一键USB通断器

在一些特别情况下，我们会碰到 USB 兼容性问题。比如，我正在使用的 DELL C2722DE 显示器，通过 TypeC 连接主机，除了能够显示之外，还内置了 USB Hub ，但是它和我的微软鼠标存在兼容性问题，如果插着显示器休眠，或者开机的话，进入 Windows之后鼠标是无法直接使用，必须插拔一次才能正常工作。

针对这种情况，这次设计了一个 USB 插拔装置，遇到问题的时候无需做插拔动作，而是通过按键一次自行完成一个插拔的模拟，这样可以方便使用。USB插拔动作可以分解为2步，插入时是先接通5V供电，然后接通D+/D-信号。如果仔细观察USB接头，可以发现USB D+/D- 引脚会比5V和GND 短一点，这样就能保证插入的时候是先接通供电，然后再接入信号的。这样可以避免插入时信号先于供电接通，电流直接倒灌到芯片中。类似的，拔出时，是先断开信号，然后再切断供电。

硬件方面使用了3个芯片：CH554 /CH442/SY6280AAC。CH554是一个单片机，这里作用是获得按钮状态，然后根据状态控制USB信号的切换和USB母头上的5V输出； CH442进行信号切换， SY6280AAC 是功率电子开关芯片，这里我们用用它控制USB供电输出。

CH442是一款低阻宽带双向模拟开关芯片，包含2路单刀双掷二选一开关。这里用作 USB 信号二选一。

PCB 设计如下：

焊接后的成品，刚好能装在外壳中：

CH554 外围只需要1个10K电阻，2个0.1uf 电容即可让它工作起来。然后通过P1 Header 4 下载数据非常方便。此外，CH_IN 适用于控制CH442信号切换，CTRL1用于控制SY6280AAC。

代码部分非常简单：

#define CH_IN 14
#define LED   15
#define CTRL1 16
#define KEY   17
void setup() {
  pinMode(CH_IN,OUTPUT);
  pinMode(LED,OUTPUT);
  pinMode(CTRL1,OUTPUT);
  pinMode(KEY,INPUT_PULLUP);
    
  digitalWrite(CH_IN,LOW); // Switch to 1
  digitalWrite(LED,LOW); // 不亮
  digitalWrite(CTRL1,HIGH); // 供电    
}
unsigned long int Elsp=0;

void loop() {
  if (digitalRead(KEY)==LOW) {
      digitalWrite(LED,HIGH); // 点亮 LED
      digitalWrite(CH_IN,HIGH); // 断开数据线
      delay(100);
      digitalWrite(CTRL1,LOW); // 断开USB供电
      Elsp=millis();
  } else {
      // Key 抬起
      if ((Elsp!=0)&&(millis()-Elsp>500)) {
          Elsp=0;
          digitalWrite(LED,LOW); // 关闭 LED          
          digitalWrite(CTRL1,HIGH); // 开始USB供电
          delay(100);
          digitalWrite(CH_IN,LOW); // 接通数据线
        }
    }
}

适用范围：如果你遇到的问题通过插拔一次可以解决，并且出现问题的时候USB端口能够正常供电，那么可以尝试本次的设计。运气好的话，因为引入了切换元件使得USB信号发生变化，每次都可以直接用；稍微差一些的话，出现问题的时候按下按钮即可模拟插拔让设备工作起来。