卡模组、硬盘存储模组以及接口模组等，上述模组之间经常需要进行数据交换，再或者，显卡模组需要将其处理后的数据信号输出至图像显示元件进行显示时，其需要通过对应的接口模组作为中介进行输出。需要说明的是，本发明所述的数据信号均为数字信号，例如数字信号1或0，1为逻辑高电位信号，0为逻辑低电位信号。
然而，通过研究发现，不同的功能单元有可能具有不同的工作电压，例如第一功能单元具有第一工作电压，第二功能单元具有第二工作电压，其中，该第一工作电压与第二工作电压不相同，例如第一工作电压小于第二工作电压。若将该第一功能单元与第二功能单元电连接以交换数据信号，则可能出现该第二工作电压直接输入第一功能单元或者第一工作电压直接输入第一功能单元的情况。由于该第二工作电压大于该第一功能单元正常运行所需的工作电压，从而存有将第一功能单元中的电路元件被烧毁的隐患。同时，由于该第一工作电压小于第二功能单元正常运行所需的工作电压，直接将第一工作电压输入第二功能单元，会使得第二功能单元无法正常启动工作的缺陷。再或者该第一工作电压与第二工作电压平均后分别输入至第一、第二功能单元，一方面第一功能单元中的电路元件可能被烧毁，另一方面第二功能单元不能够正常启动而无法正确传输数据信号或者数据信号传输出现错误。
换句话说，若电子设备中具有不同工作电压的功能单元直接进行数据交换，则很可能使得其在交换数据时出现数据错误、电路元件被烧毁或者部分处理系统无法正常运行的缺陷，从而发现了电子设备无法正常运行以及被烧毁的主要原因。
为保证功能单元之间正确、可靠地交换数据信号，要求接收数据信号的功能单元的逻辑电位与输出该数据信号的功能单元的逻辑电位相同。例如，第一功能单元输出的数据信号为逻辑高电位，第二功能单元接收的该数据信号也应为逻辑高电位，或者同为逻辑低电位。反之，若第二功能单元输出的数据信号为逻辑高电位，第一功能单元接收的该数据信号也应为逻辑高电位，或者同为逻辑低电位。应该可以理解，本实施方式所述的数据信号的逻辑高电位与逻辑低电位仅为其电压值的相对高低，其中，对于第一功能单元而言，可以将其第一工作电压定义为逻辑高电位，0V电压定义逻辑低电位，对于第二功能单元而言，可以将其第二工作电压定义为逻辑高电位，0V电压定义逻辑低电位。
请参阅图1，其为本发明一实施方式中电子设备10的方框图。本发明所述的电子设备10可为消费性电子装置，例如电视、显示器、笔记本电脑、平板电脑、台式计算机、手机等。在本实施方式中，以电视进行说明。
电子设备10包括第一功能单元100、第二功能单元200以及逻辑匹配单元300。
第一功能单元100具有第一工作电压，例如3.3V的工作电压。第一功能单元100用于处理其接收或输出的数据信号，第一功能单元100包括至少一个第一端口101，以作为第一功能单元100接收或输出数据信号的端口。
第二功能单元200具有第二工作电压，该第二工作电压的电压值与第一工作电压的电压值不相同，例如5V的工作电压。第二功能单元200用于处理其接收或输出的数据信号，第二功能单元200包括至少一个第二端口201，以作为第二功能单元200接收或输出数据信号的端口。
在本实施方式中，第一功能单元100可以为音视频处理模组，例如其可以包括有图像、声音处理芯片及其辅助电路，第二功能单元200可以为图像、声音数据传输接口模组，例如HDMI接口。应当能够理解，第一功能单元100还可以为其他处理模组，例如微处理单元（CPU或MCU等）、驱动模组等。第二功能单元200也可以为音视频播放显示模组，例如LCD显示模组等，或者还可以为其他数据传输接口，例如URAT接口，并不以此为限。
逻辑匹配单元300电连接于该第一功能单元100与第二功能单元200之间，以用于使得第一功能单元与第二功能单元在交换数据信号时，一方可以获得与另一方逻辑电位相同但电压不完全相同的数据信号。
需要说明的是，在本实施方式中，第一功能单元100传输数据信号时，第一端口101加载第一工作电压，例如3.3V电压，定义为逻辑高电位；第一端口加载0V电压时，定义为逻辑低电位。第二功能单元200传输数据信号时，第二端口201加载第二工作电压时，例如5V电压，定位为逻辑高电位；第二端口加载0V电压时，定义为逻辑低电位。
具体地，逻辑匹配单元300包括第一电压参考电路310、第二电压参考电路320与控制电路330。
第一电压参考电路310电连接于第一端口101，用于提供具有第一工作电压的电信号至第一端口101。
第二电压参考电路320电连接于第二端口201，用于提供具有第二工作电压的电信号至第二端口201。
控制电路330电连接于该第一端口101与第二端口201之间，以用于选择性地将第一端口101与第二端口201连通或断开。
具体地，控制电路330包括第一参考端303、第一传输端301与第二传输端302，第一传输端301电连接于该第一端口101，第二传输端302电连接于第二端口201，第一参考端303接收参考电压信号。优选地，该第一工作电压与第二工作电压中电压值较小的工作电压作为该参考电压信号，例如将第一工作电压作为该参考电压信号。
若控制电路330的第一传输端301或第二传输端302接收的数据信号为逻辑高电位时，控制电路330使得第一传输端301与第二传输端302断开；若第一传输端301或第二传输端302接收的数据信号为逻辑低电位时，控制电路330使得第一传输端301与第二传输端302连通，以使得第一功能单元100与第二功能单元200所交换的数据信号具有相同的逻辑电位。
更详细地，请参阅图2，其为本实施方式中第一端口与第二端口输出或输入的数据信号的逻辑电位示意图。
若控制电路330的第一传输端301自第一端口101接收的数据信号为逻辑高电位时，例如3.3V电压信号，控制电路330处于截止状态，第一端口101与第二端口201断开，第二端口201自第二电压参考电路320接收与第二工作电压相同的逻辑高电位，例如5V电压信号。由此，第一端口101与第二端口201具有相同的逻辑电位。若控制电路330的第一传输端301自第一端口101接收的数据信号为逻辑低电位时，例如0V电压信号，控制电路330处于导通状态，第一端口101与第二端口201连通，第二端口201自第一端口101接收该逻辑低电位信号。由此，第一端口101与第二端口201具有相同的逻辑电位。
若控制电路330的第二传输端302自第二端口201接收的数据信号为逻辑高电位信号时，控制电路330处于截止状态，第一端口101与第二端口201断开，第一端口101自第一电压参考电路310接收与第一工作电压的电信号相同的逻辑高电位，第一端口101与第二端口201具有相同的逻辑高电位。若控制电路330的第二传输端302自第二传输端口302接收逻辑低电位信号时，例如0V电压信号，控制电路330处于导通状态，第一端口101与第二端口201连通，第一端口101自第二端口201接收该逻辑低电位信号。由此，第一端口101与第二端口201具有相同的逻辑电位。
应当能够理解，若第一功能单元100、第二功能单元200将第一端口101与第二端口201作为对应的第一组端口，第一功能单元100还可以包括第三端口，第二功能单元200还可以包括第四端口，并且作为对应的第二组端口，以及第一功能单元100与第二功能单元200对应地还可以包括第N组端口，其中，N为自然数。该第二组端口至第N组端口可以是与第一组端口相同的数据信号传输端口，也可以是作为其他用途的端口。同时，电子设备10也可以对应地包括第二逻辑匹配单元、第三逻辑匹配单元至第N逻辑匹配单元，且该第二逻辑匹配单元、第三逻辑匹配单元至第N逻辑匹配单元对应地分别与第一功能单元100以及第二功能单元200中的第二组端口、第三组端口至第N组端口电连接。
请参阅图3，其为本实施方式中控制单元的具体电路结构图。在本实施方式中，第一功能单元100中的音视频处理模组与第二功能单元200中的HDMI接口采用I2C总线传输数据。其中以I2C总线中的SCL端为第一端口101以及第二端口201为例进行说明。
第一电压参考电路310包括第一电压输入端311与第一电压维持端313，其中，第一电压输入端311加载与第一工作电压相同的电压，第一电压维持端313电连接于第一端口101。第一电压参考电路310包括电阻R1，电阻R1电连接于第一电压输入端311与第一电压维持端313之间。
第二电压参考电路320包括第二电压输入端321与第二电压维持端323，其中，第二电压输入端321加载与第二工作电压相同的电压，第二电压维持端323电连接于第二端口201。第二电压参考电路320包括电阻R1，电阻R1电连接于第二电压输入端321与第二电压维持端323之间。
控制电路330包括第一开关电路340与第二开关电路350，第一开关电路340与第二开关电路并行连接于第一传输端301与第二传输端302之间。
第一开关电路340包括第一控制极341、第一传导极343与第二传导极345，其中，第一控制极341电连接于第一参考端303，第一传导极343电连接于第一传输端301，第二传导极345电连接于第二传输端302。第一控制极341与第一传导极343所加载的电信号的电压差值为第一预定值时，第一开关电路导通，第一传导极343与第二传导极345连通，第一控制极341与第一传导极343所加载的电信号的电压差值为第二预定值时，第一开关电路340截止，第一传导极与第二传导极断开。在本实施方式中，第一预定值可以是3.3V，第二预定值可以是0V，该第一预定值与第二预定值还可以为其他数值，并不以此为限。另外，第一开关电路340采用N型开关管Q1来实现，其中，开关管Q1为MOS管，开关管Q1的栅极电连接于第一控制极341，或者作为第一控制极341；开关管Q1的源极电连接于第一传导极343，或者作为第一传导极343；开关管Q的漏极电连接于第二传导极345，或者作为第二传导极345。
第二开关电路350包括第三传导极351与第四传导极353，第三传导极351电连接于第一传输端301，第四传导极353电连接于第二传输端302。其中，第三传导极351与第四传导极353所加载的电信号的电压差值为第一预定值，第二开关电路350导通，第三传导极351与第四传导极353连通，例如第一预定值为3.3V，若第三传导极351与第四传导极353所加载的电信号的电压差值不为第一预定值时，该第二开关电路350截止，第三传导极351与第四传导极353断开。在本实施方式中，第二开关电路350采用单向导通的开关管D1来实现，其中，开关管D1为二极管，开关管D1的阳极端电连接于该第三传导极351，或者作为第三传导极351；开关管D1的阴极端电连接于第四传导极353，或者作为第四传导极353。
优选地，将第二开关电路350与第一开关电路340集成于一个电子元件中，以使得控制电路330的体积较小，控制较为方便。
现结合图2与图3具体说明逻辑匹配单元300如何使得第一功能单元100与第二功能单元200的逻辑电位相同的原理进行说明。
基于逻辑匹配单元300的运作过程可以根据第一功能单元100输出或第二功能单元200输出数据信号的不同情形分为两个部分。
第一部分，第一功能单元100输出数据信号至第二功能单元200。
若第一功能单元100输出的数据信号为逻辑高电位，第一端口101加载逻辑高电位的数据信号，例如3.3V电压的逻辑高电位，第二功能单元200的第二端口201通过第二电压参考电路320加载第二工作电压，维持逻辑高电位，例如5V电压的第二工作电压。控制电路330的第一传输端301加载3.3V电压的逻辑高电压，第一参考端303也加载有3.3V电压，其电压差值为第二预定值，0V，第一开关电路340中开关管Q1的栅极与源极均加载3.3V电压，开关管Q1截止，同时第二开关电路350中开关管D1截止，此时，第一端口101与第二端口201均维持其逻辑高电位，由此，第一端口101与接收第一端口101与输出数据信号的第二端口201均处于逻辑高电位。
若第一功能单元100输出的数据信号为逻辑低电位，例如0V电压，第一端口101加载逻辑低电位的0V电压。控制电路330的第一参考端303为3.3V电压，第一传输端301为0V电压，第一开关电路340中开关管Q1的栅极与源极的电压差为第一预定值，3.3V，开关管Q1导通，第二开关电路350中的开关管D1截止，第二传输端302与第一传输端301导通，第二传输端302具有与第一传输端301相同的电位，即0V的逻辑低电位，则第二传输端302处于逻辑低电位。由此，第一端口101与接收第一端口101输出数据信号的第二端口201均处于逻辑低电位。
第二部分，第二功能单元200输出数据信号至第一功能单元100。
若第二功能单元200输出的数据信号为逻辑高电位，例如与第二工作电压相同的5V电压，第二端口201加载5.5V电压的逻辑高电位，第一端口101通过第一电压参考电路加载3.3V电压，处于逻辑高电位。控制电路330的第一参考端303与第一传输端301均为3.3V电压，其电压差值为第二预定值，0V电压，第一开关电路340中开关管Q1的栅极与源极均加载3.3V电压，开关管Q1截止，第二开关电路350中的开关管D1截止。此时，第一端口101与第二端口201均维持其逻辑高电位，由此，第二端口201与接收第二端口201与输出数据信号的第一端口101均处于逻辑高电位。
若第二功能单元200输出的数据信号为逻辑低电位，0V电压，第二端口201加载0V电压的逻辑低电位，第一端口101通过第一电压参考电路310加载有3.3V电压。控制电路330的第一参考端303与第一传输端301均为3.3V电压，第二传输端302为与第二端口相同的电压，0V电压，第一开关电路340中开关管Q1的栅极与源极均加载3.3V，开关管Q1截止，第二开关电路350中开关管D1阳极端加载与第一传输端301相同的3.3V电压，开关管D1的阴极加载与第二传输端302相同的0V电压，开关管D1导通，第一传输端301与第二传输端302导通，第一传输端301具有与第二传输端302的相同的电位，即0V的逻辑低电位，则第一端口101处于逻辑低电位。由此，第二端口201与接收第二端口201与输出数据信号的第一端口101均处于逻辑低电位。
逻辑匹配单元300通过检测其第一传输端301或第二传输端302所加载的电信号的逻辑电位，通过其第一开关电路340与第二开关电路350选择性地连通或断开第一传输端301与第二传输端302，使得第一功能单元100与第二功200所交换的数据信号具有相同逻辑电位，达到保证数据信号正确可靠地传输与交换，以及保证电子设备中各功能单元安全、可靠地运行。

Claims (10)

1.一种电子设备，其包括至少两个功能单元，第一功能单元与第二功能单元，该第一功能单元具有第一工作电压，该第二功能单元具有第二工作电压，该第一工作电压的电压值小于该第二工作电压的电压值，其特征在于，该电子设备还进一步包括至少一个逻辑匹配单元，该逻辑匹配单元电连接于该第一功能单元与第二功能单元之间，该逻辑匹配单元选择性地将第一功能单元与第二功能单元连通或断开，以使该第一功能单元与第二功能单元的交换的数据信号具有相同的逻辑电位。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，该第一功能单元包括至少第一端口，该第一端口用于输出或输入数据信号，该第二功能单元包括至少第二端口，该第二端口用于输出或输入数字信号，该逻辑匹配单元包括控制电路，该控制电路包括第一参考端、第一传输端与第二传输端，该第一传输端电连接于该第一端口，该第二传输端电连接于该第二端口，该第一参考端输入参考电压信号，该控制电路选择性地将第一端口与第二端口连通或断开。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其特征在于，当控制电路的第一传输端或第二传输端接收的数据信号为逻辑高电位，控制电路使得第一传输端与第二传输端断开；当第一传输端或第二传输端接收的数据信号为逻辑低电位，控制电路使得第一传输端与第二传输端连通。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其特征在于，该逻辑匹配单元还包括第一电压参考电路与第二电压参考电路，该第一电压参考电路包括第一电压输入端与第一电压维持端，该第一电压输入端加载与第一工作电压相同的电压，第一电压维持端电连接于第一端口以提供具有第一工作电压的电信号至第一端口，第二电压参考电路包括第二电压输入端与第二电压维持端，第二电压输入端加载与第二工作电压相同的电压，第二电压维持端电连接于第二端口，以提供具有第二工作电压的电信号至第二端口。
5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，该控制电路包括至少第一开关电路与第一开关电路，该第一开关电路包括第一控制极、第一传导极与第二传导极，该第一开关电路包括第三传导极与第四传导极，该第一传导极与该第三传导极电连接于该第一传输端，该第二传导极与该第四传导极电连接于该第二传输端，该第一控制极电连接于该参考端，当控制电路的第一传输端或第二传输端接收的数据信号为逻辑高电位，该第一开关电路与第二开关电路截止，该第一传输端与第二传输端断开；当第一传输端或第二传输端接收的数据信号为逻辑低电位，该第一开关电路或第二开关电路导通，该第一传输端与第二传输端连通。
6.根据权利要求5所述的电子设备，其特征在于，该第一开关电路包括第一开关管，该第一开关管的栅极电连接于该第一控制极，该第一开关管的源极电连接于该第一传导极，该第一开关管的栅极电连接于该第二传导极，该第二开关电路包括第二开关管，该第二开关管的阳极端电连接于该第三传导极，该第二开关管的阴极端电连接与该第四传导极。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，该第一参考电压电路包括第一电阻，该第一电阻电连接于该第一电压输入端与第一电压维持端之间，第二电压参考电路包括第一电阻，该第一电阻电连接与第二电压输入端与第二电压维持端之间。
8.根据权利要求1至6任一项所述的电子设备，其特征在于，该参考电压信号为第一工作电压。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，该第一功能单元为用于数据处理的微处理系统，该第二功能单元为HDMI接口。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，该第一端口与第二端口是I2C总线传输端口的其中一个端口。
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