CN219162692U - 一种usb接口转串口电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种USB接口转串口电路。该USB接口转串口电路包括用于转换USB和串口通讯协议的通讯转换电路；用于对通讯信号进行电磁隔离的光耦隔离电路和用于消除静电干扰的静电防护电路；其中，通讯转换电路包括USB芯片U1，通讯转换电路与光耦隔离电路通过USB芯片U1的TXD引脚和RXD引脚连接；通讯转换电路与静电防护电路通过USB芯片U1的USBDM引脚和USBDP引脚连接，该USB接口转串口电路结构简单，并且通过光耦隔离电路和静电防护电路解决了电磁干扰和静电干扰，增加了产品的可靠性和稳定性，减少了对器件的损坏，降低了维修成本，节省了人力和财力。

Description

一种USB接口转串口电路

【技术领域】

本实用新型涉及电子通信技术领域，尤其涉及一种USB接口转串口电路。

【背景技术】

在通信领域中，电子器件之间进行通讯，通常需要使用通用异步收发器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)串口通信，并且在电路中大量使用通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)转串口转换器。在强电磁干扰的环境中，采用直通电路的通讯线容易受到电磁的干扰，从而影响设备主机的正常工作，严重的甚至会损坏设备主机硬件，对于此问题一般都采用USB隔离电路来解决。

目前，USB隔离电路在解决设备主机硬件因干扰而受损的问题时，设备却容易因静电干扰造成USB转串口转换器的损坏，同样也会影响设备的正常使用，而且有些设备装配复杂，维修困难，导致人力和财力的浪费。

【实用新型内容】

有鉴于此，本实用新型提供了一种USB接口转串口电路，用于解决USB接口转串口电路中的电磁干扰和静电干扰，减少对器件的损坏，降低维修成本，节省人力和财力。

第一方面，本实用新型提供了一种USB接口转串口电路，所述USB接口转串口电路包括用于转换USB和串口通讯协议的通讯转换电路；用于对通讯信号进行电磁隔离的光耦隔离电路和用于消除静电干扰的静电防护电路；其中，所述通讯转换电路包括USB芯片U1，USB芯片U1包括TXD引脚、RXD引脚、USBDM引脚、USBDP引脚、VCC引脚、VCCIO引脚、3V3OUT引脚、RESET引脚、TEST引脚、CBUS0引脚和CBUS1引脚；所述VCC引脚和VCCIO引脚分别接5V电源；所述TEST引脚接地；

所述通讯转换电路与光耦隔离电路通过USB芯片U1的TXD引脚和RXD引脚连接；所述通讯转换电路与静电防护电路通过USB芯片U1的USBDM引脚和USBDP引脚连接。

可选地，所述通讯转换电路还包括：第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一发光二极管D1、第二发光二极管D2、第四电容C4、第五电容C5、第一电感L1和USB连接器J1；

第一电容C1的一端和3V3OUT引脚连接，所述第一电容C1的另一端接地；第一电阻R1的一端和RESET引脚连接，所述第一电阻R1的另一端接5V电源；第一发光二极管D1的负极和CBUS1引脚连接，所述第一发光二极管D1的正极和第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端接5V电源；第二发光二极管D2的负极和CBUS0引脚连接，所述第二发光二极管D2的正极和第三电阻R3的一端连接，所述第三电阻R3的另一端接5V电源；

第一电感L1的一端接5V电源，所述第一电感L1的另一端和USB连接器J1的VBUS引脚连接；所述USB连接器J1的D-引脚和USB芯片U1的USBDM引脚连接，所述USB连接器J1的D+引脚和USB芯片U1的USBDP引脚；第四电容C4的一端连接于所述第一电感L1和VBUS引脚的公共端，所述第四电容C4的另一端接地；第五电容C5的一端连接于所述第一电感L1和VBUS引脚的公共端，所述第五电容C5的另一端接地。

可选地，所述光耦隔离电路包括：第一光耦合器U2、第二光耦合器U3、第四电阻R4至第九电阻R9、第二电容C2、第三电容C3；

第四电阻R4的一端和第一光耦合器U2中第三发光二极管D3的正极连接，所述第四电阻R4的另一端接5V电源，所述第三发光二极管D3的负极和USB芯片U1的TXD引脚连接；所述第一光耦合器U2中第四二极管D4的负极接5V电源，所述第四二极管D4的正极接地；第二电容C2的一端接5V电源，所述第二电容C2的另一端接地；第六电阻R6的一端和所述第一光耦合器U2中第一三极管Q1的集电极连接，所述第一三极管Q1的发射极接地；第五电阻R5的一端接5V电源，所述第五电阻R5的另一端连接于所述第一三极管Q1的集电极和第六电阻R6的公共端；

第二光耦合器U3中第二三极管Q2的集电极和USB芯片U1的RXD引脚连接，所述第二三极管Q2的发射极接地；第七电阻R7的一端连接于所述第二三极管Q2的集电极和RXD引脚的公共端，所述第七电阻R7的另一端接5V电源；第三电容C3的一端接5V电源，所述第三电容C3的另一端接地；所述第二光耦合器U3中第六二极管D6的正极接地，所述第六二极管D6的负极接5V电源；第八电阻R8的一端和所述第二光耦合器U3中第五发光二极管D5的负极连接，第九电阻R9的一端和所述第五发光二极管D5的正极连接，所述第九电阻R9的另一端接5V电源。

可选地，所述静电防护电路包括：第一静电放电保护器件T1、第二静电放电保护器件T2和第三静电放电保护器件T3；

所述第一静电放电保护器件T1的一端连接于第一电感L1和VBUS引脚的公共端，所述第一静电放电保护器件T1的另一端接地；所述第二静电放电保护器件T2的一端和USBDM引脚连接，所述第二静电放电保护器件T2的另一端接地；所述第三静电放电保护器件T3的一端和USBDP引脚连接，所述第三静电放电保护器件T3的另一端接地。

可选地，所述USB芯片U1的型号为FT232RL。

可选地，所述第一光耦合器U2和第二光耦合器U3的型号均为TLP2362。

可选地，所述第一静电放电保护器件T1、第二静电放电保护器件T2和第三静电放电保护器件T3的型号均为TPGC08C。

本实用新型提供的技术方案中，该USB接口转串口电路包括用于转换USB和串口通讯协议的通讯转换电路；用于对通讯信号进行电磁隔离的光耦隔离电路和用于消除静电干扰的静电防护电路；其中，通讯转换电路包括USB芯片U1，通讯转换电路与光耦隔离电路通过USB芯片U1的TXD引脚和RXD引脚连接；通讯转换电路与静电防护电路通过USB芯片U1的USBDM引脚和USBDP引脚连接，该USB接口转串口电路结构简单，并且通过光耦隔离电路和静电防护电路解决了电磁干扰和静电干扰，增加了产品的可靠性和稳定性，减少了对器件的损坏，降低了维修成本，节省了人力和财力。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例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获得其它的附图。

图1为本实用新型提供的一种USB接口转串口电路的电路原理图；

图2为本实用新型提供的通讯转换电路的电路原理图；

图3为本实用新型提供的光耦隔离电路的电路原理图；

图4为本实用新型提供的静电防护电路的电路原理图。

【具体实施方式】

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本实用新型保护的范围。

应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，甲和/或乙，可以表示：单独存在甲，同时存在甲和乙，单独存在乙这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

图1为本实用新型提供的一种USB接口转串口电路的电路原理图，如图1所示，该USB接口转串口电路包括用于转换USB和串口通讯协议的通讯转换电路1；用于对通讯信号进行电磁隔离的光耦隔离电路2和用于消除静电干扰的静电防护电路3；其中，通讯转换电路1包括USB芯片U1，USB芯片U1包括TXD引脚、RXD引脚、USBDM引脚、USBDP引脚、VCC引脚、VCCIO引脚、3V3OUT引脚、RESET引脚、TEST引脚、CBUS0引脚和CBUS1引脚；VCC引脚和VCCIO引脚分别接5V电源；TEST引脚接地。

通讯转换电路1与光耦隔离电路2通过USB芯片U1的TXD引脚和RXD引脚连接；通讯转换电路1与静电防护电路3通过USB芯片U1的USBDM引脚和USBDP引脚连接。

本实用新型中，USB芯片U1的型号为FT232RL。

图2为本实用新型提供的通讯转换电路的电路原理图，如图2所示，通讯转换电路1还包括：第一电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一发光二极管D1、第二发光二极管D2、第四电容C4、第五电容C5、第一电感L1和USB连接器J1。

第一电容C1的一端和3V3OUT引脚连接，第一电容C1的另一端接地；第一电阻R1的一端和RESET引脚连接，第一电阻R1的另一端接5V电源；第一发光二极管D1的负极和CBUS1引脚连接，第一发光二极管D1的正极和第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接5V电源；第二发光二极管D2的负极和CBUS0引脚连接，第二发光二极管D2的正极和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接5V电源。

第一电感L1的一端接5V电源，第一电感L1的另一端和USB连接器J1的VBUS引脚连接；USB连接器J1的D-引脚和USB芯片U1的USBDM引脚连接，USB连接器J1的D+引脚和USB芯片U1的USBDP引脚；第四电容C4的一端连接于第一电感L1和VBUS引脚的公共端，第四电容C4的另一端接地；第五电容C5的一端连接于第一电感L1和VBUS引脚的公共端，第五电容C5的另一端接地。

本实用新型中，通讯转换电路1采用USB芯片U1进行USB和TTL电平(Transistor-Transistor-Logic，TTL)串口的通信，第四电容C4和第五电容C5为USB芯片U1的电源滤波电容，第一发光二极管D1和第二发光二极管D2为数据发送和接收的指示灯，当进行数据传输时，第一发光二极管D1和第二发光二极管D2会进行闪烁。

图3为本实用新型提供的光耦隔离电路的电路原理图，如图3所示，光耦隔离电路2包括：第一光耦合器U2、第二光耦合器U3、第四电阻R4至第九电阻R9、第二电容C2、第三电容C3。

第四电阻R4的一端和第一光耦合器U2中第三发光二极管D3的正极连接，第四电阻R4的另一端接5V电源，第三发光二极管D3的负极和USB芯片U1的TXD引脚连接；第一光耦合器U2中第四二极管D4的负极接5V电源，第四二极管D4的正极接地；第二电容C2的一端接5V电源，第二电容C2的另一端接地；第六电阻R6的一端和第一光耦合器U2中第一三极管Q1的集电极连接，第一三极管Q1的发射极接地；第五电阻R5的一端接5V电源，第五电阻R5的另一端连接于第一三极管Q1的集电极和第六电阻R6的公共端。

第二光耦合器U3中第二三极管Q2的集电极和USB芯片U1的RXD引脚连接，第二三极管Q2的发射极接地；第七电阻R7的一端连接于第二三极管Q2的集电极和RXD引脚的公共端，第七电阻R7的另一端接5V电源；第三电容C3的一端接5V电源，第三电容C3的另一端接地；第二光耦合器U3中第六二极管D6的正极接地，第六二极管D6的负极接5V电源；第八电阻R8的一端和第二光耦合器U3中第五发光二极管D5的负极连接，第九电阻R9的一端和第五发光二极管D5的正极连接，第九电阻R9的另一端接5V电源。

本实用新型中，第一光耦合器U2和第二光耦合器U3的型号均为TLP2362。

本实用新型中，光耦隔离电路2中的第一光耦合器U2和第二光耦合器U3将信号以光的形式传输，有效地隔离了输入电路和输出电路中的电磁干扰，具有良好的抗干扰功能。当信号进行第一光耦合器U2和第二光耦合器U3后，第三发光二极管D3和第五发光二极管D5接通而发光，第一三极管Q1和第二三极管Q2导通，从而实现了信号的传输。其中，第四电阻R4和第九电阻R9为限流电阻，防止电流过大而烧毁第三发光二极管D3和第五发光二极管D5；第五电阻R5和第七电阻R7为上拉电阻，可以将光耦合器输出端的信号固定为高电平；第二电容C2和第三电容C3为电容，有效地防止了信号的波动。

图4为本实用新型提供的静电防护电路的电路原理图，如图4所示，静电防护电路3包括：第一静电放电保护器件T1、第二静电放电保护器件T2和第三静电放电保护器件T3。

第一静电放电保护器件T1的一端连接于第一电感L1和VBUS引脚的公共端，第一静电放电保护器件T1的另一端接地；第二静电放电保护器件T2的一端和USBDM引脚连接，第二静电放电保护器件T2的另一端接地；第三静电放电保护器件T3的一端和USBDP引脚连接，第三静电放电保护器件T3的另一端接地。

本实用新型中，第一静电放电保护器件T1、第二静电放电保护器件T2和第三静电放电保护器件T3的型号均为TPGC08C。

本实用新型中，在插拔USB数据线的过程中，静电放电保护器件将此过程产生的静电导入地中以此来消除静电，对通讯转换电路1起到了一定的保护作用。

本实用新型提供的技术方案中，该USB接口转串口电路包括用于转换USB和串口通讯协议的通讯转换电路；用于对通讯信号进行电磁隔离的光耦隔离电路和用于消除静电干扰的静电防护电路；其中，通讯转换电路包括USB芯片U1，通讯转换电路与光耦隔离电路通过USB芯片U1的TXD引脚和RXD引脚连接；通讯转换电路与静电防护电路通过USB芯片U1的USBDM引脚和USBDP引脚连接，该USB接口转串口电路结构简单，并且通过光耦隔离电路和静电防护电路解决了电磁干扰和静电干扰，增加了产品的可靠性和稳定性，减少了对器件的损坏，降低了维修成本，节省了人力和财力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种USB接口转串口电路，其特征在于，所述USB接口转串口电路包括用于转换USB和串口通讯协议的通讯转换电路；用于对通讯信号进行电磁隔离的光耦隔离电路和用于消除静电干扰的静电防护电路；其中，所述通讯转换电路包括USB芯片(U1)，USB芯片(U1)包括TXD引脚、RXD引脚、USBDM引脚、USBDP引脚、VCC引脚、VCCIO引脚、3V3OUT引脚、RESET引脚、TEST引脚、CBUS0引脚和CBUS1引脚；所述VCC引脚和VCCIO引脚分别接5V电源；所述TEST引脚接地；

所述通讯转换电路与光耦隔离电路通过USB芯片(U1)的TXD引脚和RXD引脚连接；所述通讯转换电路与静电防护电路通过USB芯片(U1)的USBDM引脚和USBDP引脚连接。

2.根据权利要求1所述的USB接口转串口电路，其特征在于，所述通讯转换电路还包括：第一电容(C1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一发光二极管(D1)、第二发光二极管(D2)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第一电感(L1)和USB连接器(J1)；

第一电容(C1)的一端和3V3OUT引脚连接，所述第一电容(C1)的另一端接地；第一电阻(R1)的一端和RESET引脚连接，所述第一电阻(R1)的另一端接5V电源；第一发光二极管(D1)的负极和CBUS1引脚连接，所述第一发光二极管(D1)的正极和第二电阻(R2)的一端连接，所述第二电阻(R2)的另一端接5V电源；第二发光二极管(D2)的负极和CBUS0引脚连接，所述第二发光二极管(D2)的正极和第三电阻(R3)的一端连接，所述第三电阻(R3)的另一端接5V电源；

第一电感(L1)的一端接5V电源，所述第一电感(L1)的另一端和USB连接器(J1)的VBUS引脚连接；所述USB连接器(J1)的D-引脚和USB芯片(U1)的USBDM引脚连接，所述USB连接器(J1)的D+引脚和USB芯片(U1)的USBDP引脚；第四电容(C4)的一端连接于所述第一电感(L1)和VBUS引脚的公共端，所述第四电容(C4)的另一端接地；第五电容(C5)的一端连接于所述第一电感(L1)和VBUS引脚的公共端，所述第五电容(C5)的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的USB接口转串口电路，其特征在于，所述光耦隔离电路包括：第一光耦合器(U2)、第二光耦合器(U3)、第四电阻(R4)至第九电阻(R9)、第二电容(C2)、第三电容(C3)；

第四电阻(R4)的一端和第一光耦合器(U2)中第三发光二极管(D3)的正极连接，所述第四电阻(R4)的另一端接5V电源，所述第三发光二极管(D3)的负极和USB芯片(U1)的TXD引脚连接；所述第一光耦合器(U2)中第四二极管(D4)的负极接5V电源，所述第四二极管(D4)的正极接地；第二电容(C2)的一端接5V电源，所述第二电容(C2)的另一端接地；第六电阻(R6)的一端和所述第一光耦合器(U2)中第一三极管(Q1)的集电极连接，所述第一三极管(Q1)的发射极接地；第五电阻(R5)的一端接5V电源，所述第五电阻(R5)的另一端连接于所述第一三极管(Q1)的集电极和第六电阻(R6)的公共端；

第二光耦合器(U3)中第二三极管(Q2)的集电极和USB芯片(U1)的RXD引脚连接，所述第二三极管(Q2)的发射极接地；第七电阻(R7)的一端连接于所述第二三极管(Q2)的集电极和RXD引脚的公共端，所述第七电阻(R7)的另一端接5V电源；第三电容(C3)的一端接5V电源，所述第三电容(C3)的另一端接地；所述第二光耦合器(U3)中第六二极管(D6)的正极接地，所述第六二极管(D6)的负极接5V电源；第八电阻(R8)的一端和所述第二光耦合器(U3)中第五发光二极管(D5)的负极连接，第九电阻(R9)的一端和所述第五发光二极管(D5)的正极连接，所述第九电阻(R9)的另一端接5V电源。

4.根据权利要求1所述的USB接口转串口电路，其特征在于，所述静电防护电路包括：第一静电放电保护器件(T1)、第二静电放电保护器件(T2)和第三静电放电保护器件(T3)；

所述第一静电放电保护器件(T1)的一端连接于第一电感(L1)和VBUS引脚的公共端，所述第一静电放电保护器件(T1)的另一端接地；所述第二静电放电保护器件(T2)的一端和USBDM引脚连接，所述第二静电放电保护器件(T2)的另一端接地；所述第三静电放电保护器件(T3)的一端和USBDP引脚连接，所述第三静电放电保护器件(T3)的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的USB接口转串口电路，其特征在于，所述USB芯片(U1)的型号为FT232RL。

6.根据权利要求3所述的USB接口转串口电路，其特征在于，所述第一光耦合器(U2)和第二光耦合器(U3)的型号均为TLP2362。

7.根据权利要求4所述的USB接口转串口电路，其特征在于，所述第一静电放电保护器件(T1)、第二静电放电保护器件(T2)和第三静电放电保护器件(T3)的型号均为TPGC08C。

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