CN214409977U - 一种usb自动切换电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种USB自动切换电路，包括对外接口、电源控制电路和USB信号控制电路，对外接口用于连接USB主设备或USB从设备；电源控制电路用以在对外接口连接USB从设备时，控制***电源为USB从设备供电，以及在对外接口连接USB主设备时，控制USB主设备的输出电源反灌至所述***电源；USB信号控制电路用以在对外接口连接USB从设备时，控制所述对外接口上的USB信号连接至***的USB从设备控制端，以及在对外接口连接USB主设备时，控制所述对外接口上的USB信号连接至***的USB主设备控制端。可实现一个接口分别与USB主设备和USB从设备连接，并实现与USB主设备和USB从设备的供电和通信。

Description

一种USB自动切换电路

技术领域

本实用新型涉及USB电路技术领域，尤其涉及一种USB自动切换电路。

背景技术

USB(Universal Serial Bus通用串行总线)主控***一般通过一个USB接口对外与目标USB设备连接，在连接的目标USB设备中，可能有USB主设备，也有可能是USB从设备。在现有技术中，USB***的主控电路不支持OTG功能。此类USB***的主控电路中，USB Host(USB主设备)和USB Device(USB从设备)功能由2路组成，并通过两个对外USB接口分别用于连接USB主设备和USB从设备，通过两个USB控制电路分别实现USB主设备和USB从设备的连接和控制，使得对外接口较多，难以满足设备对外接口简约的设计要求。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种USB自动切换电路。

为实现上述目的，根据本实用新型实施例的USB自动切换电路，所述USB自动切换电路包括：

对外接口，所述对外接口用于连接USB主设备或USB从设备；

电源控制电路，所述电源控制电路分别与***电源及所述对外接口电源端连接，用以在对外接口连接USB从设备时，控制***电源为USB从设备供电，以及在对外接口连接USB主设备时，控制USB主设备的输出电源反灌至所述***电源；

USB信号控制电路，所述USB信号控制电路分别与所述对外接口及***的USB主从设备控制端连接，用以在对外接口连接USB从设备时，控制所述对外接口上的USB信号连接至***的USB从设备控制端，以及在对外接口连接USB主设备时，控制所述对外接口上的USB信号连接至***的USB主设备控制端。

进一地，根据本实用新型的一个实施例，所述对外接口为一USB接口。

进一地，根据本实用新型的一个实施例，所述USB信号控制电路包括：

信号通道切换器，所述信号通道切换器的通道切换控制端与所述对外接口的切换设置端连接，所述信号通道切换器的目标设备信号连接端与所述对外接口的数据端连接，所述信号通道切换器主设备信号端和从设备信号端分别与***连接。

进一地，根据本实用新型的一个实施例，所述USB信号控制电路还包括：

第一电阻(R1)，所述第一电阻(R1)的一端与所述信号通道切换器的通道切换控制端连接，所述第一电阻(R1)的另一端与上拉电源VCC3.3V连接。

进一地，根据本实用新型的一个实施例，所述电源控制电路包括：

电子开关，所述电子开关的控制端与所述对外接口的切换设置端(ID)连接，所述电子开关的一电源端与***的电源端连接，所述电子开关的另一电源端与所述对外接口电源端连接。

进一地，根据本实用新型的一个实施例，电子开关包括：

MOS晶体管(Q1)，所述MOS晶体管(Q1)的源极与所述***的电源端连接，所述述MOS晶体管(Q1)的漏极与所述外接口电源端连接；

第二电阻(R2)，所述第二电阻(R2)的一端与所述MOS晶体管(Q1)的栅极连接，所述第二电阻(R2)的另一端与所述MOS晶体管(Q1)的源极连接；

第三电阻(R3)，所述第三电阻(R3)的一端与所述MOS晶体管(Q1)的栅极连接，所述第三电阻(R3)的另一端与所述对外接口的切换设置端(ID)连接。

进一地，根据本实用新型的一个实施例，所述电源控制电路还包括：

单向导通器，所述电子开关的另一电源端与通过所述单向导通器与所述对外接口电源端连接。其中，所述单向导通器的正向导通端与所述电子开关的另一电源端连接，所述单向导通器的负向导通端与所述对外接口电源端连接。

进一地，根据本实用新型的一个实施例，所述单向导通开关包括：

二极管(D1)，所述二极管(D1)的阳极与所述MOS晶体管(Q1)的漏极连接，所述二极管(D1)的阴极与所述对外接口电源端连接。

本实用新型实施例提供的USB自动切换电路，对外接口用于连接USB主设备或USB从设备；电源控制电路分别***电源及所述对外接口电源端连接，用以在对外接口连接USB从设备时，控制***电源为USB从设备供电，以及在对外接口连接USB主设备时，控制USB主设备的输出电源反灌至所述***电源；USB信号控制电路分别与所述对外接口及***的USB主从设备控制端连接，用以在对外接口连接USB从设备时，控制所述对外接口上的USB信号连接至***的USB从设备控制端，以及在对外接口连接USB主设备时，控制所述对外接口上的USB信号连接至***的USB主设备控制端。可实现一个接口分别与USB主设备和USB从设备连接，并实现连接USB主设备和连接USB从设备时的信号和电源的自动切换，实现与USB主设备和USB从设备的供电和通信。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的USB自动切换电路结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的对外接口(USB接口)电路结构图；

图3为本实用新型实施例提供的电源控制电路结构图；

图4为本实用新型实施例提供的USB信号控制电路结构图。

附图标记：

***10；

USB自动切换电路20；

对外接口(USB接口)201；

电源控制电路202；

USB信号控制电路203。

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

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实用新型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。

参阅图1，本实用新型实施例提供一种USB自动切换电路20，包括：对外接口201、电源控制电路202和USB信号控制电路203，对外接口201用于连接USB主设备或USB从设备；也就是，通过一个对外接口201，可连接USB主设备或USB从设备。例如，参阅图1和图2，在对外接口201J1为一USB接口201时。此USB接口201可以为Micro USB接口201，一方面，可通过标准数据线可以连接电脑等USB主设备，或者通过OTG连接线也可以连接USB外设。

电源控制电路202分别与***10电源及对外接口201电源端连接，用以在对外接口201连接USB从设备时，控制***10电源为USB从设备供电，以及在对外接口201连接USB主设备时，控制USB主设备的输出电源反灌至***10电源；如图1中所示，电源控制电路202设置在***10电源及对外接口201电源端之间，以对***10电源的输出进行控制。例如，当对外接口201连接USB从设备时，需要为从设备提供USB供电电源，电源控制电路202在对外接口切换信号的作用下，可控制***10电源导通，将***10电源输出至外接USB从设备；而当对外接口201连接USB主设备时，由于主设备的USB供电电源端有电源输出，需要避免此电源输出至***10电源端，电源控制电路202在对外接口切换信号的作用下，可将USB供电电源与***10电源之间断开，以避免USB主设备的输出电源反灌至***10电源。也就是说，通过一个对外接口201，可分别连接USB主设备和USB从设备，并通过电源控制电路202实现与USB主设备和USB设备之间的电源供电的自动切换。对外接口切换信号连接主从设备时，输出的不同电平信号，以实现上述电源供电的切换。

USB信号控制电路203分别与对外接口201及***10的USB主从设备控制端连接，用以在对外接口201连接USB从设备时，控制对外接口201上的USB信号连接至***10的USB从设备控制端，以及在对外接口201连接USB主设备时，控制对外接口201上的USB信号连接至***10的USB主设备控制端。如图1中所示，USB信号控制电路203设置在USB主从设备控制端及对外接口201信号端之间，以对***10的USB主从设备控制端的信号控制。例如，当对外接口201连接USB从设备时，在对外接口201的切换信号作用下，将USB从设备输入输出的信号连接至***10的USB从设备控制端。如此，通过***10的USB从设备控制端可实现与连接的USB从设备进行通信；而当对外接口201连接USB主设备时，在对外接口201的切换信号作用下，将USB从设备输入输出的信号连接至***10的USB从设备控制端，如此，通过***10的USB主设备控制端可实现与连接的USB主设备进行通信。也就是说，通过一个对外接口201，可分别连接USB主设备和USB从设备，并实现与USB主设备和USB设备之间的通信的自动切换。对外接口切换信号连接主从设备时，输出的不同电平信号，以实现上述通信信号的切换。

本实用新型实施例提供的USB自动切换电路20，对外接口201用于连接USB主设备或USB从设备；电源控制电路202分别***10电源及对外接口201电源端连接，用以在对外接口201连接USB从设备时，控制***10电源为USB从设备供电，以及在对外接口201连接USB主设备时，控制USB主设备的输出电源反灌至***10电源；USB信号控制电路203分别与对外接口201及***10的USB主从设备控制端连接，用以在对外接口201连接USB从设备时，控制对外接口201上的USB信号连接至***10的USB从设备控制端，以及在对外接口201连接USB主设备时，控制对外接口201上的USB信号连接至***10的USB主设备控制端。可实现一个接口分别与USB主设备和USB从设备连接，并实现连接USB主设备和连接USB从设备时的信号和电源的自动切换，实现与USB主设备和USB从设备的供电和通信。

参阅图1、图2和图4，USB信号控制电路203包括：信号通道切换器U1，信号通道切换器U1的通道切换控制端S与对外接口201(USB接口J1)的切换设置端(ID)连接，信号通道切换器U1的目标设备信号连接端(USB_D+、USB_D-)与对外接口201的数据端(DM、DP)连接，信号通道切换器U1主设备信号端(HSD1+、HSD1-)和从设备信号端(HSD2+、HSD2-)分别与***10连接。具体地，如图2和图4中所示，信号通道切换器U1为USB模拟开关，第二脚S为选择导通方式，第二脚S为高电平时，对外接口201(USB接口J1)的引入信号(OTG_D+、OTG_D-)与从设备信号端(HSD2+、HSD2-)导通，并通过信号线(USB_DEVICE_D+、USB_DEVICE_D-)引入***；第二脚S为低时，对外接口201(USB接口J1)的引入信号(OTG_D+、OTG_D-)与主设备信号端(HSD1+、HSD1-)导通，并通过信号线(USB_HOST_D+、USB_HOST_D-)引入***。其中，信号通道切换器U1的通道切换控制端S通过信号线OTG_ID与对外接口201(USB接口201J1)的ID端连接，当通过标准数据线连接电脑主机时，对外接口201(USB接口201J1)的ID端为空载状态，信号通道切换器U1将对外接口201的输入输出信号(OTG_D+、OTG_D-)切换至从设备信号端(USB_DEVICE_D+、USB_DEVICE_D-)。此时，***10作为从设备与连接电脑主机通信；而当通过OTG连接线连接USB外设从设备时，OTG连接线内部连接线使得对外接口201(USB接口201J1)的4脚跟5脚相连接地，使得对外接口201(USB接口201J1)的ID端为低电平状态，信号通道切换器U1将对外接口201的输入输出信号(OTG_D+、OTG_D-)切换至主设备信号端(USB_HOST_D+、USB_HOST_D-)。此时，***10作为主设备与连接USB外接从设备通信；上述信号通道切换器U1通过对外接口201的切换设置端(ID)的信号作为通道自动切换信号，可根据接入的USB主、从设备的不同而自动切换，切换方式简单、实现容易，无需复杂集成电路即可实现通道的选择切换，且成本较低。

参阅图4，USB自动切换电路20还包括：第一电阻R1，第一电阻R1的一端与信号通道切换器U1的通道切换控制端S连接，第一电阻R1的另一端与上拉电源VCC3.3V连接。如图4中所示，通过第一电阻R1与电源VCC3.3V连接。如此，可将信号通道切换器U1的通道切换控制端S上来为高电平，在默认情况下，将对外接口201的输入输出信号(OTG_D+、OTG_D-)切换至从设备信号端(USB_DEVICE_D+、USB_DEVICE_D-)，***10默认状态作为从设备使用。

参阅图1和图3，电源控制电路202包括：电子开关，电子开关的控制端与对外接口201的切换设置端ID连接，电子开关的一电源端与***10的电源端VCC5V连接，电子开关的另一电源端与对外接口201电源端USB5V连接。如图3中所示，电子开关包括：MOS晶体管Q1、第二电阻R2和第三电阻R3，MOS晶体管Q1的源极与***10的电源端VCC5V连接，MOS晶体管Q1的漏极与外接口电源端USB5V连接；第二电阻R2的一端与MOS晶体管Q1的栅极连接，第二电阻R2的另一端与MOS晶体管Q1的源极连接；第三电阻R3的一端与MOS晶体管Q1的栅极连接，第三电阻R3的另一端与对外接口201的切换设置端ID(通过OTG_ID信号)连接。如图3中所示，由上述电子开关构成的电源控制电路202的工作原理具体为，当对外接口201(USB接口201J1)通过标准数据线连接电脑主机时，对外接口201(USB接口201J1)的ID端为空载状态，MOS晶体管Q1栅极被第二电阻R2上拉为高电平，MOS晶体管Q1为PMOS管，MOS晶体管Q1的源极和漏极之间不导通，***10电源VCC5V和对外接口201端USB5V相互隔离。同理，当对外接口201(USB接口201J1)通过OTG连接线连接USB从设备时，OTG连接线内部连接线使得(USB接口201J1)的4脚跟5脚相连接地，使得对外接口201(USB接口201J1)的ID端为低电平状态，此电平通过信号OTG_ID和第三电阻R3将MOS晶体管Q1栅极下拉为低电平，MOS晶体管Q1为PMOS管，MOS晶体管Q1的源极和漏极之间导通，***10电源VCC5V为对外接口201端USB5V供电。上述电源控制电路202通过采用MOS晶体管电子开关实现电源的切换，对外接口201的切换设置端ID的信号作为通道自动切换信号，可根据接入的USB主从设备的不同而自动切换，切换方式简单、实现容易，相对于采用分立元件电路实现电源的切换方式，相对与集成电路实现，生产成本更低。

参阅图1和图3，电源控制电路202还包括：单向导通器，电子开关的另一电源端与通过单向导通器与对外接口201电源端连接。其中，单向导通器的正向导通端与电子开关的另一电源端连接，单向导通器的负向导通端与对外接口201电源端连接。如图3中所示，单向导通开关包括：二极管D1，二极管D1的阳极与MOS晶体管Q1的漏极连接，二极管D1的阴极与对外接口201电源端USB5V连接。通过二极管D1的单向导通性，在对外接口201(USB接口201J1)通过标准数据线连接电脑主机时，二极管D1将对外接口201端和***10电源端隔离，电脑主机电源USB5V不能倒灌到***10电源VCC5V，可对***10内的电源电路进一步保护。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种USB自动切换电路，其特征在于，包括：

对外接口，所述对外接口用于连接USB主设备或USB从设备；

电源控制电路，所述电源控制电路分别与***电源及所述对外接口电源端连接，用以在对外接口连接USB从设备时，控制***电源为USB从设备供电，以及在对外接口连接USB主设备时，控制USB主设备的输出电源反灌至所述***电源；

USB信号控制电路，所述USB信号控制电路分别与所述对外接口及***的USB主从设备控制端连接，用以在对外接口连接USB从设备时，控制所述对外接口上的USB信号连接至***的USB从设备控制端，以及在对外接口连接USB主设备时，控制所述对外接口上的USB信号连接至***的USB主设备控制端。

2.根据权利要求1所述的USB自动切换电路，其特征在于，所述对外接口为一USB接口。

3.根据权利要求1所述的USB自动切换电路，其特征在于，所述USB信号控制电路包括：

信号通道切换器，所述信号通道切换器的通道切换控制端与所述对外接口的切换设置端连接，所述信号通道切换器的目标设备信号连接端与所述对外接口的数据端连接，所述信号通道切换器主设备信号端和从设备信号端分别与***连接。

4.根据权利要求3所述的USB自动切换电路，其特征在于，所述USB信号控制电路还包括：

第一电阻(R1)，所述第一电阻(R1)的一端与所述信号通道切换器的通道切换控制端连接，所述第一电阻(R1)的另一端与上拉电源连接。

5.根据权利要求1所述的USB自动切换电路，其特征在于，所述电源控制电路包括：

电子开关，所述电子开关的控制端与所述对外接口的切换设置端连接，所述电子开关的一电源端与***的电源端连接，所述电子开关的另一电源端与所述对外接口电源端连接。

6.根据权利要求5所述的USB自动切换电路，其特征在于，电子开关包括：

MOS晶体管(Q1)，所述MOS晶体管(Q1)的源极与所述***的电源端连接，所述述MOS晶体管(Q1)的漏极与所述外接口电源端连接；

第二电阻(R2)，所述第二电阻(R2)的一端与所述MOS晶体管(Q1)的栅极连接，所述第二电阻(R2)的另一端与所述MOS晶体管(Q1)的源极连接；

第三电阻(R3)，所述第三电阻(R3)的一端与所述MOS晶体管(Q1)的栅极连接，所述第三电阻(R3)的另一端与所述对外接口的切换设置端连接。

7.根据权利要求6所述的USB自动切换电路，其特征在于，所述电源控制电路还包括：

单向导通器，所述电子开关的另一电源端与通过所述单向导通器与所述对外接口电源端连接；

其中，所述单向导通器的正向导通端与所述电子开关的另一电源端连接，所述单向导通器的负向导通端与所述对外接口电源端连接。

8.根据权利要求7所述的USB自动切换电路，其特征在于，所述单向导通开关包括：

二极管(D1)，所述二极管(D1)的阳极与所述MOS晶体管(Q1)的漏极连接，所述二极管(D1)的阴极与所述对外接口电源端连接。

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