一种用于固件升级的接口电路及智能设备的制作方法

本发明涉及电路设计领域，更具体地，本发明涉及一种用于固件升级的接口电路及智能设备。

背景技术：

虚拟现实VR作为一种新兴而独立的艺术产品，为走向消费市场，可操控性已是势在必行，因此MCU(微控制单元)已成为VR设备必不可少的一部分。传统的MCU软件升级方式多采用人工将升级引脚焊接出来以方便升级，此种方式需要一一焊接，比较繁琐，而且在VR组装成整机后无法再进行升级，因此软件升级的便捷性是非常必要的。USB作为现下市场VR产品的标配接口，集成MCU升级功能将成为首选。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种用于固件升级的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于固件升级的接口电路，包括USB接口、第一开关、第二开关、用于与所述固件进行数据交互的一对差分信号输出端、用于输出固件升级数据的第一输出端、及用于控制所述固件是否与所述一对差分信号输出端进行数据交互的第二输出端，所述USB接口具有D+针脚、D-针脚和ID针脚，所述D+针脚和所述D-针脚对应连接至所述一对差分信号输出端，所述D+针脚还经所述第一开关连接至所述第一输出端，所述D-针脚还经所述第二开关连接至所述第二输出端，所述ID针脚输出控制所述第一开关状态和所述第二开关状态的控制信号、至所述第一开关和所述第二开关的控制端。

可选的是，所述第一开关由第一NMOS管提供，所述第二开关由第二NMOS管提供。

可选的是，所述第一NMOS管的栅极连接至所述ID针脚，所述第一NMOS管的源极连接至所述第一输出端，所述第一NMOS管的漏极连接至所述D+针脚；所述第二NMOS管的栅极连接至所述ID针脚，所述第二NMOS管的源极连接至所述D-针脚，所述第二NMOS管的漏极连接至所述第二输出端。

可选的是，所述接口电路还包括电源模块，所述第一MOS管的漏极经第一上拉电阻连接至所述电源模块的电压输出端，所述第二MOS管的源极经第二上拉电阻连接至所述电压输出端，所述电源模块被设置为所述第一NMOS管的漏极和所述第二NMOS管的源极提供电压。

可选的是，所述第一输出端经第三上拉电阻连接至所述供电电压输出端。

可选的是，所述ID针脚经一下拉电阻连接至所述USB接口的接地端。

可选的是，所述接口电路还包括三个ESD保护器件，第一个ESD保护器件连接在所述D+针脚和所述USB接口的接地针脚之间，第二个ESD保护器件连接在所述D-针脚和所述接地针脚之间，第三个ESD保护器件连接在所述ID针脚和所述接地针脚之间。

可选的是，所述ESD保护器件为瞬态电压抑制器。

可选的是，所述USB接口至少包括mini-USB接口、micro-USB接口和Type-C接口中任意一种。

根据本发明的第二方面，提供了一种智能设备，包括上述用于固件升级的接口电路。

本发明的发明人发现，在现有技术中，存在现有的MCU软件升级方式需人工将升级引脚焊接出来比较繁琐、而且组装成整机后无法升级的问题。在本发明的实施例中，可以通过本发明接口电路的USB接口进行固件升级，还可以通过该USB接口进行数据交互，并且设计简单、成本低廉、易于实现。因此，本发明所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本发明是一种新的技术方案。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为根据本发明一种用于固件升级的接口电路的一种实施结构的方框原理图；

图2为根据本发明一种用于固件升级的接口电路的一种实施结构的电路原理图。

附图标记说明：

J1：USB接口； D+、D-：USB接口的差分针脚；

ID：USB接口的ID针脚； GND：USB接口的接地针脚；

VBUS：USB接口的电源针脚； K1、K2：开关；

OUT+、OUT-：差分信号输出端； P1：第一输出端；

P2：第二输出端； Q1、Q2：NMOS管；

D1、D2：NMOS管的漏极； S1、S2：NMOS管的源极；

G1、G2：NMOS管的栅极； VCC：电压输出端；

R1、R2、R3、R4：电阻； ESD1、ESD2、ESD3：ESD保护器件；

Control：控制信号。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

现有USB接口的D+针脚和D-针脚在用于数据交互时传输差分信号，在USB接口用于固件升级时，D+针脚用于传输升级数据，D-针脚接地；USB接口为mini-USB接口或者micro-USB接口时，还包括ID针脚，ID针脚用于识别不同的电缆端点，mini-A插头(即A外设)中的ID针脚接地，mini-B插头(即B外设)中的ID针脚悬空，当OTG设备检测到ID针脚接地的设备认为是A设备(主机)，而检测到ID针脚悬空的设备则认为是B设备(外设)，在USB接口用于固件升级、通过特制的USB线与烧录工具连接时，烧录工具将会向ID针脚输出5V电压。

为了解决现有技术中存在的软件升级方式采用人工将升级引脚焊接出来进行升级，此种方式需要一一焊接，比较繁琐，而且在VR组装成整机后无法再进行升级的问题，提供了一种用于固件升级的接口电路，如图1所示，本发明的接口电路包括USB接口J1、第一开关K1、第二开关K2、用于与固件进行数据交互的一对差分信号输出端OUT+、OUT-，用于输出固件升级数据的第一输出端P1、及用于控制固件是否与一对差分信号输出端OUT+、OUT-进行数据交互的第二输出端P2，其中，数据交互具体为固件通过普通标准USB数据线与外设进行数据交换，具体可以参照手机与电脑之间的数据交换；升级数据具体用于固件升级，固件接收到升级数据后，将自动进行升级；当第二输出端P2输出高电平时，连接的固件与一对差分信号输出端OUT+、OUT-进行数据交互，当第二输出端P2输出低电平时，连接的固件不与一对差分信号输出端OUT+、OUT-进行数据交互。

例如，可以是一对差分信号输出端OUT+、OUT-分别经第三开关和第四开关与固件用于接收差分信号的针脚对应连接，第二输出端P2输出控制第三开关和第四开关状态的控制信号，当第二输出端P2输出高电平时，第三开关和第四开关均导通，当第二输出端P2输出低电平时，第三开关和第四开关均断开，根据第二输出端的电平来控制固件是否与一对差分信号输出端OUT+、OUT-进行数据交互。

当固件为MCU时，可以将一对差分信号输出端OUT+、OUT-与MCU用于进行差分信号交互的一对差分针脚连接，将第一输出端与MCU用于接收升级数据的针脚例如SWIM针脚连接，将第二输出端P2与MCU用于控制一对差分针脚是否传输差分信号的针脚例如异步复位针脚NRST连接。

USB接口J1具有D+针脚、D-针脚、ID针脚、电源针脚VBUS和接地针脚GND，D+针脚和D-针脚对应连接至一对差分信号输出端OUT+、OUT-，D+针脚还经第一开关K1连接至第一输出端P1，D-针脚还经第二开关K2连接至第二输出端P2，ID针脚输出控制第一开关K1状态和第二开关K2状态的控制信号control、至第一开关K1和第二开关K2的控制端，具体的，控制信号control为高电平的情况下，第一开关K1和第二开关K2导通；控制信号control为低电平的情况下，第一开关K1和第二开关K2均断开。

当接口电路经普通USB数据线与外设例如是电脑、电源适配器等连接时，ID针脚悬空或者与接地针脚GND连接，输出低电平，即控制信号control为低电平，第一开关K1和第二开关K2均断开，D+针脚和D-针脚将传输差分信号，且D-针脚输出高电平至第二输出端P2，以控制连接的固件与一对差分信号输出端OUT+、OUT-进行数据交互，而第一输出端P1没有输出信号，因此，本发明接口电路相当于普通的USB数据传输接口电路，处于正常USB模式。

在发明的一个具体实施例中，ID针脚经一下拉电阻R4连接至USB接口的接地端GND，这样，当ID针脚悬空的情况下，经下拉电阻R4连接至接地端GND，ID针脚将输出稳定的低电平信号，这就保证了在接口电路不是与烧录工具连接而是与普通的USB数据线连接时，ID针脚输出与接地针脚相同的低电平。

当接口电路经特制的USB线与烧录工具连接时，ID针脚输出高电平，即控制信号control为高电平，第一开关K1和第二开关K2均导通，D+针脚将输出升级数据至第一输出端P1，D-针脚与接地针脚GND连接，输出低电平至第二输出端P2，则连接的固件不与一对差分信号输出端OUT+、OUT-进行数据交互，固件将根据升级数据进行升级，本发明接口电路就可以用作固件升级接口电路，处于升级模式。这样，接口电路连接的数据线格式不同，使得ID针脚的电平不同，就能够实现接口电路正常USB模式和升级模式之间的切换，而且在升级模式的情况下，固件与一对差分信号输出端OUT+、OUT-进行数据交互，因此避免了在升级过程中D+针脚和D-针脚对固件正常工作的干扰，从而达到便捷地升级固件的效果，且电路设计简单易于实现、成本低廉、性能稳定。

其中，USB接口J1至少为mini-USB接口、micro-USB接口和Type-C接口中任意一种。

进一步地，在本发明的一个具体实施中，第一开关K1由第一NMOS管Q1提供，第二开关K2由第二NMOS管Q2提供，具体的连接方式可以为：第一NMOS管Q1的栅极G1连接至ID针脚，第一NMOS管Q1的源极S1连接至第一输出端P1，第一NMOS管Q1的漏极D1连接至D+针脚；第二NMOS管Q2的栅极G2连接至ID针脚，第二NMOS管Q2的源极S2连接至D-针脚，第二NMOS管Q2的漏极D2连接至第二输出端P2。

在此基础上，接口电路还包括电源模块，该电源模块例如还可以为固件供电，例如固件所需的供电电压可以为但不局限于3.3V，电源模块可以输出3.3V的电压至电压输出端VCC，第一MOS管Q1的漏极D1经第一上拉电阻R1连接至电压输出端VCC，第二MOS管Q2的源极S2经第二上拉电阻R2连接至电压输出端VCC，电源模块U1被设置为提供电压至第一MOS管Q1的漏极D1和第二NMOS管Q2的源极S1。

这样，在控制信号control为低电平的情况下，第一NMOS管Q1的栅极G1和第二NMOS管Q2的栅极G2均输入低电平，第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2截止，此时，第一NMOS管Q1的源极S1没有输出；第二NMOS管Q2的源极S2连接有3.3V的电压，NMOS管在截止状态下，源极和漏极相当于连接有一个正极连接在源极的二极管，例如该二极管的开启电压为0.3V，那么，第二NMOS管Q2的漏极D2则输出3V的高电平至第二输出端P2，以控制固件与一对差分信号输出端OUT+、OUT-进行数据交互。

在控制信号control为高电平的情况下，第一NMOS管Q1的栅极Q1和第二NMOS管Q2的栅极G2均输入高电平，第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2导通，此时，第一NMOS管的漏极D1输入D+传输的升级数据，源极S1将该升级数据传送至第一输出端P1；第二NMOS管Q2的源极S2输入D-传输的低电平信号，因此，漏极D2将传输低电平信号至第二输出端P2，以控制固件不与一对差分信号输出端OUT+、OUT-进行数据交互。

第一输出端P1可以经第三上拉电阻R3连接至供电电压输出端VCC，这样，能够增大第一输出端P1和第二输出端P2的驱动能力，保证在第一开关K1和第二开关K2导通后第一输出端P1和第二输出端P2输出线路上的电流充足，外部软件可以稳定的通过第一输出端P1进行升级。

进一步地，USB接口J1的电源针脚VBUS还能够输出5V电压用于为固件充电，上述电源模块还可以将输入的5V电压转换为3.3V。

由于接口电路可能是裸露在外面，为了避免由于例如是人手触摸产生的静电对接口电路造成损坏，在本发明的一个具体实施例中，接口电路还包括三个ESD保护器件，第一个ESD保护器件连接在D+针脚和USB接口的接地针脚之间，第二个ESD保护器件连接在D-针脚和接地针脚之间，第三个ESD保护器件连接在ID针脚和接地针脚之间，这样，就可以对USB线路起到很好的ESD防护作用。其中，ESD保护器件可以是瞬态电压抑制器TVS、压敏电阻、聚合体器件和二极管中任意一种。

由于瞬态电压抑制器具备低嵌位电压以提供有效的ESD保护、且响应时间快、封装集成度高、重复使用率高等优点，在本发明的一个具体实施例中，ESD保护器件采用的是瞬态电压抑制器。

本发明还提供了一种智能设备，包括上述用于固件升级的接口电路。智能设备还包括需要升级的固件，例如可以是MCU。

该智能设备例如可以是虚拟现实头盔、VR眼镜等需要进行固件升级的智能设备。

上述各实施例主要重点描述与其他实施例的不同之处，但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。