连接电路、连接电路的控制方法和连接设备
技术领域
本发明涉及USB接口技术领域，特别是涉及一种连接电路、连接电路的控制方法和连接设备。
背景技术
Type-C是一种新的USB硬件接口形式，具有可正反面插自动识别的便捷连接方式、支持大功率供电、接口扩展等优点，因此，被广泛应用于手机、笔记本电脑等众多电子设备。
Type-C连接器具有两排上下对称的管脚，其中包括两组相同的USB数据信号的传输引脚，即pin A6、pin A7的D+/-引脚和B6、B7的D+/-引脚，但是，主控处理芯片的源端通常只有一组D+/-通道。因此，目前常见的处理方式是，将从主控处理芯片出来到Type-C连接器处的数据信号一分为二，从而连接至Type-C插座的两组D+/-管脚上。当传输速率仅480Mbps时，可以不考虑信号走线的阻抗连续性，仍能得到较好的数据传输质量。
但是，USB3.1 Gen2“SuperSpeed+”可以达到10Gbps的传输速率，传输速率对数据信号的走线提出了更高的要求，而不能再简单地将数据信号在Type-C连接器处一分为二进行传输。因此，通常需要先检测Type-C线的连接方向，并使数据信号切换至相应的一组引脚进行传输，从而提高数据信号的传输速度和抗干扰能力。但是，目前连接电路无法快速地识别连接方向，并根据连接方向切换数据信号的传输引脚，从而导致连接电路的灵活性大大降低。
发明内容
基于此，有必要针对Type-C连接电路的便捷性和灵活性不足的问题，提供一种连接电路。
一种连接电路，包括：
连接器模块，用于与外部设备连接，所述连接器模块包括具有两个连接方向的接口，所述连接器模块包括：
CC引脚，用于传输CC信号；
两个数据引脚组，用于传输数据信号；
识别模块，与所述连接器模块连接，用于接收所述CC信号，并根据所述CC信号生成携带所述连接方向信息的识别信号；
选择模块，与所述连接器模块和所述识别模块连接，用于接收所述识别信号，并根据所述识别信号选择从两个所述数据引脚组中的一个获取所述数据信号。
在其中一个实施例中，所述识别模块包括：
电压比较器，与所述连接器模块连接，用于比较所述CC信号的电压和阈值电压，并输出携带比较结果信息的比较信号；
识别信号产生单元，与所述电压比较器的输出端连接，用于接收所述比较信号，并根据所述比较信号生成所述识别信号。
在其中一个实施例中，所述识别信号产生单元用于当所述CC信号的电压大于所述阈值电压时，生成第一识别信号；当所述CC信号的电压小于或等于所述阈值电压时，生成第二识别信号，所述第一识别信号和第二识别信号用于标识所述连接方向。
在其中一个实施例中，所述识别信号产生单元包括：
第一电阻，串联设于电源电压输入端和所述电压比较器的输出端之间；
非门电路，所述非门电路的第一端连接至所述电压比较器的输出端，第二端连接至接地端，第三端连接至所述电源电压输入端。
在其中一个实施例中，所述非门电路包括第二电阻和第一开关控制管；
所述第二电阻，串联设于所述电源电压输入端和所述第一开关控制管的之间；
所述第一开关控制管的第一端连接至所述电压比较器的输出端，第二端连接至所述接地端，第三端连接至所述第二电阻，所述第一开关控制管的第三端为所述识别信号的输出端。
在其中一个实施例中，所述非门电路还包括：
第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一开关控制管的第二端连接，所述第一二极管的阴极与所述第一开关控制管的第三端连接。
在其中一个实施例中，所述第一开关控制管为场效应管，所述场效应管的栅极连接至所述电压比较器的输出端，源极连接至所述接地端，漏极连接至所述接地端。
一种连接电路的控制方法，所述方法包括：
当连接器模块与外部设备连接时，控制所述连接器模块的CC引脚传输CC信号，控制所述连接器模块的两个数据引脚组传输数据信号；
控制识别模块根据CC信号生成携带连接方向信息的识别信号，所述连接方向为所述连接器模块的接口与外部设备相连接的方向；
控制选择模块接收所述识别信号，并根据所述识别信号选择从两个所述数据引脚组中的一个获取所述数据信号。
在其中一个实施例中，所述控制识别模块根据CC信号生成携带连接方向信息的识别信号，包括：
控制所述识别模块根据所述CC信号和预设的阈值电压生成所述携带连接方向信息的所述识别信号。
一种连接设备，包括上述的连接电路。
一种连接电路、连接电路的控制方法和连接设备，所述连接电路包括：连接器模块，具有两个连接方向，包括：CC引脚，用于传输CC信号，CC信号与连接方向相匹配；两个数据引脚组，用于传输数据信号；识别模块，与连接器模块连接，用于根据CC信号生成携带连接方向信息的识别信号；选择模块，与连接器模块和识别模块连接，用于接收识别信号，并根据识别信号选择从两个数据引脚组中的一个获取数据信号。本发明通过接收CC信号，并根据CC信号生成相应的识别信号，实现了对连接方向的快速识别，再根据识别信号选择相应的数据信号的传输引脚，而无需复杂的处理器的I2C接口和一些GPIO以及中断处理资源，也无需软件对逻辑芯片进行配置控制，从而在保证数据信号传输速度和抗干扰能力的前提下，提高了连接电路的连接灵活性。
附图说明
图1为一实施例的连接电路的结构示意图；
图2为一实施例的连接器模块的接口定义图；
图3为一实施例的连接器模块的内部电路图；
图4为一实施例的选择模块的内部电路图；
图5为本示例的A面连接时的CC引脚连接示意图；
图6为本示例的B面连接时的CC引脚连接示意图；
图7为一实施例的识别模块的内部电路图；
图8为一实施例的连接电路的控制方法的流程图。
元件标号说明：
连接器模块：100；识别模块：200；选择模块：300；电压比较器：210；识别信号产生单元：220；非门电路：221
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请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，不是旨在于限制本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
图1为一实施例的连接电路的结构示意图，如图1所示，在本实施例中，连接电路包括连接器模块100、识别模块200和选择模块300。
连接器模块100，用于与外部设备连接，连接器模块100包括具有两个连接方向的接口，连接器模块包括：CC引脚，用于传输CC信号，CC信号与连接方向相匹配；两个数据引脚组，用于传输数据信号。
具体地，本实施例的连接器模块100用于实现设备与主机之间的连接，外部主机输出的数据信号经过连接器模块100传输至设备，从而实现数据的通信，采用Type-C连接器连接设备和主机时，Type-C连接器具有两种连接方向，即A面连接和B面连接。
图2为本实施例的连接器模块100的接口定义图，如图2所示，Type-C连接器为中心对称结构，因此Type-C连接器不论采用A面连接，还是B面连接都可以实现信号和数据的传输功能。如图2所示，Type-C连接器模块100的接口具有pin A5和pin B5的两个CC引脚，分别为CC1引脚(pin A5)和CC2引脚(pin B5)，且CC引脚上传输的CC信号与连接方向相匹配，即采用不同的连接方式时，两个CC引脚上会相应传输不同的CC信号。进一步地，Type-C连接器模块100的接口具有两个数据引脚组，分别为第一数据引脚组和第二数据引脚组，第一数据引脚组包括TX+(pin A2)、TX-(pin A3)、RX+(pin B)和RX-(pin B0)，第二数据引脚组包括TX2+(pin B2)、TX2-(pin B3)、RX2+(pin A)和RX2-(pin A0)，第一数据引脚组用于在A面连接时传输数据信号，第二数据引脚组用于在B面连接时传输数据信号。
识别模块200，与连接器模块100连接，用于接收CC信号，并根据CC信号生成携带连接方向信息的识别信号。
具体地，识别模块200无需外部的时序控制，基于内部的元件和电路结构即可生成跟随于CC信号的识别信号，由于CC信号与连接方向相匹配，所以相应生成的识别信号也与连接方向相匹配，即当连接方向为A面连接时，生成第一识别信号；当连接方向为B面连接时，生成第二识别信号。其中，第一识别信号和第二识别信号的特征参数的值不相同，进一步地，特征参数的值例如可以为电压。
选择模块300，与连接器模块100和识别模块200连接，用于接收识别信号，并根据识别信号选择从两个数据引脚组中的一个获取数据信号。
具体地，选择模块300可以包括多路选择器，例如为二选一多路选择器，选择模块300用于在识别信号的控制下，选择两个数据引脚组中的一个连通至选择模块300的输出端，从而获取连接器模块100传输的数据信号并进行输出。即，当识别信号为第一识别信号时，选择第一数据引脚组传输数据信号；并当识别信号为第二识别信号时，选择第二数据引脚组传输数据信号，从而实现根据识别信号选择数据传输通路的目的。
本实施例的连接电路包括：连接器模块100，具有两个连接方向，包括：CC引脚，用于传输CC信号，CC信号与连接方向相匹配；两个数据引脚组，用于传输数据信号；识别模块200，与连接器模块100连接，用于根据CC信号生成携带连接方向信息的识别信号；选择模块300，与连接器模块100和识别模块200连接，用于接收识别信号，并根据识别信号选择从两个数据引脚组中的一个获取数据信号。本实施例的连接电路通过接收CC信号，并根据CC信号生成相应的识别信号，实现了对连接方向的快速识别，再根据识别信号选择相应的数据信号的传输引脚，而无需复杂的处理器的I2C接口和一些GPIO以及中断处理资源，也无需软件对逻辑芯片进行配置控制，从而在保证数据信号传输速度和抗干扰能力的前提下，提高了连接电路的连接灵活性。
图3为一实施例的连接器模块100的内部电路图，如图3所示，在本实施例中，J1为Type-C连接器，本实施例的连接器模块100可以传输USB_HS的数据信号和USB_SS的数据信号。
USB_HS的数据信号的传输速率低，抗干扰能力强，因此可以采用一分为二式的传输方式，即如图3中所示，USB_TYPEC_DN信号分为两路分别连接至Type-C连接器J1的DN1引脚(pin A7)和DN2引脚(B7)，且USB_TYPEC_DP信号分为两路分别连接至DP1引脚(pin A6)和DP2引脚(B6)。
USB_SS的数据信号的传输速率高，抗干扰能力弱，因此，在本实施例中，将USB_SS在两个连接方向上的数据信号分别连接至Type-C连接器J1的不同的数据引脚组，从而便于选择模块300选择其中一个数据引脚组以传输数据信号。其中，每个数据引脚组包括4个USB_SS数据引脚，具体地，第一数据引脚组包括SSTXP引脚、SSTXN引脚、SSRXP引脚和SSRXN引脚，用于传输A面连接时的数据信号；第二数据引脚组包括SSTXP2引脚、SSTXN2引脚、SSRXP2引脚和SSRXN2引脚，用于传输B面连接时的数据信号传输用于B面连接时的数据信号。
进一步地，2个VBUS引脚(pin A9和pin B9)均连接至主机端的电源信号输出端，根据协议规范，Type-C连接器J1的CC1引脚(pin A5)和CC2引脚(pin B5)分别通过下拉电阻Rd和Rd2接地，同时，主机端的CC引脚连接有上拉电阻Rp，且主机端的CC引脚上的电压默认为高电平。当连接器模块100未连接时，主机端的CC引脚上的电压仍为高电平，主机端的USB_VBUS不输出电源信号；当通过连接器模块100连接后，主机端和设备端被连接线相连，由于设备端的下拉电阻的分压，主机端的CC引脚上的电压被下拉至低电平，从而检测到设备端的接入，主机端就打开USB_VBUS电源开关并输出电源信号给设备端，从而保证无论USB是A面连接还是B面连接，都能触发主机输出USB_VBUS电源。
具体地，图4为一实施例的选择模块300的内部电路图，如图4所示，在本实施例中，U2为多路选择器，用于切换USB_SS数据信号的传输通路。
多路选择器U2的SSTX-引脚、SSTX+引脚、SSRX-引脚和SSRX+引脚分别连接至前述Type-C连接器J1的SSTXP引脚、SSTXN引脚、SSRXP引脚和SSRXN引脚，构成第一传输通路；多路选择器U2的SSTX2-引脚、SSTX2+引脚、SSRX2-引脚和SSRX2+引脚分别连接至前述Type-C连接器J1的SSTXP2引脚、SSTXN2引脚、SSRXP2引脚和SSRXN2引脚，构成第二传输通路。
多路选择器U2的SEL引脚(pin6)用于连接识别模块200，以获取识别模块200输出的识别信号USB_SS_SEL,其中，识别信号USB_SS_SEL用于指示多路选择器选择第一传输通路或第二传输通路，以通过被选中的传输通路获取数据信号，并由多路选择器U2的SSTXCOM-引脚、SSTXCOM+引脚、SSRXCOM-引脚和SSRXCOM+引脚将数据信号传输至设备中的其他模块，从而使选择模块300实现了对数据引脚组的选择和对数据信号的传输。
在一实施例中，识别模块200根据CC信号和预设的阈值电压生成识别信号。具体地，识别模块200根据CC信号和阈值电压之间的数值关系生成识别信号USB_SS_SEL，CC信号的值与连接方向直接相关，因此，根据CC信号生成的识别信号USB_SS_SEL可以直接反映连接器模块100的连接方向，从而实现连接方向的快速识别。
在一示例中，CC信号是指前述的Type-C连接器J1的CC2引脚上的USB_CC2信号，当设备端经由连接线连接至主机端时，由于主机端的上拉电阻Rp的作用，设备端的Type-C连接器J1的CC1引脚或CC2引脚上的电压会发生改变，即被上拉至设定的电压，因此，连接器模块100的CC信号的值与连接方向直接相关，通过获取CC1引脚或CC2引脚上的电压即可获取连接方向信息。
具体地，图5为本示例的A面连接时的CC引脚连接示意图，如图5所示，当连接方向为A面连接时，设备端侧的Type-C连接器J1的CC1引脚与主机端的CC引脚接通，由于内部下拉电阻Rd的下拉作用，CC2引脚上的电压保持低电平0V的状态。图6为本示例的B面连接时的CC引脚连接示意图，如图6所示，当连接方向为B面连接时，设备端侧的Type-C连接器J1的CC2引脚与主机端接通，在主机端的上拉电阻Rp的作用下，CC2引脚上的电压会被上拉至设定的电压，表1为不同输出模式下上拉电阻的规格，如表1所示，以主机端的上拉电阻Rp把电压上拉至4.75V为例，相应的上拉电阻Rp的阻值为56kΩ，通常下拉电阻Rd的阻值为5.kΩ，上拉电阻Rp与下拉电阻Rd共同对电压4.75V进行分压后，CC2引脚上的电压约为0.39V，即CC2引脚上的电压保持高电平0.39V的状态。
表1
进一步地，本实施例设置预设的阈值电压为0.33V，参考前述CC2引脚上的电压与连接方向之间的关系，当连接方向为A面连接时，CC2引脚上的电压保持低电平0V的状态；当连接方向为B面连接时，CC2引脚上的电压至少保持高电平0.39V的状态。因此，当阈值电压为0.33V时，通过比较CC2引脚上的电压和阈值电压.33V，可以准确地判定连接器模块100的连接方向，从而便于切换至相应的数据引脚组进行数据传输。
图7为一实施例的识别模块200的内部电路图，如图7所示，在本实施例中，识别模块200包括电压比较器210和识别信号产生单元220。
电压比较器210，与连接器模块100连接，用于比较CC信号的电压和阈值电压，并输出携带比较结果信息的比较信号；
具体地，电压比较器U1的VIN-引脚(pin3)与Type-C连接器J1的CC2引脚连接，以获取USB_CC2信号，电压比较器U1的VIN+引脚(pin)与参考电压0.33V连接，其中，参考电压由分压电阻R3和R4分压获得。进一步地，当VIN+引脚上的参考电压大于VIN-引脚上的USB_CC2电压时，VOUT(pin4)输出高电平；当VIN+引脚上的参考电压小于VIN-引脚上的USB_CC2电压时，VOUT(pin4)输出低电平。
识别信号产生单元220，与电压比较器210的输出端连接，用于接收比较信号，并根据比较信号生成识别信号。
具体地，识别信号产生单元220的输入端与电压比较器U1的VOUT引脚连接，以获取电压比较器U1输出的比较信号，识别信号产生单元220的输出端与图4中的多路选择器U2的SEL引脚连接，以向多路选择器U2传输识别信号USB_SS_SEL。识别信号产生单元220响应于电压比较器U1输出的比较信号，用于当CC信号的电压大于阈值电压时，生成低电平的第一识别信号USB_SS_SEL；当CC信号的电压小于或等于阈值电压时，生成高电平的第二识别信号USB_SS_SEL，第一识别信号和第二识别信号用于标识连接方向。
可以理解的是，电压比较器U1通常为集电极开路输出，即电压比较器210的输出端需要连接上拉电阻才能输出高电平信号，而在选取上拉电阻时需要考虑电路的工作频率、电源电压、驱动能力等因素。例如，若工作频率较高，为了减少后级输入电容的影响，可以选择阻值较小的上拉电阻；若工作频率较低，为了降低功耗，可以选择阻值较大的上拉电阻。因此，若采用上拉电阻的方案，会存在上拉电阻的阻值不易配置、驱动能力不足等问题。本实施例的识别信号产生单元220可以适配不同情况的电路，并在电压比较器U1输出高电平或低电平的状态下都能提供较强的驱动能力。
继续参考图7，在一实施例中，识别信号产生单元220包括第一电阻R1和非门电路221。
第一电阻R1，串联设于电源电压输入端VDD_3V3和电压比较器U1的输出端VOUT之间；
非门电路221，非门电路221的第一端连接至电压比较器U1的输出端VOUT，第二端连接至接地端，第三端连接至电源电压输入端VDD_3V3。
具体地，本实施例通过设置非门电路221，可以实现对输入信号的反相，即当电压比较器U1的VOUT引脚输出高电平信号时，非门电路221输出低电平信号；当电压比较器U1的VOUT引脚输出低电平信号时，非门电路221输出高电平信号。本实施例的非门电路221受环境因素的干扰较小，因此可以实现识别信号USB_SS_SEL的稳定输出。
继续参考图7，在一实施例中，非门电路221包括第二电阻R2和第一开关控制管T1。
第二电阻R2，串联设于电源电压输入端和第一开关控制管T1的之间；
第一开关控制管T1的第一端连接至电压比较器210的输出端VOUT，第二端连接至接地端，第三端连接至第二电阻R2，第一开关控制管T1的第三端为识别信号的输出端。
具体地，第一开关控制管T1为场效应管，场效应管的栅极连接至电压比较器210的输出端，源极连接至接地端，漏极连接至接地端，更进一步地，第一开关控制管可以为NMOS、PMOS等逻辑器件。以第一开关控制管T1为NMOS为例，当电压比较器U1的VOUT引脚输出高电平信号时，第一开关控制管T1由于栅极是高电平，源极和漏极处于导通状态，因此识别信号USB_SS_SEL会被拉至低电平状态；当电压比较器U1的VOUT输出低电平信号时，第一开关控制管T1由于栅极是低电平，源极和漏极处于截止状态，因此识别信号USB_SS_SEL由第二电阻R6上拉并维持在高电平状态。第一开关控制管T1可以稳定地输出识别信号USB_SS_SEL，因此，本实施例提供了一种可靠性更高的识别信号产生单元220。
继续参考图7，在一实施例中，非门电路221还包括：第一二极管D1，阳极与第一开关控制管T1的第二端连接，阴极与第一开关控制管T1的第三端连接。本实施例通过设置第一二极管D1，可以防止高压造成第一开关控制管T1的反向击穿，以保护第一开关控制管T1，从而提高识别信号产生单元220的可靠性。
在一示例中，电压比较器U1的+VS引脚(pin5)和VOUT引脚(pin4)还分别连接有接地电容C2和C3。接地电容C2和C3用于将噪声引导到地，从而减少噪声。
图8为一实施例的连接电路的控制方法的流程图，连接电路包括连接器模块100、识别模块200和选择模块300，连接器模块100具有两个连接方向，如图8所示，连接电路的控制方法包括步骤S100至S300。
S100：当连接器模块100与外部设备连接时，控制连接器模块100的CC引脚传输CC信号，控制连接器模块100的两个数据引脚组传输数据信号；
S200：控制识别模块200根据CC信号生成携带连接方向信息的识别信号；
S300：控制选择模块300接收识别信号，并根据识别信号选择从两个数据引脚组中的一个获取数据信号。
本实施例的控制方法通过控制连接器模块100接收CC信号，并控制识别模块200根据CC信号生成相应的识别信号，实现了对连接方向的快速识别，再控制选择模块300根据识别信号选择相应的数据信号的传输引脚，而无需复杂的处理器的I2C接口和一些GPIO以及中断处理资源，也无需软件对逻辑芯片进行配置控制，从而在保证数据信号传输速度和抗干扰能力的前提下，提高了连接电路的控制灵活性。
应该理解的是，虽然图8流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图8中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
一种连接设备，包括上述的连接电路，具体地，包括：
连接器模块100，具有两个连接方向，包括：
CC引脚，用于传输CC信号，所述CC信号与所述连接方向相匹配；
两个数据引脚组，用于传输数据信号；
识别模块200，与所述连接器模块100连接，用于根据CC信号生成携带所述连接方向信息的识别信号；
选择模块300，与所述连接器模块100和所述识别模块200连接，用于接收所述识别信号，并根据所述识别信号选择从两个所述数据引脚组中的一个获取所述数据信号。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明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描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
