專利名稱：Usb-光纖轉換器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及轉換器，更具體地說，涉及一種USB-光纖轉換器。
背景技術：
隨著風力發(fā)電技術的發(fā)展和應用，后臺PC機和風能變流器之間需要進行 大量的數據交換，而目前后臺PC機與風能變流器之間的數據交換速度不能滿 足工業(yè)應用的需要。而且風能麗級的變流器一般應用環(huán)境比較惡劣，空間的 電磁干擾比較嚴重，數據交換的可靠性差。并且不能抗拒6KV接觸放電和服V 的空氣放電，以及抗拒500V電磁場的近場騷擾。
實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一 種具有高速通信、高可靠性的USB-光纖轉換器。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種USB-光纖轉 換器，用于連接外部PC機和風能變流器以進行數據交換，其包括機體，所述 機體上設置有USB接口和光纖通信接口 ；所述USB接口用于與外部PC機連接， 所述光纖通信接口用于與風能變流器連接。
在本實用新型所述的USB-光纖轉換器中，所述USB-光纖轉換器包括順次 連接的USB接口、端口保護電路、USB-UART轉接電路、以及光纖收發(fā)器。
優(yōu)選的，所述USB接口包括電源線、正差分信號D+線、負差分信號D-線 和接地線；所述USB-UART轉接電路是USB-UART單芯片橋接器；所述端口保 護電路包括電容C2、 C3、 二極管D6、 D7、 D8、 D9、瞬態(tài)抑制二極管D3;
其中，電容C2、 C3的一端分別連接到USB-UART單芯片橋接器的+5V電源 輸入REGIN線上，另一端接地；
二極管D6和D7的陰極分別連接到USB-UART單芯片橋接器的正差分信號 D+線和負差分信號D-線，二極管D6和D7的陽極相互連接并與瞬態(tài)抑制二極 管D3的一端連接，瞬態(tài)抑制二極管D3的另一端連接到二極管D8、 D9的陰極， 二極管D8、 D9的陽極分別連接到USB-UART單芯片橋接器的正差分信號D+線 和負差分信號D-線。
進一步優(yōu)選的，所述端口保護電路還包括電感Ll和L2;其中，電感 Ll和L2的一端分別與所述USB接口的電源線連接，另一端分別耦合到+5V電 源。
在進一步優(yōu)選的，所述端口保護電路還包括電阻R9和R10;其中，電 阻R9串聯在電感Ll和+5V電源之間，電阻R10串聯在電感L2和+5V電源之 間。
在本實用新型所述的USB-光纖轉換器中，光纖收發(fā)器包括光纖發(fā)送器和 光纖接收器，所述光纖發(fā)送器與所述USB-UART單芯片橋接器的發(fā)送引腳TXD 連接，所述光纖接收器與所述USB-UART單芯片橋接器的接收引腳RXD連接。
優(yōu)選的，所述光纖發(fā)送器是大功率光纖發(fā)送器，所述光纖接收器是TTL 光纖接收器。
實施本實用新型的USB-光纖轉換器，具有以下有益效果可實現后臺PC 機與風能變流器進行高速的數據交換，交換速度達到921. 6kbps，通過采用光 纖進行通信，實現高可靠性；采用USB的接口，更能適應目前串口被淘汰， USB接口作為主流接口的PC市場的現狀。同時對USB的數據差分信號進行抗 靜電的防護，端口防護電路適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，能抗拒6KV接觸放電和 8KV的空氣放電，同時抗拒500V電磁場的近場騷擾；而且電路簡單，由于在 本USB-光纖轉換器中采用大功率的光纖收發(fā)器，因此在不采用光纖驅動模塊 的條件下，可實現USB-光纖光信號的轉換，并且可實現較遠的通信距離和較 高的通信速度。
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中
圖1是本實用新型USB-光纖轉換器一實施例的結構示意圖2是圖1所示的USB-光纖轉換器的電路框圖； 圖3是圖2所示的USB-光纖轉換器電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型的技術方案主要是為了解決外部PC機與風能變流器之間的高 速通信，高可靠性，對USB的差分信號進行端口的防護，在不采用光纖驅動 模塊的條件下，實現USB電信號轉光纖光信號的轉換。
如圖1所示，在本實用新型的USB-光纖轉換器2—實施例中，用于連接 外部PC機和風能變流器以進行數據交換，包括機體，該機體上設置有USB接 口21和光纖通信接口 12; USB接口 21用于與外部PC機連接，光纖通信接口 12用于與風能變流器連接。在工作中，USB-光纖轉換器2無需獨立的供電電 源，而通過USB接口由外部PC機對其進行供電。USB-光纖轉換器2和外部PC 機相連后，作為PC機的一個通用串口，通信的串口波特率可任意在300bps 921.6kbps中選擇，最大可達921. 6kbps。
如圖2所示，在一實施例中，USB-光纖轉換器2包括順次連接的USB接 口 21、端口保護電路22、 USB-UART轉接電路23、以及光纖收發(fā)器24。 USB 接口 21與外部PC相連接，USB接口 21從PC機竊電給后續(xù)電路所用，即USB-光纖轉換器2無需獨立的電源供電。PC機傳遞過來的差分信號經過USB-UART 轉接電路23的轉換變成3. 3V的電平直接發(fā)送給光纖收發(fā)器24。端口保護電 路22主要是保護USB-光纖轉換器2里的USB接口芯片，防止熱插拔時的靜電 和電浪涌對其造成的損害以及數據通信時的失真，以抑制瞬時的尖峰電壓。
如圖3所示，在具體電路設計上，USB接口 21包括電源線、正差分信號 D+線、負差分信號D-線和接地線，其中電源線連接+5V供電電源；USB-UART 轉接電路23是USB-UART單芯片橋接器；該USB-UART單芯片橋接器是一種高 度集成的USB轉UART橋接器，其提供一個使用最小化的元件和PCB空間實 現RS232轉USB的簡便的解決方案，該芯片包含一個USB 2. 0全速功能控 制器USB收發(fā)器振蕩器和帶有全部的調制解調器控制信號的異步串行數據總
線(UART)。全部功能集成在一個5mmX5mm MLP-28封裝的IC中。無需其他的 外部USB元件，片內EEPROM可以用于由原始設備制造商自定義USB供應商 代碼、產品代碼、產品描述文字、功率標牌、版本號和器件序列號等數據的 存儲空間。EEPROM可以通過USB在應用板上進行編程，這使得在產品制造和 調試過程中就可以實現對它進行編程。端口保護電路22包括電容C2、 C3、 二極管D6、 D7、 D8、 D9、瞬態(tài)抑制二極管D3;其中，電容C2、 C3的一端分 別連接到USB-UART單芯片橋接器的+5V電源輸入REGIN線上，另一端接地； 二極管D6和D7的陰極分別連接到USB-UART單芯片橋接器的正差分信號D+ 線和負差分信號D-線，二極管D6和D7的陽極相互連接并與瞬態(tài)抑制二極管 D3的一端連接，瞬態(tài)抑制二極管D3的另一端連接到二極管D8、D9的陰極，二 極管D8、 D9的陽極分別連接到USB-UART單芯片橋接器的正差分信號D+線和 負差分信號D-線。在該電路中，在電源+5V端口采用電容C3， C2濾除高低頻 的干擾，采用電感抑制瞬間的浪涌，0.5歐的電阻吸收能量，采用TVS管提高 共模抑制能力。在差分信號的信號線上，采用TVS管抑制差模干擾，由于TVS 的結電容較大，USB的協議的傳輸速率在12M左右的樣子，結電容影響了信號 的傳輸，采用結電容為10p的二極管與TVS管串聯大大的減少了整個結電容 的大小，保證了信號的準確傳輸。
在端口防護上， 一優(yōu)選的方案是，+5V電源端的防護只是采用電感，插拔 瞬時的電壓尖峰被TVS管鉗制在6.45V，對接口轉換芯片的壽命起一定的影 響。即，在端口保護電路22中加入電感L1和L2;其中，電感L1和L2的一 端分別與USB接口 21的電源線連接，另一端分別耦合到+5V電源。
但是，最佳方案是在電感上串聯一個電阻進行能量吸收，將電壓抑制在 5.5V以下，有效地延長了轉換芯片的壽命，具體電路設計為，在端口保護電 路22中加入電阻R9和R10;其中，電阻R9串聯在電感L1和+5V電源之間， 電阻RIO串聯在電感L2和+5V電源之間。
另外，如圖3所示，在端口保護電路22中還包括電感L3、 L4、電阻R1、 發(fā)光二極管D1、電容C1、 C4、 C9、 CIO、瞬態(tài)抑制二極管D2和電容C7，其中 電感L3和L4并聯連接后再串聯在USB接口 21和地之間進行濾波；電阻Rl
的一端與USB接口 21的電源線連接，另一端與發(fā)光二極管Dl的陽極連接， 發(fā)光二極管Dl的陰極與地相連，以作為電源指示燈；另外，電容C9的一端 連接到正差分信號D+線上，另一端接地，電容C10的一端連接到負差分信號 D-線上，另一端接地，以進一步濾除高低頻的干擾；瞬態(tài)抑制二極管D2和電 容C7的一端分別連接到USB接口 21的電源輸入線上，另一端分別接地；電 容C4和Cl的一端分別連接到USB-UART單芯片橋接器的3. 3V電壓調節(jié)器輸 出VDD線上，另一端分別接地，以進行濾除高低頻的干擾。
進一步地，如圖3所示光纖收發(fā)器24包括光纖發(fā)送器和光纖接收器，該 光纖發(fā)送器與USB-UART單芯片橋接器的發(fā)送引腳TXD連接，光纖接收器與 USB-UART單芯片橋接器的接收引腳RXD連接。在實施中，如果采用原來小功 率的光纖收發(fā)器時，例如安捷倫公司的HFBR2522Z和1522Z光纖收發(fā)器，在 滿足光纖傳輸距離的要求時，需要增加驅動電路。增加驅動電路后，雖然增 加光纖收發(fā)器的功率，提高了通信距離，但是引進了驅動電路的傳輸，妨礙 了通信速度的提高。因此，優(yōu)選的，光纖發(fā)送器采用大功率光纖發(fā)送器，光 纖接收器采用TTL光纖接收器。
在實際使用中，USB-UART轉接電路23可選用美國Silicon公司生產的高 集成度USB轉UART專用芯片CP2102，在該實施方式中，光纖收發(fā)器24直接 采用CP2102芯片引腳輸出的電平進行驅動，而且CP2102器件數據傳輸最快 的速度為921. 6kbps。光纖收發(fā)器24可選用安捷倫公司的大功率光纖發(fā)送器 HFBR-1414Z和5認dTTL光纖接收器HFBR-2412Z，在該實施方式中，光纖收發(fā) 器24的數據傳輸速度最快為5Mbps。
本實用新型是通過幾個具體實施例進行說明的，本領域技術人員應當明 白，在不脫離本實用新型范圍的情況下，還可以對本實用新型進行各種變換 及等同替代。另外，針對特定情形或具體情況，可以對本實用新型做各種修 改，而不脫離本實用新型的范圍。因此，本實用新型不局限于所公開的具體 實施例，而應當包括落入本實用新型權利要求范圍內的全部實施方式。
權利要求1、一種USB-光纖轉換器，用于連接外部PC機和風能變流器以進行數據交換，其包括機體，其特征在于，所述機體上設置有USB接口和光纖通信接口；所述USB接口用于與外部PC機連接，所述光纖通信接口用于與風能變流器連接。
2、 根據權利要求1所述的USB-光纖轉換器，其特征在于，所述USB-光纖 轉換器包括順次連接的USB接口、端口保護電路、USB-UART轉接電路、以及 光纖收發(fā)器。
3、 根據權利要求2所述的USB-光纖轉換器，其特征在于，所述USB接口 包括電源線、正差分信號D+線、負差分信號D-線和接地線；所述USB-UART 轉接電路是USB-UART單芯片橋接器；所述端口保護電路包括電容C2、 C3、 二極管D6、 D7、 D8、 D9、瞬態(tài)抑制二極管D3;其中，電容C2、 C3的一端分別連接到USB-UART單芯片橋接器的+5V電源 輸入REGIN線上，另一端接地；二極管D6和D7的陰極分別連接到USB-UART單芯片橋接器的正差分信號 D+線和負差分信號D-線，二極管D6和D7的陽極相互連接并與瞬態(tài)抑制二極 管D3的一端連接，瞬態(tài)抑制二極管D3的另一端連接到二極管D8、 D9的陰極， 二極管D8、 D9的陽極分別連接到USB-UART單芯片橋接器的正差分信號D+線 和負差分信號D-線。
4、 根據權利要求3所述的USB-光纖轉換器，其特征在于，所述端口保護 電路還包括電感L1和L2;其中，電感L1和L2的一端分別與所述USB接口 的電源線連接，另一端分別耦合到+5V電源。
5、 根據權利要求4所述的USB-光纖轉換器，其特征在于，所述端口保護 電路還包括電阻R9和R10;其中，電阻R9串聯在電感L1和+5V電源之間， 電阻RIO串聯在電感L2和+5V電源之間。
6、 根據權利要求3 5任一所述的USB-光纖轉換器，其特征在于，光纖 收發(fā)器包括光纖發(fā)送器和光纖接收器，所述光纖發(fā)送器與所述USB-UART單芯 片橋接器的發(fā)送引腳TXD連接，所述光纖接收器與所述USB-UART單芯片橋接 器的接收引腳RXD連接。
7、根據權利要求6所述的USB-光纖轉換器，其特征在于，所述光纖發(fā)送 器是大功率光纖發(fā)送器，所述光纖接收器是TTL光纖接收器。
專利摘要本實用新型涉及一種USB-光纖轉換器，用于連接外部PC機和風能變流器，其包括機體，機體上設置有USB接口和光纖通信接口；USB接口用于與外部PC機連接，光纖通信接口用于與風能變流器連接。本USB-光纖轉換器可實現后臺PC機與風能變流器進行高速的數據交換，交換速度達到921.6kbps，通過采用光纖進行通信，實現高可靠性；采用USB的接口，更能適應目前串口被淘汰，USB接口作為主流接口的PC市場的現狀。同時對USB的數據差分信號進行抗靜電的防護，端口防護電路適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，能抗拒6KV接觸放電和8KV的空氣放電，同時抗拒500V電磁場的近場騷擾；而且電路簡單，由于采用大功率的光纖收發(fā)器，因此在不采用光纖驅動模塊的條件下，可實現USB-光纖光信號的轉換，并且可實現較遠的通信距離和較高的通信速度。
文檔編號G06F1/16GK201204593SQ20082009338
公開日2009年3月4日 申請日期2008年4月18日 優(yōu)先權日2008年4月18日
發(fā)明者健 孫, 張凱敏, 江麗萍, 鄭燕波 申請人:艾默生網絡能源有限公司