CN104020534A - 一种新型usb3.0有源光缆结构 - Google Patents

Abstract

一种新型USB3.0有源光缆结构，其光缆本体包括至少两根光纤，光电转换接头内包括USB3.0光电转换电路，USB3.0集线器和USB模式转换电路，USB3.0光电转换电路将两根光纤传输的USB3.0信号接到上联端口，USB3.0集线器包括至少两个下联端口，一个用于直接连接标USB3.0引脚，另一个连接USB模式转换电路，USB模式转换电路实现另一个下联端口和对外的USB2.0引脚之间的USB信号模式转换。本发明能够兼容不同格式的USB接口，实现了在相同的光缆上USB3.0/2.0/1.1/1.0的传输。

Description

一种新型USB3.0有源光缆结构

技术领域

本发明涉及有源光缆(AOC:Active Optical Cable)领域，特别的，涉及一种新型的USB3.0有源光缆结构，该有源光缆也能传输USB2.0/USB1.1的数据，即能够向下兼容USB2.0/USB1.1设备。

背景技术

有源光缆(AOC:Active Optical Cable)是一种能够借助有源光器件进行光传输的光缆，而USB3.0有源光缆是一种采用USB3.0光电转换电路的有源光缆。参见图1，公开了背景技术中的USB3.0有源光缆的结构，该USB3.0有源光缆包括光缆本体，所述光缆本体包括至少两根光纤1，在光缆本体的两端各有一个光电转换接头2，在每个所述光电转换接头内具有USB3.0光电转换电路3，将标准USB3.0接口的发送(TX)信号从数字信号转换为光信号，在其中一根光纤1上传输发送至对端，并将另一根光纤的接收(RX)信号从光信号转换为数字信号，并发送给标准USB3.0接口，即TX和RX两路光信号分别在两根光纤5内传输。由于光信号在光纤内的衰减非常小，因此，有源光缆能够大大的延长USB信号的传输距离。

但是，现有技术的USB3.0有源光缆仅仅向外提供USB3.0的通道，也就是说只能传输USB3.0信号。这是因为，USB2.0为半双工信号，发送和接收采用统一的物理媒介，即分开传输，在一对差分线上实现双向传输，同时USB2.0的协议规范本身并不支持光传输，其数据编码特性也不满足光传输的要求，无法像USB3.0那样，做光电转换来实现在光纤上传输USB2.0数据，所以目前市场上所有USB3.0光电转换电路都不能直接支持USB2.0。这样导致的问题是对于USB2.0/1.1/1.0器件，无法直接和USB3.0有源光缆相连，这就在很大程度限制了USB3.0有源光缆的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型的USB3.0有源光缆结构，实现USB的有源光缆，并同时支持USB3.0/2.0/1.1/1.0

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型USB3.0有源光缆结构，包括光缆本体，和光电转换接头，所述光缆本体包括至少两根光纤，在光缆本体的两端各有一个所述光电转换接头，每个所述光电转换接头内包括USB3.0光电转换电路，USB3.0集线器和USB模式转换电路，

其中，所述USB3.0光电转换电路分别连接所述两根光纤和所述USB3.0集线器的上联端口，用于将所述两根光纤传输的USB3.0发送信号和接收信号接到所述上联端口；

所述USB3.0集线器包括一个上联端口和至少两个下联端口，其中一个下联端口用于直接连接标准USB3.0接口的USB3.0引脚，另一个下联端口连接所述USB模式转换电路；

所述USB模式转换电路包括对外连接端口和对内连接端口，所述对内引脚连接所述USB3.0集线器的所述另一个下联端口，所述对外连接端口用于直接连接标准USB3.0接口中的USB2.0引脚，用于实现USB3.0信号和USB2.0信号的转换。

优选地，所述光缆本体中还包括一对导线，一根为电源线，一根为地线，用于传输直流电源。

优选地，在一端的所述光电转换接头内具有直流升压电路，用于将直流低压升压到直流高压并传输给导线，在另一端的光电转换接头内具有直流降压电路，用于将接收的直流高压转换为所述直流低压。

优选地，所述直流低压为5V，所述直流高压为12V。

优选地，所述USB3.0集线器为VL811HUB IC芯片。所述USB模式转换电路为VT3503TT IC芯片。

优选地，所述光电转换接头由本地供电。

优选地，在所述直流升压电路一端，利用所述直流升压电路的输入电压对该端的电路进行供电。

优选地，在直流降压电路一端，利用所述直流降压电路的输出电压对该端的电路进行供电。

优选地，所述USB3.0有源光缆结构在30米以下供电900mA，30-50米之间供电700mA。也就是说30m以下可以符合USB3.0spec规定的最大供电电流，30m-50m可以符合USB2.0spec规定的最大供电电流。

因此，本发明的有源光缆结构能够兼容不同格式的USB接口，实现了在相同的光缆上USB3.0/2.0/1.1/1.0的传输，并且可以向下行端口的USB器件进行供电。节约了元件的数量，降低了成本，拓宽了器件的使用范围，便利了用户的使用。

附图说明

图1是现有技术中只能传输USB3.0信号的USB3.0有源光缆的结构示意图；

图2是根据本发明的具体实施例的新型USB3.0有源光缆结构的示意图；

图3是根据本发明的具体实施例的新型USB3.0有源光缆结构传输USB3.0数据的数据流向示意图；

图4是根据本发明的具体实施例的新型USB3.0有源光缆结构传输USB2.0数据的数据流向示意图；

图5是根据本发明的另一个具体实施例的新型USB3.0有源光缆结构的示意图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、光纤；2、光电转换接头；3、USB3.0光电转换电路；4、USB3.0集线器(HUB)；5、USB模式转换电路；6、接入器件；7、铜线；8、直流升压电路；9、直流降压电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明中，下面各个实施例均采用“电路”的表述形式，但本领域技术人员应当明白，“电路”包括采用诸如IC的各种芯片的各种实现方式。

为了向下兼容USB2.0，USB3.0采用了9针脚设计。其中4个针脚和USB2.0的形状定义均完全相同，而另外5根是专门为USB3.0准备。USB3.0引入全双工数据传输，5根线路中2根用来发送数据，2根用来接收数据，还有1根是地线，也就是说USB3.0可以同步全速地进行读写操作，而以前的USB版本，即USB2.0和USB1.1并不支持全双工数据传输。

根据标准的定义，参见表1，USB3.0的9根引脚定义如下。

表1USB3.0引脚定义

在现有的标准中，StdA_SSRX+/-和StdA_SSTX+/-为USB3.0/3.1的高速数据接收(Super Speed)和发送差分对，D-和D+为USB2.0信号差分对。其中，SSRX+/-和SSTX+/-为全双工信号，发送和接收采用独立的物理媒介，D-和D+为半双工信号，发送和接收采用同一物理媒介，

可见，如果能够将USB2.0数据转换成USB3.0数据，就能够实现基于USB2.0数据源的光纤传输。因此，本发明将标准USB3.0接口中的USB2.0数据转换成标准USB3.0格式数据，以实现在光缆中的数据传输，同时采用常用USB3.0集线器汇集并复用数据，为不同格式的数据源提供各自独立的数据传输通路，从而实现单一USB3.0有源光缆能够兼容USB3.0/2.0/1.1/1.0数据的传输。

实施例1：

参见图2，公开了根据本发明的具体实施例的新型USB3.0有源光缆结构的示意图。

一种新型USB3.0有源光缆的结构，包括光缆本体，和光电转换接头2，所述光缆本体包括至少两根光纤1，在光缆本体的两端各有一个所述光电转换接头2，在每个所述光电转换接头2内包括USB3.0光电转换电路3，USB3.0集线器(HUB)4和USB模式转换电路5。其中，所述USB3.0光电转换电路3分别连接所述两根光纤和所述USB3.0集线器4的上联端口(Up Stream)，用于将所述两根光纤传输的USB3.0发送(TX)和接收(RX)信号接到所述上联端口；所述USB3.0集线器4包括一个上联端口(Up Stream)和至少两个下联端口(DownStream)，其中一个下联端口用于直接连接标准USB3.0接口的USB3.0引脚，即提供了本发明的新型USB3.0有源光缆的USB3.0接口。另一个下联端口连接所述USB模式转换电路5，所述USB模式转换电路5包括对外连接端口和对内连接端口，所述对内引脚连接所述USB3.0集线器4的所述另一个下联端口，所述对外连接端口用于直接连接标准USB3.0接口中的USB2.0引脚，从而实现所述另一个下联端口的USB3.0信号和输出端口的USB2.0信号的转换，即所述USB模式转换电路5提供了本发明的新型USB3.0有源光缆的USB2.0接口。

本发明的工作原理如下：USB3.0光电转换电路的TX/RX差分信号接到USB3.0集线器4的上联端口，USB3.0集线器4还具有多路下联端口，这样就能够实现光纤中传输的USB3.0信号的多路复用，得到多路的USB3.0输出。本发明选用其中任意两路(剩余的两路悬空不连)，其中一路直接接到USB3.0接口的USB3.0引脚上，作为本发明新型USB有源光缆(AOC)的USB3.0信号输出，另一路接到USB模式转换电路5，并将USB模式转换电路5的输出接到USB3.0接口的USB2.0引脚上，从而最终实现了新型的USB3.0AOC的3.0/2.0/1.1/1.0的全输出。

USB3.0集线器4的作用为USB3.0信号的多路汇集和复用，为不同格式的数据源提供各自独立的数据传输通路。由于USB3.0光电转换芯片只有1路USB3.0信号输出，如果将该路信号提供给USB模式转换电路，就没有USB3.0端口使用，不能得到USB3.0信号了。USB3.0集线器4能够具有1进多出的功能，对外提供多路USB3.0信号，本发明使用其中的两路，一路作为本发明的新型USB3.0AOC的USB3.0信号的接口，一路给了USB模式转换电路5。

在一个具体的实施例中，所述USB3.0集线器可以是威锋公司生产的VL811四端口超高速USB集线器控制芯片。VL811HUB IC芯片是1进4出的USB3.0HUBIC，可以对外提供四路USB3.0，本发明只用了其中两路，另外两路悬空，一路作为本发明的新型USB3.0AOC的USB3.0信号的接口，一路给了USB模式转换电路5。但本发明不限于VL811HUB IC，其它的USB3.0集线器也可以使用。

在另一个具体的实施例中，所述USB模式转换电路可以是长芯盛公司生产的VT3503TT IC芯片。VT3503TT IC能实现USB3.0和USB2.0彼此的转换功能，而诸如VL811HUB IC的USB3.0集线器和USB3.0光电转换电路都无此功能。

参见图3、图4，参见了本发明的有源光缆结构在接入不同器件时的工作流程，其中。

参见图3，当接入器件6为USB3.0器件时，所述接入器件的发送(TX)信号和接收(RX)信号会进入USB3.0集线器的下联口，再通过USB3.0集线器的下联口将TX和RX信号传送到USB3.0光电转换电路，转换后的光信号通过光纤传输到对端，从而实现USB数据传输。

参见图4，当接入器件6为USB2.0器件时，差分的USB2.0信号会进入USB模式转换电路，并被转换成为USB3.0TX和RX信号。该信号接入到USB3.0集线器的下联口，再通过USB3.0集线器的上联口将TX和RX信号传送到USB3.0的光电转换芯片，转换后的光信号通过光纤传输到对端，从而实现USB数据传输。

显然，对端的光电转换接头2会同时存在USB3.0信号和USB2.0信号。根据USB3.0规则，对端所连接的器件将根据自身的器件类型，选择性的从USB3.0集线器的下联口，或者USB模式转换电路中获得数据。即，如果对端所连接的器件是USB3.0器件，则从USB3.0集线器的下联口获得数据，如果对端所连接的器件是USB2.0器件，则从USB模式转换电路中获得数据。

实施例2：

在实施例1中，参见图2，可以看出，每个光电转换接头内的电路均由本地供电，即由标准USB接口供电。有源光缆的光缆本体只包含光纤，两端都是纯光缆连接。因此，在传输的过程中，并不能传送电源。如果每个光电转换接头所连接的都是有源器件，则可以对光电转换接头的供电。但如果连接一个无源器件，则无法对所连接的光电转换接头进行供电。

因此，在实施例2中，将对此进行进一步的改进。

本实施例与实施例1基本相同，相同的附图标记具有相同的含义，在此不再赘述。本实施例的改进在于在光缆本体中增加了导线以及光电转换接头中接入相应的电压转换电路。

参见图5，公开了本发明的带有供电功能的新型USB3.0有源光缆结构的示意图。

其中，所述光缆本体中还具有一对导线7，一根为电源线，一根为地线，利用导线进行直流供电。本领域技术人员可以知道，所述导线可以为铜线等现有技术中各种常用的导线。由于有源光缆的传输距离普遍都很长，一般为20米-50米，电源在这么长的距离上传输很容易衰减。因此在传输中，可以将输入的直流低压转换为直流高压，直流高压通过导线传输到下行端，再将直流高压降为所述直流低压，以减少电压传输中的衰减。例如，可以将输入的直流低压为5V，直流高压为12V，将5V升压到12V，12V的电压通过导线传输到下行端，再将电压降为5V。

因此，在一端的光电转换接头2内具有直流升压电路8，用于将直流低压升压到直流高压并传输给导线，在另一端的光电转换接头2内具有直流降压电路9，用于将接收的直流高压转换为所述直流低压。例如，直流升压电路8，用于将5V电源升压到12V并传输给导线，直流降压电路9，用于将接收的12V电压转换为5V电压。当然本领域技术人员可以知道，任何其它合适的，直流低压或者高压也是可以的。

这样，本发明的有源光缆结构具备了供电功能。其中直流升压电路7和直流降压电路8都可以采用常见的电源芯片来完成。

进一步优选的，本发明的有源光缆在所述直流升压电路一端，直接利用所述直流升压电路的例如5V的输入电压对在该端的电路进行供电。另一端利用所述直流降压电路的例如5V的输出电压对该端的电路进行供电。

本实施例中的供电方式可以实现30m以下供电900mA，30-50m供电700mA。也就是说30m以下可以符合USB3.0spec规定的最大供电电流，30m-50m可以符合USB2.0spec规定的最大供电电流。

因此，本发明的有源光缆结构能够兼容不同格式的USB接口，实现了在相同的光缆上USB3.0/2.0/1.1/1.0的传输，并且可以向下行端口的USB器件进行供电。节约了元件的数量，降低了成本，拓宽了器件的使用范围，便利了用户的使用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种新型USB3.0有源光缆结构，其特征在于：

包括光缆本体，和光电转换接头，所述光缆本体包括至少两根光纤，在光缆本体的两端各有一个所述光电转换接头，每个所述光电转换接头内包括USB3.0光电转换电路，USB3.0集线器和USB模式转换电路，

其中，所述USB3.0光电转换电路分别连接所述两根光纤和所述USB3.0集线器的上联端口，用于将所述两根光纤传输的USB3.0发送信号和接收信号接到所述上联端口；

所述USB3.0集线器包括一个上联端口和至少两个下联端口，其中一个下联端口用于直接连接标准USB3.0接口的USB3.0引脚，另一个下联端口连接所述USB模式转换电路；

所述USB模式转换电路包括对外连接端口和对内连接端口，所述对内引脚连接所述USB3.0集线器的所述另一个下联端口，所述对外连接端口用于直接连接标准USB3.0接口中的USB2.0引脚，用于实现USB3.0信号和USB2.0信号的转换。

2.根据权利要求1所述的新型USB3.0有源光缆结构，其特征在于：

所述光缆本体中还包括一对导线，一根为电源线，一根为地线，用于传输直流电源。

3.根据权利要求2所述的新型USB3.0有源光缆结构，其特征在于：

在一端的所述光电转换接头内具有直流升压电路，用于将直流低压升压到直流高压并传输给导线，在另一端的光电转换接头内具有直流降压电路，用于将接收的直流高压转换为所述直流低压。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的新型USB3.0有源光缆结构，其特征在于：

所述直流低压为5V，所述直流高压为12V。

5.根据权利要求4所述的新型USB3.0有源光缆结构，其特征在于：

所述USB3.0集线器为VL811HUB IC芯片。

6.根据权利要求4所述的新型USB3.0有源光缆结构，其特征在于：

所述USB模式转换电路为VT3503TT IC芯片。

7.根据权利要求4所述的新型USB3.0有源光缆结构，其特征在于：

所述光电转换接头由本地供电。

8.根据权利要求4所述的新型USB3.0有源光缆结构，其特征在于：

在所述直流升压电路一端，利用所述直流升压电路的输入电压对该端的电路进行供电。

9.根据权利要求4所述的新型USB3.0有源光缆结构，其特征在于：

在直流降压电路一端，利用所述直流降压电路的输出电压对该端的电路进行供电。

10.根据权利要求4所述的新型USB3.0有源光缆结构，其特征在于：

所述USB3.0有源光缆结构在30米以下供电900mA，30-50米之间供电700mA。