多端口充电设备及其协议握手实现架构和方法与流程

1.本发明涉及电路领域，更具体地涉及一种多端口充电设备及其协议握手实现架构和方法。


背景技术：

2.在具有两个以上通用串行总线(usb)端口的快充充电器或充电宝之类的充电设备中，每个usb端口都可以提供快速充电通信协议的握手，并且在两个以上usb端口连接有负载设备的情况下每个usb端口都只提供5v的充电电压和普通充电通信协议的握手。


技术实现要素：

3.根据本发明实施例的用于多端口充电设备的协议握手实现架构，包括：端口识别模块，被配置为识别多端口充电设备的n个通用串行总线(usb)端口中连接有负载设备的usb端口，并生成端口识别信号，其中，n是大于等于2的整数；端口选通模块，被配置为在端口识别信号指示n个usb端口中的第k个usb端口连接有负载设备的情况下，选通第k个usb端口与输入/输出(i/o)接口模块之间的信号连接，其中，k是大于等于1且小于等于n的整数；i/o接口模块，被配置为实现第k个usb端口与5v电压数字握手协议和快充数字握手协议模块之间的信号传输；以及5v电压数字握手协议和快充数字握手协议模块，被配置为经由i/o接口模块和第k个usb端口，完成与第k个usb端口所连接的负载设备的握手通信。
4.根据本发明实施例的用于多端口充电设备的协议握手实现方法，包括：识别多端口充电设备的n个通用串行总线(usb)端口中连接有负载设备的usb端口，并生成端口识别信号，其中，n是大于等于2的整数；在端口识别信号指示n个usb端口中的第k个usb端口连接有负载设备的情况下，选通第k个usb端口与输入/输出(i/o)接口模块之间的信号连接，其中，k是大于等于1且小于等于n的整数；通过i/o接口模块实现第k个usb端口与5v电压数字握手协议和快充数字握手协议模块之间的信号传输；以及通过5v电压数字握手协议和快充数字握手协议模块，经由i/o接口模块和第k个usb端口，完成与第k个usb端口所连接的负载设备的握手通信。
5.根据本发明实施例的用于多端口充电设备的协议握手实现架构和方法，通过选通连接有负载设备的usb端口与i/o接口模块之间的信号连接，可以利用一个i/o接口模块实现连接到多端口充电设备的任意一个usb端口的负载设备与多端口充电设备之间的握手通信。
附图说明
6.从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：
7.图1示出了传统的用于充电设备的协议握手实现架构的示意框图。
8.图2示出了根据本发明实施例的用于多端口充电设备的协议握手实现架构的示意
框图。
9.图3a至3c示出了图2所示的协议握手实现架构中的信号通路。
10.图4示出了图2所示的协议握手实现架构中的端口选通模块的示例实现电路的示意图。
11.图5示出了图2所示的协议握手实现架构中的5v电压模拟握手协议模块的示例实现电路的示意图。
12.图6示出了图5所示的5v电压模拟握手协议模块实现的协议握手流程图。
13.图7示出了图5所示的5v电压模拟握手协议模块实现协议握手过程中的相关信号的时序图。
具体实施方式
14.下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
15.图1示出了传统的用于充电设备的协议握手实现架构100的示意框图。如图1所示，在充电设备具有两个usb端口的情况下，每个usb端口通过与其连接的输入/输出(i/o)接口模块连接到5v电压数字握手协议和快充数字握手协议模块。也就是说，协议握手实现架构100包括两个独立的i/o接口模块，电路结构相对复杂。
16.鉴于图1所示的协议握手实现架构100存在的上述问题，提出了根据本发明实施例的多端口充电设备及其协议握手实现架构和方法，这种协议握手实现架构和方法不仅能处理具有多个usb端口的多端口充电设备的usb端口的通信问题，同时电路结构比较简单。
17.下面以具有两个usb端口的多端口充电设备为例，对根据本发明实施例的用于多端口充电设备的协议握手实现架构进行说明。
18.图2示出了根据本发明实施例的用于多端口充电设备的协议握手实现架构200的示意框图。如图2所示，协议握手实现架构200包括端口识别模块202、端口选通模块204、i/o接口模块206、以及5v电压数字握手协议和快充数字握手协议模块208，其中：端口识别模块202被配置为识别多端口充电设备的两个usb端口(例如，usb端口1和usb端口2)中连接有负载设备的usb端口，并生成端口识别信号port_en；端口选通模块204被配置为在端口识别信号port_en指示usb端口1和usb端口2中的任意一个usb端口(例如，usb端口1)连接有负载设备的情况下，选通usb端口1与i/o接口模块206之间的信号连接；i/o接口模块206被配置为实现usb端口1与5v电压数字握手协议和快充数字握手协议模块208之间的信号传输；快充数字握手协议模块210被配置为经由i/o接口模块206和usb端口1，完成与usb端口1所连接的负载设备的握手通信(即，完成usb端口1所连接的负载设备与多端口充电设备之间的普通充电通信协议或快速充电通信协议的握手)。
19.根据本发明实施例的协议握手实现架构200，通过选通连接有负载设备的任意一
个usb端口与i/o接口模块之间的信号连接，可以利用一个i/o接口模块实现连接到多端口充电设备的任意一个usb端口的负载设备与多端口充电设备之间的握手通信。
20.在一些实施例中，如图2所示，端口识别模块202的输入信号是usb端口1和usb端口2的端口电压vport1和vport2、输出信号是端口识别信号port_en。这里，在usb端口1连接有负载设备、usb端口2没有连接负载设备的情况下，端口识别信号port_en为01；在usb端口1没有连接负载设备、usb端口2连接有负载设备的情况下，端口识别信号port_en为10；在usb端口1和2均连接有负载设备的情况下，端口识别信号port_en为11；在usb端口1和2均没有连接负载设备的情况下，端口识别信号port_en为00。
21.在一些实施例中，如图2所示，端口选通模块204包括第一端口选通单元204-1和第二端口选通单元204-2，其中：第一端口选通单元204-1被配置为在端口识别信号port_en指示usb端口1和usb端口2中的任意一个usb端口(例如，usb端口1)连接有负载设备的情况下，选通usb端口1的第一数据信号线(例如，dp_port1)与i/o接口模块206之间的信号连接；第二端口选通单元204-2被配置为在端口识别信号port_en指示usb端口1和usb端口2中的任意一个usb端口(例如，usb端口1)连接有负载设备的情况下，选通usb端口1的第二数据信号线(例如，dm_port1)与i/o接口模块206之间的信号连接。
22.图3a至3c示出了图2所示的协议握手实现架构200中的信号通路。如图3a所示，在usb端口1连接有负载设备、usb端口2没有连接负载设备的情况下，usb端口1的第一数据信号线(例如，dp_port1)经由第一端口选通单元204-1与i/o接口模块206、以及5v电压数字握手协议和快充数字握手协议208形成信号通路，usb端口1的第二数据信号线(例如，dm_port1)经由第二端口选通单元204-2与i/o接口模块206、以及5v电压数字握手协议和快充数字握手协议208形成信号通路。如图3b所示，在usb端口1没有连接负载设备、usb端口2连接有负载设备的情况下，usb端口2的第一数据信号线(例如，dp_port2)经由第一端口选通单元204-1与i/o接口模块206、以及5v电压数字握手协议和快充数字握手协议208形成信号通路，usb端口2的第二数据信号线(例如，dm_port2)经由第二端口选通单元204-2与i/o接口模块206、以及5v电压数字握手协议和快充数字握手协议208形成信号通路。如图3c所示，在usb端口1和2均连接有负载设备的情况下，usb端口1和2的第一数据信号线(例如，dp_port1和dp_port2)直接到达5v电压模拟握手协议模块210，usb端口1和2的第二数据信号线(例如，dm_port1和dm_port2)也直接到达5v电压模拟握手协议模块210，即，usb端口1和2的第一和第二数据信号线均与5v电压模拟握手协议模块210形成信号通路。
23.在一些实施例中，第一端口选通单元204-1和第二端口选通单元204-2由信号选择处理器实现，它们的输入信号是来自usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线(例如，dp_port1和dm_port1)的第一数据信号和第二数据信号、来自usb端口2的第一数据信号线和第二数据信号线(例如，dp_port2和dm_port2)的第一数据信号和第二数据信号、以及端口识别信号port_en。在usb端口1和usb端口2中的任意一个usb端口(例如，usb端口1)连接有负载设备的情况下，第一和第二端口选通单元204-1和204-2根据端口识别信号port_en把来自usb端口1的第一数据信号和第二数据信号选择出来送入i/o接口模块206和5v电压数字握手协议和快充数字握手协议模块208，实现普通充电通信协议或快速充电通信协议的握手。在图2中，由第一端口选通单元204-1选择的第一数据信号表示为dp_select，由第二端口选通单元204-2选择的第一数据信号表示为dm_select。
24.图4示出了图2所示的协议握手实现架构中的端口选通模块204的示例实现电路的示意图。如图4所示，在一些实施例中，第一端口选通单元204-1包括分别连接在usb端口1和usb端口2的第一数据信号线(例如，dp_port1和dp_port2)与i/o接口模块206之间的两个第一开关(例如，switch1-1和switch1-2)，第二端口选通单元204-2包括分别连接在usb端口1和usb端口2的第二数据信号线(例如，dm_port1和dm_port2)与i/o接口模块206之间的两个第二开关(例如，switch2-1至switch2-2)。在端口识别信号port_en指示usb端口1和usb端口2中的任意一个usb端口(例如，usb端口1)连接有负载设备的情况下，两个第一开关switch1-1和switch1-2中对应于usb端口1的第一开关switch1-1闭合、对应于usb端口2的第一开关switch1-2断开，并且两个第二开关switch2-1和switch2-2中对应于usb端口1的第二开关switch2-1闭合、对应于usb端口2的第一开关switch2-2断开。在端口识别信号port_en指示usb端口1和usb端口2均没有连接负载设备的情况下，两个第一开关switch1-1和switch1-2和两个第二开关switch2-1至switch2-2均断开。
25.在一些实施例中，如图4所示，第一端口选通单元204-1还包括第一开关管(例如，m1)，该第一开关管的第一端子连接到端口选通模块204的供电电压avdd、第二端子连接到两个第一开关switch1-1和switch1-2与i/o接口模块206之间。在端口识别信号port_en指示usb端口1和usb端口2均没有连接负载设备的情况下，第一开关管的第二端子上的电压被上拉到端口选通模块204的供电电压avdd。
26.在一些实施例中，如图4所示，第二端口选通单元204-2还包括第二开关管(例如，m2)，该第二开关管的第一端子连接到端口选通模块204的供电电压avdd、第二端子连接到两个第二开关switch2-1和switch2-2与i/o接口模块206之间。在端口识别信号port_en指示usb端口1和usb端口2均没有连接负载设备的情况下，第二开关管的第二端子上的电压被上拉到端口选通模块204的供电电压avdd。
27.在一些实施例中，如图2所示，协议握手实现架构200还包括5v电压模拟握手协议模块210，被配置为在端口识别信号port_en指示usb端口1和usb端口2均连接有负载设备的情况下，利用本地的模拟电路完成与usb端口1和usb端口2所连接的负载设备的握手通信(即，完成usb端口1和usb端口2所连接的负载设备与多端口充电设备之间的普通充电通信协议的握手)。
28.在一些实施例中，对于连接有负载设备的每个usb端口，5v电压模拟握手协议模块210被配置为判断该usb端口所连接的负载设备是否符合第一普通充电通信协议(例如，apple协议)的要求，并在判断结果为否的情况下判断该usb端口所连接的负载设备是否符合第二普通充电通信协议(例如，bc1.2协议)的要求。
29.图5示出了图2所示的协议握手实现架构中的5v电压模拟握手协议模块210的示例实现电路的示意图。如图5所示，在一些实施例中，5v电压模拟握手协议模块210包括缓冲器buffer、连接在usb端口1的第一数据信号线(例如，dp_port1)和第二数据信号线(例如，dm_port1)之间的开关管m3、连接在usb端口2的第一数据信号线(例如，dp_port2)和第二数据信号线(例如，dm_port2)之间的开关管m4、连接在usb端口1的第一数据信号线(例如，dp_port1)和第二数据信号线(例如，dm_port1)与缓冲器buffer的输出端之间的开关(例如，switch3-1和switch3-2)、以及连接在usb端口2的第一数据信号线(例如，dp_port2)和第二数据信号线(例如，dm_port2)与缓冲器buffer的输出端之间的开关(例如，switch4-1和
switch4-2)。这里，缓冲器buffer是具有一定带载能力的缓冲器，其输出端的电压稳定在2.7v。
30.如图5所示，5v电压模拟握手协议模块210还包括：协议判断单元210-1，被配置为判断usb端口1和usb端口2中的每个usb端口的第一数据信号线和第二数据信号线上的电压是否符合第一普通充电协议的要求，并生成协议判断信号；开关控制单元210-2，被配置为根据协议判断信号和端口识别信号port_en，生成用于控制连接在usb端口1和usb端口2中的每个usb端口的第一数据信号线和第二数据信号线与缓冲器buffer的输出端之间的开关的闭合与断开的开关控制信号(例如，switch3和switch4)；以及栅极控制单元210-3，被配置为根据协议判断信号和端口识别信号port_en，生成用于控制连接在usb端口1和usb端口2中的每个usb端口的第一数据信号线和第二数据信号线之间的开关管的导通与关断的栅极控制信号(例如，control1和control2)。这里，开关控制信号switch3用于控制开关switch3-1和switch3-2的闭合与断开，开关控制信号switch4用于控制开关switch4-1和switch4-2的闭合与断开，栅极控制信号control1用于控制开关管m3的导通与关断，栅极控制信号control2用于控制开关管m4的导通与关断。
31.在图5所示的示例电路实现中，在usb端口1和usb端口2均没有连接负载设备的情况下，开关switch3-1和switch3-2、switch4-1和switch4-2闭合，开关管m3和m4关断，以使usb端口1和usb端口2的第一数据信号线和第二数据信号线上的电压都稳定在2.7v。
32.由于apple协议要求usb端口的第一数据信号线和第二数据信号线上的电压均维持在2.7v的一定精度范围内，bc1.2协议要求usb端口的第一数据信号线与第二数据信号线短路且与多端口充电设备内部的其他电路断开，所以在图5所示的示例电路中，当usb端口1和usb端口2都连接有负载设备时，先使开关switch3-1和switch3-2、switch4-1和switch4-2闭合，使栅极控制信号control1和control2为低电平(即，使开关管m3和m4关断)，判断usb端口1和usb端口2的第一数据信号线和第二数据信号线上的电压是否符合apple协议的要求；如果usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线上的电压不符合apple协议的要求，usb端口2的第一数据信号线和第二数据信号线上的电压符合apple协议的要求，则使开关switch3-1和switch3-2从闭合变为打开，使信号control1从低电平变为高电平(即，使开关管m3从关断变为导通)，使开关switch4-1和switch4-2维持闭合，并使信号control2维持低电平(即，维持开关管m4关断)，继续判断usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线上的电压是否符合bc1.2协议的要求。
33.图6示出了图5所示的5v电压模拟握手协议模块实现的协议握手流程图。如图6所示，对于usb端口1和usb端口2中的每个usb端口的5v电压协议握手流程涉及以下方面的内容：
34.在图5所示的示例电路实现中，对于usb端口1和usb端口2中的每个usb端口(例如，usb端口1)，在usb端口1没有连接负载设备的情况下，连接在usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线与缓冲器的输出端之间的开关switch3-1和switch3-2闭合，并且连接在usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线之间的开关管m3关断。
35.在图5所示的示例电路实现中，对于usb端口1和usb端口2中的每个usb端口(例如，usb端口1)，在usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线上的电压符合apple协议的要求的情况下，连接在usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线与缓冲器的输出端之间
的开关switch3-1和switch3-2保持闭合，并且连接在usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线之间的开关管m3保持关断。
36.在图5所示的示例电路实现中，对于usb端口1和usb端口2中的每个usb端口(例如，usb端口1)，在usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线上的电压不符合apple协议的要求的情况下，连接在usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线与缓冲器的输出端之间的开关switch3-1和switch3-2从闭合变为断开，并且连接在usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线之间的开关管m3从关断变为导通，然后协议判断单元210-1判断usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线上的电压是否符合bc1.2协议的要求。
37.在图5所示的示例电路实现中，对于usb端口1和usb端口2中的每个usb端口(例如，usb端口1)，在usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线上的电压符合bc1.2协议的要求的情况下，连接在usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线与缓冲器的输出端之间的开关switch3-1和switch3-2保持断开，并且连接在usb端口1的第一数据信号线和第二数据信号线之间的开关管m3保持导通。
38.图7示出了图5所示的5v电压模拟握手协议模块实现协议握手过程中的相关信号的时序图。从图7可以看出，在usb端口1和usb端口2两者均连接有负载设备的情况下，先在时间t0内判断usb端口1和usb端口2的第一数据连接线和第二数据连接线上的电压是否符合apple协议的要求，并且在usb端口1和usb端口2的第一数据连接线和第二数据连接线上的电压均不符合apple协议的要求的情况下，继续判断usb端口1和usb端口2的第一数据连接线和第二数据连接线上的电压是否符合bc1.2协议的要求。
39.相比图1所示的协议握手实现架构100，由于端口选通模块204可以选通连接有负载设备的任意一个usb端口与i/o接口模块206之间的信号连接，图2所示的协议握手实现架构200不仅可以处理具有多个usb端口的多端口充电设备的usb端口的通信问题，同时电路结构比较简单。
40.另外，在图2所示的协议握手实现架构200中，5v电压模拟握手协议模块210可以利用本地处理而非与数字电路通信，完成普通充电通信协议的握手。
41.本领域技术人员应该理解的是，图2所示的协议握手实现架构200可以扩展为大于2个usb端口的应用。只要端口识别模块202检测到两个以上usb端口连接有负载设备，就由5v电压模拟握手协议模块210(模拟电路)来实现apple和bc1.2协议的握手，否则由5v电压数字握手协议和快充数字握手协议模块208经由i/o接口模块206完成普通充电通信协议或快速充电通信协议的握手。
42.从以上所述可以看出，根据本发明实施例的用于多端口充电设备的协议握手实现架构采用了一种用于多端口充电设备的协议握手实现方法，该协议握手实现方法包括：识别多端口充电设备的n个通用串行总线(usb)端口中连接有负载设备的usb端口，并生成端口识别信号，其中，n是大于等于2的整数；在端口识别信号指示n个usb端口中的第k个usb端口连接有负载设备的情况下，选通第k个usb端口与输入/输出(i/o)接口模块之间的信号连接，其中，k是大于等于1且小于等于n的整数；通过i/o接口模块实现第k个usb端口与5v电压数字握手协议和快充数字握手协议模块之间的信号传输；以及通过5v电压数字握手协议和快充数字握手协议模块，经由i/o接口模块和第k个usb端口，完成与第k个usb端口所连接的负载设备的握手通信。
43.在一些实施例中，该协议握手实现方法还包括：在端口识别信号指示n个usb端口中的两个以上usb端口连接有负载设备的情况下，利用本地的模拟电路完成与两个以上usb端口所连接的负载设备的握手通信。例如，对于该两个以上usb端口中的每个usb端口，判断该usb端口所连接的负载设备是否符合第一普通充电通信协议的要求，并在判断结果为否的情况下判断该usb端口所连接的负载设备是否符合第二普通充电通信协议的要求。
44.本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。