CN104750647A - Usb驱动电路及usb装置 - Google Patents

Abstract

一种USB驱动电路及USB装置。所述USB驱动电路包括：控制电路；第一驱动器；以及分别与所述控制电路和所述第一驱动器连接的保护电路；所述控制电路根据USB接口信号输出相应的控制信号至所述保护电路，所述保护电路在所述控制电路的控制下，保护所述第一驱动器，所述第一驱动器与USB接口耦接，适于驱动USB接口进行全速或低速的数据传输。采用所述USB驱动电路，不仅可以降低USB驱动电路的成本，还可以使得USB驱动电路能够满足越来越高的工艺的要求。

Description

USB驱动电路及USB装置

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种USB驱动电路及USB装置。

背景技术

通用串行总线（Universal Serial BUS，USB）是一个外部总线标准，广泛应用于电脑的外部设备、手机和数码相机等电子设备中。

USB驱动电路通常包括适于驱动USB接口进行数据传输的驱动器，用于驱动USB接口以不同的工作模式进行数据的传输。例如，USB驱动电路可以驱动USB接口进行低速或全速的数据传输。

在实际应用中，由于USB驱动电路需要能够承受较大的电压，因此，现有的USB驱动电路除了需要设置适于驱动USB接口进行全速或低速的数据传输的驱动器以外，还需要设置能够承受较大电压的器件。然而，承受较大电压的器件的设置，不仅增加了USB驱动电路的成本，而且无法满足越来越高的工艺的要求。

发明内容

本发明实施例用于解决USB驱动电路的成本高且无法满足越来越高的工艺的要求问题。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种USB驱动电路，所述USB驱动电路包括：

控制电路；第一驱动器；以及分别与所述控制电路和所述第一驱动器连接的保护电路；所述控制电路根据USB接口信号输出相应的控制信号至所述保护电路，所述保护电路在所述控制电路的控制下，保护所述第一驱动器，所述第一驱动器与USB接口耦接，适于驱动USB接口进行全速或低速的数据传输。

可选地，所述保护电路包括：与所述控制电路的第一控制输出端连接的第一保护电路，以及与所述控制电路的第二控制输出端连接的第二保护电路，所述第一保护电路的一端与所述第二保护电路连接，所述第一保护电路以及所述第二保护电路适于在所述控制电路的控制下，保护所述第一驱动器。

可选地，所述控制电路包括：检测单元，与所述检测单元连接的比较单元，以及与所述比较单元连接的控制单元，其中，所述检测单元适于检测USB接口信号的电压值，所述比较单元适于将所述检测单元所检测到的电压值与预设的第一区间进行比较，所述控制单元适于根据所述比较单元的比较结果输出相应的控制信号至第一保护电路和第二保护电路。

可选地，所述控制单元适于在所述检测单元所检测到的电压值处于第一区间时，输出第一电压控制信号至第一保护电路，以及输出第二电压控制信号至第二保护电路。

可选地，所述第一区间的取值范围为大于等于1V，且小于4V，所述第一电压控制信号的电压值的取值区间为大于等于1.6V，且小于等于2.0V，所述第二电压控制信号的电压值的取值区间为大于等于3.0V，且小于3.4V。

可选地，所述第一区间的取值范围为大于等于4V，所述第一电压控制信号以及所述第二电压控制信号的电压值区间均为大于等于3.0V，且小于等于3.4V。

可选地，所述第一保护电路包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及第五开关管；第一开关管的栅极与第二开关管的栅极连接，源极与所述第一驱动器连接，漏极分别与第二开关管的源极以及第三开关管的源极连接；第二开关管的栅极与第一电源连接，漏极分别与第三开关管的栅极和漏极以及第五开关管的漏极连接；第四开关管的栅极与第二电源连接，源极与第一电源连接，漏极与第五开关管的源极连接；第五开关管的栅极与所述控制电路的第一控制输出端连接；所述第一电源的电压小于第二电源的电压。

可选地，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及第五开关管均为PMOS管。

可选地，所述第二保护电路包括：第六开关管、第七开关管以及第八开关管；所述第六开关管的栅极与所述控制电路第二控制输出端连接，漏极分别与所述第一保护电路以及所述第七开关管的栅极和漏极连接，源极分别与所述第七开关管的源极以及第八开关管的漏极连接；所述第八开关管的栅极与第三电源连接，源极与所述第一驱动器连接。

可选地，所述第六开关管、第七开关管以及第八开关管均为NMOS管。

可选地，所述USB驱动电路还包括：与所述第二保护电路、第一保护电路以及USB接口耦接的第二驱动器，所述第二保护电路还适于在控制电路的控制下，保护所述第二驱动器，所述第二驱动器适于驱动USB接口进行高速的数据传输。

可选地，所述USB驱动电路还包括：分别与所述控制电路的第三控制输出端以及第一驱动器连接的第三保护电路，所述第三保护电路在所述控制电路的控制下，保护所述第一驱动器以及第二驱动器处于相应的工作状态。

可选地，所述第三保护电路包括：第九开关管，所述第九开关管的第一端与所述控制电路的第三控制输出端连接，第二端与所述第二保护电路连接，第三端与所述第一驱动器连接。

可选地，所述第九开关管为NMOS管，所述NMOS管的栅极与所述控制电路的第三控制输出端连接，源极接地，漏极与所述第二保护电路连接。

本发明的实施例还提供了一种USB装置，所述USB装置包括上述的USB驱动电路。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

由于控制电路是根据USB接口信号而输出控制信号，因此，当USB接口信号的电压值较大时，所述控制电路可以及时输出对应的控制信号至保护电路，所述保护电路在所述控制信号的控制下，保护第一驱动器不被损坏，从而可以使得USB驱动电路在没有设置能够较大的电压的器件的情况下，仍然能够承受较大的电压，并且可以降低USB驱动电路的成本，以及满足越来越高的工艺的要求。

附图说明

图1是本发明实施例中USB驱动电路的结构示意图；

图2是本发明实施例中USB驱动电路的电路图。

具体实施方式

目前，为了使USB驱动电路能够承受较大的电压，必须要在USB驱动电路中设置能够承受较大的电压的器件。承受较大的电压的器件的设置，不仅使得USB驱动电路的成本增加，而且使得USB驱动电路无法满足越来越高的工艺的要求。

针对上述问题，本发明的实施例提供了一种USB驱动电路，所述USB驱动电路中无须设置承受较大的电压的器件，而通过控制电路根据USB接口信号产生相应的控制信号，保护电路在所述控制信号的控制下保护第一驱动器，即可使得所述USB驱动电路能够承受较大的电压，不仅降低了USB驱动电路的成本，而且可以使得USB驱动电路能够满足越来越高的工艺的要求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参见图1，本发明的实施例提供了一种USB驱动电路，所述USB驱动电路包括：控制电路110，第一驱动器120，以及保护电路130。其中，所述保护电路130连接控制电路110和第一驱动器120。控制电路110根据USB接口信号输出相应的控制信号至保护电路130，保护电路130在控制电路110的控制下，保护所述第一驱动器120不被损坏。所述第一驱动器120与USB接口耦接，适于驱动USB接口进行全速或低速的数据传输。

在具体实施中，USB接口信号可以是USB***的输入信号，也可以是USB***的输出信号。由于控制电路110可以根据USB接口信号产生相应的控制信号，因此，当USB接口信号的电压值较大时，保护电路130根据控制电路110产生的控制信号，保护第一驱动器120不被损坏，即：可以使得第一驱动器120承受较大的电压，而无须设置能够承受较大的电压的器件。

在具体实施中，保护电路130可以包括第一保护电路1302以及第二保护电路1304。其中，第一保护电路1302的一端与第二保护电路1304连接，并且，第一保护电路1302与控制电路110的第一控制输出端连接，第二保护电路1304与控制电路110的第二控制输出端连接。第一保护电路1302以及第二保护电路1304均在控制电路110的控制下，保护第一驱动器120，使得所述第一驱动器120在USB接口在没有高耐压器件的设计中仍可以进行全速或低速的数据传输。

在具体实施中，控制电路110可以通过先检测USB接口信号的电压值，再对所检测的电压值进行判断，进而产生相应的控制信号。此时，控制电路110可以包括：适于检测USB接口信号的电压值的检测单元1102，将所检测到的电压值与预设的第一区间进行比较的比较单元1104，以及根据所述比较单元1104的比较结果输出相应的控制信号的控制单元1106。

进一步地，所述控制单元1106可以产生两个控制信号，其中一个控制信号经第一输出控制端输出至第一保护电路1302，另一个控制信号经第二输出控制端输出至第二保护电路1304，分别控制第一保护电路1302和第二保护电路1304保护所述第一驱动器。例如，控制单元1106可以在检测单元1102所检测到的电压值处于第一区间时，输出第一电压控制信号和第二电压控制信号。其中第一电压控制信号可以经第一输出控制端输出至第一保护电路1302，第二电压控制信号可以经第二输出控制端输出至第二保护电路1304，从而控制第一保护电路1302和第二保护电路1304的工作。

在具体实施中，所述第一区间的取值范围可以为大于等于1V，且小于4V，相应地，所述第一电压控制信号的电压值的取值区间为大于等于1.6V，且小于等于2.0V，所述第二电压控制信号的电压值的取值区间为大于等于3.0V，且小于3.4V。例如，控制电路110可以在USB接口信号的电压值为3.3V左右时，发出相应的控制信号，使得USB驱动电路进入耐压保护状态，所述控制信号可以控制第一保护电路1302以及第二保护电路1304保护第一驱动器120。

在具体实施中，所述第一区间的取值范围为大于等于4V，相应地，所述第一电压控制信号以及第二电压控制信号的电压值的取值区间均为大于等于3.0V，且小于等于3.4V。例如，控制电路110可以在USB接口信号的电压值为5V左右时，发出相应的控制信号，使得USB驱动电路进入5V耐压保护状态，所述控制信号可以控制第一保护电路1302。

需要说明的是，在具体实施中，所述比较单元1104可以先确定所检测到的电压值是否大于等于1V，且小于4V，当所检测到的电压值不属于上述区间时，还可以再确定所检测到的电压值是否大于等于4V。或者，所述比较单元1104可以先确定所检测到的电压值是否大于等于4V，当所检测到的电压值不属于上述区间时，还可以再确定所检测到的电压值是否大于等于1V，且小于4V。只要所检测到的电压值落入上述的任一区间内，控制电路110均可按照上述实施例中的描述产生相应的控制信号。

需要说明的是，所述第一区间的取值不限于上述实施例，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，所述第一区间的取值不同，所述USB驱动电路可以承受的电压值也就不同。但无论第一区间的取值如何，只要对应产生的第一电压控制信号以及第二电压控制信号，以控制第一保护电路1302以及第二保护电路1304保护第一驱动器120即可。

由上述分析可知，通过设定第一区间的取值，并使得控制电路110在第一区间的取值不同时，对应产生不同的控制信号，即可以使得USB驱动电路承受不同的电压。

在具体实施中，所述USB驱动电路还可以包括第二驱动器（未示出）。所述第二驱动器适于驱动USB接口进行高速的数据传输。所述第二驱动器与控制电路110的第三控制输出端、第二保护电路1304的一端以及USB接口耦接，第二保护电路1304在控制电路110的控制下，保护第二驱动器不被损坏。

为了进一步加强对USB驱动电路的保护，所述保护电路130还可以包括第三保护电路1306。所述第三保护电路1306在控制电路110的控制下，保护所述第一驱动器120以及第二驱动器处于相应的工作状态。

例如，当检测单元1102所检测到的电压值大于4V时，USB驱动电路在控制电路110的控制下，进入耐压保护状态。此时，控制电路110除了产生第一电压控制信号以及第二电压控制信号以外，还可以产生第三控制信号。所述第三控制信号输入至第三保护电路1306，所述第三保护电路1306保护所述第一驱动器120以及第二驱动器处于数据传输中断的状态。而在检测单元1102所检测到的电压值小于4V时，控制电路110仍产生第三控制信号，所述第三控制信号输入至第三保护电路1306，所述第三保护电路1306保护所述第一驱动器120以及第二驱动器正常进行数据传输。

以下采用具体的电路结构对本发明的实施例进行详细说明：

如图2所示，在具体实施中，第一驱动器通常包括PMOS管M0以及NMOS管M1。PMOS管M0的源极与第二电源V2连接，栅极与电源FSLS_PU连接，漏极与第一保护电路210连接。NMOS管M1的源极接地，栅极与电源FSLS_PD连接，漏极与第二保护电路220连接。

控制电路230通过检测USB接口信号的电压值，并将所检测到的电压值与预设的第一区间进行比较，进而产生不同的控制信号P1、N1以及short。其中，控制信号P1经控制电路230的第一控制输出端输出至第一保护电路210，以控制第一保护电路210工作。控制信号N1经控制电路230的第二控制输出端输出至第二保护电路220，以控制第二保护电路220工作。控制信号short经控制电路230的第三控制输出端输出至第三保护电路240，以控制第三保护电路240工作。

在具体实施中，所述第一保护电路210可以包括第一开关管M2、第二开关管M3、第三开关管M4、第四开关管M5以及第五开关管M6。其中，第一开关管M2、第二开关管M3、第三开关管M4、第四开关管M5以及第五开关管M6可以均为PMOS管，也可以为其他类型的开关管，此处不作限定。本发明的实施例中，以第一开关管M2、第二开关管M3、第三开关管M4、第四开关管M5以及第五开关管M6可以均为PMOS管为例进行说明。

如图2所示，第一开关管M2的栅极与第二开关管M3的栅极均连接第一电源V1，源极与所述第一驱动器的PMOS管M0的漏极连接，漏极分别与第二开关管M3的源极以及第三开关管的源极M4连接。第二开关管M3的漏极分别与第三开关管M4的栅极和漏极以及第五开关管M6的漏极连接。第四开关管M5的栅极与第二电源V2连接，源极与第一电源V1连接，漏极与第五开关管M6的源极连接。第五开关管M6的栅极供控制信号P1输入。

其中，所述第一电源V1的电压小于第二电源V2的电压。例如，第一电源V1的电压可以为1.65V左右，第二电源V2的电压可以为3.3V左右。

在具体实施中，所述第二保护电路包括220：第六开关管M7、第七开关管M8以及第八开关管M9。其中，第六开关管M7、第七开关管M8以及第八开关管M9可以均为NMOS管，也可以为其他类型的开关管，此处不作限定。本发明的实施例中，以第六开关管M7、第七开关管M8以及第八开关管M9均为NMOS管为例进行说明。

如图2所示，所述第六开关管M7的栅极供控制信号N1输入，漏极分别与五开关管M6的漏极以及第七开关管M8的栅极和漏极连接，源极分别与所述第七开关管M8的源极以及第八开关管M9的漏极连接；所述第八开关管M9的栅极与第三电源V3连接，源极与第一驱动器的NMOS管M1的源极连接。其中，第三电源V3的电压可以为1.8V左右。

在具体实施中，所述USB驱动电路还可以包括适于驱动USB接口进行高速的数据传输的第二驱动器。所述第二驱动器可以包括NMOS管M10以及NMOS管M11。其中，NMOS管M10的漏极与第八开关管M9的源极以及NMOS管M11的漏极连接、栅极与电源HS_PD连接，源极接地。NMOS管M11的栅极与电源HS_PU连接，源极与0.8V的电源连接。

在具体实施中，所述第三保护电路240可以包括第九开关管M12。第九开关管M12的第一端与控制电路的第三控制输出端连接，以供控制信号short输入，第二端与第八开关管M9的源极连接，第三端接地。以下均以所述第九开关管M12可以为NMOS管为例进行说明，此时，NMOS管的栅极为第一端，漏极为第二端，源极为第三端。

当USB接口信号的电压值大于等于1V，且小于4V时，控制电路230所产生的控制信号short的电压值为0，第九开关管M12截止，第一保护电路210以及第二保护电路220保护第一驱动器进行正常的数据传输。此时，控制电路230同时产生的控制信号P1的电压值可以为大于等于1.6V，且小于等于2.0V的任一电压值，而控制信号N1的电压值可以为大于等于3.0V，且小于等于3.4V的任一电压值，例如，所述控制信号P1的电压值为1.8V，所述控制信号N1的电压值为3.3V。

当控制信号P1输入至第一保护电路210的第五开关管M6时，第五开关管M6的栅极与漏极之间的电压小于击穿电压（大约为2V），进而使得第五开关管M6不会被损坏。同时，第四开关管M5的漏极电压被适当抬高，第四开关管M5的栅极与漏极之间的电压小于击穿电压，进而使得第四开关管M5不会被损坏。同样地，因为第一电源V1的电压的存在，使得第三开关管M4、第二开关管M3以及第一开关管M2的栅极与漏极之间的电压也都小于击穿电压。进一步地，PMOS管M0漏极与栅极之间的电压也小于击穿电压。也就是说，控制信号P1的输入，使得第一保护电路210以及第一驱动器的PMOS管M0不被损坏。

当控制信号N1输入至第二保护电路220的第六开关管M7时，基于同样的原理，第六开关管M7、第七开关管M8、第八开关管M9以及第一驱动器的NMOS管M1的漏极与栅极之间的电压也均小于击穿电压。这样，控制信号N1的输入，使得第二保护电路以及第一驱动器的NMOS管M1不被损坏。

当USB接口信号的电压值大于等于4V时，控制电路230所产生的控制信号short的电压值为1，第九开关管M12导通，第一驱动器中断数据的传输，整个驱动电路进入耐压保护状态。此时，控制电路230同时产生的控制信号P1和N1的电压值可以均为大于等于3.0V，且小于等于3.4V的任一电压值，例如，所述控制信号P1以及N1的电压值均为3.3V。当控制信号P1以及N1分别输入至第一保护电路210和第二保护电路220时，本领域技术人员可以参照上述原理，理解控制信号P1以及N1的控制作用，此处不再赘述。

通过上述分析可知，在控制电路230输出的控制信号P1以及N1的控制下，第一保护电路210以及第二保护电路220可以对整个驱动电路起到保护作用。

本发明的实施例还提供了一种USB装置。所述USB装置可以包括上述的USB驱动电路，通过USB驱动电路驱动USB接口进行全速、低速或者高速的数据传输。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种USB驱动电路，其特征在于，包括：控制电路；第一驱动器；以及分别与所述控制电路和所述第一驱动器连接的保护电路；所述控制电路根据USB接口信号输出相应的控制信号至所述保护电路，所述保护电路在所述控制电路的控制下，保护所述第一驱动器，所述第一驱动器与USB接口耦接，适于驱动USB接口进行全速或低速的数据传输。

2.如权利要求1所述的USB驱动电路，其特征在于，所述保护电路包括：与所述控制电路的第一控制输出端连接的第一保护电路，以及与所述控制电路的第二控制输出端连接的第二保护电路，所述第一保护电路的一端与所述第二保护电路连接，所述第一保护电路以及所述第二保护电路适于在所述控制电路的控制下，保护所述第一驱动器。

3.如权利要求2所述的USB驱动电路，其特征在于，所述控制电路包括：检测单元，与所述检测单元连接的比较单元，以及与所述比较单元连接的控制单元，其中，所述检测单元适于检测USB接口信号的电压值，所述比较单元适于将所述检测单元所检测到的电压值与预设的第一区间进行比较，所述控制单元适于根据所述比较单元的比较结果输出相应的控制信号至第一保护电路和第二保护电路。

4.如权利要求3所述的USB驱动电路，其特征在于，所述控制单元适于在所述检测单元所检测到的电压值处于第一区间时，输出第一电压控制信号至第一保护电路，以及输出第二电压控制信号至第二保护电路。

5.如权利要求4所述的USB驱动电路，其特征在于，所述第一区间的取值范围为大于等于1V，且小于4V，所述第一电压控制信号的电压值的取值区间为大于等于1.6V，且小于等于2.0V，所述第二电压控制信号的电压值的取值区间为大于等于3.0V，且小于3.4V。

6.如权利要求4所述的USB驱动电路，其特征在于，所述第一区间的取值范围为大于等于4V，所述第一电压控制信号以及所述第二电压控制信号的电压值区间均为大于等于3.0V，且小于等于3.4V。

7.如权利要求2所述的USB驱动电路，其特征在于，所述第一保护电路包括：第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及第五开关管；第一开关管的栅极与第二开关管的栅极连接，源极与所述第一驱动器连接，漏极分别与第二开关管的源极以及第三开关管的源极连接；第二开关管的栅极与第一电源连接，漏极分别与第三开关管的栅极和漏极以及第五开关管的漏极连接；第四开关管的栅极与第二电源连接，源极与第一电源连接，漏极与第五开关管的源极连接；第五开关管的栅极与所述控制电路的第一控制输出端连接；所述第一电源的电压小于第二电源的电压。

8.如权利要求7所述的USB驱动电路，其特征在于，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及第五开关管均为PMOS管。

9.如权利要求2所述的USB驱动电路，其特征在于，所述第二保护电路包括：第六开关管、第七开关管以及第八开关管；所述第六开关管的栅极与所述控制电路第二控制输出端连接，漏极分别与所述第一保护电路以及所述第七开关管的栅极和漏极连接，源极分别与所述第七开关管的源极以及第八开关管的漏极连接；所述第八开关管的栅极与第三电源连接，源极与所述第一驱动器连接。

10.如权利要求9所述的所述的USB驱动电路，其特征在于，所述第六开关管、第七开关管以及第八开关管均为NMOS管。

11.如权利要求1-10任一项所述的USB驱动电路，其特征在于，还包括：与所述第二保护电路、第一保护电路以及USB接口耦接的第二驱动器，所述第二保护电路还适于在控制电路的控制下，保护所述第二驱动器，所述第二驱动器适于驱动USB接口进行高速的数据传输。

12.如权利要求11所述的USB驱动电路，其特征在于，还包括：分别与所述控制电路的第三控制输出端以及第一驱动器连接的第三保护电路，所述第三保护电路在所述控制电路的控制下，保护所述第一驱动器以及第二驱动器处于相应的工作状态。

13.如权利要求12所述的USB驱动电路，其特征在于，所述第三保护电路包括：第九开关管，所述第九开关管的第一端与所述控制电路的第三控制输出端连接，第二端与所述第二保护电路连接，第三端与所述第一驱动器连接。

14.如权利要求13所述的USB驱动电路，其特征在于，所述第九开关管为NMOS管，所述NMOS管的栅极与所述控制电路的第三控制输出端连接，源极接地，漏极与所述第二保护电路连接。

15.一种USB装置，其特征在于，包括如权利要求1-14任一项所述的USB驱动电路。