CN103257944A - 用于远距离传输usb信号的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于远距离传输USB信号的方法及装置。针对USB设备跟USB主机之间的距离受延长线的限制，必须在指定的长度范围内才可以使用，如果延长USB线，就容易造成传输不稳定，导致传输失败，这给需要远距离使用的场合带来诸多不便的问题。本发明用于远距离传输USB信号的装置，其特征是：该装置包括连接面向上游USB口的转换模块和连接面向下游USB口的转换模块，两个所述的转换模块之间通过网线连接，所述的转换模块包括USBI/O端口电路、网线I/O端口电路、控制逻辑模块，所述的USBI/O端口电路和所述的网线I/O端口电路之间通过控制逻辑模块连接。本发明在不影响USB系统通讯速度的情况下，USB信号的传输距离可以达到50米以上。

Description

用于远距离传输USB信号的方法及装置

 

技术领域：

本发明涉及一种用于远距离传输USB信号的方法及装置，属于信息科学技术领域。

背景技术：

目前USB技术的优越性越来越明显，支持USB技术的设备越来越多，USB设备跟USB主机之间的距离受延长线的限制，必须在指定的长度范围内才可以使用，如果延长USB线，就容易造成传输不稳定，导致传输失败，这给需要远距离使用的场合带来诸多不便。

通过传输线对来传输差分信号的信号传输设备已经得到广泛使用。通过传输线对来传输差分信号在减少噪声方面是有效的，因为它能够利用在传输线上同时出现的具有基本相同的幅度和相位的信号来抵消噪声，并抑制电磁干扰。

USB系统通过传输线对来传输差分信号进行通讯，分别有电压驱动和电流驱动两种。全低速USB通讯采用电压驱动方式，电压驱动方式不适合远距离传输，而且在全低速模式下，事务包结尾还参有两个单端零信号（SE0）。高速USB通讯采用电流驱动方式，受传输线对信号衰减的影响，如果要延长传输距离，就要增加电流驱动强度，提高差分信号的压差，然而USB系统利用差分信号的压差来判断USB设备是否连接和总线是否空闲，提高差分信号的压差，会让USB主机误以为USB设备已经断开。因此，受USB系统差分信号的压差的限制，高速USB通讯也不适合远距离传输。

发明内容：

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种用于远距离传输USB信号的装置，通过接收USB信号转换成网线信号或者接收网线信号转换成USB信号，使用网线来远距离传输USB信号，在不影响USB系统通讯速度的情况下，USB信号的传输距离可以达到50米以上。本发明的另一个目的是提供这种用于远距离传输USB信号的方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

用于远距离传输USB信号的装置，该装置包括连接面向上游USB口的转换模块和连接面向下游USB口的转换模块，两个所述的转换模块之间通过网线连接，所述的转换模块包括USB I/O端口电路、网线I/O端口电路、控制逻辑模块，所述的USB I/O端口电路和所述的网线I/O端口电路之间通过控制逻辑模块连接。

所述的用于远距离传输USB信号的装置，所述的网线I/O端口电路用于驱动一个差分信号和三个辅助信号到网线的四根传输线上，包括与网线的其中一个线对连接的输入比较器电路一、输入比较器电路二、差分驱动电路、单端驱动电路一、输入比较器电路三，和与网线的另外两根传输线连接的输入比较器电路四、输入比较器电路五、单端驱动电路二、单端驱动电路三，所述的网线的四根传输线上分别并联有终端电阻。

利用上述用于远距离传输USB信号的装置进行远距离传输USB信号的方法，该方法为：在面向上游的USB口上和面向下游的USB口上分别连接所述的转换模块，选用网线来远距离传输USB信号，网线的其中一个传输线对传输差分信号，在传输差分信号的差分传输线对上叠加一个单端信号来传输一个辅助信号，网线的剩余传输线中的两个传输线传输另外两个辅助信号。

所述的利用上述用于远距离传输USB信号的装置进行远距离传输USB信号的方法，所述的网线中的剩余四根传输线用来传输电源信号。

所述的利用上述用于远距离传输USB信号的装置进行远距离传输USB信号的方法，所述的差分信号用来传输USB的差分数据，所述的辅助信号用来传输单端零信号、连接信号、驱动信号或者数据有效信号。

有益效果：

本发明使用网线来传输USB信号，在不影响USB系统通讯速度的情况下，USB信号的传输距离可以达到50米以上。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的网线I/O端口电路中用来传输差分信号和其中一个辅助信号的电路结构示意图。

图3是本发明的网线I/O端口电路中用来传输另外两个辅助信号的电路结构示意图。

图4是图2所示电路结构的差分传输线对上的波形解释示意图。

具体实施方式：

为了详细阐述本发明的技术内容，特举以下实施例。特别地，本实施例的电路结构仅是基于本发明思想的一种实现形式，事实上任意一种电路结构只要能够符合本发明的方法，一样可以实现本发明。

图1所示是本发明的结构示意图，本发明的用于远距离传输USB信号的装置，该装置包括连接面向上游USB口的转换模块和连接面向下游USB口的转换模块，两个所述的转换模块之间通过网线连接，所述的转换模块包括USB I/O端口电路1、网线I/O端口电路3、控制逻辑模块2，所述的USB I/O端口电路和所述的网线I/O端口电路之间通过控制逻辑模块连接。

图1中的USB I/O端口电路，参见USB规范。

图2、图3是图1中的网线I/O端口电路的一种实施方式，包含但不限于图2、图3。

如图2、图3所示，差分驱动电路8通过差分驱动电路8的输出线输出差分信号到网线中的一个传输线对11上，对应于输入信号Sig2。具体地说，差分驱动电路8输出差分信号（VS+和VS-)到传输线对11上，该信号的差分电压对应于输入信号Sig2。

单端驱动电路一9通过单端驱动电路一9的输出线输出两个单端信号到传输线对11上，对应于输入信号Sig3。具体地说，单端驱动电路一9输出两个单端信号（Vcom）叠加到差分信号（VS+和VS-）上，该信号的公共电压部分对应于输入信号Sig3。

单端驱动电路二14通过单端驱动电路二14的输出线输出单端信号到网线的另一个传输线16上，对应于输入信号Sig7。具体地说，单端驱动电路二14输出单端信号（VS1）到传输线16上，该信号的单端电压对应于输入信号Sig7。

单端驱动电路三15通过单端驱动电路三15的输出线输出单端信号到网线的又一个传输线17上，对应于输入信号Sig8。具体地说，单端驱动电路三15输出单端信号（VS2）到传输线17上，该信号的单端电压对应于输入信号Sig8。

输入比较器电路一6和输入比较器电路二7产生一个输出，对应于差分信号（VS+和VS-）上的公共电压，即，输入比较器电路一6和输入比较器电路二7输出了输出信号Sig1，对应于传输线对11上的公共电压。

输入比较器电路三10产生一个输出，对应于差分信号（VS+和VS-）上的差分电压，即，输入比较器电路三10输出了输出信号Sig4，对应于传输线对11上的差分电压。

输入比较器电路四12产生一个输出，对应于单端信号（VS1）上的电压，即，输入比较器电路四12输出了输出信号Sig5，对应于传输线16上的电压。

输入比较器电路五13产生一个输出，对应于单端信号（VS2）上的电压，即，输入比较器电路五13输出了输出信号Sig6，对应于传输线17上的电压。

图2和图3中的ref为输入比较器电路的一个输入参考电压，用于检测差分线对上的公共电压水平，也用于检测单根传输线上的电压水平。尽管在该实施例中，检测差分线对上的公共电压水平和单根传输线上的电压水平使用相同的输入参考电压，但它们可以根据设计使用不同的输入参考电压。

图2和图3中四根传输线上分别并联有终端电阻，能够防止信号在信号线终端处发生反射，从而确保差分信号和单端信号通过网线进行准确的传输，优选的情况下，终端电阻应与传输线的特征阻抗相匹配，即与网线的特征阻抗相匹配。尽管在该实施例中，差分线对和单根传输线使用的终端电阻具有相同的电阻值，但它们可以根据设计使用不同的电阻值。

利用上述用于远距离传输USB信号的装置进行远距离传输USB信号的方法，该方法为：在面向上游的USB口上和面向下游的USB口上分别连接所述的转换模块，选用网线来远距离传输USB信号，网线的其中一个传输线对传输差分信号，在传输差分信号的差分传输线对上叠加一个单端信号来传输一个辅助信号，图4是图2所示电路结构的差分传输线对上的波形解释示意图。在传输线对11上传输差分信号（VS+和VS-），并叠加一单端信号（Vcom），提高传输线对的公共电压，这样一组差分传输线对可以传输一个差分信号和一个单端信号，节省了一个物理信道。具体地说，在图4中，波形A示出了来自差分驱动电路8的差分信号（VS+和VS-）输出的例子，波形B示出了来自单端驱动电路9的单端信号（Vcom）输出的例子。波形C为传输线对11此时的波形。网线的剩余传输线中的两个传输线传输另外两个辅助信号。

所述的利用上述用于远距离传输USB信号的装置进行远距离传输USB信号的方法，所述的网线中的剩余四根传输线用来传输电源信号。

所述的利用上述用于远距离传输USB信号的装置进行远距离传输USB信号的方法，所述的差分信号用来传输USB的差分数据，所述的辅助信号用来传输单端零信号、连接信号、驱动信号或者数据有效信号。

所述的差分驱动电路和单端驱动电路一，单端驱动电路二、单端驱动电路三采用电流驱动方式。

本发明的一个转换模块接收USB信号转换成网线信号，另一个转换模块用于接收网线信号转换成USB信号，在不影响USB系统通讯速度的情况下，USB信号的传输距离可以达到50米以上。

网线中的剩余四根传输线可以用来传输电源信号，采用多线复用的方法传输电源信号可以降低传输线上的电源损耗。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合或者等同替换所组成的技术方案。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (5)

1.一种用于远距离传输USB信号的装置，其特征是：该装置包括连接面向上游USB口的转换模块和连接面向下游USB口的转换模块，两个所述的转换模块之间通过网线连接，所述的转换模块包括USB I/O端口电路、网线I/O端口电路、控制逻辑模块，所述的USB I/O端口电路和所述的网线I/O端口电路之间通过控制逻辑模块连接。

2.根据权利要求1所述的用于远距离传输USB信号的装置，其特征是：所述的网线I/O端口电路用于驱动一个差分信号和三个辅助信号到网线的四根传输线上，包括与网线的其中一个线对连接的输入比较器电路一、输入比较器电路二、差分驱动电路、单端驱动电路一、输入比较器电路三，和与网线的另两根传输线连接的输入比较器电路四、输入比较器电路五、单端驱动电路二、单端驱动电路三，所述的网线的四根传输线上分别并联有终端电阻。

3.一种利用上述用于远距离传输USB信号的装置进行远距离传输USB信号的方法，其特征是：该方法为：在面向上游的USB口上和面向下游的USB口上分别连接所述的转换模块，选用网线来远距离传输USB信号，网线的其中一个传输线对传输差分信号，在传输差分信号的差分传输线对上叠加一个单端信号来传输一个辅助信号，网线的剩余传输线中的两个传输线传输另外两个辅助信号。

4.根据权利要求3所述的利用上述用于远距离传输USB信号的装置进行远距离传输USB信号的方法，其特征是：所述的网线中的剩余四根传输线用来传输电源信号。

5.根据权利要求3或4所述的利用上述用于远距离传输USB信号的装置进行远距离传输USB信号的方法，其特征是：所述的差分信号用来传输USB的差分数据，所述的辅助信号用来传输单端零信号、连接信号、驱动信号或者数据有效信号。

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