一種多功能開機電路及藍牙產品的製作方法
2023-11-06 22:13:42
一種多功能開機電路及藍牙產品的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種多功能開機電路及藍牙產品，包括按鍵電路、NFC電路、充電電路、主晶片和為主晶片供電的電源轉換電路；所述電源轉換電路的使能端接收通過按鍵電路、NFC電路和充電電路輸出的開機信號，且在一路開機信號為高電平時，電源轉換電路使能運行，輸出工作電源至主晶片，所述主晶片上電後，輸出高電平的開機信號維持電源轉換電路繼續使能運行。本發明的多功能開機電路，結構設計簡單，器件使用量少，硬體成本低，可以顯著節約PCB板的使用面積，尤其適合在體積小巧的低功耗藍牙產品中推廣應用，以適應低功耗藍牙產品的小型化設計需求。
【專利說明】—種多功能開機電路及藍牙產品
【技術領域】
[0001]本發明屬於開機控制電路【技術領域】，具體地說，是涉及一種支持多種開機方式的控制電路以及採用這種多功能開機電路設計的藍牙產品。
【背景技術】
[0002]藍牙產品是一種利用藍牙技術設計的無線通信電子產品，支持短距離無線通信，具有延遲時間短、連接穩定等特點，目前已廣泛應用在手機、耳機、音箱等電子產品中。
[0003]低功耗藍牙是藍牙產品研發的一個新興主流方向。低功耗藍牙應用範圍比較廣泛，目前在智能手錶、腕帶、藍牙耳機等產品中都有應用。隨著低功耗藍牙技術的快速發展，以及消費者對該類產品功能要求的日益多樣化，在低功耗藍牙產品中實現多功能開機控制技術，例如按鍵開關機、NFC開機和充電開機等，是目前擺在很多低功耗藍牙產品面前的一個設計難題。這是因為，目前的低功耗藍牙產品大多體積較小，內部為系統電路預留的布設空間非常有限。而現有的多功能開機控制技術所使用的器件往往較多，且需要佔用系統主晶片較多的IO 口資源，不僅需要消耗較多的硬體成本，而且要求佔用較大的PCB面積，因而，不利於在體積小巧的低功耗藍牙產品中推廣應用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種電路結構簡單、成本低廉的多功能開機電路及藍牙產品，在滿足功能需求的前提下，儘可能地減少了器件的使用，節省了 PCB的面積。
[0005]為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案予以實現:
一種多功能開機電路，包括按鍵電路、NFC電路、充電電路、主晶片和為主晶片供電的電源轉換電路；所述電源轉換電路的使能端接收通過按鍵電路、NFC電路和充電電路輸出的開機信號，且在一路開機信號為高電平時，電源轉換電路使能運行，輸出工作電源至主晶片，所述主晶片上電後，輸出高電平的開機信號維持電源轉換電路繼續使能運行。
[0006]進一步的，通過所述按鍵電路、NFC電路、充電電路和主晶片輸出的開機信號經由開機模式選擇電路選擇其中的一路高電平的開機信號，輸出至所述電源轉換電路的使能端。
[0007]為了避免多路開機信號之間產生幹擾影響，在所述開機模式選擇電路中設置有四路隔離電路，通過所述按鍵電路、NFC電路、充電電路和主晶片輸出的開機信號各自經由一路隔離電路傳輸至所述電源轉換電路的使能端。
[0008]優選的，在每一路所述的隔離電路中均設置有一顆二極體，四顆二極體的陽極一一對應接收通過所述按鍵電路、NFC電路、充電電路和主晶片輸出的開機信號，陰極分別連接所述電源轉換電路的使能端；所述四顆二極體為四顆獨立的二極體器件，或者兩個陰極對接的反向串聯的雙二極體器件，或者兩顆獨立的二極體器件搭配一個陰極對接的反向串聯的雙二極體器件。
[0009]作為所述按鍵電路的一種優選設計方案，在所述按鍵電路中設置有開關機按鍵，所述開關機按鍵的一端連接系統內部的電池，另一端連接限流電阻，在開關機按鍵閉合時，電池電壓通過限流電阻向電源轉換電路輸出高電平的開機信號。
[0010]作為所述NFC電路的一種優選設計方案，在所述NFC電路中設置有NFC線圈和NFC晶片，所述NFC晶片通過NFC線圈感應到外部有NFC設備掃描時，輸出高電平的開機信號。
[0011]為了實現主晶片對開機模式的準確識別，所述按鍵電路和NFC電路輸出的開機信號各自經由一路反向電路對開機信號的電位進行反向處理後，輸出至主晶片的不同I/o口 ；所述主晶片在上電後，檢測兩路所述的I/o 口，根據兩路I/O 口的電平狀態判斷當前的開機模式。
[0012]優選的，在每一路所述的反向電路中均設置有一 NPN型三極體或一 N溝道MOS管，當設置的是NPN型三極體時，所述三極體的基極接收所述的開機信號，發射極接地，集電極接收電源轉換電路輸出的工作電源，並連接所述主晶片的I/O 口 ；當設置的是N溝道MOS管時，所述MOS管的柵極接收所述的開機信號，源極接地，漏極接收電源轉換電路輸出的工作電源，並連接所述主晶片的I/O 口。
[0013]作為所述充電電路的一種優選設計方案，在所述充電電路中設置有充電接口和電源管理模塊，所述充電接口在有充電電源接入時，通過充電接口的電源引腳輸入的充電電壓經由分壓電路分壓後，輸出所述的高電平的開機信號；所述電源管理模塊接收通過充電接口接入的充電電源，為系統內部的電池充電，並輸出充電狀態指示信號至所述的主晶片；所述主晶片在上電後，若首先檢測到充電狀態指示信號指示充電狀態，則判定當前的開機模式為充電開機模式。
[0014]為實現本發明的前述發明目的，對於本發明所提出的藍牙產品，採用以下技術方案予以實現:
一種藍牙產品，包括按鍵電路、NFC電路、充電電路、主晶片和為主晶片供電的電源轉換電路；所述電源轉換電路的使能端接收通過按鍵電路、NFC電路和充電電路輸出的開機信號，且在一路開機信號為高電平時，電源轉換電路使能運行，輸出工作電源至主晶片，所述主晶片上電後，輸出高電平的開機信號維持電源轉換電路繼續使能運行。
[0015]與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是:本發明的多功能開機電路針對每一種開機方式採用均首先控制電源轉換電路使能運行，利用電源轉換電路輸出系統主晶片所需的工作電源為主晶片供電，然後利用主晶片在上電後輸出的開機信號維持電源轉換電路繼續使能運行，從而完成了系統電路的開機過程。本發明的多功能開機電路，結構設計簡單，器件使用量少，硬體成本低，可以顯著節約PCB板的使用面積，尤其適合在體積小巧的低功耗藍牙產品中推廣應用，以適應低功耗藍牙產品的小型化設計需求。
[0016]結合附圖閱讀本發明實施方式的詳細描述後，本發明的其他特點和優點將變得更加清楚。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明所提出的多功能開機電路的一種實施例的系統架構原理框圖；
圖2是圖1中開機模式選擇電路的一種實施例的電路原理圖；
圖3是圖1中電源轉換電路及其外圍電路的一種實施例的電路原理圖；
圖4是藍牙晶片及其外圍電路的一種實施例的電路原理圖。【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細地說明。
[0019]本發明的多功能開機電路為電子產品提供三種開機模式:按鍵開機、NFC外設掃描開機和充電開機。在電路設計上，針對三種開機模式，本發明分別設置了按鍵電路、NFC電路和充電電路，參見圖1所示。當用戶選擇其中一種開機模式控制電子產品開機時，與該種開機模式相對應的功能電路(即按鍵電路、NFC電路或者充電電路)輸出高電平的開機信號至系統內部的電源轉換電路，通過控制電源轉換電路使能運行，進而將系統電源轉換成滿足系統主晶片用電需求的工作電源，輸出至主晶片的供電端，控制主晶片上電。主晶片在上電後，輸出高電平的開機信號PWR_CTL，輸出至電源轉換電路的使能端，以維持電源轉換電路能夠繼續使能運行，繼而完成系統電路的開機運行操作。
[0020]下面以將本發明所提出的多功能開機電路應用在藍牙產品中為例，對所述多功能開機電路的具體組建結構及其工作原理進行詳細的闡述。
[0021]參見圖1所示，本實施例在藍牙產品中設計按鍵電路、NFC電路和充電電路，通過所述按鍵電路、NFC電路和充電電路分別輸出的開機信號KEY_IN、NFC_DETECT、VBUS_EN傳輸至開機模式選擇電路，經由開機模式選擇電路選擇其中一路或者多路高電平的開機信號，輸出至電源轉換電路的使能端EN，使電源轉換電路使能，投入運行，進而將系統電源VIN轉換成藍牙晶片(即藍牙產品中的主晶片)運行所需的工作電源VSYS，輸出至藍牙晶片，使藍牙晶片上電。藍牙晶片上電後，為了避免通過按鍵電路、NFC電路和充電電路輸出的開機信號KEY_IN、NFC_DETECT、VBUS_EN轉為低電平，而導致藍牙晶片掉電，使系統重新轉入關機狀態，本實施例設計藍牙晶片在上電後，自身輸出一路高電平的開機信號PWR_CTL至開機模式選擇電路，並經由開機模式選擇電路輸出至電源轉換電路的使能端EN，維持電源轉換電路繼續使能運行，進而能夠持續為藍牙晶片提供不間斷的工作電源VSYS，使藍牙晶片運行起來，最終控制整個系統電路進入正常運行的工作模式。
[0022]作為所述開機模式選擇電路的一種優選設計方案，本實施例為了避免四路開機信號KEY_IN、NFC_DETECT、VBUS_EN、PWR_CTL彼此間產生相互影響，在開機模式選擇電路中設置四路隔離電路，每一路開機信號KEY_IN、NFC_DETECT、VBUS_EN、PWR_CTL各自經由一路隔離電路傳輸至電源轉換電路的使能端EN，以保證各路開機信號KEY_IN、NFC_DETECT、VBUS_EN、PWR_CTL的正確傳輸方向。
[0023]在本實施例中，所述隔離電路可以選用光電耦合器或者二極體等隔離元件進行電路的具體設計。但出於降低成本方面的考慮，本實施例優選採用二極體設計所述的隔離電路，參見圖2所示。在開機模式選擇電路中設置四路二極體D1-D4，所述四路二極體D1-D4可以選用四顆獨立的二極體器件或者選用兩個陰極對接的反向串聯的雙二極體器件ZD1、ZD2或者兩顆獨立的二極體器件搭配一個陰極對接的反向串聯的雙二極體器件進行電路的具體設計，本實施例對此不進行具體限制。將四路二極體D1-D4的陽極一一對應地連接至按鍵電路、藍牙晶片、NFC電路和充電電路，接收通過按鍵電路、藍牙晶片、NFC電路和充電電路分別輸出的開機信號KEY_IN、PWR_CTL、NFC_DETECT、VBUS_EN ;將四路二極體D1-D4的陰極連接電源轉換電路的使能端EN，向電源轉換電路輸出使能信號LD0_EN。
[0024]作為所述按鍵電路的一種優選設計方案，本實施例在按鍵電路中設置開關機按鍵SW1，如圖2所示，將所述開關機按鍵SWl的一端連接藍牙產品內部的電池，接收電池輸出的電池電壓VBAT ;將開關機按鍵SWl的另一端連接限流電阻R20，經限流電阻R20連接至二極體Dl的陽極，二極體Dl的陰極連接至電源轉換電路的使能端EN。當用戶按下開關機按鍵SWl控制藍牙產品開機時，電池電壓VBAT通過閉合的開關機按鍵SW1，經由限流電阻R20生成高電平的開機信號KEY_IN，通過二極體Dl輸出至電源轉換電路，控制電源轉換電路使能，投入運行。
[0025]作為所述NFC電路的一種優選設計方案，本實施例為了實現外部NFC設備對藍牙產品的掃描開機功能，在NFC電路中設置NFC線圈和NFC晶片。NFC是Near FieldCommunication的英文縮寫，即近場通信，是一種短距離的高頻無線通信技術，允許電子設備之間進行非接觸式點對點數據傳輸(通常在十釐米以內)，交換數據。目前在很多手機產品中都集成了 NFC技術，用於實現手機產品的非接觸式支付功能，例如在乘坐公交車或者購物時，都可以利用手機接近讀卡器，利用手機實現刷卡支付功能。
[0026]由於手機產品對於目前的廣大消費者來說，已經成為一個相當普及的通信工具。如果能夠利用用戶手中的手機接近藍牙產品，對藍牙產品進行掃描，即可控制藍牙產品上電開機，這無疑會極大方便用戶對藍牙產品的開機操作。鑑於此，本實施例在藍牙產品中設計NFC電路，利用NFC晶片連接NFC線圈，感應外部是否有NFC設備接近，並對本系統進行掃描。在外部有NFC設備接近時，通過NFC線圈感應輸出交流脈衝信號，傳輸至所述的NFC晶片。為了避免藍牙產品發生誤開機問題，優選設置所述NFC晶片在檢測到通過NFC線圈輸出的有效脈衝達到設定個數時，例如50個脈衝時，判定當前是用戶正在使用NFC設備對本系統進行掃描，而不是短暫地靠近了藍牙產品。此時，NFC晶片輸出高電平的開機信號NFC_DETECT,通過二極體D3傳輸至電源轉換電路的使能端EN，為電源轉換電路提供有效的使能信號LD0_EN，進而控制電源轉換電路使能運行，為藍牙晶片供電。
[0027]作為所述充電電路的一種優選設計方案，在所述充電電路中設置有充電接口和電源管理模塊，結合圖1、圖2所示。所述充電接口用於連接充電電源，當有充電電源插入到充電接口上時，通過充電接口的電源引腳輸入充電電壓。所述充電電壓通常為5V，往往高於電源轉換電路的使能端EN所允許輸入的電平幅值。為了滿足對電源轉換電路的使能控制要求，本實施例在充電接口的電源引腳上連接分壓電路，利用分壓電路對通過充電接口的電源引腳接入的充電電壓進行分壓，進而生成滿足電源轉換電路識別要求的高電平的開機信號VBUS_EN，通過二極體D4輸出至所述電源轉換電路的使能端EN。
[0028]通過充電接口的電源引腳輸入的充電電源同時傳輸至電源管理模塊，通過電源管理模塊內部的充電管理晶片向藍牙產品內部的電池充電蓄能。當電源管理模塊為電池充電的過程中，輸出表示充電狀態的充電狀態指示信號CHG_STA (例如低電平表示充電狀態，高電平表示未充電狀態)至所述的藍牙晶片，例如傳輸至藍牙晶片U2的P0.30接口，結合圖4所示。藍牙晶片在上電後，若檢測到其P0.30接口為低電平，即表示充電狀態的電平，則判定此次開機為充電開機模式，並通過其P0.06接口輸出高電平的開機信號PWR_CTL，經由二極體D2傳輸至電源轉換電路的使能端EN，控制電源轉換電路保持運行狀態，持續為藍牙晶片U2提供工作電源VSYS，經濾波電容C16濾波後，輸出至藍牙晶片U2的供電引腳VDD，完成開機過程。
[0029]在本實施例中，所述電源轉換電路可以採用DC-DC轉換晶片或者低壓差線性穩壓器LDO配合簡單的外圍電路組建而成，以實現系統電源VIN到工作電源VSYS的轉換。以低壓差線性穩壓器LDO為例進行說明，參見圖3所示，將穩壓器Ul的輸入端Al連接系統電源VIN,若電池電壓VBAT能夠滿足穩壓器Ul的電源輸入要求，可以直接將電池電壓VBAT作為所述的系統電源VIN，傳輸至所述穩壓器Ul的輸入端Vin。若電池電壓VBAT高於穩壓器Ul的電源輸入要求，則可以採用對電池電壓VBAT分壓的方式，生成滿足穩壓器Ul電源輸入要求的系統電源VIN (通常為3.7V左右)，輸入至穩壓器Ul的輸入端Vin。穩壓器Ul的使能端EN接收通過開機模式選擇電路輸出的使能信號LD0_EN，當使能信號LD0_EN為有效的高電平時，穩壓器Ul啟動運行，將輸入的系統電源VIN穩壓變換成藍牙晶片運行所需的工作電源VSYS，輸出至藍牙晶片U2的供電引腳VDD。同時，通過穩壓器Ul穩壓輸出的工作電源VSYS還通過一發光二級管LED_W3和串聯的限流電阻R26傳輸至藍牙晶片U2的P0.01接口，結合圖4所示。藍牙晶片U2在上電運行後，置其P0.01接口為低電平，進而使發光二級管LED_W3點亮，對藍牙產品當前的開機運行狀態進行指示。
[0030]為了滿足藍牙晶片U2對各種開機模式的準確識別，將通過所述按鍵電路和NFC電路輸出的開機信號KEY_IN和NFC_DETECT各種經由一路反向電路進行電位反向變換後，對應輸出至藍牙晶片U2的兩路I/O 口，例如P0.29接口和P0.03接口，如圖4所示。當藍牙晶片U2上電後，首先檢測其P0.29接口、P0.03和P0.30接口的電平狀態，根據各路接口的高低電平狀態，即可方便地判斷出是何種開機模式，進而執行相應的後續操作。
[0031]作為本實施例的一種優選設計方案，所述反向電路優選採用一顆N溝道MOS管Ql或Q2配合簡單的外圍電路組建而成，參見圖4所示。以用於對按鍵電路輸出的開機信號KEY_IN進行電位反向變換的反向電路為例進行說明。將通過按鍵電路輸出的開機信號KEY_IN傳輸至N溝道MOS管Ql的柵極，所述N溝道MOS管Ql的源極接地，漏極通過限流電阻R38連接工作電源VSYS，並輸出反向後的開機信號至藍牙晶片U2的P0.29接口。
[0032]當按鍵電路輸出的開機信號KEY_IN為高電平時，N溝道MOS管QI進入飽和導通狀態，由於MOS管Ql的源極接地，因而將其漏極電位拉低，使藍牙晶片U2的P0.29接口為低電平，實現開機模式的指示功能。當用戶的手從開關機按鍵SWl上抬起時，開關機按鍵SWl斷開，通過按鍵電路輸出的開機信號KEY_IN變為低電平。此時，N溝道MOS管Ql轉為截止狀態，工作電源VSYS通過限流電阻R38作用到藍牙晶片U2的P0.29接口。藍牙晶片U2當檢測到其P0.29接口由低電平變為高電平時，判定開關機按鍵SWl斷開，並在正常運行的過程中，定時檢測P0.29接口的電平狀態。當用戶需要關閉藍牙產品時，長時間的按下開關機按鍵SWl，此時，藍牙晶片U2若檢測到其P0.29接口的電平狀態由高電平變為低電平，且低電平的持續時間到達設定值時，判定用戶執行了關機操作，通過其P0.06接口輸出低電平的開機信號PWR_CTL，控制系統電路關機。
[0033]同理，利用N溝道MOS管Q2配合限流電阻R39即可連接形成用於對NFC電路輸出的開機信號NFC_DETECT進行電位反向變換處理的反向電路,參見圖4所示,本實施例在此不再詳細說明。
[0034]當然，所述反向電路也可以選用NPN型三極體、數字非門或者其他開關元件配合外圍電路組建而成。當選用NPN型三極體設計所述的反向電路時，可以利用NPN型三極體的基極接收通過按鍵電路或者NFC電路輸出的開機信號KEY_IN或者NFC_DETECT，將NPN型三極體的發射極接地，集電極通過限流電阻連接所述的工作電源VSYS，同樣可以實現對開機信號KEY_IN或者NFC_DETECT的反向變換，本實施例並不僅限於以上舉例。
[0035]本實施例的多功能開機電路結構簡單，使用器件極少，功耗極低，無需佔用過多的PCB空間，特別適合在低功耗的藍牙產品中推廣應用，並有利於低功耗藍牙產品的小型化設計。
[0036]當然，上述說明並非是對本發明的限制，本發明也並不僅限於上述舉例，本【技術領域】的普通技術人員在本發明的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種多功能開機電路，其特徵在於:包括按鍵電路、NFC電路、充電電路、主晶片和為主晶片供電的電源轉換電路；所述電源轉換電路的使能端接收通過按鍵電路、NFC電路和充電電路輸出的開機信號，且在一路開機信號為高電平時，電源轉換電路使能運行，輸出工作電源至主晶片，所述主晶片上電後，輸出高電平的開機信號維持電源轉換電路繼續使能運行。
2.根據權利要求1所述的多功能開機電路，其特徵在於:通過所述按鍵電路、NFC電路、充電電路和主晶片輸出的開機信號經由開機模式選擇電路選擇其中的一路高電平的開機信號，輸出至所述電源轉換電路的使能端。
3.根據權利要求2所述的多功能開機電路，其特徵在於:在所述開機模式選擇電路中設置有四路隔離電路，通過所述按鍵電路、NFC電路、充電電路和主晶片輸出的開機信號各自經由一路隔離電路傳輸至所述電源轉換電路的使能端。
4.根據權利要求3所述的多功能開機電路，其特徵在於:在每一路所述的隔離電路中均設置有一顆二極體，四顆二極體的陽極一一對應接收通過所述按鍵電路、NFC電路、充電電路和主晶片輸出的開機信號，陰極分別連接所述電源轉換電路的使能端；所述四顆二極體為四顆獨立的二極體器件，或者兩個陰極對接的反向串聯的雙二極體器件，或者兩顆獨立的二極體器件搭配一個陰極對接的反向串聯的雙二極體器件。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的多功能開機電路，其特徵在於:在所述按鍵電路中設置有開關機按鍵，所述開關機按鍵的一端連接系統內部的電池，另一端連接限流電阻，在開關機按鍵閉合時，電池電壓通過限流電阻向電源轉換電路輸出高電平的開機信號。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的多功能開機電路，其特徵在於:在所述NFC電路中設置有NFC線圈和NFC晶片，所述NFC晶片通過NFC線圈感應到外部有NFC設備掃描時，輸出高電平的開機信號。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的多功能開機電路，其特徵在於:在所述充電電路中設置有充電接口和電源管理模塊，所述充電接口在有充電電源接入時，通過充電接口的電源引腳輸入的充電電壓經由分壓電路分壓後，輸出所述的高電平的開機信號；所述電源管理模塊接收通過充電接口接入的充電電源，為系統內部的電池充電，並輸出充電狀態指示信號至所述的主晶片；所述主晶片在上電後，若首先檢測到充電狀態指示信號指示充電狀態，則判定當前的開機模式為充電開機模式。
8.根據權利要求1至4中任一項所述的多功能開機電路，其特徵在於:所述按鍵電路和NFC電路輸出的開機信號各自經由一路反向電路對開機信號的電位進行反向處理後，輸出至主晶片的不同I/O 口 ；所述主晶片在上電後，檢測兩路所述的I/O 口，根據兩路I/O 口的電平狀態判斷當前的開機模式。
9.根據權利要求8所述的多功能開機電路，其特徵在於:在每一路所述的反向電路中均設置有一 NPN型三極體或一 N溝道MOS管，當設置的是NPN型三極體時，所述三極體的基極接收所述的開機信號，發射極接地，集電極接收電源轉換電路輸出的工作電源，並連接所述主晶片的I/O 口 ；當設置的是N溝道MOS管時，所述MOS管的柵極接收所述的開機信號，源極接地，漏極接收電源轉換電路輸出的工作電源，並連接所述主晶片的I/O 口。
10.一種藍牙產品，其特徵在於:設置有如權利要求1至9中任一項權利要求所述的多功能開機電路，所述主晶片為藍牙晶片。
【文檔編號】G06F1/26GK103699201SQ201310748011
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】程飛龍, 夏春水 申請人:青島歌爾聲學科技有限公司