复用USB信号的芯片电路、电子器件和车辆的制作方法

复用usb信号的芯片电路、电子器件和车辆
技术领域
1.本公开涉及车辆的硬件电路技术领域，尤其涉及一种复用usb信号的芯片电路、电子器件和车辆。


背景技术：

2.随着车辆智能化发展，越来越多的soc(系统级芯片，也称片上系统)芯片，fpga(现场可编程逻辑门阵列)芯片和定制芯片或模组等应运而生。
3.目前的电路设计中，经常使用转化芯片将soc芯片、fpga等定制化芯片的信号组转换为设计过程中usb信号组的形式，然后再进行开发；或者，使用高速hub芯片(一种支持扩展的芯片)进行多路复用，将一个信号组分成多个相同的usb信号组后再进行开发。


技术实现要素：

4.为了解决或者至少部分地解决以下发现的技术问题：一方面，定制化芯片在开发过程中常常因为它的定制化特点而更偏向于应用端，从而导致芯片的信号组比较少，造成在开发过程中需要很多转换芯片来对较少的信号组进行转换和复用设计，导致开发成本增高和电路设计难度的提升；另一方面，这些定制化芯片通常会预留usb2.0信号作为调试信号，在通过连接到otg(是usb 2.0规格的补充标准。它可使usb设备从usb周边设备变为usb主机，进而与其他usb设备连接通信)或usb连接器进行调试，通常这个功能只在前期研发过程中使用，批量生产过程中是不需要的，因此造成了信号接口的浪费；本公开的实施例提供了一种复用usb信号的芯片电路、电子器件和车辆，以降低芯片开发成本并提升信号利用率。
5.第一方面，本公开的实施例提供了一种复用usb信号的芯片电路。上述芯片电路包括：第一芯片、模拟开关电路、第一usb接口线路、第二usb接口线路以及三态门电路。上述第一芯片经由上述模拟开关电路分别连接于上述第一usb接口线路和上述第二usb接口线路，上述第一usb接口线路用于连接第二芯片，上述第二usb接口线路用于悬空或接入调试设备；上述第二usb接口线路的检测信号输出端分别连接于上述模拟开关电路的控制端和上述三态门电路的控制端；上述三态门电路的输出端连接至上述第一芯片的控制端；上述检测信号输出端输出的检测信号控制上述模拟开关电路进行上述第一芯片与上述第一usb接口线路或上述第二usb接口线路的导通切换，上述三态门电路用于根据上述检测信号输出对应的状态控制信号，上述状态控制信号用于控制上述第一芯片在正常通信的主设备状态和被调试的从设备状态之间切换。
6.根据本公开的实施例，在上述第二usb接口线路处于悬空状态时，上述检测信号控制上述模拟开关电路导通上述第一芯片与上述第一usb接口线路，上述三态门电路输出的状态控制信号控制上述第一芯片处于上述主设备状态；在上述第二usb接口线路处于接入调试设备的状态时，上述检测信号控制上述模拟开关电路导通上述第一芯片与上述第二usb接口线路，上述三态门电路输出的状态控制信号控制上述第一芯片处于上述从设备状
态。
7.根据本公开的实施例，上述三态门电路包括：三态门、第一电阻、第二电阻和第一电容。上述三态门的控制端经由上述第一电阻连接于第一控制信号输入端，上述第一控制信号输入端作为上述三态门电路的控制端；上述三态门的输入端接地，上述三态门的输出端作为上述三态门电路的输出端；上述第二电阻的一端连接于上述第一电阻和上述三态门的控制端之间，上述第二电阻的另一端接地；上述三态门的vcc引脚用于连接至vcc电源，上述三态门的gnd引脚用于接地，上述第一电容的一端连接于上述vcc引脚和上述vcc电源之间，上述第一电容的另一端接地。
8.根据本公开的实施例，上述第二usb接口线路包括：第二usb接口、第二usb传输线和检测线路；上述检测线路的一端为上述检测信号输出端，另一端接地，上述检测线路包括：串联连接的检测滤波电路和第一双向稳压管，上述第二usb接口的电源线引脚连接于上述检测滤波电路和上述第一双向稳压管之间；上述第二usb接口的正数据线引脚与上述第二usb传输线中的正极传输线连接，上述正极传输线上设置有第三电阻；上述正极传输线的支路上还设置有第三双向稳压管，上述第三双向稳压管的一端连接于上述第三电阻和上述正数据线引脚之间，另一端接地；上述第二usb接口的负数据线引脚与上述第二usb传输线中的负极传输线连接，上述负极传输线上设置有第四电阻；上述负极传输线的支路上还设置有第二双向稳压管，上述第二双向稳压管的一端连接于上述第四电阻和上述负数据线引脚之间，另一端接地；上述第二usb接口的gnd引脚接地，上述第二usb接口的id引脚悬空。
9.根据本公开的实施例，上述检测滤波电路包括：贴片磁珠和并联连接的电容组。上述贴片磁珠设置于上述检测信号输出端和上述第一双向稳压管之间。上述电容组的一端连接于上述贴片磁珠和上述第一双向稳压管之间，上述电容组的另一端接地，上述电容组包括：电容值高于8μf的第二电容和电容值低于0.5μf的第三电容。
10.根据本公开的实施例，上述模拟开关电路包括：模拟开关、第五电阻和第六电阻。上述模拟开关的控制端经由上述第五电阻连接于第二控制信号输入端，上述第二控制信号输入端作为上述模拟开关电路的控制端；上述模拟开关一侧的信号传输端与上述第一芯片的usb接口端连接，另一侧包括两路高速数据传输端，用于与上述第一usb接口线路和上述第二usb接口线路分别进行连接；上述第六电阻的一端连接于上述第五电阻和上述模拟开关的控制端之间，上述第六电阻的另一端接地；上述模拟开关的vcc引脚用于连接至vcc电源，上述模拟开关的gnd引脚用于接地。
11.根据本公开的实施例，上述第一usb接口线路包括：第一usb接口和第一usb传输线，上述第一usb接口用于连接第二芯片，上述第一usb传输线连接于上述模拟开关电路的一路高速数据传输端和上述第一usb接口之间。
12.根据本公开的实施例，上述芯片电路还包括：第二芯片，与上述第一芯片集成于同一个电路板上，上述第二芯片连接于上述第一usb接口线路；上述第一芯片为定制化芯片，包括以下至少一种：soc芯片、fpga芯片；上述第二芯片为应用芯片。
13.第二方面，本公开的实施例提供了一种电子器件。上述电子器件包括如上所述的芯片电路。
14.第三方面，本公开的实施例提供了一种车辆。上述车辆包括如上所述的芯片电路或如上所述的电子器件。
15.本公开实施例提供的上述技术方案至少具有如下优点的部分或全部：
16.通过设置第一芯片、模拟开关电路、第一usb接口线路、第二usb接口线路以及三态门电路，第二usb接口线路的检测信号输出端输出的检测信号控制上述模拟开关电路进行上述第一芯片与上述第一usb接口线路或上述第二usb接口线路的导通切换，上述三态门电路用于根据上述检测信号输出对应的状态控制信号，上述状态控制信号用于控制上述第一芯片在正常通信的主设备状态和被调试的从设备状态之间切换，同时使用第一芯片的同一组usb信号便能实现调试模式以及与第二芯片(例如为应用芯片)的数据交互这两种工作模式，极大提升了信号利用率，节省了芯片的开发资源；无需使用昂贵的转换芯片或hub芯片，降低产品开发成本。
附图说明
17.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
18.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1示意性地示出了根据本公开一实施例的芯片电路的结构示意图；
20.图2a示意性地示出了根据本公开实施例的芯片电路处于正常通信模式的状态示意图；
21.图2b示意性地示出了根据本公开实施例的芯片电路处于调试模式的状态示意图；
22.图3示意性地示出了根据本公开实施例的三态门电路的结构示意图；
23.图4示意性地示出了根据本公开实施例的第二usb接口线路的结构示意图；以及
24.图5示意性地示出了根据本公开实施例的模拟开关电路的结构示意图。
具体实施方式
25.在研发中发现：一方面，定制化芯片在开发过程中常常因为它的定制化特点而更偏向于应用端，从而导致芯片的信号组比较少，造成在开发过程中需要很多转换芯片来对较少的信号组进行转换和复用设计，导致开发成本增高和电路设计难度的提升；另一方面，这些定制化芯片通常会预留usb2.0信号作为调试信号，在通过连接到otg(是usb 2.0规格的补充标准。它可使usb设备从usb周边设备变为usb主机，进而与其他usb设备连接通信)或usb连接器进行调试，通常这个功能只在前期研发过程中使用，批量生产过程中是不需要的，因此造成了信号接口的浪费。
26.有鉴于此，本公开的实施例提供了一种复用usb信号的芯片电路、电子器件和车辆，以降低芯片开发成本并提升信号利用率。
27.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
28.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一
个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
29.本公开的第一个示例性实施例提供了一种芯片电路。
30.图1示意性地示出了根据本公开一实施例的芯片电路的结构示意图。
31.参照图1所示，本公开实施例提供的芯片电路100，包括：第一芯片110、模拟开关电路120、第一usb接口线路131、第二usb接口线路132以及三态门电路140。
32.上述第一芯片110经由上述模拟开关电路120分别连接于上述第一usb接口线路131和上述第二usb接口线路132，上述第一usb接口线路131用于连接第二芯片210，上述第二usb接口线路132用于悬空或接入调试设备220；上述第二usb接口线路132的检测信号输出端kc分别连接于上述模拟开关电路120的控制端k
20
和上述三态门电路140的控制端k
40
；上述三态门电路140的输出端k
42
连接至上述第一芯片110的控制端k
10
；上述检测信号输出端kc输出的检测信号usb_vbus控制上述模拟开关电路120进行上述第一芯片110与上述第一usb接口线路131或上述第二usb接口线路132的导通切换，上述三态门电路140用于根据上述检测信号usb_vbus输出对应的状态控制信号usb_id，上述状态控制信号usb_id用于控制上述第一芯片110在正常通信的主设备状态和被调试的从设备状态之间切换。
33.在一实施例中，上述第一芯片为定制化芯片，包括以下至少一种：soc芯片、fpga芯片等；上述第二芯片为应用芯片。该应用芯片可以包括：车载应用芯片。
34.图2a示意性地示出了根据本公开实施例的芯片电路处于正常通信模式的状态示意图。
35.根据本公开的一种实施例，参照图2a中
“×”
所示，第二usb接口线路132并未接入调试设备220，此时第二usb接口线路132处于悬空状态，此时芯片电路100处于正常通信模式。在上述第二usb接口线路132处于悬空状态时，上述检测信号usb_vbus控制上述模拟开关电路120导通上述第一芯片110与上述第一usb接口线路131，上述三态门电路140根据上述检测信号usb_vbus输出对应的状态控制信号usb_id，输出的状态控制信号usb_id控制上述第一芯片110处于正常通信的主设备状态，在该主设备状态下，第一芯片110和第二芯片210之间可以进行数据交互或者第一芯片110可以对第二芯片210进行控制等。
36.图2b示意性地示出了根据本公开实施例的芯片电路处于调试模式的状态示意图。
37.根据本公开的另一种实施例，参照图2b中“√”所示，第二usb接口线路132处于接入调试设备220的状态，此时芯片电路100处于调试模式。在上述第二usb接口线路处于接入调试设备的状态时，上述检测信号usb_vbus控制上述模拟开关电路120导通上述第一芯片110与上述第二usb接口线路132，并使得第一芯片110和第二芯片210的通路断开，上述三态门电路140根据上述检测信号usb_vbus输出对应的状态控制信号usb_id，输出的状态控制信号usb_id控制上述第一芯片110处于被调试的从设备状态。在该从设备状态下，第一芯片110能接收调试设备220发出的调试信号以及做出对应的响应。
38.基于上述实施例，通过设置第一芯片、模拟开关电路、第一usb接口线路、第二usb
接口线路以及三态门电路，第二usb接口线路的检测信号输出端输出的检测信号控制上述模拟开关电路进行上述第一芯片与上述第一usb接口线路或上述第二usb接口线路的导通切换，上述三态门电路用于根据上述检测信号输出对应的状态控制信号，上述状态控制信号用于控制上述第一芯片在正常通信的主设备状态和被调试的从设备状态之间切换，同时使用第一芯片的同一组usb信号便能实现调试模式以及与第二芯片(例如为应用芯片)的数据交互这两种工作模式，极大提升了信号利用率，节省了芯片的开发资源；无需使用昂贵的转换芯片或hub芯片，降低产品开发成本。
39.下面来示例性介绍三态门电路140、第二usb接口线路132、模拟开关电路120的结构实施例。
40.图3示意性地示出了根据本公开实施例的三态门电路的结构示意图。
41.根据本公开的实施例，参照图3所示，上述三态门电路140包括：三态门g1、第一电阻r1、第二电阻r2和第一电容c1。图3中，针对三态门g1，以标号1示意该三态门的控制端，以标号2示意该三态门的输入端，以标号3示意该三态门的gnd引脚，以标号4示意该三态门的输出端。参照图3所示，上述三态门g1的控制端经由上述第一电阻r1连接于第一控制信号输入端，上述第一控制信号输入端作为上述三态门电路140的控制端k
40
；上述三态门g1的输入端接地，上述三态门g1的输出端作为上述三态门电路140的输出端；上述第二电阻r2的一端连接于上述第一电阻r1和上述三态门g1的控制端之间，上述第二电阻r2的另一端接地；上述三态门g1的vcc引脚用于连接至vcc电源，上述三态门的gnd引脚用于接地，上述第一电容c1的一端连接于上述vcc引脚和上述vcc电源之间，上述第一电容c1的另一端接地。
42.例如，在一实施例中，三态门的vcc引脚连接的vcc电源为1.8v，参照图3中示意的vcc_1v8所示，表示vcc电源的电压为1.8v；第一电阻r1的阻值为10kω，第二电阻r2的阻值为4.7kω，第一电容c1的电容值为0.22μf。
43.图4示意性地示出了根据本公开实施例的第二usb接口线路的结构示意图。图4中以标号1-8来示意第二usb接口j2的各个引脚。
44.根据本公开的实施例，参照图4所示，上述第二usb接口线路132包括：第二usb接口j2、第二usb传输线(包括usb2_dp和usb2_dm)和检测线路。
45.上述检测线路的一端为上述检测信号输出端kc，另一端接地；上述检测线路包括：串联连接的检测滤波电路400和第一双向稳压管d1，上述第二usb接口j2的电源线引脚vbus连接于上述检测滤波电路400和上述第一双向稳压管d1之间；上述第二usb接口j2的正数据线引脚d+与上述第二usb传输线中的正极传输线usb2_dp连接，上述正极传输线usb2_dp上设置有第三电阻r3；上述正极传输线的支路上还设置有第三双向稳压管d3，上述第三双向稳压管的一端连接于上述第三电阻和上述正数据线引脚d+之间，另一端接地；上述第二usb接口的负数据线引脚d-与上述第二usb传输线中的负极传输线usb2_dm连接，上述负极传输线上设置有第四电阻r4；上述负极传输线的支路上还设置有第二双向稳压管d2，上述第二双向稳压管d2的一端连接于上述第四电阻r4和上述负数据线引脚d-之间，另一端接地；上述第二usb接口j2的gnd引脚接地，上述第二usb接口的id引脚悬空。
46.根据本公开的实施例，参照图4中虚线框所示，上述检测滤波电路400包括：贴片磁珠fb1和并联连接的电容组。上述贴片磁珠fb1设置于上述检测信号输出端kc和上述第一双向稳压管d1之间。上述电容组的一端连接于上述贴片磁珠和上述第一双向稳压管之间，上
述电容组的另一端接地，上述电容组包括：电容值高于8μf的第二电容c2和电容值低于0.5μf的第三电容c3。例如在一实施例中，第二电容c2的电容值为10μf，第三电容c3的电容值为0.22μf。
47.上述贴片磁珠用于抑制该检测线路中的高频噪声和尖峰干扰，具有吸收静电脉冲的能力，贴片磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构中的rf噪声，rf能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分，直流成分是需要的有用信号，要消除这些不需要的信号能量，使用贴片磁珠扮演高频电阻的角色。通过设置大电容和小电容并联的电容组，大电容用于滤除低频，小电容用于滤除高频。
48.图5示意性地示出了根据本公开实施例的模拟开关电路的结构示意图。图5中以标号1-10来示意模拟开关as1的各个引脚。
49.根据本公开的实施例，参照图5所示，上述模拟开关电路120包括：模拟开关as1、第五电阻r5和第六电阻r6。上述模拟开关as1的控制端s经由上述第五电阻r5连接于第二控制信号输入端，上述第二控制信号输入端s作为上述模拟开关电路120的控制端k
20
；上述模拟开关as1一侧的信号传输端(包括d+、d-)与上述第一芯片的usb接口端(包括usb_dp和usb_dm)连接，另一侧包括两路高速数据(hsd)传输端，分别示意为一路分别包括{usb1_dp和usb1_dm}，另一路分别包括：{usb2_dp和usb2_dm}，用于与上述第一usb接口线路和上述第二usb接口线路分别进行连接，例如{usb1_dp和usb1_dm}对应与第一usb接口线路131连接，{usb2_dp和usb2_dm}对应与第二usb接口线路132连接。上述第六电阻r6的一端连接于上述第五电阻r5和上述模拟开关as1的控制端之间，上述第六电阻r6的另一端接地；上述模拟开关的vcc引脚用于连接至vcc电源，上述模拟开关的gnd引脚用于接地。
50.在一实施例中，模拟开关as1的vcc引脚接入的vcc电源为3.3v，参照图5中示意的vcc_3v3所示，表示vcc电源的电压为3.3v；第五电阻r5的阻值为4.7kω，第六电阻r6的阻值为10kω。
51.根据本公开的实施例，上述第一usb接口线路包括：第一usb接口和第一usb传输线，上述第一usb接口用于连接第二芯片，上述第一usb传输线连接于上述模拟开关电路的一路高速数据传输端{usb1_dp和usb1_dm}和上述第一usb接口线路131之间。
52.上述实施例是以芯片电路100和第二芯片210为相互独立的两个部分作为示例，在本公开的其他实施例中，上述芯片电路100还可以包括第二芯片210，并且第二芯片210与上述第一芯片110集成于同一个电路板上，上述第二芯片连接于上述第一usb接口线路。
53.上述第一芯片为定制化芯片，包括以下至少一种：soc芯片、fpga芯片等；上述第二芯片为应用芯片。该应用芯片可以包括：车载应用芯片。
54.该实施例的方案中，芯片电路100默认连接有第二芯片，该芯片电路在常规使用场景下，处于正常通信的工作模式，即处于非调试状态，第一芯片通过模拟开关电路后，基于第一usb接口线路和第二芯片进行数据交互，在此期间由于第二usb接口线路尚未接入外部的调试设备，因此usb_vbus信号是悬空状态，即模拟开关电路的切换引脚和三态门电路的usb_vbus信号均悬空，模拟开关电路默认导通至第一usb接口线路，三态门电路输出vcc电压电平，即连接到第一芯片的usb_id信号为高电平，使得第一芯片的状态处于主设备状态，该状态下无法进行调试。
55.当第二usb接口线路连接到调试设备(例如计算机设备)后，usb_vbus信号为5v电
平，模拟开关电路的切换引脚拉高，切换模拟输出至第二usb接口线路，三态门电路的usb_vbus信号拉高，输出从vcc变成低电平，进而使得第一芯片的控制信号usb_id被拉低，使得第一芯片切换成从设备状态，允许调试设备对第一芯片进行调试。
56.基于相同的技术构思，本公开的第二个示例性实施例提供了一种电子器件。上述电子器件包括如上所述的芯片电路。
57.该电子器件可以是独立售卖的电子器件，或者是附属于电子设备内部的电子器件。
58.本公开的第三个示例性实施例提供了一种车辆。上述车辆包括如上所述的芯片电路或如上所述的电子器件。
59.上述车辆可以是常规车辆或者自动驾驶车辆。
60.综上所述，本公开实施例提供的复用usb信号的芯片电路、电子器件和车辆，通过设置第一芯片、模拟开关电路、第一usb接口线路、第二usb接口线路以及三态门电路，第二usb接口线路的检测信号输出端输出的检测信号控制上述模拟开关电路进行上述第一芯片与上述第一usb接口线路或上述第二usb接口线路的导通切换，上述三态门电路用于根据上述检测信号输出对应的状态控制信号，上述状态控制信号用于控制上述第一芯片在正常通信的主设备状态和被调试的从设备状态之间切换，同时使用第一芯片的同一组usb信号便能实现调试模式以及与第二芯片(例如为应用芯片)的数据交互这两种工作模式，极大提升了信号利用率，节省了芯片的开发资源；无需使用昂贵的转换芯片或hub芯片，降低产品开发成本。
61.本公开提及的各个实施例可以相互组合为新的实施例。上述实施例中提到的各个模块中的任意多个可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个模块可以被拆分成多个模块。或者，这些模块中的一个或多个模块的至少部分功能可以与其他模块的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。上述各个模块中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，例如现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑阵列(pla)、片上系统、基板上的系统、封装上的系统、专用集成电路(asic)，或可以通过对电路进行集成或封装的任何其他的合理方式等硬件或固件来实现，或以软件和硬件结合、或者软件和固件结合的方式来实现。
62.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开的技术构思。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。