一种USB线路的切换装置及切换方法

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，尤其是一种USB线路的切换装置及切换方法。

背景技术

自动化运维人员、调度员因工作原因，需同时使用多台电脑/工作站(内网办公电脑、调度自动化工作站、配网自动化工作站等)，因各台设备均有独立的鼠标、键盘，在操作不同设备时需移动到相应工位，效率较低且增加人员劳动强度，同时多个键盘、鼠标站用大量工作台面，影响工作台面布置。

如图1所示，针对当前多计算机控制管理主要的解决方案是使用多计算机切换器(KVM，Keyboard Video Mouse)借助一组键盘、鼠标和显示器完成多台服务器之间的切换，进而节省空间，降低成本。该方案使用网络方式采用一对多的管理方式，具备长距离的传输能力，由于借助的是一组键盘、鼠标和显示器，所有在计算机控制管理时同时只能显示一台计算机的信息并加以控制，适合对机房服务器进行管理操作。

KVM解决方案适合对不同主机进行单一操作方式，而自动化运维及调度员使用多台计算机场合时，因工作需要所有计算机监控显示界面不能关闭，也就是需要同时监视查看多台计算机显示内容，并对其中一台实施控制，显然KVM方案已不能适用多台计算机共同显示的需求。

发明内容

本发明提供了一种USB线路的切换装置及切换方法，用于解决现有共用USB设备时，KVM无法适用多台计算机共同显示需求的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供了一种USB线路的切换装置，所述切换装置包括选通模块和开关模块，所述开关模块包括若干触点，所述选通模块用于选通所述若干触点中的一个或多个；所述若干触点用于USB设备与多个主机的连接，所述若干触点包括公共端和自由端，所述公共端连接USB设备，所述自由端连接主机。

进一步地，所述开关模块包括8N个触点，其中4N个触点的一端形成其一公共端，另4N个触点的一端形成另一公共端，8N个触点的另一端各自形成自由端；两个公共端分别连接DATA+信号和DATA-信号，自由端形成4N对DATA信号端，其中4N个自由端连接DATA+信号，4N个自由端连接DATA-信号，N取正整数。

进一步地，每个主机连接自由端中的一对DATA信号端。

进一步地，所述USB设备为一个或多个，当有多个USB设备与所述开关模块连接时，所述开关模块设置与所述USB设备数量相同的多个。

进一步地，所述USB设备为键盘、鼠标、打印机、扫描仪或指纹采集器中的一种或多种。

进一步地，所述主机为PC机、调度工作站或配网工作站。

进一步地，所述开关模块包括开关芯片，所述开关芯片的型号为CH444G。

进一步地，所述选通模块包括编码开关，通过所述编码开关选通开关模块中的触点。

本发明第二方面提供了一种USB线路的切换方法，基于所述的切换装置，所述方法包括以下步骤：

将开关模块的公共端连接若干个USB设备；

基于所述USB设备的数量，分配对应数量的开光模块；

将所述开关模块的自由端连接多个主机；

通过选通模块选择当前与所述USB设备连接的主机。

进一步地，所述方法还包括步骤：

根据连接的主机的个数，增加开关模块的数量。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明通过设置具有多个触点的开关模块，分别连接USB设备和多个主机，实现一个USB设备与多个主机的连接，并通过选通模块实现对当前连接主机的选通，整个过程仅切换USB设备，无需切换显示信号，且相比于KVM方式，本发明的电路元件少，功耗低，成本远低于KVM，可靠性高于KVM方式。另外由于使用USB串行总线切换方式，其通用性强，能够实现多种USB设备在不同主机间的切换，应用范围广泛。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中KVM方式的架构示意图；

图2是本发明所述切换装置的结构示意图；

图3是本发明所述切换装置的架构示意图；

图4是本发明所述切换装置其一实施例的结构示意图；

图5是本发明所述开关芯片其一实现方式的电路结构示意图；

图6是本发明所述切换方法的流程示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图2所示，本发明实施例提供的一种USB线路的切换装置，包括选通模块和开关模块，所述开关模块包括若干触点，所述选通模块用于选通所述若干触点中的一个或多个；所述若干触点用于USB设备与多个主机的连接，所述若干触点包括公共端和自由端，所述公共端连接USB设备，所述自由端连接主机。

所述开关模块包括8N个触点，其中4N个触点的一端形成其一公共端，另4N个触点的一端形成另一公共端，8N个触点的另一端各自形成自由端；两个公共端分别连接DATA+信号和DATA-信号，自由端形成4N对DATA信号端，其中4N个自由端连接DATA+信号，4N个自由端连接DATA-信号，N取正整数。每个主机连接自由端中的一对DATA信号端。

如图3所示，以N等于2为例，对切换装置进行示例。相比于图1中仅能通过一台显示器显示，本发明实施例中能够实现4台主机匹配的显示器同时显示。

开关模块的公共端接口IA、IB分别连接键盘、鼠标；分路接口(O1A、O1B)，(O2A、O2B)，(O3A、O3B)，(O4A、O4B)共4对，分别与主机(≦4台)相连。

如图4所示，所述开关模块包括开关芯片，所述开关芯片的型号为CH444G。CH444G为双刀四掷5V低阻模拟开关芯片。其特性包括低导通电阻，Ron典型值约为5Ω；高带宽，支持视频信号，支持低速、全速和高速USB信号；切换快速，Ton/Toff典型值小于5nS；ESD支持2KV HBM；提供全局使能引脚，多通道模拟开关统一使能、统一切换；宽电源电压范围，低静态功耗。5V开关芯片支持额定5V电源电压，低至2.5V电源可用；3.3V开关芯片支持额定3.3V电源电压，低至1.8V电源可用。

对图4中芯片的引脚通过如下表1进行说明：

表1

CH444由EN#引脚控制实现统一使能，由IN1和INO引脚选择进行统一切换。下表2是其控制表：

表2

模拟开关公共端YA、YB分别与USB设备(如键盘、鼠标、打印机等)的USB接口D+、D-数据线连接，模拟开关1#、2#、3#、4#端与不同主机的USB接口连接。利用编码开关(或开关芯片)控制选择输入端IN1、IN0的电平，实现USB设备与不同主机之间数据传输的切换。该模拟芯片仅用于USB接口D+、D-数据传输线路的切换，USB设备电源由独立的5V电源供电。

所述USB设备为一个或多个，当有多个USB设备与所述开关模块连接时，所述开关模块设置与所述USB设备数量相同的多个。

所述USB设备为键盘、鼠标、打印机、扫描仪或指纹采集器中的一种或多种。

如图5所示，USB设备有两个(键盘、鼠标)，对应设置两个CH444G芯片，连接的主机为4台，实现两个USB设备在不同主机数据线路的同步切换。

CH444G芯片的公共端接口IA、IB分别连接键盘、鼠标；自由端接口(O1A、O1B)，(O2A、O2B)，(O3A、O3B)，(O4A、O4B)共4对，分别与主机(≦4台)相连。通过编码开关控制两个CH444开关芯片的选择输入引脚(IN1、IN0)的电平实现多主机共享一套鼠标键盘的功能。

本发明实施例的其一实现方式中，所述主机为PC机、调度工作站或配网工作站。

所述选通模块包括编码开关，通过所述编码开关选通开关模块中的触点。

如图6所述，本发明实施例提供的一种USB线路的切换方法，基于所述的切换装置，所述方法包括以下步骤：

S1,将开关模块的公共端连接若干个USB设备；

S2,基于所述USB设备的数量，分配对应数量的开光模块；

S3,将所述开关模块的自由端连接多个主机；

S4,通过选通模块选择当前与所述USB设备连接的主机。

本发明所述方法实施例的其一实现方式中，所述方法还包括步骤：

根据连接的主机的个数，增加开关模块的数量。

以图5所示实现方式为例，若连接的主机个数超过4个，则可通过增加CH444G芯片的个数实现所有主机对USB设的共用，在线路连接上，按照应用需求，新增CH444G芯片的公共端与对应USB设备连接即可。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。