一种USB接口控制装置及系统的制作方法

本实用新型涉及一种接口控制装置，尤其涉及一种USB接口控制装置，并涉及包括了该USB接口控制装置的USB接口控制系统。

背景技术：

现在USB接口用于实现设备充电、数据传输以及转接设备的应用已经非常广泛，但是目前已有的转接线多为一出二，也就是一个上行C口和两个下行A口的这种方式；或是一出三，即一个上行C口和三个下行A口的数据线，只能通过接入上行口的设备状态来切换充电模式，不支持双向充电，传输数据也为单向传输。

因此，现有技术的USB接口控制并不能切换接口的充电模式，只能按照设定的电流流动方向使用；不能在上行设备读取其他储存设备数据的同时给上行设备充电；不能支持一个电源给多个设备充电的同时，上行口设备读取下行设备的数据等功能。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是需要提供一种能够为一线多充且不限制电源接入口充电方式提供硬件基础的USB接口控制装置，还进一步提供包括了该USB接口控制装置的USB接口控制系统。

对此，本实用新型提供一种USB接口控制装置，包括：USB接口模块、信号处理与数据传输模块以及电源模块，所述USB接口模块包括第一USB接口单元、第二USB接口单元和第三USB接口单元，所述第一USB接口单元、第二USB接口单元和第三USB接口单元分别与所述信号处理与数据传输模块相连接，所述第一USB接口单元、第二USB接口单元、第三USB接口单元以及信号处理与数据传输模块分别与所述电源模块相连接；其中，所述信号处理与数据传输模块通过USB接口模块沟通并收集接入设备的接入状态信息，判断接入设备是下行端口设备还是上行端口设备，并反馈至所述USB接口模块以实现对其供电接口和数据接口的打开控制。

本实用新型的进一步改进在于，还包括电源保护开关，所述电源模块通过所述电源保护开关连接至所述第一USB接口单元。

本实用新型的进一步改进在于，所述第一USB接口单元为USB TYPE-A接口。

本实用新型的进一步改进在于，所述第二USB接口单元和第三USB接口单元为USB TYPE-C接口。

本实用新型的进一步改进在于，所述信号处理与数据传输模块包括处理器单元和串行闪存单元，所述串行闪存单元连接至所述处理器单元。

本实用新型的进一步改进在于，所述电源模块包括第一USB接口电源单元、第二USB接口电源单元和第三USB接口电源单元，所述第一USB接口电源单元、第二USB接口电源单元和第三USB接口电源单元分别与所述第一USB接口单元、第二USB接口单元和第三USB接口单元相连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述第一USB接口电源单元分别与所述第二USB接口电源单元和第三USB接口电源单元相连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述电源模块还包括充放电控制单元，所述充放电控制单元分别与所述第一USB接口电源单元、第二USB接口电源单元和第三USB接口电源单元相连接。

本实用新型还提供一种USB接口控制系统，包括了如上所述的USB接口控制装置，并包括以下步骤：

步骤S1，实时检测，当检测到有接入设备的接入，则跳转至步骤S2；

步骤S2，通过所述信号处理与数据传输模块判断所述接入设备的设备类型，进而根据接入设备的设备类型实现对其供电接口和数据接口的打开控制。

本实用新型的进一步改进在于，所述步骤S2中，当所述第一USB接口单元、第二USB接口单元和第三USB接口单元中的任一接口接入电源时，该接口单元作为电源接口，可以给其他两个接口单元实现供电；当所述第一USB接口单元、第二USB接口单元和第三USB接口单元都连接接入设备时，所述信号处理与数据传输模块与每一个接入设备进行沟通，对每一个接入设备进行智能识别，判断各个接入设备的设备类型，其中，上行端口连接至主机，在下行端口连接至电源和设备时，上行端口在充电的同时读取下行端口设备的数据。

本实用新型的进一步改进在于，所述步骤S2中，根据接入设备的设备类型实现对其供电接口和数据接口的打开控制包括以下子步骤：

步骤S201，当接入设备为不带电设备时，读取接入设备的数据；

步骤S202，当接入设备为电源设备时，返回步骤S1，实现带电设备的接入；

步骤S203，当接入设备为上行端口设备时，读取下行端口数据并实现充电；

步骤S204，当接入设备为下行端口设备时，输出被读取的下行端口数据并实现供电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过所述信号处理与数据传输模块的处理器单元能够在电路上实现对电源模块的硬件控制，让电源模块在所述第一USB接口单元、第二USB接口单元和第三USB接口单元中的任一接口接入电源，其它两个接口单元就可以同时进行充电，为实现一线多充且不限制电源接入口的功能提供了很好的硬件电路基础；在此基础上，在支持一线多充功能的同时，还能够进一步通过上行端口能读取下行口的设备数据，在硬件电路上实现双向的数据传输，提高了产品的人性化设计和智能化设计程度。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的装置结构原理示意图；

图2是本实用新型一种实施例的USB接口模块的电路原理图；

图3是本实用新型一种实施例的信号处理与数据传输模块的电路原理图；

图4是本实用新型一种实施例的电源模块的电路原理图；

图5是本实用新型一种实施例的充放电控制单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，本例提供一种USB接口控制装置，包括：USB接口模块、信号处理与数据传输模块4以及电源模块5，所述USB接口模块包括第一USB接口单元1、第二USB接口单元2和第三USB接口单元3，所述第一USB接口单元1、第二USB接口单元2和第三USB接口单元3分别与所述信号处理与数据传输模块4相连接，所述第一USB接口单元1、第二USB接口单元2、第三USB接口单元3以及信号处理与数据传输模块4分别与所述电源模块5相连接；其中，所述信号处理与数据传输模块4通过USB接口模块沟通并收集接入设备的接入状态信息，判断接入设备是下行端口设备还是上行端口设备，并反馈至所述USB接口模块以实现对其供电接口和数据接口的打开控制。

本例所述USB接口模块主要实现与接入设备（USB设备）实现连接。所述信号处理与数据传输模块4优选采用的是Fresco公司的FL-5002-1Q0芯片来实现，可以优选通过与USB接口模块沟通收集到接入设备C口的接入状态信息和正反面，判断是DFP设备（下行端口设备）还是UFP设备（上行端口设备），并反馈信息给USB接口模块以判断是否打开供电接口和数据接口；所述信号处理与数据传输模块4主要实现接口之间的信息沟通和数据传输；当然，本例要保护的并不是这种判断和控制过程，而是为了实现一线多充且不限制电源接入口的功能提供其硬件电路基础。所述电源模块5主要给所述信号处理器与传输模块4和所述USB接口模块提供电源，保持整个电路能够正常工作。

如图1所示，本例还包括电源保护开关6，所述第一USB接口单元1通过所述电源保护开关6连接至所述电源模块5。图1中，所述电源保护开关6是硬件电源保护开关，即Power Switch ，所述第一USB接口单元1需要接Power Switch是因为A口的兼容电流值比Type-C接口的小，所以需要控制该接口的输出电流，起到保护作用；第二USB接口单元2和第三USB接口单元3不需要是因为Type-C接口能兼容的电流值一致，不需要加Power Switch进行电流控制。

本例所述USB接口模块的主要功能为：把USB的接入设备的设备信息提供给所述信息处理与数据处理模块4进行沟通；提供电信号到所述电源模块5；根据所述信息处理和数据传输模块4反馈的信息实现提供电源和数据传输的功能。更为具体的，如图2所示，本例所述第一USB接口单元1为USB TYPE-A接口；所述第二USB接口单元2和第三USB接口单元3为USB TYPE-C接口。

其中，所述第一USB接口单元1的接口类型为TYPE-A RECEPTABLE，即可接受TYPE-A接口，其主要的作用是：给上行端口设备提供数据；与所述信息处理与数据处理模块4进行沟通；提供电信号到所述电源模块5；根据所述信息处理和数据传输模块4反馈的信息实现提供电源和数据传输的功能。

本例所述第二USB接口单元2的接口类型优选为TYPE-C PLUG，即TYPE-C插座，其主要的作用是：读取下行端口设备的数据；与所述信息处理与数据处理模块4进行沟通信号的传输；提供电源信号到所述电源模块5；根据所述信息处理和数据传输模块4反馈的信息实现提供电源和数据传输的功能。

本例所述第三USB接口单元3的接口类型优选为TYPE-C RECEPTABLE，即可接受TYPE-C接口，也属于TYPE-C插座，其主要的作用是：给上行端口提供数据；与所述信息处理与数据处理模块4进行沟通；提供电信号到所述电源模块5；根据所述信息处理和数据传输模块4反馈的信息实现提供电源和数据传输的功能。本例对于第一USB接口单元1、第二USB接口单元2和第三USB接口单元3的作用进行解释，是为了说明本例可以优选的改进方案，本例并不保护这些功能控制的过程，而是为了实现一线多充且不限制电源接入口这一功能提供其硬件电路基础。

如图3所示，本例所述信号处理与数据传输模块4包括处理器单元401和串行闪存单元402，所述串行闪存单元402连接至所述处理器单元401。

本例所述信号处理与数据传输模块4检测并反馈三个USB接口单元的连接情况。当接入的是带电设备（如手机、电源和电脑等）接入后处理器单元401开始工作，打开三个USB接口单元的供电接口。当接入设备为DFP设备（下行端口设备）或UFP设备（上行端口设备）时，处理器单元401和接入设备进行沟通，沟通完毕后处理器单元401会控制所述电源模块5给接入设备供电，在供电的同时，上行C口可以通过处理器单元401读取下行口的数据。

本例所述串行闪存单元402（SPI Flash）的介绍如下，属于所述信息处理和传输模块4的一个子单元，其主要功能为：存储电路中所述信息处理和传输模块4中的主要芯片FL-5002-1Q0的配置信息；存储USB接口模块的配置信息。

本例所述电源模块5根据所述信息处理和数据传输模块4反馈的信息实现充放电功能，并实现过流保护，保护接入设备。

更为具体的，如图4所示，本例所述电源模块5包括第一USB接口电源单元501、第二USB接口电源单元502和第三USB接口电源单元503，所述第一USB接口电源单元501、第二USB接口电源单元502和第三USB接口电源单元503分别与所述第一USB接口单元1、第二USB接口单元2和第三USB接口单元3相连接。

图4中，所述第一USB接口电源单元501、第二USB接口电源单元502和第三USB接口电源单元503的主控芯片均为G547E2P81U，有着限流与控制的作用，控制输入输出电压，限制输入输出电流，起过流保护的作用，保护接入设备。并且使用芯片G547E2P81U内部的MOS管进行电路的通断控制，当主控芯片工作时，就控制MOS管导通，使USB-A口的电压与其他接口的电源导通，实现USB-A口充放电电路的导通，进而实现充放电功能。

如图4所示，本例所述第一USB接口电源单元501分别与所述第二USB接口电源单元502和第三USB接口电源单元503相连接；便于使得USB-A口的电压与其他接口的电源导通，实现USB-A口充放电电路的导通控制，进而实现充放电功能。

如图5所示，本例所述电源模块5还包括充放电控制单元504，所述充放电控制单元504分别与所述第一USB接口电源单元501、第二USB接口电源单元502和第三USB接口电源单元503相连接。

本例所述充放电控制单元504的主控芯片为G547E2P81U，利用三个G547E2P81U芯片内部的MOS管控制电路是否导通，搭配与所述信息处理和数据传输模块4的沟通实现限制电流在指定范围内的输入输出的作用，实现充放电电路的导通，进而进一步完善和改进其充放电功能。

如图1至图5可知，本例为实现一线多充且不限制电源接入口的功能提供了很好的硬件电路基础，其USB接口模块、信号处理与数据传输模块4以及电源模块5等均可以通过硬件电路来实现；图1至图5所示的电路属于本例的优选实现电路，在实际应用中，可以通过能够实现相同功能的电路模块来实现。比如，USB接口模块以及信号处理与数据传输模块4等，实现的是USB接口和处理器功能，可以通过别的USB接口和微控制器等代替，也应属于其保护范围。

优选的，本例当所述第一USB接口单元1、第二USB接口单元2和第三USB接口单元3中的任一接口接入电源时，该接口单元作为电源接口，可以给其他两个接口单元实现供电；当所述第一USB接口单元1、第二USB接口单元2和第三USB接口单元3都连接接入设备时，所述信号处理与数据传输模块4对接入设备进行智能识别，判断各个接入设备的设备类型，其中，上行端口连接至主机，在下行端口连接至电源和设备时，上行端口在充电的同时读取下行端口设备的数据。

综上所述，本例通过所述信号处理与数据传输模块4的处理器单元401能够在电路上实现对电源模块5的硬件控制，让电源模块5在所述第一USB接口单元1、第二USB接口单元2和第三USB接口单元3中的任一接口接入电源，其它两个接口单元就可以同时进行充电，为实现一线多充且不限制电源接入口的功能提供了很好的硬件电路基础；在此基础上，在支持一线多充功能的同时，还能够进一步通过上行端口能读取下行口的设备数据，在硬件电路上实现双向的数据传输，提高了产品的人性化设计和智能化设计程度。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。