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一種具有USB接口的電子設備及其USB通信啟動方法.pdf

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一種 具有 USB 接口 電子設備 及其 通信 啟動 方法
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摘要
申請專利號:

CN201110102737.0

申請日:

2011.04.22

公開號:

CN102202117B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H04M 1/02申請日:20110422|||公開
IPC分類號: H04M1/02 主分類號: H04M1/02
申請人: 中興通訊股份有限公司
發明人: 李啟瑞; 李超; 時慧欽; 徐敏; 王濤; 徐鵬斌
地址: 518057 廣東省深圳市南山區高新技術產業園科技南路中興通訊大廈法務部
優先權:
專利代理機構: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243 代理人: 許靜;趙愛軍
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110102737.0

授權公告號:

102202117B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2012.12.12|||2011.09.28

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種具有USB接口的電子設備及其USB通信啟動方法,以解決現有技術中存在的充電器與USB通信共用一個接口容易造成手機終端設備損壞的問題,該設備控制電路的控制管腳與電源管理芯片的VCHG管腳連接,控制電路的輸出管腳與USB接口芯片的USB_VBUS管腳連接,控制電路的電源管腳與一固定電壓輸入端連接,固定電壓輸入端輸入高電平,控制電路用于當檢測到控制管腳電壓大于設定閾值時,輸出管腳輸出固定電壓,當檢測到控制管腳電壓小于設定閾值時,輸出管腳輸出低電平,由于利用手持終端產品的充電電壓VCHG僅作為與向USB_VBUS管腳輸出的電壓相互隔離的控制信號,從而避免了設備的損壞。

權利要求書

1.一種具有USB接口的電子設備,其特征在于,包括電源管理芯片、USB接口芯片和控制電路,控制電路分別與電源管理芯片和USB接口芯片連接,控制電路采用輸入到電源管理芯片的充電電壓VCHG作為控制信號,向USB接口芯片的USB總線的電源正極USB_VBUS管腳輸出與控制信號對應的電壓值,其中,控制信號與向USB_VBUS管腳輸出的電壓相互隔離。2.如權利要求1所述的具有USB接口的電子設備,其特征在于,控制電路的控制管腳與電源管理芯片的充電電壓VCHG管腳連接,控制電路的輸出管腳與USB接口芯片的USB總線的電源正極USB_VBUS管腳連接,控制電路的電源管腳與一固定電壓的輸入端連接,固定電壓輸入端輸入高電平,所述高電平大于USB狀態機啟動電壓,小于USB_VBUS最大工作電壓,控制電路用于當檢測到控制管腳電壓大于設定閾值時,輸出管腳輸出固定電壓,當檢測到控制管腳電壓小于設定閾值時,輸出管腳輸出低電平,所述低電平大于等于0V小于USB狀態機啟動電壓。3.如權利要求1所述的具有USB接口的電子設備,其特征在于,控制電路包括:第一三極管,第一三極管的基極與電源管理芯片的充電電壓VCHG管腳連接,第一三極管的集極與第二三極管的基極連接,第一三極管的發射極接地;第二三極管,第二三極管的發射極與固定電壓輸出端連接,第二三極管的集極與USB接口芯片的USB_VBUS管腳連接,并通過第三電阻接地。4.如權利要求2所述的具有USB接口的電子設備,其特征在于,第一三極管的基極通過第一電阻與電源管理芯片的充電電壓VCHG管腳連接。5.如權利要求2所述的具有USB接口的電子設備,其特征在于,第一三極管的集極通過第二電阻與第二三極管的基極連接。6.如權利要求2所述的具有USB接口的電子設備,其特征在于,第一三極管為NPN型三極管,第二三極管為PNP型三極管。7.如權利要求1所述的具有USB接口的電子設備,其特征在于,控制電?路包括:第一三極管,第一三極管的基極與電源管理芯片的充電電壓VCHG管腳連接,第一三極管的集極與第一場效應晶體管的柵極連接,第一三極管的發射極接地;第一金屬氧化物半導體型場效應管,第一金屬氧化物半導體型場效應管的漏極與固定電壓輸出端連接,第一金屬氧化物半導體型場效應管的源極與USB接口芯片的USB_VBUS管腳連接,并通過第三電阻接地,第一金屬氧化物半導體型場效應管的漏極通過第五電阻與第一金屬氧化物半導體型場效應管的柵極連接。8.如權利要求6所述的具有USB接口的電子設備,其特征在于,第一三極管的基極通過第一電阻與電源管理芯片的充電電壓VCHG管腳連接。9.如權利要求6所述的具有USB接口的電子設備,其特征在于,第一三極管的集極通過第四電阻與第一金屬氧化物半導體型場效應管的柵極連接。10.如權利要求6所述的具有USB接口的電子設備,其特征在于,第一三極管為NPN型三極管,金屬氧化物半導體型場效應管為P型金屬氧化物半導體型場效應管。11.一種如權利要求1-9任一權利要求所述的具有USB接口的電子設備的USB通信啟動方法,其特征在于,包括:控制電路檢測VCHG信號;控制電路根據VCHG信號向USB_VBUS管腳輸出與控制信號對應的電壓值,其中,控制信號與向USB_VBUS管腳輸出的電壓相互隔離。12.如權利要求11所述的方法,其特征在于,控制電路檢測VCHG信號具體為:控制電路檢測控制管腳電壓;控制電路根據VCHG信號向USB_VBUS管腳輸出與控制信號對應的電壓值具體為:當控制電路檢測到控制管腳電壓大于設定閾值時,輸出管腳輸出固定電壓,USB接口芯片根據USB_VBUS管腳輸入的固定電壓啟動USB通信;?當控制電路檢測到控制管腳電壓小于設定閾值時,輸出管腳輸出低電平,所述低地電平大于0V小于USB狀態機啟動電壓,USB接口芯片根據USB_VBUS管腳輸入的低電平停止USB通信。?

說明書

一種具有USB接口的電子設備及其USB通信啟動方法

技術領域

本發明涉及USB技術領域,特別的涉及一種具有USB接口的電子設備及其USB通信啟動方法。

背景技術

現有技術中具有USB接口的電子設備如帶有USB接口的手持終端,USB通訊電纜和充電線纜共用一根,即這根線纜既能夠作為充電作用,又能夠作為USB通信用途。這樣使得手機的充電接口的正極VCHG與USB_VBUS的直接或間接短接在一起。

手持終端設備USB接口電路中有兩個管腳,一個管腳為電源管理芯片上的充電電壓VCHG,其作用檢測充電器插、拔狀態,當VCHG端的電壓值大于某個閥限值(如3.3V)時,判斷為充電器插入,當VCHG端的電壓值小于等于某個閥限值(如3.3V)時,判斷為充電器拔出;另外一個管腳為USB接口芯片上的USB總線的電源正極USB_VBUS,當USB_VBUS端的電壓值大于USB規范中Session值(如2.0V)時,判斷為USB通信線纜插入啟動USB狀態機,當USB_VBUS端的電壓值小于等于USB規范中Session值(如2.0V)時,判斷為USB通信線纜拔出。

帶有USB接口的手持終端的充電狀態機的啟動條件是,檢測充電接口的正極是否大于某個閥限值(如3.3V),當外加電壓大于該值,則判斷為充電器插入,開始啟動充電管理,否則充電器拔掉,停止充電,同時VCHG的工作電壓范圍較高,通常為十幾伏到二十伏(如18V);USB_VBUS端的工作電壓范圍較低,通常為5.25V。

總而言之,手持終端的USB狀態機的啟動條件是,USB_VBUS(USB總線的電源正極)端的電壓是否大于USB規范中Session值(如2.0V),當外加電壓大于該值,則開始啟動USB枚舉過程,否則停止USB狀態機。USB_VBUS最大工作電壓通常為相對較低的5.25V。基于此,就帶來一個問題USB狀態機和充電狀態機啟動條件不一樣,需要采用一個電路對不同信號加以區分實現USB通信啟動,業界目前的充電器與USB通信共用一個接口的USB啟動方案常用的做法是,如圖1將VCHG通過穩壓二極管D1降壓后連接在USB_VBUS處。這種方法電路比較簡單,但有以下缺點:穩壓二極管響應速度較慢,對于充電器插入瞬間的過沖無法起到保護作用。

可見現有技術中存在充電器與USB通信共用一個接口容易造成手機終端設備的損壞的問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的充電器與USB通信共用一個接口容易造成手機終端設備損壞的問題,提供一種具有USB接口的電子設備及其USB通信啟動方法,該具有USB接口的電子設備,包括電源管理芯片、USB接口芯片和控制電路,控制電路分別與電源管理芯片和USB接口芯片連接,控制電路采用輸入到電源管理芯片的充電電壓VCHG作為控制信號,向USB接口芯片的USB總線的電源正極USB_VBUS管腳輸出與控制信號對應的電壓值,其中,控制信號與向USB_VBUS管腳輸出的電壓相互隔離。

進一步,控制電路的控制管腳與電源管理芯片的充電電壓VCHG管腳連接,控制電路的輸出管腳與USB接口芯片的USB總線的電源正極USB_VBUS管腳連接,控制電路的電源管腳與一固定電壓的輸入端連接,固定電壓輸入端輸入高電平,所述高電平大于USB狀態機啟動電壓,小于USB_VBUS最大工作電壓,控制電路用于當檢測到控制管腳電壓大于設定閾值時,輸出管腳輸出固定電壓,當檢測到控制管腳電壓小于設定閾值時,輸出管腳輸出低電平,所述低電平大于0V小于USB狀態機啟動電壓。

進一步,控制電路包括:

第一三極管,第一三極管的基極與電源管理芯片的充電電壓VCHG管腳連接,第一三極管的集極與第二三極管的基極連接,第一三極管的發射極接地;

第二三極管,第二三極管的發射極與固定電壓輸出端連接,第二三極管的集極與USB接口芯片的USB_VBUS管腳連接,并通過第三電阻接地。

進一步,第一三極管的基極通過第一電阻與電源管理芯片的充電電壓VCHG管腳連接。

進一步,第一三極管的集極通過第二電阻與第二三極管的基極連接。

進一步,第一三極管為NPN型三極管,第二三極管為PNP型三極管

進一步,制電路包括:

第一三極管,第一三極管的基極與電源管理芯片的充電電壓VCHG管腳連接,第一三極管的集極與第一金屬氧化物半導體型場效應管的柵極連接,第一三極管的發射極接地;

第一金屬氧化物半導體型場效應管,第一金屬氧化物半導體型場效應管的漏極與固定電壓輸出端連接,第一金屬氧化物半導體型場效應管的源極與USB接口芯片的USB_VBUS管腳連接,并通過第三電阻接地,第一金屬氧化物半導體型場效應管的漏極通過第五電阻與第一金屬氧化物半導體型場效應管的柵極連接。

進一步,第一三極管的基極通過第一電阻與電源管理芯片的充電電壓VCHG管腳連接。

進一步,第一三極管的集極通過第四電阻與第一金屬氧化物半導體型場效應管的柵極連接。

進一步,第一三極管為NPN型三極管。

本發明實施例還提供如前述的具有USB接口的電子設備的USB通信啟動方法,包括:

控制電路檢測VCHG信號;

控制電路根據VCHG信號向USB_VBUS管腳輸出與控制信號對應的電壓值,其中,控制信號與向USB_VBUS管腳輸出的電壓相互隔離。

進一步,

控制電路檢測VCHG信號具體為:

控制電路檢測控制管腳電壓;

控制電路根據VCHG信號向USB_VBUS管腳輸出與控制信號對應的電壓值具體為:

當控制電路檢測到控制管腳電壓大于設定閾值時,輸出管腳輸出固定電壓,USB接口芯片根據USB_VBUS管腳輸入的固定電壓啟動USB通信;

當控制電路檢測到控制管腳電壓小于設定閾值時,輸出管腳輸出低電平,所述低地電平大于0V小于USB狀態機啟動電壓,USB接口芯片根據USB_VBUS管腳輸入的低電平停止USB通信。

由于利用手持終端產品的充電電壓VCHG僅作為控制信號(與向USB_VBUS管腳輸出的電壓相互隔離),使得控制電路選擇輸出為固定電壓的的高電平或低電平,進而作為啟動或停止USB通信的觸發信號,避免了設備的損壞,同時實現通過VCHG管腳的電壓閥限值,觸發充電狀態機的同時也觸發USB狀態機。

附圖說明

圖1表示現有技術具有USB接口的電子設備的結構圖;

圖2表示本發明提供的具有USB接口的電子設備結構圖;

圖3表示本發明提供的包括雙三極管結構的電子設備結構圖;

圖4表示本發明提供的包括三極管、金屬氧化物半導體型場效應管結構的電子設備結構圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明優選實施例進行說明,本發明第一實施例是一種具有USB接口的電子設備100,下面結合附圖2,對該設備100進行原理性的說明,該設備100包括:包括電源管理芯片102、USB接口芯片103和控制電路104,控制電路104分別與電源管理芯片102和USB接口芯片103連接,控制電路104采用輸入到電源管理芯片102的充電電壓VCHG作為控制信號,向USB接口芯片103的USB總線的電源正極USB_VBUS管腳輸出與控制信號對應的電壓值,其中,控制信號與向USB_VBUS管腳輸出的電壓相互隔離。具體而言電源管理芯片102、USB接口芯片103和控制電路104,電源管理芯片102、USB接口芯片103和控制電路104共地。電源管理芯片102的充電電壓VCHG管腳和地管腳分別與外部的充電器101的正極和負極連接,控制電路104的控制管腳與電源管理芯片102的VCHG管腳連接,控制電路104的輸出管腳與USB接口芯片102的USB總線的電源正極USB_VBUS管腳連接,控制電路104的電源管腳與一固定電壓的輸入端105連接,固定電壓輸入端105輸入高電平如2.85V,該高電平大于USB狀態機啟動電壓如2.0V,小于USB_VBUS最大工作電壓如5.25V)控制電路104用于當檢測到控制管腳電壓大于設定閾值如3.3V時,輸出管腳輸出固定電壓,當檢測到控制管腳電壓小于設定閾值3.3V時,輸出管腳輸出低電平0V,該低電平應滿足大于等于0V小于USB狀態機啟動電壓。

基于上述的電路,的VCHG啟動USB的方法原理如下:

1、控制電路檢測控制管腳電壓。

2、當控制電路檢測到VCHG處的電壓大于某個閥限值時,控制電路由輸出管腳輸出固定的高電平(其電壓范圍為2.0V——5.0V,如2.85V),連接到USB_VBUS管腳處。USB接口芯片根據USB_VBUS檢測到該處電壓值大于USB規范中Session值(如2.0V),啟動USB狀態機。

3、當控制電路檢測到VCHG處的電壓小于等于某個閥限值時,控制電路由輸出管腳輸出固定的(其電壓范圍為0V——2.0V,如0V),連接到USB_VBUS管腳處。USB接口芯片根據USB_VBUS檢測到該處電壓值小于USB規范中Session值(如2.0V),停止USB狀態機。

下面結合圖3,對包括NPN三極管與PNP三極管的控制電路進行詳細說明,該控制電路包括:

第一三極管Q1,第一三極管Q1的基極通過第一電阻R1與電源管理芯片的充電電壓VCHG管腳連接,第一三極管Q1的集極通過第二電阻R2與第二三極管Q2的基極連接,第一三極管Q1的發射極接地。

第二三極管Q2,第二三極管Q2的發射極與固定電壓輸出端連接,第二三極管Q2的集極與USB接口芯片的USB_VBUS管腳連接,并通過第三電阻R3接地。

控制電路各部分作用:由第一電阻R1與NPN第一三極管Q1組成充電輸入電壓檢測部分,其中,第一電阻R1的作用為調整檢測電壓閥限和最大輸入電壓值,即調整第一三極管Q1導通的電壓閥限值與充電閥限值基本一致,同時滿足過壓保護的要求,例如過壓保護的最大電壓為10V,那么當VCHG為0V——10V時,控制電路和終端其它電路不被損壞;由第二電阻R2和PNP第二三極管Q2組成控制輸出部分,其中,第二電阻R2的作用為限流,第二三極管Q2為控制輸出;固定電壓輸入端105為高電平固定電壓源VDD,其范圍為2.0V——5.0V;通過第三電阻R3作為下拉電阻確保在第二三極管Q2截止狀態下,第二三極管Q2輸出為0V。

相應地,本發明實施例提供的VCHG啟動USB通信的方法,控制電路檢測VCHG信號,并根據VCHG信號向USB_VBUS管腳輸出與控制信號對應的電壓值,具體而言,包括以下步驟:

步驟1:檢測充電電壓VCHG是否大于閥限值(如3.3V),若是執行步驟2,否則繼續執行步驟3。

步驟2:第一三極管Q1導通,緊隨著第二三極管Q2也導通,固定的高電平值VDD(如2.85V)加到USB_VBUS處,該電壓值大于Session值,則啟動USB通信。返回執行步驟1。

步驟3:第一三極管Q1截止,其控制第二三極管Q2也處于截止狀態,這樣通過第三電阻R3對地下來產生的0V電壓加到USB_VBUS處,該電壓值小于Session值,則停止USB通信。返回執行步驟1。

下面結合圖4,對包括NPN三極管與MOS管即MOSFET管(Metal?Oxide?Semiconductor?Field?Effect?Transistor,金屬氧化物半導體型場效應管)的控制電路進行詳細說明,該控制電路包括:

第一三極管Q1,第一三極管Q1的基極通過第一電阻R1與電源管理芯片的充電電壓VCHG管腳連接,第一三極管Q1的集極通過第四電阻R4與第一MOS管Q1的柵極連接,第一三極管Q1的發射極接地。

第一MOS管Q3,第一MOS管Q3的漏極與固定電壓輸出端連接,第一MOS管Q3的源極與USB接口芯片的USB_VBUS管腳連接,并通過第三電阻R3接地,第一MOS管Q3的漏極通過第五電阻R5與第一MOS管Q3的柵極連接。

電路各部分作用:由第一電阻R1與NPN第一三極管Q1組成充電輸入電壓檢測部分,其中,第一電阻R1的作用為調整檢測電壓閥限和最大輸入電壓值,即調整第一三極管Q1導通的電壓閥限值與充電閥限值基本一致,同時滿足過壓保護的要求,例如過壓保護的最大電壓為10V,那么當VCHG為0V——10V時,控制電路和終端其它電路不被損壞;由第二電阻R2,第四電阻R4和MOS管Q3組成控制輸出部分,其中,第二電阻R2的作用為限流,MOS管Q3為控制輸出,第五電阻R5為上拉電阻,確保在第一三極管Q1截止狀態下,MOS管Q3也處于截止狀態;固定電壓輸入端105為高電平固定電壓源VDD,其范圍為2.0V——5.0V;通過第三電阻R3作為下拉電阻確保在MOS管Q3截止狀態下,MOS管Q3輸出為0V。本實施例中采用P型MOS管。

相應地,本發明實施例提供的VCHG啟動USB通信的方法,包括以下步驟:

步驟4:檢測充電電壓VCHG是否大于閥限值(如3.3V),若是執行步驟5,否則繼續執行步驟6。

步驟5:第一三極管Q1導通,緊隨著MOS管Q3也導通,固定的高電平值VDD(如2.85V)加到USB_VBUS處,該電壓值大于Session值,則啟動USB通信。返回執行步驟4。

步驟6:第一三極管Q1截止,其控制MOS管Q3也處于截止狀態,這樣通過第三電阻R3對地下來產生的0V電壓加到USB_VBUS處,該電壓值小于Session值,則停止USB通信。返回執行步驟4。

最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其進行限制,盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明,本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換,而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術方案脫離本發明技術方案的精神和范圍。

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