CN207924656U - Usb接口复用电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种USB接口复用电路。包括USB模拟开关、电源控制组件、USB数据端口和二极管；USB模拟开关连接USB数据端口，二极管的正极连接电源控制组件的输出端口，二极管的负极连接USB数据端口。USB模拟开关用于接收差分信号、数据信号和第一控制信号，并根据第一控制信号输出差分信号或数据信号至USB数据端口；电源控制组件用于接收电源信号和第二控制信号，根据第二控制信号控制电源信号输出至USB数据端口。利用独立的电源控制组件连接USB数据端口，可绕开内阻较大的USB模拟开关，且电源控制组件通过二极管连接USB数据端口，可防止电源控制组件对USB模拟开关的影响，以提高USB模拟开关通信的数据速率和传输稳定性，提高了复用电源输出可靠性。

Description

USB接口复用电路

技术领域

本实用新型涉及电子通信技术领域，特别是涉及一种USB接口复用电路。

背景技术

随着电子通信技术的不断发展，USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口已经成为现代电子通信设备的标准配置。有很多电子设备因为结构外观尺寸的限制，需要在USB接口数据端口引脚上复用信号，实现其它的输入输出功能。比如在USB的DP(DisplayPort，显示接口)和DN信号引脚上复用UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)，1-WIRE或者音频信号，甚至通过DP或DN引脚输出直流电源电压给外部设备提供电源。

传统的USB接口复用电路通过控制信号控制高速USB模拟开关进行切换，再连接到USB数据端口，复用的目标信号包括USB-DP，USB-DN，SIGNAL，POWER，但高速USB模拟开关通路的内阻较大，一般为几个欧姆级别，而大电流会产生较大电压降，无法直接用于复用电源输出的切换，复用电源输出可靠性低。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种复用电源输出可靠性高的USB接口复用电源输出的硬件电路。

一种USB接口复用电路，包括USB模拟开关、电源控制组件、USB数据端口和二极管；USB模拟开关连接USB数据端口，二极管的正极连接电源控制组件的输出端口，二极管的负极连接USB数据端口；

USB模拟开关用于接收差分信号、数据信号和第一控制信号，并在第一控制信号为第一类型电平时，输出差分信号至USB数据端口，在第一控制信号为第二类型电平时，输出数据信号至USB数据端口；

电源控制组件用于接收电源信号和第二控制信号，根据第二控制信号控制电源信号输出至USB数据端口。

上述USB接口复用电源输出的硬件电路，通过对第一控制信号和第二控制信号的组合可实现多种信号的复用。利用独立的电源控制组件连接USB数据端口，可绕开内阻较大的USB模拟开关，且电源控制组件通过二极管连接USB数据端口，可防止电源控制组件对USB模拟开关的影响，以提高USB模拟开关通信的数据速率和传输稳定性，提高了复用电源输出可靠性。

在一个实施例中，电源控制组件包括电源控制开关，电源控制开关的输入端用于接收电源信号，电源控制开关的输出端连接二极管的正极，电源控制开关的控制端接收第二控制信号。

在一个实施例中，电源控制组件还包括负载电容，负载电容的一端连接二极管的正极，负载电容的另一端接地。

在一个实施例中，差分信号包括第一类型差分信号，USB模拟开关包括单刀双掷开关，单刀双掷开关的第一静触点用于接收第一类型信号，单刀双掷开关的第二静触点用于接收数据信号，单刀双掷开关的动触点连接USB数据端口。

在一个实施例中，差分信号还包括第二类型差分信号，USB模拟开关还包括信号控制开关，信号控制开关的静触点用于接收第二类型差分信号，信号控制开关的动触点连接USB数据端口。

在一个实施例中，USB数据端口包括第一信号端口和第二信号端口，第一信号端口连接单刀双掷开关的动触点，第二信号端口连接信号控制开关的动触点。

在一个实施例中，二极管为肖特基二极管。

一种通信设备，通信设备包括上述的USB接口复用电路。

上述通讯设备，所包含的USB接口复用电源输出的硬件电路，可通过对第一控制信号和第二控制信号的组合可实现多种信号的复用。利用独立的电源控制组件连接USB数据端口，可绕开内阻较大的USB模拟开关，且电源控制组件通过二极管连接USB数据端口，可防止电源控制组件对USB模拟开关的影响，以提高USB模拟开关通信的数据速率和传输稳定性，提高了复用电源输出可靠性。

附图说明

图1为一实施例中USB接口复用电路的结构框图；

图2为另一实施例中USB接口复用电路的结构框图；

图3为另一实施例中USB接口复用电路的结构框图；

图4为另一实施例中USB接口复用电路的结构框图；

图5为另一实施例中USB接口复用电路的结构框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种USB接口复用电路，包括USB模拟开关100、电源控制组件200、USB数据端口300和二极管400，USB模拟开关100连接电源控制组件USB数据端口300，二极管400的正极连接电源控制组件200的输出端口，二极管400的负极连接USB数据端口300。

具体地，USB模拟开关100用于接收差分信号、数据信号和第一控制信号，并在第一控制信号为第一类型电平时，输出差分信号至USB数据端口300，在第一控制信号为第二类型电平时，输出数据信号至USB数据端口300。进一步地，差分信号包括第一类型差分信号和第二类型差分信号，USB数据端口300可只接受其中任意一种差分信号，也可同时接收两种差分信号，数据信号为差分信号和电源信号以外的其他可复用信号。第一类型电平可以是高电平或低电平，则第二类型电平为与第一类型电平相对的电平，例如，当第一类型电平为高电平时，第二类型电平为低电平；当第一类型电平为低电平时，第二类型电平为高电平。可通过外部通信设备的主机处理器嵌入软件对第一控制信号实现逻辑控制，在一个实施例中，当第一控制信号为低电平时，差分信号接通，此时USB模拟开关100将差分信号发送至USB数据端口300，当第一控制信号为高电平时，数据信号接通，此时USB模拟开关100将数据信号发送至USB数据端口300。

电源控制组件200用于接收电源信号和第二控制信号，根据第二控制信号控制电源信号输出至USB数据端口300。电源信号是一个可以给外部设备提供电源的一个信号端口，可以满足特定产品要求的电压和负载电流功率。USB模拟开关100通路的内阻较大，一般为几个欧姆级别，例如某芯片手册提供的数据为Ron＝5.0欧姆左右，大电流会产生较大电压降，无法直接用于复用电源输出的切换，因此，直流电源回路绕过USB模拟开关100，通过独立的电源控制组件200连接USB数据端口300，且电源控制组件受单独的第二控制信号控制，绕开内阻较大的USB模拟开关100通路，避免USB模拟开关100无法直接用于复用电源输出的切换的问题。在一个实施例中，当第二控制信号为高电平时，电源控制组件200将电源信号输出至USB数据端口300，当第二控制信号为低电平时，则关闭电源控制组件200对电源信号的输出。

USB数据端口300用于接收USB模拟开关100发送的差分信号和数据信号，以及USB模拟开关100发送的电源信号，通过外部通信设备的主机处理器嵌入软件对第一控制信号和第二控制信号实现组合逻辑控制，在USB模拟开关100接入差分信号至USB数据端口300时，电源控制组件200关闭对电源信号的输出；在USB模拟开关100接入数据信号至USB数据端口300时，电源控制组件20输出电源信号至USB数据端口300，从而USB数据端口300上实现两种信号形式的复用。具体地，同样以第一控制信号为低电平时差分信号接通，第一控制信号为高电平时数据信号接通，且第二控制信号为高电平时，电源控制组件200将电源信号输出至USB数据端口300，当第二控制信号为低电平时，则关闭电源控制组件200对电源信号的输出为例，通过对第一控制信号和第二控制信号实现组合逻辑控制，使第一控制信号为低电平时第二控制信号也为低电平，第一控制信号为高电平时第二控制信号也为高电平，则可实现USB数据端口300上实现两种信号形式的复用。可以理解，通过对第一控制信号和第二控制信号进行逻辑控制实现信号复用的方式并不是唯一的。

二极管400用于隔离USB模拟开关100发送的USB信号，降低电源控制组件200输出端口的参数对USB信号线路的影响。当USB接口复用电路中未在电源控制组件200输出端口与USB数据端口300的相应引脚之间设置串联的二极管时，即直接将电源控制组件200的输出端口与USB数据端口300的相应引脚连接时，会破坏标准的差分信号端口的电特性。在USB模拟开关100工作模式下，第二控制信号会关闭电源控制组件200，但是电源控制组件200与USB数据端口300的信号端的连接并没有断开，电源控制组件200的负载电容和阻抗发生变化，会导致USB模拟开关100发送的信号的波形畸变，边沿变缓，眼图劣化，大大降低USB通信的数据速率和传输稳定性。通过在电源控制组件200输出端口与USB数据端口300的相应引脚之间设置串联的二极管，可有效防止破坏标准的差分信号端口的电特性的问题，提高USB通信的数据速率和传输稳定性。

上述USB接口复用电源输出的硬件电路，通过对第一控制信号和第二控制信号的组合可实现多种信号的复用。利用独立的电源控制组件200连接USB数据端口300，可绕开内阻较大的USB模拟开关100，且电源控制组件通过二极管400连接USB数据端口300，可防止电源控制组件200对USB模拟开关100的影响，以提高USB模拟开关100通信的数据速率和传输稳定性，提高了复用电源输出可靠性。

在一个实施例中，如图2所示，电源控制组件200包括电源控制开关210，电源控制开关210的输入端用于接收电源信号，电源控制开关210的输出端连接二极管400的正极，电源控制开关210的控制端接收第二控制信号。电源控制开关210的具体器件并不唯一，可以是控制器、MOS管或三极管等。当第二控制信号为第一类型电平时，电源控制开关210接收到电源信号，并将接收的电源信号发送至二极管400，二极管400再将电源信号发送至USB数据端口300，当第二控制信号为第二类型电平时，电源控制开关210关闭对电源信号的输出，且二极管400可保证电源控制开关210对USB模拟开关100与USB数据端口300的通信没有。在一个实施例中，当第二控制信号为高电平时，电源控制开关210接收到电源信号，并将接收的电源信号发送至二极管400，二极管400再将电源信号发送至USB数据端口300，当第二控制信号为低电平时，电源控制开关210关闭对电源信号的输出。

在一个实施例中，如图2所示，电源控制组件200还包括负载电容220，负载电容220的一端连接二极管400的正极，负载电容220的另一端接地。负载电容220为滤波电容，用于滤波，稳定输出电压。

在一个实施例中，如图3所示，差分信号包括第一类型差分信号，USB模拟开关100包括单刀双掷开关110，单刀双掷开关110的第一静触点用于接收第一类型信号，单刀双掷开关110的第二静触点用于接收数据信号，单刀双掷开关110的动触点连接USB数据端口300。第一类型差分信号可以是USB-DP信号或USB-DN信号，USB-DP信号和USB-DN信号是一对标准的高速差分信号，在一个实施例中，差分信号包括USB-DP信号，当第一控制信号为低电平时，单刀双掷开关110的动触点与第一静触点导通，此时USB数据端口300接收到USB-DP信号，当第一控制信号为高电平时，单刀双掷开关110的动触点与第二静触点导通，此时USB数据端口300接收到数据信号。

在一个实施例中，如图4所示，差分信号还包括第二类型差分信号，USB模拟开关100还包括信号控制开关120，信号控制开关120的静触点用于接收第二类型差分信号，信号控制开关120的动触点连接USB数据端口300。在一个实施例中，第二类型差分信号为不同于第一类型差分信号的差分信号，例如，若第一类型差分信号为USB-DP信号，则第二类型差分信号为USB-DN信号；若第一类型差分信号为USB-DN信号，则第二类型差分信号为USB-DP信号。当第一控制信号为低电平时，信号控制开关120的静触点与动触点导通，此时USB数据端口300可接收到第二类型差分信号。在一个实施例中，当USB模拟开关100还可接收除差分信号和数据信号以外的信号时，信号控制开关120可以是单刀双掷开关，单刀双掷开关的另一个静触点则用于接收除差分信号和数据信号以外的信号。

在一个实施例中，第一类型差分信号为USB-DP信号，第二类型差分信号为USB-DN信号，当第一控制信号为低电平时，单刀双掷开关110的动触点与第一静触点导通，信号控制开关120的静触点与动触点导通，此时USB数据端口300可接收到USB-DP信号和USB-DN信号；当第一控制信号为高电平时，单刀双掷开关110的动触点与第二静触点导通，信号控制开关120的静触点与动触点断开，此时USB数据端口300可接收到数据信号。

在一个实施例中，如图4所示，USB数据端口300包括第一信号端口和第二信号端口，第一信号端口连接单刀双掷开关110的动触点，第二信号端口连接信号控制开关120的动触点。在一个实施例中，第一信号端口用于为外部设备提供第一类型差分信号和数据信号，第二信号端口用于为外部设备提供第二类差分信号和电源信号。

在一个实施例中，二极管400为肖特基二极管。低压差的肖特基二极管具有开关频率高和正向压降低等优点，可有效隔离USB模拟开关100传输的信号，降低电源控制组件200输出端口的阻抗对USB模拟开关100信号线路的影响。

在一个实施例中，提供了一种通信设备，通信设备包括上述的USB接口复用电路。具体地，通信设备可以是计算机、手机和对讲机等终端。

上述通讯设备，所包含的USB接口复用电源输出的硬件电路，可通过对第一控制信号和第二控制信号的组合可实现多种信号的复用。利用独立的电源控制组件连接USB数据端口，可绕开内阻较大的USB模拟开关，且电源控制组件通过二极管连接USB数据端口，可防止电源控制组件对USB模拟开关的影响，以提高USB模拟开关通信的数据速率和传输稳定性，提高了复用电源输出可靠性。

为便于更好地理解上述USB接口复用电路，下面结合具体实施例进行详细的解释说明。

在一个实施例中，如图5所示，USB模拟开关100用于接收差分信号、数据信号和第一控制信号，且差分信号包括第一类型差分信号和第二类型差分信号，其中，第一类型差分信号为USB-DP信号，第二类型差分信号为USB-DN信号，电源控制组件200包括电源控制开关210和负载电容220，电源控制开关210用于接收电源信号。USB数据端口300引脚复用的实现过程，通过设备主机处理器嵌入软件的处理，第一控制信号和第二控制信号组合逻辑控制，USB数据端口300上的信号可以实现两种可能的形式：

通过输入第一控制信号为低电平，同时第二控制信号为低电平，USB模拟开关100接收到第一控制信号为低电平，单刀双掷开关110的动触点与第一静触点导通，USB模拟开关100输出USB-DP信号，信号控制开关120的动触点与静触点导通，USB模拟开关100输出USB-DN信号，电源控制组件200接收到第二控制信号为低电平，关闭对电源信号的输出，此时，USB数据端口300上的第一信号端口和第二信号端口所接收的信号为常规的高速差分数据信号，分别为USB-DP信号和USB-DN信号，电源控制组件200对USB模拟开关100的通信没有影响。

通过输入第一控制信号为高电平，同时第二控制信号为高电平，USB模拟开关100接收到第一控制信号为高电平，单刀双掷开关110的动触点与第二静触点导通，USB模拟开关100输出数据信号，信号控制开关120的动触点与静触点断开，电源控制组件200接收到第二控制信号为高电平，电源控制组件200输出电源信号，此时，USB数据端口300上的第一信号端口和第二信号端口所接收的信号分别为数据信号和电源信号。通过对第一控制信号和第二控制信号的组合控制可实现多种信号的复用。

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

Claims (8)

1.一种USB接口复用电路，其特征在于，包括USB模拟开关、电源控制组件、USB数据端口和二极管；所述USB模拟开关连接所述USB数据端口，所述二极管的正极连接所述电源控制组件的输出端口，所述二极管的负极连接所述USB数据端口；

所述USB模拟开关用于接收差分信号、数据信号和第一控制信号，并在所述第一控制信号为第一类型电平时，输出差分信号至所述USB数据端口，在所述第一控制信号为第二类型电平时，输出数据信号至所述USB数据端口；

所述电源控制组件用于接收电源信号和第二控制信号，根据所述第二控制信号控制电源信号输出至所述USB数据端口。

2.根据权利要求1所述的USB接口复用电路，其特征在于，所述电源控制组件包括电源控制开关，所述电源控制开关的输入端用于接收电源信号，所述电源控制开关的输出端连接所述二极管的正极，所述电源控制开关的控制端接收第二控制信号。

3.根据权利要求2所述的USB接口复用电路，其特征在于，所述电源控制组件还包括负载电容，所述负载电容的一端连接所述二极管的正极，所述负载电容的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的USB接口复用电路，其特征在于，所述差分信号包括第一类型差分信号，所述USB模拟开关包括单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的第一静触点用于接收第一类型信号，所述单刀双掷开关的第二静触点用于接收数据信号，所述单刀双掷开关的动触点连接所述USB数据端口。

5.根据权利要求4所述的USB接口复用电路，其特征在于，所述差分信号还包括第二类型差分信号，所述USB模拟开关还包括信号控制开关，所述信号控制开关的静触点用于接收所述第二类型差分信号，所述信号控制开关的动触点连接所述USB数据端口。

6.根据权利要求5所述的USB接口复用电路，其特征在于，所述USB数据端口包括第一信号端口和第二信号端口，所述第一信号端口连接所述单刀双掷开关的动触点，所述第二信号端口连接所述信号控制开关的动触点。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的USB接口复用电路，其特征在于，所述二极管为肖特基二极管。

8.一种通信设备，其特征在于，所述通信设备包括如权利要求1-7任意一项所述的USB接口复用电路。