CN218886500U - 一种多功能usb-c扩展坞 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多功能USB‑C扩展坞，包括：第一集线器控制器芯片、以太网控制器芯片、第二集线器控制器芯片、读卡器芯片、Type‑C转HDMI/VGA数据转换器、音频编解码器、第一USB‑C接口电路、USB PD芯片、RJ45接口电路、USB‑A接口电路、SD卡接口电路、TF卡接口电路、耳机接口电路、HDMI接口电路、VGA接口电路、DP接口电路。体积小，与过去的USB‑A拓展坞相比，USB‑C大幅减少了拓展坞面积，更适合应用在各类体积纤薄的设备产品上；支持正反盲插，消去了USB总是插不准的困扰；支持快速充电和双向充电，可以双向供电，既可以给设备自身充电，也可以给外接设备供电，支持USB PD协议,即功率传输协议，极大地提升充电速度。

Description

一种多功能USB-C扩展坞

技术领域

本实用新型涉及扩展坞技术领域，更具体地说，涉及一种多功能USB-C扩展坞。

背景技术

扩展坞(Docking StaTIon)主要用来扩展笔记本电脑功能的数码设备，扩展坞一般拥有多个接口，可以用来连接更多的外部设备，如U盘、大屏幕显示器、键盘、鼠标、扫描仪等设备。它可以解决笔记本电脑本身自带的接口不够用的问题，使用扩展坞可以让用户在办公室里能够享受到台式电脑一样的便利和舒适，并且也能发挥移动办公的便携性。当然扩展坞也可以扩展台式机电脑、服务器的接口。

USB扩展坞也叫做端口复制器，是指从USB接口上扩展出其他接口的设备(像音频输入输出接口、视频输出接口、蓝牙、COM或LPT接口、读卡器、网卡以及更多的USB接口)。

当前USB-C扩展坞层出不穷，但是拓展功能较少，越来越不能满足人们对USB-C扩展坞功能拓展的需求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于当前USB-C扩展坞层出不穷，但是拓展功能较少，越来越不能满足人们对USB-C扩展坞功能拓展的需求。

针对现有技术的上述的缺陷，本实用新型提供一种多功能USB-C扩展坞，包括：

第一集线器控制器芯片、以太网控制器芯片、第二集线器控制器芯片、读卡器芯片、Type-C转HDMI/VGA数据转换器、音频编解码器、第一USB-C接口电路、USB PD芯片、RJ45接口电路、USB-A接口电路、SD卡接口电路、TF卡接口电路、耳机接口电路、HDMI接口电路、VGA接口电路、DP接口电路；

其中，所述集线器控制器芯片分别与所述第一USB-C接口电路、第二集线器控制器芯片、以太网控制器芯片、USB-A接口电路及第二USB-C接口电路通过电气连接；所述以太网控制器芯片还与所述RJ45接口电路连接；所述第二集线器控制器芯片还与所述读卡器芯片、音频编解码器通过电气连接；所述读卡器芯片还与所述SD卡接口电路及TF卡接口电路通过电气连接；所述音频编解码器还与所述耳机接口电路通过电气连接；所述Type-C转HDMI/VGA数据转换器还与所述第一USB-C接口电路、USB PD芯片、HDMI接口电路、VGA接口电路及DP接口电路通过电气连接；所述第一USB-C接口电路还与所述USB PD芯片通过电气连接。

优选地，所述第一集线器控制器芯片包括：GL3510-OSY52。

优选地，所述以太网控制器芯片包括：RTL8153B-VB-CG。

优选地，所述第二集线器控制器芯片包括：GL3510-OSY52。

优选地，所述读卡器芯片包括：GL3224。

优选地，所述Type-C转HDMI/VGA数据转换器包括：RTD2142。

优选地，所述音频编解码器包括：ALC4030-CG。

优选地，所述USB PD芯片包括：VL103。

优选地，所述USB-A接口电路包括：第一USB-A接口电路及第二USB-A接口电路。

优选地，第一USB-A接口电路中，包括5V电压转为12V电压的电路，5V电压转为12V电压的电路包括：单片式降压开关稳压器U5的引脚1分别与电容C57、电容C58、电容C59、单片式降压开关稳压器U5的引脚4连接，单片式降压开关稳压器U5的引脚5分别与电阻R60的一端、电容C72的一端、电阻R59的一端连接，单片式降压开关稳压器U5的引脚3与电感L2的一端连接，电感L2的另一端分别与电容C64的一端、电容C65的一端、电容C66的一端、电容C72的另一端、电阻R59的另一端、电容C69的一端、电容C70的一端连接。

实施本实用新型的多功能USB-C扩展坞，具有以下有益效果：

通过设置第一集线器控制器芯片、以太网控制器芯片、第二集线器控制器芯片、读卡器芯片、Type-C转HDMI/VGA数据转换器、音频编解码器、第一USB-C接口电路、USB PD芯片、RJ45接口电路、USB-A接口电路、SD卡接口电路、TF卡接口电路、耳机接口电路、HDMI接口电路、VGA接口电路、DP接口电路，输入USB-C信号，可以输出两路USB-A信号、一路USB-C信号、一路HDMI信号、一路DP信号、一路VGA信号、一路RJ45信号，提供SD卡卡槽一个、TF卡卡槽一个，具有HDMI、DP、VGA视频接口、RJ45网口，音频支持3.5mm输入输出，可以兼容Windows/macOS系统，拓展了USB-C接口的功能；体积小，与过去的USB-A拓展坞相比，USB-C大幅减少了拓展坞面积，更适合应用在各类体积纤薄的设备产品上；支持正反盲插，消去了USB总是插不准的困扰；支持快速充电和双向充电，可以双向供电，既可以给设备自身充电，也可以给外接设备供电，支持USB PD协议,即功率传输协议，极大地提升充电速度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型多功能USB-C扩展坞的结构示意图；

图2是本实用新型多功能USB-C扩展坞的一优选实施例结构示意图；

图3是本实用新型多功能USB-C扩展坞中第一集线器控制器芯片GL3510-OSY52电路图；

图4是本实用新型多功能USB-C扩展坞中以太网控制器芯片RTL8153B-VB-CG电路图；

图5是本实用新型多功能USB-C扩展坞中USB PD芯片VL103电路图；

图6是本实用新型多功能USB-C扩展坞中第一USB-A接口电路中5V电压转为12V电压的电路图；

图7是本实用新型多功能USB-C扩展坞连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1，为本实用新型多功能USB-C扩展坞的结构示意图。如图1所示，在本实用新型第一实施例提供的多功能USB-C扩展坞中，至少包括，第一集线器控制器芯片、以太网控制器芯片、第二集线器控制器芯片、读卡器芯片、Type-C转HDMI/VGA数据转换器、音频编解码器、第一USB-C接口电路、USB PD芯片、RJ45接口电路、USB-A接口电路、SD卡接口电路、TF卡接口电路、耳机接口电路、HDMI接口电路、VGA接口电路、DP接口电路；

其中，集线器控制器芯片分别与第一USB-C接口电路、第二集线器控制器芯片、以太网控制器芯片、USB-A接口电路及第二USB-C接口电路通过电气连接；以太网控制器芯片还与RJ45接口电路连接；第二集线器控制器芯片还与读卡器芯片、音频编解码器通过电气连接；读卡器芯片还与SD卡接口电路及TF卡接口电路通过电气连接；音频编解码器还与耳机接口电路通过电气连接；Type-C转HDMI/VGA数据转换器还与第一USB-C接口电路、USB PD芯片、HDMI接口电路、VGA接口电路及DP接口电路通过电气连接；第一USB-C接口电路还与USB PD芯片通过电气连接。

图2是本实用新型多功能USB-C扩展坞的一优选实施例结构示意图。第一集线器控制器芯片包括但是不限于：GL3510-OSY52。具体实施时，可以根据实际需要选择符合要求的集线器控制器芯片。第二集线器控制器芯片包括但是不限于：GL3510-OSY52。具体实施时，可以根据实际需要选择符合要求的集线器控制器芯片。如图2所示，本实施例中第一集线器控制器芯片和第二集线器控制器芯片均选为GL3510-OSY52。

图3是本实用新型多功能USB-C扩展坞中第一集线器控制器芯片GL3510-OSY52电路意图。如图3所示，Genesys GL3510-OSY52是一款4端口，低功耗，可配置的集线器控制器。它符合USB 3.1规范。GL3510-OSY52集成了Genesys Logic自主开发的USB 3.1Gen 1超高速发送器/接收器物理层(PHY)和USB 2.0高速PHY。它支持超高速，高速和全速USB连接，并完全向后兼容所有USB 2.0和USB 1.1主机。GL3510-OSY52内置5V至3.3V和5V至1.2V稳压器，可节省客户的BOM成本，并简化PCB设计。GL3510-OSY52具有原生快速充电功能，符合USB-IF电池充电规格rev1.2，可快速充电Apple，三星Galaxy设备以及BC1.2/1.1的任何设备投诉。它还允许便携式设备从GL3510充电下游端口(CDP1)或专用充电端口(DCP2)吸取高达1.5A的电流。即使在睡眠和关机模式下，它也可以使系统快速为手持设备充电。

以太网控制器芯片包括但是不限于：RTL8153B-VB-CG。具体实施时，可以根据实际需要选择符合要求的以太网控制器芯片。图4是本实用新型多功能USB-C扩展坞中以太网控制器芯片RTL8153B-VB-CG电路图。如图4所示，RTL8153B-VB-CG以太网控制器芯片，集成10/100/1000M，应用USB3.0，适用于多个细分市台式机，移动设备，工作站，服务器，通信平台，扩展坞和嵌入式应用等。RTL8153B-VB-CG是Realtek(瑞昱)针对超级本、平板电脑、工业计算机及主板市场推出的一款USB to LAN网卡芯片。简单说就是个USB网卡主控。

读卡器芯片包括但是不限于：GL3224。具体实施时，可以根据实际需要选择符合要求的读卡器芯片。GL3224是USB 3.1Gen1双/单LUN读卡器控制器，它提供2个LUN(逻辑单元号)，可以支持各种类型的存储卡，例如Secure DigitalTM(SD)，SDHC，miniSD，microSD(T-Flash)，MultiMediaCardTM(MMC)，RS-MMC，MMCmicro，MMCmobile，Memory StickTM(MS)，Memory Stick DuoTM(MS Duo)，高速Memory StickTM(HS MS)，Memory Stick PROTM(MSPRO)，Memory Stick PROTMDuo(MS PRO Duo)，Memory Stick PRO-HGTM(MS PRO-HG)，MSPRO Micro集成在一个芯片中。它还支持SDXC和Memory Stick XC高密度存储卡(容量高达2TB)和高速SD 3.0UHS-I存储卡。GL3224集成了高速8051微处理器和高效硬件引擎，可在USB和各种存储卡接口之间实现最佳数据传输性能。它支持串行外围设备接口(SPI)，用于通过USB端口将固件升级到SPI闪存。它还集成了5V至3.3V和3.3V至1.2V的稳压器以及功率MOSFET，可降低系统BOM成本。

Type-C转HDMI/VGA数据转换器包括但是不限于：RTD2142。具体实施时，可以根据实际需要选择符合要求的Type-C转HDMI/VGA数据转换器。RTD2142的输出是一个完整的HDMI链路，经由完整的ESD防护以及共轭电感，经由过孔转至安装RTD2142的板子的另一面。

音频编解码器包括但是不限于：ALC4030-CG。具体实施时，可以根据实际需要选择符合要求的音频编解码器。ALC4030-CG是单芯片USB 2.0音频编解码器，具有嵌入式USB2.0至I2C和数字接口。麦克风接口，可提供高模拟和数字音频性能。ALC4030集成了立体声模拟输入和输出、USB、I2C和数字麦克风接口,以支持标准USB音频为所有主要的商用操作系统(例如Windows，Linux和Android)设计的设备类。ALC4030-CG是ALC4042和ALC4050的升级产品，主要特点在更低功耗，兼容性更好，它同样是颗单芯片USB2.0高速音频编解码器，内置MCU，可灵活使用。ALC4030-CG属于高水平解码器，它适用于耳机，耳机转接，扬声器和麦克风应用。

图5是本实用新型多功能USB-C扩展坞中USB PD芯片VL103电路图。USB PD(PowerDelivery)芯片包括但是不限于：VL103。具体实施时，可以根据实际需要选择符合要求的USB PD芯片。如图5所示，VL103是一款高度集成的节能单芯片显示端口Alt-mode和PowerDelivery 3.0控制器，适用于USB-C设备，设计用于USB-C视频适配器和USB-C多功能对接站等应用。VL103集成了USB-C充电UFP，可实现DP切换模式视频输出功能，检测到外接电源后，可同时对连接的PD主机充电。集成的第二个USB-C DRP既可以连接USB-C电源适配器为PD主机充电，也可以连接USB-C设备访问数据传输。集成了D+/D-充电ePHY，支持使用D+/D-引脚进行协议握手的充电器。VL103的设备策略管理器可以在DRP和UFP之间协商电源规则，然后实现电源充电。支持电池无电模式下对主机充电，支持PD3.0快速角色切换。内置SBU1/SBU2交换机，支持USB-C转接线功能。实现USB公告牌设备功能，满足“VESA DP Alt-Mode on USBType-C”规范。VL103还支持智能自动待机功能，当所连接的接口处于空闲状态时，自动进入深度省电模式，适用于智能手机配件。采用USB PD芯片VL103电路，实现和电脑数据通信。

USB-A接口电路包括但是不限于：第一USB-A接口电路及第二USB-A接口电路。第一USB-A接口电路及第二USB-A接口电路均实现对USB2.0 3.0信号的处理，分别变换成四组USB-A信号输出。图6是本实用新型多功能USB-C扩展坞中第一USB-A接口电路中5V电压转为12V电压的电路图，如图6所示，单片式降压开关稳压器U5的引脚1分别与电容C57、电容C58、电容C59、单片式降压开关稳压器U5的引脚4连接，单片式降压开关稳压器U5的引脚5分别与电阻R60的一端、电容C72的一端、电阻R59的一端连接，单片式降压开关稳压器U5的引脚3与电感L2的一端连接，电感L2的另一端分别与电容C64的一端、电容C65的一端、电容C66的一端、电容C72的另一端、电阻R59的另一端、电容C69的一端、电容C70的一端连接。

第一USB-C接口电路，可以采用现有技术中的USB-C接口电路，实现USB-C信号的输入。

第二USB-C接口电路，可以采用现有技术中的USB-C接口电路，实现USB-C信号的输出。

本实施例中，RJ45接口电路包括自身模块供电的需求的变压变换，并且将USB信号转成RJ45输出，实现上网功能。

本实施例中，SD卡接口电路包括自身模块供电的需求的变压变换，并且将USB信号转成SD卡输出，实现外部电子设备访问SD卡功能。

本实施例中，TF卡接口电路包括自身模块供电的需求的变压变换，并且将USB信号转成TF卡输出，实现外部电子设备访问TF卡功能。

本实施例中，耳机接口电路将USB2.0信号转成音频信号输出。

本实施例中，HDMI接口电路包括对显示芯片RTD2142处理后的HDMI信号进行处理和滤波，再进行ESD静电防护和DDC通讯，以及HPD检测，实现HDMI信号输出。

本实施例中，VGA接口电路包括：对显示芯片RTD2142处理后的VGA信号进行处理和滤波，再进行ESD静电防护，实现VGA信号输出。

本实施例中，DP接口电路包括显示芯片RTD2142处理后的DP信号的处理和滤波和ESD静电防护和DDC通讯，以及HPD检测实现DP信号输出。

图7是本实用新型多功能USB-C扩展坞连接示意图。如图7所示，为本实用新型多功能USB-C扩展坞一应用场景图，本实用新型多功能USB-C扩展坞输出的两路USB-A端口，可以分别连接鼠标、键盘、移动硬盘等；输出的一路USB-C端口，可以连接移动硬盘；输出的一路HDMI端口、一路DP端口，可以连接电视机、显示器、投影仪等，输出的一路VGA端口，可以连接电视机、显示器、投影仪等；输出的一路RJ45端口，可以连接千兆网络；3.5mm输入输出端口，可以接入耳机、麦克风、音箱等；SD卡卡槽可以接入SD卡进行数据共享，TF卡卡槽可以接入TF卡进行TF卡数据共享。

本实用新型通过以上实施例的设计，其有益效果是：通过设置第一集线器控制器芯片、以太网控制器芯片、第二集线器控制器芯片、读卡器芯片、Type-C转HDMI/VGA数据转换器、音频编解码器、第一USB-C接口电路、USB PD芯片、RJ45接口电路、USB-A接口电路、SD卡接口电路、TF卡接口电路、耳机接口电路、HDMI接口电路、VGA接口电路、DP接口电路，输入USB-C信号，可以输出两路USB-A信号、一路USB-C信号、一路HDMI信号、一路DP信号、一路VGA信号、一路RJ45信号，提供SD卡卡槽一个、TF卡卡槽一个，具有HDMI、DP、VGA视频接口、RJ45网口，音频支持3.5mm输入输出，可以兼容Windows/macOS系统，拓展了USB-C接口的功能；体积小，与过去的USB-A拓展坞相比，USB-C大幅减少了拓展坞面积，更适合应用在各类体积纤薄的设备产品上；支持正反盲插，消去了USB总是插不准的困扰；支持快速充电和双向充电，可以双向供电，既可以给设备自身充电，也可以给外接设备供电，支持USB PD协议,即功率传输协议，极大地提升充电速度。

本实用新型是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本实用新型范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本实用新型技术的特定场合，可对本实用新型进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本实用新型并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (10)

1.一种多功能USB-C扩展坞，其特征在于，包括：

第一集线器控制器芯片、以太网控制器芯片、第二集线器控制器芯片、读卡器芯片、Type-C转HDMI/VGA数据转换器、音频编解码器、第一USB-C接口电路、USB PD芯片、RJ45接口电路、USB-A接口电路、SD卡接口电路、TF卡接口电路、耳机接口电路、HDMI接口电路、VGA接口电路、DP接口电路；

其中，所述集线器控制器芯片分别与所述第一USB-C接口电路、第二集线器控制器芯片、以太网控制器芯片、USB-A接口电路及第二USB-C接口电路通过电气连接；所述以太网控制器芯片还与所述RJ45接口电路连接；所述第二集线器控制器芯片还与所述读卡器芯片、音频编解码器通过电气连接；所述读卡器芯片还与所述SD卡接口电路及TF卡接口电路通过电气连接；所述音频编解码器还与所述耳机接口电路通过电气连接；所述Type-C转HDMI/VGA数据转换器还与所述第一USB-C接口电路、USB PD芯片、HDMI接口电路、VGA接口电路及DP接口电路通过电气连接；所述第一USB-C接口电路还与所述USB PD芯片通过电气连接。

2.根据权利要求1所述的多功能USB-C扩展坞，其特征在于，所述第一集线器控制器芯片包括：GL3510-OSY52、GL3510-OSY51、VL817及VL822中的任何一种。

3.根据权利要求1所述的多功能USB-C扩展坞，其特征在于，所述以太网控制器芯片包括：RTL8153B-VB-CG、AX88179AQF及QFN40中的任何一种。

4.根据权利要求1所述的多功能USB-C扩展坞，其特征在于，所述第二集线器控制器芯片包括：GL3510-OSY52、GL3510-OSY52、GL3510-OSY51、VL817及VL822中的任何一种。

5.根据权利要求1所述的多功能USB-C扩展坞，其特征在于，所述读卡器芯片包括：GL3224。

6.根据权利要求1所述的多功能USB-C扩展坞，其特征在于，所述Type-C转HDMI/VGA数据转换器包括：RTD2142。

7.根据权利要求1所述的多功能USB-C扩展坞，其特征在于，所述音频编解码器包括：ALC4030-CG或KT0210B02。

8.根据权利要求1所述的多功能USB-C扩展坞，其特征在于，所述USB PD芯片包括：VL103或VL102。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的多功能USB-C扩展坞，其特征在于，所述USB-A接口电路包括：第一USB-A接口电路及第二USB-A接口电路。

10.根据权利要求9所述的多功能USB-C扩展坞，其特征在于，第一USB-A接口电路中，包括5V电压转为12V电压的电路，5V电压转为12V电压的电路包括：单片式降压开关稳压器U5的引脚1分别与电容C57、电容C58、电容C59、单片式降压开关稳压器U5的引脚4连接，单片式降压开关稳压器U5的引脚5分别与电阻R60的一端、电容C72的一端、电阻R59的一端连接，单片式降压开关稳压器U5的引脚3与电感L2的一端连接，电感L2的另一端分别与电容C64的一端、电容C65的一端、电容C66的一端、电容C72的另一端、电阻R59的另一端、电容C69的一端、电容C70的一端连接。

Images