CN214011978U - 一种扩展usb端口的装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种扩展USB端口的装置和电子设备，用以解决扩展USB端口时，成本高，浪费资源的问题。扩展USB端口的装置包括控制模块和USB hub模块，控制模块包括至少两个USB端口，USB hub模块包括上行端口和至少三个扩展端口，USB端口、上行端口和扩展端口均支持至少两种USB传输协议，每个USB端口最多有一组差分传输端与上行端口的一组差分传输端连接，且相互连接的差分传输端支持的USB传输协议相同。由于每个USB端口最多有一组差分传输端与上行端口的一组差分传输端连接，因此可以通过一个USB hub模块扩展至少三个支持至少两种USB传输协议的扩展端口，从而节省资源，降低成本。

Description

一种扩展USB端口的装置和电子设备

技术领域

本实用新型涉及USB扩展技术领域，特别涉及一种扩展USB端口的装置和电子设备。

背景技术

低功耗平台使用的控制模块对应的USB端口不是很多，而实际应用时会需要较多的USB端口，比如机器人产品，会需要控制模块连接较多的USB摄像头，目前常用的方法是使用USB hub来扩展控制模块的USB端口。

如图1所示，为现有技术中扩展USB端口的方案示意图，控制模块的每个USB端口连接一个USB hub，因此该方案需要较多的USB hub，成本较高，且浪费资源。

实用新型内容

本实用新型提供一种扩展USB端口的装置和电子设备，用以解决现有技术中存在的扩展USB端口时，成本较高，且浪费资源的问题。

第一方面，本实用新型提供一种扩展USB端口的装置，包括控制模块和USB hub模块，所述控制模块包括至少两个USB端口，所述USB hub模块包括上行端口和至少三个扩展端口，其中，所述USB端口、所述上行端口和所述扩展端口均支持至少两种USB传输协议；

每个USB端口最多有一组差分传输端与所述上行端口的一组差分传输端连接，且相互连接的差分传输端支持的USB传输协议相同，其中，所述一组差分传输端包括至少一个差分传输对。

在一种可能实现方式中，所述USB端口的电源端、所述上行端口的电源端、所述扩展端口的电源端与供电电源连接；所述USB端口的接地端、所述扩展端口的接地端、所述上行端口的接地端接地。

在一种可能的实现方式中，所述控制模块包括主控芯片；

所述USB端口的差分传输端与所述主控芯片的用于进行USB数据传输的引脚连接。

在一种可能的实现方式中，所述控制模块包括主控芯片和扩展芯片；

所述USB端口的差分传输端与所述主控芯片的用于进行USB数据传输的引脚连接；或

所述USB端口的差分传输端与所述扩展芯片的用于进行USB数据传输的引脚连接，且所述扩展芯片的扩展引脚与所述主控芯片的扩展引脚连接。

在一种可能的实现方式中，所述USB hub模块包括USB hub芯片；

所述上行端口的差分传输端与所述USB hub芯片的上行引脚连接，所述扩展端口的差分传输端与所述USB hub芯片的下行引脚连接。

在一种可能的实现方式中，所述控制模块具体包括第一USB端口和第二USB端口；每个USB端口包括USB2.0差分传输端和USB3.0差分传输端；所述上行端口包括USB2.0差分传输端和USB3.0差分传输端；其中，

所述第一USB端口的USB2.0差分传输端与所述上行端口的USB2.0差分传输端连接，所述第二USB端口的USB3.0差分传输端与所述上行端口的USB3.0差分传输端连接。

在一种可能的实现方式中，所述USB2.0差分传输端包括一个差分传输对：数据传输正极端和数据传输负极端，所述USB3.0差分传输端包括两个差分传输对：数据发射正极端和数据发射负极端、数据接收正极端和数据接收负极端；

所述第一USB端口的数据传输正极端与所述上行端口的数据传输正极端连接，所述第一USB端口的数据传输负极端与所述上行端口的数据传输负极端连接，所述第二USB端口的数据发射正极端与所述上行端口的数据接收正极端连接，所述第二USB端口的数据发射负极端与所述上行端口的数据接收负极端连接，所述第二USB端口的数据接收正极端与所述上行端口的数据发射正极端连接，所述第二USB端口的数据接收负极端与所述上行端口的数据发射负极端连接。

第二方面，本实用新型提供一种电子设备，包括第一方面任一项所述的扩展USB端口的装置和至少三个外部组件，所述外部组件与所述装置的扩展端口连接。

在一种可能的实现方式中，所述外部组件为USB摄像头。

在一种可能的实现方式中，所述摄像头包括USB2.0摄像头和USB3.0摄像头。

本实用新型有益效果如下：

本实用新型提供的一种扩展USB端口的装置和电子设备，其中扩展USB端口的装置包括控制模块和USB hub模块，控制模块包括至少两个USB端口，USB hub模块包括上行端口和至少三个扩展端口，其中，USB端口、上行端口和扩展端口均支持至少两种USB传输协议，每个USB端口最多有一组差分传输端与上行端口的一组差分传输端连接，且相互连接的差分传输端支持的USB传输协议相同，这里的一组差分传输端包括至少一个差分传输对。由于控制模块的每个USB端口最多有一组差分传输端与USB hub模块的上行端口的一组差分传输端连接，且相互连接的差分传输端支持的USB传输协议相同，因此，可以通过一个USB hub扩展至少三个支持至少两种USB传输协议的扩展端口，相比现有技术中使用多个USB hub扩展支持至少两种USB传输协议的扩展端口，节省资源，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中扩展USB端口的方案示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种扩展USB端口的装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种扩展USB端口的装置的端口连接示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种包括主控芯片的扩展USB端口的装置的结构示意图；

图5为本实用新型提供的一种主控芯片和扩展芯片连接的示意图；

图6为本实用新型提供的一种USB hub模块的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型实施例提供的一种USB扩展装置和电子设备的具体实施方式进行详细地说明。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面先对本实用新型涉及到的芯片进行简要说明。

1、主控芯片：本实用新型中的主控芯片可以为CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，该CPU上包括用于进行USB数据传输的引脚，该引脚可以为一组，比如，表征super speed(超高传输速度)的引脚和表征high speed(高传输速度)的引脚组成一组，这里表征super speed的引脚和表征high speed的引脚均为差分传输引脚，即包括发送数据的引脚和接收数据的引脚。

2、USB hub芯片：该芯片包括用于进行USB数据传输的上行引脚和下行引脚，上行引脚与主控芯片连接，用于与主控芯片进行USB数据的传输；下行引脚与扩展端口连接，用于与外接设备连接，比如，接收USB摄像头采集到的图像数据，并通过上行引脚将图像数据传输至主控芯片。在USB hub芯片上，表征用于进行USB数据传输的引脚也可以为一组，比如，表征super speed的引脚和表征high speed的引脚组成一组，且表征super speed的引脚和表征high speed的引脚均为差分传输引脚，即包括发送数据的引脚和接收数据的引脚。

3、扩展芯片：与主控芯片连接，用于扩展进行USB数据传输的引脚，比如，PCIe-USB3.0。

下面对本实用新型应用的场景进行简要说明。

在机器人领域，大部分机器人都会使用USB摄像头采集图像，USB摄像头根据USB传输协议，可以分为USB2.0、USB3.0、SUB3.1等不同传输协议的摄像头，由于USB摄像头对采集到的数据不允许有时延，因此需要采用同步传输模式。

一个CPU上的USB端口，理论上传输带宽为70多MB(兆)，实际传输带宽大概为50MB，像素为640*480的视频帧的传输带宽大约为26MB，因此，对一个USB端口进行扩展后，最多可以有两个与扩展端口连接的USB摄像头能够正常工作。

如果一个机器人，需要连接2个USB2.0摄像头和2个USB3.0摄像头，则需要用两个USB hub，一般的USB hub为一拖四，如图1所示，USB hub1连接了两个USB摄像头，分别为USB3.0摄像头和USB2.0摄像头，空闲两个扩展端口，USB hub2同样连接了两个USB摄像头，一个USB3.0摄像头和一个USB2.0摄像头，空闲两个扩展端口，这样就会有4个扩展端口空闲，造成资源的浪费，同时使用两个USB hub成本较高。

本实用新型提供了一种扩展USB端口的装置，可以使用一个USB hub扩展2个USB2.0摄像头和2个USB3.0摄像头，从而能够减少资源的浪费，降低成本。

下面对本实用新型做具体说明。

本实用新型实施例提供了一种扩展USB端口的装置，如图2所示，可以包括控制模块20和USB hub模块21，其中，控制模块20包括至少两个USB端口，USB hub模块21包括上行端口和至少三个扩展端口，其中，USB端口、上行端口和扩展端口均支持至少两种USB传输协议；每个USB端口最多有一组差分传输端与上行端口的一组差分传输端连接，且相互连接的差分传输端支持的USB传输协议相同，其中，一组差分传输端包括至少一个差分传输对。

本实用新型中，控制模块包括至少两个USB端口，USB hub模块包括上行端口和至少三个扩展端口，其中，USB端口、上行端口和扩展端口均支持至少两种USB传输协议，每个USB端口最多有一组差分传输端与上行端口的一组差分传输端连接，且相互连接的差分传输端支持的USB传输协议相同，由于每个USB端口最多有一组差分传输端与上行端口的一组差分传输端连接，且相互连接的差分传输端支持的USB传输协议相同，因此可以通过一个USB hub扩展至少三个支持至少两种USB传输协议的扩展端口，相比现有技术中使用多个USB hub扩展支持至少两种USB传输协议的扩展端口，能够节省资源，降低成本。

本申请中，USB端口、上行端口和扩展端口均支持至少两种USB传输协议，也就是USB端口、上行端口和扩展端口均包括至少两组不同的差分传输端。

比如，如图3所示，USB端口、上行端口和扩展端口均支持两种USB传输协议。图3中，USB端口、上行端口和扩展端口均包括两组差分传输端，分别为SS(Super Speed，超速)PHY(Physical，物理层)和HS(High Speed，高速)PHY，其中，SS PHY表征支持USB3.0传输协议，HS PHY表征支持USB2.0传输协议。

本申请实施例中，一组差分传输端包括至少一个差分传输对，比如，图3中的HSPHY包括一个差分传输对，数据传输正极端和数据传输负极端；SS PHY包括两个差分传输对，其中一个差分传输对为数据发射正极端和数据发射负极端，另一个差分传输对为数据接收正极端和数据接收负极端。

在具体实施中，USB端口的电源端、上行端口的电源端和扩展端口的电源端与供电电源连接，USB端口的接地端、上行端口的接地端和扩展端口的接地端接地。

本申请实施例中，控制模块20可以包括主控芯片，控制模块20的USB端口的差分传输端与主控芯片的用于进行USB数据传输的引脚连接。

USB端口的差分传输端与主控芯片的用于进行USB数据传输的引脚连接，由于一组差分传输端包括至少一个差分传输对，因此与一组差分传输端连接的引脚为至少两个，本申请实施例中的附图为示意图，只标出了一个引脚。

图3中，USB端口1的SS PHY和USB hub模块的上行端口的SS PHY连接，USB端口2的HS PHY和USB hub模块的上行端口的HS PHY连接。

由于HS PHY包括一个差分传输对，数据传输正极端和数据传输负极端；SS PHY包括两个差分传输对，其中一个差分传输对为数据发射正极端和数据发射负极端，另一个差分传输对为数据接收正极端和数据接收负极端，因此USB端口和上行端口的具体连接方式为：

USB端口1的数据发射正极端和上行端口的数据接收正极端连接，USB端口1的数据发射负极端和上行端口的数据接收负极端连接，USB端口1的数据接收正极端和上行端口的数据发射正极端连接，USB端口1的数据接收负极端和上行端口的数据发射负极端连接；USB端口2的数据传输正极端和上行端口的数据传输正极端连接，USB端口2的数据传输负极端和上行端口的数据传输负极端连接。

由于两个USB端口连接了一个USB hub模块，使一个USB hub模块可以连接4个支持两种USB传输协议的摄像头，因此，可以节省资源，降低成本。

如图4所示，为本实用新型实施例提供的一种包括主控芯片的扩展USB端口的装置的结构示意图。从图4中可以看出，控制模块包括USB端口1和USB端口2，控制模块20包括的主控芯片为CPU，CPU包括两组进行USB数据传输的引脚，引脚1和引脚2，每组引脚包括两种进行USB数据传输的引脚，与SS PHY对应的引脚A(C)和与HS PHY对应的引脚B(D)，与SS PHY对应的引脚与USB端口的SS PHY连接，与HS PHY对应的引脚与USB端口的HS PHY连接。

在具体实施中，可能存在主控芯片可以提供的进行USB数据传输的引脚不能满足控制模块的USB端口的数量的情况，比如，如果控制模块包括5个USB端口，而主控芯片只能提供4组进行USB数据传输的引脚与USB端口连接，此时可以通过增加扩展芯片的方式扩展进行USB数据传输的引脚，即使用扩展芯片扩展用于进行USB数据传输的引脚。

如图5所示，为本实用新型提供的一种主控芯片和扩展芯片连接的示意图。

从图5中可以看出，控制模块包括USB端口1和USB端口2，主控芯片为CPU，CPU包括PCIE(Peripheral Component Interconnect Express，高速串行计算机扩展总线标准)引脚和1组进行数据传输的引脚A和B，其中，PCIE为扩展引脚，CPU的PCIE引脚与扩展芯片的PCIE引脚连接，引脚A和引脚B为两种USB传输协议的进行USB数据传输的引脚，与SS PHY对应的引脚A和与HS PHY对应的引脚B，A引脚与USB端口1的SS PHY连接，引脚B与USB端口1的HS PHY连接。

图5中，扩展芯片为PCIe-USB3，扩展芯片包括PCIE引脚和进行USB数据传输的引脚C和D，其中，PCIE引脚为扩展引脚，引脚C和引脚D为两种USB传输协议的进行USB数据传输的引脚，与SS PHY对应的引脚C和与HS PHY对应的引脚D，引脚C与USB端口2的SS PHY连接，引脚D与USB端口2的HS PHY连接。

图5中，USB端口1的SS PHY和USB hub模块的上行端口的SS PHY连接，USB端口2的HS PHY和USB hub模块的上行端口的HS PHY连接。

USB hub模块的扩展端口连接了4个USB摄像头，两个USB2.0摄像头和两个USB3.0摄像头。

由于两个USB端口连接了一个USB hub模块，使一个USB hub模块可以连接4个支持两种USB传输协议的摄像头，因此，可以节省资源，降低成本。

在本实用新型中，USB hub模块21可以包括USB hub芯片，USB hub模块21的上行端口的差分传输端与USB hub芯片的上行引脚连接，USB扩展端口的差分传输端与USB hub芯片的下行引脚连接。

如图6所示，为本实用新型提供的一种USB hub模块的结构示意图，从图6中可以看出，USB hub芯片包括一组上行引脚和四组下行引脚，每组引脚包括两种USB传输协议的进行USB数据传输的引脚，与SS PHY对应的引脚和与HS PHY对应的引脚，与SS PHY对应的引脚与相应端口的SS PHY连接，与HS PHY对应的引脚与相应端口的HS PHY连接。

在本实用新型中的一个具体实施例中，控制模块20可以包括两个USB端口，分别为USB端口1和USB端口2，其中每个USB端口包括USB2.0差分传输端和USB3.0差分传输端，其中，USB端口1的USB2.0差分传输端与上行端口的USB2.0差分传输端连接，USB端口2的USB3.0的差分传输端与上行端口USB3.0的差分传输端连接。

本实用新型提供的扩展USB端口的装置，一个USB hub可以连接两个USB端口，可以降低成本，节省资源。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种电子设备，如图7所示，包括：上述所述的扩展USB端口的装置50，至少三个外部组件51，该外部组件51与装置50的扩展端口连接。

在本实用新型实施例中，外部组件51可以为USB摄像头。

在一种具体的实施例中，该电子设备包括USB2.0摄像头和USB3.0摄像头，比如，电子设备包括4个USB摄像头，2个USB2.0摄像头和2个USB3.0摄像头。

示例性的，本实用新型中的电子设备可以但不限于为机器人。

本实用新型提供的扩展USB端口的装置和电子设备，扩展USB端口的装置包括控制模块和USB hub模块，控制模块包括至少两个USB端口，USB hub模包括上行端口和至少三个扩展端口，其中，USB端口、上行端口和扩展端口均支持至少两种USB传输协议，每个USB端口最多有一个差分传输端与上行端口的差分传输端连接，且相互连接的差分传输端支持的USB传输协议相同。由于每个USB端口最多有一个差分传输端与上行端口的差分传输端连接，因此可以使至少两个USB端口连接一个USB hub实现扩展USB端口的目的，从而能够节省资源，降低成本。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种扩展USB端口的装置，其特征在于，包括：控制模块和通用串行总线USB集线器hub模块，所述控制模块包括至少两个USB端口，所述USB hub模块包括上行端口和至少三个扩展端口，其中，所述USB端口、所述上行端口和所述扩展端口均支持至少两种USB传输协议；

每个USB端口最多有一组差分传输端与所述上行端口的一组差分传输端连接，且相互连接的差分传输端支持的USB传输协议相同，其中，所述一组差分传输端包括至少一个差分传输对。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述USB端口的电源端、所述上行端口的电源端、所述扩展端口的电源端与供电电源连接；所述USB端口的接地端、所述上行端口的接地端、所述扩展端口的接地端接地。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括主控芯片；

所述USB端口的差分传输端与所述主控芯片的用于进行USB数据传输的引脚连接。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括主控芯片和扩展芯片；

所述USB端口的差分传输端与所述主控芯片的用于进行USB数据传输的引脚连接；或

所述USB端口的差分传输端与所述扩展芯片的用于进行USB数据传输的引脚连接，且所述扩展芯片的扩展引脚与所述主控芯片的扩展引脚连接。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述USB hub模块包括USB hub芯片；

所述上行端口的差分传输端与所述USB hub芯片的上行引脚连接，所述扩展端口的差分传输端与所述USB hub芯片的下行引脚连接。

6.如权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述控制模块具体包括第一USB端口和第二USB端口；每个USB端口包括USB2.0差分传输端和USB3.0差分传输端；所述上行端口包括USB2.0差分传输端和USB3.0差分传输端；其中，

所述第一USB端口的USB2.0差分传输端与所述上行端口的USB2.0差分传输端连接，所述第二USB端口的USB3.0差分传输端与所述上行端口的USB3.0差分传输端连接。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述USB2.0差分传输端包括一个差分传输对：数据传输正极端和数据传输负极端，所述USB3.0差分传输端包括两个差分传输对：数据发射正极端和数据发射负极端、数据接收正极端和数据接收负极端；

所述第一USB端口的数据传输正极端与所述上行端口的数据传输正极端连接，所述第一USB端口的数据传输负极端与所述上行端口的数据传输负极端连接，所述第二USB端口的数据发射正极端与所述上行端口的数据接收正极端连接，所述第二USB端口的数据发射负极端与所述上行端口的数据接收负极端连接，所述第二USB端口的数据接收正极端与所述上行端口的数据发射正极端连接，所述第二USB端口的数据接收负极端与所述上行端口的数据发射负极端连接。

8.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的扩展USB端口的装置和至少三个外部组件，所述外部组件与所述装置的扩展端口连接。

9.如权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述外部组件为USB摄像头。

10.如权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述USB摄像头包括USB2.0摄像头和USB3.0摄像头。

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