一种usb数据线切换控制电路和方法
阅读说明：本技术 一种usb数据线切换控制电路和方法 (USB data line switching control circuit and method ) 是由 毕战红 于 2020-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种USB数据线切换控制电路和方法,包括连接于第一数据执行模块、第二数据执行模块和USB接口之间的第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块,利用对第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块的控制信号的电平控制并结合对USB接口的供电端口的电平采集实现第一数据执行模块、第二数据执行模块和USB接口之间的差分信号通道的自动切换和根据控制信号的指令切换。本发明满足了差分信号通道的自动切换和指令切换的不同需求,增强了对差分信号通道配置的灵活性。(The invention discloses a USB data line switching control circuit and a method, which comprises a first switch module, a second switch module and a third switch module which are connected among a first data execution module, a second data execution module and a USB interface, wherein the automatic switching of differential signal channels among the first data execution module, the second data execution module and the USB interface and the instruction switching according to control signals are realized by utilizing the level control of control signals of the first switch module, the second switch module and the third switch module and combining the level acquisition of a power supply port of the USB interface. The invention meets different requirements of automatic switching and instruction switching of the differential signal channel and enhances the flexibility of differential signal channel configuration.)
技术领域
本发明涉及线路控制技术领域，特别涉及一种USB数据线切换控制电路和方法。
背景技术
在硬件电路使用中，端口的数量受限于设计之初的数量限制而不能再次增加。硬件的模块之间的通信通过相关的端口进行，当所使用的端口数量受到限制时，则需要对某个或者某些端口进行复用。
例如，如图1所示，为一种现有的USB数据线切换控制电路示意图。在图1所示的使用场景中，设备1中包括SOC(System-on-a-Chip，片上系统)模块11、功能模块12和USB接口13。其中，在SOC模块11一侧，SOC模块11和功能模块12之间以及SOC模块11和USB接口13之间复用了同一个差分信号端口D+D-。SOC模块11针对不同连接对象复用同一个差分信号端口的原因之一即为差分信号端口的数量不能满足同时连接多个设备，因此，某个或者某些差分信号端口需要进行复用。图1仅为示意性说明，并不代表SOC模块11仅具有图1所示中的一个差分信号端口，SOC模块11可能具有多个差分信号端口，图1所示中的差分信号端口仅为多个差分信号端口中需要复用的差分信号端口。
为实现SOC模块11的差分信号端口的复用，设备1中还包括了切换开关14，切换开关14用于将SOC模块11的差分信号端口切换连接至USB接口13或者切换连接至功能模块12。当SOC模块11需要与功能模块12之间进行信号收发时，切换开关14将SOC模块11的差分信号端口连接至功能模块12的差分信号端口，使得SOC模块11与功能模块12可通过彼此的差分信号端口实现信号收发；当外部设备2通过USB接口13连接至设备1时，切换开关14将SOC模块11的差分信号端口连接至USB接口13，使得SOC模块11的差分信号端口能够通过USB接口13连接至外部设备而实现与外部设备2之间的信号收发。
其中，对切换开关14的切换控制，通过SOC模块11对切换开关14发出的控制信号ctrl实现，在具体实施例中，通过GPIO(General-Purpose Input/Output，通用输入/输出)或者MIPI(Mobile Industry Processor Interface，移动产业处理器接口)等接口实现控制信号对切换开关14的切换控制。
从图1所示的实施例能够看出，现有的USB数据线切换控制电路并不具备差分信号通道的自动切换功能，SOC模块11的差分信号端口需要在功能模块12与USB接口13之间进行切换，SOC模块11通过控制信号来改变切换开关14的状态，实现差分信号通道的切换。这种情况下，必须通过程序或者人工方式对控制信号ctrl的配置，实现差分信号通道的切换。
在切换开关14的状态使得差分信号通道在SOC模块11和功能模块12之间的情况下，当外部设备2连接至USB接口13后，SOC模块11需要通过程序或者人工方式对控制信号ctrl进行配置，以将差分信号通道切换成在SOC模块11和USB接口13之间，才能实现SOC模块11和外部设备的通信连接，无法做到当外部设备2连接至USB接口13时差分信号通道的自动切换，即当外部设备2的USB插头插入USB接口13时，自动将差分信号通道的切换成在SOC模块11和USB接口13之间。
可见，如何将根据USB接口的连接状态实现差分信号通道的自动切换和根据控制信号实现差分信号通道的指令切换相结合，以在同一电路下满足差分信号通道的多种切换方式的需求便成为亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种USB数据线切换控制电路和方法，以同时满足差分信号通道的自动切换和指令切换的不同需求，使得差分信号通道即可以根据USB接口的连接状态进行自动切换，也可以根据控制信号进行指令切换。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种USB数据线切换控制电路，所述USB数据线切换控制电路电连接于一第一数据执行模块、一第二数据执行模块和一USB接口之间，所述USB数据线切换控制电路包括：
第一开关模块，所述第一开关模块具有第一接口端、第二接口端、第三接口端和第一控制端，其中，所述第一接口端电连接于所述第一数据执行模块的差分信号端口，所述第一控制端电连接于所述USB接口的供电端口，所述第一开关模块在所述第一控制端处于第一电平时接通所述第一接口端和所述第二接口端，在所述第一控制端处于第二电平时接通所述第一接口端和所述第三接口端；
第二开关模块，所述第二开关模块具有第四接口端、第五接口端、第六接口端和第二控制端，其中，所述第四接口端电连接于所述USB接口的差分信号端口，所述第五接口端电连接于所述第二接口端，所述第二控制端电连接于所述USB接口的供电端口，所述第二开关模块在所述第二控制端处于所述第一电平时接通所述第四接口端和所述第五接口端，在所述第二控制端处于所述第二电平时接通所述第四接口端和所述第六接口端；以及，
第三开关模块，所述第三开关模块具有第七接口端、第八接口端、第九接口端和第三控制端，所述第七接口端电连接于所述第二数据执行模块的差分信号端口，所述第八接口端电连接于所述第三接口端，所述第九接口端电连接于所述第六接口端，所述第三开关模块在所述第三控制端处于所述第一电平时接通所述第七接口端和所述第八接口端，在所述第三控制端处于所述第二电平时接通所述第七接口端和所述第九接口端。
进一步，所述USB数据线切换控制电路还包括与门电路和控制模块；
所述USB接口的供电端口和所述控制模块经由所述与门电路电连接于所述第一开关模块的所述第一控制端和所述第二开关模块的所述第二控制端；其中，
所述与门电路具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端电连接于所述USB接口的供电端口，所述第二输入端电连接于所述控制模块以接收所述控制模块输出的第一控制信号，所述输出端电连接于所述第一控制端和所述第二控制端；
所述第三开关模块的所述第三控制端电连接于所述控制模块以接收所述控制模块输出的第二控制信号。
进一步，所述第一控制信号为所述第一电平或者所述第二电平；
所述第二控制信号为所述第一电平或者所述第二电平。
进一步，所述第一电平为高电平，所述第二电平为低电平。
进一步，所述第一数据执行模块为SOC电路模块。
进一步，所述第二数据执行模块为LTE数据传输模块。
进一步，所述第一数据执行模块和所述控制模块设为同一个SOC电路模块中。
一种USB数据线切换控制方法，采用如上任一项所述的USB数据线切换控制电路，所述USB数据线切换控制方法包括：
当所述第一控制端处于第一电平时，接通所述第一接口端和所述第二接口端；
当所述第一控制端处于第二电平时，接通所述第一接口端和所述第三接口端；
当所述第二控制端处于所述第一电平时，接通所述第四接口端和所述第五接口端；
当所述第二控制端处于所述第二电平时，接通所述第四接口端和所述第六接口端；
当所述第三控制端处于所述第一电平时，接通所述第七接口端和所述第八接口端；
当所述第三控制端处于所述第二电平时，接通所述第七接口端和所述第九接口端。
一种非易失性计算机可读存储介质，所述非易失性计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如上所述的USB数据线切换控制方法中的步骤。
一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如上所述的USB数据线切换控制方法中的步骤。
从上述方案可以看出，本发明实施例的USB数据线切换控制电路和方法中，利用三个开关模块并结合两路控制信号实现了SOC电路模块、功能模块和USB接口之间的差分信号通道的自动切换和根据控制信号的指令切换。在一种情况下，当USB接口处于连接状态时，差分信号通道自动切换到SOC电路模块和USB接口之间，当USB接口处于非连接状态时，差分信号通道自动切换到SOC电路模块和功能模块。在另一种情况下，通过控制信号电平的控制，实现了差分信号通道在功能模块和USB接口之间以及在功能模块和SOC电路模块之间的切换。本发明实现了同时满足差分信号通道的自动切换和指令切换的不同需求，增强了对差分信号通道配置的灵活性。
附图说明
图1为一种现有的USB数据线切换控制电路结构示意图；
图2为本发明实施例的USB数据线切换控制电路的一个状态结构示意图；
图3为本发明实施例的USB数据线切换控制电路的另一个状态结构示意图；
图4为本发明的一个具体实施例的状态二的结构示意图；
图5为本发明的一个具体实施例的状态一的结构示意图；
图6为本发明的一个具体实施例的状态三的结构示意图；
图7为本发明的一个具体实施例的状态四的结构示意图；
图8为本发明实施例在一个具体应用场景中的结构示意图；
图9为本发明实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
图2和图3为本发明实施例的USB数据线切换控制电路示意图，其中图2示出了第一开关模块10的第一控制端C1和第二开关模块20的第二控制端C2处于第一电平时的差分信号通道，图3示出了第一开关模块10的第一控制端C1和第二开关模块20的第二控制端C2处于第二电平时的差分信号通道。
如图2、图3所示，本发明实施例的USB数据线切换控制电路，电连接于一第一数据执行模块100、一第二数据执行模块200和一USB接口300之间，该USB数据线切换控制电路包括第一开关模块10、第二开关模块20和第三开关模块30。
其中，第一开关模块10具有第一接口端S1、第二接口端S2、第三接口端S3和第一控制端C1，其中，第一接口端S1电连接于第一数据执行模块100的差分信号端口，第一控制端C1电连接于USB接口300的供电端口Vcc，第一开关模块10在第一控制端C1处于第一电平时接通第一接口端S1和第二接口端S2(如图2所示)，在第一控制端C1处于第二电平时接通第一接口端S1和第三接口端S3(如图3所示)。
第二开关模块20具有第四接口端S4、第五接口端S5、第六接口端S6和第二控制端C2，其中，第四接口端S4电连接于USB接口300的差分信号端口D+D-，第五接口端S5电连接于第一开关模块10的第二接口端S2，第二控制端C2电连接于USB接口300的供电端口Vcc，第二开关模块20在第二控制端C2处于第一电平时接通第四接口端S4和第五接口端S5(如图2所示)，在第二控制端C2处于第二电平时接通第四接口端S4和第六接口端S6(如图3所示)。
第三开关模块30具有第七接口端S7、第八接口端S8、第九接口端S9和第三控制端C3，第七接口端S7电连接于第二数据执行模块200的差分信号端口，第八接口端S8电连接于第一开关模块10的第三接口端S3，第九接口端S9电连接于第二开关模块20的第六接口端S6，第三开关模块30在第三控制端C3处于第一电平时接通第七接口端S7和第八接口端S8(如图2、图3所示)，在第三控制端C3处于第二电平时接通第七接口端S7和第九接口端S9。
从图2和图3可以看出，本发明实施例的USB数据线切换控制电路，在第三开关模块30的第三控制端C3置于第一电平的情况下，第二数据执行模块200的差分信号端口始终连接至第一开关模块10的第三接口端S3。在这种条件下，在没有外部设备接入USB接口300时，USB接口300的供电端口Vcc处于第二电平状态，此时，第一开关模块10的第一接口端S1和第三接口端S3接通，进而在第一数据执行模块100和第二数据执行模块200之间形成差分信号通道，第一数据执行模块100和第二数据执行模块200之间可通过彼此的差分信号端口进行通信，虽然此时第二开关模块20的第四接口端S4和第六接口端S6接通，但因为第三开关模块30的第七接口端S7和第九接口端S9不接通，进而在第二数据执行模块200和USB接口300之间不会建立差分信号通道；当外部设备(有源设备)接入USB接口300时，USB接口300的供电端口Vcc处于第一电平状态，使得第一开关模块10的第一接口端S1和第二接口端S2接通，使得第二开关模块20的第四接口端S4和第五接口端S5接通，进而在外部设备接入USB接口300时，在第一数据执行模块100和USB接口300之间自动建立起差分信号通道，并将第一数据执行模块100和第二数据执行模块200之间的差分信号通道自动切断。
从图2和图3所示以及上述说明能够看出，本发明实施例的USB数据线切换控制电路能够实现根据USB接口300的连接状态自动执行差分信号通道在第一数据执行模块100和第二数据执行模块200之间以及在第一数据执行模块100和USB接口300之间的切换。
进一步地，如图4、图5、图6、图7所示，在可选实施例中，USB数据线切换控制电路还包括与门电路40和控制模块50。在该可选实施例中，利用与门电路40和控制模块50还可进一步使得本发明实施例的USB数据线切换控制电路实现根据控制信号进行指令切换。
具体地，USB接口300的供电端口Vcc和控制模块50经由与门电路40电连接于第一开关模块10的第一控制端C1和第二开关模块20的第二控制端C2。与门电路40具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端电连接于USB接口300的供电端口Vcc，第二输入端电连接于控制模块50以接收控制模块输出的第一控制信号Ctr1，输出端电连接于第一控制端C1和第二控制端C2。第三开关模块30的第三控制端C3电连接于控制模块50以接收控制模块50输出的第二控制信号Ctr2。
其中，第一控制信号Ctr1为第一电平或者第二电平，第二控制信号Ctr2为第一电平或者第二电平。
优选地，第一电平为高电平，第二电平为低电平。
该可选实施例的USB数据线切换控制电路主要包括以下几种工作状态。
状态一
第一控制信号Ctr1默认为高电平，第二控制信号Ctr2默认高电平。如图5所示，在没有外部设备接入USB接口300时，USB接口300的供电端口Vcc处于低电平状态，此时，经由与门电路40后，第一开关模块10的第一控制端C1和第二开关模块20的第二控制端C2均为低电平，第一开关模块10的第一接口端S1和第三接口端S3接通，第三开关模块30的第七接口端S7和第八接口端S8接通，进而在第一数据执行模块100和第二数据执行模块200之间形成差分信号通道，第一数据执行模块100和第二数据执行模块200之间可通过彼此的差分信号端口进行通信，虽然此时第二开关模块20的第四接口端S4和第六接口端S6接通，但因为第三开关模块30的第七接口端S7和第九接口端S9不接通，进而在第二数据执行模块200和USB接口300之间不会建立差分信号通道。
状态二
在图5所示的状态一的情况下，当外部设备(有源设备)接入USB接口300时，USB接口300的供电端口Vcc处于高电平状态，此时，经由与门电路40后，第一开关模块10的第一控制端C1和第二开关模块20的第二控制端C2均变为高电平，使得第一开关模块10的第一接口端S1和第二接口端S2接通，使得第二开关模块20的第四接口端S4和第五接口端S5接通，进而在外部设备接入USB接口300时，在第一数据执行模块100和USB接口300之间自动建立起差分信号通道，并将第一数据执行模块100和第二数据执行模块200之间的差分信号通道自动切断，如图4所示。此时，无论第二控制信号Ctr2是高电平还是低电平，均无法建立第一数据执行模块100和第二数据执行模块200之间的差分信号通道。
在图4所示的状态二的情况下，从USB接口300移出外部设备将回到图5所示的状态一。
以上状态一和状态二之间的切换是本发明实施例的USB数据线切换控制电路中，差分信号通道根据外部设备接入USB接口300的状态实现的自动切换。
除此以外，本发明实施例的USB数据线切换控制电路中，差分信号通道还可以根据控制模块50的控制信号实现指令切换，具体如下。
状态三
如图6所示，第一控制信号Ctr1置于低电平，第二控制信号Ctr2置于低电平，使得第二开关模块20的第四接口端S4和第六接口端S6接通，使得第三开关模块30的第七接口端S7和第九接口端S9接通，进而在第二数据执行模块200和USB接口300之间建立起差分信号通道，此时当外部设备接入USB接口300时，外部设备便可通过第二数据执行模块200和USB接口300之间的差分信号通道进行通信。
状态四
在图6所示的状态三的情况下，从USB接口300移出外部设备或者不移出外部设备时，只需将第二控制信号Ctr2置于高电平，使得第三开关模块30的第七接口端S7和第八接口端S8接通，即可实现将图6所示的第二数据执行模块200和USB接口300之间的差分信号通道，切换为如图7所示的第一数据执行模块100和第二数据执行模块200之间的差分信号通道。
从上述方案可以看出，本发明实施例的USB数据线切换控制电路利用三个开关模块并结合两路控制信号实现了第一数据执行模块100、第二数据执行模块200和USB接口300之间的差分信号通道的自动切换和根据控制信号的指令切换，实现了同时满足差分信号通道的自动切换和指令切换的不同需求，增强了对差分信号通道配置的灵活性。
在可选实施例中，第一数据执行模块100为SOC电路模块。
在可选实施例中，第二数据执行模块200为LTE数据传输模块。
需要说明的是，LTE数据传输模块仅为第二数据执行模块200的一个举例，不代表第二数据执行模块200仅限制于LTE数据传输模块，在其他实施例中，第二数据执行模块200还可以为其他任何可以接入USB设备以及可以与第一数据执行模块100通过USB端口进行数据通信的模块。
在可选实施例中，第一数据执行模块100和控制模块50设为同一个SOC电路模块中，即同一个SOC电路模块同时实现第一数据执行模块100和控制模块50的功能。需要说明的是，SOC电路模块仅为第一数据执行模块100和控制模块50的一个举例，不代表第一数据执行模块100(或者第一数据执行模块100和控制模块50)仅限制于SOC电路模块，在其他实施例中，第一数据执行模块100还可以为其他任何可以接入USB设备以及可以与第二数据执行模块200通过USB端口进行数据通信的模块。
在可选实施例中，第一开关模块10、第二开关模块20和第三开关模块30的型号为SGM7228。
图8示出了本发明实施例的USB数据线切换控制电路的一个具体应用场景。
其中，设备1中包括SOC电路模块500、功能模块600、USB接口700、第一开关模块10、第二开关模块20、第三开关模块30和与门电路40。
其中，USB接口700的供电端口Vcc和SOC电路模块50的第一控制信号端口经由与门电路40连接至第一开关模块10的第一控制端C1和第二开关模块20的第二控制端C2，第一开关模块10的第一控制端C1和第二开关模块20的第二控制端C2的电平高低由SOC电路模块50发出的第一控制信号和USB接口700的供电端口Vcc共同决定。
第一开关模块10中，第一接口端S1电连接于SOC电路模块500的差分信号端口，第一控制端C1电连接于与门电路40的输出端，第一开关模块10在第一控制端C1处于高电平时接通第一接口端S1和第二接口端S2，在第一控制端C1处于低电平时接通第一接口端S1和第三接口端S3。
第二开关模块20中，第四接口端S4电连接于USB接口700的差分信号端口D+D-，第五接口端S5电连接于第一开关模块10的第二接口端S2，第二控制端C2电连接于与门电路40的输出端，第二开关模块20在第二控制端C2处于高电平时接通第四接口端S4和第五接口端S5，在第二控制端C2处于低电平时接通第四接口端S4和第六接口端S6。
第三开关模块30中，第七接口端S7电连接于功能模块600的差分信号端口，第八接口端S8电连接于第一开关模块10的第三接口端S3，第九接口端S9电连接于第二开关模块20的第六接口端S6，第三控制端C3电连接于SOC电路模块500以接收第二控制信号Ctr2，第三开关模块30在第二控制信号Ctr2处于高电平时接通第七接口端S7和第八接口端S8，在第二控制信号Ctr2处于低电平时接通第七接口端S7和第九接口端S9。
图8所示实施例的工作状态和切换过程可参见图4至图7以及上述说明的各项实施例，此处不再赘述。
在本发明实施例中，USB接口700的供电端口Vcc通电时，即USB接口700接入外部设备2(有源设备)时，供电端口Vcc为高电平，USB接口700的供电端口Vcc没有通电时，即USB接口700未接入外部设备2(有源设备)时，供电端口Vcc为低电平。
本发明实施例还提供了一种USB数据线切换控制方法，该USB数据线切换控制方法采用上述各项实施例的USB数据线切换控制电路，该USB数据线切换控制方法包括：
当第一控制端处于第一电平时，接通第一接口端和第二接口端；
当第一控制端处于第二电平时，接通第一接口端和第三接口端；
当第二控制端处于第一电平时，接通第四接口端和第五接口端；
当第二控制端处于第二电平时，接通第四接口端和第六接口端；
当第三控制端处于第一电平时，接通第七接口端和第八接口端；
当第三控制端处于第二电平时，接通第七接口端和第九接口端。
本发明实施例还同时提供一种非易失性计算机可读存储介质，该非易失性计算机可读存储介质存储指令，该指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如上述说明中的USB数据线切换控制方法中的各个步骤。
本发明实施例还同时提供一种执行USB数据线切换控制方法的电子设备，如图9所示，该电子设备包括：至少一个处理器A以及存储器B。存储器B和至少一个处理器A通信连接，例如存储器B和至少一个处理器A通过总线连接。存储器B存储有可被至少一个处理器A执行的指令，所述指令被至少一个处理器A执行，以使至少一个处理器A执行如上述说明中的USB数据线切换控制方法中的各个步骤。
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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
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