專利名稱：一種通過光纖傳輸usb信號的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光纖通信接口電路，特別涉及一種通過光纖傳輸U(kuò)SB(通用串行總線)信號的電路。
背景技術(shù)：
目前計算機(jī)的USB信號由于使用電纜傳輸，所以通信距離難以延長，一般不超過30米。目前的視頻信號(比如監(jiān)視器)的遠(yuǎn)傳雖然是通過光纖的，但是其原理是把視頻信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號后通過光纖傳輸，然后再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為視頻信號，再通過視頻采集卡轉(zhuǎn)換為計算機(jī)顯示的圖形，此方法復(fù)雜且成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的為了克服現(xiàn)有電纜傳輸U(kuò)SB信號距離短和通過視頻采集卡轉(zhuǎn)換為計算機(jī)顯示的圖形方法復(fù)雜且成本高的缺點，而提供一種通過光纖傳輸U(kuò)SB信號的電路，該實用新型是用光纖通信，可以使USB的通信距離增加到幾十千米。
本實用新型是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種通過光纖傳輸U(kuò)SB信號的電路，包括USB信號檢測電路(1)、雙可控三態(tài)緩沖器(2)、邏輯電路、激光發(fā)射驅(qū)動電路(3)、激光接收電路(4)，其特征在于USB信號檢測電路(1)輸出端與一雙可控三態(tài)緩沖器(2)輸入端連接，并通過邏輯電路控制激光發(fā)射驅(qū)動電路(3)將DOR和RCV轉(zhuǎn)換為三種激光強(qiáng)度為全亮、半亮、暗，激光接收電路(4)輸出端與另一雙可控三態(tài)緩沖器(2)輸入端連接，并通過邏輯電路控制激光接收電路(4)將接收到的三種激光強(qiáng)度恢復(fù)為D+和D-的三種狀態(tài)全亮、半亮、暗，雙可控三態(tài)緩沖器(2)輸出端與USB信號檢測電路(1)的輸入端連接，兩個雙可控三態(tài)緩沖器(2)之間用導(dǎo)線相連。
為了單穩(wěn)電路的輸出控制USB信號的“收/發(fā)”允許及單穩(wěn)電路的延時時間為USB傳輸一幀數(shù)據(jù)的時間，在激光接收電路(4)輸出端與兩個雙可控三態(tài)緩沖器(2)之間串聯(lián)一單穩(wěn)延時電路(5)。
本實用新型一種通過光纖傳輸U(kuò)SB信號的電路，成對使用，通過光的強(qiáng)度的三個等級(全亮、半亮、暗)分別代表USB數(shù)據(jù)線的三種狀態(tài)，當(dāng)光的強(qiáng)度為最低時(暗)代表USB數(shù)據(jù)線的閑置狀態(tài)。先發(fā)送USB信號的一方由于其USB的數(shù)據(jù)狀態(tài)先改變，其狀態(tài)的改變通過光纖傳輸?shù)綄Ψ诫娐返慕邮针娐樊a(chǎn)生一個下降沿(或者上升沿)觸發(fā)一個單穩(wěn)電路，此單穩(wěn)電路的輸出控制USB信號的“收/發(fā)”允許。先發(fā)送USB信號的一方由于其USB的數(shù)據(jù)狀態(tài)先改變，其狀態(tài)的改變通過光纖傳輸?shù)綄Ψ诫娐返慕邮针娐樊a(chǎn)生一個下降沿(或者上升沿)觸發(fā)一個單穩(wěn)電路，此單穩(wěn)電路的延時時間為USB傳輸一幀數(shù)據(jù)的時間。本實用新型用光纖傳輸U(kuò)SB信號，可以使USB的通信距離增加到幾十千米。
比如目前數(shù)字?jǐn)z象機(jī)都開始將USB作為標(biāo)準(zhǔn)配置，如果配置基于本實用新型的產(chǎn)品后，遠(yuǎn)傳具有USB口的攝象機(jī)的視頻信號可以直接送到計算機(jī)、且成本低。目前通過計算機(jī)的USB口連接的外設(shè)種類越來越多、比如顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤等均可用基于本專利的產(chǎn)品用光纖延長。本專利的優(yōu)點通過USB信號幅度的變化控制USB信號的“收/發(fā)允許”來解決將雙向傳輸?shù)腢SB信號分開為發(fā)送和接收兩部分，從而為將USB電信號轉(zhuǎn)換為光信號提供了條件(光信號是必須分開為發(fā)送與接收的)。通過一個單穩(wěn)延時電路來控制USB信號的“收/發(fā)允許”狀態(tài)的自動恢復(fù)。而采用電信號延長USB的方法只有級連USB集線器、但是USB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不得超過6個USB集線器、每個USB的傳輸距離最遠(yuǎn)5米，這樣最遠(yuǎn)USB只能夠傳30米。


圖1為將USB信號(D+、D-)轉(zhuǎn)換為光纖傳輸信號——激光的框圖。
圖2為將USB信號轉(zhuǎn)換為便于光纖傳輸?shù)碾娐穲D。
具體實施方式
圖1為將USB信號(D+、D-)轉(zhuǎn)換為光纖傳輸信號——激光的框圖。USB信號檢測電路(1)將D+和D-變換為“或”門輸出DOR1和差分比較器輸出RCV1。一雙可控三態(tài)緩沖器(2)通過控制端EN來控制邏輯“通”與“端”。當(dāng)EN＝“0”時，DOR＝DOR1、RCV＝RCV1。而當(dāng)EN＝“1”時，DOR和RCV為高阻狀態(tài)。激光發(fā)射驅(qū)動電路(3)將DOR和RCV轉(zhuǎn)換為三種激光強(qiáng)度(亮、半亮、暗)。激光接收電路(4)將接收到的三種激光強(qiáng)度(亮、半亮、暗)恢復(fù)為D+和D-的三種狀態(tài)。激光接收電路(4)的輸出之一H的狀態(tài)變化觸發(fā)單穩(wěn)延時電路(5)。單穩(wěn)延時電路(5)的輸出EN平時(即USB信號處于閑置狀態(tài)時)為“0”，當(dāng)其輸入H有下降延(即由“1”變?yōu)椤?”)時輸出EN由“0”變?yōu)椤?”并且保持為“1”大約1000us，然后恢復(fù)為“0”。另一雙可控三態(tài)緩沖器(2)通過控制端EN來控制來控制邏輯“通”與“斷”，當(dāng)EN＝“1”時，VP＝H、VM＝L，而當(dāng)EN＝“0”時輸出VP、VM為高阻狀態(tài)。
圖2為將USB信號轉(zhuǎn)換為便于光纖傳輸?shù)碾娐穲D。假設(shè)USB為全速狀態(tài)(12M)，此時D+通過大約1.5KΩ的電阻接+5V電源。平時USB信號處于閑置(Idle)狀態(tài)，此時D+為“1”(高電平，大約3至5V)，D-為邏輯“0”(低電平，大約0至1.4V)。IC1為“或”門。IC2、IC4、IC5和IC6為可控三態(tài)緩沖器。其中，IC2和IC4是當(dāng)其控制信號EN為“0”時導(dǎo)通的，而IC5和IC6是當(dāng)其控制信號EN為“1”時導(dǎo)通的。由于IC2和IC4在不導(dǎo)通時(即EN為“1”時)輸出為高阻狀態(tài)，所以在IC2的輸出端加了上拉電阻R1、在IC4的輸出端加了上拉電阻R2。IC3、IC10和IC11是比較器。IC7是單穩(wěn)觸發(fā)電路由輸入端(信號VP)下降沿觸發(fā)，輸出EN平時為“0”。當(dāng)IC7的輸入端出現(xiàn)一個下降沿時，其輸出端將出現(xiàn)一個持續(xù)時間大約1000us的“1”狀態(tài)，然后恢復(fù)為“0”。IC7的輸出信號EN通過控制IC2、IC4、IC5和IC6來控D+、D-的“收/發(fā)”狀態(tài)。由于EN平時為“0”，所以平時允許接收D+和D-(IC2、IC4導(dǎo)通)，而禁止發(fā)送信號到D+和D-上(IC5和IC6輸出為高阻態(tài))。IC8是一個復(fù)合邏輯電路，其輸入、輸出以及激光發(fā)射二極管的激光強(qiáng)度關(guān)系如表1表1

(表格中的X表示任意狀態(tài)，即1或者0均可)IC8的輸出A和B是具有足夠電流驅(qū)動能力的電壓，通過電阻R3和R4送給激光發(fā)射二極管IC12。激光發(fā)射二極管IC12的輸出激光強(qiáng)度大致正比于輸入電流。當(dāng)A和B同時為“1”時，通過激光發(fā)射二極管的電流最大，所以此時激光強(qiáng)度狀態(tài)稱為“全亮”。當(dāng)A為“1”、B為“0”時，電流只有大約一半，此時激光強(qiáng)度狀態(tài)為“半亮”。當(dāng)A為“0”、B為“0”時，電流為0，此時激光強(qiáng)度狀態(tài)為“暗”。IC13為激光接收器。由于本專利描述的電路是需要成對使用的，即在相互通信的兩個USB口各加一個USB轉(zhuǎn)光纖的本電路，所以IC13激光接收器接對方電路的激光發(fā)射二極管的激光(通過光纖)。IC13接收激光，IC13的輸出為與接收到的激光的強(qiáng)度大致成正比的電壓。無接收激光時(即對方發(fā)射的激光強(qiáng)度為“暗”)，IC13的輸出V0大約為0。由于比較器IC10、IC11的負(fù)端輸入電壓都大于0，所以IC10和IC11的輸出的邏輯狀態(tài)均為“0”，即H＝“0”且L＝“0”。當(dāng)對方激光發(fā)射強(qiáng)度為“全亮”時，IC13的輸出電壓比V1和V2都大(V1、V2的值都可通過調(diào)節(jié)電阻R5、R6和R7的值得到)，所以IC10、IC11的輸出的邏輯狀態(tài)為H＝“1”且L＝“1”。當(dāng)對方激光發(fā)射強(qiáng)度為“半亮”時，IC13的輸出電壓比V1大而比V2小(V1、V2的值都可通過調(diào)節(jié)電阻R5、R6和R7的值得到)，所以IC10、IC11的輸出的邏輯狀態(tài)為H＝“0”且L＝“1”。IC9是一個復(fù)合邏輯電路，其輸入與輸出以及接收激光強(qiáng)度的關(guān)系如表2。
表2

對于全速USB的信號，平時閑置狀態(tài)(Idle)時D+為邏輯“1”、D-為邏輯“0”，所以IC1、IC2的輸出為“1”，IC3、IC4的輸出為“1”，這樣根據(jù)表1可知輸出激光強(qiáng)度為“暗”。當(dāng)激光強(qiáng)度為“暗”時，根據(jù)表2傳到對方電路的激光接收器并經(jīng)過對方電路的IC9后的輸出為VP＝“1”、VM＝“0”。一旦USB開始傳輸數(shù)據(jù)，則D+和D-的信號邏輯狀態(tài)發(fā)生變化。全速USB的信號狀態(tài)變化為D+由“1”變成為“0”，D-由“0”變成為“1”。上位機(jī)的USB信號狀態(tài)先出現(xiàn)變化，此時IC1和IC2的輸出仍然為“1”，IC3和IC4的輸出變成為“0”。根據(jù)表1，激光發(fā)射二極管將由“暗”變成為“全亮”?！叭痢钡募す馔ㄟ^光纖傳到對方電路(與本專利描述的一樣)的激光接收管。根據(jù)表2，對方電路的VP由“1”變?yōu)椤?”，VM由“0”變?yōu)椤?”。對方電路的VP由“1”變?yōu)椤?”就是說這個VP產(chǎn)生了一個下降沿，從而觸發(fā)了對方電路的IC7，使IC7的輸出EN由“0”變?yōu)椤?”并且保持“1”大約1000us(然后又恢復(fù)為“0”)。對方電路的VM由“0”變?yōu)椤?”從而使對方電路的USB信號由禁止發(fā)送(EN＝“0”)變?yōu)榻菇邮?EN＝“1”)。此時對方電路的VP和VM可以通過對方電路的IC5和IC6傳給對方電路的D+和D-，從而使上位機(jī)的USB信號在1 000us內(nèi)通過光纖傳到對方電路(即下位機(jī))的D+和D-線上。在這1000us內(nèi)可以過光纖傳輸三種D+和D-狀態(tài)①、D+為“1”且D-為“0”(代表閑置狀態(tài)以及數(shù)據(jù)“1”)②、D+為“0”且D-為“1”(代表數(shù)據(jù)“0”)③、D+為“0”且D-為“0”(代表數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束標(biāo)志)。這三種狀態(tài)可以表達(dá)USB信號的所有狀態(tài)(D+為“1”且D-為“1”的狀態(tài)是禁止的)。前面已經(jīng)描述了如何通過激光強(qiáng)度的“暗”代表狀態(tài)①、“全亮”代表狀態(tài)②。而狀態(tài)③恰好是通過激光強(qiáng)度的“半亮”來表示，具體描述如下當(dāng)D+和D-處于狀態(tài)③時，D+和D-都為“0”，IC1和IC2的輸出為DOR＝“0”，根據(jù)表1，此時激光發(fā)射二極管的強(qiáng)度為“半亮”?！鞍肓痢钡募す鈧鬏?shù)綄Ψ诫娐返募す饨邮展躀C12并且經(jīng)過對方電路的比較器IC10和IC11，輸出為H＝“0”、L＝“1”。根據(jù)表2，對方電路IC9個輸出為VP＝VM＝“0”。而在單穩(wěn)電路輸出為“1”的1000us內(nèi)正好將這個狀態(tài)③傳輸給對方電路的D+和D-(均為“0”)。在大約1000us的時間內(nèi)，恰好上位機(jī)向下位機(jī)傳輸一幀USB數(shù)據(jù)完畢，并且等待下位機(jī)回傳應(yīng)答信號。1000us結(jié)束后，下位機(jī)的IC7的輸出EN恢復(fù)為“0”，此時下位機(jī)的USB數(shù)據(jù)狀態(tài)先變化。下位機(jī)的USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)的過程與前面描述的上位機(jī)的USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)较挛粰C(jī)的過程原理完全一樣。
對于半速USB(1.5M)，閑置狀態(tài)為D+為“0”且D-為“1”。開始傳輸數(shù)據(jù)時，D+由“0”變?yōu)椤?”且D-由“1”變?yōu)椤?”。同時由于傳輸一幀數(shù)據(jù)的時間增加了，所以單穩(wěn)電路的延時時間要相應(yīng)增加。IC8復(fù)合邏輯電路改為閑置狀態(tài)時輸出激光強(qiáng)度為“暗”(即不發(fā)光)。USB大部分時間為閑置狀態(tài)，此時激光發(fā)射二極管不發(fā)光，這樣能夠延長激光發(fā)射二極管的工作壽命，并且也節(jié)省功耗。USB數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束的標(biāo)志還是D+為“0”且D-為“0”。由于IC8復(fù)合邏輯電路的邏輯關(guān)系改變了，所以相應(yīng)的IC9復(fù)合邏輯電路的邏輯關(guān)系也要改變，以便產(chǎn)生下降沿輸出以及能夠?qū)+和D-的狀態(tài)在對方電路的D+和D-線上正確恢復(fù)。
對于高速USB(480M)，由于傳輸一幀數(shù)據(jù)的時間減少了，所以單穩(wěn)電路的延時時間要相應(yīng)減小。
權(quán)利要求1.一種通過光纖傳輸U(kuò)SB信號的電路，包括USB信號檢測電路(1)、雙可控三態(tài)緩沖器(2)、邏輯電路、激光發(fā)射驅(qū)動電路(3)、激光接收電路(4)，其特征在于USB信號檢測電路(1)輸出端與一雙可控三態(tài)緩沖器(2)輸入端連接，并通過邏輯電路控制激光發(fā)射驅(qū)動電路(3)將DOR和RCV轉(zhuǎn)換為三種激光強(qiáng)度，激光接收電路(4)輸出端與另一雙可控三態(tài)緩沖器(2)輸入端連接，并通過邏輯電路控制激光接收電路(4)將接收到的三種激光強(qiáng)度恢復(fù)為D+和D-的三種狀態(tài)，雙可控三態(tài)緩沖器(2)輸出端與USB信號檢測電路(1)的輸入端連接，兩個雙可控三態(tài)緩沖器(2)之間用導(dǎo)線相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳輸U(kuò)SB信號的電路，其特征在于在激光接收電路(4)輸出端與兩個雙可控三態(tài)緩沖器(2)之間串聯(lián)一單穩(wěn)延時電路(5)。
專利摘要本實用新型涉及光纖通信接口電路，特別涉及一種通過光纖傳輸U(kuò)SB信號的電路。本實用新型將USB信號D+、D－的三種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為發(fā)射激光的三種強(qiáng)度全亮、半亮、暗，并且通過光纖傳輸?shù)綄Ψ郊す饨邮掌髟偻ㄟ^相應(yīng)電路恢復(fù)D+、D－的三種狀態(tài)。激光接收器電路的輸出信號之一觸發(fā)單穩(wěn)延時電路來控制D+、D－與激光發(fā)射電路、激光接收電路的通與斷。通過USB信號幅度的變化控制USB信號的“收/發(fā)允許”來解決將雙向傳輸?shù)腢SB信號分開為發(fā)送和接收兩部分，從而為將USB電信號轉(zhuǎn)換為光信號提供了條件。通過一個單穩(wěn)延時電路來控制USB信號的“收/發(fā)允許”狀態(tài)的自動恢復(fù)。本實用新型用光纖傳輸U(kuò)SB信號，可以使USB的通信距離增加到幾十千米。
文檔編號H04L29/10GK2585498SQ0228443
公開日2003年11月5日 申請日期2002年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月3日
發(fā)明者周云波 申請人:周云波