CN107643998A - 基于智能模块实现otg和充电双功能的*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能模块实现OTG和充电双功能的***，包括智能模块、切换电路、适配器输入端和USB端口，智能模块包括USB功能单元、充电管理单元、GPIO管脚，智能模块根据USB规范获取连接的设备类型，即在检测到USB供电管脚由低电平变为高电平以及USB ID管脚由高电平变为低电平时表明适配器和OTG从设备共存，此时智能模块就将GPIO管脚设置为高电平来控制切换电路将适配器作为智能模块的电源并进行充电以及将智能模块的供电电源向OTG从设备供电，从而实现OTG和充电双功能。本发明通过切换电路将适配器与OTG从设备的供电硬件分离，并用软件流程控制切换电路实现完全分离来实现OTG和充电双功能。

Description

基于智能模块实现OTG和充电双功能的***

技术领域

本发明涉及智能设备领域，特别涉及一种基于智能模块实现OTG和充电双功能的***。

背景技术

现有智能终端在使用OTG(On the Go，主要应用于各种不同的设备或移动设备间的联接，进行数据交换)从设备，智能终端就为host(主设备)，而在充电时智能终端为device(从设备)，造成智能终端在使用OTG从设备时不支持充电，或在充电时不支持OTG从设备，但是越来越多的客户需要在智能终端设备作为host时也能进行充电，以保证设备在连续使用过程中不至于电池耗尽而关机。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中智能终端在使用OTG从设备时不支持充电，或在充电时不支持OTG从设备的缺陷，提供一种基于智能模块实现OTG和充电双功能的***。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种基于智能模块实现OTG和充电双功能的***，其特点是，包括智能模块、切换电路、适配器输入端和USB端口，所述智能模块包括USB功能单元、充电管理单元、GPIO管脚，所述USB功能单元包括USB供电管脚、USB数据正端管脚、USB数据负端管脚、USB ID管脚，所述充电管理单元包括供电管脚，所述切换电路包括第一端口、第二端口、第三端口和控制端口，所述USB端口用于连接OTG从设备，所述适配器输入端用于连接适配器，所述供电管脚连接所述智能模块的供电电源；

所述USB数据正端管脚、所述USB数据负端管脚、所述USB ID管脚与所述USB端口相应连接，所述适配器输入端分别与所述第一端口、所述USB供电管脚连接，所述GPIO管脚与所述控制端口连接，所述USB端口的电源端与所述第二端口连接，所述供电管脚与所述第三端口连接；

在所述智能模块检测到所述USB供电管脚由低电平变为高电平以及所述智能模块检测到所述USB ID管脚由高电平变为低电平时，所述智能模块将所述GPIO管脚设置为高电平用于控制所述切换电路将所述第二端口与所述第一端口断开以及将所述第二端口与所述第三端口导通，所述智能模块通过所述USB供电管脚从所述适配器输入端获取电源，并且所述充电管理单元通过所述供电管脚向所述智能模块的供电电源充电以及所述智能模块的供电电源通过所述切换电路向所述OTG设备供电，所述智能模块通过所述USB数据正极管脚、所述USB数据负极管脚与所述OTG从设备完成数据交换。

本方案中，所述USB功能单元用于所述智能模块实现USB功能，比如当接入到所述USB端口的设备为OTG从设备时，根据USB规范，这时OTG从设备就将所述USB ID管脚拉低，使得所述智能模块成为host，通过内置的软件就能实现OTG功能，而当接入到所述USB端口的设备为主设备如PC(个人电脑)时，根据USB规范，主设备将所述USB数据正端管脚与所述USB数据负端管脚短接在一起而使得这两个管脚不存在电平差，这时所述智能模块就作为device，通过内置的软件就能实现USB充电和/或数据通信，又比如当所述USB供电管脚接入外部的电源如适配器时管脚电平就由低电平变成高电平，根据USB规范，所述智能模块就能获知所述USB供电管脚接入了外部电源，这时所述智能模块就从该外部电源获取电源，并通过所述充电管理单元对所述智能模块的供电电源进行充电。因此，在所述智能模块检测到所述USB供电管脚由低电平变为高电平以及所述智能模块检测到所述USB ID管脚由高电平变为低电平时，即所述智能模块检测到既接入了外部电源又接入了OTG从设备，这时所述智能模块就将所述GPIO管脚设置为高电平，一方面使得所述切换电路将外部电源用于对所述智能模块进行供电并通过所述充电管理单元对所述智能模块的供电电源比如电池进行充电管理，另一方面使得所述切换电路将所述智能模块的供电电源向OTG从设备供电，这时所述智能模块通过所述USB数据正极管脚、所述USB数据负极管脚与OTG从设备完成数据交换，从而所述智能模块就实现了OTG功能和充电功能的共存。

较佳地，在所述智能模块检测到所述USB供电管脚、所述USB数据负端管脚均为低电平状态且所述USB数据正端管脚、所述USB ID管脚均为高电平时，所述智能模块将所述GPIO管脚默认设置为低电平，所述切换电路包括第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管和PMOS管，所述PMOS管的漏极用于作为所述第一端口，所述PMOS管的源极分别与所述第一电阻一端、所述第二电阻一端连接后作为所述第二端口，所述PMOS管的栅极分别与所述第一电阻另一端、所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的基极分别与所述第二电阻另一端、第二三极管的集电极连接，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的基极作为所述控制端口。

本方案中，所述切换电路利用MOS管(绝缘栅型场效应管)、三极管的开关特性，并根据所述适配器输入端和所述USB端口均为悬空状态设置所述GPIO管脚为低电平，从而保证所述基于智能模块实现OTG和充电双功能的***在具有OTG功能和充电功能共存基础上，仍然具有完整、独立的OTG功能和充电功能，即单独所述适配器输入端连接适配器时，所述基于智能模块实现OTG和充电双功能的***就能独立充电，单独所述USB端口接入OTG从设备时就能独立进行OTG通信或单独所述USB端口接入主设备时所述智能模块就作为device实现通信。当然，同时接入OTG从设备和适配器，所述基于智能模块实现OTG和充电双功能的***就同时具有OTG功能和充电功能。

较佳地，所述充电管理单元还包括供电电压检测管脚，所述供电电压检测管脚与所述智能模块的供电电源连接，当所述充电管理单元检测到所述智能模块的供电电源为充满电状态时，所述充电管理单元停止通过所述供电管脚向所述智能模块的供电电源充电。

本方案中，通过监测所述智能模块的供电电源的电量状态从而决定是否继续充电，进一步提高可靠性和安全性。

较佳地，所述切换电路还包括第三电阻，所述第三电阻一端与所述第二三极管的基极连接、另一端接地。

较佳地，所述切换电路还包括稳压电路，所述稳压电路还包括使能端，所述使能端与所述控制端口连接，所述稳压电路的输入端为所述第三端口，所述稳压电路的输出端为所述第二端口，所述使能端为高电平有效用于控制所述稳压电路将所述智能模块的供电电源稳压后通过所述第二端口输出。

本方案中，利用所述稳压电路来使得所述智能模块的供电电源与所述OTG从设备的电源需求进行匹配来进一步提高所述基于智能模块实现OTG和充电双功能的***的使用灵活性。其中，所述稳压电路一般采用稳压芯片作为核心器件，鉴于现有应用中，智能模块的工作电压范围一般是3.5V-4.2V，而OTG从设备的供电电压一般是5V，即所述智能模块的供电电源的电压值低于所述OTG从设备的电源需求，所以所述稳压电路就采用升压型稳压芯片。

较佳地，所述稳压电路还包括二极管，所述稳压电路的输出端与所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极作为所述第二端口。本方案中，利用二极管的单向导通特性来保护所述稳压电路，提高电路可靠性和安全性。

本发明的积极进步效果在于：本发明通过增加切换电路将外部适配器电源的输入与OTG从设备的供电进行硬件分离，并结合软件流程通过GPIO(General Purpose InputOutput，通用输入/输出)接口控制切换电路，从而实现外部适配器电源的输入和OTG从设备的供电完全分离，使得智能设备同时支持OTG从设备和充电功能。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的基于智能模块实现OTG和充电双功能的***的示意图。

图2为本发明较佳实施例的基于智能模块实现OTG和充电双功能的***的内置软件的流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-2所示，本实施例涉及的基于智能模块实现OTG和充电双功能的***，包括智能模块1、切换电路2、适配器输入端3和USB端口4，所述智能模块1包括USB功能单元11、充电管理单元12、GPIO管脚，所述USB功能单元11包括USB供电管脚USB_VBUS、USB数据正端管脚USB_DP、USB数据负端管脚USB_DN、USB ID管脚USB_ID，所述充电管理单元12包括供电管脚VBAT，所述切换电路2包括第一端口21、第二端口22、第三端口23和控制端口24，所述USB端口4用于连接OTG从设备，所述适配器输入端3用于连接适配器，所述供电管脚VBAT连接所述智能模块的供电电源5；

所述USB数据正端管脚USB_DP、所述USB数据负端管脚USB_DN、所述USB ID管脚USB_ID与所述USB端口4相应连接，所述适配器输入端3分别与所述第一端口21、所述USB供电管脚USB_VBUS连接，所述GPIO管脚与所述控制端口24连接，所述USB端口4的电源端与所述第二端口22连接，所述供电管脚VBAT与所述第三端口23连接；

在所述智能模块1根据内置软件流程(如图2所示)检测到所述USB供电管脚USB_VBUS由低电平变为高电平以及所述智能模块1检测到所述USB ID管脚USB_ID由高电平变为低电平时，所述智能模块1将所述GPIO管脚设置为高电平用于控制所述切换电路2将所述第二端口22与所述第一端口21断开以及将所述第二端口22与所述第三端口23导通，所述智能模块1通过所述USB供电管脚USB_VBUS从所述适配器输入端3获取电源，并且所述充电管理单元12通过所述供电管脚VBAT向所述智能模块1的供电电源5充电以及所述智能模块1的供电电源5通过所述切换电路2向所述OTG从设备(图1中未标识出所述OTG从设备)供电，所述智能模块1通过所述USB数据正极管脚USB_DP、所述USB数据负极管脚USB_DN与所述OTG从设备完成数据交换。本实施例具体实施中，所述智能模块1的供电电源5一般优选电池，比如锂电池，且可以为单节锂电池或者相互并联的双节锂电池，单节锂电池的电压一般为4.2V；所述智能模块1包括智能芯片，比如直接优选高通msm8909平台作为所述智能模块的核心，该平台包括有USB、充电管理等功能单元，所以当接入到所述USB端口4的设备为OTG从设备时，根据USB规范，这时OTG从设备就将所述USB ID管脚USB_ID拉低，使得所述智能模块1成为host，通过内置的软件就能实现OTG功能，而当接入到所述USB端口4的设备为主设备(图1中未标识出主设备)如PC(个人电脑)时，根据USB规范，主设备将所述USB数据正端管脚USB_DP与所述USB数据负端管脚USB_DN短接在一起而使得这两个管脚不存在电平差，这时所述智能模块1就作为device，通过内置的软件就能实现USB充电和/或数据通信，又比如当所述USB供电管脚USB_VBUS接入外部的电源如适配器时管脚电平就由低电平变成高电平，根据USB规范，所述智能模块就能获知所述USB供电管脚USB_VBUS接入了外部电源，这时所述智能模块1就从该外部电源获取电源，并通过所述充电管理单元12对所述智能模块1的供电电源5进行充电。因此，在所述智能模块1检测到所述USB供电管脚USB_VBUS由低电平变为高电平以及所述智能模块1检测到所述USB ID管脚USB_ID由高电平变为低电平时，即所述智能模块1检测到既接入了外部电源又接入了OTG从设备，这时所述智能模块1就将所述GPIO管脚设置为高电平，一方面使得所述切换电路2将外部电源用于对所述智能模块1进行供电并通过所述充电管理单元12对所述智能模块1的供电电源5进行充电管理，另一方面使得所述切换电路2将所述智能模块1的供电电源5向OTG从设备供电，这时所述智能模块1通过所述USB数据正极管脚USB_DP、所述USB数据负极管脚USB_DN与OTG从设备完成数据交换，从而所述智能模块就实现了OTG功能和充电功能的共存。

进一步，本实施例中，在所述智能模块1检测到所述USB供电管脚USB_VBUS、所述USB数据负端管脚USB_DM均为低电平状态且所述USB数据正端管脚USB_DP、所述USB ID管脚USB_ID均为高电平时，所述智能模块1将所述GPIO管脚默认设置为低电平，所述切换电路2包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q2、第二三极管Q3和PMOS管Q1，所述PMOS管Q1的漏极用于作为所述第一端口21，所述PMOS管Q1的源极分别与所述第一电阻R1一端、所述第二电阻R2一端连接后作为所述第二端口22，所述PMOS管Q1的栅极分别与所述第一电阻R1另一端、所述第一三极管Q2的集电极连接，所述第一三极管Q2的发射极接地，所述第一三极管Q2的基极分别与所述第二电阻R2另一端、第二三极管Q3的集电极连接，所述第二三极管Q3的发射极接地，所述第二三极管Q3的基极作为所述控制端口24。具体实施时，通过内置的软件流程根据所述适配器输入端和所述USB端口均为悬空状态设置所述GPIO管脚为低电平，从而保证所述基于智能模块实现OTG和充电双功能的***在具有OTG功能和充电功能共存基础上，仍然具有完整、独立的OTG功能和充电功能，即单独所述适配器输入端3连接适配器时，所述基于智能模块实现OTG和充电双功能的***就能独立充电，单独所述USB端口4接入OTG从设备时就能独立进行OTG通信或单独所述USB端口4接入主设备时所述智能模块1就作为device实现通信。当然，同时接入OTG从设备和适配器，所述基于智能模块实现OTG和充电双功能的***就同时具有OTG功能和充电功能。具体实施中，所述切换电路2还包括第三电阻R3，所述第三电阻R3一端与所述第二三极管Q3的基极连接、另一端接地。

进一步，在本实施例中，所述充电管理单元12还包括供电电压检测管脚BAT_SNS，所述供电电压检测管脚BAT_SNS与所述智能模块1的供电电源5连接，当所述充电管理单元12检测到所述智能模块1的供电电源5为充满电状态时，所述充电管理单元12停止通过所述供电管脚BAT_SNS向所述智能模块1的供电电源5充电。

进一步，在本实施例中，所述切换电路1还包括稳压电路25，所述稳压电路还包括使能端EN，所述稳压电路25一般优选稳压芯片251作为稳压电路的核心器件，所述稳压电路25还包括二极管D1，所述稳压电路25的输出端与所述二极管D1的阳极连接，所述二极管D1的阴极作为所述第二端口22，所述使能端EN与所述控制端口24连接，所述稳压电路25的输入端为所述第三端口23，所述稳压电路25的输出端为所述第二端口22，所述使能端EN为高电平有效用于控制所述稳压电路25将所述智能模块1的供电电源5稳压后通过所述第二端口22输出。具体实施中，智能模块的工作电压范围一般是3.5-4.2V，而OTG从设备的供电是5V，即所述智能模块的供电电源的电压值低于所述OTG从设备的电源需求，因此就采用升压型稳压电路。

如图2所示，本实施例涉及的基于智能模块实现OTG和充电双功能的***的内置软件流程包括：首先所述智能模块1根据USB规范检测所述USB端口4是否悬空，比如所述智能模块1检测到所述USB供电管脚USB_VBUS、所述USB数据负端管脚USB_DM均为低电平状态且所述USB数据正端管脚USB_DP、所述USB ID管脚USB_ID均为高电平时就表明所述USB端口4为悬空状态；然后，若先检测到所述USB端口4连接了设备，则根据USB规范，通过所述USB ID管脚USB_ID、所述USB数据正端管脚USB_DP、所述USB数据负端管脚USB_DM来识别出是OTG从设备还是主设备，若所述USB ID管脚USB_ID的电平由高变低就为OTG从设备，否则就为主设备从而所述智能模块1就作为device，再进一步判别是否有适配器***，即判断所述USB供电管脚USB_VBUS的电平是否由低变高，这时若适配器和OTG从设备共存，则执行OTG和充电的功能，若仅为OTG从设备，则仅执行OTG功能；若先检测到所述适配器输入端3连接了适配器，即检测到所述USB供电管脚USB_VBUS的电平是否由低变高表明所述适配器输入端3连接了适配器，则再进一步判断所述USB端口4是否连接设备，即根据USB规范，通过所述USB ID管脚USB_ID、所述USB数据正端管脚USB_DP、所述USB数据负端管脚USB_DM来识别出是OTG从设备还是主设备，若为OTG从设备，这时若适配器和OTG从设备共存，则执行OTG和充电的功能，若仅为适配器，则仅执行充电功能；当所述USB端口4和所述适配器输入端3均为悬空状态，则流程一直处于开始等待状态。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于智能模块实现OTG和充电双功能的***，其特征在于，包括智能模块、切换电路、适配器输入端和USB端口，所述智能模块包括USB功能单元、充电管理单元、GPIO管脚，所述USB功能单元包括USB供电管脚、USB数据正端管脚、USB数据负端管脚、USB ID管脚，所述充电管理单元包括供电管脚，所述切换电路包括第一端口、第二端口、第三端口和控制端口，所述USB端口用于连接OTG从设备，所述适配器输入端用于连接适配器，所述供电管脚连接所述智能模块的供电电源；

所述USB数据正端管脚、所述USB数据负端管脚、所述USB ID管脚与所述USB端口相应连接，所述适配器输入端分别与所述第一端口、所述USB供电管脚连接，所述GPIO管脚与所述控制端口连接，所述USB端口的电源端与所述第二端口连接，所述供电管脚与所述第三端口连接；

在所述智能模块检测到所述USB供电管脚由低电平变为高电平以及所述智能模块检测到所述USB ID管脚由高电平变为低电平时，所述智能模块将所述GPIO管脚设置为高电平用于控制所述切换电路将所述第二端口与所述第一端口断开以及将所述第二端口与所述第三端口导通，所述智能模块通过所述USB供电管脚从所述适配器输入端获取电源，并且所述充电管理单元通过所述供电管脚向所述智能模块的供电电源充电以及所述智能模块的供电电源通过所述切换电路向所述OTG从设备供电，所述智能模块通过所述USB数据正极管脚、所述USB数据负极管脚与所述OTG从设备完成数据交换。

2.如权利要求1所述的基于智能模块实现OTG和充电双功能的***，其特征在于，在所述智能模块检测到所述USB供电管脚、所述USB数据负端管脚均为低电平状态且所述USB数据正端管脚、所述USB ID管脚均为高电平时，所述智能模块将所述GPIO管脚默认设置为低电平，所述切换电路包括第一电阻、第二电阻、第一三极管、第二三极管和PMOS管，所述PMOS管的漏极用于作为所述第一端口，所述PMOS管的源极分别与所述第一电阻一端、所述第二电阻一端连接后作为所述第二端口，所述PMOS管的栅极分别与所述第一电阻另一端、所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的基极分别与所述第二电阻另一端、第二三极管的集电极连接，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的基极作为所述控制端口。

3.如权利要求1所述的基于智能模块实现OTG和充电双功能的***，其特征在于，所述充电管理单元还包括供电电压检测管脚，所述供电电压检测管脚与所述智能模块的供电电源连接，当所述充电管理单元检测到所述智能模块的供电电源为充满电状态时，所述充电管理单元停止通过所述供电管脚向所述智能模块的供电电源充电。

4.如权利要求2所述的基于智能模块实现OTG和充电双功能的***，其特征在于，所述切换电路还包括第三电阻，所述第三电阻一端与所述第二三极管的基极连接、另一端接地。

5.如权利要求1所述的基于智能模块实现OTG和充电双功能的***，其特征在于，所述切换电路还包括稳压电路，所述稳压电路还包括使能端，所述使能端与所述控制端口连接，所述稳压电路的输入端为所述第三端口，所述稳压电路的输出端为所述第二端口，所述使能端为高电平有效用于控制所述稳压电路将所述智能模块的供电电源稳压后通过所述第二端口输出。

6.如权利要求5所述的基于智能模块实现OTG和充电双功能的***，其特征在于，所述稳压电路还包括二极管，所述稳压电路的输出端与所述二极管的阳极连接，所述二极管的阴极作为所述第二端口。