专利名称：一种具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备。
背景技术：
随着计算机与通信技术的快速发展，无线连接技术逐渐成熟。相对于传统的有线网络而言，无线网络具有如下的优势1.支持移动联网，用户可以像使用移动电话那样灵活的移动计算外部设备的位置，保持持续的网络连接；2.不需要使用物理线路，安装十分简便；3.由于无线网络所使用的高频率无线电波能够穿透墙壁或玻璃窗，所以无线网络设备可以在有效范围内任意放置；4.多层安全防护措施充分确保用户的隐私；5.当改动网络结构或布局时，无需对网络进行重新设置。
目前，用户可通过无线局域网(WLAN)、蓝牙(Blue Tooth)、超宽带(UWB)以及无线通用串行总线(WUSB)等技术实现无线连接。
WLAN是计算机网络与无线连接技术相结合的产物，它在省去传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能。WLAN采用电子及电气工程师协会(IEEE)制定的802.11系列标准，在2.4～2.5GHz频段上利用扩频技术实现数据传输业务。从无线组网的角度而言，由于WLAN的目标是实现无线局域网，因此每一个使用WLAN的设备均具有一个网络协议(IP)地址，用以区别无线局域网中的各个终端，以及标明信息的发送方与接收方。WLAN技术支持终端之间的直接连接，但是所有参与连接的终端必须具有同一网段的IP地址，否则将无法进行通信。
蓝牙技术与WLAN实现无线局域网的目标不同，它实现的是一种个人局域网(PAN)，它采用最新的IEEE 802.5蓝牙标准，是一种低功耗、短距离、低带宽的无线连接技术。虽然蓝牙技术与WLAN使用相同的工作频段，但是两者却存在着较大的差别。蓝牙技术采用FSK调制解调方式，并在2400MHz～2483MHz实现跳频通信，每秒跳频1600～2400次，跳频频率间隔1MHz，最大通信数据速率为721kb/s，同时提供分组交换(实现数据传输)与电路交换(实现语音传输)链路，以低功率时分复用方式发射无线电波，实现10～100米距离内的语音和数据等业务的传输。蓝牙技术支持点到点和点到多点的连接，与WLAN采用IP地址进行寻址的方式相比，蓝牙技术在实现终端之间的直接连接时，网络无需对各个终端分配IP地址，而是采用人工或者自动查询的方式发现附近的蓝牙设备，并将查询到的蓝牙设备连成一个微微网(piconet)，多个微微网又可互连成特殊分散网，形成灵活的多重微微网的拓扑结构，从而实现各类设备之间的快速通信。基于上述特点，蓝牙技术与工作在相同频段的WLAN无线连接设备相比，频率的跳转更灵活、数据包更短、功耗更低，系统工作更稳定。另外，蓝牙技术采用专用的半导体集成电路芯片，具有体积较小、结构紧凑和价格低廉的特点。
UWB是一种高速低功耗的无线连接技术，与WLAN不同的是，它使用3.4GHz至10.6GHz频段，采用多频段正交频分用调制解调方式UWB具有较低的衰减、优化的干扰特性、固有的频率多样性和精确定位能力，因而能够提供足够的数据传输率来支持多功能设备发展中的多媒体密集应用，从而实现高可靠性的视频、音频与数据的传输。与使用窄带调制载波来传输信息的传统无线系统不同，UWB技术使用很高速度下产生的能量脉冲来传输数据，能够支持每秒28M、55M、110M、220M、500M、660M和1320M比特的数据传输率。
比起诸如WLAN等传统的无线技术，UWB具有四个关键优势，它们分别是业务质量(QoS)更高、可直达1G比特/秒或更高的数据传输率、低成本以及更长的电池寿命。另外，采用UWB技术实现无线连接时，其功耗仅为WLAN的百分之一、为蓝牙的十分之一。上述特性决定了UWB非常适合担当PAN中物理层的角色。
WUSB是一种刚刚出现的无线连接技术，其目的在于取代有线的USB技术，向个人、小型网络提供高速、方便的无线联网环境。目前，WUSB使用不同于WLAN的频段，即3.4GHz至10.6GHz；WUSB的带宽为480Mb/秒，保持高速传输的最大传输距离为10米，平均功耗低于300mW。与WLAN相比，由于WUSB使用USB协议，WUSB技术无需对数据进行协议转换，即来自于计算机的USB数据与符合无线通信协议的数据之间的互换，因此采用WUSB技术能够实现较快的数据交换。
为了使用户更加方便的利用计算机实现无线连接，目前制造商采用内置和外置两种方式将具有无线连接功能的设备集成到计算机中。
由于内置方式下，无线连接功能模块被固定于计算机的内部，成本较高、不便于维护，因此目前大多数制造商都采用外置方式实现无线连接。
在外置方式下，无线连接功能模块通过标准的计算机外部接口与计算机相连，例如串行接口、USB接口等，由于该方式不改变计算机主机的内部结构，因此得到了广泛的应用。但是，每一个外置方式的无线连接模块都需要占用一个单独的计算机外部接口，由于计算机主机只能提供有限的外部接口，则当用户使用的计算机外部设备数量较多时，会出现外部接口数量不足的问题；另外，由于计算机外部接口数量的限制，为了提高计算机外部接口的利用率，用户通过人工插拔的方式完成外置无线连接模块与计算机的连接和断开，而反复插拔容易导致计算机外部接口以及无线连接模块自身的损害，因此在用户十分频繁地使用无线连接功能的情况下，外置方案在易用性、可靠性上难于满足用户的需求。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备。该计算机输入输出外部设备通过一个USB接口与计算机相连，同时实现自身的输入输出功能和无线连接功能。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，包括输入输出处理模块，该设备进一步包括无线连接模块和接口汇集器，其中接口汇集器的一端的一个端口与计算机连接，另一端的不同端口至少与所述输入输出处理模块和无线连接模块分别连接，用于根据不同的通信请求，将所述不同端口中的相应一个端口复用为工作端口；无线连接模块与其它无线通信设备相连，用于通过经由接口汇集器与计算机之间所建立的连接，实现计算机与其它无线通信设备之间的通信。
所述计算机输入输出外部设备为具有支持一点对多点通信协议接口的外部设备，所述接口汇集器为USB集线器，该USB集线器至少包括上行端口、USB集线控制器、第一下行端口和第二下行端口，其中上行端口与计算机USB接口相连，用于接收计算机USB信号；USB集线控制器分别与上行端口、第一下行端口和第二下行端口相连，用于管理上行与下行信号；USB集线控制器上的输出端口、第一下行端口和第二下行端口中的两个端口分别与所述输入输出处理模块和USB无线连接模块相连，用于向所述输入输出处理模块和USB无线连接模块输出下行信号。
所述USB集线控制器上的输出端口、第一下行端口和第二下行端口中的两个端口分别与所述输入输出处理模块和USB无线连接模块相连为输入输出处理模块连接于USB集线控制器的输入输出端口上；USB无线连接模块连接于所述第一下行端口或者第二下行端口上。
USB集线控制器上的输出端口、第一下行端口和第二下行端口中的两个端口分别与所述输入输出处理模块和USB无线连接模块相连为输入输出处理模块连接于所述的第一下行端口或者第二下行端口上；
USB无线连接模块连接于所述USB集线控制器的输入输出端口上。
USB集线控制器上的输出端口、第一下行端口和第二下行端口中的两个端口分别与所述输入输出处理模块和USB无线连接模块相连为输入输出处理模块连接于所述第一下行端口和第二下行端口中的任意一个端口上；USB无线连接模块连接于所述另外一个下行端口上。
所述具有支持一点对多点通信协议接口的外部设备为USB设备、1394设备、或以太网设备。
所述计算机输入输出外部设备为具有支持点对点通信协议接口的外部设备，所述接口汇集器为中央控制单元模块和存储模块，其中存储模块用于至少保存所述无线连接模块和输入输出处理单元运行所需要的程序和数据；中央处理单元模块一端的一个端口与计算机相连，另一端的不同端口至少分别与所述的输入输出处理模块、无线连接模块、以及存储模块分别连接，该中央处理单元模块用于根据不同的通信请求，将所述不同端口中的相应一个端口复用为工作端口，从存储模块获得与所述工作端口相对应的程序和数据，并提供给与该工作端口相对应的模块。
所述中央处理单元模块和/或存储模块内置或外置于所述计算机输入输出外部设备中。
所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备进一步包括电平转换模块，用于实现中央处理单元模块的接口电平和计算机接口的电平之间的相互转换。
所述中央处理单元模块与计算机、输入输出处理模块、无线连接模块、以及存储模块连接包括中央处理单元模块采用同一类型的端口分别与所述计算机、输入输出处理模块、无线连接模块、以及存储模块连接。
所述中央处理单元模块与计算机、输入输出处理模块、无线连接模块、以及存储模块连接包括中央处理单元模块采用不同类型的端口分别与所述计算机、输入输出处理模块、无线连接模块、以及存储模块连接；所述中央处理单元模块进一步用于进行不同类型端口的数据格式转换。
所述具有支持点对点通信协议接口的外部设备为串口设备、并口设备、或红外设备。
所述的输入输出处理模块为鼠标模块。
所述的输入输出处理模块为键盘模块。
所述的输入输出处理模块为摄像头模块。
所述的无线连接模块为蓝牙无线连接模块。
所述的蓝牙无线连接模块至少包括低功率蓝牙无线连接模块或者高功率蓝牙无线连接模块。
所述的无线连接模块为超宽带无线连接模块。
所述的超宽带无线连接模块至少包括低功率超宽带无线连接模块或者高功率超宽带无线连接模块。
所述无线连接模块为无线通用串行总线模块。
所述的无线通用串行总线模块至少包括低功率无线通用串行总线模块或者高功率无线通用串行总线模块。
所述的外部设备至少包括无线耳机、无线打印机、无线传真机或者计算机。
由上述的技术方案可见，本实用新型将计算机输入输出处理模块与无线连接模块集成于计算机输入输出外部设备中，节省了接口资源、提高了使用的便利性。具体而言，本实用新型具有如下有益效果1.无线连接模块与计算机输入输出外部设备集成于一体，共同使用一个接口与计算机相连，既减少了计算机外部设备的数量，又节省了计算机外部接口，同时用户通过一个设备实现两种功能，提高了使用的便利程度；2.只要将本实用新型提供的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备与计算机相连接，用户即可使用无线连接模块，而无需对其进行单独安装和拆除，减少了插拔的次数，有效地维护了计算机外部接口和无线连接模块。
图1为本实用新型中实施例一的计算机输入输出外部设备结构示意图。
图2为本实用新型实施例一中具有无线连接功能的USB计算机输入输出外部设备结构示意图。
图3为本实用新型实施例一中USB HUB的结构示意图。
图4为本实用新型实施例一中实施例1的计算机输入输出外部设备的结构示意图。
图5为本实用新型中低功率蓝牙/UWB模块的结构示意图。
图6为本实用新型中高功率蓝牙/UWB模块的结构示意图。
图7为本实用新型实施例一中实施例2中的计算机输入输出外部设备的结构示意图。
图8为本实用新型实施例一中实施例3中的计算机输入输出外部设备的结构示意图。
图9为本实用新型中低功率WUSB模块的结构示意图。
图10为本实用新型中高功率WUSB模块的结构示意图。
图11为本实用新型实施例一中实施例4的计算机输入输出外部设备的结构示意图。
图12为本实用新型实施例二的计算机输入输出外部设备的结构示意图。
图13为本实用新型实施例二的模块图。
图14为图13的电路图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型做进一步的详细说明。
在实际应用中，计算机输入输出外部设备通常具有两种类型的接口，一种为支持一点对多点通信协议的接口，如USB接口、1394接口、以及以太网接口等，具有该类型接口的外部设备中通常包括接口汇集器，该接口汇集器的一端的一个端口连接至计算机，另一端的不同端口则分别与多个其它设备或模块相连，该接口汇集器用于实现其各个端口间的相互复用，并利用所复用到的端口实现数据传输，从而实现一点到多点的通信；计算机输入输出外部设备所具有的另一种接口为只支持点对点通信协议的接口，如RS232串口、并口、以及红外接口等，外部设备利用该端口只能实现其输入输出模块与计算机之间的通信。下面针对这两种接口类型，分别对本实用新型所提供的装置进行详细描述实施例一、具有支持一点对多点通信协议接口的计算机输入输出外部设备参见图1，本实施例中所述的计算机输入输出外部设备包括输入输出处理模块，该输入输出处理模块通过接口汇集器连接到计算机，以实现输入输出处理模块与计算机之间的通信，从而完成相应的输入输出处理工作，在本实用新型中，该计算机输入输出外部设备进一步包括无线连接模块，由于该计算机输入输出外部设备通过其接口汇集器支持一点对多点通信，因此，该无线连接模块的一端通过所述的接口汇集器连接到计算机，另一端则与需要进行无线通信的其它设备无线连接，从而实现计算机与所述需要进行无线通信的其它设备之间的无线通信；接口汇集器完成无线连接与输入输出处理之间的复用与分配，通过复用分别实现输入输出处理模块与计算机之间的通信、以及无线连接模块与计算机之间的通信，并为输入输出处理过程以及无线连接处理过程分配相应的程序和数据。
以下以具有USB接口的计算机输入输出处理设备为例，对实施例1进行详细描述，其中，采用USB集线器(HUB)作为所述接口汇集器如图2所示，本实用新型为具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，包括集成于计算机输入输出外部设备20中的USB计算机输入输出处理模块21、用于实现计算机与外部设备之间无线连接的USB无线连接模块22以及USB HUB23，其中的USB计算机输入输出处理模块21和USB无线连接模块22通过与USB HUB23的连接，实现与计算机的交互，从而实现计算机与诸如无线耳机、无线打印机、无线传真机或者具有无线连接功能的其它计算机等外部设备之间的无线连接。
当计算机对具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备下发指令时，USB HUB23通过USB接口接收来自于计算机的信号，由USB HUB23对该信号进行分析和处理后，发送给USB计算机输入输出处理模块21或者USB无线连接模块22；计算机从具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备20处接收信号时，USB计算机输入输出处理模块21或者USB无线连接模块先所将产生的信号送入到USB HUB23中，再由USB HUB23通过USB接口上传给计算机。由于USB HUB能够同时对多种信号进行上传和下发，因此本实用新型中连接于同一个USB HUB23的USB计算机输入输出处理模块21和USB无线连接模块22能够同时与计算机交互而不会相互影响。
计算机输入输出外部设备20使用USB接口与计算机进行连接的常用输入输出外部设备，如USB鼠标、USB键盘以及USB摄像头等；USB无线连接模块22为采用无线连接技术实现计算机外部设备20与计算机主机无线通信的装置，如蓝牙无线连接模块、UWB无线连接模块以及WUSB无线连接模块等。
如图3所示，USB HUB23至少包括USB HUB控制器301、上行端口302、第一静电防护装置303、电源管理装置304、第一下行端口305以及第二下行端口306。其中，上行端口302将来自于计算机的信号送给USB HUB控制器301，或者将USB HUB控制器301传来的信号送给计算机；该上行端口通过USB接口与计算机进行交互，并通过自身的差分信号端D+和D-与USB HUB控制器301的上行差分信号端DP0和DM0相连接。USB HUB控制器301的下行差分信号端DP1和DM1、DP2和DM2分别连接于第一下行端口305与第二下行端口306的差分信号端D+和D-上；静电防护装置303用于抑制传输线上的干扰，对USB HUB控制器301起保护作用；该静电防护装置的两个输出端C、D分别于与上行端口302的上行差分信号端D+、D-相连，避免静电干扰信号进入上述上行差分信号端。电源管理装置304用于从上行端口302获得电源输入，并在USB HUB控制器301的控制下，为第一下行端口305和第二下行端口306提供电源；该电源管理装置的电源输入端VIN连接于上行端口302的5V电压输出端，使能端EN1和EN2连接于USB HUB控制器301的电源信号端PWRON1和PWRON2，并且输出端OUT1、OUT2分别与第一下行端口305和第二下行端口306相连接。计算机输入输出处理模块21可通过第一下行端口305或者第二下行端口306与USB HUB控制器301相连，或者直接连接于USB HUB控制器301的输入输出端口Ports(3:0)上。
USB HUB控制器301是USB HUB23的核心部分，其作用在于根据上行端口302中数据包中携带的地址，决定将该数据包传输给自身的输入输出端口Ports(3:0)、差分信号输出端DP1和DM1、或者差分信号输出端口DP2和DM2；它还负责管理第一下行信号输出端口305和第二下行信号输出端口306各种状态之间的转换，如连接、断开、使能、禁止、挂起和恢复等，并且还能够为电源管理装置304提供USB的电源管理控制信号。
由于USB HUB控制器301上的输入输出端口Ports(3:0)以及下行端口305、306均能够连接外设电路，因此USB计算机输入输出处理模块21与USB HUB23的连接包括两种方式一种是USB计算机输入输出处理模块与USB HUB23中USB HUB控制器301的输入输出端口Ports(3:0)相连，另一种是USB计算机输入输出处理模块与USB HUB23中的任意一个下行端口相连。USB无线连接模块22与USB HUB23的连接也包括两种方式一种是USB无线连接模块22与USB HUB23中USB HUB301的输入输出端口Ports(3:0)相连，另一种是USB无线连接模块22与USB HUB23中的任意一个下行端口相连。
根据USB HUB与计算机输入输出处理模块21和USB无线连接模块22的连接方式、以及USB无线连接模块22的构成方式不同，下面从使用1个USB HUB下行端口的具有蓝牙/UWB功能的计算机输入输出外部设备、使用2个USB HUB下行端口的具有蓝牙/UWB功能的计算机输入输出外部设备、使用1个USB HUB下行端口的具有WUSB功能的计算机输入输出外部设备以及使用2个USB HUB下行端口的具有WUSB功能的计算机输入输出外部设备等4个实施例对本实用新型进行描述。
实施例1使用1个USB HUB下行端口的具有蓝牙/UWB功能的计算机输入输出外部设备。
如图4所示，USB HUB控制器的输入输出端口Ports(3:0)直接连接计算机输入输出处理模块21，USB HUB的第一下行端口305与蓝牙/UWB模块401相连。
当计算机向图4所示的具有蓝牙/UWB功能的计算机输入输出外部设备发出信号时，USB HUB通过上行端口302的USB接口接收该信号，并经过两个差分信号端D+和D-、USB HUB控制器301的上行差分信号端DP0和DM0、输入输出端口Ports(3:0)或者下行差分信号端DP1和DM1将计算机的指令传送给USB计算机输入输出处理模块21或者蓝牙/UWB模块401；当USB计算机输入输出处理模块21或者蓝牙/UWB模块401所产生的外部信号欲输入给计算机时，USB HUB控制器将该外部信号通过自身的上行差分信号端DP0和DM0经过上行端口302的差分信号端D+和D-以及USB接口送往计算机。由此，本实施例中具有蓝牙/UWB功能的计算机输入输出外部设备与计算机完成了交互。
与USB HUB控制器301相连的USB计算机输入输出处理模块21可以为鼠标模块、键盘模块以及摄像头模块等。
与USB HUB第一下行端口305相连的蓝牙/UWB模块401按其发射功率不同，可分为低功率结构和高功率结构。
如图5所示，低功率蓝牙模块与低功率UWB模块的结构相同，均包括协议接入转换器501、接入与基带处理模块502、系统时钟晶体503、调制解调模块504、收发切换模块505以及天线模块506。当计算机的信号经过蓝牙/UWB模块向外传送时，协议接入转换器501将来自于计算机的控制信号和数据信息等USB数据帧进行解包与组帧，转换成符合蓝牙协议或者UWB协议的数据帧；接入与基带处理模块502利用系统时钟晶体503提供的时钟信号进行分频操作，完成蓝牙数据帧或者UWB数据帧的基带调制，为调制解调模块504提供参数配置信息，如信道、功率和增益等，另外，接入与基带处理模块502还将收发切换模块的工作模式设置为发送；调制解调模块504根据接入与基带处理模块502所指定的信道合成载波，完成基带信号到指定载波的频率搬移，并进行功率放大；收发切换模块505此时的工作模式为发送，则将来自于调制解调模块504的电磁信号经过天线模块506辐射到空间或者感应空间中去。由于收发切换模块505采用时分双工的工作方式，因此在计算机的信号发送出去后，收发切换模块505在接入与基带处理模块的作用下，将工作模式转换为接收。当计算机通过蓝牙/UWB模块接收外部信号时，天线模块506将外部感应信号经过调制解调模块504送给接入与基带处理模块502；接入与基带处理模块502利用系统时钟晶体503提供的时钟信号进行分频操作，完成蓝牙数据帧或者UWB数据帧的基带解调处理；接入协议转换器501将解调后的数据帧从蓝牙协议或者UWB协议转换成符合USB协议的数据帧，并送入计算机。
与低功率蓝牙/UWB模块相比，高功率蓝牙/UWB模块能够实现更远距离的设备之间的互连。如图6所示，高功率蓝牙/UWB模块在低功率蓝牙/UWB模块的基础上在调制解调模块504和收发切换模块505之间增加了功率放大模块507和低噪声放大模块508。高功率蓝牙/UWB模块将计算机信号发送出去时，协议接入转换器501将来自于计算机的控制信号和数据信息等USB数据帧进行解包与组帧，转换成符合蓝牙协议或者UWB协议的数据帧；接入与基带处理模块502利用系统时钟晶体503提供的时钟信号进行分频操作，完成蓝牙数据帧或者UWB数据帧的基带调制，为调制解调模块504提供参数配置信息，如信道、功率和增益等，另外，接入与基带处理模块502还将收发切换模块的工作模式设置为发送；调制解调模块504根据接入与基带处理模块502所指定的信道合成载波，完成基带信号到指定载波的频率搬移，并进行功率放大；功率放大模块507将信号再次放大后，经过收发切换模块505发送给天线模块506；天线模块506将馈入的信号辐射到空间或感应空间中。由于收发切换模块505采用时分双工的工作方式，因此在计算机的信号发送出去后，收发切换模块505在接入与基带处理模块的作用下，将工作模式转换为接收。当计算机通过蓝牙/UWB模块接收外部信号时，天线模块506将外部感应信号输入到低噪声放大模块508，经过放大处理后，发送给调制解调模块504完成解调；接入与基带处理模块502利用系统时钟晶体503提供的时钟信号进行分频操作，完成蓝牙数据帧或者UWB数据帧的基带解调处理；接入协议转换器501将解调后的数据帧从蓝牙协议或者UWB协议转换成符合USB协议的数据帧，并送入计算机。
本实施例可以将USB HUB控制器301的输入输出端口Ports(3:0)直接连接USB计算机输入输出处理模块21，而USB HUB的第二下行端口306与蓝牙/UWB模块401相连；也可以将USB HUB控制器301的输入输出端口Ports(3:0)直接连接蓝牙/UWB模块401，而USB HUB的第一下行端口305与USB计算机输入输出处理模块21相连；还可以将USB HUB控制器301的输入输出端口Ports(3:0)直接连接蓝牙/UWB模块401，而USB HUB的第二下行端口306与USB计算机输入输出处理模块21相连。上述三种方案中的USB计算机输入输出处理模块21均可为鼠标模块、键盘模块和摄像头模块等；蓝牙/UWB模块可以采用图5所示的低功率蓝牙/UWB模块，也可以采用图6所示的高功率蓝牙/UWB模块。
本实施例在第一下行端口305与第二下行端口306中选取一个下行端口，加上将USB HUB控制器301的输入输出端口Ports(3:0)，实现USBHUB23与USB计算机输入输出处理模块21和蓝牙/UWB模块401的连接。下面介绍只采用两个下行端口实现USB HUB23与USB计算机输入输出处理模块21和蓝牙/UWB模块401连接的情况。
实施例2使用2个USB HUB下行端口的具有蓝牙/UWB功能的计算机输入输出外部设备。
如图7所示，USB HUB的第一下行端口305与USB计算机输入输出处理模块21相连，第二下行端口306与蓝牙/UWB模块401相连。
当计算机向图7所示的具有蓝牙/UWB功能的计算机输入输出外部设备发出信号时，USB HUB通过上行端口302的USB接口接收该信号，并经过两个差分信号端D+和D-、USB HUB控制器301的上行差分信号端DP0和DM0、下行差分信号端DP1和DM1以及DP2和DM2将计算机的指令传送给USB计算机输入输出处理模块21或者蓝牙/UWB模块401；当USB计算机输入输出处理模块21或者蓝牙/UWB模块401所产生的外部信号欲输入给计算机时，USB HUB将该外部信号通过对应的下行端口、USB HUB的下行差分信号端DP1和DM1、上行差分信号端DP0和DM0、上行端口302的差分信号端D+和D-以及USB接口送往计算机。由此，本实施例中具有蓝牙/UWB功能的计算机输入输出外部设备与计算机完成了交互。
与USB HUB第一下行端口305相连的USB计算机输入输出处理模块21可以为鼠标模块、键盘模块以及摄像头模块等。
与USB HUB第二下行端口306相连的蓝牙/UWB模块401按其发射功率不同，可分为低功率结构和高功率结构。其中低功率蓝牙/UWB模块采用图5所示的方案，高功率蓝牙/UWB模块采用图6所示的方案。
另外，本实施例还可以将USB HUB的第一下行端口305与蓝牙/UWB模块401相连，第二下行端口306与USB计算机输入输出处理模块21相连。
实施例1和实施例2中的USB无线连接模块采用的是蓝牙无线连接模块或者UWB无线连接模块，下面对USB无线连接模块采用WUSB无线连接模块的情况进行介绍。
实施例3使用1个USB HUB下行端口的具有WUSB功能的计算机输入输出外部设备。
如图8所示，USB HUB控制器的输入输出端口Ports(3:0)直接连接USB计算机输入输出处理模块21，USB HUB的第一下行端口305与WUSB模块402相连。
当计算机向图8所示的具有WUSB功能的计算机输入输出外部设备发出信号时，USB HUB通过上行端口302的USB接口接收该信号，并经过两个差分信号端D+和D-、USB HUB控制器301的上行差分信号端DP0和DM0、输入输出端口Ports(3:0)或者下行差分信号端DP1和DM1将计算机的指令传送给USB计算机输入输出处理模块21或者WUSB模块401；当USB计算机输入输出处理模块21或者WUSB模块401所产生的外部信号欲输入给计算机时，USB HUB控制器将该外部信号通过自身的上行差分信号端DP0和DM0经过上行端口302的差分信号端D+和D-以及USB接口送往计算机。由此，本实施例中具有WUSB功能的计算机输入输出外部设备与计算机完成了交互。
与USB HUB控制器301相连的USB计算机输入输出处理模块21可以为鼠标模块、键盘模块以及摄像头模块等。
与USB HUB第一下行端口305相连的WUSB模块402按其发射功率不同，可分为低功率结构和高功率结构。
如图9所示，低功率WUSB模块包括接入与基带处理模块502、系统时钟晶体503、调制解调模块504、收发切换模块505以及天线模块506。当计算机的USB信号经过WUSB模块向外传送时，由于WUSB采用的是USB协议，因此该信号无需经过协议转换而直接送入接入与基带处理模块502；接入与基带处理模块502利用系统时钟晶体503提供的时钟信号进行分频操作，完成USB数据帧的基带调制，为调制解调模块504提供参数配置信息，如信道、功率和增益等，另外，接入与基带处理模块502还将收发切换模块的工作模式设置为发送；调制解调模块504根据接入与基带处理模块502所指定的信道合成载波，完成基带信号到指定载波的频率搬移，并进行功率放大；收发切换模块505此时的工作模式为发送，则将来自于调制解调模块504的电磁信号经过天线模块506辐射到空间或者感应空间中去。由于收发切换模块505采用时分双工的工作方式，因此在计算机的信号发送出去后，收发切换模块505在接入与基带处理模块的作用下，将工作模式转换为接收。当计算机通过蓝牙/UWB模块接收外部信号时，天线模块506将外部感应信号经过调制解调模块504送给接入与基带处理模块502；接入与基带处理模块502利用系统时钟晶体503提供的时钟信号进行分频操作，完成WUSB数据帧的基带解调处理；解调后的WUSB数据帧送往计算机。
与低功率WUSB模块相比，高功率WUSB模块能够实现更远距离的设备之间的互连。如图10所示，高功率WUSB模块在低功率蓝牙/UWB模块的基础上在调制解调模块504和收发切换模块505之间增加了功率放大模块507和低噪声放大模块508。高功率WUSB模块向外界发送信号时，来自于计算机的控制信号和数据信息等USB数据帧传入接入与基带处理模块502，该模块利用系统时钟晶体503提供的时钟信号进行分频操作，完成WUSB数据帧的基带调制，为调制解调模块504提供参数配置信息，如信道、功率和增益等，另外，接入与基带处理模块502还将收发切换模块的工作模式设置为发送；调制解调模块504根据接入与基带处理模块502所指定的信道合成载波，完成基带信号到指定载波的频率搬移，并进行功率放大；功率放大模块507将信号再次放大后，经过收发切换模块505发送给天线模块506；天线模块506将馈入的信号辐射到空间或感应空间中。由于收发切换模块505采用时分双工的工作方式，因此在计算机的信号发送出去后，收发切换模块505在接入与基带处理模块的作用下，将工作模式转换为接收。当计算机通过WUSB模块接收外部信号时，天线模块506将外部感应信号输入到低噪声放大模块508，经过放大处理后，发送给调制解调模块504完成解调；接入与基带处理模块502利用系统时钟晶体503提供的时钟信号进行分频操作，完成WUSB数据帧的基带解调处理后，将USB数据帧送入计算机。
本实施例可以将USB HUB控制器的输入输出端口Ports(3:0)直接连接USB计算机输入输出处理模块21，而USB HUB的第二下行端口306与WUSB模块402相连；也可以将USB HUB控制器的输入输出端口Ports(3:0)直接连接WUSB模块402，而USB HUB的第一下行端口305与USB计算机输入输出处理模块21相连；还可以将USB HUB控制器的输入输出端口Ports(3:0)直接WUSB模块402，而USB HUB的第二下行端口306与USB计算机输入输出处理模块21相连。上述三种方案中的USB计算机输入输出处理模块21均可为鼠标模块、键盘模块和摄像头模块等；WUSB模块采用图9所示的低功率WUSB模块，或者采用图10所示的高功率WUSB模块。
本实施例在第一下行端口305与第二下行端口306中选取一个下行端口，加上将USB HUB控制器301的输入输出端口Ports(3:0)，实现USBHUB23与USB计算机输入输出处理模块21和WUSB模块402的连接。下面介绍只采用两个下行端口实现USB HUB23与USB计算机输入输出处理模块21和WUSB模块402连接的情况。
实施例4使用2个USB HUB下行端口的具有WUSB功能的计算机输入输出外部设备。
如图11所示，USB HUB的第一下行端口305与USB计算机输入输出处理模块21相连，第二下行端口306与WUSB模块402相连。
当计算机向图11所示的具有WUSB功能的计算机输入输出外部设备发出信号时，USB HUB通过上行端口302的USB接口接收该信号，并经过两个差分信号端D+和D-、USB HUB控制器301的上行差分信号端DP0和DM0、下行差分信号端DP1和DM1以及DP2和DM2将计算机的指令传送给USB计算机输入输出处理模块21或者WUSB模块402；当USB计算机输入输出处理模块21或者WUSB模块402所产生的外部信号欲输入给计算机时，USB HUB将该外部信号通过对应的下行端口、USB HUB的下行差分信号端DP1和DM1、上行差分信号端DP0和DM0、上行端口302的差分信号端D+和D-以及USB接口送往计算机。由此，本实施例中具有WUSB功能的计算机输入输出外部设备与计算机完成了交互。
与USB HUB第一下行端口305相连的USB计算机输入输出处理模块21可以为鼠标模块、键盘模块以及摄像头模块等。
与USB HUB第二下行端口306相连的WUSB模块402按其发射功率不同，可分为低功率结构和高功率结构。其中低功率WUSB模块采用图9所示的方案，高功率WUSB模块采用图10所示的方案。
另外，本实施例还可以将USB HUB的第一下行端口305与WUSB模块402相连，第二下行端口306与USB计算机输入输出处理模块21相连。
实施例二、具有只支持点对点通信协议接口的计算机输入输出外部设备参见图12，本实施例中的计算机输入输出外部设备包括输入输出处理模块，该模块用于实现相应的输入输出处理工作；该计算机输入输出外部设备进一步包括无线连接模块、中央控制单元(MCU)模块、以及存储模块，MCU模块和存储模块构成实施例一中所述的接口汇集器，并起到与其相同的作用，其中MCU模块的一端的一个端口与计算机相连，另一端的不同端口至少分别与所述的输入输出处理模块、无线连接模块、以及存储模块分别连接，该MCU模块用于根据不同的通信请求，将所述不同端口中的相应一个端口复用为工作端口，而将其余端口复用为不工作端口，并从存储模块获得与该工作端口相对应的程序和数据，并提供给与该工作端口相对应的模块；存储模块用于保存各个与MCU相连的模块所需要的程序和数据；在本实用新型中，存储模块所保存的数据至少包括无线连接模块运行时所需要的程序和数据、以及输入输出处理单元运行所需要的程序和数据；无线连接模块与其它无线通信设备相连，用于通过经由MCU与计算机之间所建立的连接，实现计算机与其它无线通信设备之间的通信；其中，在本实用新型中，MCU模块和/或存储模块可以内置或外置于计算机输入输出外部设备中，并不影响本实用新型的实现；另外，如果MCU接口电平和计算机接口电平不一致，则该计算机输入输出外部设备还需要进一步包括电平转换模块，用于实现MCU接口电平和计算机接口电平之间的相互转换。
下面参见图12，结合信号流对本实施例进行介绍当输入输出处理模块有数据输入计算机时，该模块向发送MCU，MCU接到请求后通过A端口接收输入输出数据，对该数据进行协议转换，完成从A端口数据到B端口数据的格式转换，最后将数据通过B端口发送给计算机；同样，无线连接模块有数据输入计算机时，无线连接模块向MCU发送请求，MCU通过C端口接收无线连接模块发送来的数据，对该数据进行协议转换，完成从C端口数据到B端口数据的格式转换，最后将数据通过B端口发送给计算机；当计算机有数据传送给输入输出处理模块时，计算机向MCU发送请求，MCU通过B端口接收计算机数据，对该数据进行协议转换，完成B端口数据到A端口数据的格式转换，同时通知输入输出处理模块做好准备，最后将数据通过A端口写入输入输出处理模块；同样，当计算机有数据传送给无线连接模块时，计算机向MCU发送请求，MCU通过B端口接收计算机数据，对数据进行协议转换，完成B端口数据到C端口数据的格式转换，将数据通过C端口发送给无线连接模块。
在以上所述实施例中，输入输出处理模块与MCU之间、无线连接模块与MCU之间、以及计算机与MCU之间的端口各不相同，因此，MCU需要进一步用于对所传输的数据进行协议转换，从而实现不同类型端口间的数据的格式转换；在本实用新型其它实施例中，如果MCU通过相同类型的端口与其它各个模块相连，则MCU可以不具备对数据进行格式转换的能力，并不影响本实用新型的实现。
下面以具有RS232接口的输入输出外部设备设备为例，对实施例二进行详细描述参见图13，在本实施例中，输入输出处理模块、以及无线连接模块分别通过串行数据收发器(UART)端口与MCU相连，MCU通过UART端口经电平转换模块后与计算机的RS232端口相连；由于以上的三个连接均是通过UART端口实现的，因此，MCU可以不进行端口之间的数据格式转换；其中，所述的电平转换模块用于完成计算机接口电平与MCU接口电平之间的切换，在本实施例中，为进行RS232接口电平与TTL电平之间的切换；下面结合信号流，对图13所示实施例进行详细描述当输入输出处理模块有数据输入计算机时，输入输出处理模块向MCU发送请求，MCU通过UART端口接收输入输出处理模块的数据，并转发给计算机；同样，无线连接模块有数据输入计算机时，无线连接模块向MCU发送请求，MCU通过UART端口接收无线连接模块发送的数据，并转发给计算机；当计算机有数据传送给输入输出处理模块时，计算机向MCU发送请求，MCU通过UART接收计算机数据，同时通知外设准备好，最后将数据通过UART端口写入输入输出处理模块；同样，当计算机有数据传送给无线模块时，计算机向MCU发送请求，MCU通过UART端口接收计算机数据，转发发送给无线连接模块。
图14为图13所示实施例的电路图，为描述方便，仅对该电路图中与本实施例相关的模块以及连接关系进行介绍，由于其它模块及其连接可采用标准方式实现，因此，在此不做详细介绍，其中，图14中的USART与前文提到的UART为同一概念在图14中，输入输出处理模块连接至该MCU的USART1接口，无线连接模块连接至该MCU的USART2接口，该MCU的USART0接口经过电平转换RS232模块与计算机接口相连；在本实施例中，MCU同计算机之间以及MCU同无线连接模块和输入输出处理模块之间均是采用USART接口，接口类型相同；在其它实施例中，计算机、输入输出处理模块、或无线连接模块还可分别连接到MCU的不同类型接口上，例如，输入输出处理模块连接到MCU的SPI接口上，计算机连接到MCU的USART接口上，在此情况下，MCU进一步用于进行不同接口类型数据之间的格式转换，从而将数据转换为接口能够传输的格式；在图14中，MCU还通过系统总线与存储系统相连，该存储系统保存运行无线连接模块以及输入输出处理模块所需要的程序和数据；在图14中，MCU还包括电源模块以及时钟模块，分别为MCU提供电源以及时间。
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的保护范围之内。
权利要求1.一种具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，包括输入输出处理模块，其特征在于，该设备进一步包括无线连接模块和接口汇集器，其中接口汇集器的一端的一个端口与计算机连接，另一端的不同端口至少与所述输入输出处理模块和无线连接模块分别连接，用于根据不同的通信请求，将所述不同端口中的相应一个端口复用为工作端口；无线连接模块与其它无线通信设备相连，用于通过经由接口汇集器与计算机之间所建立的连接，实现计算机与其它无线通信设备之间的通信。
2.如权利要求1所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述计算机输入输出外部设备为具有支持一点对多点通信协议接口的外部设备，所述接口汇集器为USB集线器，该USB集线器至少包括上行端口、USB集线控制器、第一下行端口和第二下行端口，其中上行端口与计算机USB接口相连，用于接收计算机USB信号；USB集线控制器分别与上行端口、第一下行端口和第二下行端口相连，用于管理上行与下行信号；USB集线控制器上的输出端口、第一下行端口和第二下行端口中的两个端口分别与所述输入输出处理模块和USB无线连接模块相连，用于向所述输入输出处理模块和USB无线连接模块输出下行信号。
3.如权利要求2所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述USB集线控制器上的输出端口、第一下行端口和第二下行端口中的两个端口分别与所述输入输出处理模块和USB无线连接模块相连为输入输出处理模块连接于USB集线控制器的输入输出端口上；USB无线连接模块连接于所述第一下行端口或者第二下行端口上。
4.如权利要求2所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，USB集线控制器上的输出端口、第一下行端口和第二下行端口中的两个端口分别与所述输入输出处理模块和USB无线连接模块相连为输入输出处理模块连接于所述的第一下行端口或者第二下行端口上；USB无线连接模块连接于所述USB集线控制器的输入输出端口上。
5.如权利要求2所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，USB集线控制器上的输出端口、第一下行端口和第二下行端口中的两个端口分别与所述输入输出处理模块和USB无线连接模块相连为输入输出处理模块连接于所述第一下行端口和第二下行端口中的任意一个端口上；USB无线连接模块连接于所述另外一个下行端口上。
6.如权利要求2所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述支持一点对多点通信协议的外部设备为USB设备、1394设备、或以太网设备。
7.如权利要求1所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述计算机输入输出外部设备为具有支持点对点通信协议接口的外部设备，所述接口汇集器为中央控制单元模块和存储模块，其中存储模块用于至少保存所述无线连接模块和输入输出处理单元接入计算机通信运行所需要的程序和数据；中央处理单元模块一端的一个端口与计算机相连，另一端的不同端口至少分别与所述的输入输出处理模块、无线连接模块、以及存储模块分别连接，该中央处理单元模块用于根据不同的通信请求，将所述不同端口中的相应一个端口复用为工作端口，从存储模块获得与所述工作端口相对应的程序和数据，并提供给与该工作端口相对应的模块。
8.如权利要求7所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述中央处理单元模块和/或存储模块内置或外置于所述计算机输入输出外部设备中。
9.如权利要求7或8所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，进一步包括电平转换模块，用于实现中央处理单元模块的接口电平和计算机接口的电平之间的相互转换。
10.如权利要求7所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述中央处理单元模块与计算机、输入输出处理模块、无线连接模块、以及存储模块连接包括中央处理单元模块采用同一类型的端口分别与所述计算机、输入输出处理模块、无线连接模块、以及存储模块连接。
11.如权利要求7所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述中央处理单元模块与计算机、输入输出处理模块、无线连接模块、以及存储模块连接包括中央处理单元模块采用不同类型的端口分别与所述计算机、输入输出处理模块、无线连接模块、以及存储模块连接；所述中央处理单元模块进一步用于进行不同类型端口的数据格式转换。
12.如权利要求7所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述具有支持点对点通信协议接口的外部设备为串口设备、并口设备、或红外设备。
13.如权利要求1所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述的输入输出处理模块为鼠标模块。
14.如权利要求1所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述的输入输出处理模块为键盘模块。
15.如权利要求1所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述的输入输出处理模块为摄像头模块。
16.如权利要求1所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述的无线连接模块为蓝牙无线连接模块。
17.如权利要求16所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述的蓝牙无线连接模块至少包括低功率蓝牙无线连接模块或者高功率蓝牙无线连接模块。
18.如权利要求1所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述的无线连接模块为超宽带无线连接模块。
19.如权利要求18所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述的超宽带无线连接模块至少包括低功率超宽带无线连接模块或者高功率超宽带无线连接模块。
20.如权利要求1所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述无线连接模块为无线通用串行总线模块。
21.如权利要求20所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述的无线通用串行总线模块至少包括低功率无线通用串行总线模块或者高功率无线通用串行总线模块。
22.如权利要求1所述的具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，其特征在于，所述的外部设备至少包括无线耳机、无线打印机、无线传真机或者计算机。
专利摘要本实用新型公开了一种具有无线连接功能的计算机输入输出外部设备，包括输入输出处理模块，其特征在于，该设备进一步包括无线连接模块和接口汇集器，其中接口汇集器的一端的一个端口与计算机连接，另一端的不同端口至少与所述输入输出处理模块和无线连接模块分别连接，用于根据不同的通信请求，将所述不同端口中的相应一个端口复用为工作端口；无线连接模块与其它无线通信设备相连，用于通过经由接口汇集器与计算机之间所建立的连接，实现计算机与其它无线通信设备之间的通信。
文档编号G06F3/00GK2745116SQ20042011731
公开日2005年12月7日 申请日期2004年11月12日 优先权日2004年11月12日
发明者杜晓黎, 刘向东, 单文英, 张德魁 申请人:联想(北京)有限公司