USB输出路径转换电路及装置的制作方法

usb输出路径转换电路及装置
技术领域
1.本技术涉及电子技术领域，具体涉及一种usb输出路径转换电路及装置。


背景技术：

2.随着快充技术的发展，越来越多的通用串行总线（universal serial bus，usb）接口形式应运而生。在目前电子设备越来越多的情况下，有时需要对多个电子设备进行充电，为了更好的兼顾不同的usb接口形式，市场上已有许多双口以上输出的充电方案。输出口的种类越能覆盖市场就越收到欢迎。但是现有的方案无法在一条输出路径上兼容usb-a和usb-c口，通常usb-a输出路径只能用作usb-a或者应用为一个假usb-c，同时，usb-c也无法合理转变为usb-a的应用方案，因此，如何提升usb输出路径的兼容性的问题亟待解决。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种usb输出路径转换电路和usb输出路径转换装置，可以提升usb输出路径的兼容性。
4.第一方面，本技术实施例提供一种usb输出路径转换电路，所述usb输出路径转换电路包括：控制单元、恒流源、模式检测模块、pd模块、usb方案参数选择模块、type-c模块、dpdm协议模块、dpdm自动开机检测模块、vout自动开机检测模块和功率输出模块；其中，所述控制单元连接所述pd模块、所述usb方案参数选择模块、所述type-c模块、所述dpdm协议模块、dpdm自动开机检测模块、所述vout自动开机检测模块和所述功率输出模块；所述恒流源连接所述type-c模块以及所述pd模块，以及所述恒流源通过所述模式检测模块连接所述usb方案参数选择模块；所述恒流源通过第一引脚连接被充电设备和第一开关；所述dpdm协议模块连接所述dpdm自动开机检测模块，且所述dpdm协议模块、所述dpdm自动开机检测模块均通过第二引脚、所述第三引脚连接所述被充电设备；所述vout自动开机检测模块连接所述功率输出模块，以及所述vout自动开机检测模块、所述功率输出模块均通过第四引脚连接所述被充电设备。
5.第二方面，本技术实施例提供一种usb输出路径转换装置，所述usb输出路径转换装置包括如第一方面所描述的usb输出路径转换电路。
6.实施本技术实施例，具备如下有益效果：可以看出，本技术实施例中所描述的usb输出路径转换电路及装置，usb输出路径转换电路包括：控制单元、恒流源、模式检测模块、pd模块、usb方案参数选择模块、type-c模块、dpdm协议模块、dpdm自动开机检测模块、vout自动开机检测模块和功率输出模块；其中，控制单元连接pd模块、usb方案参数选择模块、type-c模块、dpdm协议模块、dpdm自动开机检测模块、vout自动开机检测模块和功率输出模块；恒流源连接type-c模块以及pd模块，以及恒流源通过模式检测模块连接usb方案参数选择模块；恒流源通过第一引脚连接被充电设
备和第一开关；dpdm协议模块连接dpdm自动开机检测模块，且dpdm协议模块、dpdm自动开机检测模块均通过第二引脚、第三引脚连接被充电设备；vout自动开机检测模块连接功率输出模块，以及vout自动开机检测模块、功率输出模块均通过第四引脚连接被充电设备，如此，能够解决多口方案中无法自由切换输出线材问题，以及实现兼容各种形态的多usb端口产品，有助于提升usb输出路径的兼容性。
附图说明
7.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
8.图1是本技术实施例提供的一种快充usb输出路径转换的检测电路的结构示意图；图2是本技术实施例提供的一种快充usb输出路径转换的检测时序图。
具体实施方式
9.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
10.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
11.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
12.本技术实施例中，被充电设备可以理解为负载或者需要被充电的电子设备，该电子设备可以包括以下至少一种：手机、平板电脑、可穿戴设备等等，在此不做限定，被充电设备在本技术实施例中可以等效为一个电阻。
13.下面对本技术实施例进行详细介绍。
14.相关技术中，充电芯片支持usb-a的输出路径通常只有dm/dp 2个协议通信pin脚，当usb-a方案要实现做usb-c方案时，需要外加vout对cc的56k/22k/10k的上拉电阻，实现一种a-c的线材口，此时只能通信dpdm协议，无法进行pd协议。
15.相关技术中的充电芯片支持usb-c的输出路径通常有dm/dp/cc1/cc2 4个协议通信pin脚，当usb-c方案要兼容做usb-a方案时，由于usb-c方案通常是通过cc检测自动开机。所以需要将cc通过下拉一个5.1k电阻进行开启输出。而线材a口是无此ccpin的，芯片上则需要将5.1k一直下拉，会导致芯片方案耗电增大。
16.相关技术中，无法在一条输出路径上合理的兼容usb-a/usb-c/lightning公头方案，只能在对应输出方案设计相应的输出usb公头，因此，无法合理利用资源。
17.为了解决上述缺陷，请参阅图1，图1是本技术实施例提供的一种usb输出路径转换电路的结构示意图，如图所示，本技术实施例中，所述usb输出路径转换电路包括：控制单元、恒流源、模式检测模块、pd模块、usb方案参数选择模块、type-c模块、dpdm协议模块、dpdm自动开机检测模块、vout自动开机检测模块和功率输出模块；其中，所述控制单元连接所述pd模块、所述usb方案参数选择模块、所述type-c模块、所述dpdm协议模块、dpdm自动开机检测模块、所述vout自动开机检测模块和所述功率输出模块；所述恒流源连接所述type-c模块以及所述pd模块，以及所述恒流源通过所述模式检测模块连接所述usb方案参数选择模块；所述恒流源通过第一引脚cc连接被充电设备r1和第一开关k1；所述dpdm协议模块连接所述dpdm自动开机检测模块，且所述dpdm协议模块、所述dpdm自动开机检测模块均通过第二引脚dp、所述第三引脚dm连接所述被充电设备；所述vout自动开机检测模块连接所述功率输出模块，以及所述vout自动开机检测模块、所述功率输出模块均通过第四引脚vout连接所述被充电设备。
18.其中，第二引脚dp和第三引脚dm可以为同一个引脚，或者，第二引脚dp和第三引脚dm为两个独立的引脚。被充电设备的充电接口中产生握手协议的引脚可以等效为一个电阻r1，通常为电阻的阻值为5.1k，即r1为5.1k电阻，在usb输出路径转换电路为被充电设备的线缆，该被充电设备可以为手机，线缆可以如c-lightning线。
19.其中，usb方案参数选择模块，用于实现模式参数选择，不同的模式可以对应不同的模式参数。usb方案参数选择模块能够用于选择三种模式：usb-a模式、lightning线缆模式和usb-c线缆模式，例如，usb方案参数选择模块包括mode1、mode2、mode3，该三种模式与usb-a模式、lightning线缆模式和usb-c线缆模式一一对应。
20.本技术实施例中，针对模式检测模块，该模块里面集成比较器和滤波计时器，用于对cc引脚的电平检测，具体为：当检测到cc引脚状态持续一段时间为下拉时，识别为usb-a线缆模式，定义为mode1；当检测到cc引脚状态持续一段时间为中间电平时，识别为lightning线缆模式，定义为mode2；当检测到cc引脚状态持续一段时间为上拉时，识别为usb-c线缆模式，定义为mode3；当然，还可以将对应的usb模式输出到控制单元。
21.本技术实施例中，针对pd模块，该模块里面集成以下至少一种协议或者协议相关的电路：usb power delivery（pd2.0/pd3.0）协议、硬件的双向标记编解码（mbc）协议、物理层协议（phy）、硬件crc以及其他pd协议相关电路。
22.本技术实施例中，针对type-c模块，其可以集成完整的type-c接口协议，以及集成usb-c输入、输出识别接口，还可以支持自动切换内置的上下拉电阻，可自动识别插入设备的充放电属性。
23.本技术实施例中，针对dpdm协议模块，其可以集成dpdm通信的协议功能。例如，给手机充电时，自动检测dp、dm引脚上的快充时序，智能识别手机类型，可支持qc2.0/qc3.0、fcp、afc、sfcp、scp协议的手机，且支持apple 2.4a模式、三星手机2a 模式、bc1.2普通android手机1a模式。
24.本技术实施例中，针对dpdm自动开机检测模块，其支持通过在dp、dm pin脚上添加弱上拉和识别电路来进行负载插入和拔出检测。
25.本技术实施例中，针对vout自动开机检测模块，其支持通过在vout脚上添加弱上拉和识别电路来进行负载插入和拔出检测。
26.本技术实施例中，针对功率输出模块，其用于负责功率部分，例如，ac-cc、dc-dc等功率。
27.本技术实施例中，针对控制单元，其可以理解为芯片中枢控制逻辑系统，对各状态进行处理选择和跳转。
28.针对usb输出路径转换电路而言，其各个引脚功能如下：cc引脚：其集成usb模式检测（恒流源、模式检测）、type-c协议模块、pd模块；dp引脚，其集成dp检测自动开机功能、dpdm协议功能；dm引脚，其集成dm检测自动开机功能、dpdm协议功能；vout引脚，其集成vout自动开机功能(负载插拔检测)、功率输出；gnd引脚（图中未示出），其功率路径和信号路径的地回流。
29.本技术实施例中，模式可以包括以下至少两种：usb-a模式、lightning线缆模式、usb-c线缆模式等等，在此不做限定。
30.可选的，在所述usb输出路径转换电路上电后，在第一预设时间段，所述usb输出路径转换电路的系统启动；在系统启动后，在第二预设时间段内通过所述第一引脚进入检测功能状态，通过第一使能信号和第二使能信号，且关闭第三使能信号、第四使能信号、第五使能信号、第六使能信号和第七使能信号，开启所述恒流源和所述模式检测模块，实现电流源从所述第一引脚输出；其中，所述第一使能信号用于控制所述恒流源，所述第二使能信号用于控制所述模式检测模块，所述第三使能信号用于控制所述type-c模块，所述第四使能信号用于控制所述dpdm协议模块，所述第五使能信号用于控制所述dpdm自动开机检测模块，所述第六使能信号用于控制所述vout自动开机检测模块，所述第七使能信号用于控制所述第一开关。
31.其中，usb输出路径转换电路可以记作ic。本技术实施例中，第一使能信号en1、第二使能信号en2、第三使能信号en3、第四使能信号en4、第五使能信号en5、第六使能信号en6、第七使能信号en7均可以为控制单元生成的控制信号。第一使能信号en1用于控制恒流源、第二使能信号en2用于控制模式检测模块、第三使能信号en3用于控制type-c模块、第四使能信号en4用于dpdm协议模块、第五使能信号en5用于控制dpdm自动开机检测模块、第六使能信号en6用于控制vout自动开机检测模块、第七使能信号en7用于控制功率输出模块、第八使能信号en8用于控制第一开关k1。
32.其中，第一预设时间段、第二预设时间段均可以自行设置或者系统默认，第二预设时间段为第一预设时间段之后的一个时间段。第一预设时间段可以用t1表示，第二预设时间段可以用t3表示。
33.具体实现中，在usb输出路径转换电路ic首次上电后，在t1左右时间段内是ic开机后系统启动的时间，系统启动后，在t2时间段cc检测引脚就进入检测功能状态：en1~en2使能，开启恒流源和模式检测模块，en3~en7都关闭，电流源从cc检测引脚输出。
34.可选的，所述usb输出路径转换电路还包括比较器；所述usb输出路径转换电路，还
用于通过所述比较器判断所述第一引脚的电压值，根据所述电压值确定识别对应的usb模式。
35.具体实现中，通过ic内部的比较器量取判断cc引脚的电压，来判断是锁定哪一种模式，具体为：识别到短路gnd则判断为usb-a模式，或者，识别到5.1k模式则判断为lightning线缆模式，或者，识别到悬空则判断为usb-c口线缆模式。
36.可选的，在第三预设时间段内，不再处于检测功能状态，开启模式负载检测模式；在处于usb-a模式时，通过所述第五使能信号和所述第六使能信号，开启所述dpdm自动开机检测模块，和/或，所述vout自动开机检测模块；在处于lightning线缆模式，通过所述第五使能信号，只开启所述dpdm自动开机检测模块和所述pd模块；在处于usb-c线缆模式，通过所述第三使能信号和所述第五使能信号，开启所述dpdm自动开机检测模块和所述pd模块；直到触发各模式的自动开机功能后，进行开启输出，而后开启所述第四使能信号的dpdm协议模块和第七使能信号的功率输出模块，或者根据usb模式选择是否开启pd模块，进行协议握手和功率输出。
37.其中，第三预设时间段均可以自行设置或者系统默认。第三预设时间段为第二预设时间段之后的一个时间段。
38.具体实现中，在t3时间段内，ic不再使能功能检测模块，即不再处于检测功能状态，只进行模式负载检测模式开启：usb-a模式则只开启vout自动开机检测模块，和/或，dpdm自动开机检测模块，en5~en6使能；lightning线缆模式则只开启dpdm自动开机检测模块和pd模块，en5使能；usb-c线缆模式则开启cc，和/或，dpdm自动开机检测模块和pd模块，en3、en5使能。直到触发各模式后进行系统开机，使能en4、en7。
39.可选的，若处于所述usb-a模式，实现普通的a口快充模式，关闭所述第一引脚的上拉功能，所述usb-a模式支持dpdm快充协议。
40.其中，在usb-a模式下，则可以只实现普通的a口快充模式，关闭第一引脚cc的上拉功能，该usb-a模式可以支持dpdm快充协议。
41.可选的，若处于所述type-c线缆模式，实现type-c线缆模式的功能，通过所述第一引脚，和/或，所述第二引脚，和/或，所述第三引脚触发自动开机，所述type-c线缆模式支持dpdm快充协议和pd快充协议。
42.其中，当处于type-c线缆模式下，是type-c模式，通过第一引脚cc、第二引脚dp、第三引脚dm中的至少一个引脚触发自动开机，为了避免误触发，dpdm检测信号需要和cc握手信号同时存在时，才能自动开机；此模式可以支持dpdm快充协议和pd快充协议。
43.可选的，若处于所述lightning线缆模式，实现所述lightning线缆模式的功能，处于自动开机检测时，将所述第一引脚不上拉且不使能；通过所述第二引脚，和/或，所述第三引脚触发自动开机，自动开机后使能所述第一引脚的上拉以便支持pd模式，所述lightning线缆模式支持dpdm快充协议和pd快充协议。
44.其中，当处于lightning线缆模式下，实现lightning线缆模式的功能，由于线缆上有5.1k电阻，待机时，将第一引脚cc上拉不使能，节省功耗，同时，通过dpdm触发自动开机，此模式可以支持苹果dcp协议和pd快充协议。
45.可选的，在上电之后，在检测出所述第一引脚的状态之后，根据所述第一引脚的状态实现设定配置及锁定功能。
46.其中，首次上电之后，usb输出路径转换电路在检测出第一引脚cc的状态之后，可以识别出方案的需求，进而设定配置并锁定。
47.可选的，所述usb输出路径转换电路包括以下任一种：充电转接头、电脑扩展坞、集线器、数据线、芯片。
48.本技术实施例，usb输出路径的转换也可以适用于移动电源、智能排插usb输出、车载充电器、适配器。
49.本技术实施例，在一条输出路径上兼容usb-a /usb-c/lightning公头方案，同时保留对应的快充协议，不仅能够节约电路设计成本，还可以将独立的输出路径兼容usb-a /usb-c/lightning输出，应用场景切换更加高效，尽可能满足不同usb口的快充需求，实现兼容各种形态的多usb端口产品。
50.本技术实施例，通过dp/dm/cc 3个协议通信pin脚，实现不同usb口的快充需求切换。通过在v+/d-/d+/cc上增加检测电路，实现识别usb-a/usb-c/lightning公头，同时，本技术实施例中的设计方案，不影响cc的type-c握手和pd通讯。
51.举例说明下，如图2中所示，图2为一种快充usb输出路径转换的检测时序图，在usb输出路径转换电路ic首次上电后，在t1左右时间段内是ic开机后系统启动的时间，系统启动后，在t2时间段cc检测引脚就进入检测功能状态：en1~en2使能，开启恒流源和模式检测模块，en3~en7都关闭，电流源从cc检测引脚输出。通过ic内部的比较器量取判断cc引脚的电压，来判断是锁定哪一种模式，具体为：识别到短路gnd则判断为usb-a模式，或者，识别到5.1k模式则判断为lightning线缆模式，或者，识别到悬空则判断为usb-c口线缆模式。
52.进一步的，在t3时间端内ic不再使能功能检测模块，只进行模式负载检测模式开启：usb-a模式则只开启vout自动开机检测模块，和，或，dpdm自动开机检测模块，en5~en6使能；lightning线缆模式则只开启dpdm自动开机检测模块和pd模块，en5使能；usb-c线缆模式则开启cc，和/或，dpdm自动开机检测模块和pd模块，en3、en5使能。直到触发各模式后进行系统开机，使能en4、en7，或者根据usb模式选择是否开启pd模块，进行协议握手和功率输出。
53.其中，首次上电之后，芯片检测出cc的状态之后，可以识别出方案的需求，进而设定配置并锁定：其中，当处于usb-a模式下，是普通的a口快充模式，关闭cc引脚的上拉功能，节省功耗；此模式支持dpdm快充协议；其中，当处于usb-c线缆模式下，是type-c模式，通过cc引脚/dpdm引脚触发自动开机，为了避免误触发，dpdm检测信号需要和cc握手信号同时存在时，才能自动开机；此模式支持dpdm快充协议和pd快充协议。
54.其中，当处于lightning线缆模式下，是lightning线缆模式，由于线缆上有5.1k电阻，待机自动开机检测模式时，将cc上拉不使能，节省功耗，同时通过dpdm触发自动开机，此模式支持苹果的专用充电端口（dcp）协议和pd快充协议。
55.本技术实施例中，除了外部pin选功能之后，同时还可以通过修改芯片寄存器将此usb模式修改为双角色端口（dual role part，drp）模式，兼容完整的输入输出type-c功能。
56.本技术实施例，能够合理利用芯片输出路径资源，实现兼容各种形态的多usb端口产品，同时，保留了快充协议。
57.可以看出，本技术实施例中所描述的usb输出路径转换电路，usb输出路径转换电路包括：控制单元、恒流源、模式检测模块、pd模块、usb方案参数选择模块、type-c模块、dpdm协议模块、dpdm自动开机检测模块、vout自动开机检测模块和功率输出模块；其中，控制单元连接pd模块、usb方案参数选择模块、type-c模块、dpdm协议模块、dpdm自动开机检测模块、vout自动开机检测模块和功率输出模块；恒流源连接type-c模块以及pd模块，以及恒流源通过模式检测模块连接usb方案参数选择模块；恒流源通过第一引脚连接被充电设备和第一开关；dpdm协议模块连接dpdm自动开机检测模块，且dpdm协议模块、dpdm自动开机检测模块均通过第二引脚、第三引脚连接被充电设备；vout自动开机检测模块连接功率输出模块，以及vout自动开机检测模块、功率输出模块均通过第四引脚连接被充电设备，如此，能够解决多口方案中无法自由切换输出线材问题，以及实现兼容各种形态的多usb端口产品，有助于提升usb输出路径的兼容性。
58.可选地，本技术实施例还提供一种usb输出路径转换装置，所述usb输出路径转换装置包括上述usb输出路径转换电路。
59.其中，usb输出路径转换装置可以包括以下至少一种：移动电源、智能排插usb输出、车载充电器、适配器、充电转接头、电脑扩展坞、集线器、数据线等等，在此不做限定。
60.以上是本技术实施例的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本技术的保护范围。