WO2012142832A1 - 一种具有usb接口的电子设备及其usb通信启动方法 - Google Patents

一种具有usb接口的电子设备及其usb通信启动方法 Download PDF

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usb interface
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李启瑞
李超
时慧钦
徐敏
王涛
徐鹏斌
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中兴通讯股份有限公司
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    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/40—Bus structure
    • G06F13/4063—Device-to-bus coupling
    • G06F13/4068—Electrical coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries

Definitions

  • One pin is the charging voltage VCHG on the power management chip, which is used to detect the plugging and unplugging state of the charger.
  • a certain threshold value such as 3.3V
  • the voltage value of the VCHG terminal is greater than a certain threshold value (such as 3.3V)
  • the voltage value of the VCHG terminal is less than or equal to a certain threshold value (such as 3.3V)
  • a certain threshold value such as 3.3V
  • the object of the present invention is to provide an electronic device with a USB interface and a USB communication starting method thereof, which is related to the problem that the charger and the USB communication share an interface in the prior art, which is likely to cause damage to the mobile terminal device.
  • the electronic device with a USB interface includes a power management chip, a USB interface chip and a control circuit, wherein the control circuit is respectively connected with the power management chip and the USB interface chip, and the control circuit adopts a charging voltage VCHG input to the power management chip as a control signal.
  • the voltage of the positive USB-VBUS pin of the USB bus of the USB interface chip outputs a voltage value corresponding to the control signal, wherein the control signal is isolated from the voltage outputted to the USB-VBUS pin.
  • the first triode is an NPN type triode
  • the second triode is a PNP type triode

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Description

一种具有 USB接口的电子设备及其 USB通信启动方法 技术领域
本发明涉及 USB技术领域，特别的涉及一种具有 USB接口的电子设备 及其 USB通信启动方法。 背景技术
现有技术中具有 USB接口的电子设备如带有 USB接口的手持终端， USB通讯电缆和充电线缆共用一根， 即这根线缆既能够作为充电作用， 又 能够作为 USB 通信用途。 这样使得手机的充电接口的正极 VCHG 与 USB VBUS的直接或间接短接在一起。
手持终端设备 USB接口电路中有两个管脚， 一个管脚为电源管理芯片 上的充电电压 VCHG, 其用于检测充电器插、 拔状态， 当 VCHG端的电压 值大于某个阀限值（如 3.3V )时， 判断为充电器插入， 当 VCHG端的电压 值小于等于某个阀限值（如 3.3V ) 时， 判断为充电器拔出； 另外一个管脚 为 USB接口芯片上的 USB总线的电源正极 USB— VBUS, 当 USB— VBUS 端的电压值大于 USB规范中 Session值（如 2.0V ) 时， 判断为 USB通信 线缆插入启动 USB状态机， 当 USB— VBUS端的电压值小于等于 USB规范 中 Session值（如 2.0V ) 时， 判断为 USB通信线缆拔出。
带有 USB接口的手持终端的充电状态机的启动条件是， 检测充电接口 的正极是否大于某个阀限值（如 3.3V ), 当外加电压大于该值， 则判断为充 电器插入， 开始启动充电管理， 否则充电器拔掉， 停止充电， 同时 VCHG 的工作电压范围较高， 通常为十几伏到二十伏（如 18V ); USB— VBUS端的 工作电压范围较低， 通常为 5.25V。
总而言之， 手持终端的 USB状态机的启动条件是， USB VBUS ( USB 总线的电源正极）端的电压是否大于 USB规范中 Session值（如 2.0V ), 当外加电压大于该值， 则开始启动 USB枚举过程， 否则停止 USB状态机。 USB VBUS最大工作电压通常为相对较低的 5.25V。 基于此， 就带来一个 问题 USB状态机和充电状态机启动条件不一样， 需要采用一个电路对不同 信号加以区分实现 USB通信启动，业界目前的充电器与 USB通信共用一个 接口的 USB启动方案常用的做法是，如图 1所示，将 VCHG通过稳压二极 管 D1降压后连接在 USB— VBUS处。 这种方法电路比较简单， 但有以下缺 点: 稳压二极管响应速度较慢， 对于充电器插入瞬间的过沖无法起到保护 作用。
可见现有技术中存在充电器与 USB通信共用一个接口容易造成手机终 端设备的损坏的问题。 发明内容
有鉴于此， 本发明的目的是针对现有技术中存在的充电器与 USB通信 共用一个接口容易造成手机终端设备损坏的问题， 提供一种具有 USB接口 的电子设备及其 USB通信启动方法，该具有 USB接口的电子设备， 包括电 源管理芯片、 USB接口芯片和控制电路， 其中， 控制电路分别与电源管理 芯片和 USB接口芯片连接， 控制电路采用输入到电源管理芯片的充电电压 VCHG作为控制信号，向 USB接口芯片的 USB总线的电源正极 USB— VBUS 管脚输出与控制信号对应的电压值， 其中， 控制信号与向 USB— VBUS管脚 输出的电压相互隔离。
上述具有 USB接口的电子设备中， 所述控制电路的控制管脚与电源管 理芯片的充电电压 VCHG管脚连接，控制电路的输出管脚与 USB接口芯片 的 USB总线的电源正极 USB— VBUS管脚连接， 控制电路的电源管脚与固 定电压的输入端连接， 固定电压输入端输入高电平， 所述高电平大于 USB 状态机启动电压， 小于 USB VBUS最大工作电压， 控制电路用于当检测到 控制管脚电压大于设定阈值时， 输出管脚输出固定电压， 当检测到控制管 脚电压小于设定阈值时， 输出管脚输出低电平， 所述低电平大于 0V 小于 USB状态机启动电压。
上述具有 USB接口的电子设备中， 所述控制电路进一步包括： 第一三 极管和第二三极管； 其中，
第一三极管的基极与电源管理芯片的充电电压 VCHG管脚连接， 第一 三极管的集极与第二三极管的基极连接， 第一三极管的发射极接地；
第二三极管的发射极与固定电压输出端连接， 第二三极管的集极与 USB接口芯片的 USB— VBUS管脚连接， 并通过第三电阻接地。
上述具有 USB接口的电子设备中， 所述第一三极管的基极通过第一电 阻与电源管理芯片的充电电压 VCHG管脚连接。
上述具有 USB接口的电子设备中， 所述第一三极管的集极通过第二电 阻与第二三极管的基极连接。
上述具有 USB接口的电子设备中， 所述第一三极管为 NPN型三极管， 所述第二三极管为 PNP型三极管
上述具有 USB接口的电子设备中， 所述控制电路进一步包括： 第一三 极管和第一金属氧化物半导体型场效应管； 其中，
第一三极管的基极与电源管理芯片的充电电压 VCHG管脚连接， 第一 三极管的集极与第一金属氧化物半导体型场效应管的栅极连接， 第一三极 管的发射极接地；
第一金属氧化物半导体型场效应管的漏极与固定电压输出端连接， 第 一金属氧化物半导体型场效应管的源极与 USB接口芯片的 USB— VBUS管 脚连接， 并通过第三电阻接地， 第一金属氧化物半导体型场效应管的漏极 通过第五电阻与第一金属氧化物半导体型场效应管的栅极连接。
上述具有 USB接口的电子设备中， 所述第一三极管的基极通过第一电 阻与电源管理芯片的充电电压 VCHG管脚连接。
上述具有 USB接口的电子设备中， 所述第一三极管的集极通过第四电 阻与第一金属氧化物半导体型场效应管的栅极连接。
上述具有 USB接口的电子设备中， 所述第一三极管为 NPN型三极管， 所述金属氧化物半导体型场效应管为 P型金属氧化物半导体型场效应管。
本发明实施例还提供如前述的具有 USB接口的电子设备的 USB通信启 动方法， 包括：
控制电路检测 VCHG信号；
控制电路根据 VCHG信号向 USB— VBUS管脚输出与控制信号对应的 电压值， 其中， 控制信号与向 USB— VBUS管脚输出的电压相互隔离。
上述方法中，
所述控制电路检测 VCHG信号为： 控制电路检测控制管脚电压； 所述控制电路根据 VCHG信号向 USB— VBUS管脚输出与控制信号对 应的电压值为： 当控制电路检测到控制管脚电压大于设定阈值时， 输出管 脚输出固定电压， USB接口芯片根据 USB— VBUS管脚输入的固定电压启动 USB通信；
当控制电路检测到控制管脚电压小于设定阈值时， 输出管脚输出低电 平， 所述低地电平大于 0V小于 USB状态机启动电压， USB接口芯片根据 USB VBUS管脚输入的低电平停止 USB通信。
由于利用手持终端产品的充电电压 VCHG 仅作为控制信号 （与向 USB VBUS管脚输出的电压相互隔离），使得控制电路选择输出为固定电压 的的高电平或低电平， 进而作为启动或停止 USB通信的触发信号， 避免了 设备的损坏， 同时实现通过 VCHG管脚的电压阀限值， 触发充电状态机的 同时也触发 USB状态机。 附图说明
图 1表示现有技术具有 USB接口的电子设备的结构图；
图 2表示本发明提供的具有 USB接口的电子设备结构图；
图 3表示本发明提供的包括双三极管结构的电子设备结构图； 图 4表示本发明提供的包括三极管、 金属氧化物半导体型场效应管结 构的电子设备结构图。 具体实施方式
本发明的基本思想是： 设备控制电路的控制管脚与电源管理芯片的 VCHG管脚连接， 控制电路的输出管脚与 USB接口芯片的 USB— VBUS 管脚连接， 控制电路的电源管脚与固定电压输入端连接， 固定电压输入 端输入高电平， 控制电路用于当检测到控制管脚电压大于设定阈值时， 输出管脚输出固定电压， 当检测到控制管脚电压小于设定阈值时， 输出 管脚输出低电平。
下面结合说明书附图对本发明优选实施例进行说明， 本发明第一实施 例是一种具有 USB接口的电子设备 100, 下面结合附图 2, 对该设备 100 进行原理性的说明， 该设备 100包括： 包括电源管理芯片 102、 USB接口 芯片 103和控制电路 104, 控制电路 104分别与电源管理芯片 102和 USB 接口芯片 103连接， 控制电路 104采用输入到电源管理芯片 102的充电电 压 VCHG作为控制信号， 向 USB接口芯片 103 的 USB总线的电源正极 USB VBUS 管脚输出与控制信号对应的电压值， 其中， 控制信号与向 USB— VBUS管脚输出的电压相互隔离。 具体而言电源管理芯片 102、 USB 接口芯片 103和控制电路 104, 电源管理芯片 102、 USB接口芯片 103和控 制电路 104共地。 电源管理芯片 102的充电电压 VCHG管脚和地管脚分别 与外部的充电器 101的正极和负极连接， 控制电路 104的控制管脚与电源 管理芯片 102的 VCHG管脚连接，控制电路 104的输出管脚与 USB接口芯 片 102的 USB总线的电源正极 USB— VBUS管脚连接， 控制电路 104的电 源管脚与一固定电压的输入端 105连接， 固定电压输入端 105输入高电平 如 2.85V, 该高电平大于 USB状态机启动电压如 2.0V, 小于 USB— VBUS 最大工作电压如 5.25V )控制电路 104用于当检测到控制管脚电压大于设定 阈值如 3.3V时， 输出管脚输出固定电压， 当检测到控制管脚电压小于设定 阈值 3.3V时， 输出管脚输出低电平 0V, 该低电平应满足大于等于 0V小于 USB状态机启动电压。
基于上述的电路， 的 VCHG启动 USB的方法原理如下：
1、 控制电路检测控制管脚电压。
2、 当控制电路检测到 VCHG处的电压大于某个阀限值时，控制电路由 输出管脚输出固定的高电平 （其电压范围为 2.0V—— 5.0V, 如 2.85V ), 连 接到 USB— VBUS管脚处。 USB接口芯片根据 USB— VBUS检测到该处电压 值大于 USB规范中 Session值（如 2.0V ), 启动 USB状态机。
3、 当控制电路检测到 VCHG处的电压小于等于某个阀限值时，控制电 路由输出管脚输出固定的 （其电压范围为 0V—— 2.0V, 如 0V ), 连接到 USB VBUS管脚处。 USB接口芯片根据 USB VBUS检测到该处电压值小 于 USB规范中 Session值（如 2.0V ), 停止 USB状态机。
下面结合图 3 ,对包括 NPN三极管与 PNP三极管的控制电路进行详细 说明， 该控制电路包括：
第一三极管 Q1 ,第一三极管 Q1的基极通过第一电阻 R1与电源管理芯 片的充电电压 VCHG管脚连接，第一三极管 Q1的集极通过第二电阻 R2与 第二三极管 Q2的基极连接， 第一三极管 Q1的发射极接地。
第二三极管 Q2, 第二三极管 Q2的发射极与固定电压输出端连接， 第 二三极管 Q2的集极与 USB接口芯片的 USB— VBUS管脚连接，并通过第三 电阻 R3接地。 控制电路各部分作用：由第一电阻 R1与 NPN第一三极管 Q1组成充电 输入电压检测部分， 其中， 第一电阻 R1的作用为调整检测电压阀限和最大 输入电压值，即调整第一三极管 Q1导通的电压阀限值与充电阀限值基本一 致， 同时满足过压保护的要求， 例如过压保护的最大电压为 10V, 那么当 VCHG为 0V—— 10V时， 控制电路和终端其它电路不被损坏； 由第二电阻 R2和 PNP第二三极管 Q2组成控制输出部分， 其中， 第二电阻 R2的作用 为限流， 第二三极管 Q2为控制输出； 固定电压输入端 105为高电平固定电 压源 VDD, 其范围为 2.0V—— 5.0V; 通过第三电阻 R3作为下拉电阻确保 在第二三极管 Q2截止状态下， 第二三极管 Q2输出为 0V。
相应地， 本发明实施例提供的 VCHG启动 USB通信的方法，控制电路 检测 VCHG信号， 并根据 VCHG信号向 USB— VBUS管脚输出与控制信号 对应的电压值， 具体而言， 包括以下步驟：
步驟 1 : 检测充电电压 VCHG是否大于阀限值（如 3.3V ), 若是执行步 驟 2, 否则继续执行步驟 3。
步驟 2: 第一三极管 Q1导通， 紧随着第二三极管 Q2也导通， 固定的 高电平值 VDD (如 2.85V )加到 USB— VBUS处， 该电压值大于 Session值， 则启动 USB通信。 返回执行步驟 1。
步驟 3: 第一三极管 Q1截止， 其控制第二三极管 Q2也处于截止状态， 这样通过第三电阻 R3对地下来产生的 0V电压加到 USB— VBUS处， 该电 压值小于 Session值， 则停止 USB通信。 返回执行步驟 1。
下面结合图 4, 对包括 NPN三极管与 MOS管即 MOSFET管 （Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, 金属氧化物半导体型场效应管） 的控制电路进行详细说明， 该控制电路包括：
第一三极管 Q1 ,第一三极管 Q1的基极通过第一电阻 R1与电源管理芯 片的充电电压 VCHG管脚连接，第一三极管 Q 1的集极通过第四电阻 R4与 第一 MOS管 Ql的栅极连接， 第一三极管 Q1的发射极接地。
第一 M0S管 Q3 , 第一 M0S管 Q3的漏极与固定电压输出端连接， 第 一 M0S管 Q3的源极与 USB接口芯片的 USB— VBUS管脚连接， 并通过第 三电阻 R3接地， 第一 M0S管 Q3的漏极通过第五电阻 R5与第一 M0S管 Q3的栅极连接。
电路各部分作用：由第一电阻 R1与 NPN第一三极管 Q1组成充电输入 电压检测部分， 其中， 第一电阻 R1的作用为调整检测电压阀限和最大输入 电压值， 即调整第一三极管 Q1导通的电压阀限值与充电阀限值基本一致， 同时满足过压保护的要求，例如过压保护的最大电压为 10V,那么当 VCHG 为 0V—— 10V时， 控制电路和终端其它电路不被损坏； 由第二电阻 R2, 第 四电阻 R4和 M0S管 Q3组成控制输出部分， 其中， 第二电阻 R2的作用为 限流， MOS管 Q3为控制输出， 第五电阻 R5为上拉电阻， 确保在第一三极 管 Q1截止状态下， MOS管 Q3也处于截止状态； 固定电压输入端 105为高 电平固定电压源 VDD, 其范围为 2.0V—— 5.0V; 通过第三电阻 R3作为下 拉电阻确保在 MOS管 Q3截止状态下， MOS管 Q3输出为 0V。 本实施例 中采用 P型 MOS管。
相应地， 本发明实施例提供的 VCHG启动 USB通信的方法， 包括以下 步驟：
步驟 4: 检测充电电压 VCHG是否大于阀限值（如 3.3V ), 若是执行步 驟 5, 否则继续执行步驟 6。
步驟 5: 第一三极管 Q1导通， 紧随着 MOS管 Q3也导通， 固定的高电 平值 VDD (如 2.85V )加到 USB— VBUS处， 该电压值大于 Session值， 则 启动 USB通信。 返回执行步驟 4。
步驟 6: 第一三极管 Q1截止， 其控制 MOS管 Q3也处于截止状态， 这 样通过第三电阻 R3对地下来产生的 0V电压加到 USB— VBUS处， 该电压 值小于 Session值， 则停止 USB通信。 返回执行步驟 4。
最后应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其 进行限制， 尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普 通技术人员应当理解： 其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同 替换， 而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技 术方案的精神和范围。

Claims

权利要求书
1. 一种具有 USB接口的电子设备， 其特征在于， 包括电源管理芯片、 USB接口芯片和控制电路， 其中， 控制电路分别与电源管理芯片和 USB接 口芯片连接， 控制电路采用输入到电源管理芯片的充电电压 VCHG作为控 制信号， 向 USB接口芯片的 USB总线的电源正极 USB— VBUS管脚输出与 控制信号对应的电压值， 其中， 控制信号与向 USB— VBUS管脚输出的电压 相互隔离。
2. 如权利要求 1所述的具有 USB接口的电子设备， 其特征在于， 所 述控制电路的控制管脚与电源管理芯片的充电电压 VCHG管脚连接， 控制 电路的输出管脚与 USB接口芯片的 USB总线的电源正极 USB— VBUS管脚 连接， 控制电路的电源管脚与固定电压的输入端连接， 固定电压输入端输 入高电平， 所述高电平大于 USB状态机启动电压， 小于 USB— VBUS最大 工作电压， 控制电路用于当检测到控制管脚电压大于设定阈值时， 输出管 脚输出固定电压， 当检测到控制管脚电压小于设定阈值时， 输出管脚输出 低电平， 所述低电平大于等于 0V小于 USB状态机启动电压。
3. 如权利要求 1所述的具有 USB接口的电子设备， 其特征在于， 所 述控制电路进一步包括： 第一三极管和第二三极管； 其中，
第一三极管的基极与电源管理芯片的充电电压 VCHG管脚连接， 第一 三极管的集极与第二三极管的基极连接， 第一三极管的发射极接地；
第二三极管的发射极与固定电压输出端连接， 第二三极管的集极与 USB接口芯片的 USB— VBUS管脚连接， 并通过第三电阻接地。
4. 如权利要求 3所述的具有 USB接口的电子设备， 其特征在于， 所 述第一三极管的基极通过第一电阻与电源管理芯片的充电电压 VCHG管脚 连接。
5. 如权利要求 3所述的具有 USB接口的电子设备， 其特征在于， 所 述第一三极管的集极通过第二电阻与第二三极管的基极连接。
6. 如权利要求 3所述的具有 USB接口的电子设备， 其特征在于， 所 述第一三极管为 NPN型三极管， 所述第二三极管为 PNP型三极管。
7. 如权利要求 1所述的具有 USB接口的电子设备， 其特征在于， 所 述控制电路进一步包括： 第一三极管和第一金属氧化物半导体型场效应管； 其中，
第一三极管的基极与电源管理芯片的充电电压 VCHG管脚连接， 第一 三极管的集极与第一场效应晶体管的栅极连接， 第一三极管的发射极接地； 第一金属氧化物半导体型场效应管的漏极与固定电压输出端连接， 第 一金属氧化物半导体型场效应管的源极与 USB接口芯片的 USB— VBUS管 脚连接， 并通过第三电阻接地， 第一金属氧化物半导体型场效应管的漏极 通过第五电阻与第一金属氧化物半导体型场效应管的栅极连接。
8. 如权利要求 7所述的具有 USB接口的电子设备， 其特征在于， 所 述第一三极管的基极通过第一电阻与电源管理芯片的充电电压 VCHG管脚 连接。
9. 如权利要求 7所述的具有 USB接口的电子设备， 其特征在于， 所 述第一三极管的集极通过第四电阻与第一金属氧化物半导体型场效应管的 栅极连接。
10. 如权利要求 7所述的具有 USB接口的电子设备， 其特征在于， 所 述第一三极管为 NPN型三极管， 所述金属氧化物半导体型场效应管为 P型 金属氧化物半导体型场效应管。
11.一种具有 USB接口的电子设备的 USB通信启动方法，其特征在于， 包括：
控制电路检测 VCHG信号；
控制电路根据 VCHG信号向 USB— VBUS管脚输出与控制信号对应的 电压值， 其中， 控制信号与向 USB— VBUS管脚输出的电压相互隔离。
12.如权利要求 11所述的方法，其特征在于，所述控制电路检测 VCHG 信号为： 控制电路检测控制管脚电压；
所述控制电路根据 VCHG信号向 USB— VBUS管脚输出与控制信号对 应的电压值为： 当控制电路检测到控制管脚电压大于设定阈值时， 输出管 脚输出固定电压， USB接口芯片根据 USB— VBUS管脚输入的固定电压启动 USB通信；
当控制电路检测到控制管脚电压小于设定阈值时， 输出管脚输出低电 平， 所述低地电平大于 0V小于 USB状态机启动电压， USB接口芯片根据 USB VBUS管脚输入的低电平停止 USB通信。
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