专利名称：可提供扩展usb接口的计算机外部设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有多个USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口的计算机外部设备，尤其是一种通过与计算机连接的主端USB接口，为计算机提供扩展USB接口的计算机外部设备，属于计算机外部设备技术领域。
背景技术：
在计算机的数据传输中，传统的计算机只有很少的串、并接口，限制了系统的升级能力。要增加任何外设，往往涉及到改变地址开关、跳线、驱动软件、中断设置、DMA通道或I/O地址等软硬件配置，不仅会造成机箱内各种连接器和电缆纵横交错，布局混乱，而且还给用户带来极大不便。随着人们对计算机功能要求的大量增加，需要连接的外围设备与传统接口限制的矛盾日趋尖锐，使得USB接口标准应运而生。目前已制定出了一些USB规范，并开发出了相应产品，如键盘、鼠标、调制解调器、打印机、扫描仪，摄像头、数码相机、MP3随身听、外置硬盘、光驱等USB接口设备。USB接口使得计算机周边设备连接标准化，支持热插拔，在开机情况下，可以安全地连接或断开设备，达到真正的即插即用。
但计算机上带有的USB接口是有限的，往往不能同时使用多个具有USB接口的外设；同时，现有的带有USB接口的计算机外部设备对于计算机端的USB接口扩展功能考虑得较少，即使有，如有一种通用串行总线主端接口的多功能一体机，虽然它能提供扩展的USB接口，但只能在该外设开机的状态下起到扩展USB接口的功能，在该外设不开机的情况下不能起到该扩展功能。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种可提供扩展USB接口的计算机外部设备，该计算机外部设备在其开机与不开机时均能通过与计算机连接的主端USB接口，为计算机提供扩展的USB接口，使计算机能同时连接多个USB接口设备，满足用户同时使用多个USB接口设备的需要。
本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的一种可提供扩展USB接口的计算机外部设备，包括计算机外部设备本体，计算机外部设备机芯，在该计算机外部设备本体上还设有选通电路、第一电压转换电路、USB接口电路；其中，USB接口电路包括与外部计算机连接的主端USB接口和与外部USB接口设备连接的扩展USB接口，选通电路的第一输入端与主端USB接口的电源端连接，第二输入端与外部电源输入端连接，其输出端与第一电压转换电路的输入端、USB接口电路、计算机外部设备机芯连接，第一电压转换电路的输出端与USB接口电路、计算机外部设备机芯连接。
在所述的选通电路与外部电源输入端之间连接有第二电压转换电路，该第二电压转换电路的输入端与外部电源输入端连接，其输出端与选通电路的第二输入端连接。
所述的选通电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管；其中，第一开关管串联在第二电压转换电路的输出端或外部电源输入端与第一电压转换电路的输入端之间，其控制端通过电阻与第一电压转换电路的输入端连接；第二开关管串联在第一电压转换电路的输入端与主端USB接口的电源端之间，其控制端通过分压电路与第二电压转换电路的输出端连接；第三开关管串联在第一开关管的控制端与地之间，其控制端与第二开关管的控制端连接。
所述的第一开关管、第二开关管的管型相同，且与第三开关管管型不同。
所述的开关管为三极管或MOS管。
所述的USB接口电路包括主端USB接口、USB HUB芯片、扩展USB接口；其中，主端USB接口与USB HUB芯片的从端接口连接，USB HUB芯片的扩展主端接口与扩展USB接口连接，USB HUB芯片的电源端与第一电压转换电路的输出端连接，扩展USB接口的电源端与选通电路的输出端连接。
所述的扩展USB接口为一个以上。
通过以上的技术方案，使带有USB接口的计算机外部设备实现在开机与不开机时均能对主端USB接口的扩展。在计算机外部设备不开机时，通过与计算机连接的主端USB接口，将其他的USB接口扩展为计算机的USB接口，支持多个USB接口设备，既方便，又节省了电力能源；在计算机外部设备开机时，该外设既可以作为带有USB接口的计算机外部设备使用，又不影响其上的扩展USB接口作为计算机的USB接口支持其他的USB接口设备。
图1为本实用新型的原理框图；图2为选通电路的电路原理图；图3为USB接口电路的原理图；图4为第一电压转换电路的电路原理图；图5为第二电压转换电路的电路原理图。
具体实施方式
以下通过具体的实施例和附图对本技术方案进行详细的说明如图1所示，为本实用新型的原理框图。
本实用新型包括计算机外部设备本体10和设在计算机外部设备本体10上的选通电路20、第一电压转换电路30、USB接口电路40、计算机外部设备机芯50；其中，USB接口电路40包括与外部计算机连接的主端USB接口41和与外部USB接口设备连接的扩展USB接口42，主端USB接口41与外部计算机上的USB接口连接，通过该接口，从计算机中取得+5V的电压，选通电路20有两个输入端，一个输出端，其第一输入端与主端USB接口41的电源端连接，如外部电源70提供的是+5V电压，则第二输入端与外部电源70的输入端连接，若外部电源70提供的不是+5V电压，则在外部电源70与选通电路20之间有一第二电压转换电路60，第二电压转换电路60将外部电源70的电压转换为+5V的电压，输出到选通电路20的第二输入端，选通电路20的输出端与第一电压转换电路30的输入端、USB接口电路40、计算机外部设备机芯50连接，第一电压转换电路30的输出端与USB接口电路40、计算机外部设备机芯50连接。
本实用新型的技术方案适用于带有USB接口的计算机外部设备，如打印机、键盘、调制解调器、外置硬盘、光驱等，本实用新型以带有USB接口的多功能一体机(集成有扫描、复印等多种功能的打印机，业界人士称之为多功能一体机)作为一实施例对本技术方案进行详细的说明。
本实施例的原理框图与图1基本相同，不同之处在于，计算机外部设备机芯50为多功能一体机机芯，多功能一体机的工作电压为+30V，所以外部电源70提供+30V的电压，第二电压转换电路60将+30V的电压转换为+5V的电压。
如图1所示，该多功能一体机提供扩展USB接口功能的工作原理为为USB接口电路供电的电源可为外接电源70，也可为通过主端USB接口与计算机连接的+5V电源。当没有外接电源70时，即该多功能一体机没有开机时，选通电路20自动选择主端USB接口的+5V电源，同时输出给第一电压转换电路30、USB接口电路40、计算机外部设备机芯50，第一电压转换电路30将+5V电压转换为+3.3V，输出3.3V电压给USB接口电路40和多功能一体机机芯，为其供电，实现对计算机USB接口的扩展功能；当由外接电源70供电时，选通电路20自动选择由外接电源70经过第二电压转换电路60转换的+5V电源，在多功能一体机完成其自身的打印、扫描、复印等多种功能同时，实现对计算机USB接口的扩展功能。
其中，选通电路20的电路原理如图2所示所述的选通电路20主要包括第一开关管Q14、第二开关管Q15、第三开关管Q16；其中，开关管Q14、Q15、Q16既可以是三极管，也可以是MOS管，在本实施例中，使用的是MOS管。Q14、Q15为PMOS管，Q16为NMOS管，第一开关管Q14的源极为选通电路20第二输入端，与第二电压转换电路60的输出端DVCC连接，漏极为选通电路20的输出端，与第一电压转换电路30的输入端VCC连接，栅极与第三开关管Q16的源极连接，同时通过电阻R252与其漏极连接；第二开关管Q15的源极为选通电路20的第一输入端，与主端USB接口41的电源端B-VCC连接，其漏极与第一电压转换电路30的输入端VCC连接，其栅极通过分压电路与第一开关管Q14的源极连接；第三开关管Q16的漏极与地连接，其栅极与第二开关管Q15的栅极连接。在第一开关管Q14的源极和地之间还连接有发光二极管D26，用于指示多功能一体机的开机状态。其工作原理如下多功能一体机与主机连接但不开机时，DVCC端为0V，B_VCC端为+5V，此时，第二开关管Q15导通，B_VCC端电压通过第二开关管Q15供给了VCC；由于PS点电压为0V，第三开关管Q16截止，第一开关管Q14的栅极电压被VCC牵制为高电平，由PMOS管的特性得知，第一开关管Q14截止；实现了多功能一体机不开机时，选通电路20的输出端VCC电压保持+5V，输出给第一电压转换电路30，保证为USB接口电路40提供电压，实现了不开机对USB接口的扩展。
当多功能一体机开机时，DVCC端为+5V电压，第二开关管Q15截止，B_VCC端与VCC端的连通被截断；PS点电压为高电平，第三开关管Q16导通，第一开关管Q14的栅极电压被牵制为低电平，第一开关管Q14导通，DVCC端与VCC端导通；这样，实现了多功能一体机开机时由外部电源供电，使选通电路的输出端VCC电压保持+5V，输出给第一电压转换电路30，保证为USB接口电路40提供电压，实现多功能一体机对主机USB接口的扩展。
USB接口电路的扩展根据所使用的USB HUB芯片的不同，有多种形式，可扩展出不同数目的扩展USB接口，在本实施例中以GL650型4端口USB HUB控制芯片为例说明USB接口电路的基本原理。
USB接口电路40的原理图如图3所示接口JP1是图1所示的与计算机主板的主机USB接口连接的主端USB接口41，接口JP2、接口JP3、接口JP4、接口JP5是图1所示的与外部USB接口设备连接的扩展USB接口42；其中，接口JP2是与多功能一体机机芯连接的USB接口。U3为USB HUB芯片，U3的工作电压为3.3V，由第一电压转换电路30提供，USB HUB芯片的DP0、DM0为与计算机主板的主机USB接口相连接的USB从端接口，它们通过主端USB接口JP1分别连接到计算机主板的主机USB接口的D+和D-两线上。DP1、DM1、DP2、DM2、DP3、DM3、DP4、DM4为该芯片扩展出的4组扩展USB接口。其中，DP1、DM1这一组供给普通USB多功能一体机机芯使用，分别连接到多功能一体机机芯USB接口的D+、D-两线上，其余3组分别连至接口JP3、接口JP4、接口JP5相应的D+、D-两线上。在每一USB接口的D+、D-两端之间连接有一电路，其中，对应于接口JP1、接口JP2、接口JP3、接口JP4、接口JP5分别为电路1A、电路1B、电路1C、电路1D、电路1E，所述的电路1A-1E的电路结构相同，均为USB接口瞬变干扰抑制器，用于保护USB接口设备不受电磁干扰的影响，例如芯片SN75240等；在扩展USB接口JP2、JP3、JP4、JP5的电源端与选通电路的输出端之间分别设有电路2B、电路2C、电路2D、电路2E，电路2B-2E的电路结构相同，均为USB总线电源控制电路，用于向下一级USB接口设备提供适用的5V电源，例如芯片TPS2014等。图中所示的3为晶振元件，用于向HUB芯片提供工作时钟频率，电路4为晶振调谐电路，用于使晶振元件工作在稳定的频率下，通常为阻容网络，以上所述的电路1A、2B、3、4均为现有技术，在此不再赘述。USB接口电路的工作原理如下在多功能一体机开机时，第二电压转换电路60将外部电源70的30V电压转换为+5V电压提供给选通电路20，选通电路20将此+5V电压同时输出给第一电压转换电路和电路2，为接口JP2、JP3、JP4、JP5提供工作电压，第一电压转换电路将+5V电压转换为+3.3V，与U3的电源端连接，为U3提供工作电压，实现了在开机时的扩展功能；在多功能一体机不开机时，选通电路20接通与计算机主机USB接口连接主端USB接口的电源端，U3、接口JP2、JP3、JP4、JP5的工作电压由计算机提供，实现了在不开机时的扩展功能。由上述可知，多功能一体机实现了其在开机与不开机时均提供USB接口扩展的功能。
第一电压转换电路30如图4所示第一电压转换电路30主要由一稳压芯片U6组成，稳压芯片U6的输入端与选通电路20的输出端VCC连接，并通过两并联的电容C110、C111接地，其输出端DVCC3为3.3V，分别与USB接口电路40的HUB芯片和多功能一体机机芯连接，为其供电。
第二电压转换电路60的电路原理如图5所示该电路为一开关电源电路，主要包括芯片U4、PNP型的三极管Q10、稳压管ZD4；芯片U4控制三极管Q10的导通与关断，则在三极管Q10的集电极输出0-30V的锯齿波，经过稳压管ZD4稳压，输出5V左右的电压，经过电感L37的平滑作用、电容C202的滤波作用，使输出端DVCC为一功率较大、波形较好的+5V电压。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种可提供扩展USB接口的计算机外部设备，包括计算机外部设备本体，计算机外部设备机芯；其特征在于在该计算机外部设备本体上还设有选通电路、第一电压转换电路、USB接口电路；其中，USB接口电路包括与外部计算机连接的主端USB接口和与外部USB接口设备连接的扩展USB接口，选通电路的第一输入端与主端USB接口的电源端连接，其第二输入端与外部电源输入端连接，其输出端与第一电压转换电路的输入端、USB接口电路、计算机外部设备机芯连接，第一电压转换电路的输出端分别与USB接口电路、计算机外部设备机芯连接。
2.根据权利要求1所述的可提供扩展USB接口的计算机外部设备，其特征在于在所述的选通电路与外部电源输入端之间连接有第二电压转换电路，该第二电压转换电路的输入端与外部电源输入端连接，其输出端与选通电路的第二输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的可提供扩展USB接口的计算机外部设备，其特征在于所述的选通电路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管；其中，第一开关管串联在第二电压转换电路的输出端或外部电源输入端与第一电压转换电路的输入端之间，其控制端通过电阻与第一电压转换电路的输入端连接；第二开关管串联在第一电压转换电路的输入端与主端USB接口的电源端之间，其控制端通过分压电路与第二电压转换电路的输出端连接；第三开关管串联在第一开关管的控制端与地之间，其控制端与第二开关管的控制端连接。
4.根据权利要求3所述的可提供扩展USB接口的计算机外部设备，其特征在于所述的第一开关管、第二开关管的管型相同，且与第三开关管管型不同。
5.根据权利要求3或4所述的可提供扩展USB接口的计算机外部设备，其特征在于所述的开关管为三极管或MOS管。
6.根据权利要求1所述的可提供扩展USB接口的计算机外部设备，其特征在于所述的USB接口电路包括主端USB接口、USB HUB芯片、扩展USB接口；其中，主端USB接口与USB HUB芯片的从端接口连接，USB HUB芯片的扩展主端接口与扩展USB接口连接，USB HUB芯片的电源端与第一电压转换电路的输出端连接，扩展USB接口的电源端与选通电路的输出端连接。
7.根据权利要求1或2或6所述的可提供扩展USB接口的计算机外部设备，其特征在于所述的扩展USB接口为一个以上。
专利摘要本实用新型公开了一种可提供扩展USB接口的计算机外部设备，包括计算机外部设备本体，计算机外部设备机芯，在该计算机外部设备本体上还设有选通电路、第一电压转换电路、USB接口电路；其中，USB接口电路包括与外部计算机连接的主端USB接口和与外部USB接口设备连接的扩展USB接口，选通电路的第一输入端与主端USB接口的电源端连接，其第二输入端与外部电源输入端连接，其输出端与第一电压转换电路的输入端、USB接口电路、计算机外部设备机芯连接，第一电压转换电路的输出端分别为USB接口电路、计算机外部设备机芯供电。本实用新型实现了计算机外设在开机与不开机时均能对计算机USB接口的扩展，可使与其连接的计算机同时使用多种USB接口设备，极大地方便了用户的使用。
文档编号G06F13/10GK2638140SQ03264550
公开日2004年9月1日 申请日期2003年6月18日 优先权日2003年6月18日
发明者赵天良, 赵绍君 申请人:联想(北京)有限公司