USB接口电路的制作方法

本申请涉及通讯技术领域，尤其涉及一种USB接口电路。

背景技术：

USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)是目前应用最为广泛的外设接口规范，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。随着时代的发展，外部设备的进步，USB接口规范也有相应的配套升级，继USB2.0之后，出现了最新的USB接口规范：USB3.0(也称SuperSpeed USB，高速USB)。USB3.0的传输速度能达到5Gbps，能够提供高达600MB/S的带宽。USB3.0可以代替VGA接口作为调试接口，也可作为用户设备插接的接口。然而一些用户设备与USB3.0接口插接后存在不识别的问题，即概率性不识别问题。

技术实现要素：

本申请提供一种USB接口电路，可以解决部分用户设备与USB3.0接口插接后不识别的问题。

本申请实施例提供一种USB接口电路，该USB接口电路包括：USB3.0接口，包括差分信号正端、差分信号负端、超高速发送差分信号正端、超高速发送信号负端、超高速接收差分信号正端和超高速接收差分信号负端，所述超高速发送差分信号正端和所述超高速发送信号负端为悬空状态；及信号切换电路，与所述USB3.0接口的超高速接收差分信号正端和超高速接收差分信号负端连接，可使超高速接收差分信号正端和超高速接收差分信号负端为高阻状态，使所述差分信号正端和所述差分信号负端传输差分信号。

进一步地，所述USB3.0接口包括信号返回接地端，所述信号切换电路包括信号切换开关芯片，具有与所述信号返回接地端连接的使能端。

进一步地，所述信号切换开关芯片包括差分数据正端和差分数据负端，所述差分数据正端与所述USB3.0接口的所述超高速接收差分信号正端连接，所述差分数据负端与所述超高速接收差分信号负端连接。

进一步地，所述信号切换电路包括反相电路，连接于所述USB3.0接口的所述信号返回接地端和所述信号切换开关芯片的所述使能端之间，用来将所述信号返回接地端的信号反相后提供给所述使能端。

进一步地，所述反相电路包括三极管，所述三极管的基极与所述USB3.0接口的所述信号返回接地端连接，集电极与所述信号切换开关芯片的所述使能端连接且连接至电源，发射极接地。

进一步地，所述信号切换电路包括信号切换开关芯片和选择电路，所述信号切换开关芯片包括第一高速数据端、第二高速数据端和选择端，所述选择电路连接于所述USB3.0接口和所述选择端之间，用来在所述信号切换开关芯片使能时提供选择信号给所述信号切换开关芯片，来选择第一高速数据端或第二高速数据端传输差分信号。

进一步地，所述USB3.0接口包括信号返回接地端，所述选择电路连接至所述信号返回接地端。

进一步地，所述选择电路包括连接至所述信号返回接地端的三极管和将所述三极管的基极连接至地的开关，所述开关为常开开关。

进一步地，所述三极管的集电极连接至所述信号返回接地端，基极还连接至电源，发射极接地。

进一步地，所述选择电路包括二极管，所述二极管的正极连接所述信号返回接地端和所述三极管的集电极，所述二极管的负极连接所述信号切换开关芯片且接地。

本申请实施例的USB接口电路的USB3.0接口的超高速发送差分信号正端和超高速发送信号负端为悬空状态，信号切换电路可以使USB3.0接口的超高速接收差分信号正端和超高速接收差分信号负端为高阻状态，相当于悬空状态，如此使USB3.0可向下兼容作为USB2.0，避免部分用户设备与USB3.0接口插接后不识别的问题，即解决了概率性不识别问题，提高用户体验。

附图说明

图1所示为本申请USB接口电路的一个实施例的示意框图；

图2所示为图1所示的USB接口电路的一个实施例的电路图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书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。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

本申请实施例的USB接口电路包括USB3.0接口及信号切换电路。USB3.0接口包括差分信号正端、差分信号负端、超高速发送差分信号正端、超高速发送信号负端、超高速接收差分信号正端和超高速接收差分信号负端。超高速发送差分信号正端和超高速发送信号负端为悬空状态。信号切换电路与USB3.0接口的超高速接收差分信号正端和超高速接收差分信号负端连接，可使超高速接收差分信号正端和超高速接收差分信号负端为高阻状态，使差分信号正端和差分信号负端传输差分信号。USB3.0接口的超高速发送差分信号正端和超高速发送信号负端为悬空状态，信号切换电路可以使USB3.0接口的超高速接收差分信号正端和超高速接收差分信号负端为高阻状态，相当于悬空状态，如此使USB3.0可向下兼容作为USB2.0，避免部分用户设备与USB3.0接口插接后不识别的问题，即解决了概率性不识别问题，提高用户体验。

图1所示为USB接口电路10的一个实施例的示意框图。USB接口电路10包括USB3.0接口11、控制处理电路13和信号切换电路15。USB3.0接口11可以是A型或B型USB3.0接口，可以是插座或插头。控制处理电路13包括与USB3.0接口11连接的USB2.0接口130。信号切换电路15与USB3.0接口11连接且与控制处理电路13连接。在一种状态下，信号切换电路15可以使USB3.0接口11与USB2.0接口130传输差分信号，实现连接于USB3.0接口11的外部设备(例如用户手机、U盘等)与控制处理电路13通过USB3.0接口11和USB2.0接口130传输信号，此时USB3.0接口11向下兼容USB2.0。在另一种状态下，USB3.0接口11与控制处理电路13通过信号切换电路15传输信号，可以实现外部设备(例如调试设备)与控制处理电路13的信号传输。

图2所示为USB接口电路10的一个实施例的电路图。结合参考图1，USB3.0接口11包括差分信号正端D+(为图中第3引脚)、差分信号负端D-(为图中第2引脚)、超高速发送差分信号正端STAD_SSTX+(为图中第9引脚)、超高速发送信号负端STAD_SSTX-(为图中第8引脚)、超高速接收差分信号正端STAD_SSRX+(为图中第6引脚)和超高速接收差分信号负端STAD_SSRX-(为图中第5引脚)。在图示实施例中，超高速发送差分信号正端STAD_SSTX+和超高速发送信号负端STAD_SSTX-为悬空状态。控制处理电路13的USB2.0接口130与差分信号正端D+和差分信号负端D-连接。信号切换电路15与USB3.0接口11的超高速接收差分信号正端STAD_SSRX+和超高速接收差分信号负端STAD_SSRX-连接。信号切换电路15在不使能状态下，使超高速接收差分信号正端STAD_SSRX+和超高速接收差分信号负端STAD_SSRX-为高阻状态，使USB3.0接口11通过USB2.0接口130与控制处理电路13传输差分信号。在使能状态下，将USB3.0接口11的超高速接收差分信号正端STAD_SSRX+和超高速接收差分信号负端STAD_SSRX-与控制处理电路13连接，来传输信号。

具体地，在图示实施例中，USB3.0接口11的超高速发送差分信号正端STAD_SSTX+和超高速发送信号负端STAD_SSTX-为悬空，未连接其他电路。在其他实施例中，超高速发送差分信号正端STAD_SSTX+和超高速发送信号负端STAD_SSTX-可以连接使其处于悬空状态的其他电路。USB3.0接口11的差分信号正端D+与USB2.0接口130的差分信号正端连接，USB3.0接口11的差分信号负端D-与USB2.0接口130的差分信号负端连接，用来传输差分信号，例如可以将用户手机等设备中的数据传输至控制处理电路13(例如电脑的CPU(Central Processing Unit，中央处理器))。USB3.0接口11还包括信号返回接地端GND_DRAIN(为图中第7引脚)。信号返回接地端GND_DRAIN与信号切换电路15连接。图中USB3.0接口11为插座。

在图示实施例中，控制处理电路13包括第一控制处理芯片132和第二控制处理芯片134。在一个实施例中，第一控制处理芯片132可以包括主IC(Integrated Circuit，集成电路)，例如CPU。主IC可包括第一UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)。在一个实施例中，第一控制处理芯片132与USB2.0接口130连接。在一个实施例中，第二控制处理芯片134可以包括MCU(Microprogrammed Control Unit，微程序控制器)，例如单片机、FPGA(Field Programmable Gate，现场可编程门阵列)。MCU可包括第二UART。

信号切换电路15包括信号切换开关芯片U1，具有与USB3.0接口11的信号返回接地端GND_DRAIN连接的使能端信号切换电路15根据信号返回接地端GND_DRAIN的信号(高电平或低电平)工作在使能状态或不使能状态。在图示实施例中，信号切换开关芯片U1可以采用双通道高速USB2.0切换开关芯片FSUSB30MUX，但不限于此，还可采用其他切换开关芯片。信号切换开关芯片U1包括差分数据正端D+、差分数据负端D-、高速数据端HSD1+、HSD1-、HSD2+和HSD2-。其中，信号切换开关芯片U1的差分数据正端D+与USB3.0接口11的超高速接收差分信号正端STAD_SSRX+连接，差分数据负端D-与超高速接收差分信号负端STAD_SSRX-连接。信号切换开关芯片U1与第一控制处理芯片132和第二控制处理芯片134连接，其中，第一高速数据端HSD1+、HSD1-与第一控制处理芯片132连接，第二高速数据端HSD2+和HSD2-与第二控制处理芯片134连接。在一个实施例中，信号切换开关芯片U1的第一高速数据端HSD1+、HSD1-连接至第一控制处理芯片132的第一UART，第二高速数据端HSD2+、HSD2-连接至第二控制处理芯片134的第二UART。

在图示实施例中，信号切换电路15包括反相电路150，连接于USB3.0接口11的信号返回接地端GND_DRAIN和信号切换开关芯片U1的使能端之间，用来将信号返回接地端GND_DRAIN的信号反相后提供给使能端信号切换开关芯片U1在信号返回接地端GND_DRAIN的信号为低电平时为不使能状态，在信号返回接地端GND_DRAIN的信号为高电平时为使能状态。

反相电路150包括三极管QV1，三极管QV1的基极与USB3.0接口11的信号返回接地端GND_DRAIN连接，集电极与信号切换开关芯片U1的使能端连接。集电极还连接至电源，发射极接地。在本实施例中，三极管QV1的集电极通过电阻R1连接至总线电源VBUS，基极通过电阻R4与USB3.0接口11的信号返回接地端GND_DRAIN连接。三极管QV1为NPN型三极管。

信号切换电路15还包括选择电路152，选择电路152与信号切换开关芯片U1连接且用来提供选择信号给信号切换开关芯片U1，使信号切换开关芯片U1选择与第一控制处理芯片132和第二控制处理芯片134中的一个传输信号。选择电路152连接于USB3.0接口11和信号切换开关芯片U1的选择端Sel之间，用来在信号切换开关芯片U1使能时提供选择信号给信号切换开关芯片U1，来选择第一高速数据端HSD1+、HSD1-或第二高速数据端HSD2+、HSD2-传输差分信号。信号切换开关芯片U1根据选择电路152提供给选择端Sel的选择信号(高电平或低电平)来选择第一高速数据端HSD1+、HSD1-工作或第二高速数据端HSD2+、HSD2-工作。在图示实施例中，选择电路152连接至USB3.0接口11的信号返回接地端GND_DRAIN，可以将信号返回接地端GND_DRAIN的信号转换成选择信号。

在一个实施例中，选择电路152包括连接至信号返回接地端GND_DRAIN的三极管Q1和将三极管Q1的基极连接至地的开关KEY，开关KEY为常开开关。三极管Q1的基极通过电阻R5与开关KEY串联。三极管Q1的基极还连接至电源VCC，通过串联电阻R5和电阻R3连接至电源VCC。三极管Q1的集电极连接至信号返回接地端GND_DRAIN，通过电阻R2连接至信号返回接地端GND_DRAIN。三极管Q1的发射极接地。三极管Q1为NPN型三极管。

选择电路152还包括二极管D1，连接在信号返回接地端GND_DRAIN和信号切换开关芯片U1之间，二极管D1的正极连接信号返回接地端GND_DRAIN和三极管Q1的集电极，二极管D1的负极连接信号切换开关芯片U1且接地。二极管D1的正极通过电阻R2连接至信号返回接地端GND_DRAIN。二极管D1的负极连接至信号切换开关芯片U1的选择端Sel，且通过电阻R6接地。选择电路152的输出端SEL/BOOT0连接至二极管D1的负极。

当USB3.0接口11(例如图中的USB3.0插座)与具有与其匹配的USB3.0接口(例如USB3.0插头)的例如用户设备的外部设备插接后，信号返回接地端GND_DRAIN接地，信号返回接地端GND_DRAIN为低电平，与信号返回接地端GND_DRAIN连接的反相电路150的电阻R4的一端ISP_DET为低电平，三极管QV1的基极为低电平，因此集电极为高电平，即与集电极连接的端子Switch_EN为高电平，与此连接的使能端为高电平，信号切换开关芯片U1不使能。

此时差分数据正端D+和差分数据负端D-之间为高阻状态，因此USB3.0接口11的超高速接收差分信号正端STAD_SSRX+和超高速接收差分信号负端STAD_SSRX-之间为高阻状态，相当于悬空状态。此时超高速接收差分信号正端STAD_SSRX+、超高速接收差分信号负端STAD_SSRX-、超高速发送差分信号正端STAD_SSTX+和超高速发送信号负端STAD_SSTX-均为悬空状态，因此USB3.0可以向下兼容，变为USB2.0状态。外部设备通过USB3.0接口11和USB2.0接口130与控制处理电路13传输数据。如此可以避免部分外部设备插入USB3.0接口后整机对该设备不识别的问题，即解决了概率性不识别问题，提高用户体验。在图示实施例中，外部设备通过USB3.0接口11和USB2.0接口130与主IC传输数据。例如CPU与USB2.0接口130连接，用户手机等外部设备插入USB3.0接口11，通过USB2.0接口130与CPU传输数据。

在一个实施例中，可以设计USB3.0接口11的外观和USB2.0接口的外观相同。例如，USB3.0接口11的端子中间的舌头可以设计为与USB2.0接口的舌头一样的颜色，例如黑色。例如，USB3.0接口11的外部丝印为USB2.0。虽然硬件为USB3.0接口，然而对于一般用户而言使用的是USB2.0的功能。上述设计可以给一般用户直观的感觉为其插接的是USB2.0接口，其使用的是USB2.0功能，避免一般用户使用时产生困惑，提高用户体验。

例如调试设备的外部设备与USB3.0接口11插接时，使信号返回接地端GND_DRAIN的信号为高电平。例如可设置外部设备与信号返回接地端GND_DRAIN连接的端子连接电源，使其为高电平，从而使得信号返回接地端GND_DRAIN为高电平。信号返回接地端GND_DRAIN为高电平时，反相电路150的输出端Switch_EN为低电平，信号切换开关芯片U1的使能端为低电平，信号切换开关芯片U1使能。另外，与信号返回接地端GND_DRAIN连接的选择电路152的输入端ISP_DET为高电平，三极管Q1饱和导通，三极管Q1的集电极被拉低，二极管D1截止，选择电路152的输出端SEL/BOOT0通过电阻R6接地，为低电平。与输出端SEL/BOOT0连接的信号切换开关芯片U1的选择端Sel为低电平，第一高速数据端HSD1+、HSD1-被选择。

此时USB3.0接口11通过超高速接收差分信号正端STAD_SSRX+、超高速接收差分信号负端STAD_SSRX-接收外部设备输入的差分信号，并提供给信号切换开关芯片U1的差分数据端D+、D-。信号切换开关芯片U1进一步通过第一高速数据端HSD1+、HSD1-将差分信号提供给第一控制处理芯片132的主IC的第一UART。如此，通过信号切换开关芯片U1将外部设备的UART和主IC的第一UART相连，使主IC接收外部设备的信息。例如外部设备提供需要打印的调试信息，通过USB3.0接口11可以实现打印的功能，在调试时可以打印调试信息。

在另一种情况下，长按开关KEY，将例如调试设备的外部设备与USB3.0接口插接，使信号返回接地端GND_DRAIN为高电平，信号切换开关芯片U1使能。三极管Q1的基极因开关KEY按下而接地，三极管Q1处于截止状态。选择电路152的输入端ISP_DET为高电平，二极管D1导通，因此选择电路152的输出端SEL/BOOT0为高电平。从而信号切换开关芯片U1的选择端Sel为高电平，第二高速数据端HSD2+、HSD2-被选择。类似地，USB3.0接口11通过超高速接收差分信号正端STAD_SSRX+、超高速接收差分信号负端STAD_SSRX-接收外部设备输入的差分信号，并提供给信号切换开关芯片U1的差分数据端D+、D-。信号切换开关芯片U1进一步通过第二高速数据端HSD2+、HSD2-将差分信号提供给第二控制处理芯片134的MCU的第二UART。如此，通过信号切换开关芯片U1将外部设备的UART和MCU的第二UART相连，使MCU接收外部设备的信息。

在图示实施例中，选择电路152的输出端SEL/BOOT0与MCU(即第二控制处理芯片)的烧录启动端口BOOT0连接，输出端SEL/BOOT0为高电平时，MCU的烧录启动端口BOOT0为高电平，MCU进入等待烧录BOOTLOADER(启动装载)状态。外部设备的UART通过信号切换开关芯片U1与MCU的第二UART相连，将外部设备提供的程序烧录至MCU，因此在开关KEY按下时，通过USB3.0接口11可以实现程序烧录的功能，在调试中可以对MCU进行程序烧录。

综上所述，在图示实施例中，在信号切换开关芯片U1使能时，USB3.0接口可以通过信号切换开关芯片U1与控制处理电路13连接，从而将USB3.0接口11接收到的差分信号传递给控制处理电路13，如此可以将需要打印的调试信息和/或需要烧录的程序传递给控制处理电路13，实现打印调试信息和/或烧录程序的功能。

图2仅是示例性的例子，USB接口电路10并不限于图2所示的电路。在一些实施例中，USB接口电路10还可包括图2中未示出的元器件，或图2中部分元器件可省略或由其他元器件代替。

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