一种带延时控制的usb集线器的制作方法

专利名称：一种带延时控制的usb集线器的制作方法
技术领域：
本发明涉及信息安全领域，尤其涉及一种带延时控制的USB集线器。
背景技术：
通用串行总线(Universal Serial Bus,简称USB)是一种应用在计算机通 讯领域的新型接口技术。这几年，随着大量支持USB的个人电脑的普及，USB逐 步成为计算机的标准接口己经是大势所趋。
集线器提供两个主要的功能， 一是中继器(R印eater):用于将主机下传的 数据广播至所有功能端口上的USB装置，然后将USB装置上传的数据重复于上游 端口送至主机；另一是连接与断开的检测集线器必须对USB装置的热拔插做检 测，并报告给主机以达到主机热即插即用的功能。
目前，由于周边装置种类越来越多、应用普及加上价格便宜，彩色扫瞄器、 数字相机、调制解调器、PC Camera、 PC Phone、 Speaker等慢慢变成标准设备， 而主机所提供的USB接口数量已经越来越不够使用，所以USB集线器的延伸功用 就发挥出来了，可以依需要选择10个、20个或更多USB插座的集线器，目前 市面上比较多的USB集线器主要是一扩二、 一扩四、 一扩八等规格。
目前在USB集线器的使用上一般插有多个USB设备(如信息安全设备)时， 在开机状态下，如果不拔除信息安全设备，信息安全设备可能会受到黑客或木马 攻击，黑客或木马可以冒用信息安全设备用户的身份使用信息安全设备中的信息 进行非法交易，可以使用户在经济受到一定的损失。
实用新型内容
为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提出了一种带延时控制的USB集 线器，即在集线器上设置延时开关装置，在用户在不使用USB设备时无需拔除， 只需要通过延时开关装置切断USB设备与集线器的连接，无法进行数据传输，从 而保证USB设备不受到黑客的攻击，使USB设备在开机状态下更加安全。
本实用新型提供的一种带延时控制的USB集线器包括用于连接上游USB设 备的上游USB接口、用于连接下游USB设备的下游USB接口、与上游USB接口和 下游USB接口均相连的集线器模块、在所述上游USB接口与集线器模块之间串联 或在所述下游USB接口与集线器之间串联用于控制上游USB接口与下游USB接口 连接或断开的开关模块，与开关模块相连的用于控制开关模块进行定时通断的延 时模块。
所述USB集线器还可以包括电源模块。
所述开关模块包括至少一个开关单元，串联在所述上游USB接口模块和所述 下游USB接口模块之间的Vbus信号线、GND信号线、D+信号线和/或D-信号线中 任意至少一个的信号线上。
所述延时模块还包括用于恢复所述开关模块为连通状态的恢复单元。
所述延时模块为气压式延时器、电容式延时器、定时或计数器延时器或可编 程设备实现的延时器。
所述开关模块和所述延时模块与电源模块连接。
所述开关单元为控制三极管、继电器或模拟开关。
所述继电器为电磁继电器或固态继电器。所述开关模块与所述集线器模块可以集成在一颗集线器芯片上。 所述延时模块还可以与所述集线器芯片相连。
本实用新型的有益效果是本实用新型在USB集线器上设置延时开关装置，
用户在不使用USB设备时无需拔除，用户可以设定USB总线或各分路的使用时间， 超过使用时间后延时开关装置自动断开USB总线或各分路的连接，用户还可以设 定自动恢复时间，到达时间后开关闭合，重新建立连接，从而避免了USB设备受 到攻击，使得USB设备在使用上更加安全、可靠和方便。


图1是一种带延时控制的USB集线器的结构框图2是一种带延时控制的USB集线器的电路原理图； 图3是一种带延时控制的USB集线器的结构框图。
具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用 新型的限定。
为了解决上述现有技术的不足，本实用新型提出了一种带延时控制的USB集 线器，即在USB集线器上设置延时开关装置，在用户在不使用USB设备时无需拔 除，只需要通过设定USB总线及各分路的使用时间开关，当超过使用时间后，延 时开关装置会自动切断USB总线及各分路的连接，无法进行数据传输，从而保证 USB设备不受到黑客的攻击，使USB设备在开机状态下更加安全。
以下结合附图 和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。
实施例1本实用新型提供的一种带延时控制的USB集线器100包括:用于连接上游USB 设备的一个上游USB接口 101、用于连接下游USB设备的两个下游USB接口 102、 与上游USB接口和下游USB接口均相连的集线器模块103、在上游USB接口与集 线器模块之间串联或在下游USB接口与集线器之间串联用于控制上游USB接口与 下游USB接口连接或断开的开关模块106、控制开关模块进行定时通断的延时模 块104，延时模块与开关模块相连接。
延时模块包括恢复单元105，恢复单元用于恢复开关模块为连通状态。
USB集线器还可以包括电源模块110，与集线器模块相连接，用于给集线器 模块和下游USB接口供电。
开关模块103以及延时模块104均由上游USB接口为其提供电力，也可以由 外接电源提供电力。
由于上游USB设备1的USB接口一般为母头的形式，而上游USB设备1用于 与上游USB接口 IOI进行通信，所以上游USB接口 IOI—般为公头的形式；同理， 本集线器100中与USB设备2相连的下游USB接口 102 —般为母头的形式，USB 设备2的USB接口一般为公头的形式。
开关模块10包括四个开关单元，开关单元106、开关单元107、开关单元108 以及开关单元109，分别串联在上游USB接口和下游USB接口之间的Vbus信号线、 GND信号线、D+信号线和/或D-信号线上，用于分别控制对应信号线的连接或断 开。
用户在使用USB设备的时候，将USB集线器下游USB接口与USB设备连接， 上游USB接口与主机相连接后，USB规范规定设备接入主机时，必须先连接电源 (VBUS、 GND)，后连接信号(D-、 D+)，断开时相反，延时模块到所设定时间点后将被模拟成时间差的信号传输给开关模块，即模拟成开关触点先与Vbus信号 线和GND信号线先连接，断开时后断开，与D-信号线和D+信号线后连接，断开 时先断开。因此当需要完全断开或连接时，通过断开连接的时序控制达到USB总 线的接入先后要求。
开关模块可以最少只有一个开关单元串联在Vbus信号线、GND信号线、D+ 信号线及D-信号线中的某一根线上，控制那根信号线的通断从而控制USB设备与 主机的连接，如果只断四个信号线的某一根线，比如只在Vbus信号线上加上开 关单元，超过时间后开关单元将Vbus信号线断开，使USB设备和主机断开连接， 可以起到保护USB设备的作用，但在用户重新闭合Vbus信号线后，因为没有通 过USB规范连接使得可能在主机上显示为没有找到相应的USB设备，所以需要用 户按照USB规范重新拔插设备才能够使用。因此当仅需要破坏连接使USB设备无 法工作时，也可仅断开其中Vbus信号线、D+信号线，D-信号线和GND信号线的1 根或多根。
开关单元可以为控制三极管、继电器以及模拟开关等。 继电器可为电磁继电器或固态继电器等。
继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自 动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。继电器实 质是一种传递信号的电器，它根据输入的信号达到不同的控制目的。常用的继电 器主要有电磁式继电器、干簧式继电器、磁保持湿簧式继电器、步进继电器和固 态继电器等。
延时模块104可以为气压式延时器、电容式延时器、定时/计数器延时器或 可编程设备实现的延时器等。实用新型实施例提供的延时模块104有多种实现方式，例如可以采用固定延
时控制，即用户在开关模块上设定USB设备的使用时间为15分钟，超过时间后
开关模块自动断开连接。例如还可以采用手动可调延时控制，即用户通过手动调 节时间，可以是类似老款收音机调频使用的旋转型的，也可以是滑槽中设置调节
按钮的拨动型等多种形式，比如用户在使用时将旋钮拧到10分钟位置，从而设
定了使用时间。还可以为计算机控制的可调延时控制，比如通过计算机上的软件 设定可调的使用时间，然后通过软件把信号传给开关模块，从而控制开关模块的 通断。
恢复单元具体为时间设定，比如设定时间15分钟后重新闭合，也可以通过 手动闭合，比如恢复单元具体为按钮、触摸键等按键形式，通过用户触发从而闭 合开关。
当延时开关断开后，用户可以多种方式恢复开关闭合，使USB设备和主机重 新建立连接进行数据通信，比如用户可以通过USB集线器上的按钮、触摸键等触 发信号给开关模块。
使延时开关闭合，还可以用户通过计算机上的软件给USB集线器的开关模块 发送闭合信号，使延时开关闭合，恢复USB设备和主机的连接。用户可以自由设 定开关的通断时间，比如用户在设定早上9点开关自动连接，下午6点开关自动 断开，使得用户在使用USB设备时更加方便，而且保证在不使用时更加安全。
USB设备包括信息安全设备(USB Key)、数码相机、扫描仪、磁带和软驱、 图像设备等。
信息安全设备是一种带有处理器和存储器的小型硬件设备，它通过计算机的 数据通讯接口与计算机连接。它具有密钥生成、安全存储密钥、预置加密算法等功能。信息安全设备与密钥相关的运算完全在设备内部运行，且信息安全设备具 有抗攻击的特性，安全性极高。信息安全设备一般通过USB接口与计算机相连。
信息安全设备采用PIN (个人身份识别)码或生物特征(如指纹或虹膜等)
验证用户身份的合法性，在进行身份认证时将信息安全设备与计算机相连，用户
在计算机上输入PIN码或生物特征，信息安全设备会自动校验该PIN码或生物特 征的正确性，只有当用户输入的P頂码或生物特征正确时，才允许用户使用信息 安全设备。信息安全设备具有物理抗攻击的特性，安全性极高，但用户如果长时 间将信息安全设备与主机连接，可能会受到黑客和木马地攻击，从而利用用户的 信息进行非法交易，使用户在经济上受到损失。
因此用户通过USB集线器把信息安全设备与主机建立连接，在联机状态下， 用户可以通过开关装置上的旋钮调到5分钟，当过了5分钟后，开关装置自动断 开，使得用户在不使用信息安全设备的情况下自动与主机断开连接，从而保护信 息安全设备在联机的状态下不会受到黑客或木马的攻击，在用户需要使用信息安 全设备时，用户按下USB集线器上的恢复按钮，使信息安全设备与主机重新建立 连接，而且在用户不使用时也无需拔除，既方便用户的使用，又保证了信息安全 设备的安全性。
上游USB接口 101通过集线器模块103分别与两个下游USB接口 102相连， 集线器模块103 —般采用集线器芯片来实现，例如AU9254A21就是通常用的一
扩四的集线器芯片。
本实施例中下游USB接口 102是两个，在实际应用中，下游USB接口102还 可以是三个、四个、八个、十六个等等，依据所选用的集线器芯片的类型而定， 本实施例所选用的是一扩二集线器芯片，即以一个上游USB接口 IOI带两个下游USB接口 102的集线器为例进行说明，而一个上游USB接口 101带两个以上的下 游USB接口 102的接口原理与本实施例是一致的，可以同理得到。
开关模块可以串联在上游USB接口 101与集线器模块103之间的Vbus、GND、 D+和/或D—信号线上，用于控制USB总线上的通断，也可以串联在两个下游USB 接口 102中的一个或全部和集线器模块103之间的Vbus、 GND、 D+和/或D—信 号线上，用于控制下游USB接口 102和集线器模块103之间各USB分路上的通断， USB集线器100便可以实现对USB总线及各分路的通断控制，如图1所示，USB 总线及各分路上均争联开关模块，实际应用中可以自由选择仅串联在USB总线上， 或仅串联在某一条分路上实现均可。
为了更加清楚地描述本实用新型实施例提供的一种带延时控制的USB集线 器，下面给出一个本实施例的优选电路图，如图2所示USB接口通过一个四线电 缆来传输信号与电源D+信号线3， D-信号线2， GND信号线4和Vbus信号线l。 其中D+信号线和D-信号线是一对差模的信号线，而Vbus (高电平)信号线和GND (地)信号线则提供了电源，在上游USB接口与集线器模块之间或集线器模块与 下游USB接口之间的四条信号线上连接上延时开关，当用户设定到了使用时间后， 四根信号线全部断开，USB设备与主机之间停止数据交互，当用户发送闭合信号 后，四根信号全部闭合，USB设备与主机之间建立连接。
实施例2
在现有技术中，有一部分集线器的芯片上的管脚可以控制各分路的通断的开 关单元，因此可以通过延时模块直接控制集线器的芯片上的管脚，从而控制集线 器的各分路的通断。
如图3所示，本实用新型提供的一种带延时控制的USB集线器200包括用于连接上游USB设备的一个上游USB接口 201、用于连接下游USB设备的两个下 游USB接口 202、与上游USB接口和下游USB接口均相连的集线器模块203、控 制集线器模块的管脚从而对下游分支进行定时通断的延时模块204，延时模块与
集线器模块相连接。
延时模块包括恢复单元205，恢复单元用于恢复集线器模块的下游分支为连 通状态。
USB集线器还可以包括外界电源模块206，与集线器模块相连接，用于给集 线器模块和下游USB接口供电。
由于上游USB设备1的USB接口一般为母头的形式，而上游USB设备l用于 与上游USB接口 201进行通信，所以上游USB接口 201 —般为公头的形式；同理， 本集线器200中与USB设备2相连的下游USB接口 202 —般为母头的形式，USB 设备2的USB接口一般为公头的形式。
延时模块204可以为气压式延时器、电容式延时器、定时Z计数器延时器或 可编程设备实现的延时器等。
实用新型实施例提供的延时模块204有多种实现方式，例如可以釆用固定延 时控制，即用户在集线器模块上设定USB设备的使用时间为15分钟，超过时间 后集线器模块自动断开连接。例如还可以采用手动可调延时控制，即用户通过手 动调节时间，可以是类似老款收音机调频使用的旋转型的，也可以是滑槽中设置 调节按钮的拨动型等多种形式，比如用户在使用时将旋钮拧到10分钟位置，从 而设定了使用时间。还可以为计算机控制的可调延时控制，比如通过计算机上的 软件设定可调的使用时间，然后通过软件把信号传给集线器模块，从而控制集线 器模块下游分支的通断。恢复单元具体为时间设定，比如设定时间15分钟后重新闭合，也可以通过 手动闭合，比如恢复单元具体为按钮、触摸键等按键形式，通过用户触发从而闭 合开关。
当延时开关断开后，用户可以多种方式恢复开关闭合，使USB设备和主机重 新建立连接进行数据通信，比如用户可以通过USB集线器上的按钮、触摸键等触 发信号给开关模块。
使延时开关闭合，还可以用户通过计算机上的软件给USB集线器的集线器模 块发送闭合信号，使延时开关闭合，恢复USB设备和主机的连接。用户可以自由 设定开关的通断时间，比如用户在设定早上9点开关自动连接，下午6点开关自 动断开，使得用户在使用USB设备时更加方便，而且保证在不使用时更加安全。
使用延时模块控制带有下游USB通道有选通功能的USB HUB芯片(如SMSC USB2514)的选通/使能等功能管脚，达到定时控制下游端口通断的目的。
权利要求1、一种带延时控制的USB集线器，其特征在于包括与上游USB设备连接的上游USB接口，与下游USB设备连接的下游USB接口，与上游USB接口和下游USB接口均相连的集线器模块，在所述上游USB接口与集线器模块之间串联或在所述下游USB接口与集线器之间串联用于控制上游USB接口与下游USB接口连接或断开的开关模块，与开关模块相连的用于控制开关模块进行定时通断的延时模块。
2、 根据权利要求1所述的带延时控制的USB集线器，其特征在于所述USB 集线器还包括电源模块。
3、 根据权利要求1所述的带延时控制的USB集线器，其特征在于所述开关 模块包括至少一个开关单元，串联在所述上游USB接口模块和所述下游USB接口 模块之间的Vbus信号线、GND信号线、D+信号线和/或D-信号线中任意至少一个 信号线上。
4、 根据权利要求1所述的带延时控制的USB集线器，其特征在于所述延时 模块还包括用于恢复所述开关模块为连通状态的恢复单元。
5、 根据权利要求1或4所述的带延时控制的USB集线器，其特征在于所述 延时模块为气压式延时器、电容式延时器、定时或计数器延时器或可编程设备实 现的延时器。
6、 根据权利要求1或3或4所述的带延时控制的USB集线器，其特征在于 所述开关模块和所述延时模块与电源模块连接。
7、 根据权利要求3所述的带延时控制的USB集线器，其特征在于所述开关 单元为控制三极管、继电器或模拟开关。
8、 根据权利要求7所述的带延时控制的USB集线器，其特征在于所述继电 器为电磁继电器或固态继电器。
9、 根据权利要求1所述的带延时控制的USB集线器，其特征在于所述开关 模块与所述集线器模块可以集成在一颗集线器芯片上。
10、 根据权利要求9所述的带延吋控制的USB集线器，其特征在于所述延时 模块还可以与所述集线器芯片相连。
专利摘要本实用新型公开了属于信息安全领域的一种带延时控制的USB集线器。该USB集线器包括与上游USB设备连接的上游USB接口，与下游USB设备连接的下游USB接口，与上游USB接口和下游USB接口均相连的集线器模块，在所述上游USB接口与集线器模块之间串联或在所述下游USB接口与集线器之间串联用于控制上游USB接口与下游USB接口连接或断开的开关模块，与开关模块相连的用于控制开关模块进行定时通断的延时模块。本实用新型用户在不使用USB设备时无需拔除，用户可以设定USB总线或各分路的使用时间，超过使用时间后延时开关装置自动断开USB总线或各分路的连接，用户还可以设定自动恢复时间，到达时间后开关闭合，重新建立连接，使得USB设备在使用上更加安全、可靠和方便。
文档编号G06F13/40GK201149696SQ20082007879
公开日2008年11月12日 申请日期2008年1月29日 优先权日2008年1月29日
发明者于华章, 舟 陆 申请人:北京飞天诚信科技有限公司