CN112954534B - 全集成多功能充电管脚控制电路及无线耳机 - Google Patents

全集成多功能充电管脚控制电路及无线耳机 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种全集成多功能充电管脚控制电路及无线耳机，属于耳机充电控制技术领域，提出以下方案：全集成多功能充电管脚控制电路，集成于电子设备的片上系统芯片，包括充电器、逻辑控制电路、开关电路和通用异步收发传输器；充电器，包括电源输入端和电源输出端，用于将电源输入端输入的电流经电源输出端输出至锂电池；逻辑控制电路，用于根据充电器的电源输入端的电压大小输出开关控制信号，以控制开关电路的导通/关断；开关电路，用于在逻辑控制电路的控制下，导通电源输入端与通用异步收发传输器。本发明技术方案提升了无线耳机充放电和信息传输的便捷性，同时提升了无线耳机的可靠性。

Description

全集成多功能充电管脚控制电路及无线耳机
技术领域
本发明涉及耳机充电控制技术领域，具体涉及一种全集成多功能充电管脚控制电路及无线耳机。
背景技术
现有的真无线蓝牙耳机和外界的可连接接口只有充电管脚及其地脚，为实现耳机和外界的通讯，主要有以下几种方案：
(1)通过蓝牙无线协议传输进行，然而无线连接耗时相对长，易受干扰，耳机的生产、调试和固件升级的时间长；
(2)通过电力线通讯协议在5V电压信号上传输信息，成本高且设计复杂；
(3)通过0V和5V的电压方式传递信息，传输速率慢(几KHz)，且只能作为输入，无法实现输出功能；
目前，主流系统芯片普遍采用低压先进工艺的条件下(IO接口电压为3V)，而耳机的充电管脚是5V电压，决定了不能直接使用集成的UART IO接口。虽然有些方案可以集成承受5V电压的long drain MOS管，采用高压开关断开5V和IO接口连接的方案，但对于耳机中的系统芯片，直接使用高压开关可靠性较低。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种全集成多功能充电管脚控制电路及无线耳机，旨在提升无线耳机充放电和信息传输的便捷性，同时提升无线耳机的可靠性。
本发明提供的基础方案：
一种全集成多功能充电管脚控制电路，集成于电子设备的片上系统芯片，包括充电器、逻辑控制电路、开关电路和通用异步收发传输器；
所述充电器，包括电源输入端和电源输出端，用于将所述电源输入端输入的电流经所述电源输出端输出至锂电池；
所述逻辑控制电路，用于根据所述充电器的电源输入端的电压大小输出开关控制信号，以控制开关电路的导通/关断；
所述开关电路，用于在所述逻辑控制电路的控制下，导通电源输入端与所述通用异步收发传输器。
本发明基础方案的原理为：
本方案中，通过全集成多功能充电管脚控制电路集成于电子设备的系统芯片，其包括充电器、逻辑控制电路、开关电路和通用异步收发传输器，充电器具有电源输入端和电源输出端，充电器的电源输入端与开关电路的第一连接端连接，充电器的输出端与逻辑控制电路的电源端连接，开关电路的第二连接端与通用异步收发传输器连接，开关电路的受控端与逻辑控制电路的输出端连接。
充电器的充电管脚可以根据配置用作通用异步收发传输器的I/O端，当配置成通用异步收发传输器的发送端输出时，充电器的充电管脚可以将系统芯片的系统日志传送给充电器或者调试接口，当配置成通用异步收发传输器的接收端输入时，充电器的充电管脚可用于系统芯片的固件升级、信息传输。也即是通过本方案中逻辑控制电路和开关电路的结合，可以在充电器的电源输入端输入不同电压的情况下，用作对充电器进行充电或者对系统芯片进行信息传输。
基础方案的有益效果为：
(1)本方案中，由于全集成多功能充电管脚控制电路中逻辑控制电路和开关电路的结合，可以使得充电器的电源输入端在输入不同电压的情况下，分别用作对充电器进行充电或者对系统芯片进行信息传输，以此使得无线耳机等电子设备上采用一个充电管脚，即可实现多种功能，提升了无线耳机充放电和信息传输的便捷性。
(2)本方案中，由于充电管脚既可用于充电，也可用于信息传输，减少了无线耳机等电子设备上接口的使用，降低了成本。
(3)本方案中，采用物理接口进行输入输出双向通信，以进行调试和固件的升级，相对于无线传输的方式，不易受干扰，传输速度更快，可靠性更高。
(4)本方案中，由于充电器、逻辑控制电路、开关电路和通用异步收发传输器均集成设置于无线耳机的片上系统芯片，不需要其他分立的元器件，使得无线耳机内的元器件集成度更高，体积更小。
进一步，所述充电器还包括充电接入指示端和信号脉冲指示端；
所述充电接入指示端，用于在所述电源输入端输入5V电压时进行指示；
所述信号脉冲指示端，用于在所述电源输入端输入3V电压时进行指示。
通过充电器的充电接入指示端和信号脉冲指示端，以此实现充电器5V充电管脚可根据配置用作3V的通用异步收发传输器进行信息传输。当配置成通用异步收发传输器发送端输出时，充电器的充电管脚将输出3V的电压信号，可以将系统芯片的系统日志传送给充电仓或调试接口，当配置成通用异步收发传输器接收端输入时，可通过充电管脚接收信号用于固件升级等信息传输。
此外，充电器的电源输出端还可以经充电器的转换输出4.2V的电压至无线耳机，以提升全集成多功能充电管脚控制电路的适用性。
进一步，所述逻辑控制电路包括非门电路和与门电路；
所述非门电路的输入端与所述充电器的充电接入指示端连接，所述非门电路的输出端与所述与门电路的第一输入端连接，所述与门电路的第二输入端为系统输入的控制信号端，所述与门电路的输出端与所述开关电路的受控端连接，所述非门电路的电源端和所述与门电路的电源端均与所述充电器的电源输出端连接。
通过非门电路和与门电路的逻辑控制，以使得开关电路导通/断开，实现充电器的充电管脚连通通用异步收发传输器，使得充电器的充电管脚可根据配置用作通用异步收发传输器进行信息传输。
进一步，所述开关电路为开关管，所述开关管的受控端与所述逻辑控制电路的输出端连接，所述开关管的第一连接端与所述充电器的电源输入端连接，所述开关管的第二连接端与所述通用异步收发传输器的受控端连接。
由于开关电路采用开关管，以使得充电器的电源输入端在输入一定电压的情况下，连通充电器电源输入端与通用异步收发传输器，以便于充电器充电管脚用作通用异步收发传输器信息传输，提升了无线耳机信息传输的便捷性，可靠性。
进一步，所述开关管为N型MOS管，所述N型MOS管的栅极为所述开关管的受控端，所述N型MOS管的源极为所述开关管的第一连接端，所述N型MOS管的漏极为所述开关管的第二连接端。
本方案中，采用N型MOS管作为高压开关管，以便于充电器电源输入端在有电源输入时，实时快速响应，提升了无线耳机中全集成多功能充电管脚控制电路的可靠性。
进一步，还包括GPIO阵列；
所述GPIO阵列包括静电释放环，用于连接所述通用异步收发传输器，以泄放所述通用异步收发传输器产生的静电。
通用异步收发传输器通过共用GPIO阵列的静电释放环，以便于全集成多功能充电管脚控制电路中充电器的充电管脚静电的释放，提升了全集成多功能充电管脚控制电路中充电器的充电管脚的静电释放能力。
为实现上述目的，本发明还提出一种无线耳机，所述无线耳机包括如上所述的全集成多功能充电管脚控制电路；
所述全集成多功能充电管脚控制电路包括充电器、逻辑控制电路、开关电路和通用异步收发传输器；
所述充电器，包括电源输入端和电源输出端，用于将所述电源输入端输入的电流经所述电源输出端输出至锂电池；
所述逻辑控制电路，用于根据所述充电器的电源输入端的电压大小输出开关控制信号，以控制开关电路的导通/关断；
所述开关电路，用于在所述逻辑控制电路的控制下，导通电源输入端与所述通用异步收发传输器。
附图说明
图1是本发明全集成多功能充电管脚控制电路一实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：充电器10、逻辑控制电路20、开关电路30、通用异步收发传输器40、GPIO阵列50、第一晶体管Q1和第二晶体管Q2。
在一实施例中，参照如图1所示，全集成多功能充电管脚控制电路，包括充电器10、逻辑控制电路20、开关电路30和通用异步收发传输器40；
所述充电器10，包括电源输入端和电源输出端，用于将所述电源输入端输入的电流经所述电源输出端输出至锂电池；
所述逻辑控制电路20，用于根据所述充电器10的电源输入端的电压大小输出开关控制信号，以控制开关电路30的导通/关断；
所述开关电路30，用于在所述逻辑控制电路20的控制下，导通电源输入端与所述通用异步收发传输器40。
本实施例中，图1是可作为通用异步收发传输器40的多功能充电管脚实现方案电路结构示意图，其中，5V CHARGE_IN为充电器10的电源输入端(充电管脚)，4.2V CHARGE_OUT为充电器10电源输出端的VBAT电压，FLAG_CHARGE_IN为充电器10内部产生的5V充电接入指示端，FLAG_IO为3V信号脉冲指示端，EN_CHARGE_IO为系统输入的控制信号端，IO_ON为逻辑控制电路20的输出端(开关管的控制信号端)，DATA_IN/DATA_OUT为通用异步收发传输器40的输入/输出端，3V ESD RING为GPIO阵列50的3V静电释放环。
对于全集成多功能充电管脚控制电路，充电器10的电源输入端与N型MOS管的源极连接，充电器10的电源输出端分别与非门电路的电源端和与门电路的电源端连接，非门电路的输入端与充电器10的充电接入指示端连接，非门电路的输出端连接与门电路的第一输入端，与门电路的第二输入端为系统输入的控制信号端，与门电路的输出端与N型MOS管的栅极连接，N型MOS管的漏极与通用异步收发传输器40连接。
通过串联N型MOS管和通用异步收发传输器40，以及非门电路和与门电路的逻辑控制，实现全集成多功能充电管脚控制电路中5V充电和3V通用异步收发传输器40通信共用充电管脚。在充电管脚输入的电压为5V时，无线耳机中系统芯片迅速断开N型MOS管，以保护3V的通用异步收发传输器40；同时，无论开关控制信号是否生效，3V的通用异步收发传输器40可以达到的最高电压为3.6V左右，不会对系统芯片造成损伤；当充电管脚电压出现0V到高电平介于2.5V和无线耳机的锂电池电压之间的脉冲信号时，N型MOS管闭合，通用异步收发传输器40通信功能开启。以此使得本方案应用于无线耳机的全集成多功能充电管脚控制电路成本更低，响应速度快，支持输入输出双向通信的特点，可极大加快无线耳机的生产和调试过程。
需要说明的是，全集成多功能充电管脚控制电路中的充电器用于无线耳机中，以将电源输入端输入的电流输出至无线耳机中的锂电池，并实现充电管理和锂电池保护。
进一步地，在充电器10的充电管脚输入的电压为5V时，充电器10的充电接入指示端FLAG_CHARGE_IN将立即变为高电平1，N型MOS管断开，通用异步收发传输器40的状态通过自身的上拉/下拉，或输入/输出配置决定；当充电器10充电管脚的电压低于5V时，充电器10的充电接入指示端FLAG_CHARGE_IN为低电平0，若充电器10的信号脉冲指示端FLAG_IO的脉冲检测信号为0，则系统输入的控制信号EN_CHARGE_IO为0，N型MOS管处于断开状态；当充电器10的充电管脚出现0V到3V的脉冲信号时，充电器10的信号脉冲指示端FLAG_IO的脉冲检测信号变为高电平，系统确认具体场景检测后，将系统输入的控制信号EN_CHARGE_IO置为高电平1，N型MOS管闭合，通用异步收发传输器40通信功能开启；由于系统输入的控制信号IO_ON在无线耳机的锂电池电压域(VBAT，最高为4.2V)，通用异步收发传输器40的高电平为VABT，低于先进工艺普遍要求的3.6V过压的要求，即在5V充电器10插入瞬间，无论开关信号是否建立，无线耳机中的系统芯片都不存在过压风险。
在一实施例中，非门电路即是CMOS反相器，可以将输入信号的相位反转180度，也即是非门电路可以将充电接入指示端FLAG_CHARGE_IN的电平反转。CMOS反相器一般是数字集成电路设计的核心，它具有较大的噪声容限、极高的输入电阻、极低的静态功耗以及对噪声和干扰不敏感。
此外，本发明实施例还提出一种无线耳机，所述无线耳机包括如上所述的全集成多功能充电管脚控制电路；
所述全集成多功能充电管脚控制电路包括充电器、逻辑控制电路、开关电路和通用异步收发传输器；
所述充电器，包括电源输入端和电源输出端，用于将所述电源输入端输入的电流经所述电源输出端输出至锂电池；
所述逻辑控制电路，用于根据所述充电器的电源输入端的电压大小输出开关控制信号，以控制开关电路的导通/关断；
所述开关电路，用于在所述逻辑控制电路的控制下，导通电源输入端与所述通用异步收发传输器。
该无线耳机的具体结构参照上述的实施例，由于本无线耳机采用了上述全集成多功能充电管脚控制电路所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.一种全集成多功能充电管脚控制电路，集成于电子设备的片上系统芯片，其特征在于，包括充电器、逻辑控制电路、开关电路和通用异步收发传输器；
所述充电器，包括电源输入端和电源输出端，用于将所述电源输入端输入的电流经所述电源输出端输出至锂电池；
所述逻辑控制电路，用于根据所述充电器的电源输入端的电压大小输出开关控制信号，以控制开关电路的导通/关断；
所述开关电路，用于在所述逻辑控制电路的控制下，导通电源输入端与所述通用异步收发传输器；
充电器还包括充电接入指示端和信号脉冲指示端；充电接入指示端用于在所述电源输入端输入的电压为5V时输出高电平，在所述电源输入端输入的电压低于5V时输出低电平；信号脉冲指示端用于在所述电源输入端输入0V到3V的脉冲信号时输出高电平，在其他状态时输出低电平；所述逻辑控制电路包括非门电路和与门电路，所述非门电路的输入端与所述充电器的充电接入指示端连接，所述非门电路的输出端与所述与门电路的第一输入端连接，所述与门电路的第二输入端为系统输入的控制信号端，所述与门电路的输出端与所述开关电路的受控端连接，所述非门电路的电源端和所述与门电路的电源端均与所述充电器的电源输出端连接；在电源输入端输入的电压为5V时，充电接入指示端输出高电平，开关电路断开；在电源输入端输入的电压低于5V时，充电接入指示端输出低电平，若信号脉冲指示端输出低电平，则系统输入的控制信号端输出低电平，开关电路断开；当信号脉冲指示端输出高电平，则系统确认具体场景检测后，系统输入的控制信号端输出高电平，开关电路闭合。
2.根据权利要求1所述的全集成多功能充电管脚控制电路，其特征在于，所述开关电路为开关管，所述开关管的受控端与所述逻辑控制电路的输出端连接，所述开关管的第一连接端与所述充电器的电源输入端连接，所述开关管的第二连接端与所述通用异步收发传输器的受控端连接。
3.根据权利要求2所述的全集成多功能充电管脚控制电路，其特征在于，所述开关管为N型MOS管，所述N型MOS管的栅极为所述开关管的受控端，所述N型MOS管的源极为所述开关管的第一连接端，所述N型MOS管的漏极为所述开关管的第二连接端。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的全集成多功能充电管脚控制电路，其特征在于，还包括GPIO阵列；
所述GPIO阵列包括静电释放环，用于连接所述通用异步收发传输器，以泄放所述通用异步收发传输器产生的静电。
5.一种无线耳机，其特征在于，所述无线耳机包括如权利要求1至4任意一项所述的全集成多功能充电管脚控制电路。
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