专利名称：一种usb总线接口检测装置及其检测方法
一种USB总线接口检测装置及其检测方法技术领域：
本发明涉及一种通信技术领域的电子检测装置及其4企测方法，尤其 涉及一种USB总线接口检测装置及其检测方法。背景技术：
USB总线在通讯、电子领域大量使用，在对外提供USB接口的单 板批量生产过程中，需要对这种接口功能、性能进行测试验证，从而保 证单板USB接口功能的生产质量。现有技术当中一种比较常规、简易的 做法是外部配备一个U盘作为测试环境，通过单板对U盘的读写操作成 功与否来加以判断。然而，这种测试方法在实际应用过程中，由于USB 接口电路可能存在短路现象(具体的说，USB的差分信号D+与电源VCC 短路、USB的差分信号D-与地GND短路等情况下)，就会出现单板可 能正常上电，而USB相关电路损坏(包括损坏用于作为测试环境的U 盘)。如果VCC和GND短路，那么造成更大的破坏。中国专利(申请号200410037022.1,公开号CN1691809A ) "USB 接口防护系统"和中国专利(专利号:200420050364.2 ) "USB接口防护 电路"分别介绍了通过压敏电阻和TVS管给手机USB接口 ESD和浪涌 提供沖击保护。然而这两个专利所提供的技术方案都无法解决生产检测 过程中USB接口可能出现的短路问题。中国专利(专利号:01103461.0)"测试USB端口的方法及其装置" 介绍了一种通过读取USB主控制器内部状态寄存器的方法来判断USB 接口上电源VCC、地GND、 一对差分信号线(D+、 D-)是否存在短路、
断路的情形。但是，该专利存在以下不足1、需要通过软件逐一判断 电源、地、差分信号线之间的短路、开路组合，测试效率较低；2、被 测器件需要上电才能进行测试操作，如果存在短路情况，就有损坏被测 件；3、该电路不容易被应用到生产测试环境下对USB^妄口做进一步的 功能、性能测试。欧洲专利(专利号EP1243111A1 ) "METHOD AND CIRCUIT FOR PROTECTION OF A UNIVERSAL SERIAL BUS TRANSCEIVER AGAINST SHORT-CIRCUIT"，介绍了 一种通过USB设备控制器和短路 保护电路实现对USB接口的短路检测和保护。然而，该专利技术结构设 计复杂，且涉及比较复杂的状态机的转换，电路成本较高；同时不太适 合应用在生产测试环境下对USB接口进行数据传输性能方面的测试。
发明内容本发明所要解决的技术问题之一是提供一种USB总线接口检测装 置，该装置可以在待测USB总线接口未加电之前，快速一企测其是否存在 短路现象。为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案 一种USB总线接口检测装置，包括一USB转接单元， 一用于检测 待测USB接口是否短路的短路检测单元，及一显示及报警单元；所述 USB转接单元具有与待测USB接口各端对应的输入端和输出端；所述 短路检测单元包括多个输入端和至少一输出端，其输入端通过所述USB 转接单元与待测USB接口的各端——对应连接，其输出端给出短路检测 结果信号；所述显示及报警单元用于显示检测结果，并对短路进行报警 提示。该USB总线接口检测装置还包括一主控单元，分别与所述短路检测单元输出端及显示及报警单元的输入端连接，用于接收和分析所述短路 检测单元输出的短路检测结果信号，并控制显示及报警单元显示检测结 果以及对短路进行报警提示。在所述的检测装置中所述短路检测单元包括至少三个光耦合器， 所述三个光耦合器同向串接后经限流电阻串连在主电源与地端之间，每 个光耦合器，其中发光二极管的正端及地端作为所述短路检测单元的输 入端，其中三极管的集电极分别经一电阻连接主电源，且作为所述短路检测单元的输出端；当短路4企测单元各输入端之间无短i 各情况时，所述 短路检测单元的输出端均为低电平，当短路检测单元任一输入端之间短 路时，所述短路检测单元至少一输出端为高电平。该USB总线接口检测装置还包括一继电器切换单元， 一测试环境接 口单元， 一电源，以及一电源控制单元；所述电源控制单元设置在电源 与待测单元之间，其控制端与所述主控单元连接，在所述主控单元的控 制下，电源通过所述电源控制单元给待测单元供电；所述测试环境接口 单元具有与待测USB接口各端对应的输入端和输出端，用于连接应用环 境设备；所述继电器切换单元的控制端与所述主控单元连接，在所述主 控单元的控制下，切换所述短路检测单元和测试环境接口单元，使二者 的输入端轮换通过所述继电器切换单元和USB转接单元与待测USB接 口各端——只于应连才妄。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种USB总线接口进行检 测的方法。该方法包括如下步骤A、 在待测USB接口上电之前，由主控单元控制短路4企测单元与所 述待测USB接口各端连接，检测待测USB接口各端之间是否有短路；B、 当待测USB接口各端之间无短路时，主控单元控制切换测试环 境接口单元与所述待测USB接口各端连接，同时控制电源给待测单元上 电，使应用环境设备经由测试环境接口单元对待测单元USB接口进行性
能测试；否则转入步骤C;C、当待测USB接口任一端之间有短路时，给予报警提示。 与现有技术相比，本发明的软硬件设计都很筒单，且操作方便、检 测速度快、成本低，在待测单元上电前，先进行USB总线接口的短路检 测，有效的保证了待测单元和测试环境安全；该装置还可以作为USB 总线接口测试电路的一个部分应用于生产测试环境中。另外，USB总线 接口装置使用方便、操作简单。
图1为本发明的USB总线接口检测装置方框图。 图2为本发明的继电器切换电路示意图。 图3为本发明的短路^f企测电路示意图。
具体实施方式下面根据附图和实施例对本发明作进 一 步详细说明。 本发明USB总线接口检测装置，如图l所示，包括USB转接单元 101、继电器切换单元102、短路检测单元103、主控单元104、显示及 报警单元105、电源控制单元106、待测单元(即待测USB接口 ) 201、 测试环境接口单元202和电源203。单元101 ~ 106共同组成了本装置对 USB总线接口短路检测部分；待测单元201、测试环境接口单元202和 电源203为本装置的应用环境。USB转接单元101为一连接装置，如 USB转接线或具有探针的测试夹具，其功能是将待测单元201的USB 接口与本装置的继电器切换单元102连接；继电器切换单元102用于在 主控单元104的控制下实现待测单元USB接口各端在短路检测单元103 和测试环境接口单元202之间的切换；短路检测单元103实现的功能是 检测USB接口四根信号线各端(电源VCC、地GND、差分信号正端
D+、及差分信号负端D-)任意两两之间是否存在短路；显示及报警单 元105用于显示短路检测结果，短路情况下用声光方式进行显示及报警 提示；测试环境接口单元202的功能与USB转接单元i01类似，为一连 接装置，用于将外接的应用环境设备(如U盘)连接到本装置上，进行 待测单元USB接口性能测试；主控单元104具有两种功能，其一是接收 和分析短路检测单元103的短路检测结果，将短路检测结果输出到显示 及报警单元105,其二是输出控制信号，分别控制继电器切换单元102 和电源控制单元106,根据短路检测结果，完成待测单元USB接口各端 在短路检测单元103和测试环境接口单元202之间的切换，使二者的输 入端轮换通过所述继电器切换单元和USB转接单元与待测USB接口各 端——对应连接，以及控制电源控制单元106动作，实现对待测单元USB 总线接口的供电控制。各单元的连接关系为继电器切换单元102和电 源控制单元106的控制端与主控单元104连接，主控单元104的1/0输 出控制信号经驱动后，控制继电器切换单元102和电源控制单元106上 的继电器动作；待测单元201的USB接口通过USB转接单元101接到继 电器切换单元102输入端，继电器切换单元102输出端分成两组，分别 与短路检测单元103和测试环境接口单元202的输入端对应连接；短路 检测单元103自动完成USB总线信号间短路检测并将检测结果送给主控 单元104;主控单元104分析检测结果并输出结杲到显示及报警单元单 元105进行显示，同时对短路情况进行报警指示；电源203在主控单元 104的控制下通过电源控制单元106为待测单元201供电。在实际应用中，采用第一种方案，即包括USB转接单元101、短 路检测单元103、及显示及报警单元105，并且短路检测单元103的各 输入端与USB转接单元101各输出端——对应，显示及报警单元105 直接接收短路检测单元103输出的检测结果，就可以实现对待测USB 接口进行短路测试的目的；而图l所示的技术方案，可以实现在待测单
元加电前，先进行USB总线接口的短路;险测，当测试无短路时，直接控 制转换到对USB总线接口的性能测试，既有效的保证了待测单元和测试环境安全，又能对USB总线接口进行短路和环境两种测试。继电器切换电路102可以采用多种电路方式实现，本发明采用继电 器组实现，如图2为本发明的继电器切换电路示意图，继电器切换单元 102包括两个继电器。其中一继电器完成USB"^妻口中电源VCC、地GND 信号在短路检测单元103和测试环境接口单元202之间的切换，另 一继 电器完成USB接口的一对差分信号(D+和D-)在短路检测单元103和 测试环境接口单元202之间的切换。短路;险测单元103也可以有多种电路实现方式，如图3为本发明的 短路检测电路示意图，短路检测单元103由光耦检测电路等组成，包括 三个光耦合器，三个光耦合器同向串接后经限流电阻Rl串连在主电源 VCC与地端之间，每个光耦合器中的发光二极管Dl、 D2、 D3的正端及 地端作为短路检测单元的输入端，通过继电器切换单元102和USB转接 单元101分别连接待测单元USB接口的USB-VCC、USB-D+、及USB-D-、 及USB-GND端，每个光耦合器中的三极管的集电极分别经一电阻R2、 R3 、 R4连接VCC，且作为短路检测单元的输出端；原理如下如果 USB的四根信号线(VCC、 GND、 D+、及D-信号线)之间都不存在短 路，光耦合器l、光耦合器2、光耦合器3的发光二极管均有电流通过， 光耦合器l、光耦合器2、光耦合器3三极管侧均导通，与光耦合器l、 光耦合器2、光耦合器3分别相对应的输出信号TFLAG1、输出信号 TFLAG2、输出信号TFLAG3均为低电平；如果USB-VCC信号线与 USB-D+信号线短路，USB-GND与USB-D-信号线均不短路，则光耦合 器l被短路无电流通过，输出信号TFLAG1为高电平，光耦合器2和光 耦合器3正常导通，输出信号FLAG2和输出信号TFLAG3均为低电平； 如果USB- D+信号线与USB-GND信号线短路，USB-VCC信号线与 USB-D-信号线均不短路，则输出信号TFLAG1为低电平，输出信号 FLAG2和输出信号TFLAG3均为高电平；同理可以分析其他所有短路 可能存在情形下的电路检测结果。总之，只要输出信号TFLAG1、输出 信号TFLAG2、输出信号TFLAG3之间有一个输出信号为高电平，则 USB总线接口就存在短路。USB总线接口装置使用方便、操作简单，方法如下①主控单元104 控制I/O输出信号控制电源控制单元106断开待测单元201供电，继电 器切换单元102将USB接口信号切换连接到短赠4企测单元103相应接 口 ；②短路;险测单元103硬件自动完成USB总线接口是否存在短路，并 输出检测结果信号到主控单元104;③主控单元104根据短路检测单元 103上报的结果分析是否存在短路，并将分析结果输出到显示及报警单 元105;如果不存在短路情况，主控单元104输出1/0信号控制继电器 切换单元102将USB接口信号切换到与测试环境接口单元202连接，并 控制电源控制单元106接通待测单元201供电；如果存在短路，显示及 报警单元105会给出告警显示，提示操作人员进行处理；④配合其他测 试环境正常进行USB接口的其他功能、性能的检观'],比如数据的读写等。本发明并不限于上述实施方式，任何熟悉此技术者，在不脱离本发 明的精神和范围内，都应该落在本发明的保护范围之内。主控单元104 可以采用PC机或工控机等实现；显示及报警单元105可以采用显示器 或LED指示灯或蜂鸣器实现完成对主控单元104分析的测试结果进行显 示和报警；电源控制106可以采用继电器实现，电路与继电器切换单元 102相同。
权利要求
1、 一种USB总线接口检测装置，其特征在于包括一USB转接单 元， 一用于检测待测USB接口是否短路的短路检测单元，及一显示及报 警单元；所述USB转接单元具有与待测USB接口各端对应的输入端和 输出端；所述短路;险测单元包括多个输入端和至少一输出端，其输入端 通过所述USB转接单元与待测USB接口的各端——对应连接，其输出 端给出短路检测结果信号；所述显示及报警单元用于显示^r测结果，并 对短路进行报警提示。
2、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于还包括一主控单元， 分别与所述短路检测单元输出端及显示及报警单元的输入端连接，用于 接收和分析所述短路检测单元输出的短路检测结果信号，并控制显示及 报警单元显示检测结果以及对短路进行报警提示。
3、 根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述短路检测单元 包括至少三个光耦合器，所述三个光耦合器同向串接后经限流电阻串连 在主电源与地端之间，每个光耦合器，其中发光二极管的正端及地端作 为所述短路检测单元的输入端，其中三极管的集电极分别经一电阻连接 主电源，且作为所述短路检测单元的输出端；当短路检测单元各输入端 之间无短路情况时，所述短路检测单元的输出端均为低电平，当短路检 测单元任一输入端之间短路时，所述短路检测单元至少一输出端为高电 平。
4、 根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于还包括一继电 器切换单元， 一测试环境接口单元， 一电源，以及一电源控制单元；所 述电源控制单元设置在电源与待测单元之间，其控制端与所述主控单元 连接，在所述主控单元的控制下，电源通过所述电源控制单元给待测单元供电；所述测试环境接口单元具有与待测USB接口各端对应的输入端和输出端，用于连接应用环境设备；所述继电器切换单元的控制端与所述主控单元连接，在所述主控单元的控制下，切换所述短踏"险测单元和 测试环境接口单元，使二者的输入端轮换通过所述继电器切换单元和USB转接单元与待测USB接口各端——对应连接。
5、 一种对USB总线接口进行检测的方法，所述方法包括如下步骤A、 在待测USB接口上电之前，由主控单元控制短路检测单元 与所述待测USB接口各端连接， 一企测待测USB接口各端之 间是否有短路；B、 当待测USB接口各端之间无短路时，主控单元控制切换测 试环境接口单元与所述待测USB接口各端连接，同时控制电 源给待测单元上电，使应用环境设备经由测试环境接口单元 对待测单元USB接口进行性能测试；否则转入步骤C;C、 当待测USB接口任一端之间有短路时，给予报警提示。
全文摘要
一种USB总线接口检测装置，包括USB转接单元、显示及报警单元以及用于检测待测USB接口是否短路的短路检测单元；USB转接单元具有与待测USB接口各端对应的输入端和输出端；短路检测单元包括多个输入端和至少一输出端，其输入端通过USB转接单元与待测USB接口的各端一一对应连接，其输出端给出短路检测结果信号；显示及报警单元用于显示检测结果，并对短路进行报警提示。本发明的软硬件设计都很简单，速度快，成本低；在待测单元上电前，先进行USB总线接口的短路检测，有效的保证了待测单元和测试环境安全；该装置还可以作为USB总线接口测试电路的一个部分应用于生产测试环境中。
文档编号G06F11/267GK101145123SQ200710073489
公开日2008年3月19日 申请日期2007年3月12日 优先权日2007年3月12日
发明者嵘 周 申请人:中兴通讯股份有限公司