一种具有USB信号增强功能的串行总线连接器的制作方法

一种具有usb信号增强功能的串行总线连接器
技术领域
1.本发明涉及车载串行总线技术领域，具体为一种具有usb信号增强功能的串行总线连接器。


背景技术：

2.通用串行总线(usb)技术是为了弥补传统微机外部总线的不足而设计的，随着应用的扩展，usb的传输速率不断提高，usb2.0传输速度为高速480mb/s，常用usb通信电缆小于1.5米，当usb通信电缆长度大于1.5米后，因线阻抗影响，通讯不顺畅，不能通过usb2.0认证，眼图传输的清晰度、幅度、噪声干扰差，在使用过程中插入数据线反应慢，下载文件速度慢或者连接不上等现像发生。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种具有usb信号增强功能的串行总线连接器，具备结构简单，可以根据线束长短，结合眼图需求，调整信号增强的幅度，可调节范围在10％-15％，满足用户的使用需求的优点，解决了usb通信电缆长度大于1.5米后，因线阻抗影响，通讯不顺畅，不能通过usb2.0认证，眼图传输的清晰度、幅度、噪声干扰差技术的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有usb信号增强功能的串行总线连接器，包括车载娱乐系统输出端、线束和连接器组件，所述车载娱乐系统输出端用于输出眼图数据和提供电能，所述线束的一端连接车载娱乐系统输出端，另一端连接连接器组件，所述连接器组件由前壳、信号输出端口、pcb板、电源信号输入端口和后壳构成，其中前壳与后壳固定连接形成一内部中空的腔体，pcb板设置在该腔体内，信号输出端口和电源信号输入端口分别与pcb板电性连接，且信号输出端口和电源信号输入端口远离pcb板一端分别贯穿前壳和后壳，并延伸至前壳和后壳的外侧。
5.优选的，所述线束的长度为5米，其包括外被层、包裹在外被层内的两条眼图传输芯线和电信号传输芯线，两条所述眼图传输芯线和电信号传输芯线相互绞合呈麻花状。
6.优选的，所述信号输出端口为type-c端口或lightning端口或micro usb端口。
7.优选的，所述pcb板上设置有将车载娱乐系统输出端输出的眼图放大的眼图放大电路，所述眼图放大电路由微控制器、防电源反接保护电路、差分等效分配电路、emi滤波电路、dc-dc调压电路和数据信号保护输出电路构成，其中差分等效分配电路和emi滤波电路的一端与防电源反接保护电路连接，另一端与dc-dc调压电路连接，微控制器分别与dc-dc调压电路和数据信号保护输出电路连接。
8.优选的，所述防电源反接保护电路包括场效应管q1、稳压二极管zd3、双向瞬变抑制二极管d1、电阻r5、电阻r13、电容c9和电容c15，所述场效应管q1为8引脚场效应管，且场效应管q1的5、6、7、8号引脚分别与电源信号输入端口和地线连接，电容c15和双向瞬变抑制二极管d1并联连接，且电容c15和双向瞬变抑制二极管d1的一端接地，另一端分别与电源信号输入端口的6号引脚连接，电阻r13和稳压二极管zd3并联后再与电阻r5串联，电容c9的一
端连接场效应管q1的1、2、3号引脚，另一端连接emi滤波电路。
9.优选的，所述差分等效分配电路由电感器fb2、电感器fb3和电容c19构成，其中电感器fb2和电感器fb3的输入端分别与电源信号输入端口的3、4号引脚连接，输出端分别与dc-dc调压电路连接，电容c19的两端分别与电感器fb2和电感器fb3的输出端连接。
10.优选的，所述emi滤波电路包括电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c16、电感l2和电感l3，其中电容c10、电容c11、电容c12和电容c16并联连接，且电容c10、电容c11、电容c12和电容c16一端接地，另一端与电感l2和dc-dc调压电路连接，电容c13和电容c14并联连接，且电容c13和电容c14一端接地，另一端分别与电感l2和电感l3连接，电感l3远离电感l2一端与防电源反接保护电路连接。
11.优选的，所述dc-dc调压电路包括调压芯片u4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电容c1、电容c2、电容c4、电容c6、电容c7、电容c8、电容c17、电容c18、电容c20、电容c21、电容c50、电容c51和电感l1，其中电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电容c1、电容c2、电容c4、电容c6、电容c7、电容c8、电容c17、电容c18、电容c20、电容c21、电容c50、电容c51和电感l1构成调压芯片外围电路，该调压芯片外围电路与调压芯片u4连接，调压芯片u4的8、9号引脚分别与微控制器的35和34号引脚连接。
12.优选的，所述数据信号保护输出电路包括电容c3、电容c5、电容c22、电容c23、电阻r19、电阻r22、稳压二极管zd1、稳压二极管zd2、稳压二极管zd4和稳压二极管zd5，其中电阻r19和电阻r22的一端与dc-dc调压电路连接，另一端分别与信号输出端口的4、10号引脚连接，电容c23和稳压二极管zd5一端接地，另一端与电阻r19连接，电容c22和稳压二极管zd4一端接地，另一端与电阻r22连接，稳压二极管zd1和稳压二极管zd2的一端分别与信号输出端口的8、5号引脚连接，另一端接地，电容c5的一端接地，另一端分别与电容c3和信号输出端口的2号引脚连接。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
14.1、本发明提供了一种具有usb信号增强功能的串行总线连接器，该连接器整体结构简单，通过在串行总线连接器的pcb板上设置眼图放大电路，该眼图放大电路可以调整信号增强的幅度，调节幅度范围在10％-15％，使得线束长度可以大于1.5米，满足用户的使用需求，有效的解决了线束过长线阻抗大，通讯不顺畅，不能通过usb2.0认证，眼图传输的清晰度、幅度、噪声干扰差，在使用过程中插入数据线反应慢，下载文件速度慢或者连接不上等现像发生的技术问题。
15.2、本发明中的眼图放大电路由微控制器、防电源反接保护电路、差分等效分配电路、emi滤波电路、dc-dc调压电路和数据信号保护输出电路构成，车载娱乐系统输出端的眼图信号经线束传至连接器组件的电源信号输入端口，经眼图放大电路上的差分等效分配电路差分等效分配后由dc-dc调压电路内的调压芯片内部开关切换，由调压芯片的8、9号脚差分等效输出至微控制器，微控制器接收微弱的眼图信号，并将眼图信号的眼图清晰度、幅度整形放大，通过线束长短，结合眼图要求，来增强眼图信号强度幅度，之后增强的眼图信号由微控制器的2、3脚输出至数据信号保护输出电路，最后由信号输出端口输出至外接设备。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图；
17.图2为本发明线束的截面图；
18.图3为本发明连接器组件的爆炸图；
19.图4为本发明的原理方框图；
20.图5为本发明眼图放大电路之一；
21.图6为本发明眼图放大电路之二；
22.图7为本发明微控制器的电路图；
23.图8为本发明差分等效分配电路的电路原理图。
24.图中的附图标记及名称如下：
25.10、车载娱乐系统输出端；20、线束；201、外被层；202、眼图传输芯线；203、电信号传输芯线；30、连接器组件；1、前壳；2、信号输出端口；3、pcb板；31、微控制器；32、防电源反接保护电路；33、差分等效分配电路；34、emi滤波电路；35、dc-dc调压电路；36、数据信号保护输出电路；4、电源信号输入端口；5、后壳。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.请参阅图1至图3，本发明提供的一种实施例：一种具有usb信号增强功能的串行总线连接器，该串行总线连接器包括车载娱乐系统输出端10、线束20和连接器组件30，其中车载娱乐系统输出端10用于输出眼图数据和提供电能，线束20的一端连接车载娱乐系统输出端10，另一端连接连接器组件30，在本实施例中线束20的长度为5米，其包括外被层201、包裹在外被层201内的两条眼图传输芯线202和电信号传输芯线203，两条眼图传输芯线202和电信号传输芯线203相互绞合呈麻花状，将两条眼图传输芯线202绞合呈麻花状可以是干扰信号相互抵消，实用性强，连接器组件30由前壳1、信号输出端口2、pcb板3、电源信号输入端口4和后壳5构成，其中前壳1与后壳5固定连接形成一内部中空的腔体，pcb板3设置在该腔体内，信号输出端口2和电源信号输入端口4分别与pcb板3电性连接，且信号输出端口2和电源信号输入端口4远离pcb板3一端分别贯穿前壳1和后壳5，并延伸至前壳1和后壳5的外侧。
28.具体的，所述信号输出端口2为type-c端口或lightning端口或micro usb端口，在本实施例中信号输出端口2优选type-c端口。
29.请参阅图4，上述的pcb板3上设置有将车载娱乐系统输出端10输出的眼图放大的眼图放大电路，所述眼图放大电路由微控制器31、防电源反接保护电路32、差分等效分配电路33、emi滤波电路34、dc-dc调压电路35和数据信号保护输出电路36构成，其中差分等效分配电路33和emi滤波电路34的一端与防电源反接保护电路32连接，另一端与dc-dc调压电路35连接，微控制器31分别与dc-dc调压电路35和数据信号保护输出电路36连接。
30.请参阅图5，图中cn1为上述的电源信号输入端口4，该电源信号输入端口4与防电源反接保护电路32电连接，防电源反接保护电路32包括场效应管q1、稳压二极管zd3、双向
瞬变抑制二极管d1、电阻r5、电阻r13、电容c9和电容c15，其中场效应管q1为8引脚场效应管，且场效应管q1的5、6、7、8号引脚分别与电源信号输入端口4和地线连接，电容c15和双向瞬变抑制二极管d1并联连接，且电容c15和双向瞬变抑制二极管d1的一端接地，另一端分别与电源信号输入端口4的6号引脚连接，电阻r13和稳压二极管zd3并联后再与电阻r5串联，电容c9的一端连接场效应管q1的1、2、3号引脚，另一端连接emi滤波电路34。
31.请再次参阅图5，图中的emi滤波电路34包括电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电容c16、电感l2和电感l3，其中电容c10、电容c11、电容c12和电容c16并联连接，且电容c10、电容c11、电容c12和电容c16一端接地，另一端与电感l2和dc-dc调压电路35连接，电容c13和电容c14并联连接，且电容c13和电容c14一端接地，另一端分别与电感l2和电感l3连接，电感l3远离电感l2一端与防电源反接保护电路32连接。
32.请参阅图6，图中的dc-dc调压电路35包括调压芯片u4、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电容c1、电容c2、电容c4、电容c6、电容c7、电容c8、电容c17、电容c18、电容c20、电容c21、电容c50、电容c51和电感l1，其中调压芯片u4的型号为mps4228，电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电容c1、电容c2、电容c4、电容c6、电容c7、电容c8、电容c17、电容c18、电容c20、电容c21、电容c50、电容c51和电感l1构成调压芯片外围电路，该调压芯片外围电路与调压芯片u4连接，调压芯片u4的8、9号引脚分别与微控制器31的35和34号引脚连接。
33.具体的，在调压芯片外围电路中，电阻r6和电阻r10的一端分别与emi滤波电路34连接，另一端连接调压芯片u4的13号引脚，电阻r12和电阻r16一端连接vcc供电端，另一端分别与调压芯片u4的2、10号引脚连接，电阻r18一端接地，另一端分别与电阻r16和调压芯片u4的10号引脚连接，电容c18一端接地，另一端与调压芯片u4的11号引脚连接，电阻r1的一端连接调压芯片u4的16号脚，另一端连接电容c1，电容c1远离电阻r1一端分别与电阻r2、电感l1以及调压芯片u4的15号脚连接，电阻r2远离电容c1一端与电容c2连接，电容c4、电容c6、电容c50和电容c51并联连接，且电容c4、电容c6、电容c50和电容c51一端接地，另一端与电感l1、电阻r3、电阻r4以及调压芯片u4的4号脚连接，电阻r8和电容c8并联连接，且电阻r8和电容c8一端连接电阻r4，另一端连接电阻r7、电阻r9和电阻r11，电容c7的一端接地，另一端与调压芯片u4的17号脚连接，电阻r14和电阻r15一端连接数据信号保护输出电路36，另一端分别与调压芯片u4的8、9号脚连接，电阻r17的一端连接调压芯片u4的22号脚，另一端连接供电端，电容c20和电容c21的一端接地另一端分别与调压芯片u4的1、20号脚连接。
34.请再次参阅图6，图中的con1为信号输出端口2，信号输出端口2与数据信号保护输出电路36电性连接，数据信号保护输出电路36包括电容c3、电容c5、电容c22、电容c23、电阻r19、电阻r22、稳压二极管zd1、稳压二极管zd2、稳压二极管zd4和稳压二极管zd5，其中电阻r19和电阻r22的一端与dc-dc调压电路35连接，另一端分别与信号输出端口2的4、10号引脚连接，电容c23和稳压二极管zd5一端接地，另一端与电阻r19连接，电容c22和稳压二极管zd4一端接地，另一端与电阻r22连接，稳压二极管zd1和稳压二极管zd2的一端分别与信号输出端口2的8、5号引脚连接，另一端接地，电容c5的一端接地，另一端分别与电容c3和信号输出端口2的2号引脚连接。
35.请参阅图7，图7为本发明微控制器的电路图，图中的u3为上述的微控制器31，其型号为usb4712，u3的34和35号引脚与图6中调压芯片u4的9、8号引脚连接，u3的2和3号引脚连接数据信号保护输出电路36。
36.请参阅图8，图中的差分等效分配电路33由电感器fb2、电感器fb3和电容c19构成，其中电感器fb2和电感器fb3的输入端分别与电源信号输入端口4的3、4号引脚连接，输出端分别与dc-dc调压电路35连接，电容c19的两端分别与电感器fb2和电感器fb3的输出端连接。
37.综上，车载娱乐系统输出端10的眼图信号经线束20传至连接器组件30的电源信号输入端口4，经眼图放大电路上的差分等效分配电路33差分等效分配后由dc-dc调压电路35内的调压芯片u4内部开关切换，由调压芯片u4的8、9号脚差分等效输出至微控制器31，微控制器31接收微弱的眼图信号，并将眼图信号的眼图清晰度、幅度整形放大，通过线束20长短，结合眼图要求，来增强眼图信号强度幅度，之后增强的眼图信号由微控制器31的2、3脚输出至数据信号保护输出电路36，最后由信号输出端口2输出至外接设备。
38.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。