CN102509986A - 主动型光纤缆线与电子装置 - Google Patents

主动型光纤缆线与电子装置 Download PDF

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Abstract

一种主动型光纤缆线与电子装置。所述主动型光纤缆线其中一接头具有一电光与光电转换处理芯片。该电光与光电转换处理芯片以构成一对传输差动信号输入引脚的一传输正端输入引脚与一传输负端输入引脚与一设备的传输正端与传输负端分别耦接。该对传输差动信号输入引脚具有一共模阻抗结构，使上述传输正端与传输负端所带有的电容充电，并使上述电容的充电状况得以用于判断该主动型光纤缆线与该设备的连结。

Description

主动型光纤缆线与电子装置
技术领域
本发明涉及一种光纤缆线与使用光纤缆线的电子装置，特别涉及一种具有电光与光电转换(electrical-to-optical/optical-to-electrical；EO/OE)处理芯片的主动型光纤缆线(Active Optical Cable，AOC)与使用此主动型光纤缆线的电子装置。
背景技术
通用串行总线(USB)接口常用于主机端与装置端的连结沟通，具有高传输率。传统USB 2.0的传输速率仅有480M bps，但从USB 2.0所发展出来的USB3.0，其传输率上达5Gbps。
在主机端与装置端的连结方面，除了通过主机端与装置端个别的通用串行总线接口进行直接连结之外，也可通过缆线连结主机端与装置端个别的通用串行总线接口。一般而言，上述缆线为铜缆线。然而，对于长距离传输(例如，主机端通过缆线连结投影机等装置)而言，大量使用铜缆线除了成本过高之外，亦有信号因距离过长而衰减等问题。所以，针对长距离传输，需要一种可靠的缆线技术。
发明内容
本发明公开一种主动型光纤缆线，包括一第一接头、一第二接头以及一光纤。该第一接头用以连结一第一设备。该第二接头用以连结一第二设备。该光纤则连结该第一以及该第二接头。
该第一接头具有一第一电光与光电转换处理芯片，该第一电光与光电转换处理芯片以一第一传输正端输入引脚与一第一传输负端输入引脚与上述第一设备上的一第一传输正端与一第一传输负端分别耦接。该第一传输正端输入引脚以及该第一传输负端输入引脚构成一对第一传输差动信号输入引脚。该对第一传输差动信号输入引脚具有一第一共模阻抗结构。该第一共模阻抗结构使该第一传输正端与该第一传输负端所带有的电容充电。如此一来，该电容的充电状况得以用于判断该主动型光纤缆线与该第一设备的连结。
根据本发明一种实施方式所实现的一电子装置可包括上述第一设备与上述主动型光纤缆线。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图示，详细说明如下。
附图说明
图1A、图1B以及图1C图解根据本发明一种实施方式所实现的一种主动型光纤缆线的技术；
图2A与图2B图解一种实施方式，其中以通用串行总线标准A型插头实现本发明主动型光纤缆线的接头；
图3A与图3B图解一种实施方式，其中以通用串行总线标准B型插头实现本发明主动型光纤缆线的接头；
图4A与图4B图解一种实施方式，其中以通用串行总线微B型插头实现本发明主动型光纤缆线的接头；
图5A、图5B以及图5C图解本发明的主动型光纤缆线的多种实施方式；
图6以USB 3.0接口为例，图解电光与光电转换处理芯片124所包括的多个引脚，对应设备端的通用串行总线接口；以及
图7图解所公开的主动型光纤缆线的另外一种设计，用于应付一端设备没有供电的状况。
【主要元件符号说明】
100～主动型光纤缆线；102～第一接头；
104～第二接头；      106～光纤；
110～第一设备；      112～第二设备；
120～印刷电路板；    122～接触垫；
124～电光与光电转换处理芯片；
126～电光转换器；    128～光电转换器；
200～插头结构；      202～金属片；
300～插头结构；      302～金属片；
400～插头结构；      402～金属片；
700～电源线；        702～第三接头；
704～电源；
a、b、c～切线；
D+、D-～数据正、负端；
Din+、Din-～数据正、负端输入引脚；
GND～地线端；         GNDin～地线端输入引脚；
GND_Drain～数据线地端；
GND_Drain_in～数据线地端输入引脚；
R_TXin+、R_TXin-～电阻；
RX+、RX-～接收正端、负端；
RXin+、RXin-～接收正端、负端输入引脚；
SS_signals～超高速传输信号；
TX+、TX-～传输正端、负端；
TXin+、TXin-～传输正端、负端输入引脚；
VBUS～电源线端；    VBUSin～电源线端输入引脚；
Zcm～共模阻抗结构。
具体实施方式
图1A、图1B以及图1C图解根据本发明一种实施方式所实现的一主动型光纤缆线的技术。
参考图1A，一主动型光纤缆线100包括一第一接头102、一第二接头104以及一光纤106。该第一接头102用于连结一第一设备110。该第二接头用于连结一第二设备112。在一实施例中，第一设备110或第二设备112其中之一可视为主机(Host)；另一设备可视为装置(Device)。主机例如是：服务器等；装置例如是：投影机或是集线装置(Hub)等。该光纤106则连结该第一接头102以及该第二接头104。所述接头与设备之间可采用通用型串行总线(USB)接口。在一实施例中，第一接头102可连结该第一设备110上的一第一通用串行总线接口。第二接头104可连结该第二设备112上的一第二通用串行总线接口。在上述接头与接口的连结接口中，接头的连结类型为插座型或插头型其中之一，而接口的连结类型为另一。此外，在一实施例中，上述的第一设备110与该主动型光纤缆线100可视为一电子装置，该第一设备110例如是主机，通过该电子装置可将数据快速地传输至另一设备(如：配置于该电子装置外的一第二设备)。在另一实施例中，上述的第二设备112与该主动型光纤缆线100可视为另一电子装置，该第二设备112例如是装置，通过该电子装置可将数据快速地传输至另一设备(如：配置于该电子装置外的一第一设备)。
参考图1B，所述接头(第一接头102或者第二接头104)可包含一印刷电路板(PCB)120。该印刷电路板120上有多个接触垫122、一电光与光电转换处理芯片124、一电光转换器126以及一光电转换器128。特别是，由于本发明在缆线端配置电光与光电转换处理芯片124等光电元件，故以主动型光纤缆线称之。此外，值得一提的是，相较于现有技术将该电光与光电转换处理芯片124等光电元件配置于设备端，本发明则是将上述的光电元件配置在缆线端。因此，采用本发明的主动型光线缆线即不需更换设备端的硬件设备就可以达到快速且长距离的传输。
该等接触垫122用于耦接设备端的通用串行总线接口的多个引脚；例如，以USB 3.0接口为例，该等接触垫122分别耦接设备端一USB 3.0接口的一电源线端(VBUS)、一地线端(GND)、一传输正端(TX+)、一传输负端(TX-)、一接收正端(RX+)、一接收负端(RX-)、一数据正端(D+)、一数据负端(D-)以及一数据线地端(GND_DRAIN)。上述的该传输正端(TX+)与该传输负端(TX-)为USB 3.0接口中的一对传输差动信号引脚。上述的该接收正端(RX+)与该接收负端(RX-)为USB 3.0接口中的一对接收差动信号引脚。一般来说，在USB3.0接口中，传输差动信号引脚(TX+及TX-)与接收差动信号引脚(RX+及RX-)为一全双功传输模式，亦即信号的传输或接收可以同时进行，互不影响。另一方面，上述的该数据正端(D+)与该数据负端(D-)为USB 3.0接口中支持USB 1.0接口或USB 2.0接口的一对传输/接收差动信号引脚。上述的传输/接收差动信号引脚(D+及D-)为一半双功传输模式，亦即信号的传输或接收只能择一进行。此外，在另一实施例中，可不需配置上述的该数据正端(D+)与该数据负端(D-)以及对应的接触垫122。
该等接触垫122与该电光与光电转换处理芯片124耦接。该电光与光电转换处理芯片124则更与该电光转换器126与该光电转换器128耦接。所述耦接方式包括：印刷电路板布线(PCB traces)、焊线(wire bonding)、焊接(soldering)...等。特别声明之，上述接触垫、电光与光电转换处理芯片、电光转换器以及光电转换器不限定布置于印刷电路板的同一侧。考虑接头的空间设计，上述元件可分散布置于印刷电路板的两面。
该电光转换器126可为发光二极管(例如，垂直腔面发射激光器，VerticalCavity Surface Emitting Laser Diode/VCSEL)。该光电转换器128可为感光二极管(photodiode)。该电光与光电转换处理芯片124可将该等接触垫122所接收到的通用串行总线接口超高速传输信号SS_signals之内容转换为电流，以驱动该电光转换器(如：发光二极管)126发光；所产生的光信号将交由光纤106传输。至于反方向的信号传输，光纤106所传递而来的光信号可经由该光电转换器(如：感光二极管128)转换为电流，待该电光与光电转换处理芯片124处理后，呈超高速传输信号SS_signals经该等接触垫122传递至设备端的通用串行总线接口。
该电光与光电转换处理芯片124包括对应该等接触垫122(即对应设备端的通用串行总线接口的多个引脚)的引脚。参阅图1C，该电光与光电转换处理芯片124以一传输正端输入引脚TXin+与一传输负端输入引脚TXin-分别对应设备端的通用串行总线接口(例如，USB 2.0或USB 3.0接口)的一传输正端TX+与一传输负端TX-。在此，可将该传输正端输入引脚TXin+与该传输负端输入引脚TXin-视为一对传输差动信号输入引脚。
特别是，本发明以图1C图解该电光与光电转换处理芯片124于该对传输差动信号输入引脚(由传输正端输入引脚TXin+与传输负端输入引脚TXin-所构成)的特殊设计，用于辨识所公开的主动型光纤缆线与设备端的连结。如图1C所示，在该电光与光电转换处理芯片124中，该对传输差动信号输入引脚具有一共模(common mode)阻抗结构Zcm，故可以充电设备端的通用串行总线接口的传输正端TX+与传输负端TX-所带有的电容，并以上述电容的充电状况判断主动型光纤缆线与设备端的连结状况。举例来说，当设备端与光纤缆线连结时，上述的电容会进行充电，藉此确认设备端与光纤缆线成功地连结。
具体来说，在图1C所示实施方式中，该共模阻抗结构Zcm包括电阻R_TXin+以及电阻R_TXin-。电阻R_TXin+将该传输正端输入引脚TXin+接地。电阻R_TXin-将该传输负端输入引脚TXin-接地。换句话说，该共模阻抗结构系指电阻R_TXin+以及电阻R_TXin-之间的节点(node)会接地，故该共模阻抗结构会具有一共模阻抗值(common mode impedance)。此共模阻抗值由在该传输正端输入引脚TXin+与该传输负端输入引脚TXin-同时输入大小相同的正电压或负电压所得，此时电阻R_TXin+以及电阻R_TXin-可视为并联。另一方面，如果在该传输正端输入引脚TXin+与该传输负端输入引脚TXin-分别输入大小相同的正电压及负电压，将会得到一般的差动阻抗值(differential mode impedance)，此时电阻R_TXin+以及电阻R_TXin-可视为串联。特别是，由于电阻R_TXin+以及电阻R_TXin-之间的节点(node)会接地，故当设备端与光纤缆线连结时，可以充电设备端的通用串行总线接口的传输正端TX+与/或传输负端TX-所带有的电容。因此，对于具有通用串行总线接口的设备端而言，由于本发明的光纤缆线中具有该共模阻抗结构Zcm，故可以确认设备端与光纤缆线是否成功地连结。相反地，现有技术无共模阻抗结构Zcm设计的一般缆线将无法确认设备端与缆线是否成功地连结，而可能造成数据传输失败。
特别声明，以上图1B以及图1C所述技术，可仅实现于图1A的第一接头102或第二接头104中，或同时实现于第一与第二接头102与104中。
关于所公开的接头(图1A的第一接头102或第二接头104)，其外型可呈常见的通用串行总线标准A型插头(standard A plug)、通用串行总线标准B型插头(standard B plug)、或通用串行总线微B型插头(Micro-B plug)。
图2A与图2B图解一种实施方式，其中以通用串行总线标准A型插头实现所公开的接头。如图2A所示，所公开的接头其外型为常见的通用串行总线标准A型插头。根据切线a，所公开的接头的剖面图如图2B所示。印刷电路板120上的接触垫122由金属片202连结插头结构200上对应的引脚，以经由插头结构200与设备端的通用串行总线接口连结。
图3A与图3B图解一种实施方式，其中以通用串行总线标准B型插头实现所公开的接头。如图3A所示，所公开的接头其外型为常见的通用串行总线标准B型插头。根据切线b，所公开的接头的剖面图如图3B所示。印刷电路板120上的接触垫122由金属片302连结插头结构300上对应的引脚，以经由插头结构300与设备端的通用串行总线接口连结。
图4A与图4B图解一种实施方式，其中以通用串行总线微B型插头实现所公开的接头。如图4A所示，所公开的接头其外型为常见的通用串行总线微B型插头。根据切线c，所公开的接头的剖面图如图4B所示。印刷电路板120上的接触垫122由金属片402连结插头结构400上对应的引脚，以经由插头结构400与设备端的通用串行总线接口连结。
特别声明，印刷电路板120的接触垫122与插头结构(如200、300、400)的连结并不限定以图2B、图3B以及图4B所示的金属片(202、302、402)方式，也可采用啮合技术(mating)或是直接焊接。
回到图1A，假设该第一接头102所连结的该第一设备110为主机端，且该第二接头104所连结的该第二设备112为装置端；图5A、图5B以及图5C图解用于连结一主机与一装置的主动型光纤缆线的多种实施方式。图5A令第一接头102以及第二接头104皆以以通用串行总线标准A型插头200实现。图5B以通用串行总线标准A型插头200实现第一接头102，但以通用串行总线标准B型插头300实现第二接头104。图5C以通用串行总线标准A型插头200实现第一接头102，但以通用串行总线微B型400插头实现第二接头104。特别是，在上述的该第一接头102与该第二接头104中皆配置该电光与光电转换处理芯片124等光电元件，以提供长距离且快速的数据传输。
特别声明之，图5A、图5B以及图5C并非意图限定本发明的主动型光纤缆线的实现方式。以包括图1B以及图1C技术的接头实现的光纤缆线皆涉及本发明内容。
以下讨论该电光与光电转换处理芯片124的供电方式。
图6以USB 3.0接口为例，图解该电光与光电转换处理芯片124对应设备端的通用串行总线接口的引脚，包括：电源线输入引脚VBUSin对应电源线端VBUS；数据负端输入引脚Din-对应数据负端D-；数据正端输入引脚Din+对应数据正端D+；地线端输入引脚GNDin对应地线端GND；接收负端输入引脚RXin-对应接收负端RX-；接收正端输入引脚RXin+对应接收正端RX+；数据线地端输入引脚GND_DRAIN_in对应数据线地端GND_DRAIN；传输负端输入引脚TXin-对应传输负端TX-；以及传输正端输入引脚TXin+对应传输正端TX+。在另一实施例中，可不需配置数据负端输入引脚Din-及其对应数据负端D-，与数据正端输入引脚Din+及其对应数据正端D+。值得一提的是，如前所述，由于由传输正端输入引脚TXin+以及传输负端输入引脚TXin-所构成的该对传输差动信号输入引脚具有一共模阻抗结构Zcm，故可判断主动型光纤缆线与设备的连结状况。
另外，假设图1的第一设备110与第二设备112皆供电，且第一设备110为主机、第二设备112为装置的情况下，第二设备端112会将电力以其通用串行总线接口的电源线端VBUS逆向传递给所连结的主动光纤缆线106的第二接头104中的电光与光电转换处理芯片的电源线输入引脚VBUSin，使芯片得以动作。
图7图解所公开的主动型光纤缆线的另外一种设计，用于应付一端设备没有供电的状况(例如，装置端常不供电)。如图所示，第二接头104所连结的第二设备112不供电，所公开的V型光纤缆线组除了原本连结第一接头102与第二接头104的主动型光纤缆线106，还包括一电源线700，其中电源线700更提供一第三接头702。详言之，电源线700的一端耦接该第二接头104，电源线700的另一端耦接该第三接头702。此外，第三接头702用于连结一电源704，以供电给该第二接头104内的电光与光电转换处理芯片。
综上所述，本发明将电光与光电转换处理芯片等光电元件配置在缆线端，故对使用者而言，仅需使用本发明主动型光纤缆线，而不需更换设备端的硬件设备，即可进行长距离且快速的数据传输。此外，由于本发明的光纤缆线中具有该共模阻抗结构Zcm，故可以确认设备端与光纤缆线是否成功地连结。另外，针对光纤缆线之一端所连结的装置其供电或不供电的情况，本发明亦提出不同的解决方案以驱动电光与光电转换处理芯片。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims (20)

1.一种主动型光纤缆线，包括：
一第一接头，用以连结一第一设备；
一第二接头，用以连结一第二设备；以及
一光纤，连结该第一接头以及该第二接头，
其中：
该第一接头具有一第一电光与光电转换处理芯片，该第一电光与光电转换处理芯片以一第一传输正端输入引脚以及一第一传输负端输入引脚与该第一设备上的一第一传输正端以及一第一传输负端分别耦接；且
该第一传输正端输入引脚以及该第一传输负端输入引脚构成一对第一传输差动信号输入引脚，且该对第一传输差动信号输入引脚具有一第一共模阻抗结构，使该第一传输正端与该第一传输负端所带有的电容充电，并使该电容的充电状况得以用于判断该主动型光纤缆线与该第一设备的连结。
2.如权利要求1所述的主动型光纤缆线，其中，该第一共模阻抗结构包括：
一第一电阻，将该第一传输正端输入引脚接地；以及
一第二电阻，将该第一传输负端输入引脚接地。
3.如权利要求1所述的主动型光纤缆线，其中在该第一设备为一不供电装置的情况下，还具有一第三接头耦接该第一接头，用以连结一电源以供电给该第一接头内的该第一电光与光电转换处理芯片。
4.如权利要求1所述的主动型光纤缆线，其中在该第一设备为一供电装置的情况下，该第一电光与光电转换处理芯片以一电源线输入引脚与该第一设备的一电源线端耦接，以由该第一设备供电给该第一接头内的该第一电光与光电转换处理芯片。
5.如权利要求1所述的主动型光纤缆线，其中该第一设备上的该第一传输正端以及该第一传输负端配置于一通用串行总线接口。
6.如权利要求1所述的主动型光纤缆线，其中：
该第二接头具有一第二电光与光电转换处理芯片，该第二电光与光电转换处理芯片以一第二传输正端输入引脚以及一第二传输负端输入引脚与该第二设备上的一第二传输正端以及一第二传输负端分别耦接；且
该第二传输正端输入引脚以及该第二传输负端输入引脚构成一对第二传输差动信号输入引脚，且该对第二传输差动信号输入引脚具有一第二共模阻抗结构，使该第二传输正端与该第二传输负端所带有的电容充电，并使上述第二传输正端与第二传输负端所带有的电容的充电状况得以用于判断该主动型光纤缆线与该第二设备的连结。
7.如权利要求6所述的主动型光纤缆线，其中，该第二共模阻抗结构包括：
一第三电阻，将该第二传输正端输入引脚接地；以及
一第四电阻，将该第二传输负端输入引脚接地。
8.如权利要求6所述的主动型光纤缆线，其中该第二设备上的该第二传输正端以及该第二传输负端配置于一通用串行总线接口。
9.如权利要求1所述的主动型光纤缆线，其中该第二接头具有一第二电光与光电转换处理芯片，在该第二设备为一不供电装置的情况下，还具有一第三接头耦接该第二接头，用以连结一电源以供电给该第二接头内的该第二电光与光电转换处理芯片。
10.如权利要求1所述的主动型光纤缆线，其中该第二接头具有一第二电光与光电转换处理芯片，在该第二设备为一供电装置的情况下，该第二电光与光电转换处理芯片以一电源线输入引脚与该第二设备的一电源线端耦接，以由该第二设备供电给该第二接头内的该第二电光与光电转换处理芯片。
11.如权利要求1所述的主动型光纤缆线，其中：
该第一接头呈一通用串行总线标准A型插头；且
该第二接头呈一通用串行总线标准A型插头、一通用串行总线标准B型插头以及一通用串行总线微B型插头其中之一。
12.一种电子装置，包括：
一第一设备；以及
一主动型光纤缆线，适于连结该电子装置外的一第二设备，该主动型光纤缆线包括：
一第一接头，用以连结该第一设备；
一第二接头，用以连结该第二设备；以及
一光纤，连结该第一接头以及该第二接头，
其中：
该第一接头具有一第一电光与光电转换处理芯片，该第一电光与光电转换处理芯片以一第一传输正端输入引脚以及一第一传输负端输入引脚与该第一设备上的一第一传输正端以及一第一传输负端分别耦接；且
该第一传输正端输入引脚以及该第一传输负端输入引脚构成一对第一传输差动信号输入引脚，且该对第一传输差动信号输入引脚具有一第一共模阻抗结构，使该第一传输正端与该第一传输负端所带有的电容充电，并使该电容的充电状况得以用于判断该主动型光纤缆线与该第一设备的连结。
13.如权利要求12所述的电子装置，其中，该第一共模阻抗结构包括：
一第一电阻，将该第一传输正端输入引脚接地；以及
一第二电阻，将该第一传输负端输入引脚接地。
14.如权利要求12所述的电子装置，其中在该第一设备为一不供电装置的情况下，该主动型光纤缆线还具有一第三接头耦接该第一接头，用以连结一电源以供电给该第一接头内的该第一电光与光电转换处理芯片。
15.如权利要求12所述的电子装置，其中在该第一设备为一供电装置的情况下，该第一电光与光电转换处理芯片以一电源线输入引脚与该第一设备的一电源线端耦接，以由该第一设备供电给该第一接头内的该第一电光与光电转换处理芯片。
16.如权利要求12所述的电子装置，其中：
该第二接头具有一第二电光与光电转换处理芯片，该第二电光与光电转换处理芯片以一第二传输正端输入引脚以及一第二传输负端输入引脚与该第二设备上的一第二传输正端以及一第二传输负端分别耦接；且
该第二传输正端输入引脚以及该第二传输负端输入引脚构成一对第二传输差动信号输入引脚，且该对第二传输差动信号输入引脚具有一第二共模阻抗结构，使该第二传输正端与该第二传输负端所带有的电容充电，并使上述第二传输正端与第二传输负端所带有的电容的充电状况得以用于判断该主动型光纤缆线与该第二设备的连结。
17.如权利要求16所述的电子装置，其中，该第二共模阻抗结构包括：
一第三电阻，将该第二传输正端输入引脚接地；以及
一第四电阻，将该第二传输负端输入引脚接地。
18.如权利要求12所述的电子装置，其中该第二接头具有一第二电光与光电转换处理芯片，在该第二设备为一不供电装置的情况下，该主动型光纤缆线还具有一第三接头耦接该第二接头，用以连结一电源以供电给该第二接头内的该第二电光与光电转换处理芯片。
19.如权利要求12所述的电子装置，其中该第二接头具有一第二电光与光电转换处理芯片，在该第二设备为一供电装置的情况下，该第二电光与光电转换处理芯片以一电源线输入引脚与该第二设备的一电源线端耦接，以由该第二设备供电给该第二接头内的该第二电光与光电转换处理芯片。
20.如权利要求12所述的电子装置，其中：
该第一接头呈一通用串行总线标准A型插头；且
该第二接头呈一通用串行总线标准A型插头、一通用串行总线标准B型插头以及一通用串行总线微B型插头其中之一。
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