CN212622780U - Usb电压检测电路及系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及USB通讯领域，具体为USB电压检测电路及系统，能够避免热插拔过程中存在的浪涌和静电以及主机终端电压过高对设备IO口造成的损坏。技术方案概括为，USB电压检测电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一N沟道MOS管Q1以及第二N沟道MOS管Q2，第一N沟道MOS管Q1与第二N沟道MOS管Q2的漏极分别通过第二电阻R2以及第三电阻R3与外部IO口电压端V_IO连接，第一N沟道MOS管Q1的栅极与USB电压端VBUS连接，第一N沟道MOS管Q1与第二N沟道MOS管Q2的源极接地，第一电阻R1连接在第一N沟道MOS管Q1的栅极与源极之间，第二N沟道MOS管Q2的栅极与第一N沟道MOS管Q1的漏极连接，第二N沟道MOS管Q2的漏极还与外部数据终端连接。适用于USB数据通讯。
Description
技术领域
本实用新型涉及USB通讯领域，具体涉及一种USB电压检测电路及系统。
背景技术
目前随着物联网技术的日益发展，无线通讯模块等数据终端已经广泛应用于智能家居、工业物联、智慧城市等诸多领域。这些无线通讯模块，通过各种接口、协议实现物与物之间的无线数据发送与传输，进而成为物联网感知层与网络层链接的桥梁。在诸多通讯接口中，USB作为一种通用接口，几乎涵盖在每个无线通讯模块、数据终端产品中，承担软件烧录下载、数据采集与传输的枢纽角色。
作为USB从设备，无线通讯模块进行USB通讯前，往往需要首先检测来自主机提供的VBUS电压(即USB接口电压)，根据检测到的电压，进行打开或关闭USB数据通道。现有方案中，由于VBUS电压为5V左右，而检测电路一般为电压域为1.8V的GPIO(General-purposeinput/output)，所以通过电阻R1、R2进行分压，通过合理选择分压电阻，使得分压后电平接近1.8V，将该电平送至检测单元，实现USB设备的插入检测功能。但是终端USB的VBUS典型情况电压是5V，但是对于支持热插拔的一些设备，在插拔过程中会存在浪涌和静电，如果将分压的电压直接加至CPU的IO口，还会存在一定概率的浪涌或静电损坏IO口。并且，一些支持快充协议的终端，其VBUS输出电压可能会高于5V(可能是5V-12V)，则导致VBUS分压后的电压也会高于1.8V，同样会损坏CPU内检测电路的IO口。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种USB电压检测电路及系统，能够避免在热插拔过程中存在的浪涌和静电以及主机终端电压过高的情况下对设备IO口造成的损坏。
本实用新型采取如下技术方案实现上述目的，USB电压检测电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一N沟道MOS管Q1以及第二N沟道MOS管Q2，所述第一N沟道MOS管Q1与第二N沟道MOS管Q2的漏极分别通过第二电阻R2以及第三电阻R3与外部IO口电压端V_IO连接，第一N沟道MOS管Q1的栅极与USB电压端VBUS连接，第一N沟道MOS管Q1与第二N沟道MOS管Q2的源极接地，第一电阻R1连接在第一N沟道MOS管Q1的栅极与源极之间，第二N沟道MOS管Q2的栅极与第一N沟道MOS管Q1的漏极连接，第二N沟道MOS管Q2的漏极还与外部数据终端连接。
USB电压检测系统，包含上述USB电压检测电路以及数据终端，所述数据终端包括电压检测单元以及USB控制单元，所述电压检测单元与USB控制单元连接，所述电压检测单元分别与外部IO口电压端V_IO以及USB电压检测电路中第二N沟道MOS管Q2的漏极连接，所述USB控制单元与USB电压检测电路中的USB端口连接。
本实用新型USB电压检测电路检测到主机终端提供的VBUS电压后，不会直接分压后送入数据终端的电压检测单元，而是采用两个N沟道MOS管以及三个电阻进行电压精确控制，两个N沟道MOS管源极接地，这样避免了热插拔过程中存在的浪涌和静电对设备IO口造成的损坏，以及主机终端电压过高的情况下造成的IO口损坏。
附图说明
图1是本实用新型USB电压检测系统的电路结构原理图。
附图中，R1为第一电阻，R2为第一电阻，R3为第一电阻，Q1为第一N沟道MOS管，Q2为第二N沟道MOS管，V_IO为外部IO口电压端，GND为接地端，USB Port为USB端口，USB_DET为电压检测单元的一个通用端口，USB_D+为USB控制单元中数据正信号端，USB_D-为控制单元中数据负信号端。
具体实施方式
本实用新型USB电压检测电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一N沟道MOS管Q1以及第二N沟道MOS管Q2，所述第一N沟道MOS管Q1与第二N沟道MOS管Q2的漏极分别通过第二电阻R2以及第三电阻R3与外部IO口电压端V_IO连接，第一N沟道MOS管Q1的栅极与USB电压端VBUS连接，第一N沟道MOS管Q1与第二N沟道MOS管Q2的源极接地，第一电阻R1连接在第一N沟道MOS管Q1的栅极与源极之间，第二N沟道MOS管Q2的栅极与第一N沟道MOS管Q1的漏极连接，第二N沟道MOS管Q2的漏极还与外部数据终端连接。
USB电压检测系统，包含上述的USB电压检测电路以及数据终端，所述数据终端包括电压检测单元以及USB控制单元，所述电压检测单元与USB控制单元连接，所述电压检测单元分别与外部IO口电压端V_IO以及USB电压检测电路中第二N沟道MOS管Q2的漏极连接，所述USB控制单元与USB电压检测电路中的USB端口连接。
本实用新型USB电压检测系统，其电路结构原理图如图1，包括USB电压检测电路以及数据终端，第一N沟道MOS管Q1与第二N沟道MOS管Q2的漏极分别通过第二电阻R2以及第三电阻R3与外部IO口电压端V_IO连接，第一N沟道MOS管Q1的栅极与USB端口连接，第一N沟道MOS管Q1与第二N沟道MOS管Q2的源极接地，第一电阻R1连接在第一N沟道MOS管Q1的栅极与源极之间，第二N沟道MOS管Q2的栅极与第一N沟道MOS管Q1的漏极连接，第二N沟道MOS管Q2的漏极还与电压检测单元中的通用IO口USB_DET连接，电压检测电路单元还与外部IO口电压端V_IO连接，USB控制单元的数据正信号端USB_D+、数据负信号端USB_D-以及接地端GND分别与USB电压检测电路的USB端口USB Port一一对应连接。
本实施例第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3可以选用10K欧阻值，第一N沟道MOS管Q1，第二N沟道MOS管Q2选用导通阻抗为2欧姆左右的MOS管，其工作过程如下：
当数据终端未连接到USB主设备时，在10K下拉电阻R1的作用下，第一N沟道MOS管Q1的栅极电压为0V，Q1的源级电压为0V，栅源电压Vgs1为0V，小于Q1的开启阈值电压(通常为1V左右)，故Q1关闭。在上拉电阻R2的作用下，第二N沟道MOS管Q2的栅极电压被拉高至V_IO电压1.8V，由于Q2的源级电压为GND，栅源电压Vgs2为1.8V，大于Q2的开启电压1V，所以Q2将处于强导通模式，并且会处于线性区。由于Q2阻抗为2欧左右，和10K第三电阻R3分压后，USB_DET通用的IO口电压接近0V，代表没有USB设备插入。电压检测单元检测将未检测到USB主设备的这一信息传送给USB控制单元，USB控制单元关闭USB数据通道以及相关通讯模块。
当数据终端连接到USB主设备时，第一N沟道MOS管Q1的栅极电压接近5V(或更高)，Q1栅源Vgs1电压为5V，大于Q1的开启电压，Q1会强导通，并处于线性区，导通阻抗2欧姆，和第二电阻R2分压后，第二N沟道MOS管Q2的栅极电压接近0V，使得Q2栅源电压Vgs2接近0V，Q2关闭。在第三电阻R3的上拉作用下，USB_DET信号接近V_IO电平，即1.8V，代表通讯终端已连接USB主设备。此时电压检测单元将检测到主设备已连接的事件，传递给USB控制单元，USB控制单元打开USB模块数据通道，USB_D+,USB_D-进行USB数据传输。
当数据终端从主设备上拔出时，VBUS电压为0V，则Q1关闭，Q2导通，USB_DET电压为0V，电压检测单元会通知到USB控制单元及时关闭数据通道，结束USB数据传输和通讯。
综上所述，本实用新型能够避免在热插拔过程中存在的浪涌和静电对设备IO口造成的损坏以及主机终端电压过高的情况下对设备IO口造成的损坏，进一步提高了USB通讯的稳定性。
Claims (2)
1.USB电压检测电路，其特征在于：包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一N沟道MOS管(Q1)以及第二N沟道MOS管(Q2)，所述第一N沟道MOS管(Q1)与第二N沟道MOS管(Q2)的漏极分别通过第二电阻(R2)以及第三电阻(R3)与外部IO口电压端(V_IO)连接，第一N沟道MOS管(Q1)的栅极与USB电压端(VBUS)连接，第一N沟道MOS管(Q1)与第二N沟道MOS管(Q2)的源极接地，第一电阻(R1)连接在第一N沟道MOS管(Q1)的栅极与源极之间，第二N沟道MOS管(Q2)的栅极与第一N沟道MOS管(Q1)的漏极连接，第二N沟道MOS管(Q2)的漏极还与外部数据终端连接。
2.USB电压检测系统，其特征在于：包含如权利要求1所述的USB电压检测电路以及数据终端，所述数据终端包括电压检测单元以及USB控制单元，所述电压检测单元与USB控制单元连接，所述电压检测单元分别与外部IO口电压端(V_IO)以及USB电压检测电路中第二N沟道MOS管(Q2)的漏极连接，所述USB控制单元与USB电压检测电路中的USB端口连接。
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2020
- 2020-07-01 CN CN202021271077.XU patent/CN212622780U/zh active Active
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