CN103699201B - 一种多功能开机电路及蓝牙产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能开机电路及蓝牙产品，包括按键电路、NFC电路、充电电路、主芯片和为主芯片供电的电源转换电路；所述电源转换电路的使能端接收通过按键电路、NFC电路和充电电路输出的开机信号，且在一路开机信号为高电平时，电源转换电路使能运行，输出工作电源至主芯片，所述主芯片上电后，输出高电平的开机信号维持电源转换电路继续使能运行。本发明的多功能开机电路，结构设计简单，器件使用量少，硬件成本低，可以显著节约PCB板的使用面积，尤其适合在体积小巧的低功耗蓝牙产品中推广应用，以适应低功耗蓝牙产品的小型化设计需求。

Description

一种多功能开机电路及蓝牙产品

技术领域

本发明属于开机控制电路技术领域，具体地说，是涉及一种支持多种开机方式的控制电路以及采用这种多功能开机电路设计的蓝牙产品。

背景技术

蓝牙产品是一种利用蓝牙技术设计的无线通信电子产品，支持短距离无线通信，具有延迟时间短、连接稳定等特点，目前已广泛应用在手机、耳机、音箱等电子产品中。

低功耗蓝牙是蓝牙产品研发的一个新兴主流方向。低功耗蓝牙应用范围比较广泛，目前在智能手表、腕带、蓝牙耳机等产品中都有应用。随着低功耗蓝牙技术的快速发展，以及消费者对该类产品功能要求的日益多样化，在低功耗蓝牙产品中实现多功能开机控制技术，例如按键开关机、NFC开机和充电开机等，是目前摆在很多低功耗蓝牙产品面前的一个设计难题。这是因为，目前的低功耗蓝牙产品大多体积较小，内部为系统电路预留的布设空间非常有限。而现有的多功能开机控制技术所使用的器件往往较多，且需要占用系统主芯片较多的IO口资源，不仅需要消耗较多的硬件成本，而且要求占用较大的PCB面积，因而，不利于在体积小巧的低功耗蓝牙产品中推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电路结构简单、成本低廉的多功能开机电路及蓝牙产品，在满足功能需求的前提下，尽可能地减少了器件的使用，节省了PCB的面积。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种多功能开机电路，包括按键电路、NFC电路、充电电路、主芯片和为主芯片供电的电源转换电路；所述电源转换电路的使能端接收通过按键电路、NFC电路和充电电路输出的开机信号，且在一路开机信号为高电平时，电源转换电路使能运行，输出工作电源至主芯片，所述主芯片上电后，输出高电平的开机信号维持电源转换电路继续使能运行。

进一步的，通过所述按键电路、NFC电路、充电电路和主芯片输出的开机信号经由开机模式选择电路选择其中的一路高电平的开机信号，输出至所述电源转换电路的使能端。

为了避免多路开机信号之间产生干扰影响，在所述开机模式选择电路中设置有四路隔离电路，通过所述按键电路、NFC电路、充电电路和主芯片输出的开机信号各自经由一路隔离电路传输至所述电源转换电路的使能端。

优选的，在每一路所述的隔离电路中均设置有一颗二极管，四颗二极管的阳极一一对应接收通过所述按键电路、NFC电路、充电电路和主芯片输出的开机信号，阴极分别连接所述电源转换电路的使能端；所述四颗二极管为四颗独立的二极管器件，或者两个阴极对接的反向串联的双二极管器件，或者两颗独立的二极管器件搭配一个阴极对接的反向串联的双二极管器件。

作为所述按键电路的一种优选设计方案，在所述按键电路中设置有开关机按键，所述开关机按键的一端连接系统内部的电池，另一端连接限流电阻，在开关机按键闭合时，电池电压通过限流电阻向电源转换电路输出高电平的开机信号。

作为所述NFC电路的一种优选设计方案，在所述NFC电路中设置有NFC线圈和NFC芯片，所述NFC芯片通过NFC线圈感应到外部有NFC设备扫描时，输出高电平的开机信号。

为了实现主芯片对开机模式的准确识别，所述按键电路和NFC电路输出的开机信号各自经由一路反向电路对开机信号的电位进行反向处理后，输出至主芯片的不同I/O口；所述主芯片在上电后，检测两路所述的I/O口，根据两路I/O口的电平状态判断当前的开机模式。

优选的，在每一路所述的反向电路中均设置有一NPN型三极管或一N沟道MOS管，当设置的是NPN型三极管时，所述三极管的基极接收所述的开机信号，发射极接地，集电极接收电源转换电路输出的工作电源，并连接所述主芯片的I/O口；当设置的是N沟道MOS管时，所述MOS管的栅极接收所述的开机信号，源极接地，漏极接收电源转换电路输出的工作电源，并连接所述主芯片的I/O口。

作为所述充电电路的一种优选设计方案，在所述充电电路中设置有充电接口和电源管理模块，所述充电接口在有充电电源接入时，通过充电接口的电源引脚输入的充电电压经由分压电路分压后，输出所述的高电平的开机信号；所述电源管理模块接收通过充电接口接入的充电电源，为系统内部的电池充电，并输出充电状态指示信号至所述的主芯片；所述主芯片在上电后，若首先检测到充电状态指示信号指示充电状态，则判定当前的开机模式为充电开机模式。

为实现本发明的前述发明目的，对于本发明所提出的蓝牙产品，采用以下技术方案予以实现：

一种蓝牙产品，包括按键电路、NFC电路、充电电路、主芯片和为主芯片供电的电源转换电路；所述电源转换电路的使能端接收通过按键电路、NFC电路和充电电路输出的开机信号，且在一路开机信号为高电平时，电源转换电路使能运行，输出工作电源至主芯片，所述主芯片上电后，输出高电平的开机信号维持电源转换电路继续使能运行。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的多功能开机电路针对每一种开机方式采用均首先控制电源转换电路使能运行，利用电源转换电路输出系统主芯片所需的工作电源为主芯片供电，然后利用主芯片在上电后输出的开机信号维持电源转换电路继续使能运行，从而完成了系统电路的开机过程。本发明的多功能开机电路，结构设计简单，器件使用量少，硬件成本低，可以显著节约PCB板的使用面积，尤其适合在体积小巧的低功耗蓝牙产品中推广应用，以适应低功耗蓝牙产品的小型化设计需求。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的多功能开机电路的一种实施例的系统架构原理框图；

图2是图1中开机模式选择电路的一种实施例的电路原理图；

图3是图1中电源转换电路及其外围电路的一种实施例的电路原理图；

图4是蓝牙芯片及其外围电路的一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

本发明的多功能开机电路为电子产品提供三种开机模式：按键开机、NFC外设扫描开机和充电开机。在电路设计上，针对三种开机模式，本发明分别设置了按键电路、NFC电路和充电电路，参见图1所示。当用户选择其中一种开机模式控制电子产品开机时，与该种开机模式相对应的功能电路（即按键电路、NFC电路或者充电电路）输出高电平的开机信号至系统内部的电源转换电路，通过控制电源转换电路使能运行，进而将系统电源转换成满足系统主芯片用电需求的工作电源，输出至主芯片的供电端，控制主芯片上电。主芯片在上电后，输出高电平的开机信号PWR_CTL，输出至电源转换电路的使能端，以维持电源转换电路能够继续使能运行，继而完成系统电路的开机运行操作。

下面以将本发明所提出的多功能开机电路应用在蓝牙产品中为例，对所述多功能开机电路的具体组建结构及其工作原理进行详细的阐述。

参见图1所示，本实施例在蓝牙产品中设计按键电路、NFC电路和充电电路，通过所述按键电路、NFC电路和充电电路分别输出的开机信号KEY_IN、NFC_DETECT、VBUS_EN传输至开机模式选择电路，经由开机模式选择电路选择其中一路或者多路高电平的开机信号，输出至电源转换电路的使能端EN，使电源转换电路使能，投入运行，进而将系统电源VIN转换成蓝牙芯片（即蓝牙产品中的主芯片）运行所需的工作电源VSYS，输出至蓝牙芯片，使蓝牙芯片上电。蓝牙芯片上电后，为了避免通过按键电路、NFC电路和充电电路输出的开机信号KEY_IN、NFC_DETECT、VBUS_EN转为低电平，而导致蓝牙芯片掉电，使系统重新转入关机状态，本实施例设计蓝牙芯片在上电后，自身输出一路高电平的开机信号PWR_CTL至开机模式选择电路，并经由开机模式选择电路输出至电源转换电路的使能端EN，维持电源转换电路继续使能运行，进而能够持续为蓝牙芯片提供不间断的工作电源VSYS，使蓝牙芯片运行起来，最终控制整个系统电路进入正常运行的工作模式。

作为所述开机模式选择电路的一种优选设计方案，本实施例为了避免四路开机信号KEY_IN、NFC_DETECT、VBUS_EN、PWR_CTL彼此间产生相互影响，在开机模式选择电路中设置四路隔离电路，每一路开机信号KEY_IN、NFC_DETECT、VBUS_EN、PWR_CTL各自经由一路隔离电路传输至电源转换电路的使能端EN，以保证各路开机信号KEY_IN、NFC_DETECT、VBUS_EN、PWR_CTL的正确传输方向。

在本实施例中，所述隔离电路可以选用光电耦合器或者二极管等隔离元件进行电路的具体设计。但出于降低成本方面的考虑，本实施例优选采用二极管设计所述的隔离电路，参见图2所示。在开机模式选择电路中设置四路二极管D1-D4，所述四路二极管D1-D4可以选用四颗独立的二极管器件或者选用两个阴极对接的反向串联的双二极管器件ZD1、ZD2或者两颗独立的二极管器件搭配一个阴极对接的反向串联的双二极管器件进行电路的具体设计，本实施例对此不进行具体限制。将四路二极管D1-D4的阳极一一对应地连接至按键电路、蓝牙芯片、NFC电路和充电电路，接收通过按键电路、蓝牙芯片、NFC电路和充电电路分别输出的开机信号KEY_IN、PWR_CTL、NFC_DETECT、VBUS_EN；将四路二极管D1-D4的阴极连接电源转换电路的使能端EN，向电源转换电路输出使能信号LDO_EN。

作为所述按键电路的一种优选设计方案，本实施例在按键电路中设置开关机按键SW1，如图2所示，将所述开关机按键SW1的一端连接蓝牙产品内部的电池，接收电池输出的电池电压VBAT；将开关机按键SW1的另一端连接限流电阻R20，经限流电阻R20连接至二极管D1的阳极，二极管D1的阴极连接至电源转换电路的使能端EN。当用户按下开关机按键SW1控制蓝牙产品开机时，电池电压VBAT通过闭合的开关机按键SW1，经由限流电阻R20生成高电平的开机信号KEY_IN，通过二极管D1输出至电源转换电路，控制电源转换电路使能，投入运行。

作为所述NFC电路的一种优选设计方案，本实施例为了实现外部NFC设备对蓝牙产品的扫描开机功能，在NFC电路中设置NFC线圈和NFC芯片。NFC是Near Field Communication的英文缩写，即近场通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（通常在十厘米以内），交换数据。目前在很多手机产品中都集成了NFC技术，用于实现手机产品的非接触式支付功能，例如在乘坐公交车或者购物时，都可以利用手机接近读卡器，利用手机实现刷卡支付功能。

由于手机产品对于目前的广大消费者来说，已经成为一个相当普及的通信工具。如果能够利用用户手中的手机接近蓝牙产品，对蓝牙产品进行扫描，即可控制蓝牙产品上电开机，这无疑会极大方便用户对蓝牙产品的开机操作。鉴于此，本实施例在蓝牙产品中设计NFC电路，利用NFC芯片连接NFC线圈，感应外部是否有NFC设备接近，并对本系统进行扫描。在外部有NFC设备接近时，通过NFC线圈感应输出交流脉冲信号，传输至所述的NFC芯片。为了避免蓝牙产品发生误开机问题，优选设置所述NFC芯片在检测到通过NFC线圈输出的有效脉冲达到设定个数时，例如50个脉冲时，判定当前是用户正在使用NFC设备对本系统进行扫描，而不是短暂地靠近了蓝牙产品。此时，NFC芯片输出高电平的开机信号NFC_DETECT，通过二极管D3传输至电源转换电路的使能端EN，为电源转换电路提供有效的使能信号LDO_EN，进而控制电源转换电路使能运行，为蓝牙芯片供电。

作为所述充电电路的一种优选设计方案，在所述充电电路中设置有充电接口和电源管理模块，结合图1、图2所示。所述充电接口用于连接充电电源，当有充电电源插入到充电接口上时，通过充电接口的电源引脚输入充电电压。所述充电电压通常为5V，往往高于电源转换电路的使能端EN所允许输入的电平幅值。为了满足对电源转换电路的使能控制要求，本实施例在充电接口的电源引脚上连接分压电路，利用分压电路对通过充电接口的电源引脚接入的充电电压进行分压，进而生成满足电源转换电路识别要求的高电平的开机信号VBUS_EN，通过二极管D4输出至所述电源转换电路的使能端EN。

通过充电接口的电源引脚输入的充电电源同时传输至电源管理模块，通过电源管理模块内部的充电管理芯片向蓝牙产品内部的电池充电蓄能。当电源管理模块为电池充电的过程中，输出表示充电状态的充电状态指示信号CHG_STA（例如低电平表示充电状态，高电平表示未充电状态）至所述的蓝牙芯片，例如传输至蓝牙芯片U2的P0.30接口，结合图4所示。蓝牙芯片在上电后，若检测到其P0.30接口为低电平，即表示充电状态的电平，则判定此次开机为充电开机模式，并通过其P0.06接口输出高电平的开机信号PWR_CTL，经由二极管D2传输至电源转换电路的使能端EN，控制电源转换电路保持运行状态，持续为蓝牙芯片U2提供工作电源VSYS，经滤波电容C16滤波后，输出至蓝牙芯片U2的供电引脚VDD，完成开机过程。

在本实施例中，所述电源转换电路可以采用DC-DC转换芯片或者低压差线性稳压器LDO配合简单的外围电路组建而成，以实现系统电源VIN到工作电源VSYS的转换。以低压差线性稳压器LDO为例进行说明，参见图3所示，将稳压器U1的输入端A1连接系统电源VIN，若电池电压VBAT能够满足稳压器U1的电源输入要求，可以直接将电池电压VBAT作为所述的系统电源VIN，传输至所述稳压器U1的输入端Vin。若电池电压VBAT高于稳压器U1的电源输入要求，则可以采用对电池电压VBAT分压的方式，生成满足稳压器U1电源输入要求的系统电源VIN（通常为3.7V左右），输入至稳压器U1的输入端Vin。稳压器U1的使能端EN接收通过开机模式选择电路输出的使能信号LDO_EN，当使能信号LDO_EN为有效的高电平时，稳压器U1启动运行，将输入的系统电源VIN稳压变换成蓝牙芯片运行所需的工作电源VSYS，输出至蓝牙芯片U2的供电引脚VDD。同时，通过稳压器U1稳压输出的工作电源VSYS还通过一发光二级管LED_W3和串联的限流电阻R26传输至蓝牙芯片U2的P0.01接口，结合图4所示。蓝牙芯片U2在上电运行后，置其P0.01接口为低电平，进而使发光二级管LED_W3点亮，对蓝牙产品当前的开机运行状态进行指示。

为了满足蓝牙芯片U2对各种开机模式的准确识别，将通过所述按键电路和NFC电路输出的开机信号KEY_IN和NFC_DETECT各种经由一路反向电路进行电位反向变换后，对应输出至蓝牙芯片U2的两路I/O口，例如P0.29接口和P0.03接口，如图4所示。当蓝牙芯片U2上电后，首先检测其P0.29接口、P0.03和P0.30接口的电平状态，根据各路接口的高低电平状态，即可方便地判断出是何种开机模式，进而执行相应的后续操作。

作为本实施例的一种优选设计方案，所述反向电路优选采用一颗N沟道MOS管Q1或Q2配合简单的外围电路组建而成，参见图4所示。以用于对按键电路输出的开机信号KEY_IN进行电位反向变换的反向电路为例进行说明。将通过按键电路输出的开机信号KEY_IN传输至N沟道MOS管Q1的栅极，所述N沟道MOS管Q1的源极接地，漏极通过限流电阻R38连接工作电源VSYS，并输出反向后的开机信号至蓝牙芯片U2的P0.29接口。

当按键电路输出的开机信号KEY_IN为高电平时，N沟道MOS管Q1进入饱和导通状态，由于MOS管Q1的源极接地，因而将其漏极电位拉低，使蓝牙芯片U2的P0.29接口为低电平，实现开机模式的指示功能。当用户的手从开关机按键SW1上抬起时，开关机按键SW1断开，通过按键电路输出的开机信号KEY_IN变为低电平。此时，N沟道MOS管Q1转为截止状态，工作电源VSYS通过限流电阻R38作用到蓝牙芯片U2的P0.29接口。蓝牙芯片U2当检测到其P0.29接口由低电平变为高电平时，判定开关机按键SW1断开，并在正常运行的过程中，定时检测P0.29接口的电平状态。当用户需要关闭蓝牙产品时，长时间的按下开关机按键SW1，此时，蓝牙芯片U2若检测到其P0.29接口的电平状态由高电平变为低电平，且低电平的持续时间到达设定值时，判定用户执行了关机操作，通过其P0.06接口输出低电平的开机信号PWR_CTL，控制系统电路关机。

同理，利用N沟道MOS管Q2配合限流电阻R39即可连接形成用于对NFC电路输出的开机信号NFC_DETECT进行电位反向变换处理的反向电路，参见图4所示，本实施例在此不再详细说明。

当然，所述反向电路也可以选用NPN型三极管、数字非门或者其他开关元件配合外围电路组建而成。当选用NPN型三极管设计所述的反向电路时，可以利用NPN型三极管的基极接收通过按键电路或者NFC电路输出的开机信号KEY_IN或者NFC_DETECT，将NPN型三极管的发射极接地，集电极通过限流电阻连接所述的工作电源VSYS，同样可以实现对开机信号KEY_IN或者NFC_DETECT的反向变换，本实施例并不仅限于以上举例。

本实施例的多功能开机电路结构简单，使用器件极少，功耗极低，无需占用过多的PCB空间，特别适合在低功耗的蓝牙产品中推广应用，并有利于低功耗蓝牙产品的小型化设计。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多功能开机电路，其特征在于：包括按键电路、NFC电路、充电电路、主芯片和为主芯片供电的电源转换电路；所述电源转换电路的使能端接收通过按键电路、NFC电路和充电电路输出的开机信号，且在一路开机信号为高电平时，电源转换电路使能运行，输出工作电源至主芯片，所述主芯片上电后，输出高电平的开机信号维持电源转换电路继续使能运行；

在所述NFC电路中设置有NFC线圈和NFC芯片，在外部有NFC设备接近时，通过NFC线圈感应输出交流脉冲信号，传输至所述的NFC芯片；所述NFC芯片在检测到通过NFC线圈输出的有效脉冲达到设定个数时，判定当前是用户正在使用NFC设备对本系统进行扫描，进而输出高电平的开机信号。

2.根据权利要求1所述的多功能开机电路，其特征在于：通过所述按键电路、NFC电路、充电电路和主芯片输出的开机信号经由开机模式选择电路选择其中的一路高电平的开机信号，输出至所述电源转换电路的使能端。

3.根据权利要求2所述的多功能开机电路，其特征在于：在所述开机模式选择电路中设置有四路隔离电路，通过所述按键电路、NFC电路、充电电路和主芯片输出的开机信号各自经由一路隔离电路传输至所述电源转换电路的使能端。

4.根据权利要求3所述的多功能开机电路，其特征在于：在每一路所述的隔离电路中均设置有一颗二极管，四颗二极管的阳极一一对应接收通过所述按键电路、NFC电路、充电电路和主芯片输出的开机信号，阴极分别连接所述电源转换电路的使能端；所述四颗二极管为四颗独立的二极管器件，或者两个阴极对接的反向串联的双二极管器件，或者两颗独立的二极管器件以及一个阴极对接的反向串联的双二极管器件。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的多功能开机电路，其特征在于：在所述按键电路中设置有开关机按键，所述开关机按键的一端连接系统内部的电池，另一端连接限流电阻，在开关机按键闭合时，电池电压通过限流电阻向电源转换电路输出高电平的开机信号。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的多功能开机电路，其特征在于：在所述充电电路中设置有充电接口和电源管理模块，所述充电接口在有充电电源接入时，通过充电接口的电源引脚输入的充电电压经由分压电路分压后，输出所述高电平的开机信号；所述电源管理模块接收通过充电接口接入的充电电源，为系统内部的电池充电，并输出充电状态指示信号至所述的主芯片；所述主芯片在上电后，若首先检测到充电状态指示信号指示充电状态，则判定当前的开机模式为充电开机模式。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的多功能开机电路，其特征在于：所述按键电路和NFC电路输出的开机信号各自经由一路反向电路对开机信号的电位进行反向处理后，输出至主芯片的不同I/O口；所述主芯片在上电后，检测两路所述的I/O口，根据两路I/O口的电平状态判断当前的开机模式。

8.根据权利要求7所述的多功能开机电路，其特征在于：在每一路所述的反向电路中均设置有一NPN型三极管或一N沟道MOS管，当设置的是NPN型三极管时，所述三极管的基极接收所述的开机信号，发射极接地，集电极接收电源转换电路输出的工作电源，并连接所述主芯片的I/O口；当设置的是N沟道MOS管时，所述MOS管的栅极接收所述的开机信号，源极接地，漏极接收电源转换电路输出的工作电源，并连接所述主芯片的I/O口。

9.一种蓝牙产品，其特征在于：设置有如权利要求1至8中任一项所述的多功能开机电路，所述主芯片为蓝牙芯片。