电子黑板USB连接结构的制作方法

本实用新型属于电子黑板技术领域，具体涉及一种可有效进行USB数据通讯的电子黑板USB连接结构。

背景技术：

电子黑板有普通粉笔书写和电子书写两种书写形式。

普通粉笔书写时需要同时关断LCD背光电源和触摸控制板(触控板)的+5V电源。

电子书写时则需要点亮LCD背光，同时对触控板加电。触控板与黑板主控OPS(Open Plug gable Specification，开放式可插拔规范)电脑之间的数据通讯采用USB(Universal Serial Bus通用串行总线)接口形式。由于电子黑板的相对体积较大，且需要对触控板进行实时加电自校正控制，因此用两根相对长度较长的USB连接线(各1.5m)连接，见图1。

相对长度较长的通用USB连接线(L＝3m)使USB数据信号的矩形系数降低，见图2，因而产生USB识别时间长，且听不到USB识别音的问题，严重时则会使USB设备无法识别，系统无法正常工作。其实质是USB连接线长度增加时，USB数据传送线对地的分布电容变大，对高次谐波信号的衰减增加所致。

通用USB连接线的线规要求数据线(D+及D-)为28AWG，在传送高速(Full Speed)12Mb/s数据信号时还要求数据线采用对绞结构；电源线(UBUS＝+5V)及地线(GND)为20AWG～28AWG，这两根线无对绞要求。具体结构形式见图3。

如果电源线及地线的线规同为28AWG，对应的导线截面积则为0.0804mm²，当USB连接线的长度为3m时，其线阻为0.681Ω，对于0.6A的触控板启动电流，连接线的电压降为0.41V，此时加载到触控板的电源电压为+4.59V(电源输出为标准+5.0V)。

根据相关标准，USB电源输出电压标称值是+5V±5％(+4.75V～+5.25V)，而标准USB设备要求电源适用范围是+4.4V～+5.25V。如果USB电源输出电压为下限的+4.75V，加载到触控板的电源电压就只有+4.34V，低于标准USB设备要求电源适用范围为+4.4V的下限要求，因此就产生了USB识别时间长，且听不到USB识别音的问题，严重时则会使USB设备无法识别，系统无法正常工作。

注：AWG为美国线规American wire gauge。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种电子黑板USB连接结构，通过有效的线缆结构形式，大幅度降低数据传送的对地分布电容，提高USB数据信号的矩形系数，实现在USB电源输出电压为下限的+4.75V时，加载到控板的电源电压大于+4.4V，从而实现电子黑板触摸控制USB信号的快速沟通和有效、稳定的触控。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电子黑板USB连接结构，包括触控板、主控OPS电脑、电源板、转接板、感应控制板、LCD背光板、数据线、地线及+5V电源线；所述数据线、地线及+5V电源线采用分开连接的方式，其中，所述数据线的数量为一根，连接在所述触控板的USB端口与所述主控OPS电脑的USB端口之间，所述触控板、主控OPS电脑及电源板各自的地线依靠电子黑板的金属结构件直连，所述电源板的+5V/2.5A端口引出+5V电源线，然后通过所述转接板提供给所述触控板和LCD背光板，所述感应控制板控制所述转接板中的+5V电源线的通断。

依照本实用新型的一个方面，所述数据线采用国标超五类网线CAT5e的蓝D+、蓝白D-对绞线，导体截面积为0.2047mm²，对应美国线规为24AWG，100m线阻为8.94Ω。

依照本实用新型的一个方面，所述数据线的长度为2m。

依照本实用新型的一个方面，所述电源线采用导体截面积为1.5mm²多芯电源线，对应美国线规为15AWG，线阻为0.0212Ω。

依照本实用新型的一个方面，所述电源线的长度为2m。

由于采用上述方案，本实用新型的有益效果是：

一、提高矩形系数。采用数据线(D+及D-)和地线(GND)及电源线(UBUS＝+5V)分开连接的方式，将USB数据连接线的长度由3m缩短为2m，同时没有并行的地线(GND)和电源线(UBUS＝+5V)，有效降低了数据线的对地分布电容，使USB数据信号的矩形系数得到大幅度的提升。

二、减少信号衰减。将原来两根(各1.5m)28AWG规范USB的数据线(D+及D-)，改为导体截面积为0.2047mm²(单芯24AWG)国标超五类网线CAT5e的蓝(D+)、蓝白(D-)对绞线(2m)，线阻降低为原来的1/4，同时减少了接头的损耗，有效减少了USB信号的衰减，大大提高了电路的可靠性和稳定性。

三、降低供电损耗。将原来+5V供电的28AWG电源线及接地线(总长为3m)，改为导体截面积为1.5mm²多芯电源线(约2m)，对应美国线规为15AWG，使触控板启动时连接线的电压降由原来的0.41V降为0.01272V，整机电源板+5V/2.5A端口输出电压为下限的+4.75V时，加载到触控板的电源电压仍可为+4.737V，高于标准USB设备要求电源适用范围+4.4V的下限要求。

四、降低生产成本。两根标准1.5m的USB连接线(含4个USB插头、2个USB插座和一块转接PCB板)，简化为一根2m的对绞网线形成的单数据USB连接线，直接省去2个USB插头、2个USB插座、相应的一块转接PCB板及必要的生产、安装工艺，有效降低了相关的生产成本。

附图说明

图1是现有电子黑板触摸控制USB信号传送结构形式图。

图2是长、短USB数据连接线信号矩形系数对比图。

图3是通用USB连接线结构形式图。

图4是本实用新型电子黑板USB连接结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参考图4，本实用新型采用数据线(D+及D-)和地线(GND)及电源线(UBUS＝+5V)分开连接的方式。用一根数据线(D+及D-)直连触控板与黑板主控OPS电脑的USB端口，既可缩短USB数据连接线的长度，有效降低数据线的对地分布电容，同时减少了接头损耗。地线(GND)依靠黑板金属结构件直连，连接电阻几乎为零。+5V的电源线UBUS不再由主控OPS电脑的USB提供，而是从整机电源板的+5V/2.5A端口引出。具体电路结构见图4电子黑板USB连接结构。

数据线采用国标超五类网线CAT5e的蓝(D+)、蓝白(D-)对绞线，该对线的双绞密度最高，这对抗干扰非常有效。超五类网线的导体截面积为0.2047mm²(单芯)，对应美国线规为24AWG，100m线阻为8.94Ω(无氧铜)，优于USB规范的28AWG(100m线阻为22.7Ω)。

标准非屏蔽双绞线的特征阻抗为100Ω左右，与通用USB数据通讯要求的连接线特征阻抗为90Ω非常相近，可实现良好的匹配。

电源线采用导体截面积为1.5mm²多芯电源线(约2m)，对应美国线规为15AWG，其线阻为0.0212Ω，同样对于0.6A的触控板启动电流，连接线的电压降则下降为0.01272V。此时，即使整机电源板+5V/2.5A端口输出电压为下限的+4.75V时，加载到触控板的电源电压仍可为+4.737V。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本专利。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。