CN215005823U - 一种usb速率切换检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种USB速率切换检测装置，配合USB3.0U盘使用，用于检测待测主板的USB速率，包括主控芯片、触发电路、速率调节电路、第一USB接口和第二USB接口，触发电路和速率调节电路均与主控芯片连接，主控芯片接收触发电路的触发信号控制速率调节电路工作，第一USB接口和第二USB接口均与速率调节电路连接；速率调节电路控制第一USB接口与第二USB接口的StaA_SSRX+、StaA_SSRX‑、StaA_SSTX+和StaA_SSTX‑引脚之间的信号通断，实现待测主板的速率切换检测。该模块可准确切换USB速率，提高测试效率和测试流程的抗干扰能力，减少人工误操作，切换过程信号稳定。

Description

一种USB速率切换检测装置

技术领域

本实用新型属于通用串行总线通信技术领域，具体涉及一种USB速率切换检测装置。

背景技术

USB(Universal Serial Bus)通用串行总线作为一种外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯，是应用在PC领域的接口技术。在工业设计应用中，大多数USB控制器芯片同时兼容USB2.0协议和USB3.0协议，具有广泛的应用性。而在实际生产测试时，由于控制芯片本身质量问题或生产工艺不良原因，存在某些USB接口出现不能同时支持2.0和3.0两种速率的问题，因此，针对USB接口的测试尤为重要。

申请号为201710369981.0《一种自动调节USB速率的方法及路由器》的专利中，通过设置一噪音阀值，获取无线路由器的噪音值，并将噪音值与预设的噪音值进行比较，根据比较结果，切换无效路由器接口的工作模式，实现了USB接口的工作模式自动切换，使得USB接口得到最大的利用率。该方案中USB3.0高速信号经过板卡后易失真从而导致信号不稳定，对设计人员能力要求高。

且现有测试技术中还采用人工手动更换USB2.0U盘和USB3.0U盘的测试方法进行陪测设备的切换，但在实际应用中，往往由于测试机台数量多、人为因素记忆不准确等原因导致测试效率低效，无法防呆。同时，每更换一次USB设备，操作人员需要将测试步骤完全重复再次进行，增加了测试的时间成本和人力成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述问题，提出一种USB速率切换检测装置，可准确切换USB速率，同时有效提高USB接口测试的效率，减少人工误操作问题，并有效的提高了测试流程的抗干扰能力，切换过程信号稳定。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

本实用新型提出的一种USB速率切换检测装置，配合USB3.0U盘使用，用于检测待测主板的USB速率，USB速率切换检测装置包括主控芯片、触发电路、速率调节电路、用于连接USB3.0U盘的第一USB接口和用于连接待测主板的第二USB接口，触发电路和速率调节电路均与主控芯片连接，主控芯片接收触发电路的触发信号控制速率调节电路工作，第一USB接口和第二USB接口均与速率调节电路连接；

第一USB接口和第二USB接口均包括VBUS引脚、D-引脚、D+引脚、GND引脚、StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、GND_DRAIN引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚，且相同引脚通过连线一一对应连接，第一USB接口与第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚连线与速率调节电路连接，速率调节电路控制第一USB接口与第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚之间的信号通断，实现待测主板的USB3.0和USB2.0速率切换检测。

优选地，速率调节电路包括四个N-MOS管，各N-MOS管的栅极均与主控芯片连接，各N-MOS管的漏极分别与第一USB接口和第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚连线连接，各N-MOS管的源极均接地。

优选地，USB速率切换检测装置还包括电压检测模块和蜂鸣报警模块，电压检测模块和蜂鸣报警模块均与主控芯片连接。

优选地，电压检测模块为LTC2991芯片。

优选地，USB速率切换检测装置还包括第一指示灯和第二指示灯，第一指示灯和第二指示灯均与主控芯片连接。

优选地，USB速率切换检测装置还包括复位电路和时钟电路，复位电路和时钟电路均与主控芯片连接。

优选地，主控芯片为STM32处理器。

优选地，第一USB接口为USB母口，第二USB接口为USB公口。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1)该USB速率切换检测装置与USB3.0U盘(陪测设备)有效结合，通过USB速率切换检测装置控制对应的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚、StaA_SSTX-引脚之间的信号通断，实现待测主板的USB3.0和USB2.0速率切换检测，避免手动更换陪测设备，减少人工误操作问题，提高生产效率，且可准确切换USB速率，有效提高测试流程的抗干扰能力，切换过程信号稳定；

2)采用手动模式或自动模式的两种切换控制方式，实现USB3.0和USB2.0高效转换，使用灵活；

3)通过电压检测模块、蜂鸣报警模块、第一指示灯和第二指示灯的配合使用，提高检测的准确性和便捷性。

附图说明

图1为本实用新型USB速率切换检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。

如图1所示，一种USB速率切换检测装置，配合USB3.0U盘使用，用于检测待测主板的USB速率，USB速率切换检测装置包括主控芯片、触发电路、速率调节电路、用于连接USB3.0U盘的第一USB接口和用于连接待测主板的第二USB接口，触发电路和速率调节电路均与主控芯片连接，主控芯片接收触发电路的触发信号控制速率调节电路工作，第一USB接口和第二USB接口均与速率调节电路连接；

第一USB接口和第二USB接口均包括VBUS引脚、D-引脚、D+引脚、GND引脚、StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、GND_DRAIN引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚，且相同引脚通过连线一一对应连接，第一USB接口与第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚连线与速率调节电路连接，速率调节电路控制第一USB接口与第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚之间的信号通断，实现待测主板的USB3.0和USB2.0速率切换检测。

其中，USB速率切换检测装置的触发电路可为自动触发或手动触发，对应工作模式为自动模式或手动模式，触发电路为本领域技术人员熟知的技术，在此不再赘述。主控芯片接收触发电路的触发信号控制速率调节电路工作，当为手动模式时，通过触发电路可切换USB速率，如触发电路的按钮按下为切换至USB2.0速率，再次按下为切换至USB3.0速率。第一USB接口与USB3.0U盘连接，第二USB接口与待测主板连接，USB3.0U盘可为该USB速率切换检测装置的配套陪测设备，或根据不同客户需求由客户提供。

具体地，USB接口包括VBUS引脚(+5V电压)、D-引脚(数据线负极)、D+引脚(数据线正极)、GND引脚(接地)，StaA_SSRX+引脚和StaA_SSRX-引脚(超高速差分对-接收)、GND_DRAIN引脚(数字地)、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚(超高速差分对-发送)，不同USB接口的对应引脚相互连接，如第一USB接口的VBUS引脚和第二USB接口的VBUS引脚连接，其他同理。本实施例中，第一USB接口和第二USB接口的相同引脚一一对应连通，可为导线直连，或根据实际需求设计，如增设有信号稳定功能的连接电路。第一USB接口与第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚连线与速率调节电路连接，当速率调节电路使第一USB接口与第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚之间的信号断开时，测得待测主板为USB2.0速率，当速率调节电路使第一USB接口与第二USB接口之间的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚的信号导通时，测得待测主板为USB3.0速率，实现待测主板的USB3.0和USB2.0速率切换检测。

本申请的USB速率切换检测装置与USB3.0U盘(陪测设备)有效结合，通过USB速率切换检测装置控制对应的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚、StaA_SSTX-引脚之间的信号通断，实现待测主板的USB3.0和USB2.0速率切换检测，避免手动更换陪测设备，减少人工误操作问题，提高生产效率，且可准确切换USB速率，有效提高测试流程的抗干扰能力，切换过程信号稳定，并可采用手动模式或自动模式的两种切换控制方式，实现USB3.0和USB2.0高效转换，结构简单，成本低，使用灵活方便。

在一实施例中，速率调节电路包括四个N-MOS管，各N-MOS管的栅极均与主控芯片连接，各N-MOS管的漏极分别与第一USB接口和第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚连线连接，各N-MOS管的源极均接地。

其中，本实施例中速率调节电路包括四个N-MOS管，用以实现对应的第一USB接口与第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚之间的信号通断，从而进行待测主板的USB3.0和USB2.0速率切换检测，结构简单，检测效率高。如初始状态下，四个N-MOS管为断开状态(即N-MOS管的漏极和源极断开)，默认为USB3.0速率，此时第一USB接口和第二USB接口的对应的全部引脚均处于信号连通状态，当四个N-MOS管为连通状态(即N-MOS管的漏极和源极导通)时，切换为USB2.0速率，此时第一USB接口和第二USB接口的VBUS引脚、D-引脚、D+引脚、GND引脚、GND_DRAIN引脚处于信号连通状态，StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚、StaA_SSTX-引脚为低电平，处于信号断开状态。需要说明的是，速率调节电路还可为用于实现StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚同步信号通断的任意数量的N-MOS管，或还可采用现有技术中常见的开关电路，如N-MOS管替换为晶体三极管或其他开关电路等。

在一实施例中，USB速率切换检测装置还包括电压检测模块和蜂鸣报警模块，电压检测模块和蜂鸣报警模块均与主控芯片连接。

其中，为提高检测效率和准确性，USB速率切换检测装置上还设有与主控芯片连接的电压检测模块和蜂鸣报警模块。电压检测模块用于实时检测USB速率切换检测装置供电稳定情况，如采用5V供电。蜂鸣报警模块可配合电压检测模块使用，如当检测电压低于4.5V时蜂鸣报警模块发出报警警示，表示供电异常。

在一实施例中，电压检测模块为LTC2991芯片。

其中，本实施例电压检测模块为LTC2991芯片，LTC2991芯片可应用于各种需要测量温度、电压或电流数据的系统，具有较高的灵活性。需要说明的是，电压检测模块还可根据实际需求进行选型。

在一实施例中，USB速率切换检测装置还包括第一指示灯和第二指示灯，第一指示灯和第二指示灯均与主控芯片连接。

其中，为直观判断当前工作模式(手动模式或自动模式)和当前USB接口的速率，USB速率切换检测装置上还设有与主控芯片连接的第一指示灯和第二指示灯。如当选择自动模式时，第一指示灯显示为绿光，当选择手动模式时，第一指示灯显示为红光。第二指示灯提供USB速率显示功能，当速率为2.0时显示为黄光，当速率为3.0时显示为绿光，当无速率时显示为红光。需要说明的是，第一指示灯和第二指示灯还可为数码管显示，以不同数字表示不同状态，或根据实际需求设置需要检测的对象。

在一实施例中，USB速率切换检测装置还包括复位电路和时钟电路，复位电路和时钟电路均与主控芯片连接。

其中，复位电路和时钟电路为主控芯片的外围电路，可形成最小系统。复位电路用于复位USB速率切换检测装置至初始状态，时钟电路用于为主控芯片提供时钟基准。

在一实施例中，主控芯片为STM32处理器。

其中，本实施例主控芯片为STM32处理器，具有小体积、高性能优势，如选用意法半导体STM32-F103RBT7芯片作为主控芯片。需要说明的是，考虑成本或使用环境等，主控芯片还可根据实际需求进行选型。

在一实施例中，第一USB接口为USB母口，第二USB接口为USB公口。

其中，第一USB接口为USB母口，用于与USB3.0U盘上的公口插拔连接，第二USB接口为USB公口，用于与待测主板上的母口进行插拔连接。需要说明的是，在实际应用中还可根据USB3.0U盘或待测主板上的USB接口类型的进行对应调整。

该USB速率切换检测装置的工作原理如下：

将USB3.0U盘(陪测设备)和待测主板分别与USB速率切换检测装置的USB母口和USB公口插接，USB3.0U盘(陪测设备)和USB速率切换检测装置形成具有USB速率切换功能的模块，整个USB速率切换检测装置通过USB公口与待测主板USB接口连接后被提供5V供电，此时待测主板可以进行USB速率的检测和识别。

当为手动模式时，第一指示灯显示为红光，初始状态下，待测主板检测为USB3.0速率，第二指示灯显示为绿光，当按下触发电路时可切换USB速率至USB2.0速率，触发电路与主控芯片的GPIO引脚连接，可配置为中断模式连接按钮，如长按按钮2s以上会触发主控芯片的中断响应进程进而修改FLAG标志位数据库，在此过程中，可进一步进行延时和消抖处理消除人为按键时的抖动误差，此时主控芯片通过输出3.3V高电平使速率调节电路的N-MOS管处于导通状态(即N-MOS管的漏极和源极导通)，将第一USB接口和第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚、StaA_SSTX-引脚之间的信号链路接地，即此操作将USB3.0的连接所需的信号阻断，实现了USB3.0信号失效。间隔1s后，复位电路复位5V的VBUS引脚信号，实现U盘复位。此时，由于USB3.0信号失效，进行USB2.0接口的连接，实现USB3.0速率至USB2.0速率的切换，第二指示灯显示为黄光，完成该待测主板的USB3.0速率和USB3.0速率的检测。当第二指示灯显示为红光，表明USB接口引脚连接异常。当该待测主板检测完成后，再次按下触发电路按钮，恢复到USB3.0速率，复位电路复位5V的VBUS引脚信号，实现U盘复位，更换不同待测主板进行循环操作即可。

当为自动模式时，第一指示灯显示为绿光，主控芯片以预设的固定时间循环修改FLAG标志位数据库，并根据当前FLAG标志位数据库的状态进行USB速率的切换操作，初始状态下，待测主板检测为USB3.0速率，第二指示灯显示为绿光。当主控芯片控制速率调节电路的N-MOS管导通时，实现信号阻断，此时主控芯片通过输出3.3V高电平使速率调节电路的N-MOS管处于导通状态(即N-MOS管的漏极和源极导通)，将第一USB接口和第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚、StaA_SSTX-引脚之间的信号链路接地，即此操作将USB3.0的连接所需的信号阻断，实现了USB3.0信号失效。间隔1s后，复位电路复位5V的VBUS引脚信号，实现U盘复位。此时，由于USB3.0信号失效，进行USB2.0接口的连接，实现USB3.0速率至USB2.0速率的切换，第二指示灯显示为黄光，完成该待测主板的USB3.0速率和USB3.0速率的检测。当第二指示灯显示为红光，表明USB接口引脚连接异常。当该待测主板检测完成后，自动恢复到USB3.0速率，复位电路复位5V的VBUS引脚信号，实现U盘复位，更换不同待测主板进行循环操作即可。

在检测过程中，包括手动模式或自动模式，电压检测模块用于实时检测USB速率切换检测装置供电稳定情况，如采用5V供电。蜂鸣报警模块可配合电压检测模块使用，如当检测电压低于4.5V时蜂鸣报警模块发出报警警示，表示供电异常。

本申请可以有效提高待测主板USB接口测试的效率，减少人工误操作问题，并提高测试流程的的抗干扰能力，有效改善测试技术，并可通过警示快速获悉故障位置，便于维护和提高检测的准确性。

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描述较为具体和详细的实施例，但并不能因此而理解为对本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速率切换检测装置，配合USB3.0U盘使用，用于检测待测主板的USB速率，其特征在于：所述USB速率切换检测装置包括主控芯片、触发电路、速率调节电路、用于连接所述USB3.0U盘的第一USB接口和用于连接所述待测主板的第二USB接口，所述触发电路和速率调节电路均与所述主控芯片连接，所述主控芯片接收所述触发电路的触发信号控制所述速率调节电路工作，所述第一USB接口和第二USB接口均与所述速率调节电路连接；

所述第一USB接口和第二USB接口均包括VBUS引脚、D-引脚、D+引脚、GND引脚、StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、GND_DRAIN引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚，且相同引脚通过连线一一对应连接，所述第一USB接口与第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚连线与所述速率调节电路连接，所述速率调节电路控制所述第一USB接口与第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚之间的信号通断，实现所述待测主板的USB3.0和USB2.0速率切换检测。

2.如权利要求1所述的USB速率切换检测装置，其特征在于：所述速率调节电路包括四个N-MOS管，各所述N-MOS管的栅极均与所述主控芯片连接，各所述N-MOS管的漏极分别与所述第一USB接口和第二USB接口的StaA_SSRX+引脚、StaA_SSRX-引脚、StaA_SSTX+引脚和StaA_SSTX-引脚连线连接，各所述N-MOS管的源极均接地。

3.如权利要求1所述的USB速率切换检测装置，其特征在于：所述USB速率切换检测装置还包括电压检测模块和蜂鸣报警模块，所述电压检测模块和蜂鸣报警模块均与所述主控芯片连接。

4.如权利要求3所述的USB速率切换检测装置，其特征在于：所述电压检测模块为LTC2991芯片。

5.如权利要求1所述的USB速率切换检测装置，其特征在于：所述USB速率切换检测装置还包括第一指示灯和第二指示灯，所述第一指示灯和第二指示灯均与所述主控芯片连接。

6.如权利要求1所述的USB速率切换检测装置，其特征在于：所述USB速率切换检测装置还包括复位电路和时钟电路，所述复位电路和时钟电路均与所述主控芯片连接。

7.如权利要求1所述的USB速率切换检测装置，其特征在于：所述主控芯片为STM32处理器。

8.如权利要求1所述的USB速率切换检测装置，其特征在于：所述第一USB接口为USB母口，所述第二USB接口为USB公口。

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