一种具有OTG功能的终端.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310535218.2

申请日:

2013.11.04

公开号:

CN103576544A

公开日:

2014.02.12

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G05B 9/02申请日:20131104|||公开

IPC分类号:

G05B9/02; G01R31/02

主分类号:

G05B9/02

申请人:

惠州TCL移动通信有限公司

发明人:

赵士青; 罗德祥

地址:

516006 广东省惠州市仲恺高新区和畅七路西86号

优先权:

专利代理机构:

深圳市君胜知识产权代理事务所 44268

代理人:

王永文;刘文求

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内容摘要

本发明公开了一种具有OTG功能的终端,用于接入外设时、根据外设的接口类型切换工作模式,其包括:CPU、USBOTG接口、VBUS电源模块和采样单元,所述USBOTG接口、采样单元、VBUS电源模块、CPU依次连接,所述CPU连接采样单元和USBOTG接口。本发明在接入外设时,通过对VBUS电源模块输出的电流进行采样,CPU根据电流判断外设的接口类型后控制USBOTG接口的工作模式;在四线制的USB接口上实现USBOTG功能;其无需增加USB接口的数据线或改变USB接口的外形就能实现外设接口类型的检测并自动转换为相应的工作模式,能兼容现有的四线制USB插头,适用范围较广,兼容性较高。

权利要求书

权利要求书
1.  一种具有OTG功能的终端,用于接入外设时、根据外设的接口类型切换工作模式,其特征在于,包括CPU、USB OTG接口、VBUS电源模块和采样单元,所述USB OTG接口、采样单元、VBUS电源模块、CPU依次连接,所述CPU连接采样单元和USB OTG接口;
所述采样单元用于对VBUS电源模块的输出电流进行采样并输出采样结果给CPU; CPU根据采样结果判断外设的接口类型,根据外设的接口类型输出相应的使能信号控制VBUS电源模块的工作状态、以及输出相应的驱动信号转换USB OTG接口的工作模式;USB OTG接口根据CPU输出的驱动信号控制USB OTG接口在USB Slave工作模式与USB Host工作模式之间进行转换;VBUS电源模块根据CPU输出的使能信号控制对USB OTG接口的供电状态。

2.  根据权利要求1所述的具有OTG功能的终端,其特征在于,还包括保护单元,用于当外设与USB OTG接口的USB Host工作模式不匹配时,防止外设的电流倒灌至VBUS电源模块。

3.  根据权利要求2所述的具有OTG功能的终端,其特征在于,所述采样单元包括第一电阻和电压比较放大器,所述电压比较放大器的正向输入端连接第一电阻的一端和VBUS电源模块的输出端,电压比较放大器的反向输入端连接第一电阻的另一端和USB OTG接口的VBUS脚,电压比较放大器的输出端连接CPU的ADC_IN脚。

4.  根据权利要求3所述的具有OTG功能的终端,其特征在于,所述第一电阻为阻值小于1Ω的精密电阻。

5.  根据权利要求2所述的具有OTG功能的终端,其特征在于,电压比较放大器对第一电阻两端的电压差放大后作为采样结果输入CPU,CPU对放大后的电压差进行模数转换、量化后得到压差值;CPU根据电压差、第一电阻的阻值以及电压比较放大器的放大倍数计算出流过第一电阻的电流,根据电流的大小判断外设的接入状态以及外设的接口类型。

6.  根据权利要求3所述的具有OTG功能的终端,其特征在于,所述保护单元包括第一二极管,所述第一二极管的正极连接第一电阻的另一端,第一二极管的负极连接USB OTG接口的VBUS脚。

7.  根据权利要求3所述的具有OTG功能的终端,其特征在于,所述采样单元还包括第二电阻、第三电阻和第四电阻,所述第二电阻连接在电压比较放大器的反向输入端和第一电阻的另一端之间,所述第三电阻连接在电压比较放大器的正向输入端和第一电阻的一端之间,所述第四电阻连接在电压比较放大器的反向输入端和电压比较放大器的输出端之间。

8.  根据权利要求7所述的具有OTG功能的终端,其特征在于,所述采样单元还包括第五电阻,所述第五电阻连接在电压比较放大器的输出端与CPU的ADC_IN脚之间;所述第二电阻与第三电阻的阻值相等。

9.  根据权利要求3所述的具有OTG功能的终端,其特征在于,所述VBUS电源模块包括限流器、电压转换器和振荡线圈,所述限流器的IN脚连接系统电源,限流器的EN脚连接CPU的OTG_DRV脚,限流器的OUT脚连接电压转换器的VIN脚和EN脚、还通过振荡线圈连接电压转换器的LX脚,所述电压转换器的LX脚连接第一电阻的一端。

10.  根据权利要求9所述的具有OTG功能的终端,其特征在于,所述VBUS电源模块还包括第六电阻和第一电容,所述第六电阻的一端连接限流器的EN脚、还通过第一电容接地,第六电阻的另一端连接CPU的OTG_DRV脚。

说明书

说明书一种具有OTG功能的终端
技术领域
本发明涉及移动通信技术,特别涉及一种具有OTG功能的终端。  
背景技术
现有智能终端及智能设备的USB接口多采用四线制的标准USB接口,其性能最可靠,价格最便宜,普遍适用于各种终端设备上。四线制即USB接口上设置有4根线:VBUS(电源)、D-(数据线)、D+(数据线)、GND(地线)。四线制的USB接口可以设计成USB Host模式(USB接口为主设备)或USB Slave模式(USB接口为从设备)。当外设的接口类型与USB接口的模式匹配时才能进行数据传输,如外设的USB接口为USB Host模式,终端的USB接口对应为USB Slave模式。 
但是,现有的四线制的USB接口由于没有检测管脚,很难根据外设来自动识别是USB Host设备还是USB Slave设备;并且四线制的USB接口大多工作模式固定,不能随着外设的接口类型更改为相应的工作模式。虽然目前设计出一种五线制的USB接口,通过增加一根检测线来识别外设;但是五线制的USB接口的接口外形与四线制的明显不同,不能兼容四线制的USB插头,影响了五线制的USB接口的适用范围。 
因而现有技术还有待改进和提高。 
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处,本发明的目的在于提供一种具有OTG(On-The-Go)功能的终端,以解决现有技术中四线制的USB接口的工作模式固定、不能识别外设类型的问题。 
为了达到上述目的,本发明采取了以下技术方案: 
一种具有OTG功能的终端,用于接入外设时、根据外设的接口类型切换工作模式,其包括CPU、USB OTG接口、VBUS电源模块和采样单元,所述USB OTG接口、采样单元、VBUS电源模块、CPU依次连接,所述CPU连接采样单元和USB OTG接口;
所述采样单元用于对VBUS电源模块的输出电流进行采样并输出采样结果给CPU;CPU根据采样结果判断外设的接口类型,根据外设的接口类型输出相应的使能信号控制VBUS电源模块的工作状态、以及输出相应的驱动信号转换USB OTG接口的工作模式;USB OTG接口根据CPU输出的驱动信号控制USB OTG接口在USB Slave工作模式与USB Host工作模式之间进行转换;VBUS电源模块根据CPU输出的使能信号控制对USB OTG接口的供电状态。
所述的具有OTG功能的终端中,还包括保护单元,用于当外设与USB OTG接口的USB Host工作模式不匹配时,防止外设的电流倒灌至VBUS电源模块。 
所述的具有OTG功能的终端中,所述采样单元包括第一电阻和电压比较放大器,所述电压比较放大器的正向输入端连接第一电阻的一端和VBUS电源模块的输出端,电压比较放大器的反向输入端连接第一电阻的另一端和USB OTG接口的VBUS脚,电压比较放大器的输出端连接CPU的ADC_IN脚。 
所述的具有OTG功能的终端中,所述第一电阻为阻值小于1Ω的精密电阻。 
所述的具有OTG功能的终端中,电压比较放大器对第一电阻两端的电压差放大后作为采样结果输入CPU,CPU对放大后的电压差进行模数转换、量化后得到压差值;CPU根据电压差、第一电阻的阻值以及电压比较放大器的放大倍数计算出流过第一电阻的电流,根据电流的大小判断外设的接入状态以及外设的接口类型。 
所述的具有OTG功能的终端中,所述保护单元包括第一二极管,所述第一二极管的正极连接第一电阻的另一端,第一二极管的负极连接USB OTG接口的VBUS脚。 
所述的具有OTG功能的终端中,所述采样单元还包括第二电阻、第三电阻和第四电阻,所述第二电阻连接在电压比较放大器的反向输入端和第一电阻的另一端之间,所述第三电阻连接在电压比较放大器的正向输入端和第一电阻的一端之间,所述第四电阻连接在电压比较放大器的反向输入端和电压比较放大器的输出端之间。 
所述的具有OTG功能的终端中,所述采样单元还包括第五电阻,所述第五电阻连接在电压比较放大器的输出端与CPU的ADC_IN脚之间;所述第二电阻与第三电阻的阻值相等。 
所述的具有OTG功能的终端中,所述VBUS电源模块包括限流器、电压转换器和振荡线圈,所述限流器的IN脚连接系统电源,限流器的EN脚连接CPU的OTG_DRV脚,限流器的OUT脚连接电压转换器的VIN脚和EN脚、还通过振荡线圈连接电压转换器的LX脚,所述电压转换器的LX脚连接第一电阻的一端。 
所述的具有OTG功能的终端中,所述VBUS电源模块还包括第六电阻和第一电容,所述第六电阻的一端连接限流器的EN脚、还通过第一电容接地,第六电阻的另一端连接CPU的OTG_DRV脚。 
相较于现有技术,本发明提供的具有OTG功能的终端,在接入外设时,采样单元对VBUS电源模块的输出电流进行采样并输出采样结果给CPU。CPU根据采样结果判断外设的接口类型,根据外设的接口类型输出相应的使能信号控制VBUS电源模块的工作状态、以及输出相应的驱动信号转换USB OTG接口的工作模式;在四线制的USB接口上实现了USB OTG功能;其无需增加USB接口的数据线或改变USB接口的外形就能实现外设接口类型的检测并自动转换为相应的工作模式,能兼容现有的四线制USB插头,适用范围较广,兼容性较高。 
附图说明
图1为本发明具有OTG功能的终端的结构示意图。 
图2为本发明具有OTG功能的终端的电路图。 
具体实施方式
本发明提供一种具有OTG功能的终端,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。 
请参阅图1,本发明提供的具有OTG功能的终端为具有USB接口的终端,如智能手机、平板电脑等智能设备,其包括CPU、USB OTG接口J1、采样单元100和VBUS电源模块200。所述USB OTG接口、采样单元、VBUS电源模块、CPU依次连接,所述CPU连接采样单元和USB OTG接口。当外设接入时,采样单元100对VBUS电源模块200的输出电流进行采样并输出采样结果给CPU。CPU根据采样结果判断外设的接口类型,根据外设的接口类型输出相应的使能信号控制VBUS电源模块200的工作状态、以及输出相应的驱动信号转换USB OTG接口J1的工作模式。若无电流输出,则外设为USB Host接口, CPU控制USB OTG接口为USB Slave工作模式,同时CPU控制VBUS电源模块200停止对USB OTG接口供电,此时由外设对终端供电。若有电流输出,则外设为USB Slave接口, CPU控制USB OTG接口为USB Host工作模式,同时CPU控制VBUS电源模块200对USB OTG接口供电,此时由终端对外设供电。 
本实施例中,所述采样单元100包括第一电阻R1和电压比较放大器U1,所述电压比较放大器U1的正向输入端连接第一电阻R1的一端和VBUS电源模块200的输出端1,电压比较放大器U1的反向输入端连接第一电阻R1的另一端和USB OTG接口J1的VBUS脚,电压比较放大器U1的输出端连接CPU的ADC_IN脚。 
其中,第一电阻R1用于检测VBUS电源模块200是否有电流输出。根据电流的大小即可判断外设的接入状态以及外设的接口类型,有如下3种情况: 
1、当外部无连接时,VBUS电源模块200的输出悬空,没有电流产生。
2、当外部连接的是USB Host接口的外设时,外设与VBUS电源模块200同时向USB OTG接口J1的VBUS脚上输入电压,第一电阻R1两端的压降为0,也没有电流流过。此时CPU通过USB OTG接口J1的D+脚和D-脚按USB协议枚举出外设,USB OTG接口J1进入USB Slave工作模式。此时CPU关闭VBUS电源模块200,停止其供电。 
3、当外部连接的是 USB Slave接口的外设时,该外设通过USB OTG接口J1的VBUS脚取电,终端的VBUS电源模块200对外设供电。此时供电电流通过第一电阻R1时,会在其两端产生电压差。电压比较放大器U1采集第一电阻R1两端上的电压,对两个电压进行比较,将电压差放大后作为采样结果输入CPU的ADC_IN脚(即模数转换接口),CPU对放大后的电压差进行模数转换后转换成数字信号、量化得到压差值。CPU根据电压差、第一电阻的阻值以及电压比较放大器的放大倍数计算出流过第一电阻的电流。CPU检测到该电流值判断USB Slave接口的外设接入,USB OTG接口J1进入USB Host工作模式,此时CPU控制VBUS电源模块200保持供电状态。其中,电流计算公式为I=V/(A*R),其中,V为输入CPU的ADC_IN脚的电压差,A为电压比较放大器U1的放大倍数,R为第一电阻R1的阻值。 
在具体实施时,由于VBUS电源模块200有时需要对外设供电,为了不影响供电效率,所述第一电阻R1的阻值要小,且必须稳定才能采集到电流的压降。较优地,所述第一电阻R1采用阻值小于1Ω的精密电阻,如0.1Ω,这样即可最小程度地影响VBUS供电,同时又能满足电流测量的需求。 
当外设对终端供电时,为了避免外设的电流倒灌至VBUS电源模块200,所述终端还包括保护单元300,用于当外设与USB OTG接口J1的USB Host工作模式不匹配时(即两者在USB Host工作模式下碰撞),防止外设的电流倒灌至VBUS电源模块200,影响终端内容正常工作。本实施例中,所述保护单元300包括第一二极管D1,所述第一二极管D1的正极连接第一电阻R1的另一端,第一二极管D1的负极连接USB OTG接口J1的VBUS脚,通过第一二极管D1的连接方式使VBUS电源模块200只能单向电流输出,对外设输入的逆向电流进行截止,避免外部电流倒灌。 
请同时参阅图2,为了获取较好的输入信号,并对USB OTG接口的输入端进行保护,所述终端还包括第一保护二极管ESD1、第二保护二极管ESD2、第三保护二极管ESD3和共模抑制线圈FB1。所述USB OTG接口J1的VBUS脚通过第一保护二极管ESD1接地,USB OTG接口J1的D+脚连接共模抑制线圈FB1的第1端、还通过第二保护二极管ESD2接地;USB OTG接口J1的D-脚连接共模抑制线圈FB1的第3端、还通过第三保护二极管ESD3接地。共模抑制线圈FB1的第2端连接CPU的OTG_DP脚,共模抑制线圈FB1的第4端连接CPU的OTG_DM脚。第一保护二极管ESD1、第二保护二极管ESD2、第三保护二极管ESD3能起到静电保护作用,共模抑制线圈FB1起到滤波作用,优化了外设与终端之间传输的数据信号的波形。 
所述采样单元100还包括第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4,所述第二电阻R2连接在电压比较放大器U1的反向输入端和第一电阻R1的另一端之间,所述第三电阻R3连接在电压比较放大器U1的正向输入端和第一电阻R1的一端之间,所述第四电阻R4连接在电压比较放大器U1的反向输入端和电压比较放大器U1的输出端之间。所述第二电阻R2和第四电阻R4的阻值决定了电压比较放大器U1的放大倍数。所述第二电阻R2与第三电阻R3的阻值相等,用于平衡输入阻抗,使电压差的比较结果更准确。 
为了保护终端,所述采样单元还包括第五电阻R5,所述第五电阻R5连接在电压比较放大器U1的输出端与CPU的ADC_IN脚之间。当外设故障或VBUS电源模块200故障产生大电流时,通过第五电阻R5限流可避免大电流对CPU的损坏。   
本实施例中,所述VBUS电源模块200包括限流器U2、电压转换器U3和振荡线圈L1,所述限流器U2的IN脚连接系统电源,限流器U2的EN脚(即VBUS电源模块200的输入端2)连接CPU的OTG_DRV脚,限流器U2的OUT脚连接电压转换器U3的VIN脚和EN脚、还通过振荡线圈L1连接电压转换器U3的LX脚,所述电压转换器U3的LX脚连接第一电阻的一端。
所述限流器U2用于限制VBUS电源模块200输出的最大电流,其将系统电源提供的电源电压传输给电压转换器U3进行DC/DC转换,电压转换器U3为直流到直流的电压转换器,其输出的电压通过第一电阻R2和第一二极管D1后给USB OTG接口J1供电。限流器U2根据其EN脚输入的CPU传输的使能信号来控制VBUS电源模块200的启闭。当出现短路时可通过限流器U2关闭电压转换器U3,使VBUS电源模块200停止供电,实现短路保护。 
为了避免控制启闭时的误动作,所述VBUS电源模块200还包括第六电阻R6和第一电容C1,所述第六电阻R6的一端连接限流器U2的EN脚、还通过第一电容C1接地,第六电阻R6的另一端连接CPU的OTG_DRV脚。由第六电阻R6和第一电容C1组成的RC滤波电路进行低通滤波,能减少干扰,准确采集CPU输出的使能信号。 
为了确保电源电压的稳定性,所述VBUS电源模块200还包括第二电容C2,所述第二电容C2的一端连接系统电源和限流器U2的IN脚,第二电容C2的另一端接地。第二电容C2可对输入的电源电压实现滤波稳压的作用。 
在具体实施时,所述VBUS电源模块200还包括第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5和第六电容C6。所述第三电容C3和第四电容C4并联在限流器U2的OUT脚与地之间,对限流器U2输出的电压进行滤波、平滑。所述第五电容C5和第六电容C6并联在电压转换器U3的LX脚与地之间,对电压转换器U3输出的电压进行滤波。 
请同时参阅图1和图2,在具体实施时, USB OTG接口J1的缺省工作状态设置为USB Slave工作模式,VBUS电源模块200设置为+5V输出模式;由CPU的OTG_DM脚和OTG_DP脚输出相应的指令通过USB OTG接口J1的D+/D-脚实现。 
当外部连接USB Host接口设备时,USB OTG接口J1默认的是USB Slave工作模式,这两个接口匹配。此时CPU通过USB OTG接口J1的D+/D-脚枚举出外部的USB Host接口设备的接入并进行相应的操作。同时,由于外部的USB Host接口设备和VBUS电源模块200都在对USB OTG接口J1的VBUS脚供电,第一电阻R1上没有产生电流,也就没有电压差,电压比较放大器U1输出低电平。CPU获取该低电平后量化得到的压差值为0,即电流为0。CPU的OTG_DRV脚输出低电平的使能信号给限流器U2,使限流器U2关闭,停止将系统电源传输的电源电压提供给电压转换器U3。电压转换器U3不工作,无输出,相当于VBUS电源模块200关闭,停止对USB OTG接口J1的VBUS脚供电。USB OTG接口J1保持USB Slave工作模式。 
当外部连接的是USB Slave接口设备时,由于USB OTG接口J1默认的是USB Slave工作模式,这两个接口不匹配。USB Slave接口设备通过USB OTG接口J1的VBUS脚取电,终端的VBUS电源模块200对外供电。此时有电流流过第一电阻R1,产生了压降,第一电阻R1两端的电压差经过电压比较放大器U1放大后进入CPU的ADC_IN脚。CPU对放大后的电压差进行模数转换后量化得到压差值,根据公式I=V/(A*R)计算出电流的大小,根据电流值判定外部有USB Slave接口设备接入,CPU立即驱动USB OTG接口J1将其工作模式切换为USB Host工作模式,并枚举USB Slave接口设备的接入,枚举出后再根据需要进行相关的USB操作。此时CPU输出高电平的使能信号给限流器U2,保持VBUS电源模块200的供电状态。 
综上所述,本发明提供的具有OTG功能的终端,采用了USB OTG接口,通过在USB OTG接口的VBUS脚与VBUS电源模块的输出端之间串联一个小阻值的精密电阻(即第一电阻),当有电流流过该电阻时产生压降,通过检测该压降即可判断外设的接口模式,从而自动切换为相应的工作模式来与外设匹配,在四线制的USB接口上实现了USB OTG功能;其无需增加USB接口的数据线或改变USB接口的外形就能实现外设接口类型的检测,能兼容现有的四线制USB插头,适用范围较广,兼容性较高,同时还通过第一二极管实现了电流防倒灌,保护了终端的正常工作,提高了系统的稳定性和可靠性。 
可以理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

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1、(10)申请公布号 CN 103576544 A (43)申请公布日 2014.02.12 CN 103576544 A (21)申请号 201310535218.2 (22)申请日 2013.11.04 G05B 9/02(2006.01) G01R 31/02(2006.01) (71)申请人 惠州 TCL 移动通信有限公司 地址 516006 广东省惠州市仲恺高新区和畅 七路西 86 号 (72)发明人 赵士青 罗德祥 (74)专利代理机构 深圳市君胜知识产权代理事 务所 44268 代理人 王永文 刘文求 (54) 发明名称 一种具有 OTG 功能的终端 (57) 摘要 本发明公开了一。

2、种具有 OTG 功能的终端, 用 于接入外设时、 根据外设的接口类型切换工作模 式, 其包括 : CPU、 USBOTG 接口、 VBUS 电源模块和 采样单元, 所述 USBOTG 接口、 采样单元、 VBUS 电 源模块、 CPU 依次连接, 所述 CPU 连接采样单元和 USBOTG 接口。本发明在接入外设时, 通过对 VBUS 电源模块输出的电流进行采样, CPU 根据电流判 断外设的接口类型后控制 USBOTG 接口的工作模 式 ; 在四线制的 USB 接口上实现 USBOTG 功能 ; 其 无需增加 USB 接口的数据线或改变 USB 接口的外 形就能实现外设接口类型的检测并自动转。

3、换为相 应的工作模式, 能兼容现有的四线制 USB 插头, 适 用范围较广, 兼容性较高。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103576544 A CN 103576544 A 1/1 页 2 1. 一种具有 OTG 功能的终端, 用于接入外设时、 根据外设的接口类型切换工作模式, 其 特征在于, 包括 CPU、 USB OTG 接口、 VBUS 电源模块和采样单元, 所述 USB OTG 接口、 采样单 元、 VBUS 电源模块。

4、、 CPU 依次连接, 所述 CPU 连接采样单元和 USB OTG 接口 ; 所述采样单元用于对VBUS电源模块的输出电流进行采样并输出采样结果给CPU ; CPU 根据采样结果判断外设的接口类型, 根据外设的接口类型输出相应的使能信号控制 VBUS 电源模块的工作状态、 以及输出相应的驱动信号转换 USB OTG 接口的工作模式 ; USB OTG 接 口根据 CPU 输出的驱动信号控制 USB OTG 接口在 USB Slave 工作模式与 USB Host 工作模 式之间进行转换 ; VBUS电源模块根据CPU输出的使能信号控制对USB OTG接口的供电状态。 2. 根据权利要求 1 。

5、所述的具有 OTG 功能的终端, 其特征在于, 还包括保护单元, 用于当 外设与 USB OTG 接口的 USB Host 工作模式不匹配时, 防止外设的电流倒灌至 VBUS 电源模 块。 3.根据权利要求2所述的具有OTG功能的终端, 其特征在于, 所述采样单元包括第一电 阻和电压比较放大器, 所述电压比较放大器的正向输入端连接第一电阻的一端和 VBUS 电 源模块的输出端, 电压比较放大器的反向输入端连接第一电阻的另一端和 USB OTG 接口的 VBUS 脚, 电压比较放大器的输出端连接 CPU 的 ADC_IN 脚。 4.根据权利要求3所述的具有OTG功能的终端, 其特征在于, 所述第。

6、一电阻为阻值小于 1 的精密电阻。 5.根据权利要求2所述的具有OTG功能的终端, 其特征在于, 电压比较放大器对第一电 阻两端的电压差放大后作为采样结果输入 CPU, CPU 对放大后的电压差进行模数转换、 量化 后得到压差值 ; CPU 根据电压差、 第一电阻的阻值以及电压比较放大器的放大倍数计算出 流过第一电阻的电流, 根据电流的大小判断外设的接入状态以及外设的接口类型。 6.根据权利要求3所述的具有OTG功能的终端, 其特征在于, 所述保护单元包括第一二 极管, 所述第一二极管的正极连接第一电阻的另一端, 第一二极管的负极连接USB OTG接口 的 VBUS 脚。 7.根据权利要求3所。

7、述的具有OTG功能的终端, 其特征在于, 所述采样单元还包括第二 电阻、 第三电阻和第四电阻, 所述第二电阻连接在电压比较放大器的反向输入端和第一电 阻的另一端之间, 所述第三电阻连接在电压比较放大器的正向输入端和第一电阻的一端之 间, 所述第四电阻连接在电压比较放大器的反向输入端和电压比较放大器的输出端之间。 8.根据权利要求7所述的具有OTG功能的终端, 其特征在于, 所述采样单元还包括第五 电阻, 所述第五电阻连接在电压比较放大器的输出端与 CPU 的 ADC_IN 脚之间 ; 所述第二电 阻与第三电阻的阻值相等。 9. 根据权利要求 3 所述的具有 OTG 功能的终端, 其特征在于, 。

8、所述 VBUS 电源模块包括 限流器、 电压转换器和振荡线圈, 所述限流器的IN脚连接系统电源, 限流器的EN脚连接CPU 的 OTG_DRV 脚, 限流器的 OUT 脚连接电压转换器的 VIN 脚和 EN 脚、 还通过振荡线圈连接电 压转换器的 LX 脚, 所述电压转换器的 LX 脚连接第一电阻的一端。 10.根据权利要求9所述的具有OTG功能的终端, 其特征在于, 所述VBUS电源模块还包 括第六电阻和第一电容, 所述第六电阻的一端连接限流器的 EN 脚、 还通过第一电容接地, 第六电阻的另一端连接 CPU 的 OTG_DRV 脚。 权 利 要 求 书 CN 103576544 A 2 1。

9、/5 页 3 一种具有 OTG 功能的终端 技术领域 0001 本发明涉及移动通信技术, 特别涉及一种具有 OTG 功能的终端。 背景技术 0002 现有智能终端及智能设备的 USB 接口多采用四线制的标准 USB 接口, 其性能最可 靠, 价格最便宜, 普遍适用于各种终端设备上。四线制即 USB 接口上设置有 4 根线 : VBUS (电 源) 、 D-(数据线) 、 D+(数据线) 、 GND(地线) 。四线制的 USB 接口可以设计成 USB Host 模式 (USB 接口为主设备) 或 USB Slave 模式 (USB 接口为从设备) 。当外设的接口类型与 USB 接 口的模式匹配时。

10、才能进行数据传输, 如外设的 USB 接口为 USB Host 模式, 终端的 USB 接口 对应为 USB Slave 模式。 0003 但是, 现有的四线制的 USB 接口由于没有检测管脚, 很难根据外设来自动识别是 USB Host 设备还是 USB Slave 设备 ; 并且四线制的 USB 接口大多工作模式固定, 不能随着 外设的接口类型更改为相应的工作模式。虽然目前设计出一种五线制的 USB 接口, 通过增 加一根检测线来识别外设 ; 但是五线制的 USB 接口的接口外形与四线制的明显不同, 不能 兼容四线制的 USB 插头, 影响了五线制的 USB 接口的适用范围。 0004 因。

11、而现有技术还有待改进和提高。 发明内容 0005 鉴于上述现有技术的不足之处, 本发明的目的在于提供一种具有 OTG (On-The-Go) 功能的终端, 以解决现有技术中四线制的 USB 接口的工作模式固定、 不能识别外设类型的 问题。 0006 为了达到上述目的, 本发明采取了以下技术方案 : 一种具有 OTG 功能的终端, 用于接入外设时、 根据外设的接口类型切换工作模式, 其包 括 CPU、 USB OTG 接口、 VBUS 电源模块和采样单元, 所述 USB OTG 接口、 采样单元、 VBUS 电源 模块、 CPU 依次连接, 所述 CPU 连接采样单元和 USB OTG 接口 ;。

12、 所述采样单元用于对 VBUS 电源模块的输出电流进行采样并输出采样结果给 CPU ; CPU 根据采样结果判断外设的接口类型, 根据外设的接口类型输出相应的使能信号控制 VBUS 电源模块的工作状态、 以及输出相应的驱动信号转换 USB OTG 接口的工作模式 ; USB OTG 接 口根据 CPU 输出的驱动信号控制 USB OTG 接口在 USB Slave 工作模式与 USB Host 工作模 式之间进行转换 ; VBUS电源模块根据CPU输出的使能信号控制对USB OTG接口的供电状态。 0007 所述的具有 OTG 功能的终端中, 还包括保护单元, 用于当外设与 USB OTG 接。

13、口的 USB Host 工作模式不匹配时, 防止外设的电流倒灌至 VBUS 电源模块。 0008 所述的具有 OTG 功能的终端中, 所述采样单元包括第一电阻和电压比较放大器, 所述电压比较放大器的正向输入端连接第一电阻的一端和 VBUS 电源模块的输出端, 电压 比较放大器的反向输入端连接第一电阻的另一端和USB OTG接口的VBUS脚, 电压比较放大 器的输出端连接 CPU 的 ADC_IN 脚。 说 明 书 CN 103576544 A 3 2/5 页 4 0009 所述的具有 OTG 功能的终端中, 所述第一电阻为阻值小于 1 的精密电阻。 0010 所述的具有 OTG 功能的终端中,。

14、 电压比较放大器对第一电阻两端的电压差放大后 作为采样结果输入 CPU, CPU 对放大后的电压差进行模数转换、 量化后得到压差值 ; CPU 根据 电压差、 第一电阻的阻值以及电压比较放大器的放大倍数计算出流过第一电阻的电流, 根 据电流的大小判断外设的接入状态以及外设的接口类型。 0011 所述的具有 OTG 功能的终端中, 所述保护单元包括第一二极管, 所述第一二极管 的正极连接第一电阻的另一端, 第一二极管的负极连接 USB OTG 接口的 VBUS 脚。 0012 所述的具有 OTG 功能的终端中, 所述采样单元还包括第二电阻、 第三电阻和第四 电阻, 所述第二电阻连接在电压比较放大。

15、器的反向输入端和第一电阻的另一端之间, 所述 第三电阻连接在电压比较放大器的正向输入端和第一电阻的一端之间, 所述第四电阻连接 在电压比较放大器的反向输入端和电压比较放大器的输出端之间。 0013 所述的具有 OTG 功能的终端中, 所述采样单元还包括第五电阻, 所述第五电阻连 接在电压比较放大器的输出端与CPU的ADC_IN脚之间 ; 所述第二电阻与第三电阻的阻值相 等。 0014 所述的具有 OTG 功能的终端中, 所述 VBUS 电源模块包括限流器、 电压转换器和振 荡线圈, 所述限流器的 IN 脚连接系统电源, 限流器的 EN 脚连接 CPU 的 OTG_DRV 脚, 限流器 的 OU。

16、T 脚连接电压转换器的 VIN 脚和 EN 脚、 还通过振荡线圈连接电压转换器的 LX 脚, 所述 电压转换器的 LX 脚连接第一电阻的一端。 0015 所述的具有 OTG 功能的终端中, 所述 VBUS 电源模块还包括第六电阻和第一电容, 所述第六电阻的一端连接限流器的 EN 脚、 还通过第一电容接地, 第六电阻的另一端连接 CPU 的 OTG_DRV 脚。 0016 相较于现有技术, 本发明提供的具有 OTG 功能的终端, 在接入外设时, 采样单元对 VBUS 电源模块的输出电流进行采样并输出采样结果给 CPU。CPU 根据采样结果判断外设 的接口类型, 根据外设的接口类型输出相应的使能信。

17、号控制 VBUS 电源模块的工作状态、 以 及输出相应的驱动信号转换 USB OTG 接口的工作模式 ; 在四线制的 USB 接口上实现了 USB OTG 功能 ; 其无需增加 USB 接口的数据线或改变 USB 接口的外形就能实现外设接口类型的 检测并自动转换为相应的工作模式, 能兼容现有的四线制 USB 插头, 适用范围较广, 兼容性 较高。 附图说明 0017 图 1 为本发明具有 OTG 功能的终端的结构示意图。 0018 图 2 为本发明具有 OTG 功能的终端的电路图。 具体实施方式 0019 本发明提供一种具有 OTG 功能的终端, 为使本发明的目的、 技术方案及效果更加 清楚、。

18、 明确, 以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解, 此处所描述的 具体实施例仅用以解释本发明, 并不用于限定本发明。 0020 请参阅图 1, 本发明提供的具有 OTG 功能的终端为具有 USB 接口的终端, 如智能手 机、 平板电脑等智能设备, 其包括CPU、 USB OTG接口J1、 采样单元100和VBUS电源模块200。 说 明 书 CN 103576544 A 4 3/5 页 5 所述 USB OTG 接口、 采样单元、 VBUS 电源模块、 CPU 依次连接, 所述 CPU 连接采样单元和 USB OTG 接口。当外设接入时, 采样单元 100 对 VBUS 电源模。

19、块 200 的输出电流进行采样并输出 采样结果给 CPU。CPU 根据采样结果判断外设的接口类型, 根据外设的接口类型输出相应的 使能信号控制 VBUS 电源模块 200 的工作状态、 以及输出相应的驱动信号转换 USB OTG 接 口 J1 的工作模式。若无电流输出, 则外设为 USB Host 接口, CPU 控制 USB OTG 接口为 USB Slave工作模式, 同时CPU控制VBUS电源模块200停止对USB OTG接口供电, 此时由外设对 终端供电。若有电流输出, 则外设为 USB Slave 接口, CPU 控制 USB OTG 接口为 USB Host 工作模式, 同时CPU。

20、控制VBUS电源模块200对USB OTG接口供电, 此时由终端对外设供电。 0021 本实施例中, 所述采样单元 100 包括第一电阻 R1 和电压比较放大器 U1, 所述电压 比较放大器 U1 的正向输入端连接第一电阻 R1 的一端和 VBUS 电源模块 200 的输出端 1, 电 压比较放大器 U1 的反向输入端连接第一电阻 R1 的另一端和 USB OTG 接口 J1 的 VBUS 脚, 电压比较放大器 U1 的输出端连接 CPU 的 ADC_IN 脚。 0022 其中, 第一电阻 R1 用于检测 VBUS 电源模块 200 是否有电流输出。根据电流的大 小即可判断外设的接入状态以及外。

21、设的接口类型, 有如下 3 种情况 : 1、 当外部无连接时, VBUS 电源模块 200 的输出悬空, 没有电流产生。 0023 2、 当外部连接的是USB Host接口的外设时, 外设与VBUS电源模块200同时向USB OTG 接口 J1 的 VBUS 脚上输入电压, 第一电阻 R1 两端的压降为 0, 也没有电流流过。此时 CPU 通过 USB OTG 接口 J1 的 D+ 脚和 D- 脚按 USB 协议枚举出外设, USB OTG 接口 J1 进入 USB Slave 工作模式。此时 CPU 关闭 VBUS 电源模块 200, 停止其供电。 0024 3、 当外部连接的是 USB S。

22、lave接口的外设时, 该外设通过USB OTG接口J1的VBUS 脚取电, 终端的 VBUS 电源模块 200 对外设供电。此时供电电流通过第一电阻 R1 时, 会在其 两端产生电压差。电压比较放大器 U1 采集第一电阻 R1 两端上的电压, 对两个电压进行比 较, 将电压差放大后作为采样结果输入CPU的ADC_IN脚 (即模数转换接口) , CPU对放大后的 电压差进行模数转换后转换成数字信号、 量化得到压差值。CPU 根据电压差、 第一电阻的阻 值以及电压比较放大器的放大倍数计算出流过第一电阻的电流。CPU 检测到该电流值判断 USB Slave 接口的外设接入, USB OTG 接口 。

23、J1 进入 USB Host 工作模式, 此时 CPU 控制 VBUS 电源模块 200 保持供电状态。其中, 电流计算公式为 I=V/(A*R), 其中, V 为输入 CPU 的 ADC_ IN 脚的电压差, A 为电压比较放大器 U1 的放大倍数, R 为第一电阻 R1 的阻值。 0025 在具体实施时, 由于 VBUS 电源模块 200 有时需要对外设供电, 为了不影响供电效 率, 所述第一电阻 R1 的阻值要小, 且必须稳定才能采集到电流的压降。较优地, 所述第一电 阻R1采用阻值小于1的精密电阻, 如0.1, 这样即可最小程度地影响VBUS供电, 同时又 能满足电流测量的需求。 00。

24、26 当外设对终端供电时, 为了避免外设的电流倒灌至 VBUS 电源模块 200, 所述终端 还包括保护单元 300, 用于当外设与 USB OTG 接口 J1 的 USB Host 工作模式不匹配时 (即两 者在USB Host工作模式下碰撞) , 防止外设的电流倒灌至VBUS电源模块200, 影响终端内容 正常工作。本实施例中, 所述保护单元 300 包括第一二极管 D1, 所述第一二极管 D1 的正极 连接第一电阻 R1 的另一端, 第一二极管 D1 的负极连接 USB OTG 接口 J1 的 VBUS 脚, 通过第 一二极管 D1 的连接方式使 VBUS 电源模块 200 只能单向电流。

25、输出, 对外设输入的逆向电流 进行截止, 避免外部电流倒灌。 说 明 书 CN 103576544 A 5 4/5 页 6 0027 请同时参阅图 2, 为了获取较好的输入信号, 并对 USB OTG 接口的输入端进行保 护, 所述终端还包括第一保护二极管 ESD1、 第二保护二极管 ESD2、 第三保护二极管 ESD3 和 共模抑制线圈 FB1。所述 USB OTG 接口 J1 的 VBUS 脚通过第一保护二极管 ESD1 接地, USB OTG 接口 J1 的 D+ 脚连接共模抑制线圈 FB1 的第 1 端、 还通过第二保护二极管 ESD2 接地 ; USB OTG 接口 J1 的 D- 。

26、脚连接共模抑制线圈 FB1 的第 3 端、 还通过第三保护二极管 ESD3 接 地。共模抑制线圈 FB1 的第 2 端连接 CPU 的 OTG_DP 脚, 共模抑制线圈 FB1 的第 4 端连接 CPU 的 OTG_DM 脚。第一保护二极管 ESD1、 第二保护二极管 ESD2、 第三保护二极管 ESD3 能起 到静电保护作用, 共模抑制线圈 FB1 起到滤波作用, 优化了外设与终端之间传输的数据信 号的波形。 0028 所述采样单元 100 还包括第二电阻 R2、 第三电阻 R3 和第四电阻 R4, 所述第二电阻 R2 连接在电压比较放大器 U1 的反向输入端和第一电阻 R1 的另一端之间,。

27、 所述第三电阻 R3 连接在电压比较放大器 U1 的正向输入端和第一电阻 R1 的一端之间, 所述第四电阻 R4 连接 在电压比较放大器U1的反向输入端和电压比较放大器U1的输出端之间。 所述第二电阻R2 和第四电阻 R4 的阻值决定了电压比较放大器 U1 的放大倍数。所述第二电阻 R2 与第三电 阻 R3 的阻值相等, 用于平衡输入阻抗, 使电压差的比较结果更准确。 0029 为了保护终端, 所述采样单元还包括第五电阻 R5, 所述第五电阻 R5 连接在电压比 较放大器 U1 的输出端与 CPU 的 ADC_IN 脚之间。当外设故障或 VBUS 电源模块 200 故障产 生大电流时, 通过第。

28、五电阻 R5 限流可避免大电流对 CPU 的损坏。 本实施例中, 所述 VBUS 电源模块 200 包括限流器 U2、 电压转换器 U3 和振荡线圈 L1, 所 述限流器 U2 的 IN 脚连接系统电源, 限流器 U2 的 EN 脚 (即 VBUS 电源模块 200 的输入端 2) 连接CPU的OTG_DRV脚, 限流器U2的OUT脚连接电压转换器U3的VIN脚和EN脚、 还通过振 荡线圈 L1 连接电压转换器 U3 的 LX 脚, 所述电压转换器 U3 的 LX 脚连接第一电阻的一端。 0030 所述限流器 U2 用于限制 VBUS 电源模块 200 输出的最大电流, 其将系统电源提供 的电。

29、源电压传输给电压转换器 U3 进行 DC/DC 转换, 电压转换器 U3 为直流到直流的电压转 换器, 其输出的电压通过第一电阻 R2 和第一二极管 D1 后给 USB OTG 接口 J1 供电。限流器 U2 根据其 EN 脚输入的 CPU 传输的使能信号来控制 VBUS 电源模块 200 的启闭。当出现短路 时可通过限流器 U2 关闭电压转换器 U3, 使 VBUS 电源模块 200 停止供电, 实现短路保护。 0031 为了避免控制启闭时的误动作, 所述 VBUS 电源模块 200 还包括第六电阻 R6 和第 一电容 C1, 所述第六电阻 R6 的一端连接限流器 U2 的 EN 脚、 还通。

30、过第一电容 C1 接地, 第六 电阻 R6 的另一端连接 CPU 的 OTG_DRV 脚。由第六电阻 R6 和第一电容 C1 组成的 RC 滤波电 路进行低通滤波, 能减少干扰, 准确采集 CPU 输出的使能信号。 0032 为了确保电源电压的稳定性, 所述 VBUS 电源模块 200 还包括第二电容 C2, 所述第 二电容 C2 的一端连接系统电源和限流器 U2 的 IN 脚, 第二电容 C2 的另一端接地。第二电 容 C2 可对输入的电源电压实现滤波稳压的作用。 0033 在具体实施时, 所述 VBUS 电源模块 200 还包括第三电容 C3、 第四电容 C4、 第五电 容 C5 和第六电。

31、容 C6。所述第三电容 C3 和第四电容 C4 并联在限流器 U2 的 OUT 脚与地之 间, 对限流器 U2 输出的电压进行滤波、 平滑。所述第五电容 C5 和第六电容 C6 并联在电压 转换器 U3 的 LX 脚与地之间, 对电压转换器 U3 输出的电压进行滤波。 0034 请同时参阅图 1 和图 2, 在具体实施时, USB OTG 接口 J1 的缺省工作状态设置为 说 明 书 CN 103576544 A 6 5/5 页 7 USB Slave 工作模式, VBUS 电源模块 200 设置为 +5V 输出模式 ; 由 CPU 的 OTG_DM 脚和 OTG_ DP 脚输出相应的指令通过。

32、 USB OTG 接口 J1 的 D+/D- 脚实现。 0035 当外部连接 USB Host 接口设备时, USB OTG 接口 J1 默认的是 USB Slave 工作模 式, 这两个接口匹配。 此时CPU通过USB OTG接口J1的D+/D-脚枚举出外部的USB Host接 口设备的接入并进行相应的操作。同时, 由于外部的 USB Host 接口设备和 VBUS 电源模块 200 都在对 USB OTG 接口 J1 的 VBUS 脚供电, 第一电阻 R1 上没有产生电流, 也就没有电压 差, 电压比较放大器 U1 输出低电平。CPU 获取该低电平后量化得到的压差值为 0, 即电流为 0。。

33、CPU 的 OTG_DRV 脚输出低电平的使能信号给限流器 U2, 使限流器 U2 关闭, 停止将系统电 源传输的电源电压提供给电压转换器U3。 电压转换器U3不工作, 无输出, 相当于VBUS电源 模块 200 关闭, 停止对 USB OTG 接口 J1 的 VBUS 脚供电。USB OTG 接口 J1 保持 USB Slave 工作模式。 0036 当外部连接的是USB Slave接口设备时, 由于USB OTG接口J1默认的是USB Slave 工作模式, 这两个接口不匹配。USB Slave 接口设备通过 USB OTG 接口 J1 的 VBUS 脚取电, 终端的 VBUS 电源模块 。

34、200 对外供电。此时有电流流过第一电阻 R1, 产生了压降, 第一电阻 R1 两端的电压差经过电压比较放大器 U1 放大后进入 CPU 的 ADC_IN 脚。CPU 对放大后的电 压差进行模数转换后量化得到压差值, 根据公式 I=V/(A*R) 计算出电流的大小, 根据电流 值判定外部有 USB Slave 接口设备接入, CPU 立即驱动 USB OTG 接口 J1 将其工作模式切换 为 USB Host 工作模式, 并枚举 USB Slave 接口设备的接入, 枚举出后再根据需要进行相关 的 USB 操作。此时 CPU 输出高电平的使能信号给限流器 U2, 保持 VBUS 电源模块 20。

35、0 的供电 状态。 0037 综上所述, 本发明提供的具有 OTG 功能的终端, 采用了 USB OTG 接口, 通过在 USB OTG 接口的 VBUS 脚与 VBUS 电源模块的输出端之间串联一个小阻值的精密电阻 (即第一电 阻) , 当有电流流过该电阻时产生压降, 通过检测该压降即可判断外设的接口模式, 从而自 动切换为相应的工作模式来与外设匹配, 在四线制的USB接口上实现了USB OTG功能 ; 其无 需增加 USB 接口的数据线或改变 USB 接口的外形就能实现外设接口类型的检测, 能兼容现 有的四线制 USB 插头, 适用范围较广, 兼容性较高, 同时还通过第一二极管实现了电流防倒 灌, 保护了终端的正常工作, 提高了系统的稳定性和可靠性。 0038 可以理解的是, 对本领域普通技术人员来说, 可以根据本发明的技术方案及其发 明构思加以等同替换或改变, 而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保 护范围。 说 明 书 CN 103576544 A 7 1/2 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103576544 A 8 2/2 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103576544 A 9 。

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