CN211403421U - 一种usb与uart信号通路转换系统及电子设备 - Google Patents

一种usb与uart信号通路转换系统及电子设备 Download PDF

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本实用新型公开了一种USB与UART信号通路转换系统及电子设备,转换系统包括USB连接器、分流电阻、比较放大器、USB模拟开关及主控芯片;分流电阻串接于USB连接器与主控芯片之间;USB模拟开关的输入端与USB连接器电连接,输出端分别与主控芯片的USB、UART信号引脚连接,控制端与比较放大器的高/低电平输出端电连接;高/低电平输出端输出的高/低电平用于控制USB模拟开关与USB信号引脚连接的USB信号通路导通或与UART信号引脚连接的UART信号通路导通。电子设备包括上述转换系统。本实用新型适配性强且不需要外置转换电路即可实现USB与UART信号通路的转换。

Description

一种USB与UART信号通路转换系统及电子设备
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域,尤其是涉及一种USB与UART信号通路转换系统及采用该转换系统的电子设备。
背景技术
UART接口是一种用于实现整机软件调试的重要接口,如若没有此功能,十分影响整机开发调试。USB接口(USB连接器接口)是一种用于数据传输的重要接口。
目前将USB接口转换为UART接口的常用的方式为采用一块外置的通用信号转换电路板制作成USB线插入接口,但这种方式只适用于通用USB接口,而不适用于定制的USB接口(类似磁吸等形式),例如电子设备中的AR、VR类头戴显示设备通常会单独设计适配于自身产品ID的USB接口,无法采用通用USB线。
鉴于此,亟需设计出一种适配性强且不需要外置转换电路即可实现USB与UART信号通路转换的转换系统,以实现整机开发调试功能。
实用新型内容
旨在克服上述现有技术中存在的问题,本实用新型解决的技术问题是,提供一种USB与UART信号通路转换系统及电子设备,适配性强且不需要外置转换电路即可实现USB与UART信号通路的转换。
为此,本实用新型实施例提供了一种USB与UART信号通路转换系统,包括USB连接器、分流电阻R1、用于检测所述分流电阻R1两端压差的比较放大器U1、USB模拟开关U2以及主控芯片;
所述分流电阻R1串接于所述USB连接器的CC引脚与所述主控芯片的CC引脚之间,所述USB模拟开关U2的输入端与所述USB连接器电连接,所述USB模拟开关U2的输出端分别与所述主控芯片的USB信号引脚和UART信号引脚连接,所述USB模拟开关U2的控制端与所述比较放大器U1的高/低电平输出端电连接;
所述高/低电平输出端输出的高/低电平用于控制所述USB模拟开关U2与所述USB信号引脚连接的USB信号通路导通或与所述UART信号引脚连接的UART信号通路导通。
进一步,所述比较放大器U1的IN+引脚和IN-引脚与所述分流电阻R1的两端连接;所述比较放大器U1的ALERT引脚为所述高/低电平输出端,所述ALERT引脚和所述USB模拟开关U2的控制端连接且连接节点与电阻R2的一端连接,所述电阻R2的另一端与电源VDD连接。
进一步,所述USB模拟开关U2为单刀双掷模拟开关。
进一步,所所述USB信号引脚包括USB2.0 D+引脚、USB2.0 D-引脚,所述UART信号引脚包括UART_TX引脚、UART_RX引脚;
所述单刀双掷模拟开关的输入端包括两个输入引脚,两个所述输入引脚分别与所述USB连接器的D+引脚、D-引脚连接,所述单刀双掷模拟开关的输出端有两个,每个所述输出端包括两个输出引脚,一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片U1的UART_TX引脚、UART_RX引脚连接,另一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片的USB2.0 D+引脚、USB2.0 D-引脚连接。
进一步,所述USB信号引脚包括USB3.0 RX+引脚、USB3.0 RX-引脚,所述UART信号引脚包括UART_TX引脚、UART_RX引脚;
所述单刀双掷模拟开关的输入端包括两个输入引脚,两个所述输入引脚分别与所述USB连接器的RX+引脚、RX-引脚连接,所述单刀双掷模拟开关的输出端有两个,每个所述输出端包括两个输出引脚,一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片的UART_TX引脚、UART_RX引脚连接,另一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片的USB3.0 RX+引脚、USB3.0 RX-引脚连接。
进一步,所述USB模拟开关U2为双刀双掷模拟开关。
进一步,所述USB信号引脚包括USB3.0 RX+引脚、USB3.0 RX-引脚,所述UART信号引脚包括UART_TX引脚、UART_RX引脚;
所述双刀双掷模拟开关的输入端有两个,每个所述输入端对应两个输出端,每个所述输入端包括两个输入引脚,每个所述输出端包括两个输出引脚;
一所述输入端的两个所述输入引脚分别与所述USB连接器的RX+引脚、RX-引脚连接,相对应的一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片的UART_TX引脚、UART_RX引脚连接,相对应的另一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片的USB3.0 RX+引脚、USB3.0 RX-引脚连接。
进一步,所述USB信号引脚还包括USB3.0 TX+引脚、USB3.0 TX-引脚;
另一个所述输入端的两个所述输入引脚分别与所述USB连接器的TX+引脚、TX-引脚连接,相对应的一所述输出端的两个所述输出引脚分别接地,相对应的另一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片的USB3.0 TX+引脚、USB3.0 TX-引脚连接。
进一步,所述USB连接器为USB3.0连接器。
为此,本实用新型实施例还提供了一种电子设备,包括所述的USB与UART信号通路转换系统以及两根CC引脚上连接不同上拉电阻R且均与所述USB连接器相适配的USB线。
采用上述技术方案,本实用新型的有益效果是:
本实用新型中的USB与UART信号通路转换系统,包括任意形式的USB连接器、分流电阻R1、比较放大器U1、USB模拟开关U2以及主控芯片;分流电阻R1串接于USB连接器的CC引脚与主控芯片的CC引脚之间的CC信号通路中,USB模拟开关U2的输入端与USB连接器电连接,USB模拟开关U2的输出端分别与主控芯片的USB信号引脚和UART信号引脚连接,USB模拟开关U2的控制端与比较放大器U1的高/低电平输出端电连接。当USB连接器连接不同USB线时,比较放大器U1基于检测的分流电阻R1两端压差输出相应高/低电平,该高/低电平控制USB模拟开关U2(基于高/低电平完成内部开关切换)与USB信号引脚连接的USB信号通路导通或与UART信号引脚连接的UART信号通路导通;简言之,只需要将不同的USB线连接USB连接器,即可完成USB与UART信号通路的转换,实现整机调试功能;无需增加外置电路,也无需增加接口数量,节约了系统资源;可通过改变USB连接器的形式(插接或磁吸)应用于不同的领域,增加了适配性,尤其是VR、AR类头戴显示设备等电子设备领域。
附图说明
图1是本实用新型USB与UART信号通路转换系统的原理框图;
图2是图1中比较放大器U1、USB模拟开关U2第一种实施例的电路原理图;
图3是图1中比较放大器U1、USB模拟开关U2第二种实施例的电路原理图;
图4是图1中比较放大器U1、USB模拟开关U2第三种实施例的电路原理图;
图5是图1中比较放大器U1、USB模拟开关U2第四种实施例的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型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实用新型,并不用于限定本实用新型。
实施例一:
如图1和图2共同所示,USB与UART信号通路转换系统包括USB连接器(插座)、分流电阻R1(100欧姆)、用于检测分流电阻R1两端压差的比较放大器U1、USB模拟开关U2以及主控芯片(可选择型号为QC855的主控芯片)。其中,USB连接器为USB3.0连接器或者可以实现USB3.0功能的任意形式的连接器。
分流电阻R1串接于USB连接器的CC引脚与主控芯片的CC引脚之间的CC信号通路(整个CC信号通路包括上拉电阻R、分流电阻R1和主控芯片的CC引脚上自带的5.1K下拉电阻),USB模拟开关U2的输入端与USB连接器电连接,USB模拟开关U2的输出端分别与主控芯片的USB信号引脚和UART信号引脚连接,USB模拟开关U2的控制端与比较放大器U1的高/低电平输出端电连接;高/低电平输出端输出的高/低电平控制USB模拟开关U2内部开关进行切换,进而实现USB模拟开关U2(内部开关进行切换)与USB信号引脚连接的USB信号通路导通或与UART信号引脚连接的UART信号通路导通;即实现了USB信号通路与UART信号通路的切换。即,当USB连接器连接不同USB线时,由于USB线CC引脚上连接的上拉电阻R(56K/10K)不同,比较放大器U1可基于检测的分流电阻R1两端不同的压差输出能控制信号通路转换的高/低电平。
需要说明的是,当高电平实现USB模拟开关U2(内部开关进行切换)与USB信号引脚连接的USB信号通路导通,低电平实现USB模拟开关U2(内部开关进行切换)与UART信号引脚连接的UART信号通路导通;或者,当低电平实现USB模拟开关U2(内部开关进行切换)与USB信号引脚连接的USB信号通路导通,高电平实现USB模拟开关U2(内部开关进行切换)与UART信号引脚连接的UART信号通路导通。上两种情况的发生无需更改元器件,只需要将主控芯片的USB信号引脚和UART信号引脚连接与USB模拟开关U2的输出端的连接位置互换即可。本实施例及以下实施例均以“高电平实现USB模拟开关U2与USB信号引脚连接的USB信号通路导通,低电平实现USB模拟开关U2与UART信号引脚连接的UART信号通路导通”的电路连接为例进行说明。
其中,比较放大器U1可采用型号为INA381A的比例放大器,比较放大器U1的IN+引脚和IN-引脚与分流电阻R1的两端连接;比较放大器U1的ALERT引脚为高/低电平输出端,ALERT引脚和USB模拟开关U2的控制端(SEL引脚)连接且连接节点与电阻R2的一端连接,电阻R2的另一端与电源VDD连接(借助电源VDD使SEL引脚为默认上拉高电平);比较放大器U1的VOUT引脚和CMPIN引脚连接且连接节点与引入端TP1和电阻R3均连接;其他引脚的连接关系参见图2。
本实施例中,USB模拟开关U2为型号为HD3SS3202的双刀双掷模拟开关。主控芯片的USB信号引脚包括USB3.0 RX+引脚、USB3.0 RX-引脚,UART信号引脚包括UART_TX引脚、UART_RX引脚。双刀双掷模拟开关的输入端有两个,每个输入端对应两个输出端,每个输入端包括两个输入引脚,每个输出端包括两个输出引脚;一输入端的两个输入引脚(AOP、AON)分别与USB连接器的RX+引脚、RX-引脚连接,相对应的一输出端的两个输出引脚(BOP、BON)分别与主控芯片的UART_TX引脚、UART_RX引脚连接,相对应的另一输出端的两个输出引脚(COP、CON)分别与主控芯片的USB3.0 RX+引脚、USB3.0 RX-引脚连接。
当将USB线(该USB线上的上拉电阻R为10K)插入USB连接器时,CC信号通路上的电流相对于连接另一USB线(其上的上拉电阻R为56K)时增大,导致比较放大器U1检测的分流电阻R1两端的压差增大,比较放大器U1检测到经过放大后的输出电压大于自身设置的参考电压时,ALERT引脚输出低电平,将USB模拟开关U2的SEL引脚从高电平切换至低电平,完成内部开关切换(此时AOP与BOP连通,AON与BON连通);USB模拟开关U2与UART信号引脚连接的UART信号通路导通,USB模拟开关U2与USB信号引脚连接的USB信号通路断开;从而实现了USB信号通路与UART信号通路的切换。
当将USB线(该USB线上的上拉电阻R为56K)插入USB连接器时,分流电阻R1两端的压差不会高于比较放大器U自身设置的参考电压,ALERT引脚为开漏输出,USB模拟开关U2的SEL引脚默认为上拉高电平,(此时为AOP与COP连通,AON与CON连通)保持常规的USB信号通路导通,不进行信号通路的切换。
实施例二:
本实施例与实施例一的结构基本相同,不同之处在于,USB模拟开关U2与USB连接器和主控芯片的连接引脚不同;下面仅针对不同之处进行阐述。
如图3所示,USB信号引脚还包括USB3.0 TX+引脚、USB3.0 TX-引脚;另一个输入端的两个输入引脚(A1P、A1N)分别与USB连接器的TX+引脚、TX-引脚连接,相对应的一输出端的两个输出引脚(B1P、B1N)分别接地,相对应的另一输出端的两个输出引脚(C1P、C1N)分别与主控芯片的USB3.0 TX+引脚、USB3.0 TX-引脚连接。USB模拟开关U2的SEL引脚用电源VDD上拉使能,使默认的初始状态停留在一输出端与USB3.0 TX+/-连通、另一输出端与USB3.0RX+/-连通。其转换原理与实施例一相同,在此不做赘述。
实施例三:
本实施例与实施例一的结构基本相同,不同之处在于,主控芯片的USB信号引脚包括USB2.0 D+引脚、USB2.0 D-引脚。
如图4所示,双刀双掷模拟开关的输入端有两个,每个输入端对应两个输出端,每个输入端包括两个输入引脚,每个输出端包括两个输出引脚;一输入端的两个输入引脚(A0P、A0N)分别与USB连接器的D+引脚、D-引脚连接,相对应的一输出端的两个输出引脚(B0P、B0N)分别与主控芯片的UART_TX引脚、UART_RX引脚连接,相对应的另一输出端的两个输出引脚(C0P、C0N)分别与主控芯片的USB2.0 D+引脚、USB2.0 D-引脚连接;另一输入端和与其对应的输出端闲置。其转换原理与实施例一相同,在此不做赘述。
实施例四:
本实施例与实施例一的转换原理相同,不同之处在于,本实施例的USB模拟开关U2为单刀双掷开关。
如图5所示,当主控芯片的USB信号引脚包括USB2.0 D+引脚、USB2.0 D-引脚,UART信号引脚包括UART_TX引脚、UART_RX引脚时,单刀双掷模拟开关的输入端包括两个输入引脚(AOP、AON),两个输入引脚(AOP、AON)分别与USB连接器的D+引脚、D-引脚连接,单刀双掷模拟开关的输出端有两个,每个输出端包括两个输出引脚,一输出端的两个输出引脚(BOP、BON)分别与主控芯片U1的UART_TX引脚、UART_RX引脚连接,另一输出端的两个输出引脚(COP、CON)分别与主控芯片的USB2.0 D+引脚、USB2.0 D-引脚连接。
当主控芯片的USB信号引脚包括USB3.0 RX+引脚、USB3.0 RX-引脚,UART信号引脚包括UART_TX引脚、UART_RX引脚时,单刀双掷模拟开关的输入端的两个输入引脚(AOP、AON)分别与USB连接器的RX+引脚、RX-引脚连接,单刀双掷模拟开关的输出端有两个,每个输出端包括两个输出引脚,一输出端的两个输出引脚(BOP、BON)分别与主控芯片U1的UART_TX引脚、UART_RX引脚连接,另一输出端的两个输出引脚(COP、CON)分别与主控芯片的USB3.0 RX+引脚、USB3.0 RX-引脚连接。
本实施例的单刀双掷模拟开关也可以选择型号为SGM3157的单刀双掷模拟开关。
实施例五:
本实施例公开了一种电子设备,包括实施例一至实施例四任一所述的USB与UART信号通路转换系统以及两根CC引脚上连接不同上拉电阻R(56K/10K)且均与USB连接器相适配的USB线(包含与USB连接器相适配的插头)。其中,USB线为type-A to type-C数据线。另,两个USB线可以共用一个与USB连接器相适配的插头,也可以独立安装插头。电子设备可以是VR、AR眼镜。
综上,采用本实用新型的转换系统,只需要将不同的USB线连接USB连接器,即可完成USB与UART信号通路的转换,实现整机调试功能;无需增加外置电路,也无需增加接口数量,节约了系统资源;同时也可通过改变USB连接器的形式(插接或磁吸)应用于不同的领域,增加了适配性,尤其是VR、AR类头戴显示设备等领域。
以上所述仅为本实用新型的优选的实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型设计原理的前提下,还可作出若干变形和改进,这些也应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种USB与UART信号通路转换系统,其特征在于,包括USB连接器、分流电阻R1、用于检测所述分流电阻R1两端压差的比较放大器U1、USB模拟开关U2以及主控芯片;
所述分流电阻R1串接于所述USB连接器的CC引脚与所述主控芯片的CC引脚之间,所述USB模拟开关U2的输入端与所述USB连接器电连接,所述USB模拟开关U2的输出端分别与所述主控芯片的USB信号引脚和UART信号引脚连接,所述USB模拟开关U2的控制端与所述比较放大器U1的高/低电平输出端电连接;
所述高/低电平输出端输出的高/低电平用于控制所述USB模拟开关U2与所述USB信号引脚连接的USB信号通路导通或与所述UART信号引脚连接的UART信号通路导通。
2.如权利要求1所述的USB与UART信号通路转换系统,其特征在于,所述比较放大器U1的IN+引脚和IN-引脚与所述分流电阻R1的两端连接;所述比较放大器U1的ALERT引脚为所述高/低电平输出端,所述ALERT引脚和所述USB模拟开关U2的控制端连接且连接节点与电阻R2的一端连接,所述电阻R2的另一端与电源VDD连接。
3.如权利要求1所述的USB与UART信号通路转换系统,其特征在于,所述USB模拟开关U2为单刀双掷模拟开关。
4.如权利要求3所述的USB与UART信号通路转换系统,其特征在于,所所述USB信号引脚包括USB2.0 D+引脚、USB2.0 D-引脚,所述UART信号引脚包括UART_TX引脚、UART_RX引脚;
所述单刀双掷模拟开关的输入端包括两个输入引脚,两个所述输入引脚分别与所述USB连接器的D+引脚、D-引脚连接,所述单刀双掷模拟开关的输出端有两个,每个所述输出端包括两个输出引脚,一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片U1的UART_TX引脚、UART_RX引脚连接,另一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片的USB2.0 D+引脚、USB2.0 D-引脚连接。
5.如权利要求3所述的USB与UART信号通路转换系统,其特征在于,所述USB信号引脚包括USB3.0 RX+引脚、USB3.0 RX-引脚,所述UART信号引脚包括UART_TX引脚、UART_RX引脚;
所述单刀双掷模拟开关的输入端包括两个输入引脚,两个所述输入引脚分别与所述USB连接器的RX+引脚、RX-引脚连接,所述单刀双掷模拟开关的输出端有两个,每个所述输出端包括两个输出引脚,一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片的UART_TX引脚、UART_RX引脚连接,另一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片的USB3.0 RX+引脚、USB3.0 RX-引脚连接。
6.如权利要求1所述的USB与UART信号通路转换系统,其特征在于,所述USB模拟开关U2为双刀双掷模拟开关。
7.如权利要求6所述的USB与UART信号通路转换系统,其特征在于,所述USB信号引脚包括USB3.0 RX+引脚、USB3.0 RX-引脚,所述UART信号引脚包括UART_TX引脚、UART_RX引脚;
所述双刀双掷模拟开关的输入端有两个,每个所述输入端对应两个输出端,每个所述输入端包括两个输入引脚,每个所述输出端包括两个输出引脚;
一所述输入端的两个所述输入引脚分别与所述USB连接器的RX+引脚、RX-引脚连接,相对应的一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片的UART_TX引脚、UART_RX引脚连接,相对应的另一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片的USB3.0 RX+引脚、USB3.0 RX-引脚连接。
8.如权利要求7所述的USB与UART信号通路转换系统,其特征在于,所述USB信号引脚还包括USB3.0 TX+引脚、USB3.0 TX-引脚;
另一个所述输入端的两个所述输入引脚分别与所述USB连接器的TX+引脚、TX-引脚连接,相对应的一所述输出端的两个所述输出引脚分别接地,相对应的另一所述输出端的两个所述输出引脚分别与所述主控芯片的USB3.0 TX+引脚、USB3.0 TX-引脚连接。
9.如权利要求1所述的USB与UART信号通路转换系统,其特征在于,所述USB连接器为USB3.0连接器。
10.一种电子设备,其特征在于,包括权利要求1-9任一项所述的USB与UART信号通路转换系统以及两根CC引脚上连接不同上拉电阻R且均与所述USB连接器相适配的USB线。
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