CN115664874B - 一种适用于家庭网关的开关装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于家庭网关的开关装置及方法，该装置包括：电源模块、开关模块、处理器、上电启动模块和PMU电源管理模块；上电启动模块用于为处理器提供第一预设时长的低电平信号；开关模块可根据轻触按键，为处理器提供各种预设时长的低电平信号；处理器用于接收第一预设时长的低电平信号后，控制PMU电源管理模块为其他电路供电，并通过PCEI控制线使整机开机；还用于接收第二预设时长的电平信号和第三预设时长的低电平信号后，通过PCEI控制线使整机进入待机模式或唤醒整机。采用本发明实施例，可在实现上电后保证自动开机的同时，避免使用自锁开关导致的体积过大的问题；防止控制状态模糊，并且开关装置结构简易且可靠性高。

Description

一种适用于家庭网关的开关装置及方法

技术领域

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种适用于家庭网关的开关装置及方法。

背景技术

现有的家庭电子类产品，开关机主要有以下几种：加电不自动开机，按轻触开关开机，在操作界面软件关机，或长按轻触开关，例如：3秒或其他时长，实现关机；加电自动开机，无电源开关；加电自动开机，有电源自锁开关；加电自动开机并有轻触开关机键。但对于有自锁开关的设备，在开关打开的状态加电可以自动开机，自锁开关在关闭状态不能开机，否则容易引起开关机逻辑混乱，而且自锁开关体积较大，不利于扁平化外观设计；加电不能有效自动开机的家庭网关终端类产品，满足不了家庭有线宽带或无线宽带与其它终端设备的互联。

发明内容

本发明提供了一种适用于家庭网关的开关装置及方法，以解决现有技术中自锁开关体积较大以及加电不能有效自动开机的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种适用于家庭网关的开关装置，包括：电源模块、开关模块、处理器、上电启动模块和PMU电源管理模块；

其中，输入电源分别与所述电源模块的输入端、所述上电启动模块的输入端和所述PMU电源管理模块的第一输入端连接；所述电源模块的输出端与所述开关模块的输入端和所述处理器的第一输入端连接；所述处理器的第二输入端与所述开关模块的第一输出端和所述上电启动模块的输出端连接，所述处理器的第一输出端与所述PMU电源管理模块的第二输入端连接，所述处理器的第二输出端通过PCIE控制线与有线无线通信单元连接；所述开关模块的第二输出端与所述PMU电源管理模块的第三输入端连接；

所述电源模块用于为所述处理器提供所需的电源电压；

所述上电启动模块用于在连接所述输入电源后，为所述处理器提供第一预设时长的低电平信号；

所述处理器用于在接收到第一预设时长的低电平信号后，控制所述PMU电源管理模块为有线无线通信单元供电，并通过PCEI控制线使整机开机；以及用于在开机模式时，并且，在接收到第二预设时长的低电平信号后，控制所述PMU电源管理模块使整机进入待机模式；以及用于在待机模式时，并且，在接收到第三预设时长的低电平信号后，控制所述PMU电源管理模块唤醒整机；

所述开关模块用于根据轻触按键，为所述处理器提供第二预设时长的低电平信号和第三预设时长的低电平信号；

所述PMU电源管理模块用于为有线无线通信单元供电；

所述开关模块包括：第一电阻、第二电阻和轻触开关；

其中，所述第一电阻的第一端与所述开关模块的输入端连接；

所述第一电阻的第二端与所述轻触开关的第一端、所述第二电阻的第一端和所述开关模块的第一输出端连接；

所述轻触开关的第二端与电路地连接；

所述第二电阻的第二端与所述开关模块的第二输出端连接；

所述上电启动模块包括：电容、第三电阻、第四电阻和NMOS管；

其中，所述电容的第一端与所述上电启动模块的输入端连接；

所述电容的第二端与第三电阻的第一端连接；

所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端和所述NMOS管的栅极；

所述第四电阻的第二端与电路地连接；

所述NMOS管的源极与电路地连接；

所述NMOS管的漏极与所述上电启动模块的输出端连接。

本发明通过电源模块将输入电源转换为处理器的电源电压，以使处理器可以响应上电启动模块和开关模块的输出信号；而上电启动模块在上电后，为处理器提供第一预设时长的低电平信号，以使处理器控制PMU电源管理模块实现上电开机；而开机后，处理器根据开关模块的轻触开关执行待机和唤醒操作，避免了因使用自锁开关导致的体积过大的问题。

本发明采用轻触开关和由第一电阻和第二电阻构成的分压电阻，在轻触开关被按压之前持续为处理器的第二输入端提供高电平信号；当轻触开关被按压后，为处理器提供执行待机和唤醒所需的低电平信号，替代了自锁开关，避免了因使用自锁开关导致的体积过大的问题。

本发明通过电容，在上电后为NMOS管栅极提供一定时长的高电平信号，以使导通的NMOS管为处理器的第二输入端提供第一预设时长的低电平信号，进而使处理器通过PMU电源控制模块实现上电开机。

进一步地，所述上电启动模块还包括：第一锗二极管；

其中，所述第一锗二极管的负极与所述电容的第二端和所述第三电阻的第一端连接；

所述第一锗二极管的正极与电路地连接。

本发明的第一锗二极管具有较低的压降，因此可在掉电后快速泄放掉电容上的电量，防止频繁插拔插头导致上电启动模块无法提供稳定时长的低电平信号，进一步实现加电后的正常开机。

进一步地，所述适用于家庭网关的开关装置，还包括：第二锗二极管；

其中，所述第二锗二极管的负极与所述电源模块的输入端、所述上电启动模块的输入端和所述PMU电源管理模块的第一输入端连接；

所述第二锗二极管的正极与所述输入电源连接。

本发明的第二锗二极管在实现防反接功能外，还可以隔离其他滤波电容，防止影响电容的充放电效应，提高加电后自动开机过程的稳定性。

进一步地，所述适用于家庭网关的开关装置，还包括：第五电阻；

其中，所述第五电阻的第一端与所述输入电源和所述第二锗二极管的正极连接；

所述第五电阻的第二端与电路地连接。

本发明的第五电阻在断电时，对输入电源所在端口可能存在的电容进行放电，降低对电容放电过程的干扰；以使重新上电后，整机能够正常地自动开机。

进一步地，所述电源模块为DC-DC电源。

进一步地，所述处理器为CPU。

另一方面，本申请还提供了一种适用于家庭网关的开关方法，包括：

在上电后，响应上电启动模块输出的低电平信号；

当接收到第一预设时长的低电平信号后，通过PCIE控制线使整机开机，并控制所述PMU电源管理模块为有线无线通信单元供电。

进一步地，在所述控制PMU电源管理模块使整机开机并进入待机模式之后，还包括：

在开机模式或待机模式时，响应开关模块输出的低电平信号；

当处于开机模式，并且，接收到第二预设时长的低电平信号时，控制所述PMU电源管理模块使整机进入待机模式；

当处于待机模式，并且，接收到第三预设时长的低电平信号时，控制所述PMU电源管理模块为有线无线通信单元供电，并通过PCIE控制线控制有线无线通信单元唤醒整机。

本发明在实现加电后自动开机的同时，通过轻触开关使整机唤醒或进入待机模式，并不需要自锁开关，避免了因使用自锁开关导致装置整体的体积过大的问题。

附图说明

图1为本发明提供的适用于家庭网关的开关装置的一种实施例的连接关系示意图；

图2为本发明提供的适用于家庭网关的开关装置的另一种实施例的连接关系示意图；

图3为本发明提供的适用于家庭网关的开关方法的一种实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对于智能家电网关，用户最佳体验的需求是：无论市电中断还是用户频繁误操作，智能家庭网关终端每次加电后都能自动进入正常工作状态，开关机用一个轻触开关实现以利于简洁美观，而手动开关机又是必要的，因为用户在特定时间段在不拔电源的状态下有免打扰，例如：数据、语音通信及指示灯等，的一键轻触实现的需求和省电的需求。而本发明提供一种适用于家庭网关的开关装置及方法，在满足以上需求的同时，考虑到各种复杂场景的各种干扰并实验验证，具有低成本、简易、可靠的特点。

实施例一

请参照图1，为本发明提供的适用于家庭网关的开关装置的一种实施例的连接关系示意图，所述适用于家庭网关的开关装置主要包括：电源模块、开关模块、处理器、上电启动模块和PMU电源管理模块；

其中，输入电源分别与所述电源模块的输入端、所述上电启动模块的输入端和所述PMU电源管理模块的第一输入端连接；所述电源模块的输出端与所述开关模块的输入端和所述处理器的第一输入端连接；所述处理器的第二输入端与所述开关模块的第一输出端和所述上电启动模块的输出端连接，所述处理器的第一输出端与所述PMU电源管理模块的第二输入端连接，所述处理器的第二输出端通过PCIE控制线与有线无线通信单元连接；所述开关模块的第二输出端与所述PMU电源管理模块的第三输入端连接；

所述电源模块用于为所述处理器提供所需的电源电压；

所述上电启动模块用于在连接所述输入电源后，为所述处理器提供第一预设时长的低电平信号；

所述处理器用于在接收到第一预设时长的低电平信号后，控制所述PMU电源管理模块为有线无线通信单元供电，并通过PCEI控制线使整机开机；以及用于在开机模式时，并且，在接收到第二预设时长的低电平信号后，控制所述PMU电源管理模块使整机进入待机模式；以及用于在待机模式时，并且，在接收到第三预设时长的低电平信号后，控制所述PMU电源管理模块唤醒整机；

所述开关模块用于根据轻触按键，为所述处理器提供第二预设时长的低电平信号和第三预设时长的低电平信号；

所述PMU电源管理模块用于为有线无线通信单元供电。

在本实施例中，所述电源模块为DC-DC电源。输入电源可由电源适配器提供，输入电源的电压可以为12V，输入电源为上电启动模块、电源模块和PMU电源管理模块供电，而电源模块则将12V电压转换为处理器所需的电源电压，例如：1.8V。

在本实施例中，所述处理器为CPU，可以响应上电启动模块和开关模块输入的低电平信号，实现上电自动开机，以及上电后的唤醒或待机操作；处理器在接收到第一预设时长的低电平信号后，通过输出端或D点为PMU电源管理模块，即图1中的PMU电源管理单元，供电；还可以通过PCEI控制线使整机开机或进入待机模式。此外，处理器也可以为其他可执行开机、唤醒以及待机操作的微处理器。

在本实施例中，处理器编辑有一套开关机和防干扰抖动程序，完成B点的点评检测和唤醒/待机模式的转换，控制PMU电源管理模块、有线无线通信单元等电路的工作。

进一步地，所述开关模块包括：第一电阻R4、第二电阻R3和轻触开关K1；

其中，所述第一电阻R4的第一端与所述开关模块的输入端连接；

所述第一电阻R4的第二端与所述轻触开关K1的第一端、所述第二电阻R3的第一端和所述开关模块的第一输出端连接；

所述轻触开关K1的第二端与电路地连接；

所述第二电阻R3的第二端与所述开关模块的第二输出端连接。

在本实施例中，在轻触开关K1不被按压的情况下，包括第一电阻R4和第二电阻R3在内的分压电阻为处理器的第二输入端持续提供高电平信号。

在本实施例中，在开机模式下，按压轻触开关K1一定时长，例如：0.5-3秒，处理器检测到第二输入端或B点的低电平信号；其中，该低电平信号持续第二预设时长，例如：0.5-3秒。在接收到第二预设时长的低电平后，处理器控制PMU电源管理模块停止为有线无线通信单元供电，并通过PCEI控制线使整机进入待机模式；在实现省电的同时，通过待机关闭指示灯，避免光污染。

在本实施例中，在待机模式下，按压轻触开关K1一定时长，例如：0.5-3秒，处理器检测到第二输入端或B点的低电平信号；其中，该低电平信号持续第三预设时长，例如：0.5-4秒。在接收到第三预设时长的低电平后，处理器控制PMU为包含有线无线通信单元的其他电路供电，并且通过PCEI控制线唤醒整机。

本发明采用轻触开关K1和由第一电阻R4和第二电阻R3构成的分压电阻，在轻触开关K1被按压之前持续为处理器的第二输入端提供高电平信号；当轻触开关K1被按压后，为处理器提供执行待机和唤醒所需的低电平信号，替代了自锁开关，避免了因使用自锁开关导致的体积过大的问题。

进一步地，所述上电启动模块包括：电容C1、第三电阻R1、第四电阻R2和NMOS管Q1；

其中，所述电容C1的第一端与所述上电启动模块的输入端连接；

所述电容C1的第二端与第三电阻R1的第一端连接；

所述第三电阻R1的第二端与所述第四电阻R2的第一端和所述NMOS管Q1的栅极；

所述第四电阻R2的第二端与电路地连接；

所述NMOS管Q1的源极与电路地连接；

所述NMOS管Q1的漏极与所述上电启动模块的输出端连接。

在本实施例中，上电后上电启动模块的电容C1由于固有特性，两端之间的电压不能突变，输入电源的电压通过电容C1、第三电阻R1和第四电阻R2构成的回路，向电容C1充电；其中，NMOS管Q1对地为高阻态，可以忽略其对电容C1充电的贡献。流经上电启动模块的电流逐渐减小至0A，A点的电压从12V逐渐减小至0V，使NMOS管Q1在一端时间内处于导通状态；其中，NMOS管Q1在上电后导通时长的变化可以由电容C1、第三电阻R1和第四电阻R2的参数大小决定。在NMOS管Q1导通期间，B点由原来的高电平被拉至低电位，并维持一定时长，通过调节电容C1和第三电阻R1和第四电阻R2的参数，可将持续的时长设置为3±1秒；B点的电平一方面可收到处理器的检测，另一方面还可以为PMU电源管理模块、有线无线通信单元供电。当处理器检测到B点的低电平信号维持第一预设尺长，例如0.5-4秒，则由D点控制PMU电源管理模块为有线无线通信单元供电以实现开机，并使PMU电源管理模块控制整机工作。

本发明通过电容C1，在上电后为NMOS管Q1栅极提供一定时长的高电平信号，以使导通的NMOS管Q1为处理器的第二输入端提供第一预设时长的低电平信号，进而使处理器通过PMU电源控制模块实现上电开机。

请参照图2，为本发明提供的适用于家庭网关的开关装置的另一种实施例的连接关系示意图，所述上电启动模块还包括：第一锗二极管D1；

其中，所述第一锗二极管D1的负极与所述电容C1的第二端和所述第三电阻R1的第一端连接；

所述第一锗二极管D1的正极与电路地连接。

在本实施例中，当频繁拔插插头，且插头被拔出时，电容C1通过第一锗二极管D1和C点项链的其他用电单元进行放电，由于锗二极管的压降只有0.1-0.3V，因此整个放电通路的电阻远小于第三电阻R1和第四电阻R2；进而A点的电压，例如：-0.1～-0.3V，很快从变为0V，使电源适配器插头再次插入不影响A点形成稳定的3±1秒时长的正电压使NMOS管Q1导通，实现更可靠的加电开机功能。

本发明的第一锗二极管D1具有较低的压降，因此可在掉电后快速泄放掉电容C1上的电量，防止市电中断恢复、用户频繁或误操作拔插电源适配器造成的智能家庭网关终端设备的开机和待机状态模糊，进而导致上电启动模块无法提供稳定时长的低电平信号的问题，实现加电后的正常开机。

进一步地，所述适用于家庭网关的开关装置，还包括：第二锗二极管D2；

其中，所述第二锗二极管D2的负极与所述电源模块的输入端、所述上电启动模块的输入端和所述PMU电源管理模块的第一输入端连接；

所述第二锗二极管D2的正极与所述输入电源连接。

在本实施例中，第二锗二极管D2除了起到防反接的作用外，还可以隔离其他滤波电容，防止影响电容C1的充放电效应。

进一步地，所述适用于家庭网关的开关装置，还包括：第五电阻R5；

其中，所述第五电阻R5的第一端与所述输入电源和所述第二锗二极管D2的正极连接；

所述第五电阻R5的第二端与电路地连接。

本发明的第五电阻R5在断电时，对输入电源所在端口可能存在的电容进行放电，降低对电容C1放电过程的干扰；以使重新上电后，整机能够正常地自动开机。

请参照图3，为本发明提供的适用于家庭网关的开关方法的一种实施例的流程示意图，其主要包括步骤101-103，具体如下：

步骤101：在上电后，控制所述PMU电源管理模块为有线无线通信单元供电，并响应上电启动模块输出的低电平信号。

在本实施例中，可通过PMU电源管理模块的第二输入端控制PMU电源管理模块为有线无线通信单元或其他电路供电。

步骤102：当接收到第一预设时长的低电平信号后，通过PCIE控制线使整机开机。

在本实施例中，使整机开机包括：PMU电源管理模块为有线无线通信单元供电，并通过PCEI控制线使整机开机。

步骤103：当接收到第二预设时长的低电平信号时，关机并进入待机状态；再接收到第三预设时长的低电平信号，唤醒整机开机。

在本实施例中，在开机模式或待机模式时，响应开关模块输出的低电平信号；当处于开机模式，并且，接收到第二预设时长的低电平信号时，控制所述PMU电源管理模块使整机进入待机模式；当处于待机模式，并且，接收到第三预设时长的低电平信号时，控制所述PMU电源管理模块为有线无线通信单元供电，并通过PCIE控制线控制有线无线通信单元唤醒整机。

本发明在实现加电后自动开机的同时，通过轻触开关使整机唤醒或进入待机模式，并不需要自锁开关，可轻触开关转换成待机和重开机状态，避免了控制状态的模糊，所述处理器的输出端通过PCIE控制线控制有线无线通信单元和其它电路的开关机；还避免了因使用自锁开关导致装置整体的体积过大的问题。

本发明通过电源模块将输入电源转换为处理器的电源电压，以使处理器可以响应上电启动模块和开关模块的输出信号；而上电启动模块在上电后，为处理器提供第一预设时长的低电平信号，以使处理器控制PMU电源管理模块实现上电开机；而开机后，处理器根据开关模块的轻触开关执行待机和唤醒操作，避免了因使用自锁开关导致的体积过大的问题。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于家庭网关的开关装置，其特征在于，包括：电源模块、开关模块、处理器、上电启动模块和PMU电源管理模块；

其中，输入电源分别与所述电源模块的输入端、所述上电启动模块的输入端和所述PMU电源管理模块的第一输入端连接；所述电源模块的输出端与所述开关模块的输入端和所述处理器的第一输入端连接；所述处理器的第二输入端与所述开关模块的第一输出端和所述上电启动模块的输出端连接，所述处理器的第一输出端与所述PMU电源管理模块的第二输入端连接，所述处理器的第二输出端通过PCIE控制线与有线无线通信单元连接；所述开关模块的第二输出端与所述PMU电源管理模块的第三输入端连接；

所述电源模块用于为所述处理器提供所需的电源电压；

所述上电启动模块用于在连接所述输入电源后，为所述处理器提供第一预设时长的低电平信号；

所述处理器用于在接收到第一预设时长的低电平信号后，控制所述PMU电源管理模块为有线无线通信单元供电，并通过PCEI控制线使整机开机；以及用于在开机模式时，并且，在接收到第二预设时长的低电平信号后，控制所述PMU电源管理模块使整机进入待机模式；以及用于在待机模式时，并且，在接收到第三预设时长的低电平信号后，控制所述PMU电源管理模块唤醒整机；

所述开关模块用于根据轻触按键，为所述处理器提供第二预设时长的低电平信号和第三预设时长的低电平信号；

所述PMU电源管理模块用于为有线无线通信单元供电；

所述开关模块包括：第一电阻、第二电阻和轻触开关；

其中，所述第一电阻的第一端与所述开关模块的输入端连接；

所述第一电阻的第二端与所述轻触开关的第一端、所述第二电阻的第一端和所述开关模块的第一输出端连接；

所述轻触开关的第二端与电路地连接；

所述第二电阻的第二端与所述开关模块的第二输出端连接；

所述上电启动模块包括：电容、第三电阻、第四电阻和NMOS管；

其中，所述电容的第一端与所述上电启动模块的输入端连接；

所述电容的第二端与第三电阻的第一端连接；

所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端和所述NMOS管的栅极；

所述第四电阻的第二端与电路地连接；

所述NMOS管的源极与电路地连接；

所述NMOS管的漏极与所述上电启动模块的输出端连接。

2.如权利要求1所述的适用于家庭网关的开关装置，其特征在于，所述上电启动模块还包括：第一锗二极管；

其中，所述第一锗二极管的负极与所述电容的第二端和所述第三电阻的第一端连接；

所述第一锗二极管的正极与电路地连接。

3.如权利要求1-2任意一项所述的适用于家庭网关的开关装置，其特征在于，还包括：第二锗二极管；

其中，所述第二锗二极管的负极与所述电源模块的输入端、所述上电启动模块的输入端和所述PMU电源管理模块的第一输入端连接；

所述第二锗二极管的正极与所述输入电源连接。

4.如权利要求3所述的适用于家庭网关的开关装置，其特征在于，还包括：第五电阻；

其中，所述第五电阻的第一端与所述输入电源和所述第二锗二极管的正极连接；

所述第五电阻的第二端与电路地连接。

5.如权利要求1-2任意一项所述的适用于家庭网关的开关装置，其特征在于，所述电源模块为DC-DC电源。

6.如权利要求1-2任意一项所述的适用于家庭网关的开关装置，其特征在于，所述处理器为CPU。

7.一种适用于家庭网关的开关方法，其特征在于，所述适用于家庭网关的开关方法应用于如权利要求1-6任意一项所述的适用于家庭网关的开关装置，包括：

在上电后，响应上电启动模块输出的低电平信号；

当接收到第一预设时长的低电平信号后，通过PCIE控制线使整机开机，并控制所述PMU电源管理模块为有线无线通信单元供电。

8.如权利要求7所述的适用于家庭网关的开关方法，其特征在于，在所述控制PMU电源管理模块使整机开机并进入待机模式之后，还包括：

在开机模式或待机模式时，响应开关模块输出的低电平信号；

当处于开机模式，并且，接收到第二预设时长的低电平信号时，控制所述PMU电源管理模块使整机进入待机模式；

当处于待机模式，并且，接收到第三预设时长的低电平信号时，控制所述PMU电源管理模块为有线无线通信单元供电，并通过PCIE控制线控制有线无线通信单元唤醒整机。