CN106844276B - Usb电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种USB电路，该USB电路包括device接口电路、host接口电路、控制器和电子开关电路，device接口电路包括device接口，host接口电路包括host接口，当device接口插入设备时，控制器控制电子开关电路进入工作状态，且device接口电路输出控制信号至电子开关电路，以使得电子开关电路将控制器输出的device信号输出至device接口电路；当device接口未插入设备时，电子开关电路将控制器输出的host信号输出至host接口电路。上述USB电路，通过所述电子开关电路即可以实现device模式和host模式的自动切换，电路简单。

Description

USB电路

技术领域

本发明涉及电路领域，特别是涉及一种USB电路。

背景技术

普通终端的产品中只有一个USB接口支持OTG(USB On-The-Go通常缩写为USBOTG，是USB 2.0规格的补充标准)功能，且其默认为device模式(从设备模式)，当需要切换为host模式(主设备模式)时，需要人工拔插OTG线来实现，从而导致该USB接口极易损坏。

发明内容

基于此，有必要提供一种USB电路，其可以实现device模式和host模式的自动切换。

一种USB电路，所述USB电路包括：

device接口电路，包括device接口；

host接口电路，包括host接口；

控制器，该控制器的第一输入端与所述device接口电路的输出端相连接；

电子开关电路，该电子开关电路的输出端与所述device接口电路的输入端以及所述host接口电路的输入端相连接，该电子开关电路的路径选择端与所述device接口电路的输出端相连接，该电子开关电路的使能端与所述控制器的第一输出端相连接，该电子开关电路的device信号输入端与所述控制器的device信号输出端相连接，该电子开关电路的host信号输入端与所述控制器的host信号输出端相连接；

当所述device接口插入设备时，所述控制器控制所述电子开关电路进入工作状态，且所述device接口电路输出控制信号至所述电子开关电路，以使得所述电子开关电路将所述控制器输出的device信号输出至所述device接口电路；

当所述device接口未插入设备时，所述电子开关电路将所述控制器输出的host信号输出至所述host接口电路。

上述USB电路，当所述device接口插入设备时，所述控制器控制所述电子开关电路进入工作状态，且所述device接口电路输出控制信号至所述电子开关电路，以使得所述电子开关电路将所述控制器输出的device信号输出至所述device接口电路；当所述device接口未插入设备时，所述电子开关电路将所述控制器输出的host信号输出至所述host接口电路，通过所述电子开关电路即可以实现device模式和host模式的自动切换，电路简单。

在其中一个实施例中，所述USB电路还包括：

集线器，所述集线器的输入端与所述电子开关电路的输出端相连接，所述集线器包括多个输出端，其所述集线器的每个输出端均连接有host接口电路；

所述集线器用于将所述电子开关电路输出的一路host信号扩展为多路host信号。

在其中一个实施例中，所述USB电路还包括：

第一逻辑电路，所述第一逻辑电路的输入端与所述device接口电路的输出端，所述第一逻辑电路的输出端与所述电子开关电路的路径选择端相连接；

所述第一逻辑电路用于根据所述device接口电路输出的控制信号控制所述电子开关电路输出device信号或host信号。

在其中一个实施例中，所述第一逻辑电路包括第一开关管、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻的第一端与所述device接口电路的输出端相连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端以及所述第一开关管的第一端相连接，所述第二电阻的第二端接地，所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的第三端、所述第三电阻的第二端以及所述电子开关电路的路径选择端相连接，所述第三电阻的第一端接第一电源。

在其中一个实施例中，所述USB电路还包括第二逻辑电路，所述第二逻辑电路的输入端与所述device接口电路的输出端，所述第二逻辑电路的输出端与所述控制器的第一输入端相连接；

所述第二逻辑电路用于根据所述device接口电路输出的控制信号控制所述控制器进行对应于device信号的协议和对应于host信号的协议的准备。

在其中一个实施例中，所述第二逻辑电路包括第二开关管、第三开关管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻以及第九电阻，所述第四电阻的第一端与所述device接口电路的输出端相连接，所述第二电阻的第二端、所述第五电阻的第一端以及所述第二开关管的第一端相连接，所述第五电阻的第二端接地，所述第二二极管的第二端接地，所述第二二极管的第三端、所述第六电阻的第二端、所述第七电阻的第一端以及所述第三开关管的第一端相连接，所述第六电阻的第一端接第一电源，所述第七电阻接地，所述第三开关管的第三端、所述第八电阻的第一端以及所述第九电阻的第二端相连接，所述第八电阻的第一端接第二电源，所述第九电阻的第一端与所述控制器的第一输入端相连接。

在其中一个实施例中，所述USB电路还包括第十电阻，所述第十电阻的第一端与所述第三开关管的第一端相连接，所述第十电阻的第二端与所述控制器的第二输入端相连接，用于输出所述USB电路的休眠信号。

在其中一个实施例中，所述USB电路还包括电源电路，所述电源电路的输入端接电池电源，所述电源电路的控制端与所述控制器的第二输出端相连接，所述电源电路的输出端与所述host接口电路的电源端相连接。

在其中一个实施例中，所述控制器为集成电路芯片电路。

在其中一个实施例中，所述电子开关电路为集成芯片电路。

附图说明

图1为一实施例中USB电路的示意图；

图2为一实施例中的电源电路的电路图；

图3为图1所示实施例中的电子开关电路的电路图；

图4为图1所示实施例中集线器的电路图；

图5为图1所示实施例中的第一host接口电路的电路图；

图6为图1所示实施例中的第二host接口电路的电路图；

图7为图1所示实施例中的device接口电路的示意图；

图8为图1所示实施例中的第一逻辑电路的电路图；

图9为图1所示实施例中的第二逻辑电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

在详细说明根据本发明的实施例前，应该注意到的是，所述的实施例主要在于与USB电路相关的系统组件的组合。因此，所属系统组件已经在附图中通过常规符号在适当的位置表示出来了，并且只示出了与理解本发明的实施例有关的细节，以免因对于得益于本发明的本领域普通技术人员而言显而易见的那些细节模糊了本发明的公开内容。

在本文中，诸如左和右，上和下，前和后，第一和第二之类的关系术语仅仅用来区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不一定要求或暗示这种实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包含”或任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，由此使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包含这些要素，而且还包含没有明确列出的其他要素，或者为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

一般终端上会配置多个USB接口，以插入外部设备，当终端工作在device模式时，即终端为从设备，外部设备为主设备；当终端工作在host模式时，即终端为主设备，外部设备为从设备。

请参阅图1所示，图1为一实施例中USB电路的示意图，在该实施例中，该USB电路可以包括device接口电路200、host接口电路、控制器300以及电子开关电路100。其中device接口电路200包括device接口，host接口电路包括host接口，控制器300的第一输入端与device接口电路200的输出端相连接，电子开关电路100的输出端与device接口电路200的输入端以及host接口电路的输入端相连接，电子开关电路100的路径选择端与device接口电路200的输出端相连接，该电子开关电路100的使能端与控制器300的第一输出端相连接，电子开关电路100的device信号输入端与控制器300的device信号输出端相连接，电子开关电路100的host信号输入端与控制器300的host信号输出端相连接。

当device接口插入设备时，控制器300控制电子开关电路100进入工作状态，且device接口电路200输出控制信号至电子开关电路100，以使得电子开关电路100将控制器300输出的device信号输出至device接口电路200，当device接口未插入设备时，电子开关电路100将控制器300输出的host信号输出至host接口电路。

具体地，请参阅图1所示，终端默认USB工作在host模式，电子开关电路100输出host信号，此时当host接口插入设备时，经过host接口输出host信号。当device接口插入设备时，Vbus存在，电子开关电路100的路径选择端使能，且Vbus存在时，控制器300准备对应于device信号的协议，从而使得电子开关电路100可以输出device信号，经过device接口输出device信号。

上述USB电路，当device接口插入设备时，控制器300控制电子开关电路100进入工作状态，且device接口电路200输出控制信号至电子开关电路100，以使得电子开关电路100将控制器300输出的device信号输出至device接口电路200；当device接口未插入设备时，电子开关电路100将控制器300输出的host信号输出至host接口电路，通过所述电子开关电路100即可以实现device模式和host模式的自动切换，电路简单。

在其中一个实施例中，USB电路还可以包括电源电路700，请参阅图1并结合图2所示，图2为一实施例中的电源电路700的电路图，在该实施例中，电源电路700的输入端接电池电源，电源电路700的控制端与控制器300的第二输出端相连接，电源电路700的输出端与host接口电路的电源端相连接。该电源电路700用于根据控制器300的控制给host接口电路供电。具体参见图2，其输入端为VBAT，控制端为PWM_GPIO_3，输出端为VCC5V，即表示其输出5伏电压至host接口电路，另本电源电路中还设置有测试点TP67以测试输出电压是否为5伏。

在其中一个实施例中，请继续参阅图1所示，该USB电路还可以包括集线器400，集线器400的输入端与电子开关电路100的输出端相连接，集线器400包括多个输出端，其集线器400的每个输出端均连接有host接口电路；集线器400用于将电子开关电路100输出的一路host信号扩展为多路host信号。在本实施例中，如图1所示，通过集线器400将一路host信号扩展为两路host信号，在其他的实施例中，还可以是将一路host信号扩展位4路host信号、8路host信号或16路host信号等，在此仅以图1所示的实施例对本申请进行说明。

图1所示的实施例中的默认为host信号输出，当图1中的第一host接口电路800中的第一host接口、第二host接口电路900中的host接口以及device接口电路200中的device接口均未插入外部设备时，Vbus为0伏，输出至电子开关电路100和控制器300，控制器300根据该Vbus信号控制电源电路700给host接口电路和集线器400供电，且准备对应于host信号的协议，另外当Vbus为0伏时，电子开关电路100的路径选择端未使能，即电子开关电路100仍输出host信号，该host信号经过集线器400转换为两路host信号输出，从而使得终端可以同时作为两个外部设备的主设备使用，例如当host端插入U盘和鼠标时，或者插入两个U盘，或者插入鼠标和键盘时等，此时第一host接口、第二host接口电路900的中的至少一个可以插入设备，且device接口未插入设备。

当device接口插入设备时，例如通过USB线将micro USB接口连接到终端上时，此时Vbus上存在电压，例如5伏，从而控制器300判断此时为device模式，准备与device信号相对应的协议，同时当Vbus上存在电压时，电子开关电路100输出device信号至device接口电路200，从而host信号被切断，通过microUSB接口实现USB的device模式工作。

在其中一个实施例中，控制器300可以为集成电路芯片电路，电子开关电路100可以为集成芯片电路。例如，请参阅图3所示，图3为图1所示实施例中的电子开关电路100的电路图，该电子开关电路100为AOZ6184芯片以及其外围电路组成，图3中所示的USB_DP_AOZ6184引脚和USB_DN_AOZ6184引脚为该电子开关电路100的输出端，OE_SET引脚为该电子开关电路100的使能端，USB_SHIFT引脚为该电子开关电路100的路径选择端，电子开关电路100的各引脚的信号电路如图3所示包括一电源电压转换电路，以及电子开关转换电路的各个输出端和输入端的电路图。

具体在实际应用中，可以参见图4至图6所示，图4为图1所示实施例中集线器400的电路图，图5为图1所示实施例中的第一host接口电路800的电路图，图6为图1所示实施例中的第二host接口电路900的电路图，请参阅图4所示，其输入端为USB_DP_AOZ6164和USB_DN_AOZ6164，与图3所示实施例的输出端USB_DP_AOZ6164和USB_DN_AOZ6164相连接，输出端USB_DP1和USB_DN1与第一host接口电路800的输入端相连接，输出端USB_DP2和USB_DN2与第二host接口电路900的输入端相连接，图5和图6中均示出了host接口电路中将电源电路700输出的VCC5V电源转换为host接口电路的电源，例如图5中所述的VDD5V_PORT1和图6中所示的VDD5V_PORT2，其中TP83NC_TP和TP84NC_TP，以及TP86NC_TP和TP86NC_TP均为测试点。图7为图1所示实施例中的device接口电路200的示意图，其输入端USB_DP_AOZ6164和USB_DN_AOZ6164和图3所示的电子电路开关的输出端USB_DP_AOZ6164和USB_DN_AOZ6164相连接，其中TP81NC_TP和TP82NC_TP均为测试点。

在其中一个实施例中，请参阅图8所示，图8为图1所示实施例中的第一逻辑电路500的电路图，USB电路还可以包括第一逻辑电路500，第一逻辑电路500的输入端与device接口电路200的输出端，第一逻辑电路500的输出端与电子开关电路100的路径选择端相连接；第一逻辑电路500用于根据device接口电路200输出的控制信号控制电子开关电路100输出device信号或host信号。

在其中一个实施例中，第一逻辑电路500包括第一开关管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第一电阻R1的第一端与device接口电路200的输出端相连接，第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端以及第一开关管Q1的第一端相连接，第二电阻R2的第二端接地，第一开关管Q1的第二端接地，第一开关管Q1的第三端、第三电阻R3的第二端以及电子开关电路100的路径选择端相连接，第三电阻R3的第一端接第一电源。

请结合上文所述，当device接口上插入外部设备时，存在Vbus，经过上述第一开关管Q1的作用，输出USB_SHIFT信号至USB_SHIFT引脚，从而使得电子开关电路100的device信号输出至device接口电路200。

另外，在上文中所提到的第一电源为VCC3V3即3.3伏的电源，其是经过电源模块对电池电压进行变换得到的，第二电源为LDO6_1P8，即1.8伏电源，其也是经过电源模块对电池电压进行变换得到的。

在其中一个实施例中，请参阅图9所示，图9为图1所示实施例中的第二逻辑电路600的电路图，其中USB电路还可以包括第二逻辑电路600，第二逻辑电路600的输入端与device接口电路200的输出端，第二逻辑电路600的输出端与控制器300的第一输入端相连接；第二逻辑电路600用于根据device接口电路200输出的控制信号控制控制器300进行对应于device信号的协议和对应于host信号的协议的准备。

在其中一个实施例中，第二逻辑电路600包括第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8以及第九电阻R9，第四电阻R4的第一端与device接口电路200的输出端相连接，第二电阻R2的第二端、第五电阻R5的第一端以及第二开关管Q2的第一端相连接，第五电阻R5的第二端接地，第二二极管的第二端接地，第二二极管的第三端、第六电阻R6的第二端、第七电阻R7的第一端以及第三开关管Q3的第一端相连接，第六电阻R6的第一端接第一电源，第七电阻R7接地，第三开关管Q3的第三端、第八电阻R8的第一端以及第九电阻R9的第二端相连接，第八电阻R8的第一端接第二电源，第九电阻R9的第一端与控制器300的第一输入端相连接。

请结合上文所述，当device接口上插入外部设备时，存在Vbus，经过上述第二开关管Q2和第三开关管Q3的作用，输出USB_ID_B信号至控制器300，从而使得控制器300准备与device信号相对应的协议。

在其中一个实施例中，USB电路还可以包括第十电阻R10，第十电阻R10的第一端与第三开关管Q3的第一端相连接，第十电阻R10的第二端与控制器300的第二输入端相连接，用于输出USB电路的休眠信号。当终端休眠时，可以通过该信号刺激，使得终端从休眠状态唤醒，以可以进行正常的工作。

如上文所示，为了使得本领域技术人员对本发明中的技术方案更为了解，下文中对本发明中的USB电路的工作原理进行详细描述：

在实际应用中，以图1所示，终端上设置有三个接口，一个device接口，两个host接口，即存在两类USB接口，通过集线器400可以将一路host信号扩展为两路host信号。终端默认USB工作模式为host模式，支持从设备的热插拔，当终端由主设备变为从设备时，即从host模式切换为device模式时，其可以通过Vbus来实现。

第一种情况，终端默认USB为host模式，在上述三个接口都没有使用时，可以认为USB线没有插入到device接口CON6，并且第一host接口J4和第二host接口J5没有U盘或者鼠标插入，此时Vbus为0伏，通过第二开关管Q2和第三开关管Q3使得USB_ID_B降低，控制器300将PMU_GIPO_3置高以使得电源电路700MP3421使能输出5V电压，共host接口电路和集线器400使用，同时由于Vbus的电压为0伏，其通过第一开关管Q1使得电子开关电路100AOZ6184的USB_SHIFT引脚拉高，以输出USB_DP_GL850引脚和USB_DN_GL850引脚上的信号，再通过集线器400扩展为两路host信号。

第二种情况，当host接口电路工作，例如第一host接口J4和第二host接口J5被使用，即插入U盘或鼠标等。此时USB_ID_B降低，控制器300将PMU_GIPO_3置高以使得电源电路700MP3421使能输出5V电压，且USB_SHIFT引脚拉高，电子开关电路100AOZ6184的USB_SHIFT引脚拉高，以输出USB_DP_GL850引脚和USB_DN_GL850引脚上的信号，再通过集线器400扩展为两路host信号，这样可以实现U盘和鼠标等的同时使用。

第三种情况，当device接口电路200工作，例如device接口CON6上插入USB线，此时Vbus上存在5伏电压，通过第二开关管Q2和第三开关管Q3转换使得USB_ID_B变高，控制器300判断为device模式，同时Vbus通过第一开关管Q1使得电子开关电路100AOZ6184的USB_SHIFT引脚上的电压降低，以输出USB_DP_MICRO引脚和USB_DN_MICRO引脚上的信号，此时host信号则不再输出，这样可以通过device接口实现device模式。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种USB电路，其特征在于，所述USB电路包括：

device接口电路，包括device接口；

host接口电路，包括host接口；

控制器，该控制器的第一输入端与所述device接口电路的输出端相连接；

电子开关电路，该电子开关电路的输出端与所述device接口电路的输入端以及所述host接口电路的输入端相连接，该电子开关电路的路径选择端与所述device接口电路的输出端相连接，该电子开关电路的使能端与所述控制器的第一输出端相连接，该电子开关电路的device信号输入端与所述控制器的device信号输出端相连接，该电子开关电路的host信号输入端与所述控制器的host信号输出端相连接；

第一逻辑电路，该第一逻辑电路包括第一开关管、第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一电阻的第一端与所述device接口电路的输出端相连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第一端以及所述第一开关管的第一端相连接，所述第二电阻的第二端接地，所述第一开关管的第二端接地，所述第一开关管的第三端、所述第三电阻的第二端以及所述电子开关电路的路径选择端相连接，所述第三电阻的第一端接第一电源；所述第一逻辑电路用于根据所述device接口电路输出的控制信号控制所述电子开关电路输出device信号或host信号；

当所述device接口插入设备时，所述控制器控制所述电子开关电路进入工作状态，且所述device接口电路输出控制信号至所述电子开关电路，以使得所述电子开关电路将所述控制器输出的device信号输出至所述device接口电路；

当所述device接口未插入设备时，所述电子开关电路将所述控制器输出的host信号输出至所述host接口电路。

2.根据权利要求1所述的USB电路，其特征在于，所述USB电路还包括：

集线器，所述集线器的输入端与所述电子开关电路的输出端相连接，所述集线器包括多个输出端，其所述集线器的每个输出端均连接有host接口电路；

所述集线器用于将所述电子开关电路输出的一路host信号扩展为多路host信号。

3.根据权利要求1所述的USB电路，其特征在于，所述USB电路还包括第二逻辑电路，所述第二逻辑电路的输入端与所述device接口电路的输出端，所述第二逻辑电路的输出端与所述控制器的第一输入端相连接；

所述第二逻辑电路用于根据所述device接口电路输出的控制信号控制所述控制器进行对应于device信号的协议和对应于host信号的协议的准备。

4.根据权利要求3所述的USB电路，其特征在于，所述第二逻辑电路包括第二开关管、第三开关管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻以及第九电阻，所述第四电阻的第一端与所述device接口电路的输出端相连接，所述第二电阻的第二端、所述第五电阻的第一端以及所述第二开关管的第一端相连接，所述第五电阻的第二端接地，所述第二开关管的第二端接地，所述第二开关管的第三端、所述第六电阻的第二端、所述第七电阻的第一端以及所述第三开关管的第一端相连接，所述第六电阻的第一端接第一电源，所述第七电阻接地，所述第三开关管的第三端、所述第八电阻的第一端以及所述第九电阻的第二端相连接，所述第八电阻的第一端接第二电源，所述第九电阻的第一端与所述控制器的第一输入端相连接。

5.根据权利要求4所述的USB电路，其特征在于，所述USB电路还包括第十电阻，所述第十电阻的第一端与所述第三开关管的第一端相连接，所述第十电阻的第二端与所述控制器的第二输入端相连接，用于输出所述USB电路的休眠信号。

6.根据权利要求1或2所述的USB电路，其特征在于，所述USB电路还包括电源电路，所述电源电路的输入端接电池电源，所述电源电路的控制端与所述控制器的第二输出端相连接，所述电源电路的输出端与所述host接口电路的电源端相连接。

7.根据权利要求1所述的USB电路，其特征在于，所述控制器为集成电路芯片电路。

8.根据权利要求1所述的USB电路，其特征在于，所述电子开关电路为集成芯片电路。

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