Usb端口扩展电路以及移动终端的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种USB端口扩展电路，第一模拟开关单元与中央处理器的第一使能信号输出端、USB?PHY芯片的差分信号输出端连接；第一模拟开关单元的第一差分信号通道、第二差分信号通道分别与第一USB端口、第二模拟开关单元连接；第二模拟开关单元与中央处理器的第二使能信号输出端连接；第二模拟开关单元的第三差分信号通道、第四差分信号通道分别与第二USB端口、第三USB端口连接；第一USB端口、第二USB端口以及第三USB端口中至少有一个采用USB?OTG协议且至少有一个采用USB?HIGH?SPEED协议。上述USB端口扩展电路能够对USB端口进行扩展且支持USB协议多样化。还提供一种移动终端。
【专利说明】USB端口扩展电路以及移动终端
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及USB【技术领域】，特别是涉及一种USB端口扩展电路，还涉及一种移动终端。
【背景技术】
[0002]在移动终端的设计中，通常一个平台只提供一个USB PHY芯片。USB PHY芯片可以支持USB OTG协议、USB2.0以及USB1.1等协议。通过该USB PHY芯片接出的单个USB端口可以实现USB充电、终端设备与主机之间的数据读写以及终端设备与终端设备的数据读写等功能。但是单个的USB端口并不能满足用户针对USB协议的多样化使用需求。因此，人们通常通过在移动终端中设置多个USB PHY芯片或者加入HUB(集线器)电路来接出多个USB端口以满足用户针对USB协议的多样化使用需求，这种方法需要使用多个USB PHY芯片或者HUB电路，生产成本较高。
实用新型内容
[0003]基于此，有必要针对上述问题，提供一种基于单个USB PHY芯片的且支持USB协议多样化需求的低成本的USB端口扩展电路。
[0004]还提供一种移动终端。
[0005]一种USB端口扩展电路，用于对移动终端内的基于单个USB PHY芯片的USB端口进行扩展，包括第一模拟开关单元、第二模拟开关单元、第一 USB端口、第二 USB端口以及第三USB端口 ；所述第一模拟开关单元用于与所述移动终端内的中央处理器的第一使能信号输出端连接，以接收所述中央处理器输出的第一使能信号；所述第一模拟开关单元还用于与所述USB PHY芯片的差分信号输出端连接；所述第一模拟开关单元的输出端包括第一差分信号通道和第二差分信号通道，所述第一差分信号通道和所述第二差分信号通道在所述第一使能信号的控制下打开或关闭；所述第一 USB端口通过所述第一差分信号通道与所述第一模拟开关单元连接，所述第二模拟开关单元通过所述第二差分信号通道与所述第一模拟开关单元连接；所述第二模拟开关单元用于与所述中央处理器的第二使能信号输出端连接，以接收所述中央处理器输出的第二使能信号；所述第二模拟开关单元的输出端包括第三差分信号通道和第四差分信号通道，所述第三差分信号通道和所述第四差分信号通道在所述第一使能信号和所述第二使能信号的共同控制下打开或关闭；所述第二 USB端口通过所述第三差分信号通道与所述第二模拟开关单元连接，所述第三USB端口通过所述第四差分信号通道与所述第二模拟开关单元连接；所述第一 USB端口、所述第二 USB端口以及所述第三USB端口中至少有一个采用USB OTG协议且至少有一个采用USB HIGH SPEED协议。
[0006]在其中一个实施例中，所述第一模拟开关单元和所述第二模拟开关单元均为一集成芯片。
[0007]在其中一个实施例中，所述第一 USB端口采用USB OTG协议，所述第二 USB端口和所述第三USB端口均采用USB HIGH SPEED协议。
[0008]在其中一个实施例中，所述第一使能信号与所述第二使能信号均为电平信号；所述第一使能信号为第一电平状态时，所述第一差分信号通道导通；所述第一使能信号为第二电平信号时，所述第二差分信号通道导通；在所述第一使能信号为第二电平状态且所述第二使能信号为第一电平状态时，所述第四差分信号通道导通；在所述第一使能信号为第二电平状态且所述第二使能信号为第二电平状态时，所述第三差分信号通道导通。
[0009]在其中一个实施例中，还包括电子开关单元，所述电子开关单元的控制端用于与所述中央处理器的第一使能信号输出端连接，以接收所述中央处理器输出的第一使能信号；所述电子开关单元的输出端与所述第一 USB端口连接；所述电子开关单元在所述第一使能信号的作用下导通从而控制所述第一 USB端口工作。
[0010]在其中一个实施例中，所述电子开关单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、开关三极管、第一电容以及MOS管；所述开关三极管的基极串联所述第一电阻后与所述中央处理器的第一使能信号输出端连接；所述开关三极管的集电极串联第二电阻后作为第一电源输出端；所述开关三极管的集电极还串联第三电阻后与所述MOS管的栅极连接；所述开关三极管的发射极接地；所述MOS管的源极与所述第一电源输出端连接；所述MOS管的漏极作为第二电源输出端与所述第一 USB端口的电源输入端连接，所述MOS管的漏极还串联第一电容后接地。
[0011]在其中一个实施例中，还包括电源电压处理单元，用于对所述USB PHY芯片的电源电压进行除噪、电压调整后给所述第二 USB端口以及所述第三USB端口供电。
[0012]在其中一个实施例中，所述电源电压处理单元包括第一磁珠、第二磁珠、第四电阻、第二电容以及第三电容；所述第一磁珠与所述第二磁珠并联连接后两端分别串联第二电容、第三电容后接地；所述第一磁珠的一端与所述USB PHY芯片的电源输出端连接；另一端串联第四电阻后分别与所述第二 USB端口的电源输入端、所述第三USB端口的电源输入端连接。
[0013]在其中一个实施例中，还包括信号处理单元，所述信号处理单元连接于所述第二模拟开关单元和所述第二 USB端口之间，用于消除差分信号的共模干扰。
[0014]一种移动终端，包括主板以及壳体，所述主板设置在所述壳体内部，所述移动终端可以通过座充充电器进行充电，还包括如上任意一项所述的USB端口扩展电路，所述第一USB端口设置在所述移动终端内部，所述第二 USB端口从所述主板接出；所述第三USB端口设置在移动终端上与所述座充充电器连接的一侧。
[0015]上述USB端口扩展电路以及移动终端，通过在USB PHY芯片与USB端口之间加入第一模拟开关单元以及第二模拟开关单元，可以引出四路差分信号通道，第一差分信号通道用于与第一 USB端口连接，第二差分信号通道用于与第二模拟开关单元连接，第三差分信号通道、第四差分信号通道分别用于与第二 USB端口、第三USB端口连接，实现基于一个USB PHY芯片基础上对USB端口的扩展，生产成本较低。同时，第一 USB端口、第二 USB端口以及第三USB端口中至少有一个采用USB OTG协议且至少有一个采用USB HIGH SPEED协议，可以支持USB协议多样化需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为一实施例中的USB端口扩展电路的原理框图；
[0017]图2为另一实施例中的USB端口扩展电路的原理框图；
[0018]图3为图2所示实施例中的USB端口扩展电路中的电子开关单元260的原理图；
[0019]图4为图2所示实施例中的USB端口扩展电路中的电源电压处理单元270的原理图；
[0020]图5为另一实施例中的USB端口扩展电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0021]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0022]图1所示为一实施例中的USB端口扩展电路，用于对移动终端内的基于单个USBPHY芯片的USB端口进行扩展。在本实施例中，移动终端包括手机、平板电脑以及PAD等电子设备，其内部设有中央处理器且内部仅设置有一个USB PHY芯片。USB端口扩展电路包括第一模拟开关单元110、第二模拟开关单元120、第一 USB端口 130、第二 USB端口 140以第三USB端口 150。其中，第一模拟开关单元110与移动终端内的中央处理器的第一使能信号输出端连接，用于接收中央处理器输出的第一使能信号。第一模拟开关单元110还与USB PHY芯片的差分信号输出端连接，用于接收USB PHY芯片输出的差分信号。第一模拟开关单元110的输出端包括第一差分信号通道以及第二差分信号通道。第一差分信号通道和第二差分信号通道在第一使能信号的控制下打开或关闭。第一 USB端口 130通过第一差分信号通道与第一模拟开关单元110连接，用于接收第一模拟开关单元110输出的差分信号。第二模拟开关单元120通过第二差分信号通道与第一模拟开关单元110连接，以接收第一模拟开关单元110输出的差分信号。第二模拟开关单元120还与中央处理器的第二使能信号输出端连接，以接收中央处理器输出的第二使能信号。第二模拟开关单元120的输出端包括第三差分信号通道和第四差分信号通道，第三差分信号通道和第四差分信号通道在第一使能信号和第二使能信号的共同控制下打开或关闭。其中，第二 USB端口 140通过第三差分信号通道与第二模拟开关单元120连接，第三USB端口 150通过第四差分信号通道与第二模拟开关单元120连接。
[0023]在本实施例中，第一模拟开关单元110和第二模拟开关单元120均为集成芯片，其根据接收到的中央处理器输出的使能信号而作出相应的操作。第一使能信号和第二使能信号均为电平信号，电平信号有两种状态，分别是第一电平状态和第二电平状态。在本实施例中，第一电平状态为高电平，第二电平状态为低电平。在其他的实施例中，也可以将第一电平状态设置为低电平，第二电平状态设置为高电平。具体地，第一使能信号为第一电平状态时，第一差分信号通道导通；第一使能信号为第二电平信号时，第二差分信号通道导通。在第一使能信号为第二电平状态且第二使能信号为第一电平状态时，第四差分信号通道导通；在第一使能信号为第二电平状态且第二使能信号为第二电平状态时，第三差分信号通道导通。为满足用户对USB协议多样化需求，第一 USB端口 130、第二 USB端口 140以及第三USB端口 150中至少有一个采用USB OTG协议且至少有一个采用USB HIGH SPEED协议。在本实施例中，第一 USB端口 130采用USB OTG协议，用于实现对智能卡的数据的读取。第二 USB端口 140以及第三USB端口 150均采用USB HIGH SPEED协议，用于实现充电和数据的读写。在其他的实施例中，第一 USB端口 130、第二 USB端口 140以及第三USB端口 150可以根据需要对各端口所采用的协议进行配置，并不限于本实施例中所介绍的情形。
[0024]USB端口扩展电路的工作原理具体如下:
[0025]当第一使能信号为低电平时，第一模拟开关单元110的第二模拟开关通道打开，输出差分信号给第二模拟开关单元120 ;当第二模拟开关单元120接收到的第二使能信号也为低电平时，第二模拟开关单元120的第三差分信号通道打开，第二 USB端口 140接收来自第二模拟开关单元120的差分信号实现对移动终端充电或数据的读写。当第二模拟开关单元120接收到的第二使能信号为高电平时，第三差分信号通道关闭，第四差分信号通道打开。第三USB端口 150接收第二模拟开关单元120输出的差分信号，以实现对移动终端的充电或数据的读写。当第一使能信号为高电平时，第一模拟开关单元110的第一差分信号通道打开，第二差分信号通道关闭。第一 USB端口 130接收来自第一模拟开关单元110的差分信号以实现对智能卡的数据的读取。因此，用户可以根据需要通过对第一使能信号以及第二使能信号进行控制从而实现在三个USB端口之间的切换。
[0026]上述USB端口扩展电路，通过在USB PHY芯片与USB端口之间加入第一模拟开关单元I1以及第二模拟开关单元120，可以引出四路差分信号通道，第一差分信号通道用于与第一 USB端口 130连接，第二差分信号通道用于与第二模拟开关单元120连接，第三差分信号通道、第四差分信号通道分别用于与第二USB端口 140、第三USB端口 150连接，实现基于一个USB PHY芯片基础上对USB端口的扩展，生产成本较低。同时，第一 USB端口 130、第二 USB端口 140以及第三USB端口 150中至少有一个采用USB OTG协议且至少有一个采用USB HIGH SPEED协议，可以支持USB协议多样化需求，满足用户的USB协议多样化需求。用户只需通过移动终端内的中央处理器发送相应电平状态的使能信号即可实现第一 USB端口、第二 USB端口以及第三USB端口之间的切换，操作简便易行。
[0027]如图2所示为另一实施例中的USB端口扩展电路，包括第一模拟开关单元210、第二模拟开关单元220、第一 USB端口 230、第二 USB端口 240以及第三USB端口 250，还包括电子开关单元260、电源电压处理单元270以及信号处理单元280。其中，第一模拟开关单元210、第二模拟开关单元220、第一 USB端口 230、第二 USB端口 240以及第三USB端口 250在前一实施例中已经介绍，此处不再赘述。
[0028]电子开关单元260的控制端用于与中央处理器的第一使能信号输出端连接，以接收中央处理器输出的第一使能信号。电子开关单元260的输出端与第一 USB端口 230连接。电子开关单元260在第一使能信号的作用下导通从而控制第一 USB端口工作。电子开关单元260的电路结构如图3所示，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、开关三极管Q1、第一电容Cl以及MOS管Q2。具体地，开关三极管Ql的基极串联第一电阻Rl后与中央处理器的第一使能信号输出端连接，以接收中央处理器输出的第一使能信号。开关三极管Ql的集电极串联第二电阻R2后作为第一电源输出端，用于向外提供电源输出。在本实施例中，第一电源输出端用于提供5V输出。开关三极管Ql的发射极接地。开关三极管Ql的集电极还串联第三电阻R3后与MOS管Q2的栅极连接。MOS管Q2的源极与第一电源输出端连接，漏极作为第二电源输出端与第一 USB端口 230的电源输入端连接。MOS管Q2的漏极还串联第一电容Cl后接地。
[0029]当第一使能信号为高电平时，开关三极管Ql导通从而控制MOS管Q2导通，电子开关单元260向第一 USB端口 230提供工作电源，第一 USB端口 230工作，实现对智能卡数据的读取。当第一使能信号为低电平时，开关三极管Ql截止从而控制MOS管截止，电子开关单元260不向第一 USB端口 230供电，第一 USB端口不工作。
[0030]电源电压处理单元270用于对USB PHY芯片提供的电源电压进行除噪以及电压调整，并在调整后输出给第二 USB端口 240以及第三USB端口 250。在本实施例中，电源电压处理单元270的电路结构如图4所示。电源电压处理单元包括第一磁珠FBl、第二磁珠FB2、第四电阻R4、第二电容C2、第三电容C3以及第四电容C4和第五电容C5。其中，第一磁珠FBl和第二磁珠FB2为贴片磁珠。第一磁珠FBl和第二磁珠FB2并联连接。第一磁珠FBl的两端分别串联第二电容C2、第三电容C3后接地。第一磁珠FBl的一端还与USB PHY芯片的电源输出端连接，另一端则串联第四电阻R4后作为电源输出端分别与第二 USB端口 240以及第三USB端口 250的电源输入端连接。第一磁珠FBl串联电阻R4的一端还分别串联第四电容C4、第五电容C5并接地。通过第一磁珠FBl和第二磁珠FB2的作用，可以消除线路中的射频噪声。
[0031]信号处理单元280位于第二模拟开关单元220和第二 USB端口 240之间，用于消除差分信号的共模干扰。具体地，信号处理单元280包括一共模电感。
[0032]图5为一实施例中的USB端口扩展电路的电路原理。第一模拟开关单元SWl和第一模拟开关单元SW2均为一集成芯片。第一 USB端口 CNl采用USB OTG协议，为智能卡端口，第二 USB端口 CN2和第三USB端口 CN3为采用USB HIGH SPEED协议的USB端口。
[0033]本发明还提供一种移动终端，包括主板、壳体、USB PHY芯片以及前述实施例中的USB端口扩展电路。主板设置在壳体内部。第一 USB端口设置在移动终端的内部，第二 USB端口由主板接出；第三USB端口则设置在移动终端上与座充充电器连接的一侧。上述移动终端内部只需设置一个USB PHY芯片既可以通过USB端口扩展电路实现对USB端口的扩展且支持USB协议多样化需求。
[0034]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种USB端口扩展电路，用于对移动终端内的基于单个USB PHY芯片的USB端口进行扩展，其特征在于，包括第一模拟开关单元、第二模拟开关单元、第一 USB端口、第二 USB端口以及第三USB端口 ；所述第一模拟开关单元用于与所述移动终端内的中央处理器的第一使能信号输出端连接，以接收所述中央处理器输出的第一使能信号；所述第一模拟开关单元还用于与所述USB PHY芯片的差分信号输出端连接；所述第一模拟开关单元的输出端包括第一差分信号通道和第二差分信号通道，所述第一差分信号通道和所述第二差分信号通道在所述第一使能信号的控制下打开或关闭；所述第一 USB端口通过所述第一差分信号通道与所述第一模拟开关单元连接，所述第二模拟开关单元通过所述第二差分信号通道与所述第一模拟开关单元连接；所述第二模拟开关单元用于与所述中央处理器的第二使能信号输出端连接，以接收所述中央处理器输出的第二使能信号；所述第二模拟开关单元的输出端包括第三差分信号通道和第四差分信号通道，所述第三差分信号通道和所述第四差分信号通道在所述第一使能信号和所述第二使能信号的共同控制下打开或关闭；所述第二USB端口通过所述第三差分信号通道与所述第二模拟开关单元连接，所述第三USB端口通过所述第四差分信号通道与所述第二模拟开关单元连接；所述第一 USB端口、所述第二 USB端口以及所述第三USB端口中至少有一个采用USB OTG协议且至少有一个采用USB HIGHSPEED协议。
2.根据权利要求1所述的USB端口扩展电路，其特征在于，所述第一模拟开关单元和所述第二模拟开关单元均为一集成芯片。
3.根据权利要求1所述的USB端口扩展电路，其特征在于，所述第一USB端口采用USBOTG协议，所述第二 USB端口和所述第三USB端口均采用USB HIGH SPEED协议。
4.根据权利要求1所述的USB端口扩展电路，其特征在于，所述第一使能信号与所述第二使能信号均为电平信号；所述第一使能信号为第一电平状态时，所述第一差分信号通道导通；所述第一使能信号为第二电平信号时，所述第二差分信号通道导通；在所述第一使能信号为第二电平状态且所述第二使能信号为第一电平状态时，所述第四差分信号通道导通；在所述第一使能信号为第二电平状态且所述第二使能信号为第二电平状态时，所述第三差分信号通道导通。
5.根据权利要求1所述的USB端口扩展电路，其特征在于，还包括电子开关单元，所述电子开关单元的控制端用于与所述中央处理器的第一使能信号输出端连接，以接收所述中央处理器输出的第一使能信号；所述电子开关单元的输出端与所述第一 USB端口连接；所述电子开关单元在所述第一使能信号的作用下导通从而控制所述第一 USB端口工作。
6.根据权利要求5所述的USB端口扩展电路，其特征在于，所述电子开关单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、开关三极管、第一电容以及MOS管；所述开关三极管的基极串联所述第一电阻后与所述中央处理器第一使能信号输出端连接；所述开关三极管的集电极串联第二电阻后作为第一电源输出端；所述开关三极管的集电极还串联第三电阻后与所述MOS管的栅极连接；所述开关三极管的发射极接地；所述MOS管的源极与所述第一电源输出端连接；所述MOS管的漏极作为第二电源输出端与所述第一 USB端口的电源输入端连接，所述MOS管的漏极还串联第一电容后接地。
7.根据权利要求1所述的USB端口扩展电路，其特征在于，还包括电源电压处理单元，用于对所述USB PHY芯片的电源电压进行除噪、电压调整后给所述第二 USB端口以及所述第三USB端口供电。
8.根据权利要求7所述的USB端口扩展电路，其特征在于，所述电源电压处理单元包括第一磁珠、第二磁珠、第四电阻、第二电容以及第三电容；所述第一磁珠与所述第二磁珠并联连接后两端分别串联第二电容、第三电容后接地；所述第一磁珠的一端与所述USB PHY芯片的电源输出端连接；另一端串联第四电阻后分别与所述第二 USB端口的电源输入端、所述第三USB端口的电源输入端连接。
9.根据权利要求1所述的USB端口扩展电路，其特征在于，还包括信号处理单元，所述信号处理单元连接于所述第二模拟开关单元和所述第二 USB端口之间，用于消除差分信号的共模干扰。
10.一种移动终端，包括主板以及壳体，所述主板设置在所述壳体内部，所述移动终端可以通过座充充电器进行充电，其特征在于，还包括如权利要求1?9任意一项所述的USB端口扩展电路，所述第一 USB端口设置在所述移动终端内部，所述第二 USB端口从所述主板接出；所述第三USB端口设置在移动终端上与所述座充充电器连接的一侧。
【文档编号】G06F13/42GK203950306SQ201420318194
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】肖乐, 陈金伟, 林文能, 范佐灯 申请人:深圳市卓翼科技股份有限公司