CN212160652U - 适配器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种适配器，其包括第一串行总线接口、数据复用器、第二串行总线接口、串行总线快充芯片、电源模块以及开关单元；数据复用器与第一串行总线接口连接；第二串行总线接口与数据复用器连接；串行总线快充芯片与数据复用器和第二串行总线接口连接；电源模块与串行总线快充芯片连接；以及开关单元与第二串行总线接口、串行总线快充芯片以及电源模块连接；其中，第一通信链路的传输速率至少为10Gbps；且充电信号的可变功率至少包括100W。本申请提供的适配器通过第一通信链路实现至少10Gbps的传输速率和电源模块输出的充电信号的可变功率至少能够达到100W，解决了集两者于一体的问题。

Description

适配器

技术领域

本申请涉及通用串行总线技术领域，尤其涉及接口转换技术领域，具体涉及一种适配器。

背景技术

USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）自1996年诞生以来，到2008年之前，这中间的12年，USB技术一直处于缓慢发展的阶段，分别由1996年的USB1.0到1998年的USB1.1，再到2000年的USB2.0。传输速率由最初的1.5Mbps到12Mbps，再到480Mbps。USB2.0凭借其方便的操作，快速的传输，在消费领域成为了非常流行的接口。2008年USB协会推出全新的协议USB3.0，在保留原有接口形状的前提下，大刀阔斧地改变了USB总线的数据传输方式，USB3.0新增了4根数据线，分别是SSTX+、SSTX-、SSRX+以及SSRX-，这四根线用来传输USB3.0的数据。为了兼容USB2.0，该协议保留了USB2.0的D+和D-两根线。USB3.0将数据传输速率提升至5Gbps，在计算机技术迅猛发展的21世纪10年代，USB3.0逐渐切入手机、笔记本以及服务器等电子设备领域。2014年8月，USB-IF（USB Implementers Forum，USB标准化组织）推出了USB Type-C接口。在这之前，USB IF推出了USB3.1，该协议将USB的传输速率提升至10Gbps。USB Type-C接口凭借其小巧，正反盲插等特性，在2015年之后迅速占领移动端。目前新上市的移动终端几乎都已经只有USB Type-C接口了，而PC（Personal Computer，个人计算机）端还是会保留标准的USB Type-A接口，所以需要USB Type-A接口转Type-C接口的转接器或线缆来实现PC和移动终端的互连。

随着USB Type-C接口的普及，移动终端的充电难题在Type-C接口的连接器上得到重大突破。2015年12月，USB-IF发布了USB PD3.0协议，该协议一统众多快充协议，PD3.0协议支持最高100W的快充，支持供电角色交换。

传统技术方案的USB3.2产品是把USB3.2数据传输和充电是分开的。USB Type-A接口转Type-C接口的线缆通常只是能传输5Gbps数据以及常规的USB充电。因此，传统技术方案中基于USB3.2 Gen2协议的适配器无法实现集10Gbps的数据传输能力与100W充电能力于一体。

实用新型内容

本申请提供一种适配器，解决了基于USB3.2 Gen2协议的适配器无法集10Gbps的数据传输能力与100W充电能力于一体的问题。

第一方面，本申请提供一种适配器，其包括第一串行总线接口、数据复用器、第二串行总线接口、串行总线快充芯片、电源模块以及开关单元；数据复用器与第一串行总线接口连接；第二串行总线接口与数据复用器连接，用于通过数据复用器与第一串行总线接口构造第一通信链路；串行总线快充芯片与数据复用器和第二串行总线接口连接，用于根据第二串行总线接口传输的配置信号生成切换信号、第一控制信号以及第二控制信号，以切换数据复用器与第二串行总线接口之间的通信路径；电源模块与串行总线快充芯片连接，用于根据第一控制信号输出对应的充电信号；以及开关单元与第二串行总线接口、串行总线快充芯片以及电源模块连接，用于根据第二控制信号管制充电信号输出至第二串行总线接口；其中，第一通信链路的传输速率至少为10Gbps；且充电信号的可变功率至少包括100W。

基于第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，适配器还包括信号驱动器；信号驱动器与第一串行总线接口和数据复用器连接，用于补偿第一通信链路的信号传输质量。

基于第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第二种实施方式中，适配器还包括低压差线性稳压器；低压差线性稳压器与第一串行总线接口、数据复用器、信号驱动器以及串行总线快充芯片连接，用于接入第一串行总线接口的第一直流电压以供电第二直流电压至数据复用器、信号驱动器以及串行总线快充芯片。

基于第一方面，在第一方面的第三种实施方式中，适配器还包括构造于第一串行总线接口与第二串行总线接口之间的第二通信链路，第二通信链路与串行总线快充芯片连接；其中，第二通信链路的传输速率至少为480Mbps。

基于第一方面，在第一方面的第四种实施方式中，开关单元包括P沟道型场效应晶体管；场效应晶体管的漏极与电源模块的输出端连接；场效应晶体管的源极与第二串行总线接口连接；场效应晶体管的栅极与串行总线快充芯片连接。

基于第一方面，在第一方面的第五种实施方式中，电源模块包括电源插座、升降压电路以及直流转换电源芯片；电源插座用于接入直流供电电源；升降压电路电源插座和开关单元的输入端连接；以及直流转换电源芯片与电源插座、升降压电路、开关单元的输入端以及串行总线快充芯片连接，用于根据第一控制信号生成使能信号以控制升降压电路进行升压或者降压，以及配置直流转换电源芯片的输出电压和/或电流。

基于第一方面的第五种实施方式，在第一方面的第六种实施方式中，第一控制信号通过双向二线制同步串行总线或者反馈信号线传输至直流转换电源芯片。

基于第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第七种实施方式中，信号驱动器为中继器。

基于第一方面的第七种实施方式，在第一方面的第八种实施方式中，信号驱动器的输出通道串接有交流耦合电容。

基于第一方面的第五种实施方式，在第一方面的第九种实施方式中，升降压电路为四个N沟道型场效应晶体管和一个电感构成的FSBB型变换器。

本申请提供的适配器，通过第一通信链路实现至少10Gbps的传输速率和电源模块输出的充电信号的可变功率至少能够达到100W，解决了集两者于一体的问题。

进一步地，在第一串行总线接口与数据复用器之间接入信号驱动器，可以补偿第一通信链路的信号传输质量，延长传输距离。

进一步地，在信号驱动器的输出通道上串接交流耦合电容，可以降低共模信号的干扰，提高信号传输的精准度。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本申请实施例提供的适配器的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的USB Type-C型插座的定义示意图。

图3为本申请实施例提供的USB Type-C型插头的定义示意图。

图4为本申请实施例提供的数据复用器的结构示意图。

图5为本申请实施例提供的信号驱动器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1至图5，其中，图1为本申请实施例提供的适配器的结构示意图，其包括第一串行总线接口100、数据复用器200、第二串行总线接口300、串行总线快充芯片400、电源模块500以及开关单元600；数据复用器200与第一串行总线接口100连接；第二串行总线接口300与数据复用器200连接，用于通过数据复用器200与第一串行总线接口100构造第一通信链路；串行总线快充芯片400与数据复用器200和第二串行总线接口300连接，用于根据第二串行总线接口300传输的配置信号生成切换信号、第一控制信号以及第二控制信号，以切换数据复用器200与第二串行总线接口300之间的通信路径；电源模块500与串行总线快充芯片400连接，用于根据第一控制信号输出对应的充电信号；以及开关单元600与第二串行总线接口300、串行总线快充芯片400以及电源模块500连接，用于根据第二控制信号管制充电信号输出至第二串行总线接口300；其中，第一通信链路是基于USB3.2 Gen2的通信协议，其传输速率至少可以达到10Gbps；且充电信号的可变功率至少包括100W。

本申请提供的适配器，通过第一通信链路实现至少10Gbps的传输速率和电源模块500输出的充电信号的可变功率至少能够达到100W，解决了集两者于一体的问题。

如图2和图3所示，需要进行说明的是，第一串行总线接口100可以但不限于为USBTYPE A型的标准插头，也可以为USB TYPE A型的标准插座。第二串行总线接口300可以但不限于为USB TYPE C型的标准插座，也可以为USB TYPE C型的标准插头；例如，两者均有24根信号，其中一行的插孔/插针从A1至A12依次排列为零电位GND、第一发射正信号TX1+、第二发射负信号TX1-、电源总线VBUS、第一配置子信号CC1、数据正信号D+、数据负信号D-、第一辅助信号SBU1、电源总线VBUS、第二接收负信号RX2-、第二接收正信号RX2+以及零电位GND；其中另一行的插孔/插针从B1至B12依次排列为零电位GND、第二发射正信号TX2+、第二发射负信号TX2-、电源总线VBUS、第二配置子信号CC2、数据正信号D+、数据负信号D-、第二辅助信号SBU2、电源总线VBUS、第一接收负信号RX1-、第一接收正信号RX1+以及零电位GND；其中电源总线VBUS和零电位GND占据了8根，用于提升电流传输能力；数据正信号D+和数据负信号D-用于传输USB2.0的两组信号。其中，两组共八根的第一发射正信号TX1+、第二发射负信号TX1-、第一接收负信号RX1-、第一接收正信号RX1+、第二发射正信号TX2+、第二发射负信号TX2-、第二接收负信号RX2-以及第二接收正信号RX2+可用于传输usb3.2数据。其中第一辅助信号SBU1、第二辅助信号SBU2、第一配置子信号CC1以及第二配置子信号CC2是传统的USB接口所没有的信号。第一配置子信号CC1和第二配置子信号CC2是USB TYPE-C接口的灵魂所在，承载了TYPE-C连接过程中的传输方向确认和正反插确认功能，以及USB PD BCM码信号传输功能，实现负载的功能配置。两根线CC线，当其中一根CC作为TYPE-C接口的配置信号时，另一个CC则作为电缆上EMARKER芯片的供电电源。剩下的第一辅助信号SBU1和第二辅助信号SBU2为辅助信号，在不同的应用场景具有不同的用途。例如在ALT MODE 模式下进行DP信号传输时，作为音频传输通道，在进入TYPE-C模拟音频耳机附件模式，则作为麦克风信号传输通道。USB TYPE C型的标准插座与USB TYPE C型的标准插头是相互匹配的。而对于USB TYPE C型的标准插头在A5对应的插针/插孔改为了CC，另外一个CC变成了VCONN，于是，当插头插入插头的时候，插头上的CC可能跟插座上的CC1连在一起，也可能跟插座上的CC2连接在一起，分别对应着正插和反插两种情况。插座上需要用EMARKER芯片来检测是CC1建立了连接，还是CC2建立了连接，从而控制设备内部的转换（SWITCH），来正确的适配数据传输，或者是音视频传输的信号对应关系。

其中，第一串行总线接口100与第二串行总线接口300可以不同时为插头或者插座，例如，当第一串行总线接口100为插座时，第二串行总线接口300为插头；同理，当第一串行总线接口100为插头时，第二串行总线接口300为插座。

如图4所示，本实施例中数据复用器200的输入端或者输出端中的一个至少具有一组第一数据通道，每组第一数据通道至少具有四个数据子通道，例如，数据子通道A0+、A0-、A1+以及A1-，其与第一串行总线接口100对应连接；数据复用器200的输入端或者输出端中的另一个至少具有两组第二数据通道，每组第二数据通道至少具有四个数据子通道，例如，其中一个第二数据通道包括数据子通道B0+、B0-、B1+以及B1-，其中另一个第二数据通道包括数据子通道C0+、C0-、C1+以及C1-，其与第二串行总线接口300对应连接；切换信号为高电平时，第一数据通道与其中一个第二数据通道连接，切换信号为低电平时，第一数据通道与其中另一个第二数据通道连接。其中，该数据复用器200不能引入较大的插入损耗，其可以为模拟差分无源开关，具有出色的动态特性，可在信号眼图衰减最小的情况下实现高速转换，并且附加抖动极少。

其中，配置信号包括第一配置子信号和第二配置子信号，当负载与第二串行总线接口300正插连接时，第一配置子信号CC1可以为高电平，此时，切换信号为高电平；当负载与第二串行总线接口300反插连接时，第一配置子信号CC1可以为低电平，此时，切换信号为低电平。

如图1所示，在其中一个实施例中，由于USB3.2 Gen2的10Gbps超高速信号要经过Type-A连接器以及连接器插座的PCB，还要经过 USB线缆，整条链路的插入损耗会比较大。为了减少高速信号在长距离传输后导致的信号失真，在链路上加1个10Gbps的线性驱动器将Type-A过来的USB3.2 Gen2的收发数据进行重整型，用来对USB3.2 Gen2进来的信号做信号补偿，优化信号质量，补偿信号损耗，延长传输距离。因此，适配器还包括信号驱动器700；信号驱动器700与第一串行总线接口100和数据复用器200连接，用于补偿第一通信链路的信号传输质量。其中，信号驱动器700可以但不限于为线性驱动器，具体还可以是中继器。于是，在第一串行总线接口100与数据复用器200之间接入信号驱动器700，可以补偿第一通信链路的信号传输质量，延长传输距离。

如图5所示，在其中一个实施例中，信号驱动器700的输出通道包括第一发射正通道TXP1、第一发射负通道TXN1、第二发射正通道TXP2以及第二发射负通道TXN2，这些输出通道上均串接有0.1μF的交流耦合电容C，用于隔离高速信号的直流分量。在信号驱动器700的输出通道上串接交流耦合电容C，可以降低共模信号的干扰，提高信号传输的精准度。信号驱动器700还包括与这些输出通道相对应的输入通道，例如，第一接收正通道RXP1、第一接收负通道RXN1、第二接收正通道RXP2以及第二接收负通道RXN2。

如图1所示，在其中一个实施例中，适配器还包括低压差线性稳压器800；低压差线性稳压器800与第一串行总线接口100、数据复用器200、信号驱动器700以及串行总线快充芯片400连接，用于接入第一串行总线接口100的第一直流电压以供电第二直流电压至数据复用器200、信号驱动器700以及串行总线快充芯片400。其中，低压差线性稳压器800的型号可以但不限于为TPS74601PQWDRBRQ1，其接入DC5V的电压，输出DC3.3V的电压用以供电。

如图1所示，在其中一个实施例中，适配器还包括构造于第一串行总线接口100与第二串行总线接口300之间的第二通信链路，第二通信链路与串行总线快充芯片400连接；其中，第二通信链路的传输速率至少为480Mbps。可以理解的是，第二通信链路是用于兼容USB2.0通信的。

如图1所示，在其中一个实施例中，开关单元600包括P沟道型场效应晶体管；场效应晶体管的源极与电源模块500的输出端连接；场效应晶体管的漏极与第二串行总线接口300连接；场效应晶体管的栅极与串行总线快充芯片400连接。可以理解的是，场效应晶体管的打开或者关断是基于串行总线快充芯片400的快充（PD，Power Delivery）协议。其中，该场效应晶体管的型号可以但不限于为SQJ457EP-T1_GE3，也可以是具有相同或者相似功能的其它晶体管或者电路。

如图1所示，在其中一个实施例中，电源模块500包括电源插座510、升降压电路530以及直流转换电源芯片520；电源插座510用于接入电压范围为9至12V的直流供电电源，而开关单元600的输入端电压范围为3.3V-24V，电流可以为5A，该直流供电电源可以是电池；升降压电路530与电源插座510和开关单元600的输入端连接；以及直流转换电源芯片520与电源插座510、升降压电路530、开关单元600的输入端以及串行总线快充芯片400连接，用于根据第一控制信号生成使能信号以控制升降压电路530进行升压或者降压，以及配置直流转换电源芯片520的输出电压和/或电流。其中，第一控制信号通过双向二线制同步串行总线或者反馈信号线传输至直流转换电源芯片520。

升降压电路530为四个N沟道型场效应晶体管和一个电感构成的FSBB（FourSwitch Buck-Boost，四开关管升降压电路530）型变换器。当需要升压的时候，直流转换电源芯片520控制BULK的上管保持导通，下管保持断开。当需要降压的时候，直流转换电源芯片520控制BOOST的上管保持导通，下管保持断开。串行总线快充芯片400会通过I2C或FB（Feed Back，反馈）管脚来控制直流转换电源芯片520的输出电压和电流。其中，N沟道型场效应晶体管的型号可以但不限于为SQJA02EP-T1_GE3，此仅为示例性展示，并不局限于此。

其中，需要进行说明的是，串行总线快充芯片400的型号可以但不限于为CYPD3195-24LDXS，也可以是具有相同或者相似功能的其它芯片或者电路。直流转换电源芯片520的型号可以但不限于为LM34936QPWPRQ1，也可以是具有相同或者相似功能的其它芯片或者电路。信号驱动器700的型号可以但不限于为TUSB1002AIRGER，也可以是具有相同或者相似功能的其它芯片或者电路。数据复用器200的型号可以但不限于为HD3SS3212IRKST，也可以是具有相同或者相似功能的其它芯片或者电路。

综上所述，本实施例提供的适配器兼顾了USB3.2的数据传输和USB PD的快充技术。数据传输部分可以支持高达10Gbps的传输速率，并且有线性驱动器来弥补传输过程中的损耗，从而使10Gbps的数据能传输的更远，信号质量更好。还有数据复用器200来完成USBType-A到Type-C的完美转换，实现协议里真正意义上的盲插。快充部分有内含USB PD物理层、协议层以及策略管理的USB PD芯片和能控制升降压的直流转换电源芯片520，因此，本申请的技术方案能输出USB PD协议定义的各个梯度的电压和电流，并且能通过检测到的VBUS状态来控制直流转换电源芯片520的电压电流输出，从而实现USB PD的PPS（Programmable Power Supply，可编程电源）功能，使快充的效率更高。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的适配器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种适配器，其特征在于，包括：

第一串行总线接口；

数据复用器，与所述第一串行总线接口连接；

第二串行总线接口，与所述数据复用器连接，用于通过所述数据复用器与所述第一串行总线接口构造第一通信链路，所述第一通信链路的传输速率至少为10Gbps；

串行总线快充芯片，与所述数据复用器和所述第二串行总线接口连接，用于根据所述第二串行总线接口传输的配置信号生成切换信号、第一控制信号以及第二控制信号，以切换所述数据复用器与所述第二串行总线接口之间的通信路径；

电源模块，与所述串行总线快充芯片连接，用于根据所述第一控制信号输出对应的充电信号，且所述充电信号的可变功率至少包括100W；以及

开关单元，与所述第二串行总线接口、所述串行总线快充芯片以及所述电源模块连接，用于根据所述第二控制信号管制所述充电信号输出至所述第二串行总线接口。

2.根据权利要求1所述的适配器，其特征在于，所述适配器还包括：

信号驱动器，与所述第一串行总线接口和所述数据复用器连接，用于补偿所述第一通信链路的信号传输质量。

3.根据权利要求2所述的适配器，其特征在于，所述适配器还包括：

低压差线性稳压器，与所述第一串行总线接口、所述数据复用器、所述信号驱动器以及所述串行总线快充芯片连接，用于接入所述第一串行总线接口的第一直流电压以供电第二直流电压至所述数据复用器、所述信号驱动器以及所述串行总线快充芯片。

4.根据权利要求1所述的适配器，其特征在于，所述适配器还包括：

构造于所述第一串行总线接口与所述第二串行总线接口之间的第二通信链路，与所述串行总线快充芯片连接；

其中，所述第二通信链路的传输速率至少为480Mbps。

5.根据权利要求1所述的适配器，其特征在于，所述开关单元包括P沟道型场效应晶体管；

所述场效应晶体管的漏极与所述电源模块的输出端连接；所述场效应晶体管的源极与所述第二串行总线接口连接；所述场效应晶体管的栅极与所述串行总线快充芯片连接。

6.根据权利要求1所述的适配器，其特征在于，所述电源模块包括：

电源插座，用于接入直流供电电源；

升降压电路，与所述电源插座和所述开关单元的输入端连接；以及

直流转换电源芯片，与所述电源插座、所述升降压电路、所述开关单元的输入端以及所述串行总线快充芯片连接，用于根据所述第一控制信号生成使能信号以控制所述升降压电路进行升压或者降压，以及配置所述直流转换电源芯片的输出电压和/或电流。

7.根据权利要求6所述的适配器，其特征在于，所述第一控制信号通过双向二线制同步串行总线或者反馈信号线传输至所述直流转换电源芯片。

8.根据权利要求2所述的适配器，其特征在于，所述信号驱动器为中继器。

9.根据权利要求8所述的适配器，其特征在于，所述信号驱动器的输出通道串接有交流耦合电容。

10.根据权利要求6所述的适配器，其特征在于，所述升降压电路为四个N沟道型场效应晶体管和一个电感构成的FSBB型变换器。

Images