专利名称：小型化WiFi路由器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线路由器，特别是公开一种小型化WiFi路由器。
背景技术：
在无线通讯领域，WiFi作为无线路由器的主流技术，已经广泛应用在无线网络中。 WiFi路由器可以跟光纤网，ASDL，Cable Modem等有线网络接入技术有机结合。在实现无线 局域网络的同时提供了路由功能。随着3G无线通信，乃至未来的4G无线通信技术的应用 和发展，WiFi路由产品的应用在这些领域有得到了不断的应用，3G WiFi路由产品也相继问 世，WiFi技术的应用也将成为3G/4G路由产品的一个主流。现有的WiFi路由产品，主要是桌面型的产品，在跟3G/4G无线接入时，WiFi产品 作为产品的主控制器，而3G/4G无线宽带产品只是作为无线宽带的接入技术，在WiFi的控 制下工作。WiFi路由部分是产品的主控部分限制了 3G/4G产品的其他功能的实现，如语音， 短信等等。如果要实现这些功能，WiFi控制部分的研发工作量大，设计复杂。如何将WiFi路由功能做成一个灵活的，标准的产品，将其适用于更多的产品中， 尤其是在3G/4G的众多产品形态中，同时又充分发挥3G/4G技术本身的功能特点，将是一个 极有价值的产品形态和概念。
发明内容本实用新型的目的是解决现有技术中存在的WiFi路由器必须和Internet接入 设备绑定在一起、体积大、携带不方便、只能固定在办公或者家庭场所的缺陷，提供一种将 WiFi路由器做成一个类似U盘的、带USB接口，并且可直接插入带OTG USB接口的互联网 (Internet)接入设备的设备，通过互联网(Internet)接入设备连接互联网的小型化WiFi
路由器。在开始描述具体的发明内容前，先定义两个概念WiFi路由器——泛指带路由功能的，通过WiFi芯片和WiFi网卡的电脑、打印机、 游戏机、电子书以及其他电子设备进行无线连接的设备。互联网(Internet)接入设备——包括一切可以接入互联网(Internet)的设备， 如2. 5G/3G/4G网卡、无线固话、带无线接入功能的电子书、游戏机、PDA等，以及ADSL、光纤、 Cable modem等有线接入互联网(Internet)的设备。本实用新型是这样实现的一种小型化WiFi路由器，包括路由器主设备、外部从 设备，所述外部从设备为带有USB接口的互联网接入设备，其特征在于所述路由器主设备 包括WiFi主芯片、与WiFi主芯片分别相连的射频芯片、存储器、电源管理芯片，所述WiFi 主芯片上设有用于连接互联网接入设备的USB接口，所述WiFi主芯片的电源来自互联网接 入设备的供电电路。所述存储器为Nand Flash存储器。所述互联网接入设备的USB接口为USB OTG接口。[0012]所述互联网接入设备的供电电路主要由以下组件构成如图3所示，互联网接入设备的供电电路主要由电压比较器U1，肖特基二极管D1、 D2、D3，N沟道三极管Q3、Q4，MOS场效应管Ql、Q2，ESD保护器件VDl以及电阻Rl、R2、R3、 R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11组成。引脚VBAT通过高精度电阻R3、R4与地相连，引脚VBUS 通过高精度电阻Rl、R2与地相连。引脚VBAT通过电阻R3、R4分压后，从电阻R4引出与电 压比较器Ul的引脚1电压输入正端相连；引脚VBUS通过电阻Rl、R2分压后，从电阻R2引 出与电压比较器Ul的引脚3电压输入负端相连；电压比较器Ul的引脚5与引脚VBAT相 连，电压比较器Ul的引脚2与地相连，电压比较器Ul的引脚4与肖特基二极管Dl负极相 连，肖特基二极管Dl正极与上拉电阻R8和N沟道三极管Q3基极分别相连；N沟道三极管 Q3集电极与上拉电阻R9、M0S场效应管Q1、Q2的栅极和肖特基二极管D3分别相连；MOS场 效应管Q2的源极与引脚VBAT相连，Q2与Ql的漏极相连，Ql的源极与引脚VBUS相连。同 时下拉电阻Rll和ESD保护器件VDl并联在引脚VBUS与地之间。引脚VUSB_EN通过下拉 电阻R7与地相连，同时与肖特基二极管D2的负极相连，肖特基二极管D2的正极与肖特基 二极管Dl的正极相连。电压比较器Ul的引脚4与N沟道三极管Q4的基极电阻RlO相连， N沟道三极管Q4的集电极通过上拉电阻R5与引脚VBAT连接，同时与引脚VBUS_INT连接。所述路由器主设备与互联网接入设备之间通过AT指令进行信号连接通讯。所述WiFi主芯片上的USB接口设有用于传送数据的主设备端口 D+、主设备端口 D-，所述主设备端口 D+与主设备端口 D-上分别连有下拉电阻；所述互联网接入设备的USB 接口设有从设备端口 D+、从设备端口 D-，所述从设备端口 D+或从设备端口 D-上连有上拉 电阻。所述WiFi主芯片中设有射频电路，所述射频电路与射频芯片相连，所述射频芯片 中设有天线、发射电路、与发射电路相连的信号放大器，所述信号放大器通过一个单刀单掷 开关与天线相连；所述天线中设有接收电路，所述接收电路依次连有另一个单刀单掷开关、 低噪音放大器，所述低噪音放大器与所述射频电路相连。本实用新型的工作流程如下1)将路由器主设备插入互联网接入设备，互联网接入设备通过USB接口给路由器 主设备供电，路由器主设备上电复位后，再枚举USB 口的设备，直到和互联网接入设备建立 连接。2)建立连接后，路由器主设备会自动向互联网接入设备发送AT命令，请求数据连 接，互联网接入设备会请求连接到互联网。同时路由器主设备通过WiFi与带WiFi网卡的 设备连接。本实用新型的有益效果是1)接入灵活，本实用新型WiFi路由器可以和任何带 OTG USB 口的、并且支持标准的AT指令集的互联网接入设备连接。传统的WiFi路由器都 是直接把路由器和互联网接入设备焊接在一起，无法灵活的切换互联网接入设备。2)对互 联网接入设备通讯制式没有固定的需求，用户可以自由选择接入CDMA，WCDMA, EVDO, LTE设 备，ADSL，光纤，有线猫等任何具备访问互联网能力的设备。3)体积小，便于携带，也不占用 空间。
图1为本实用新型结构连接示意图；图2为本实用新型WiFi主芯片上的USB接口的电路图；图3为本实用新型互联网接入设备的供电电路图；图4为本实用新型WiFi路由器主设备与互联网接入设备的通讯连接示意图；图5为本实用新型射频芯片与WiFi主芯片的连接结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步阐，并对各个组成部分的工作原理作进一步 分述。根据图1，本实用新型包括路由器主设备、外部从设备，所述外部从设备为带有OTG USB接口的互联网接入设备，所述路由器主设备包括WiFi主芯片、与WiFi主芯片分别相连 的射频芯片、存储器、电源管理芯片，所述WiFi主芯片上设有用于连接互联网接入设备的 USB接口，所述WiFi主芯片的电源来自互联网接入设备的供电电路，并由电源管理芯片对 供电电路进行管理控制。1、路由器主设备的的USB上电根据图2、图3，由于WiFi路由器主设备本身不带电源，需要由外接的互联网接入 设备来供电，在WiFi路由器主设备插入互联网接入设备的时候，互联网接入设备通过其 USB 口的VCC PIN脚给路由器主设备供5V电源，路由器主设备会上电复位，做系统初始化， 初始化完毕后，路由器主设备会主动检测其USB接口的设备，路由器主设备和互联网接入 设备都是USB 0TG，都可以做为主设备，但由于在本实用新型中，事件的发起方都是路由器 主设备，互联网接入设备只是一个从设备，被动的接收WiFi路由器主设备的拨号、数据传 送等指令，所以路由器主设备会初始化为USB主设备，互联网接入设备为从设备。在完成上 述主、从设备的握手后，路由器主设备会与互联网接入设备枚举出相应的USB端口。如图2，路由器主设备的USB接口电路非常简单，只有4个PIN脚，Vbus电源，GND 接地，主设备端口 D+、主设备端口 D-用于传送数据。如图3，互联网接入设备的供电电路主要由电压比较器U1，肖特基二极管Dl、D2、 D3，N沟道三极管Q3、Q4，MOS场效应管Ql、Q2，ESD保护器件VDl以及电阻Rl、R2、R3、R4、 R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll组成。引脚VBAT通过高精度电阻R3、R4与地相连，引脚VBUS 通过高精度电阻Rl、R2与地相连。引脚VBAT通过电阻R3、R4分压后，从电阻R4引出与电 压比较器Ul的引脚1电压输入正端相连；引脚VBUS通过电阻R1、R2分压后，从电阻R2引 出与电压比较器Ul的引脚3电压输入负端相连；电压比较器Ul的引脚5与引脚VBAT相 连，电压比较器Ul的引脚2与地相连，电压比较器Ul的引脚4与肖特基二极管Dl负极相 连，肖特基二极管Dl正极与上拉电阻R8和N沟道三极管Q3基极分别相连；N沟道三极管 Q3集电极与上拉电阻R9、M0S场效应管Q1、Q2的栅极和肖特基二极管D3分别相连；MOS场 效应管Q2的源极与引脚VBAT相连，Q2与Ql的漏极相连，Ql的源极与引脚VBUS相连。同 时下拉电阻Rll和ESD保护器件VDl并联在引脚VBUS与地之间。引脚VUSB_EN通过下拉 电阻R7与地相连，同时与肖特基二极管D2的负极相连，肖特基二极管D2的正极与肖特基 二极管Dl的正极相连。电压比较器Ul的引脚4与N沟道三极管Q4的基极电阻RlO相连，N沟道三极管Q4的集电极通过上拉电阻R5与引脚VBAT连接，同时与引脚VBUS_INT连接。互联网接入设备的供电电路工作原理如下外部互联网接入设备在界面开启WiFi功能后，由互联网接入设备内部的工作电 压(可以是电池电压，也可以是充电器电压)通过供电电路给WiFi路由器主设备供电。当互联网接入设备的界面开启WiFi功能后，互联网接入设备供电电路中的VUSB_ EN引脚会给出高电平信号，肖特基二极管D2截止，使得N沟道三极管Q3的基极电压达到 0. 6V以上，使得N沟道三极管Q3导通。MOS场效应管Ql、Q2的G极由于N沟道三极管Q3 导通会被拉低到0V，Q1、Q2导通，VBUS引脚输出的电压就是VBAT引脚的电压。当界面关闭WiFi功能后，设备的VUSB_EN引脚会给出低电平信号，肖特基二极管 D2导通使得N沟道三极管Q3的基极电压只有0. 3V左右，N沟道三极管Q3截止，MOS场效应 管Q1、Q2的G极会被引脚VBAT拉高，MOS场效应管Q1、Q2也截止。引脚VBUS与引脚VBAT 的通路被断开，引脚VBUS就不能对外输出电压。该供电电路还包含了 USB线插入PC导致PC烧坏外部互联网设备的保护功能。如果USB线插入PC，PC端引脚VBUS会提供5V的工作电压，此时该供电电路中的 电压比较器Ul会根据电压比较器电源输入负端VIN-和电压比较器电源输入正端VIN+的 输入电压进行比较，在VOUT(电压比较器电压比较结果)端输出轨对轨的高低电平。如果 VIN+ > VIN-, VOUT引脚会输出高电平，电压值与VCC输入端相同；如果VIN+ < VIN-, VOUT 会输出低电平，电压值为0。在USB插入PC后，VIN- > VIN+，VOUT端输出低电平，肖特基二 极管Dl导通使得N沟道三极管Q3的基极电压只有0. 3V左右，N沟道三极管Q3截止，MOS 场效应管Ql、Q2的G极会被引脚VBAT拉高，MOS场效应管Ql、Q2也截止。引脚VBUS与引 脚VBAT的通路被断开，引脚VBUS就不能影响引脚VBAT，从而保护了外部互联网设备。同时 引脚VBUS_SI为低电平，导致N沟道三极管Q4截止，引脚VBUS_INT被拉高，通知外部互联 网设备有USB设备插入。该供电电路还包含了在非开机状态下(弓丨脚VBAT输入电压为0)，USB线插入PC 导致PC烧坏外部互联网设备的保护功能。如果USB线插入PC，PC端引脚VBUS会提供5V 的工作电压，此时由于没有引脚VBAT，电压比较器Ul不能工作，比较电路不能输出低电平 使得MOS场效应管Q1、Q2截止。但是引脚VBUS通过电阻R6、肖特基二极管D3将MOS场效 应管Q1、Q2的G极拉高，保证MOS场效应管Q1、Q2截止，引脚VBUS与引脚VBAT的通路被断 开，引脚VBUS就不能影响引脚VBAT电压始终为0V。2、WIFI路由器主设备的端口检测流程USB插入检测的流程如下路由器主设备的USB接口作为USB主设备，互联网接入 设备的USB接口作为USB从设备。USB主设备的每个下游端口的主设备端口 D+和主设备端 口 D-上，分别接了一个下拉电阻到地。这样，在集线器的端口悬空时，就被这两个下拉电阻 拉到了低电平。而在USB从设备端，在从设备端口 D+或者从设备端口 D-上接了上拉电阻。 对于全速和高速设备，上拉电阻是接在从设备端口 D+上；而低速设备则是上拉电阻接在从 设备端口 D-上。这样，当设备插入到集线器时，由从设备上拉电阻和主设备的下拉电阻分 压，结果就将差分数据线中的一条拉高了。集线器检测到这个状态后，它就报告给USB主控 制器，这样就检测到设备的插入了。USB高速设备先是被识别为全速设备，然后通过主设备 和从设备两者之间的确认，再切换到高速模式的。在高速模式下，是电流传输模式，这时将从设备端口 D+上的上拉电阻断开。但WiFi路由器主设备由于是被动供电，也就是说是从设备先供电，主设备后供 电，所以按照传统的检测流程是无法完成USB的枚举的，所以需要采用如下的方式来枚举1)互联网接入设备给WiFi路由器主设备供电；2)WiFi路由器主设备模块初始化；3)互联网接入设备通过修改USB驱动程序把USB接口的从设备端口 D+电平拉高， 模拟外部USB设备插入的动作；4) WiFi路由器主设备在检测到USB接口有差分信号过来，认为有外部USB设备插 入，会启动USB检测流程；5)WiFi路由器主设备和外部互联网接入设备进行主从设备的协商和全速/高速 模式确认；6)USB握手协商结束。3、路由器主设备和互联网接入设备之间的通讯如图4，USB接口就是路由器主设备和互联网接入设备之间唯一的连接设备。路由器主设备初始化完成，并找到互联网接入设备的USB接口后，WiFi路由器主 设备会先检测互联网接入设备的状态，路由器主设备发送给互联网接入设备的所有指令都 通过AT命令的格式来进行。WiFi路由器主设备先通过发送AT指令来检测设备的信号强度， 如果互联网接入设备已经正常的注册到网络，那么无线终端会返回有效的信号强度。在互 联网接入设备返回可服务的状态下，WiFi路由器主设备通过拨号指令请求建立数据连接， 请求建立数据连接，互联网接入设备在收到WiFi路由器主设备的拨号请求后，会向互联网 网络请求建立数据业务，等数据业务建立成功，这个时候带WiFi网卡的电脑等电子设备就 可以通过WiFi路由器主设备来访问互联网了。路由器主设备和互联网接入设备之间的硬件连接方式如下路由器主设备的WiFi主芯片的USB接口电源脚VOC和互联网接入设备的USB接 口电源脚连接在一起，由互联网设备通过其USB接口电源给路由器主设备供电，路由器主 设备的USB接口的脚D+和D-与互联网接入设备的脚D+，D-连接在一起，同时两个设备的 接地脚接到一起，共用互联网接入设备的地。4、路由器主设备对射频芯片的控制如图5，WiFi主芯片中设有射频电路，所述射频电路与射频芯片相连，所述射频芯 片中设有天线、发射电路、与发射电路相连的信号放大器，所述信号放大器通过一个单刀单 掷开关与天线相连；所述天线中设有射频接收电路，所述接收电路依次连有另一个单刀单 掷开关、低噪音放大器，所述低噪音放大器与所述射频电路相连。WiFi主芯片的射频方案，支持多路路发送，多路路接收，这种多路发送和接收的结 构有利于提高系统的收发速率，并可降低噪声干扰。每一个发送电路外接一个信号放大器， 经过单刀单掷开关(SPDT switch)连接接到天线，在WiFi芯片处于空闲模式的时候，单刀 单掷开关是关闭的，同时信号放大器也是处于关闭状态。在WiFi芯片需要向空中发射数据 的时候，通过其开关控制脚来打开PA和单刀单掷开关，射频信号经PA放大，由发射天线发 射到空中网络。射频接收电路也是先经过一个单刀单掷开关(SPDT switch)，再连接一个低 噪音放大器(LNA)，低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据，提高低噪声放大器的增益对降低整机的噪声系 数非常有利，信号经过低噪音放大器(LNA)后，输入到WiFi芯片的内部射频电路，解调成数
字信号。5、路由器主设备的电源管理由于本实用新型的路由器主设备不带电池，所以电源管理相对简单，唯一的外部 输入电源就是USB接口的VCC脚，地和外部的互联网接入设备共用。6、并行数据的处理如果外部接入的互联网设备是2. 5G/3G/4G设备，，在数据连接建立完成后，数据 口一直处于传送数据状态，WiFi路由器主设备还可以继续通过AT 口发送AT指令或者调试 消息给互联网接入设备。如果是如ADSL、有线MODEM等设备，不存在并行处理的需求。
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权利要求一种小型化WiFi路由器，包括路由器主设备、外部从设备，所述外部从设备为带有USB接口的互联网接入设备，其特征在于所述路由器主设备包括WiFi主芯片、与WiFi主芯片分别相连的射频芯片、存储器、电源管理芯片，所述WiFi主芯片上设有用于连接互联网接入设备的USB接口，所述WiFi主芯片的电源来自互联网接入设备的供电电路。
2.根据权利要求1所述的小型化WiFi路由器，其特征在于所述存储器为NandFlash 存储器。
3.根据权利要求1所述的小型化WiFi路由器，其特征在于所述互联网接入设备的 USB 接口为 USB OTG 接口。
4.根据权利要求1所述的小型化WiFi路由器，其特征在于所述互联网接入设备的供 电电路主要由以下组件构成主要由电压比较器U1，肖特基二极管Dl、D2、D3，N沟道三极 管 Q3、Q4，MOS 场效应管 Ql、Q2，ESD 保护器件 VDl 以及电阻 Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、 R9、RIO、Rll组成；所述电压比较器Ul的引脚分别与引脚UBAT、引脚VBUS、引脚VBUS_SI、 地相连；所述引脚VBAT通过高精度电阻R3、R4与地相连，引脚VBUS通过高精度电阻R1、R2 与地相连；引脚VBAT通过电阻R3、R4分压后，从电阻R4引出与电压比较器Ul的引脚1电 压输入正端相连；引脚VBUS通过电阻Rl、R2分压后，从电阻R2引出与电压比较器Ul的引 脚3电压输入负端相连；电压比较器Ul的引脚5与引脚VBAT相连，电压比较器Ul的引脚 2与地相连，电压比较器Ul的引脚4与肖特基二极管Dl负极相连，肖特基二极管Dl正极与 上拉电阻R8和N沟道三极管Q3基极分别相连；N沟道三极管Q3集电极与上拉电阻R9、M0S 场效应管Ql、Q2的栅极和肖特基二极管D3分别相连；MOS场效应管Q2的源极与引脚VBAT 相连，Q2与Ql的漏极相连，Ql的源极与引脚VBUS相连。
5.根据权利要求1所述的小型化WiFi路由器，其特征在于所述路由器主设备与互联 网接入设备之间通过AT指令进行信号连接通讯。
6.根据权利要求1所述的小型化WiFi路由器，其特征在于所述WiFi主芯片上的USB 接口设有用于传送数据的主设备端口 D+、主设备端口 D-，所述主设备端口 D+与主设备端口 D-上分别连有下拉电阻；所述互联网接入设备的USB接口设有从设备端口 D+、从设备端口 D-，所述从设备端口 D+或从设备端口 D-上连有上拉电阻。
7.根据权利要求1所述的小型化WiFi路由器，其特征在于所述WiFi主芯片中设有 射频电路，所述射频电路与射频芯片相连，所述射频芯片中设有天线、发射电路、与发射电 路相连的信号放大器，所述信号放大器通过一个单刀单掷开关与天线相连；所述天线中设 有接收电路，所述接收电路依次连有另一个单刀单掷开关、低噪音放大器，所述低噪音放大 器与所述射频电路相连。
专利摘要本实用新型为一种小型化WiFi路由器。它包括路由器主设备、外部从设备，所述外部从设备为带有USB接口的互联网接入设备，所述路由器主设备包括WiFi主芯片、与WiFi主芯片分别相连的射频芯片、存储器、电源管理芯片，所述WiFi主芯片上设有用于连接互联网接入设备的USB接口，所述WiFi主芯片的电源来自互联网接入设备的供电电路。本实用新型的优点是1)接入灵活，本实用新型WiFi路由器可以和任何带OTG USB口的、并且支持标准的AT指令集的互联网接入设备连接。2)对互联网接入设备通讯制式没有固定的需求，用户可以自由选择接入CDMA、WCDMA、EVDO、LTE设备、ADSL、光纤，有线猫等任何具备访问互联网能力的设备。3)体积小、便于携带、也不占用空间。
文档编号H04W88/08GK201742568SQ20102028762
公开日2011年2月9日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者丁俊明, 王伟亮, 陈承平 申请人:德明通讯(上海)有限公司