通过光纤传输USB信号电路设计及应用水管接头

通过光纤传输USB信号电路设计及应用

通过光纤传输USB信号电路设计及应用 2011年12月10日 来源： 1 实现原理本方案是一种通过光纤传输USB信号的电路，成对使用，通过光的强度的三个等级（全亮、半亮、暗）分别代表USB数据线的三种状态，当光的强度为最低时（暗）代表USB数据线的闲置状态。先发送USB信号的一方由于其USB的数据状态先改变，其状态的改变通过光纤传输到对方电路的接收电路产生一个下降沿（或者上升沿）触发一个单稳电路，此单稳电路的输出控制USB信号的“收/发”允许。先发送USB信号的一方由于其USB的数据状态先改变，其状态的改变通过光纤传输到对方电路的接收电路产生一个下降沿（或者上升沿）触发一个单稳电路，此单稳电路的延时时间为USB传输一帧数据的时间。2 具体实现方法2.1 将USB信号（D+、D—）转换为光纤传输信号

图1 图1为将USB信号（D+、D-）转换为光纤传输信号——激光的框图。USB信号检测电路（1）将D+和D-变换为“或”门输出DOR1和差分比较器输出RCV1。一双可控三态缓冲器（2）通过控制端EN来控制逻辑“通”与“端”。当EN=“0”时，DOR=DOR1、RCV=RCV1。而当EN=“1”时，DOR和RCV为高阻状态。激光发射驱动电路（3）将DOR和RCV转换为三种激光强度（亮、半亮、暗）。激光接收电路（4）将接收到的三种激光强度（亮、半亮、暗）恢复为D+和D-的三种状态。激光接收电路（4）的输出之一H的状态变化触发单稳延时电路（5）。单稳延时电路（5）的输出EN平时（即USB信号处于闲置状态时）为“0”，当其输入H有下降延（即由“1”变为“0”）时输出EN由“0”变为“1”并且保持为“1”大约1000us，然后恢复为“0”。另一双可控三态缓冲器（2）通过控制端EN来控制来控制逻辑“通”与“断”，当EN=“1”时，VP=H、VM=L，而当EN=“0”时输出VP、VM为高阻状态。2.2 将USB信号转换为便于光纤传输的电路图图2为将USB信号转换为便于光纤传输的电路图。假设USB为全速状态（12M），此时D+通过大约1.5KΩ的电阻接+5V电源。平时USB信号处于闲置（Idle）状态，此时D+为“1”（高电平，大约3至5V），D-为逻辑“0”（低电平，大约0至1.4V）。IC1为“或”门。IC2、IC4、IC5和IC6为可控三态缓冲器。其中，IC2和IC4是当其控制信号EN为“0”时导通的，而IC5和IC6是当其控制信号EN为“1”时导通的。由于IC2和IC4在不导通时（即EN为“1”时）输出为高阻状态,所以

图2 在IC2的输出端加了上拉电阻R1、在IC4的输出端加了上拉电阻R2。IC3、IC10和IC11是比较器。IC7是单稳触发电路由输入端（信号VP）下降沿触发，输出EN平时为“0”。当IC7的输入端出现一个下降沿时，其输出端将出现一个持续时间大约1000us的“1”状态，然后恢复为“0”。IC7的输出信号EN通过控制IC2、IC4、IC5和IC6来控D+、D-的“收/发”状态。由于EN平时为“0”，所以平时允许接收D+和D-（IC2、IC4导通），而禁止发送信号到D+和D-上（IC5和IC6输出为高阻态）。3 信号的处理方式平时闲置状态（Idle）时D+为逻辑“1”、D-为逻辑“0”，所以IC1、IC2的输出为“1”，IC3、IC4的输出为“1”，输出激光强度为“暗”。当激光强度为“暗”时，对方电路的激光接收器并经过对方电路的IC9后的输出为VP=“1”、VM=“0”。一旦USB开始传输数据，则D+和D-的信号逻辑状态发生变化。全速USB的信号状态变化为：D+由“1”变成为“0”，D—由“0”变成为“1”。上位机的USB信号状态先出现变化，此时IC1和IC2的输出仍然为“1”，IC3和IC4的输出变成为“0”。激光发射二极管将由“暗”变成为“全亮”。“全亮”的激光通过光纤传到对方电路的激光接收管。对方电路的VP由“1”变为“0”，VM 由“0”变为“1”。对方电路的VP由“1”变为“0”就是说这个VP产生了一个下降沿，从而触发了对方电路的IC7，使IC7的输出EN由“0”变为“1”并且保持“1”大约1000us（然后又恢复为“0”）。对方电路的VM由“0”变为“1”从而使对方电路的USB信号由禁止发送（EN=“0”）变为禁止接收（EN=“1”）。此时对方电路的VP和VM可以通过对方电路的IC5和IC6传给对方电路的D+和D-，从而使上位机的USB信号在1000us内通过光纤传到对方电路（即：下位机）的D+和D-线上。在这1000us内可以过光纤传输三种D+和D—状态： ①、 D+为“1”且D-为“0”（代表闲置状态以及数据“1”）②、 D+为“0”且D-为“1”（代表数据“0”）③、D+为“0”且D-为“0”（代表数据传输结束标志）。这三种状态可以表达USB信号的所有状态（D+为“1”且D-为“1”的状态是禁止的）。在大约1000us的时间内，恰好上位机向下位机传输一帧USB数据完毕，并且等待下位机回传应答信号。1000us结束后，下位机的IC7的输出EN恢复为“0”，此时下位机的USB数据状态先变化。 下位机的USB数据传输到上位机的过程与前面描述的上位机的USB数据传输到下位机的过程原理完全一样。 4 实验与应用系统设计完成后，根据电路

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