CN210781063U - 一种基于usb type-c接口的多功能矩阵切换器 - Google Patents

Abstract

一种基于USB TYPE‑C接口的多功能矩阵切换器，包括多个USB TYPE‑C接口连接器、USB TYPE‑C协议解析电路、多个多通道切换电路、视频信号矩阵切换电路、USB集线器和矩阵切换控制器。由于USB TYPE‑C协议解析电路先将分别与每个USB TYPE‑C接口连接器连接的算机设备输出的通讯数据分离出DP视频信号和USB信号，并由多通道切换电路将计算机设备输出的DP视频信号和USB信号分别发送给视频信号矩阵切换电路和USB集线器，再通过矩阵切换控制器分别控制多通道切换电路和视频矩阵切换电路，使得多个计算机设备间可以切换使用USB集线器和视频信号矩阵电路。即可以只用一条Type‑C线连接多个计算机设备实现多功能输出的目的，并且数据传输是相互隔离的不存在数据安全问题，具有连接简单，功能实用的特点。

Description

一种基于USB TYPE-C接口的多功能矩阵切换器

技术领域

本发明涉及计算机外部设备技术领域，具体涉及一种基于USB TYPE-C接口的多功能矩阵切换器。

背景技术

USB Type-C接口是USB接口的一种连接接口，其主要有三种传输功能，分别为USB数据，供电/充电，DisplayPort视频，其中USB数据分为USB2.0、USB3 .0和USB3 .1通信协议。USB Type-C至少具有以下特点：1、高速数据通信，最大传输速度能达到10Gbit/S，同时能支持USB2.0、USB3.0和USB3.1通信协议；2、支持Power Delivery充电协议，最大支持20V/5A供电；3、USB Type-C接口中包含四组差分信号线，故其可支持Display Port传输协议；4、支持正反插，接口会自动识别并切换方向。目前市场上还没有出现输入接口为USB Type-C的矩阵产品，只有单纯的VGA\DVI\SDI\HDMI 等切换视频信号的矩阵，但功能单一,只能传音视频信号，因此需要设计一种可以支持更多功能的USB Type-C接口的矩阵切换器。

发明内容

本申请公开一种基于USB TYPE-C接口的多功能矩阵切换器，可以将USB TYPE-C接口的USB 集线器在多个计算机设备之间切换使用。

根据第一方面，一种实施例中提供一种基于USB TYPE-C接口的多功能矩阵切换器，包括n个USB TYPE-C接口连接器、USB TYPE-C协议解析电路、与USB TYPE-C接口连接器数量相同的多通道切换电路、视频信号矩阵切换电路、USB集线器和矩阵切换控制器，其中n为1、2或大于2的整数；

每个所述USB TYPE-C接口连接器用于与一个计算机设备连接，并与连接的所述计算机设备进行数据通讯；

所述USB TYPE-C协议解析电路分别与每个所述USB TYPE-C接口连接器连接，用于解析和构建与所述计算机设备进行数据通讯的通讯数据，并将所述计算机设备输出的通讯数据分离出DP视频信号和USB信号；

每个所述多通道切换电路与一个所述USB TYPE-C接口连接器对应连接，所述多通道切换电路用于接收与相对应的所述USB TYPE-C接口连接器连接的计算机设备输出的通讯数据分离出的DP视频信号和USB信号，并分别发送给所述视频信号矩阵切换电路和所述USB集线器；

所述视频信号矩阵切换电路用于接收每个所述多通道切换电路输出的DP视频信号，并将接收的所述DP视频信号转成HDMI、DP、DVI、VGA和/或SDI格式信号并输出；

所述矩阵切换控制器分别与每个所述多通道切换电路连接，用于响应第一控制命令信号向所述多通道切换电路发送第一控制电信号；所述多通道切换电路响应所述第一控制电信号将接收的所述DP视频信号和USB信号分别发送给所述视频信号矩阵切换电路和所述USB集线器；

所述矩阵切换控制器与所述视频信号矩阵切换电路连接，用于响应第二控制命令信号向所述视频信号矩阵切换电路发送第二控制电信号；所述视频信号矩阵切换电路响应所述第二控制电信号开启或关闭；

所述USB集线器响应接收的所述USB信号，并通过发出所述USB信号的所述多通道切换电路与所述计算机设备进行数据通讯。

进一步，每个所述USB TYPE-C接口连接器还用于与PD充电设备连接；

所述多功能矩阵切换器还包括PD充电电路，用于提供PD充电接口；

所述PD充电电路分别与每个所述USB TYPE-C接口连接器连接，用于通过USBTYPE-C接口连接器从所述PD充电设备或所述计算机设备获取电源作为PD充电接口的电源；

所述矩阵切换控制器与所述PD充电电路连接，所述矩阵切换控制器还用于响应第三控制命令向所述PD充电电路发送第三控制电信号，所述PD充电电路响应所述第三控制电信号，切换一个与所述USB TYPE-C接口连接器连接的计算机设备或PD充电设备连接，以为所述PD充电接接口提供电源。

进一步，还包括显示屏幕，与所述矩阵切换控制器连接，用于显示每个USB TYPE-C接口连接器的连接状态和/或所述多功能矩阵切换器的输出模式。

进一步，还包括控制命令输入设备，与所述矩阵切换控制器连接，用于向所述矩阵切换控制器发送所述第一控制命令信号、第二控制命令信号和/或第三控制命令信号，所述矩阵切换控制器响应所述第一控制命令信号、第二控制命令信号和/或第三控制命令信号输出第一控制电信号、第二控制电信号和第三控制电信号。

进一步，还包括音频电路，与所述USB集线器连接，用于提供支持USB总线的声卡。

进一步，还包括存储卡电路，与所述USB集线器连接，用于对外接存储卡进行读写操作。

进一步，还包括网卡电路，与所述USB集线器连接，用于提供支持USB总线的网卡。

进一步，还包括USB接口，与所述USB集线器连接。

进一步，所述视频信号矩阵切换电路包括与所述多通道切换电路数量相同的视频信号转换电路，每个所述视频信号转换电路与一个所述多通道切换电路相对应连接，每个所述视频信号转换电路与相对应的所述多通道切换电路连接，用于将所述多通道切换电路输出的所述DP视频信号转换成HDMI、DP、DVI、VGA和/或SDI格式信号。

进一步，所述视频信号矩阵切换电路还包括矩阵切换电路和至少一个视频输出接口；

所述矩阵切换电路分别与每个所述视频输出接口和每个所述视频信号转换电路连接；所述矩阵切换电路用于切换和选择所述视频信号转换电路转换后的视频信号输出至视频输出接口。

依据上述实施例的多功能矩阵切换器，包括多个USB TYPE-C接口连接器、USBTYPE-C协议解析电路、多个多通道切换电路、视频信号矩阵切换电路、USB集线器和矩阵切换控制器。由于USB TYPE-C协议解析电路先将分别与每个USB TYPE-C接口连接器连接的算机设备输出的通讯数据分离出DP视频信号和USB信号，并由多通道切换电路将计算机设备输出的DP视频信号和USB信号分别发送给视频信号矩阵切换电路和USB集线器，再通过矩阵切换控制器分别控制多通道切换电路和视频矩阵切换电路，使得多个计算机设备间可以切换使用USB 集线器和视频信号矩阵电路。

附图说明

图1为一种实施例中基于USB TYPE-C接口的多功能矩阵切换器的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

从市场发展看USB Type C接口以后会成为主流，目前多数笔记本电脑已采用USBType C 接口。在本申请实施例中，基于USB TYPE-C接口的多功能矩阵切换器包括多个USBTYPE-C接口连接器、USB TYPE-C协议解析电路、多个多通道切换电路、视频信号矩阵切换电路、USB集线器和矩阵切换控制器。由于USB TYPE-C协议解析电路先将分别与每个所述USBTYPE-C接口连接器连接的算机设备输出的通讯数据分离出DP视频信号和USB信号，再由多通道切换电路将计算机设备输出的DP视频信号和USB信号分别发送给视频信号矩阵切换电路和USB集线器，通过矩阵切换控制器分别控制多通道切换电路和视频矩阵切换电路，使得多个计算机设备间可以切换使用USB 集线器和视频信号矩阵电路。即可以只用一条Type-C线连接多个计算机设备实现多功能输出的目的，并且数据传输是相互隔离的不存在数据安全问题，具有连接简单，功能实用的特点。

实施例一

请参考图1，为一种实施例中基于USB TYPE-C接口的多功能矩阵切换器的结构示意图，多功能矩阵切换器包括n个USB TYPE-C接口连接器1、USB TYPE-C协议解析电路2、与USB TYPE-C接口连接器数量相同的多通道切换电路3、视频信号矩阵切换电路4、USB集线器7和矩阵切换控制器6，其中n为1、2或大于2的整数，例如n个USB TYPE-C接口连接器1可包括USB TYPE-C接口连接器1、USB TYPE-C接口连接器1、…、和 USB TYPE-C接口连接器n，n个多通道切换电路3包括多通道切换电路1、多通道切换电路2、…、和多通道切换电路n。每个USBTYPE-C接口连接器用于与一个计算机设备连接，并与连接的计算机设备进行数据通讯。USBTYPE-C协议解析电路分别与每个USB TYPE-C接口连接器连接，用于解析和构建与计算机设备进行数据通讯的通讯数据，并将计算机设备输出的通讯数据分离出DP视频信号和USB信号。每个多通道切换电路与一个USB TYPE-C接口连接器对应连接，例如USB TYPE-C接口连接器1与多通道切换电路1对应连接，USB TYPE-C接口连接器2与多通道切换电路2对应连接，…， USB TYPE-C接口连接器n与多通道切换电路n对应连接。n个多通道切换电路3用于接收与相对应的USB TYPE-C接口连接器连接的计算机设备输出的通讯数据分离出的DP视频信号和USB信号，并分别发送给视频信号矩阵切换电路4和USB集线器7。视频信号矩阵切换电路4用于接收每个多通道切换电路输出的DP视频信号，并将接收的DP视频信号转成HDMI、DP、DVI、VGA和/或SDI格式信号并输出。矩阵切换控制器6分别与每个多通道切换电路连接，用于响应第一控制命令信号向多通道切换电路发送第一控制电信号，多通道切换电路响应第一控制电信号开启或关闭，多通道切换电路开启时将接收的DP视频信号和USB信号分别发送给视频信号矩阵切换电路4和USB集线器7，多通道切换电路关闭时停止将接收的DP视频信号和USB信号分别发送给视频信号矩阵切换电路4和USB集线器7。矩阵切换控制器6还与视频信号矩阵切换电路4连接，用于响应第二控制命令信号向视频信号矩阵切换电路4发送第二控制电信号，视频信号矩阵切换电路4响应第二控制电信号开启或关闭。USB集线器7响应接收的USB信号，并通过发出USB信号的多通道切换电路与计算机设备进行数据通讯。

一实施例中，每个USB TYPE-C接口连接器还用于与PD充电设备连接，PD充电设备包括PD充电器。多功能矩阵切换器还包括PD充电电路5，用于提供PD充电接口。PD充电电路5分别与每个USB TYPE-C接口连接器连接，用于通过USB TYPE-C接口连接器从PD充电设备或计算机设备获取电源作为PD充电接口的电源。矩阵切换控制器6与PD充电电路5连接，矩阵切换控制器6还用于响应第三控制命令向PD充电电路5发送第三控制电信号，PD充电电路5响应第三控制电信号，切换一个与USB TYPE-C接口连接器连接的计算机设备或PD充电设备连接，以为PD充电接接口提供电源。一实施例中，矩阵切换控制器6还用于响应第四控制命令信号向视频信号矩阵切换电路4发送第四控制电信号，视频信号矩阵切换电路4响应第四控制电信号，在n个多通道切换电路中的选择接收其中一个或多个多通道切换电路输出的DP视频信号，并将接收的DP视频信号转成HDMI、DP、DVI、VGA和/或SDI格式信号并输出。

一实施例中，多功能矩阵切换器还包括显示屏幕62，与矩阵切换控制器6连接，用于显示每个USB TYPE-C接口连接器的连接状态和/或多功能矩阵切换器的输出模式。一实施例中，多功能矩阵切换器还包括控制命令输入设备61，与矩阵切换控制器6连接，用于向矩阵切换控制器发送控制命令信号，一实施例中，控制命令输入设备61包括控遥控、按键、键盘和/或触摸屏。一实施例中，控制命令输入设备61发送的控制命令信号包括第一控制命令信号、第二控制信号、第三控制命令信号和/或第四控制命令信号，矩阵切换控制器6响应第一控制命令信号、第二控制信号、第三控制命令信号和/或第四控制命令信号输出第一控制电信号、第二控制电信号、第三控制电信号和/或第四控制电信号。一实施例中，多功能矩阵切换器还包括音频电路71，与USB集线器7连接，用于提供支持USB总线的声卡。一实施例中，功能矩阵切换器还包括存储卡电路72，与USB集线器7连接，用于对外接存储卡进行读写操作。一实施例中，功能矩阵切换器还包括网卡电路73，与USB集线器7连接，用于提供支持USB总线的网卡。一实施例中，功能矩阵切换器还包括USB接口74，与USB集线器7连接。一实施例中，功能矩阵切换器还包括音频接口75、存储卡接口76和RJ45接口77，分别与音频电路71、存储卡电路72和网卡电路73连接。一实施例中，视频信号矩阵切换电路4包括与多通道切换电路数量相同的视频信号转换电路，每个视频信号转换电路与一个多通道切换电路相对应连接，每个视频信号转换电路与相对应的多通道切换电路连接，用于将多通道切换电路输出的DP视频信号转换成HDMI、DP、DVI、VGA和/或SDI格式信号。视频信号矩阵切换电路4还包括矩阵切换电路和至少一个视频输出接口5，一实施例中，视频输出接口5包括视频输出接口1、视频输出接口2、…、和视频输出接口m，其中m是1、2或大于2的整数。矩阵切换电路分别与每个视频输出接口和每个视频信号转换电路连接，矩阵切换电路用于切换和选择视频信号转换电路转换后的DP视频信号输出至视频输出接口5。

在本申请实施例中，基于USB TYPE-C接口的多功能矩阵切换器为多路USB Type C输入的矩阵，可作2进2出、4进4出、8进8出等多输入输出方式，通过USB Type-C 连接线连接计算机设备。其中，计算机设备包括笔记本电脑，笔记本电脑USB Type-C口具备DP 视频、USB 3.0或USB3.1和PD 充电功能。多功能矩阵切换器先将计算机设备端的视频、数据和充电网络接入后，将其输入多道通切换电路，矩阵切换控制器控制多道通切换电路切换选择输入信号。矩阵切换控制器可采用微控制器，通过内部设置的USB TYPE-C协议解析电路按USB Type-C 协准协议与电脑设备进行数据交互，分离出DP 信号和USB信号，和/或确定充电电压电流。由于Type C接口支持USB数据、DP视频和PD充电功能等，通过使用新技术新规格，减少输入线的连接，增强体验，解决USB Type C接口电脑需要连多种转换器连接使用。首先可以使用户多台电脑各使用一条USB Type-C 线材连接USB Type-C 矩阵后通过USBType-C 矩阵的切换功能，其次可实现多台电脑显示画面在多台显示器之间随意切换，再次可实现多台电脑通过切换共享USB Type-C 矩阵上连接的U 盘、鼠标、键盘、硬盘、打印机、网卡、声卡、存储卡等设备，最后还可实现一个电源适配器通过切换先后给各电脑进行充电。有效改善了多台电脑共享显示器、USB设备和充电器时的反复插拔，从而可大幅提升工作人员的效率。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种基于USB TYPE-C接口的多功能矩阵切换器，其特征在于，包括n个USB TYPE-C接口连接器、USB TYPE-C协议解析电路、与USB TYPE-C接口连接器数量相同的多通道切换电路、视频信号矩阵切换电路、USB集线器和矩阵切换控制器，其中n为1、2或大于2的整数；

每个所述USB TYPE-C接口连接器用于与一个计算机设备连接，并与连接的所述计算机设备进行数据通讯；

所述USB TYPE-C协议解析电路分别与每个所述USB TYPE-C接口连接器连接，用于解析和构建与所述计算机设备进行数据通讯的通讯数据，并将所述计算机设备输出的通讯数据分离出DP视频信号和USB信号；

每个所述多通道切换电路与一个所述USB TYPE-C接口连接器对应连接，所述多通道切换电路用于接收与相对应的所述USB TYPE-C接口连接器连接的计算机设备输出的通讯数据分离出的DP视频信号和USB信号，并分别发送给所述视频信号矩阵切换电路和所述USB集线器；

所述视频信号矩阵切换电路用于接收每个所述多通道切换电路输出的DP视频信号，并将接收的所述DP视频信号转成HDMI、DP、DVI、VGA和/或SDI格式信号并输出；

所述矩阵切换控制器分别与每个所述多通道切换电路连接，用于响应第一控制命令信号向所述多通道切换电路发送第一控制电信号；所述多通道切换电路响应所述第一控制电信号将接收的所述DP视频信号和USB信号分别发送给所述视频信号矩阵切换电路和所述USB集线器；

所述矩阵切换控制器与所述视频信号矩阵切换电路连接，用于响应第二控制命令信号向所述视频信号矩阵切换电路发送第二控制电信号；所述视频信号矩阵切换电路响应所述第二控制电信号开启或关闭；

所述USB集线器响应接收的所述USB信号，并通过发出所述USB信号的所述多通道切换电路与所述计算机设备进行数据通讯。

2.如权利要求1所述的多功能矩阵切换器，其特征在于，每个所述USB TYPE-C接口连接器还用于与PD充电设备连接；

所述多功能矩阵切换器还包括PD充电电路，用于提供PD充电接口；

所述PD充电电路分别与每个所述USB TYPE-C接口连接器连接，用于通过USB TYPE-C接口连接器从所述PD充电设备或所述计算机设备获取电源作为PD充电接口的电源；

所述矩阵切换控制器与所述PD充电电路连接，所述矩阵切换控制器还用于响应第三控制命令向所述PD充电电路发送第三控制电信号，所述PD充电电路响应所述第三控制电信号，切换一个与所述USB TYPE-C接口连接器连接的计算机设备或PD充电设备连接，以为所述PD充电接接口提供电源。

3.如权利要求2所述的多功能矩阵切换器，其特征在于，还包括显示屏幕，与所述矩阵切换控制器连接，用于显示每个USB TYPE-C接口连接器的连接状态和/或所述多功能矩阵切换器的输出模式。

4.如权利要求2所述的多功能矩阵切换器，其特征在于，还包括控制命令输入设备，与所述矩阵切换控制器连接，用于向所述矩阵切换控制器发送所述第一控制命令信号、第二控制命令信号和/或第三控制命令信号，所述矩阵切换控制器响应所述第一控制命令信号、第二控制命令信号和/或第三控制命令信号输出第一控制电信号、第二控制电信号和第三控制电信号。

5.如权利要求2所述的多功能矩阵切换器，其特征在于，还包括音频电路，与所述USB集线器连接，用于提供支持USB总线的声卡。

6.如权利要求2所述的多功能矩阵切换器，其特征在于，还包括存储卡电路，与所述USB集线器连接，用于对外接存储卡进行读写操作。

7.如权利要求2所述的多功能矩阵切换器，其特征在于，还包括网卡电路，与所述USB集线器连接，用于提供支持USB总线的网卡。

8.如权利要求2所述的多功能矩阵切换器，其特征在于，还包括USB接口，与所述USB集线器连接。

9.如权利要求2所述的多功能矩阵切换器，其特征在于，所述视频信号矩阵切换电路包括与所述多通道切换电路数量相同的视频信号转换电路，每个所述视频信号转换电路与一个所述多通道切换电路相对应连接，每个所述视频信号转换电路与相对应的所述多通道切换电路连接，用于将所述多通道切换电路输出的所述DP视频信号转换成HDMI、DP、DVI、VGA和/或SDI格式信号。

10.如权利要求9所述的多功能矩阵切换器，其特征在于，所述视频信号矩阵切换电路还包括矩阵切换电路和至少一个视频输出接口；

所述矩阵切换电路分别与每个所述视频输出接口和每个所述视频信号转换电路连接；所述矩阵切换电路用于切换和选择所述视频信号转换电路转换后的DP视频信号输出至视频输出接口。

Images