发明内容
本发明的一个目的在于提供一种光通信模块,其适用于不同类型的连接设备的数据传送,其能够功率自管理从而节能,并实现数据高速传送和长距离传送。
本发明的另一目的在于提供一种USB线缆,其适用于不同类型USB规范的连接设备的数据传送,其功率自管理从而节能,并实现数据高速传送和长距离传送。
本发明的另一目的在于提供一种光通信模块的数据传送的处理方法,其功率自管理从而节能,并实现数据高速传送和长距离传送。
为实现以上目的,本发明提供的光通信模块包括电接口、与至少两光纤连接的光接口以及分别与所述电接口和所述光接口连接的光模块,所述光模块包括光发射模块、光接收模块以及分别与所述光发射模块和所述光接收模块连接的控制电路。所述控制电路包括:
初始化模式,用于将USB 3.0规范和USB 2.0规范的数据通路上的终端电阻断开;
第一模式,用于检测所述电接口连接的连接设备的类型,所述连接设备的类型为USB 3.0规范设备或USB 2.0规范设备;
第二模式,用于支持USB 3.0规范的数据传送,所述第二模式包括A模式、B模式及检测单元,所述A模式和B模式具有不同的功耗和不同的可支持数据率,所述检测单元用于在所述第二模式运行期间检测USB 3.0规范的数据通路上的数据通信的空闲状态,从而确定继续停留在A模式或自动进入B模式;以及
第三模式,用于支持USB 2.0规范的数据传送。
较佳地,在所述第一模式中,所述控制电路用于通过所述光纤发送并接收携带所述连接设备的类型的检测结果,确定进入所述第二模式或所述第三模式,并在进入相应的模式之前,连接USB 3.0规范或USB 2.0规范的数据通路上的终端电阻。
较佳地,在所述第一模式中,当所述连接设备为一外围设备时,所述控制电路在进入相应的模式前,通过所述电接口发送复位信号至所述连接设备。
较佳地,在所述第二模式运行中,所述控制电路用于检测所述连接设备的移除状态,发送并检测光复位信号,并在所述光复位信号被发送或接收后进入所述初始化模式。
较佳地,在所述第三模式运行中,所述控制电路用于检测所述连接设备的移除状态,发送并检测光复位信号,并在所述光复位信号被发送或接收后进入所述初始化模式。
较佳地,所述A模式支持的传输数据率的范围是20Megabits per second(Mbps)~5Gigabits per second(Gbps),所述B模式的功耗低于所述A模式的功耗,所述B模式支持的最低传输数据率为20Mbps。
更佳地,所述A模式的传输数据率的扩展范围是20Mbps~10Gbps。
较佳地,所述电接口为USB接口,所述控制电路电连接于所述USB接口,所述光发射模块以及所述光接收模块分别连接于所述光接口。
较佳地,所述光发射模块包括光发射电路以及与所述光发射电路连接的至少一第一光电子器件,所述光发射模块与所述光接口连接;所述光接收模块包括光接收电路以及与所述光接收电路连接的至少一第二光电子器件,所述光接收模块与所述光接口连接。
较佳地,所述第一光电子器件为垂直腔表面发射激光二极管,所述第二光电子器件为正-本-负光电二极管。
较佳地,所述光发射电路、所述光接收电路和所述控制电路以单片式集成电路的形式实现。
根据本发明,还提供一种具有光通信模块的USB线缆,其包括:具有至少两光纤的线缆组件以及两光通信模块,每一所述光通信模块分别与所述线缆组件的一端相连;所述光通信模块包括电接口、与至少两光纤连接的光接口以及分别与所述电接口和所述光接口连接的光模块,所述光模块包括光发射模块、光接收模块以及分别与所述光发射模块和所述光接收模块连接的控制电路。所述控制电路包括:
初始化模式,用于将USB 3.0规范和USB 2.0规范的数据通路上的终端电阻断开;
第一模式,用于检测所述电接口连接的连接设备的类型,所述连接设备的类型为USB 3.0规范设备或USB 2.0规范设备;
第二模式,用于支持USB 3.0规范的数据传送,所述第二模式包括A模式、B模式及检测单元,所述A模式和B模式具有不同的功耗和不同的可支持数据率,所述检测单元用于在所述第二模式运行期间检测USB 3.0规范的数据通路上的数据通信的空闲状态,从而确定继续停留在A模式或自动进入B模式;以及
第三模式,用于支持USB 2.0规范的数据传送。
根据本发明,还提供一种光通信模块数据传送的处理方法,其包括以下步骤:
(1)启动一光通信模块,所述光通信模块包括光发射模块、光接收模块及控制电路;
(2)进入初始化模式,断开USB 3.0规范和USB 2.0规范的数据通路上的终端电阻;
(3)进入第一模式并检测电接口连接的连接设备的类型,若所述连接设备为USB 3.0规范设备,则执行步骤(4),若所述连接设备为USB 2.0规范设备,则执行步骤(6);
(4)进入第二模式的A模式,所述第二模式支持USB 3.0规范的数据传送;
(5)在第二模式运行期间检测USB 3.0规范的数据通路上的数据通信的空闲状态,从而确定停留在A模式或自动进入第二模式的B模式;
(6)进入第三模式,所述第三模式支持USB 2.0规范的数据传送。
较佳地,在步骤(3)中还包括:发送并接收携带所述连接设备的类型的检测结果;确定进入所述第二模式或所述第三模式;当所述连接设备为一外围设备时,通过所述电接口发送复位信号至所述连接设备;在进入相应的模式之前,连接USB 3.0规范或USB 2.0规范的数据通路上的终端电阻。
较佳地,在所述第二模式或所述第三模式的运行期间,还包括:检测所述连接设备的移除状态;发送并检测光复位信号;当所述光复位信号被发送或接收后跳入所述初始化模式。
较佳地,所述电接口为USB接口。
与现有技术相比,在USB 3.0规范数据传输的第二模式中,本发明的控制电路能实时检测USB 3.0数据通路上的数据通信的空闲状态。在一预定时间中一旦检测到空闲状态,A模式会自动切换到B模式,该B模式比A模式的功耗低,但仍然能够支持低数据率的低频周期讯号(Low Frequency PeriodicSignaling,LFPS)。另一方面,当检测到数据通信被恢复,则切换回A模式。同样地,当两边的光模块都连接USB 2.0规范设备时,控制电路会进入第三模式中运行。在第二模式和第三模式中,控制电路会检测连接设备的移除状态,从而将光模块复位以及跳出至初始化模式,从而准备下一次的设备连接。因此,在运行过程中,节约能量,降低功耗。同时,本发明将光通信模块嵌入至USB线缆中,其可实现数据高速传送和长距离传送。
通过以下的描述并结合附图,本发明将变得更加清晰,这些附图用于解释本发明的实施例。
具体实施方式
下面将参考附图阐述本发明几个不同的最佳实施例,其中不同图中相同的标号代表相同的部件。如上所述,本发明的实质在于提供一种光通信模块和具有该光通信模块的USB线缆,其可提供功率自管理从而节能,并实现数据高速传送和长距离传送。该光通信模块在不同的工作模式中通过利用功率自管理设置来降低功耗。
图1为本发明USB线缆的一个实施例的结构框图。如图1-4所示,该USB线缆1包括在内嵌有第一光模块20的第一USB主体10、内嵌有第二光模块20’的第二USB主体10’以及连接在两者之间的线缆组件30。具体地,该第一、第二USB主体10,10’采用标准USB接口,其包括分别与第一、第二光模块20、20’连接的第一USB接口101、第二USB接口101’。该第一、第二光接口102、102’分别与第一、第二光模块20、20’相连。该第一光接口102、第一光模块20和第一USB接口101组成第一光通信模块;同样地,该第二光接口102’、第二光模块20’和第二USB接口101’组成第二光通信模块。第一光接口102通过光纤301与第二光接口102’连接。第一USB接口101和第二USB接口101’均可用作与主机,如个人计算机相连的上游端口,也可用作与外部设备,如网络集线器相连的下游端口。
在本发明的构思下,该USB线缆1对USB 2.0规范和USB 3.0规范兼容,即,第一USB接口101和第二USB接口101’可连接USB 2.0规范设备或USB 3.0规范设备。
如图2a和2b所示,该第一USB接口101包括与第一光模块20相连的第一USB 3.0数据通路110及第一USB 2.0数据通路120。同样地,第二USB接口101’包括与第二光模块20’相连的第二USB 3.0数据通路110’及第二USB 2.0数据通路120’。第一USB接口101的电源总线130和接地端140与第一光模块20相连,同样地,第二USB接口101’的电源总线130’和接地端140’与第二光模块20’相连。
如图2b所示,在需要从连接在第一USB接口101的下游端口(如主机或集线器)传送电源到连接在第二USB接口101’的上游端口(如集线器或设备)提供时,电源总线130、130’通过铜线302连接在一起,接地端140、140’同样通过铜线302连接在一起。
更具体地,该第一、第二USB 3.0数据通路110、110’适用于与具有USB 3.0接口、包括发射单元和接收单元的主机、集线器或设备相连,或与可支持高达10Gbps数据率的其他规范设备相连。该第一、第二USB 2.0数据通路120、120’同样可与主机、集线器或设备的D+/D-端口相连,其包括支持USB 2.0规范的发射单元和接收单元。
在本发明的构思下,第一光模块20包括第一光发射模块201、第一光接收模块202及第一控制电路203。具体地,该第一光发射模块201包括光发射电路,其与一光电子器件,通常是垂直腔表面发射激光器(Vertical-CavitySurface-Emitting Laser,VCSEL)相连。该第一光接收模块202包括光接收电路,其与光电子器件,通常是正-本-负光电二极管(positive-intrinsic-negativephotodiode,PIN光电二极管)。该第一控制电路203与第一USB接口101相连用于驱动第一光发射模块201和第一光接收模块202。同样地,第二光模块20’包括第二光发射模块201’、第二光接收模块202’及第二控制电路203’。该第二控制电路203’与第二USB接口101’相连用于驱动第二光发射模块201’和第二光接收模块202’。该第一、第二控制电路203、203’、第一、第二光发射模块201、201’的光发射电路和第一、第二光接收模块202、202’的光接收电路以单片式集成电路的形式实现。
具体地,该第一控制电路203与第一USB 3.0数据通路110及第一USB 2.0数据通路120连接,而第二控制电路203’与第二USB 3.0数据通路110’及第二USB 2.0数据通路120’连接。
当该USB线缆1运行时,第一USB接口101与主机或集线器,如个人计算机的下游端口相连。首先,由第一控制电路203接收的电信号通过与第一光接口102相连的第一光发射模块201转换成光信号,光信号将通过光纤301传送到第二光接口102’,进而到达第二光模块20’。第二光接收模块202’接收该光信号并将其转换成电信号,继而将该电信号通过第二USB接口101’发射到集线器或设备(如网络集线器或外部硬盘)的上游端口。至此,数据能够在两设备之间传送。
现对本发明的光模块的优选实施例进行描述。在本发明的构思下,光模块20和20’能按照不同的使用和工作状态进行功率自管理,从而节能。由于第一光模块20和第二光模块20’类似,因此在此只对第一光模块20进行描述。
如图5-6所示,该第一光模块20包括4种模式,分别为初始化模式220、第一模式230、第二模式240及第三模式250。其中,初始化模式220用于将USB 3.0和USB 2.0规范的数据通路上的终端电阻断开;第一模式230用于检测与第一USB接口101连接的连接设备的类型,并发出一个检测结果。
在本实施例中,第二模式240适用于USB 3.0规范设备,其具有两个子模式,分别为A模式241和B模式242。具体地,A模式241可支持在USB 3.0规范下的最低和最高数据速率传输,但不限于此。B模式242是第二模式240下的最低功率模式。具体地,在预定时间内若在第一USB 3.0数据通路110中检测到数据通信处于空闲状态时,则会自动进入B模式242。可以理解的是,虽然第二模式240中的B模式242的功耗比A模式241低,但其仍旧适用于USB 3.0规范下最低数据率为20Mbps的LFPS。
而第三模式250则适用于USB 2.0规范的数据传输。
上述的各种模式通过检测第一USB接口101上的连接设备的类型并自动检测数据通信而进行选择运行。具体地,当USB 3.0规范设备连接在USB线缆1两端的USB接口上时,则进入第二模式240中的A模式241,控制电路中的检测单元将在预定的时间内检测数据通信的空闲状态,若空闲,则自动进入B模式以节能。下文将对此进行详细描述。
如图5所示,在第一光模块20启动210后,第一控制电路203运行,此时初始化模式220工作,即,第一光模块20启动后即时进入初始化模式220。具体地,该初始化模式220允许第一控制电路203执行必要的集成电路初始化。该第一控制电路203断开USB 3.0数据通路110的SSTX+/SSTX-端口和USB 2.0数据通路120的D+/D-端口的终端电阻,从而确保连接的主机、集线器或设备在被检测到及在第一光模块20和第二光模块20’之间完成握手信号之前,不会觉察到第一控制电路203的存在。此外,在本发明中,在第二模式240和第三模式250运行期间当检测到连接设备被移除时,也会进入初始化模式220。当初始化程序完成后,如图6a所示,进入的下一个工作模式是第一模式230。
如图6a所示,其展示了第一模式230对USB 3.0和USB 2.0规范设备检测的处理流程图。如上所述,第一模式230包含对与第一、第二USB接口101、101’连接设备的类型进行检测的检测单元,并按照检测的结果执行不同的运行方式。如图6a所示,一旦进入该模式,则会执行以下步骤。
步骤(231),检测是否有USB 3.0规范设备连接,并识别该USB 3.0规范设备的类型。
该USB 3.0规范设备可以是主机、集线器或外围设备。具体地,首先,光通信模块检测与USB 3.0数据通路110连接之设备上SSRX+/SSRX-端口中Rx终端电阻是否存在,若存在,连接设备被识别为主机或集线器,则跳到步骤(234A);否则,将在USB 2.0数据通路120上的D+/D-端口上发送电复位信号并再次检测Rx终端电阻。若在发送复位信号后检测到Rx终端电阻,连接设备则被识别为外围设备,并跳到步骤(234A);否则,确定没有USB 3.0设备被检测到,继而执行步骤(232)。
步骤(232),检测是否有USB 2.0规范设备连接,若有,执行步骤(233),否则,执行步骤(231)。
步骤(233),识别USB 2.0规范设备的速度。具体地,识别USB 2.0规范设备的数据传输速度,其分为高速、全速和低速。此外,在此步骤亦对USB 2.0规范设备的职能(上游或下游端口)进行识别。继而,执行步骤(234A)。
步骤(234A),连续发送光ping信号到第二光模块20’。
步骤(234B),确定该光ping信号是否从第二光模块20’处被接收,若是,则执行步骤(235),否则,跳到步骤(234A)。
步骤(235),发送连接的USB设备的信息至第二光模块20’。
步骤(236),从第二光模块20’接收同样的USB设备的信息。
步骤(237),检测第一、第二USB接口101、101’上是否连接有USB 3.0规范设备,若是,执行步骤(238),否则,执行步骤(239)。
步骤(238),连接USB 3.0数据通路110的SSTX+/SSTX-端口上的终端电阻,继而,执行步骤(238A)。
步骤(238A),检测该USB 3.0规范设备是否为外围设备,若是,执行步骤(238B),否则,进入第二模式240。
步骤(238B),在USB 2.0数据通路120的D+/D-端口上发送复位信号至连接设备;至此,流程进入第二模式240。
步骤(239),根据在第一、第二USB接口101、101’上检测到的连接设备的类型(高速/全速/低速)和各自的职能(上游或下游端口)连接USB 2.0数据通路120的D+/D-端口上的上拉电阻或下拉电阻。
步骤(239A),检测该USB 2.0规范设备是否为外围设备,若是,执行步骤(239B),否则,进入第三模式250。
步骤(239B),在USB 2.0数据通路120的D+/D-端口上发送复位信号至连接设备;至此,流程进入第三模式250。
此外,对于只要求USB 3.0规范设备运行的应用中,本发明对图6a所示的实施例进行修改,如图6b所示。
如图6b所示,其展示了仅对USB 3.0规范设备检测的处理流程图。更具体地,涉及USB 2.0规范设备的步骤232、233、237、239、239A、239B被省略,而执行以下步骤。
步骤(231),检测是否有USB 3.0规范设备连接,并识别该USB 3.0规范设备的类型。
该USB 3.0规范设备可以是主机、集线器或外围设备。具体地,首先,光通信模块检测与USB 3.0数据通路110连接之设备上SSRX+/SSRX-端口中Rx终端电阻是否存在,若存在,连接设备被识别为主机或集线器,则跳到步骤(234A);否则,将在USB 2.0数据通路120上的D+/D-端口上发送电复位信号并再次检测Rx终端电阻。若在发送复位信号后检测到Rx终端电阻,连接设备则被识别为外围设备,并跳到步骤(234A);否则,循环本次步骤(231)。
步骤(234A),连续发送光ping信号到第二光模块20’。
步骤(234B),确定该光ping信号是否从第二光模块20’处被接收,若是,则执行步骤(235),否则,跳到步骤(234A)。
步骤(235),发送连接的USB设备的信息至第二光模块20’。
步骤(236),从第二光模块20’接收同样的USB设备的信息。
步骤(238),连接USB 3.0数据通路110的SSTX+/SSTX-端口上的终端电阻,继而,执行步骤(238A)。
步骤(238A),检测该USB 3.0规范设备是否为外围设备,若是,执行步骤(238B),否则,进入第二模式240。
步骤(238B),在USB 2.0数据通路120的D+/D-端口上发送复位信号至连接设备;至此,流程进入第二模式240。
图7展示了第二模式240的处理流程,第二模式240支持较宽范围的数据率传输,该范围是20Mbps~10Gbps。如上所述,该第二模式240包括A模式241及B模式242。具体地,A模式241在USB 3.0规范下支持从LFPS到最高的速率传输,即20Mbps~10Gbps,而B模式242的功耗比A模式241低,其在USB3.0规范下支持LFPS的数据速率传输。
当从第一模式230进入第二模式240时,USB线缆1会首先进入A模式241,并执行图7所示的步骤。
步骤(243),检测USB接口的数据通信是否空闲。具体地,检测USB接口的SSTX+/SSTX-和SSRX+/SSRX-端口上的数据通信是否空闲,若是,执行步骤(244),否则,继续本步骤(243)。
步骤(244),设置一定时器开始计时。
步骤(245A),检测连接设备是否从第一或第二USB接口101、101’上移除,若是,跳到步骤(249C),否则,执行步骤(245B)。
步骤(245B),检测光复位信号是否被接收,若是,跳到初始化模式220以准备下一次连接建立之循环,否则,执行步骤(245C)。
步骤(245C),检测数据通信是否被恢复,若是,执行步骤(247),否则,执行步骤(246)。
步骤(246),检测定时器是否超时,若是,进入B模式242,否则,跳到步骤(245A)。
步骤(247),重设定时器并进入A模式241。
具体地,在B模式242中,将执行以下步骤。
步骤(248),检测数据通信是否被恢复,若是,进入A模式241,否则,执行步骤(249A)。
步骤(249A),检测连接设备是否从第一或第二USB接口101、101’上移除,若是,跳到步骤(249C),否则,执行步骤(249B)。
步骤(249B),检测光复位信号是否被接收,若是,跳到初始化模式220以准备下一次连接建立之循环,否则,保持在B模式242。
步骤(249C),发送光复位信号至第二光通信模块并进入初始化模式220。
图8展示了支持USB 2.0规范的第三模式250的详细处理过程。具体地,USB 2.0规范包括高速、全速和低速。如图8所示,执行以下步骤。
步骤(251),在第一、第二USB接口101、101’之间保持数据信息传输。
步骤(252A),检测连接设备是否从第一或第二USB接口101、101’上移除,若是,跳到步骤(252C),否则,执行步骤(252B)。
步骤(252B),检测光复位信号是否被接收,若是,跳到初始化模式220以准备下一次连接建立之循环,否则,返回步骤(251)。
步骤(252C),发送光复位信号至第二光通信模块并进入初始化模式220。
综上所述,该USB线缆1具有4种工作模式,其可自动切换从而节能。具体地,初始化模式220断开USB 2.0和USB 3.0数据通路的终端电阻,第一模式230用于检测连接在第一USB接口101和第二USB接口101’上的连接设备的类型,并发出检测结果,其会判断出USB 2.0规范设备或USB 3.0规范设备,从而进入相应的数据传送模式。当在USB 3.0规范或其他规范下传输一个大数据,第二模式240能够达到超过10Gbps的数据率。再且,第二模式240分成A模式241和B模式242,以通过限制B模式242的数据率进一步控制USB线缆1的功耗。通过检测数据通信的空闲状态,A模式241能够自动切换到B模式242,由于B模式242具有较低的功耗,因此,在数据通信空闲时能够节能。第三模式250则支持USB 2.0规范的数据传输。
再且,由于使用光纤作为传输媒介,因此USB线缆1的传输距离比现有技术更远,这将符合当前的长距离应用的需求。而且,使用光纤可降低电磁干扰并提高信号完整性,这克服了采用传统铜线所带来的问题。
以上所揭露的仅为本发明的最佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明申请专利范围所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。