CN103678227B - Usb功能和网络功能共用usb接口的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种USB功能和网络功能共用USB接口的电路及方法，该电路中，控制电路控制模拟开关器件分时选通网络功能电路或USB功能电路到USB接口的连接；网络功能电路，在选通网络功能电路到USB接口的连接时，将网络协议帧经模拟开关器件发送到USB接口，经模拟开关器件接收USB接口发送的网络协议帧；USB功能电路，在选通USB功能电路到USB接口的连接时，将待传输的USB数据流经模拟开关器件发送到USB接口，经模拟开关器件接收USB接口发送的USB数据流；USB接口，连接USB数据线或者连接USB转网络接口的连接线。本发明适于广泛应用于不带网络接口的平板电脑实现网络功能。

Description

USB功能和网络功能共用USB接口的电路及方法

技术领域

本发明涉及数据传输电路技术领域，尤其涉及一种USB（Universal Serial BUS，通用串行总线）功能和网络功能共用USB接口的电路及方法。

背景技术

RJ45接口是常用的以太网接口，最常见的应用为网卡接口。如图1所示为目前常用的RJ45接口的管脚示意图，100M/10M以太网Ethernet数据通过到4根信号线连接到RJ45接口上的4个管脚上，其中，TX+为数据发送正端，TX-为数据发送负端，RX+为数据接收正端，RX-为数据接收负端，两组差分信号ETX_TX+、ETX_TX-和ETX_RX+、ETX_RX-，分别通过TX+、TX-和RX+、RX-传输。

USB是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。现有的平板电脑因结构模具的关系没有留有RJ45接口，因此不能直接连接网线实现有线联网的功能。为了实现联网功能，如图2所示，可以通过USB Dongle（USB加密狗）模式，用在USB接口上连接USB转Ethernet的转换芯片（即USB网卡）来实现通过USB接口来实现上网功能。

USB网卡同时与平板电脑上的USB接口连接并带有RJ45接口，通过RJ45接口连接网线，USB网卡的功能主要有两个：将通过USB接口接收的电脑数据流封装为以太网帧，并通过RJ45接口连接的网线将数据发送到网络上去；通过RJ45接口连接的网线接收网络上其他设备传过来的以太网帧，并将接收的以太网帧进行解封装得到电脑数据流，通过USB接口发送到电脑中。

不管是对于以太网络还是其它网络，虽然平板电脑可以通过连接USB网卡实现联网功能，但实现成本高，不适于广泛应用。

发明内容

本发明提供一种USB功能和网络功能共用USB接口的电路及方法，适于广泛应用于不带有网络接口的平板电脑实现网络功能。

本发明提供一种USB功能和网络功能共用USB接口的电路，所述电路包括控制电路、模拟开关器件、网络功能电路、USB功能电路和USB接口，其中，

所述控制电路控制所述模拟开关器件分时选通网络功能电路或USB功能电路到USB接口的连接；

网络功能电路，在选通网络功能电路到USB接口的连接时，将待传输的数据流封装为网络协议帧，并将所述网络协议帧经模拟开关器件发送到USB接口，经模拟开关器件接收USB接口发送的网络协议帧，对接收的网络协议帧解封装；

USB功能电路，在选通USB功能电路到USB接口的连接时，将待传输的USB数据流经模拟开关器件发送到USB接口，经模拟开关器件接收USB接口发送的USB数据流；

USB接口，连接USB数据线传输USB数据流或者连接USB转网络接口的连接线传输网络协议帧。

本发明还提供一种共用USB接口的方法，所述方法由一共用USB接口电路实施，该共用USB接口电路包括控制电路、模拟开关器件、网络功能电路、USB功能电路和USB接口，包括：

控制电路确定打开网络应用时，控制模拟开关器件选通网络功能电路到USB接口的连接；

控制电路确定打开USB功能应用时，控制模拟开关器件选通USB功能电路到USB接口的连接；

其中，在选通网络功能电路到USB接口的连接时，网络功能电路将待传输的数据流封装为网络协议帧，并将所述网络协议帧经模拟开关器件发送到USB接口，经模拟开关器件接收USB接口发送的网络协议帧，对接收的网络协议帧解封装；

在选通USB功能电路到USB接口的连接时，USB功能电路将待传输的USB数据流经模拟开关器件发送到USB接口，经模拟开关器件接收USB接口发送的USB数据流。

利用本发明提供的USB功能和网络功能共用USB接口的电路及方法具有以下有益效果：在不带有网络接口的平板电脑中，不需要USB转网络专用芯片做成的USB Dongle，就可以利用USB接口实现USB转网络接口转换，实现网络功能。

附图说明

图1为现有的RJ45接口管脚示意图；

图2为现有通过USB接口连接USB转网络功能电路实现联网示意图；

图3为本发明实施例USB功能和网络功能共用USB接口的电路结构图；

图4为本发明实施例Ethernet功能电路结构图；

图5为本发明实施例中应用的USB接口结构图；

图6为本发明实施例中模拟开关器件的结构图；

图7为本发明实施例USB功能和网络功能共用USB接口的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的USB功能和网络功能共用USB接口的电路及方法进行更详细地说明。

本发明实施例提供的USB功能和网络功能共用USB接口的电路，如图3所示，包括控制电路10、模拟开关器件20、网络功能电路30、USB功能电路40和USB接口50，其中，

所述控制电路控制10所述模拟开关器件20分时选通网络功能电路30或USB功能电路40到USB接口50的连接；

网络功能电路30，在选通网络功能电路30到USB接口50的连接时，将待传输的数据流封装为网络协议帧，并将所述网络协议帧经模拟开关器件20发送到USB接口50，经模拟开关器件20接收USB接口50发送的网络协议帧，对接收的网络协议帧解封装；

USB功能电路40，在选通USB功能电路40到USB接口50的连接时，将待传输的USB数据流经模拟开关器件20发送到USB接口，经模拟开关器件20接收USB接口50发送的USB数据流；

USB接口50，连接USB数据线传输USB数据流或者连接USB转网络接口的连接线传输网络协议帧。

目前的平板电脑中带有网络功能电路即网卡，因此可以利用网卡对电脑数据流按照网络协议进行接收数据帧，并对接收的数据帧进行解封装得到电脑数据流，从而实现与平板电脑中CPU进行数据交互。

本发明实施例利用平板电脑中带有的网络功能电路，增加了模拟开关器件实现分时选通网络功能电路到USB接口的连接或USB功能电路到USB接口的连接，可以在不带有网络接口的平板电脑中，不需要USB转网络专用芯片做成的USB Dongle，就可以利用USB接口实现USB转网络接口转换，实现网络功能。

USB转网络接口的连接线仅仅是在物理上改变接口形状，一端适于插接USB数据线，一端适于插接网线，不需要进行数据处理，因此大大降低了成本，适于广泛应用。

优选地，所述网络功能电路具体为以太网Ethernet功能电路，所述Ethernet功能电路，在选通所述Ethernet功能电路到所述USB接口的连接时，将待传输的数据流封装为Ethernet帧，并将所述Ethernet帧经所述模拟开关器件发送到所述USB接口，经所述模拟开关器件接收所述USB接口发送的所述Ethernet帧，对接收的所述Ethernet帧解封装；所述USB转网络接口的连接线具体为USB转Ethernet接口的连接线。

当然，也可以是使用其他网络协议的网络功能电路。下面以网络功能电路采用以太网Ethernet功能电路给出本发明优选实施例。

优选地，USB接口具体连接USB转RJ45接口的连接线。

本发明实施例中控制电路控制模拟开关器件分时选通Ethernet功能电路到USB接口的连接或USB功能电路到USB接口的连接，可以采用如下任一方式：

1）检测到USB接口连接USB数据线时，控制模拟开关器件选通USB功能电路到USB接口的连接，检测到USB接口连接USB转Ethernet接口的连接线时，控制模拟开关器件选通Ethernet功能电路到USB接口的连接；

2）根据用户指示分时选通Ethernet功能电路到USB接口的连接或USB功能电路到USB接口的连接。

当然，还可以采用其他方式控制模拟开关器件，保证数据的正常传输即可。

优选地，本发明实施例中模拟开关器件具体包括：第一信号管脚，连接所述USB接口；第二信号管脚，连接所述Ethernet功能电路；第三信号管脚，连接所述USB功能电路；控制管脚，接收所述控制电路的控制信号，根据所述控制信号选通第一信号管脚与第二信号管脚，或选通第一信号管脚与第三信号管脚，从而实现Ethernet功能电路与USB接口传输Ethernet帧，或选通所述连接USB功能电路的信号管脚与所述连接USB接口的信号管脚，从而实现USB功能单元与USB接口传输USB数据流。

优选地，第一信号管脚、第二信号管脚、第三信号管脚均为4个，所述模拟开关器件具体包括：

第一开关器件，包括第一控制管脚、2个第一信号管脚、2个第二信号管脚、2个第三信号管脚，所述第一控制管脚接收所述控制电路的控制信号，根据所述控制信号选通所述2个第一信号管脚与所述2个第二信号管脚，或选通所述2个第一信号管脚与所述2个第三信号管脚；

第二开关器件，包括第二控制管脚、另外2个所述第一信号管脚、另外2个第二信号管脚、另外2个第三信号管脚，所述第二控制管脚接收所述控制电路的控制信号，根据所述控制信号选通所述另外2个第一信号管脚与所述另外2个第二信号管脚，或选通所述另外2个第一信号管脚与所另外2个第三信号管脚。

如图4所示为Ethernet功能电路的具体结构，包括Ethernet PHY芯片（以太网物理层芯片）和网络变压器Ethernet Transformer，Ethernet PHY芯片的功能主要有两个：一是将电脑的数据封装为以太网帧，并经管脚TXOP、TXON发送到网络变压器；二是通过管脚RXIP、RXIN接收网络变压器传输的以太网帧，并对其解封装重新组合成数据，发送到所在的电脑中，如传送到系统CPU作进一步处理。

Ethernet Transformer主要实现以下功能：满足IEEE 802.3电气隔离要求；无失真传输以太网信号；辐射发射的抑制。工作时，将从Ethernet PHY芯片接收的以太网帧通过管脚ETX_TX+、ETX_TX-发送出去，将通过管脚ETX_RX+、ETX_RX-接收的以太帧传输到Ethernet PHY芯片。

模拟开关器件连接网络变压器的4个管脚ETX_TX+、ETX_TX-、ETX_RX+、ETX_RX-。

USB功能单元包括4个信号管脚USB_DM0、USB_DP0、USB_ID0、USB_GND0，如图5所示，USB接口电路包括4个信号管脚USB_DM、USB_DP、USB_ID、USB_GND。

模拟开关器件连接USB功能单元的上述4个信号管脚及USB接口电路的上述4个信号管脚。

如图6所示，模拟开关器件Analog Switch具体包括第一开关器件UH1及第二开关器件UH2，UH1包括第一控制管脚S、连接USB接口电路的USB_DP的管脚D+、连接USB接口电路的USB_DM的管脚D-，对应连接网络变压器管脚ETX_TX+、ETX_TX-的管脚HSD1+、HSD1-，对应连接USB功能单元管脚USB_DM0、USB_DP0的管脚HSD2+、HSD2-。

UH2包括第二控制管脚S、连接USB接口电路的USB_ID的管脚D+、连接USB接口电路的USB_GND的管脚D-，对应连接网络变压器管脚ETX_RX+、ETX_RX-的管脚HSD1+、HSD1-，对应连接USB功能单元管脚USB_ID0、USB_GND0的管脚HSD2+、HSD2-。

使用GPIO（General Purpose Input Output，通用输入输出口）来控制AnalogSwitch是选择USB信号还是Ethernet信号通过USB接口。如果使用GPIO来控制AnalogSwitch器件UH1和UH2内部的D+和HSD1+，D-和HSD1-连通，表明选通Ethernet的两组差分信号连接到USB接口上，实现Ethernet功能，把USB的信号隔离开来；或控制Analog Switch器件UH1和UH2内部的D+和HSD2+，D-和HSD2-连通，表明Ethernet的两组差分信号跟USB座被隔离，把USB的信号选通到USB座上，实现USB的功能。

本发明实施例可以用Analog Switch器件来实现Ethernet信号和USB信号分时复用USB接口的四个信号管脚，达到只需一个USB接口，就可以实现USB功能和Ethernet网络功能的目的。如果要使用Ethernet，只需再加一条USB转RJ45转接线即可。无需带USB转Ethernet的转换芯片，让平板电脑实现网络功能，实现成本低。

本发明实施例还提供一种共用USB接口的方法，所述方法由一共用USB接口电路实施，该共用USB接口电路包括控制电路、模拟开关器件、网络功能电路、USB功能电路和USB接口，该方法包括：

所述控制电路确定打开网络应用时，控制所述模拟开关器件选通所述网络功能电路到所述USB接口的连接；

所述控制电路确定打开USB功能应用时，控制所述模拟开关器件选通所述USB功能电路到所述USB接口的连接；

其中，在选通所述网络功能电路到所述USB接口的连接时，所述网络功能电路将待传输的数据流封装为网络协议帧，并将所述网络协议帧经所述模拟开关器件发送到所述USB接口，经所述模拟开关器件接收所述USB接口发送的所述网络协议帧，对接收的所述网络协议帧解封装；

在选通所述USB功能电路到所述USB接口的连接时，所述USB功能电路将待传输的USB数据流经所述模拟开关器件发送到所述USB接口，经所述模拟开关器件接收所述USB接口发送的所述USB数据流。

优选地，所述网络功能电路具体为以太网Ethernet功能电路，所述Ethernet功能电路，在选通所述Ethernet功能电路到所述USB接口的连接时，将待传输的数据流封装为Ethernet帧，并将所述Ethernet帧经所述模拟开关器件发送到所述USB接口，经所述模拟开关器件接收所述USB接口发送的所述Ethernet帧，对接收的所述Ethernet帧解封装

优选地，所述控制电路，检测到USB接口连接USB数据线时，确定打开USB功能应用，检测到USB接口连接USB转网络接口的连接线时，确定打开Ethernet应用。

优选地，所述USB转网络接口的连接线具体为USB转Ethernet接口的连接线。

优选地，所述控制电路根据用户的指示确定打开网络应用或打开USB功能应用。

具体地，以网络采用以太网Ethernet为例，如图7所示，可以采用如下流程：

控制电路开始工作后，首先检测是否打开Ethernet应用，若是，则通过模拟开关电路选择Ethernet信号通过USB接口，开始进行Ethernet数据传输，确定Ethernet应用退出重新开始检测；若检测到未打开Ethernet应用，则通过模拟开关电路选择USB信号通过USB接口，执行USB标准检测流程，进行USB数据传输，检测到USB断开连接后，重新开始进行检测；USB数据传输过程中，检测到打开Ethernet应用时，提示USB连接中，不能使用Ethernet功能。

本发明实施例可以在有限的接口资源下，通过共用USB接口的方式，把Ethernet的信号引出来，外面只需一条USB转RJ45的连接线，就可以实现网络功能。

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 (9)

1.一种USB功能和网络功能共用USB接口的电路，其特征在于，所述电路包括控制电路、模拟开关器件、网络功能电路、USB功能电路和USB接口，其中，

所述控制电路控制所述模拟开关器件分时选通所述网络功能电路或所述USB功能电路到所述USB接口的连接；

所述网络功能电路，在选通所述网络功能电路到所述USB接口的连接时，将待传输的数据流封装为网络协议帧，并将所述网络协议帧经所述模拟开关器件发送到所述USB接口，经所述模拟开关器件接收所述USB接口发送的所述网络协议帧，对接收的所述网络协议帧解封装；

所述USB功能电路，在选通所述USB功能电路到所述USB接口的连接时，将待传输的USB数据流经所述模拟开关器件发送到所述USB接口，经所述模拟开关器件接收所述USB接口发送的所述USB数据流；

所述USB接口，连接USB数据线传输所述USB数据流或者连接USB转网络接口的连接线传输网络协议帧；

其中，所述模拟开关器件具体包括：第一信号管脚，连接所述USB接口；第二信号管脚，连接所述网络功能电路；第三信号管脚，连接所述USB功能电路；控制管脚，接收所述控制电路的控制信号，根据所述控制信号选通第一信号管脚与第二信号管脚，或选通第一信号管脚与第三信号管脚；

第一信号管脚、第二信号管脚、第三信号管脚均为4个，所述模拟开关器件具体包括：第一开关器件，包括第一控制管脚、2个第一信号管脚、2个第二信号管脚、2个第三信号管脚，所述第一控制管脚接收所述控制电路的控制信号，根据所述控制信号选通所述2个第一信号管脚与所述2个第二信号管脚，或选通所述2个第一信号管脚与所述2个第三信号管脚；

第二开关器件，包括第二控制管脚、另外2个第一信号管脚、另外2个第二信号管脚、另外2个第三信号管脚，所述第二控制管脚接收所述控制电路的控制信号，根据所述控制信号选通所述另外2个第一信号管脚与所述另外2个第二信号管脚，或选通所述另外2个第一信号管脚与所述另外2个第三信号管脚。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述网络功能电路具体包括网络物理层芯片和网络变压器，所述网络物理层芯片经所述网络变压器与所述模拟开关器件连接。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制电路，检测到所述USB接口连接所述USB数据线时，控制所述模拟开关器件选通所述USB功能电路到所述USB接口的连接，检测到所述USB接口连接所述USB转网络接口的连接线时，控制所述模拟开关器件选通所述网络功能电路到所述USB接口的连接。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制电路根据用户指示分时选通所述网络功能电路或所述USB功能电路到所述USB接口的连接。

5.如权利要求1～4任一所述的电路，其特征在于，所述网络功能电路具体为以太网Ethernet功能电路，

所述Ethernet功能电路，在选通所述Ethernet功能电路到所述USB接口的连接时，将待传输的数据流封装为Ethernet帧，并将所述Ethernet帧经所述模拟开关器件发送到所述USB接口，经所述模拟开关器件接收所述USB接口发送的所述Ethernet帧，对接收的所述Ethernet帧解封装；

所述USB转网络接口的连接线具体为USB转Ethernet接口的连接线。

6.一种USB功能和网络功能共用USB接口的方法，所述方法由一共用USB接口电路实施，该共用USB接口电路包括控制电路、模拟开关器件、网络功能电路、USB功能电路和USB接口，其特征在于，该方法包括：

所述控制电路确定打开网络应用时，控制所述模拟开关器件选通所述网络功能电路到所述USB接口的连接；

所述控制电路确定打开USB功能应用时，控制所述模拟开关器件选通所述USB功能电路到所述USB接口的连接；

其中，在选通所述网络功能电路到所述USB接口的连接时，所述网络功能电路将待传输的数据流封装为网络协议帧，并将所述网络协议帧经所述模拟开关器件发送到所述USB接口，经所述模拟开关器件接收所述USB接口发送的所述网络协议帧，对接收的所述网络协议帧解封装；

在选通所述USB功能电路到所述USB接口的连接时，所述USB功能电路将待传输的USB数据流经所述模拟开关器件发送到所述USB接口，经所述模拟开关器件接收所述USB接口发送的所述USB数据流；

所述模拟开关器件具体包括：第一信号管脚，连接所述USB接口；第二信号管脚，连接所述网络功能电路；第三信号管脚，连接所述USB功能电路；控制管脚，接收所述控制电路的控制信号，根据所述控制信号选通第一信号管脚与第二信号管脚，或选通第一信号管脚与第三信号管脚；

第一信号管脚、第二信号管脚、第三信号管脚均为4个，所述模拟开关器件具体包括：第一开关器件，包括第一控制管脚、2个第一信号管脚、2个第二信号管脚、2个第三信号管脚，所述第一控制管脚接收所述控制电路的控制信号，根据所述控制信号选通所述2个第一信号管脚与所述2个第二信号管脚，或选通所述2个第一信号管脚与所述2个第三信号管脚；

第二开关器件，包括第二控制管脚、另外2个第一信号管脚、另外2个第二信号管脚、另外2个第三信号管脚，所述第二控制管脚接收所述控制电路的控制信号，根据所述控制信号选通所述另外2个第一信号管脚与所述另外2个第二信号管脚，或选通所述另外2个第一信号管脚与所述另外2个第三信号管脚。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制电路确定打开USB功能应用，具体包括：

所述控制电路检测到所述USB接口连接USB数据线时，确定打开所述USB功能应用。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制电路确定打开网络应用，具体包括：

所述控制电路检测到所述USB接口连接USB转网络接口的连接线时，确定打开所述网络应用。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制电路根据用户的指示确定打开所述网络应用或打开所述USB功能应用。