CN101383627B

CN101383627B - 终端充电器充电、usb充电和数据通信的装置及方法

Info

Publication number: CN101383627B
Application number: CN2007101213467A
Authority: CN
Inventors: 黄忠; 王海龙; 林俊超
Original assignee: Leadcore Technology Co Ltd
Current assignee: Leadcore Technology Co Ltd
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-09-04
Also published as: CN101383627A

Abstract

本发明公开了一种终端充电器充电、USB充电和数据通信的方法，包括：处理器检测USB插入中断和充电器插入中断的触发情况；如果两个中断均被触发，则确定终端处于充电器插入状态，启动充电器充电流程；如果仅有USB插入中断被触发，则确定处于USB数据线插入状态，启动USB充电流程，并进行USB数据传输。同时还公开了一种终端充电器充电、USB充电和数据通信的装置，包括处理器、USB接口模块和选择模块，其中，选择模块包括选择端和两个单输入、双输出开关。通过本发明为用户提供了一套电路结构简单、占用资源少、信号质量和数据传输可靠性被大大提高的终端充电器充电、USB充电和数据通信三合一的解决方案。

Description

终端充电器充电、USB充电和数据通信的装置及方法

技术领域

本发明主要涉及通讯电子领域，尤其涉及一种终端充电器充电、USB充电和数据通信的装置及方法。

背景技术

2007年国家颁布了《移动通信手持机充电器及接口技术要求和测试方法》，明确规定终端充电器的线缆与插头之间的接口需采用USB接口，并且将充电器中USB接口内部的管脚D+与D-短路，而充电器与终端之间的连接电缆和接口由设计者自行设计。

图1为现有标准下终端充电器101USB接口的示意图，图1中，终端充电器101左边两个管脚为电源输入端，右边四个管脚分别为V_Bus、D+、D-和GND，其中管脚D+与D-通过内部导线连接而被短路。

现有的采用USB接口对终端进行充电的方案大多是利用包括通用输入输出(GPIO，General Purpose Input Output)接口、逻辑控制器或者三极管的电路来实现对充电器和USB数据线的检测和区分，并辅以相应的方法实现对终端进行充电器充电或USB充电。

图2为现有技术中通过GPIO接口实现终端USB充电的电路原理图，图中包括：

终端内部充电模块201、充电接口202、外部计算机203、外部充电器204和充电电池205。终端内部充电模块201包括控制器逻辑模块2011，控制器逻辑模块2011包括管脚GPIO1、GPIO2、CHGDET、VCHG等。

在终端内部充电模块201中，电阻R6为管脚USB_DP所在数据线上的上拉电阻，充电模式检测电路包括电阻R2、R3、R4和R5，其中电阻R2、R4为USB_DM管脚所在的数据线构成分压，经过分压后输入到管脚GPIO1，而电阻R3、R5为管脚USB_DP所在的数据线构成分压，经过分压后输入到管脚GPIO2。控制器逻辑模块2011用于识别与外部计算机203进行全速USB数据通信。

整个电路设计原理为：控制器逻辑模块2011根据管脚GPIO1和GPIO2上的电压信号状态判定终端的工作状态，从而实现通过USB接口对终端进行充电和数据通信。

当充电接口202同时插入外部充电器204和外部计算机203的USB数据线接口时，USB数据线接口的管脚USB_DP和USB_DM被短路，同时电路使管脚GPIO1和GPIO2上电压都为高，因此控制器逻辑模块2011判断当前状态为充电状态；

当充电接口202仅插入外部计算机203的USB数据线接口时，USB数据线接口的管脚USB_DP和USB_DM没有被短路，此时电路使管脚GPIO1上的电压为高、管脚GPIO2上的电压为低。因此控制器逻辑模块2011判断当前状态为数据通信状态。

目前，由于终端充电器标准YD/T1591-2006《移动通信手持机充电器及接口技术要求和测试方法》的推出时间还不长，现有的技术方案还不成熟，存在很多不足，具体如下：

在目前终端与外部设备的数据传输量不大的情况下，大多数终端厂商只能提供USB1.1接口供终端与外部通信所用，USB1.1接口的数据传输速率最高为12Mbps，在该速率进行数据传输，对信号质量的要求不是非常苛刻，然而随着终端的多媒体功能和数据处理功能的日益增大，对数据吞吐率要求的日益提高，终端上的USB接口必然转向支持传输速率高达480Mbps的USB2.0接口，由于USB2.0接口对电路信号质量的要求将大大提高，从而对USB电路设计中保证信号完整性提出更高的要求，而现有的USB电路设计直接在参与USB通信的管脚D+、D-所在的数据线上增加并联的电阻、电感和电容等负载，造成对传输速率高达480Mbps的信号完整性的破坏，使USB2.0接口通信的可靠性大大降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供终端充电器充电、USB充电和数据通信的装置及方法，达到为用户提供一套电路结构简单、占用资源少、信号质量和数据传输可靠性被大大提高的终端充电器充电、USB充电和数据通信三合一的解决方案。

本发明提供了终端充电器充电、USB充电和数据通信的装置，包括：

处理器：包括数据接口、第一接口、第二接口和第三接口；

USB接口模块：包括数据端口和电源接口；其中，电源接口与第二接口连接；

其特征在于，还包括：

选择模块：包括选择端、第一开关和第二开关，第一开关和第二开关分别包括输入端、第一输出端和第二输出端；其中，选择端与第三接口连接，用于控制第一、第二开关的输入端与输出端的连接；第一、第二开关的第一输出端与处理器的数据接口连接；第一开关的第二输出端与第一接口连接，用于触发处理器产生终端充电器插入或拔出中断；第二开关的第二输出端与第二接口连接，用于触发处理器产生USB插入或拔出中断；第一、第二开关的输入端与USB接口模块的数据端口连接。

该装置所述选择模块中，

如果选择端为高电平，则第一、第二开关的输入端与对应于该输入端的第一输出端连接；

如果选择端为低电平，则第一、第二开关的输入端与对应于该输入端的第二输出端连接。

该装置所述处理器包括数字基带模块和模拟基带模块，其中，

数字基带模块包括USB接口单元，该单元包括第一数据接口和第二数据接口；

模拟基带模块包括第一接口、第二接口和第三接口。

该装置所述模拟基带模块包括中断控制单元，其中，

第一接口与中断控制单元连接，用于控制中断控制单元产生终端充电器插入中断；

第二接口与中断控制单元连接，用于控制中断控制单元产生终端USB数据接口插入中断。

该装置所述模拟基带模块包括电源控制单元，其中，

第二接口与电源控制单元连接，为电源控制单元提供输入电压，电源控制单元在数字基带模块控制下输出电压信号，该电压信号通过第三接口输出。

本发明还提供了终端充电器充电、USB充电和数据通信的方法，包括：

A.处理器根据中断标志位检测USB插入中断和充电器插入中断的触发情况；

B.如果USB插入中断和充电器插入中断均被触发，则确定终端处于充电器插入状态，启动充电器充电流程；该步骤中，

充电器与终端的USB接口模块建立连接后，将USB接口模块的数据端口短接，电源接口接受充电器供电，使第二接口上的信号被置为高电平，由于选择模块的选择端上的信号为低电平，使第一、第二开关的输入端与对应于该输入端的第二输出端连接，且第一开关的第二输入端与第一接口连接，第二开关的第二输入端与第二接口连接，因此，使第一接口上的信号也被置为高电平；

第一接口上的高电平信号触发处理器产生USB插入中断；

第二接口上的高电平信号触发处理器产生终端充电器插入中断；

C.如果仅有USB插入中断被触发，则确定处于USB数据线插入状态，启动USB充电流程，并进行USB数据传输；该步骤中，

计算机USB数据接口与USB接口模块建立连接后，电源接口接受计算机USB数据接口供电，使第二接口上的信号被置为高电平，第二接口上的高电平信号触发处理器产生终端充电器插入中断，并为电源控制单元提供输入电压，电源控制单元在数字基带模块控制下输出电压信号，该电压信号通过第三接口输出，选择模块的选择端的信号被置为高电平，第一、第二开关的输入端与对应于该输入端的第一输出端连接；使数字基带模块的数据接口通过USB接口模块的数据端口与计算机USB数据接口建立连接，进行USB数据传输；

选择模块的选择端的信号被置为高电平后，第一、第二开关的输入端断开与对应于该输入端的第二输出端连接，使第一接口上的信号被置为低电平，从而不能触发处理器产生终端充电器插入中断。

该方法所述步骤B还包括：

充电器断开与USB接口模块的连接，使第一接口和第二接口上的信号均被置为低电平，该低电平信号触发处理器产生USB拔出中断和终端充电器拔出中断，处理器根据中断标志位检测到USB拔出中断和充电器拔出中断均被触发后，关闭充电器充电流程。

该方法所述步骤C还包括：

USB数据接口断开与USB接口模块的连接，使第二接口上的信号被置为低电平，该低电平信号触发处理器产生USB拔出中断，处理器根据中断标志位检测到USB拔出中断被触发后，关闭USB充电流程。

该方法步骤B和C所述的处理器为模拟基带模块中的中断控制器。

本发明所述的终端充电器充电、USB充电和数据通信的装置及方法，通过在硬件电路上增加双通道模拟开关以及与该硬件电路配合的模拟基带模块和数字基带模块中的多个控制单元实现终端对充电器和USB数据线的识别，以实现充电器充电或者可同时进行USB数据通信的USB充电，避免了在D+和D-数据线上增加额外的电路负载，达到为用户提供一套电路结构简单、占用资源少、信号质量和数据传输可靠性被大大提高的终端充电器充电、USB充电和数据通信三合一的解决方案的有益效果。

附图说明

图1为现有标准下终端充电器USB接口的示意图；

图2为现有技术中通过GPIO接口实现终端USB充电的电路原理图；

图3为本发明中终端充电器充电、USB充电和数据通信三合一的装置结构图；

图4为本发明中充电器插入时实现终端充电器充电的装置结构图；

图5为本发明中USB数据接口插入时实现终端USB充电和数据通信的装置结构图；

图6为本发明中终端充电器充电、USB充电和数据通信三合一的方法流程图。

具体实施方式

图3为本发明中终端充电器充电、USB充电和数据通信三合一的装置结构图，包括：

数字基带模块301，该模块中的USB接口模块3011包括管脚USB_D+和USB_D-，管脚USB_D+与模拟开关303的第一开关的1号输出端连接，管脚USB_D-与模拟开关303的第二开关的1号输出端连接。

模拟基带模块302，该模块包括管脚VCHG_DET、VUSB_IN和VUSB，其中，管脚VCHG_DET与模拟开关303的第一开关的0号输出端连接，管脚VUSB_IN与模拟开关303的第二开关的0号输出端连接。

该模块还包括中断控制单元3021、电源控制单元3022和充电控制单元3023，其中，

管脚VCHG_DET与中断控制单元3021连接，用于触发终端充电器插入或拔出中断。

管脚VUSB_IN与中断控制单元3021连接，用于触发USB插入或拔出中断。

管脚VUSB_IN还与电源控制单元3022连接，用于为电源控制单元3022提供输入电压，数字基带模块301控制电源控制单元3022输出+3V电压信号VUSB，该电压信号VUSB通过管脚VUSB输出。

充电电路模块305与限流电阻R3的一端连接，限流电阻R3的另一端与模拟开关303的第二开关的0号输出端连接，充电电路模块305在充电控制单元3023控制下对电池306充电。

模拟开关303，包括通道选择管脚S，第一开关和第二开关，第一开关和第二开关分别包括一个输入端、0号输出端和1号输出端。其中，通道选择管脚S用于控制第一、第二开关的输入端与输出端的连接。

USB插座304，包括插槽GND、D+、D-和Power，其中，插槽D+与模拟开关303的第一开关的输入端连接，插槽D-与模拟开关303的第二开关的输入端连接。

插槽Power与模拟基带模块302的管脚VUSB_IN连接。

图4为本发明中充电器插入时实现终端充电器充电的装置结构图，图4中，标准充电器401插入USB插座304，标准充电器401的管脚GND与USB插座304的插槽GND连接，标准充电器401的管脚D+与USB插座304的插槽D+连接，标准充电器401的管脚D-与USB插座304的插槽D-连接，标准充电器401的管脚VCHG与USB插座304的插槽Power连接。另外，标准充电器401的右端两个管脚为外部电源输入端。

图4所示装置的工作过程如下：

标准充电器插入终端的USB插座，标准充电器的管脚VCHG通过USB插座的插槽Power使模拟基带模块的管脚VUSB_IN上的信号被置为高电平，由于标准充电器中的管脚D+与D-被短接，且此时的模拟开关处于0号通道导通状态，因此，模拟基带模块的管脚VCHG_DET上的信号也被置为高电平，管脚VUSB_IN上的高电平信号将触发模拟基带模块中的中断控制器产生USB插入中断，管脚VCHG_DET上的高电平信号将触发模拟基带模块中的中断控制器产生终端充电器插入中断，模拟基带模块根据中断标志位检测到USB插入中断和充电器插入中断均被触发后，确定终端处于充电器插入状态，启动充电器充电流程。

标准充电器从终端的USB插座拔出后，标准充电器的管脚VCHG将断开与USB插座的插槽Power的连接，使管脚VUSB_IN和VCHG_DET上的信号被置为低电平，从而触发模拟基带模块中的中断控制器产生USB拔出中断和充电器拔出中断，模拟基带模块根据中断标志位检测到USB拔出中断和充电器拔出中断均被触发后，关闭充电器充电流程。

图5为本发明中USB数据接口插入时实现终端USB充电和数据通信的装置结构图，图5中，计算机USB数据接口501插入USB插座304，计算机USB数据接口501的管脚GND与USB插座304的插槽GND连接，计算机USB数据接口501的管脚D+与USB插座304的插槽D+连接，计算机USB数据接口501的管脚D-与USB插座304的插槽D-连接，计算机USB数据接口501的管脚VBUS与USB插座304的插槽Power连接。

图5所示装置的工作过程如下：

计算机USB数据接口插入终端的USB插座后，计算机USB数据接口的管脚VBUS将通过USB插座的插槽Power使模拟基带模块的管脚VUSB_IN的信号被置为高电平，该高电平信号触发模拟基带模块中的中断控制器产生USB插入中断，管脚VUSB_IN上的高电平信号还将为电源控制单元提供输入电压，数字基带模块控制电源控制单元输出+3V电压VUSB，该+3V电压VUSB通过模拟基带模块的VUSB接口输出，经过上拉电阻R1至模拟开关通道选择管脚S，使管脚S上电压信号被置为高电平，从而使模拟开关的1号通道导通，0号通道关闭。

模拟开关的1号通道导通使计算机USB数据接口的管脚D+、D-分别与数字基带模块的管脚USB_D+、USB_D-连接，从而使计算机USB数据接口与数字基带模块的USB接口模块连接进行USB数据传输。

模拟开关的0号通道关闭使模拟基带模块的管脚VCHG_DET上的信号与外界隔离，因此，中断控制模块只能产生USB插入中断，根据中断标志位确定只有USB插入中断，从而确定终端处于USB数据线插入状态，启动USB充电流程。

计算机USB数据接口从终端的USB插座拔出后，计算机USB数据接口的管脚VUSB将断开与USB插座的插槽Power的连接，使管脚VUSB_IN上的信号不再为高电平，从而触发模拟基带模块中的中断控制单元产生USB拔出中断，模拟基带模块根据中断标志位检测到USB拔出中断被触发后，关闭USB充电流程。

图6为本发明中终端充电器充电、USB充电和数据通信三合一的方法流程图，具体步骤如下：

步骤601，终端发现有充电器或计算机的USB接口插入时，从默认状态进入工作状态，终端内部电路开始工作。

终端内部电路刚开始工作时，模拟开关控制端被下拉电阻R2下拉为低电平，此时模拟开关的0号通道导通，1号通道关闭。

步骤602，模拟基带模块根据中断标志位检测USB插入中断和充电器插入中断的触发情况。

步骤603，如果USB插入中断和充电器插入中断均被触发，则确定终端处于充电器插入状态，启动充电器充电流程。

该步骤中，标准充电器插入终端的USB插座，标准充电器的管脚VCHG通过USB插座的插槽Power使模拟基带模块的管脚VUSB_IN上的信号被置为高电平，由于标准充电器中的管脚D+与D-被短接，且此时的模拟开关处于0号通道导通状态，因此，模拟基带模块的管脚VCHG_DET上的信号也被置为高电平，管脚VUSB_IN上的高电平信号将触发模拟基带模块中的中断控制器产生USB插入中断，管脚VCHG_DET上的高电平信号将触发模拟基带模块中的中断控制器产生终端充电器插入中断，模拟基带模块根据中断标志位检测到USB插入中断和充电器插入中断均被触发后，确定终端处于充电器插入状态，启动充电器充电流程。

另外，当标准充电器从终端的USB插座拔出后，标准充电器的管脚VCHG将断开与USB插座的插槽Power的连接，使管脚VUSB_IN和VCHG_DET上的信号被置为低电平，从而触发模拟基带模块中的中断控制器产生USB拔出中断和充电器拔出中断，模拟基带模块根据中断标志位检测到USB拔出中断和充电器拔出中断均被触发后，关闭充电器充电流程。

步骤604，如果仅有USB插入中断被触发，则确定处于USB数据线插入状态，启动USB充电流程，并可同时进行USB数据传输。

该步骤中，计算机USB数据接口插入终端的USB插座后，计算机USB数据接口的管脚VBUS将通过USB插座的插槽Power使模拟基带模块的管脚VUSB_IN的信号被置为高电平，该高电平信号触发模拟基带模块中的中断控制器产生USB插入中断，管脚VUSB_IN上的高电平信号还将为电源控制单元提供输入电压，数字基带模块控制电源控制单元输出+3V电压VUSB，该+3V电压VUSB通过模拟基带模块的VUSB接口输出，经过上拉电阻R1至模拟开关通道选择管脚S，使管脚S上电压信号被置为高电平，从而使模拟开关的1号通道导通，0号通道关闭。

另外，当计算机USB数据接口从终端的USB插座拔出后，计算机USB数据接口的管脚VUSB将断开与USB插座的插槽Power的连接，使管脚VUSB_IN上的信号不再为高电平，从而触发模拟基带模块中的中断控制单元产生USB拔出中断，模拟基带模块根据中断标志位检测到USB拔出中断被触发后，关闭USB充电流程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种终端充电器充电、USB充电和数据通信的装置，包括：

处理器，包括数字基带模块和模拟基带模决，

该数字基带模块包括USB接口单元，该USB接口单元包括第一数据接口和第二数据接口；

该模拟基带模块具有第一接口、第二接口和第三接口，并包括中断控制单元和电源控制单元，该第一接口与该中断控制单元连接；该第二接口与该中断控制单元连接；并且该第二接口与该电源控制单元连接，为该电源控制单元提供输入电压，该电源控制单元在该数字基带模块控制下输出电压信号，该电压信号通过该第三接口输出；

USB接口模块：包括数据端口和电源接口；其中，该电源接口与该模拟基带模块的第二接口连接；

选择模块，包括选择端、第一开关和第二开关，该第一开关包括输入端、第一输出端和第二输出端，该第二开关包括输入端、第一输出端和第二输出端；其中，该选择端与该模拟基带模块的第三接口连接，用于控制第一开关的输入端与第一开关的第一输出端或第二输出端的连接，以及第二开关的输入端与第二开关的第一输出端或第二输出端的连接；第一开关的第一输出端与该第一数据接口连接，第二开关的第一输出端与该第二数据接口连接；第一开关的第二输出端与该模拟基带模块的第一接口连接，用于触发该中断控制单元产生终端充电器插入或拔出中断；第二开关的第二输出端与该模拟基带模块的第二接口连接，用于触发该中断控制单元产生USB插入或拔出中断；第一、第二开关的输入端均与该USB接口模块的数据端口连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述选择模块中，

3.一种终端充电器充电、USB充电和数据通信的方法，在包含处理器、选择模块、USB接口模块的终端中执行，该处理器包括数字基带模块和模拟基带模块，该数字基带模块包括USB接口单元，该USB接口单元包括第一数据接口和第二数据接口；该模拟基带模块具有第一接口、第二接口和第三接口，并包括中断控制单元和电源控制单元，该第一接口与该中断控制单元连接；该第二接口与该中断控制单元连接；并且该第二接口与该电源控制单元连接，该选择模块具有选择端、第一开关和第二开关，该第一开关具有输入端、第一输出端和第二输出端，该第二开关具有输入端、第一输出端和第二输出端，该USB接口模块包括数据端口和电源接口；该电源接口与该第二接口连接，该数据端口与该第一、第二开关的输入端连接，该第一开关的第一输出端与该第一数据接口连接，该第二开关的第一输出端与该第二数据接口连接；该第一开关的第二输出端与该第一接口连接，该第二开关的第二输出端与该第二接口连接，该选择端与该第三接口连接，其特征在于，该方法包括：

A.该模拟基带模块根据中断标志位检测USB插入中断和充电器插入中断的触发情况；

充电器与终端的USB接口模块建立连接后，将该USB接口模块的数据端口短接，电源接口接受充电器供电，使该第二接口上的信号被置为高电平，由于该选择模块的选择端上的信号为低电平，使该第一、第二开关的输入端分别与对应的第二输出端连接，使第一接口上的信号也被置为高电平；

第二接口上的高电平信号触发该中断控制单元产生USB插入中断；

第一接口上的高电平信号触发该中断控制单元产生终端充电器插入中断；

计算机USB数据接口与USB接口模块建立连接后，电源接口接受计算机USB数据接口供电，使第二接口上的信号被置为高电平，第二接口上的高电平信号触发该中断控制单元产生USB插入中断，并为该电源控制单元提供输入电压，该电源控制单元在数字基带模块控制下输出电压信号，该电压信号通过该第三接口输出，该选择模块的选择端的信号被置为高电平，第一、第二开关的输入端分别与对应的第一输出端连接；使该数字基带模块的第一、第二数据接口通过该USB接口模块的数据端口与计算机USB数据接口建立连接，进行USB数据传输；

选择模块的选择端的信号被置为高电平后，该第一、第二开关的输入端断开与对应的第二输出端的连接，使该第一接口上的信号被置为低电平，从而不能触发该中断控制单元产生终端充电器插入中断。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤B还包括：

充电器断开与USB接口模块的连接，使第一接口和第二接口上的信号均被置为低电平，该低电平信号触发该中断控制单元产生USB拔出中断和终端充电器拔出中断，该模拟基带模块根据中断标志位检测到USB拔出中断和充电器拔出中断均被触发后，关闭充电器充电流程。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述步骤C还包括：

USB数据接口断开与USB接口模块的连接，使第二接口上的信号被置为低电平，该低电平信号触发该中断控制单元产生USB拔出中断，该模拟基带模块根据中断标志位检测到USB拔出中断被触发后，关闭USB充电流程。