CN103561369B - Usb接口电路和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种USB接口电路，包括：USB接口，用于供带有USB插头的外设设备进行插拔，其中，USB接口包括ID引脚；基带芯片，其中基带芯片包括USB信号端、耳机信号端和USB_ID信号端；驱动电压模块；开关模块，电性连接USB接口、基带芯片与驱动电压模块；其中，当USB接口插入外设设备时，驱动电压模块根据外设设备的类型而产生对应的驱动电压，开关模块根据驱动电压而将USB接口连接至USB信号端或者耳机信号端。另外，本发明还公开一种电子设备，通过上述方式，本发明通过将USB接口、OTG接口和耳机接口兼容为一个USB接口，能够实现一个USB接口多功能的用途。
Description
技术领域
本发明涉及移动通讯技术领域，特别是涉及一种USB接口电路和应用该USB接口电路的电子设备。
背景技术
随着科技的发展，电子设备，特别是手机、平板电脑(ipad)等便携式电子设备，已成为人们日常生活中不可缺少的工具。为了方便电子设备的用户的使用，电子设备匹配的外设设备也越来越多，比如手写笔、U盘或蓝牙耳机等。为了能够与这些外设设备进行数据传输，通常在电子设备上设置USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）接口、OTG（On-The-Go）接口以及耳机接口等等，方便手机与匹配的外设设备互相连接。
在传统的技术中，大多数电子设备的USB接口、OTG接口或者耳机接口都是单一地对应一种功能，要么是电子设备通过OTG接口访问外设设备，要么是电子设备通过USB接口作为从设备与外设设备进行数据传输。此外，加上电子设备上的耳机接口，因此其需要在移电子设备上至少设置三个接口，这种方式往往会造成电子设备的空间浪费，从而导致制造成本的提高，且其也大大地影响了电子设备的美观。
综上所述，有必要提供一种USB接口电路和相应的电子设备以解决上述问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种USB接口电路和电子设备，通过将USB接口、OTG接口和耳机接口兼容为一个USB接口，能够实现一个USB接口多功能的用途。
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USB接口电路，包括：USB接口，用于供带有USB插头的外设设备进行插拔，其中，USB接口包括ID引脚；基带芯片，其中基带芯片包括USB信号端、耳机信号端和USB_ID信号端；驱动电压模块；开关模块，电性连接USB接口、基带芯片与驱动电压模块；其中，当USB接口插入外设设备时，驱动电压模块根据外设设备的类型而产生对应的驱动电压，开关模块根据驱动电压而将USB接口连接至USB信号端或者耳机信号端，且当外设设备做USB连接中的主设备时，开关模块进一步将USB接口中的ID引脚悬空；而当外设设备做USB连接中的从设备时，开关模块进一步将USB接口中的ID引脚连接至USB_ID信号端。
其中，USB接口进一步包括：电源引脚，电性连接至驱动电压模块；数据信号引脚对，电性连接至开关模块并通过开关模块而选择性地电性连接至USB信号端或者耳机信号端；接地引脚，电性连接至地电位。
其中，开关模块包括第一开关模块和第二开关模块；其中，第一开关模块电性连接在USB接口的数据信号引脚对与基带芯片的USB信号端和耳机信号端之间；而第二开关模块电性连接USB接口中的ID引脚和基带芯片中的USB_ID信号端之间。
其中，第一开关模块包括：控制端，电性连接驱动电压模块以接收驱动电压；信号输入/输出端，电性连接USB接口中的数据信号引脚对；USB信号输入/输出端，电性连接USB信号端；耳机信号输入/输出端，电性连接耳机信号端；切换电路，电性连接在信号输入/输出端与USB信号输入/输出端和耳机信号输入/输出端之间，并根据控制端接收到的驱动电压而选择性地将信号输入/输出端电性连接USB信号输入/输出端或者耳机信号输入/输出端。
其中，USB接口电路还包括麦克风电路，第二开关模块包括：信号输入/输出端，电性连接USB接口中的ID引脚；ID信号输入/输出端，电性连接至USB_ID端；麦克风信号输入/输出端，通过麦克风电路电性连接至基带芯片；切换电路，电性连接在信号输入/输出端与ID信号输入/输出端和麦克风信号输入/输出端之间，并根据第一开关模块选择性地将信号输入/输出端电性连接USB信号输入/输出端或者耳机信号输入/输出端的结果和USB接口中的ID引脚中的信号而选择性地将信号输入/输出端悬空，或者电性连接ID信号输入/输出端，或者电性连接麦克风信号输入/输出端。
其中，USB信号端包括第一USB信号端和第二USB信号端；耳机信号端包括第一耳机信号端和第二耳机信号端；USB接口中的数据信号引脚对包括数据正信号引脚和数据负信号引脚；第一开关模块中的信号输入/输出端包括正信号输入/输出端和负信号输入/输出端；USB信号输入/输出端包括USB正信号输入/输出端和USB负信号输入/输出端；耳机信号输入/输出端包括左声道输入/输出端和右声道输入/输出端；第一USB信号端与USB正信号输入/输出端连接，第二USB信号端与USB负信号输入/输出端连接；第一耳机信号端与右声道输入/输出端连接，第二耳机信号端与左声道输入/输出端连接；正信号输入/输出端与数据正信号引脚连接，负信号输入/输出端与数据负信号引脚连接。
基带芯片还包括中断端口，第一开关模块中的右声道输入/输出端进一步通过上拉电阻电性连接至参考电压，并通过第一电阻电性连接至中断端口，以使基带芯片根据第一电阻的电压变化产生中断信号。
其中，第二开关模块进一步包括使能端口，基带芯片还包括使能信号输出端；使能端口与使能信号输出端连接，以使基带芯片根据中断信号输出使能信号至使能端口，以控制切换电路将信号输入/输出端电性连接ID信号输入/输出端或者麦克风信号输入/输出端。
其中，第一开关模块为高速模拟开关；而第二开关模块为音频模拟开关。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电子设备，该电子设备包括上述任一种USB接口电路。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种USB接口电路，其包括USB接口，USB接口包括ID引脚；基带芯片，其中基带芯片包括USB信号端、耳机信号端和USB_ID信号端；驱动电压模块；开关模块，电性连接USB接口、基带芯片与驱动电压模块；其中，当USB接口插入外设设备时，驱动电压模块根据外设设备的类型而产生对应的驱动电压，开关模块根据驱动电压而将USB接口连接至USB信号端或者耳机信号端；另外，当外设设备做USB连接中的主设备时，开关模块进一步将USB接口中的ID引脚悬空，而当外设设备做USB连接中的从设备时，开关模块进一步将USB接口中的ID引脚连接至USB_ID信号端。本发明通过将USB接口、OTG接口和耳机接口兼容为一个USB接口，能够实现一个USB接口多功能的用途，有效降低设计成本，提升用户的体验。
附图说明
图1是本发明的USB接口电路的第一实施例的结构示意图；
图2是本发明的USB接口电路的第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
首先请参见图1，图1为本发明的USB接口电路的第一实施例的结构示意图。本发明的USB接口电路主要应用在电子设备中，特别是手机或者平板电脑等便携式电子设备中，以使电子设备与匹配的外设设备进行连接。USB接口电路包括USB接口11、驱动电压模块12、开关模块13和基带芯片14，其中，开关模块13电性连接USB接口11、驱动电压模块12与基带芯片14。USB接口11为MICRO-USB接口或MINI-USB接口，用于供带有USB插头的外设设备进行插拔，其中USB接口11可以在普通USB接口的基础上进一步包括ID引脚111，用于使本发明的USB接口11能够实现OTG功能。基带芯片14包括USB信号端141、耳机信号端142和USB_ID信号端143。
当在USB接口11插入外设设备（未图示）时，驱动电压模块12根据外设设备的类型而产生对应的驱动电压，其中外设设备的类型包括：外设设备可以是作为USB连接中的主设备、作为USB连接中的从设备或耳机等；开关模块13根据驱动电压模块12所产生的驱动电压而将USB接口11连接至基带芯片14中的USB信号端141或者耳机信号端142，以使外设设备通过USB接口11与USB信号端141或耳机信号端142进行数据传输。
另外，当外设设备做USB连接中的主设备时，开关模块13进一步将USB接口11中的ID引脚111悬空；而当外设设备做USB连接中的从设备时，开关模块13进一步将USB接口11中的ID引脚111连接至基带芯片14中的USB_ID信号端143。
请一并参考图2，图2是本发明的USB接口电路的第二实施例的结构示意图。USB接口电路包括USB接口21、驱动电压模块22、开关模块23、基带芯片24和麦克风电路25。开关模块23分别与USB接口21、驱动电压模块22、基带芯片24和麦克风电路25连接，其中，麦克风电路25还与基带芯片24连接。
USB接口21包括ID引脚211、电源引脚212、接地引脚215以及包括数据正信号引脚213和数据负信号引脚214的数据信号引脚对。其中，接地引脚215电性连接至地电位，而电源引脚212电性连接驱动电压模块22。
驱动电压模块22包括第二电阻R2和第三电阻R3，第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端连接，第二电阻R2的另一端与USB接口21的电源引脚212连接，第三电阻R3的另一端接地。
开关模块23包括第一开关模块231和第二开关模块232。第一开关模块231电性连接在USB接口21、驱动电压模块22和基带芯片24之间；而第二开关模块232电性连接在USB接口21与麦克风电路25和基带芯片24之间。在本实施例中，第一开关模块231优选为高速模拟开关，而第二开关模块232优选为音频模拟开关。当然，在其他实施例中，第一开关模块231和第二开关模块232还可以为其他模拟开关。
第一开关模块231包括控制端2311、切换电路2312、包括正信号输入/输出端2317和负信号输入/输出端2318的信号输入/输出端、包括USB正信号输入/输出端2313和USB负信号输入/输出端2314的USB信号输入/输出端、和包括右声道输入/输出端2315和左声道输入/输出端2316的耳机信号输入/输出端。其中，控制端2311电性连接驱动电压模块22的第二电阻R2与第三电阻R3之间的节点以接收驱动电压。信号输入/输出端电性连接USB接口21中的数据信号引脚对，即正信号输入/输出端2317与USB接口21的数据正信号引脚213连接，负信号输入/输出端2318与USB接口21的数据负信号引脚214连接。切换电路2312电性连接在信号输入/输出端与USB信号输入/输出端和耳机信号输入/输出端之间。切换电路2312根据控制端2311接收到的驱动电压而选择性地将信号输入/输出端电性连接USB信号输入/输出端或者耳机信号输入/输出端。
第二开关模块232包括使能端口2321、切换电路2322、信号输入/输出端2323、ID信号输入/输出端2324和麦克风信号输入/输出端2325。其中，信号输入/输出端2323电性连接USB接口21中的ID引脚211。切换电路2322电性连接在信号输入/输出端2323与ID信号输入/输出端2324和麦克风信号输入/输出端2325之间。切换电路2322根据第一开关模块231的判断结果和USB接口21中的ID引脚211中的信号而选择性地将信号输入/输出端2323悬空，或者电性连接ID信号输入/输出端2324，或者电性连接麦克风信号输入/输出端2325。
基带芯片24包括USB信号端、耳机信号端、中断端口245、使能信号输出端246和USB_ID信号端247，USB信号端包括第一USB信号端241和第二USB信号端242，耳机信号端包括第一耳机信号端243和第二耳机信号端244。USB信号端电性连接第一开关模块231的USB信号输入/输出端，即第一USB信号端241与USB正信号输入/输出端2313连接，第二USB信号端242与USB负信号输入/输出端2314连接。耳机信号端电性连接第一开关模块231的耳机信号输入/输出端，即第一耳机信号端243与右声道输入/输出端2315连接，第二耳机信号端244与左声道输入/输出端2316连接。第一开关模块231中的右声道输入/输出端2315进一步通过上拉电阻R*电性连接至参考电压VDD，并通过第一电阻R1电性连接至中断端口245，以使基带芯片24根据第一电阻R1的一端的电压变化产生中断信号。使能信号输出端246与第二开关模块232的使能端口2321连接，以使基带芯片24根据中断信号输出使能信号至使能端口2321，以控制切换电路2322将信号输入/输出端2323悬空，或者电性连接ID信号输入/输出端2324，又或者麦克风信号输入/输出端2325。USB_ID信号端247与ID信号输入/输出端2324连接。其中，上拉电阻R*优选为470欧姆。
麦克风电路25包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第一电容C1。第四电阻R4的一端与基带芯片24连接，第四电阻R4的另一端分别与基带芯片24、第五电阻R5的一端和麦克风信号输入/输出端2325连接，第五电阻R5的另一端分别与基带芯片24、第六电阻R6的一端和第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端接地，第六电阻R6的另一端与基带芯片24连接。
下面结合实施例对本发明的USB接口电路的工作原理进行说明。
当USB接口21没有插入外设设备时，参考电压VDD在上拉电阻R*的作用下，基带芯片24的中断端口245上的电压为高电压；且此时，USB接口21上的电压引脚212上的电压为0V，因此第一开关231的控制端2311上的电压为低电压，基带芯片24设置其使能信号输出端246输出至第二开关模块232的使能端2321的电平为低电平。
当在USB接口21插入外设设备，且外设设备作为USB连接的主设备时，即带有上述USB接口电路的电子设备作为USB连接的从设备时，此时外设设备为USB接口21的电源引脚212提供5V的电压值。则驱动电压模块22的第三电阻的电压值升高，使得控制端2311接收到的驱动电压为高电平。第一开关模块231中的切换电路2312控制正信号输入/输出端2317与USB正信号输入/输出端2313连接，负信号输入/输出端2318与USB负信号输入/输出端2314连接。由于外设设备是做USB连接中的主设备，USB接口21中的ID引脚211悬空，即第二开关模块232中的切换电路2324使其信号输入/输出端2323悬空，信号输入/输出端2323既不连接ID信号输入/输出端2324也不连接麦克风信号输入/输出端2325，因此其也可以说第二开关模块232不工作，则外设设备通过USB信号端与基带芯片24进行数据传输。例如在USB接口21插入USB数据线与电脑连接，以通过USB接口21与电脑进行数据传输。
当在USB接口21插入外设设备，且外设设备作为USB连接的从设备时，即带有上述USB接口电路的电子设备作为USB连接的主设备时，此时USB接口21的电源引脚212的电压值为0V，则驱动电压模块22的第三电阻的电压值为0V，使得控制端2311接收到的驱动电压为低电平。切换电路2312控制正信号输入/输出端2317与右声道输入/输出端2315连接，负信号输入/输出端2318与左声道输入/输出端2316连接；USB接口21中的数据正信号引脚213和数据负信号引脚214分别是连接到从设备的USB数据信号；同时也使得参考电压VDD通过上拉电阻R*连接到从设备的USB数据信号，此时中断端口245还是为高电平，不会触发中断。在插入外设设备时，由于信号输入/输出端2323与ID信号输入/输出端2324连接，基带芯片24通过ID引脚211检测到外设设备为从设备，则输出5V电压值至电源引脚212，则驱动电压模块22的第三电阻的电压值升高，使得控制端2311接收到的驱动电压为高电平，则切换电路2312控制正信号输入/输出端2317与USB正信号输入/输出端2313连接，负信号输入/输出端2318与USB负信号输入/输出端2314连接，以使外设设备通过USB信号端与基带芯片24进行数据传输，因此带有上述USB接口电路的电子设备可以执行OTG功能。
当在USB接口21插入耳机时，此时USB接口21的电源引脚212的电压值为0V，则驱动电压模块22的第三电阻的电压值为0V，使得控制端2311接收到的驱动电压为低电平，则切换电路2312控制正信号输入/输出端2317与右声道输入/输出端2315连接，负信号输入/输出端2318与左声道输入/输出端2316连接。由于耳机的右声道相当于一个32欧姆的电阻接地，则参考电压VDD通过上拉电阻R*对耳机右声道电阻进行分压，使得第一电阻R1的电压值由高电平变为低电平，即基带芯片24的中断端口245的电压由高电平变为低电平，则触发中断，基带芯片24从使能信号输出端246输出高电平至使能端口2321，则第二开关模块232的切换电路2322控制信号输入/输出端2323与麦克风信号输入/输出端2325连接，以使基带芯片24通过耳机信号端输出音频信号，通过麦克风信号输入/输出端2325和麦克风电路25接收音频信号。当耳机拔出时，相当于耳机右声道上的等效电阻被移除，中断端口245的电压由低电平变为高电平，此时触发中断，基带芯片24从使能信号输出端246输出低电平至使能端口2321，第二开关模块232的切换电路2322控制信号输入/输出端2323与ID信号输入/输出端2324连接。
在本实施例中，当控制端2311接收到驱动电压模块22的驱动电压为高电平时，第一开关模块231的切换电路2312控制正信号输入/输出端2317与USB正信号输入/输出端2313连接，负信号输入/输出端2318与USB负信号输入/输出端2314连接。当控制端2311接收到驱动电压模块22的驱动电压为低电平时，第一开关模块231的切换电路2312控制正信号输入/输出端2317与右声道输入/输出端2315连接，负信号输入/输出端2318与左声道输入/输出端2316连接。当第二开关模块232的使能端口2321获取的电平为高电平时，第二开关模块232的切换电路2322控制信号输入/输出端2323与麦克风信号输入/输出端2325连接。当第二开关模块232的使能端口2321获取的电平为低电平时，第二开关模块232的切换电路2322控制信号输入/输出端2323与ID信号输入/输出端2324连接。当中断端口245的电压由低电平变为高电平，则触发中断，基带芯片24从使能信号输出端246输出低电平至使能端口2321；当中断端口245的电压由高电平变为低电平，则触发中断，基带芯片24从使能信号输出端246输出高电平至使能端口2321。当然，在其他实施例中，上述的电压值还可以根据用户的需要设置。
本发明进一步提供了包括上述USB接口电路的电子设备，该电子设备可以是平板电脑、手机、个人数字助理终端或其他电子设备中的一者。
综上所述，本发明提供一种USB接口电路，其包括USB接口，USB接口包括ID引脚；基带芯片，其中基带芯片包括USB信号端、耳机信号端和USB_ID信号端；驱动电压模块；开关模块，电性连接USB接口、基带芯片与驱动电压模块；其中，当USB接口插入外设设备时，驱动电压模块根据外设设备的类型而产生对应的驱动电压，开关模块根据驱动电压而将USB接口连接至USB信号端或者耳机信号端；另外，当外设设备做USB连接中的主设备时，开关模块进一步将USB接口中的ID引脚悬空，而当外设设备做USB连接中的从设备时，开关模块进一步将USB接口中的ID引脚连接至USB_ID信号端。本发明通过将USB接口、OTG接口和耳机接口兼容为一个USB接口，能够实现一个USB接口多功能的用途，有效降低设计成本，提升用户的体验。
以上所述仅为本发明的实施方式，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USB接口电路，其特征在于，包括：
USB接口，用于供带有USB插头的外设设备进行插拔，其中，所述USB接口包括ID引脚；
基带芯片，其中所述基带芯片包括USB信号端、耳机信号端和USB_ID信号端；
驱动电压模块；
开关模块，电性连接所述USB接口、所述基带芯片与所述驱动电压模块，所述开关模块包括第一开关模块和第二开关模块，所述第一开关模块包括耳机信号输入/输出端，所述耳机信号输入/输出端电性连接所述耳机信号端，所述耳机信号输入/输出端包括左声道输入/输出端和右声道输入/输出端；
其中，当所述USB接口插入所述外设设备时，所述驱动电压模块根据所述外设设备的类型而产生对应的驱动电压，所述开关模块根据所述驱动电压而将所述USB接口连接至所述USB信号端或者所述耳机信号端，且当所述外设设备做USB连接中的主设备时，所述开关模块进一步将所述USB接口中的所述ID引脚悬空；而当所述外设设备做USB连接中的从设备时，所述开关模块进一步将所述USB接口中的所述ID引脚连接至所述USB_ID信号端；
所述基带芯片还包括中断端口，所述第一开关模块中的所述右声道输入/输出端进一步通过上拉电阻电性连接至参考电压，并通过第一电阻电性连接至所述中断端口，以使所述基带芯片根据所述第一电阻的电压变化产生中断信号。
2.根据权利要求1所述的USB接口电路，其特征在于，所述USB接口进一步包括：
电源引脚，电性连接至所述驱动电压模块；
数据信号引脚对，电性连接至所述开关模块并通过所述开关模块而选择性地电性连接至所述USB信号端或者所述耳机信号端；
接地引脚，电性连接至地电位。
3.根据权利要求2所述的USB接口电路，其特征在于，
所述第一开关模块电性连接在所述USB接口的所述数据信号引脚对与所述基带芯片中的所述USB信号端和所述耳机信号端之间；而所述第二开关模块电性连接所述USB接口中的所述ID引脚和所述基带芯片中的所述USB_ID信号端之间。
4.根据权利要求3所述的USB接口电路，其特征在于，所述第一开关模块包括：
控制端，电性连接所述驱动电压模块以接收所述驱动电压；
信号输入/输出端，电性连接所述USB接口中的所述数据信号引脚对；
USB信号输入/输出端，电性连接所述USB信号端；
切换电路，电性连接在所述信号输入/输出端与所述USB信号输入/输出端和所述耳机信号输入/输出端之间，并根据所述控制端接收到的所述驱动电压而选择性地将所述信号输入/输出端电性连接所述USB信号输入/输出端或者所述耳机信号输入/输出端。
5.根据权利要求4所述的USB接口电路，其特征在于，所述USB接口电路还包括麦克风电路，所述第二开关模块包括：
信号输入/输出端，电性连接所述USB接口中的所述ID引脚；
ID信号输入/输出端，电性连接至所述USB_ID端；
麦克风信号输入/输出端，通过所述麦克风电路电性连接至所述基带芯片；
切换电路，电性连接在所述信号输入/输出端与所述ID信号输入/输出端和所述麦克风信号输入/输出端之间，并根据所述第一开关模块选择性地将所述信号输入/输出端电性连接所述USB信号输入/输出端或者所述耳机信号输入/输出端的结果和所述USB接口中的所述ID引脚中的信号而选择性地将所述信号输入/输出端悬空，或者电性连接所述ID信号输入/输出端，或者电性连接所述麦克风信号输入/输出端。
6.根据权利要求5所述的USB接口电路，其特征在于，所述USB信号端包括第一USB信号端和第二USB信号端；所述耳机信号端包括第一耳机信号端和第二耳机信号端；所述USB接口中的所述数据信号引脚对包括数据正信号引脚和数据负信号引脚；所述第一开关模块中的所述信号输入/输出端包括正信号输入/输出端和负信号输入/输出端；所述USB信号输入/输出端包括USB正信号输入/输出端和USB负信号输入/输出端；所述第一USB信号端与所述USB正信号输入/输出端连接，所述第二USB信号端与所述USB负信号输入/输出端连接；所述第一耳机信号端与所述右声道输入/输出端连接，所述第二耳机信号端与所述左声道输入/输出端连接；所述正信号输入/输出端与所述数据正信号引脚连接，所述负信号输入/输出端与所述数据负信号引脚连接。
7.根据权利要求6所述的USB接口电路，其特征在于，所述第二开关模块进一步包括使能端口，所述基带芯片还包括使能信号输出端；所述使能端口与所述使能信号输出端连接，以使所述基带芯片根据所述中断信号输出使能信号至所述使能端口，以控制所述切换电路将所述信号输入/输出端电性连接所述ID信号输入/输出端或者所述麦克风信号输入/输出端。
8.根据权利要求3所述的USB接口电路，其特征在于，所述第一开关模块为高速模拟开关；而所述第二开关模块为音频模拟开关。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如上述权利要求1-8任一所述的USB接口电路。
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