CN110113070A - 一种适用于usb的信号发送及接收方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于USB协议的信号发送和接收方法，针对发送或者接收的信号进行检测，检测输入信号是属于低速信号、高速信号还是无信号状态，根据上述三种不同的状态选择不同的发送或者接收方式。特别的，在无信号状态时，通过将输出状态固定到共模电压点或者关闭Imod驱动等方法关闭自身输出端的AC信号通路；在低速信号时，在接收端直接用输出端口的逻辑电路自动生成低速信号并由输出接口输出，直到输入信号状态变化为止。本发明排除了从低速信号切换到无信号状态时候，因检测时间造成的噪声输出，避免了发生违反USB协议的波形进而造成兼容性问题的可能，此外还具有适用范围广，步骤简单，成本低，时延损耗低等优点。

Description

一种适用于USB的信号发送及接收方法

技术领域

本发明适用于一种USB数据传输方法，特别的适用于USB传输协议的低速信号、高速信号和无信号传输方法。

背景技术

USB协议（USB3.0、USB3.1、USB3.2）比较特殊的地方在于，存在3种信号状态：低速信号、高速信号、以及无信号状态。其中，低速信号和无信号状态共同组成一些特性的码型（LFPS、LBPS、LBPM），用于主机端和设备端的状态通信，以此来确定主机端和设备端本身的通信能力，以及是否准备好进行通信。在光通信领域，只传高速信号是比较容易的事，只传低速信号也可以实现，但是要准确的传输低速信号、高速信号、以及无信号状态，并且实现三者之前的灵活切换，则需要特殊的方法实现。

当前USB信号的传输办法一种是采用固定增益控制的方法，另一种是采用自动增益控制的方法，以及其它的方法，以下分类进行介绍。

对于固定增益控制的方法，不特别区分三种状态，并且一直应用统一的增益，无信号状态因为bus上只有噪声，所以无信号状态时输入信号比起有信号的时候小很多，相同增益下，输出信号也比起有信号的时候小很多，这样就能明显区别无信号和有信号的不同状态。这种传输方案的缺点是兼容性差，很难适应多种系统或者比较复杂的使用场景。因为其原理依赖于有信号和无信号输入状态本身的差异，如果增益设置比较小，有信号时候的输入信号也很小，则导致有信号时候的输出信号也很小，与无信号状态区别也不大，系统会无法识别，导致link建立失败；如果增益设置比较大，无信号状态也会在输出端把噪声放大很多，有些系统错误判断为有信号，导致link建立失败。

另一种是采用自动增益控制。区分低速信号、高速信号、以及无信号三种状态，针对不同的状态，选择不同的增益。这种方法的缺点是，检测状态切换和实现状态切换之间会有时间差，如果是从低速信号变到无信号状态，则时间差内会错误的放大噪声，造成违反协议的波形，同样会导致兼容性问题。

还有一种方法是针对低速信号和无信号状态共同组成的码型的特性，进行特殊编码，避免了在光路上对低速信号和无信号状态直接进行传输，而只传输特殊编码即可。这种方法实际上采用了编解码的思想，在USB的光传输实现上具有很好的借鉴意义。缺点是检测输入端的码型需要时间，编解码本身的功能实现也需要一些反应时间，同时又要满足USB协议的timing要求，所以实现上会有一定复杂度，且时延较大。

USB速率的提升导致无源线缆越做越短，有源线缆成为了必然趋势。但是USB协议中低速信号、高速信号、以及无信号三种状态的传输切换对有源线缆的设计是一种挑战。因此，如何适用于有源线缆，例如有源光缆或者有源铜缆的三种状态信号传输和切换问题，使得实现简单，时延较短，不同信号区分度大，成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出适用于USB的低速信号、高速信号和无信号传输方法，能够适用于包括AOC（active optical cable）和ACC（active Cu cable）在内的有源线缆，在发送端进行无信号和有信号检测，在接收端进行无信号、高速信号和低速信号检测，再配以代理技术，实现适用于USB传输协议的低速信号、高速信号和无信号传输方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种适用于USB协议的信号发送方法，包括如下步骤：

检测步骤S120:发送端对所接收的信号进行检测判断，如果是无信号状态，则进入到无信号步骤S130，如果是有信号状态，包括低速信号或者高速信号，则进入到发送信号步骤S140；

无信号步骤S130：直接关闭自身输出端的AC信号通路；

发送信号步骤S140：正常将信号传输到接收端。

可选的，在无信号步骤S130中，直接关闭自身输出端的AC信号通路，具体为，在有源光缆中关闭Imod驱动，在有源铜缆中将输出状态固定到共模电压点。

可选的，在方法的最初还具有初始步骤S110：使得发送端的默认状态为无信号状态。

本发明还公开了一种适用于USB协议的信号接收方法，包括如下步骤：

检测步骤S220:接收端对所接收的信号进行检测判断，如果是无信号状态，则进入到无信号步骤S230，如果是低速信号，则进入到低速信号状态步骤S240，如果是高速信号，则进入到高速信号状态步骤S250；

无信号步骤S230：直接关闭自身输出端的AC信号通路；

低速信号状态步骤S240:将输出端口切换到代理电路，由代理电路自动生成低速信号并由输出端口输出；

高速信号状态步骤S250:正常进行信号的接收和传输。

可选的，在无信号步骤S230中直接关闭自身输出端的AC信号通路，具体为将输出状态固定到共模电压点。

可选的，所述代理电路能够由输出端口的逻辑电路充当。

可选的，在方法的最初还具有初始步骤S210：使得接收端的默认状态为无信号状态。

本发明进一步公开了一种USB信号的传输方法，其特征在于：

所述发送端采用上述的适用于USB协议的信号发送方法，

所述接收端采用上述的适用于USB协议的信号接收方法。

本发明针对发送或者接收的信号进行检测，检测输入信号是属于低速信号、高速信号还是无信号状态，根据上述三种不同的状态选择不同的发送或者接收方式。特别的，在无信号状态时，通过将输出状态固定到共模电压点（非光传输方案）或者关闭Imod驱动（光传输方案）等方法关闭自身输出端的AC信号通路；在低速信号时，在接收端直接用输出端口的逻辑电路自动生成低速信号并由输出接口输出，直到输入信号状态变化为止。因此，本发明排除了从低速信号切换到无信号状态时候，因检测时间造成的噪声输出，避免了发生违反USB协议的波形进而造成兼容性问题的可能。此外还具有适用范围广，步骤简单，成本低，时延损耗低等优点。

附图说明

图1 是根据本发明的适用于USB协议的信号发送和接收的逻辑构架图；

图2是根据本发明的适用于USB协议的信号发送方法；

图3是根据本发明的适用于USB协议的信号接收方法;

图4是根据本发明的适用于USB协议的发送端和接收端的信号传输对比示意图。

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。

与无源线缆不同的是，有源线缆，包括有源光缆和有源铜缆，实际上是将信号进行接收之后，经过放大、整型等操作，甚至改变传输介质（比如有源光缆），再进行传输。有源线缆的目的是改善信号（尤其是高速信号）在无源线缆中由于衰减等原因造成的不良影响，进而提高信号传输速度和信号传输距离。

有源线缆内部必然存在相关的有源器件来实现其目的。有源器件本身具有带宽、电路开关时间、增益、抖动等指标。对于单一频率的信号来说，这些指标很好控制，但是对于既包含高速信号，又包含低速信号，还包含无信号的USB协议来说，有源器件的这些指标就要受到一定的控制，甚至要根据传输信号的不同来灵活切换。

本发明在于在高速USB信号的发送端和接收端均对输入信号进行检测，检测输入信号是属于低速信号、高速信号还是无信号状态，根据上述三种不同的状态选择不同的发送或者接收方式。特别的，在无信号状态时，通过将输出状态固定到共模电压点（非光传输方案）或者关闭Imod驱动（光传输方案）等方法直接关闭自身输出端的AC信号通路；在低速信号时，在接收端直接用输出端口的逻辑电路自动生成低速信号并由输出接口输出，直到输入信号状态变化为止。此时的逻辑电路部分，就充当了一个代理的角色，用自身产生的低速信号代替了源端本来的低速信号。这样的优点为，排除了从低速信号切换到无信号状态时候，因检测时间造成的噪声输出，避免了发生违反USB协议的波形进而造成兼容性问题的可能。

参见图1、图2，示出了适用于USB协议的信号发送方法，包括如下步骤：

检测步骤S120:发送端对所接收的信号进行检测判断，如果是无信号状态，则进入到无信号步骤S130，如果是有信号状态，包括低速信号或者高速信号，则进入到发送信号步骤S140；

无信号步骤S130：直接关闭自身输出端的AC信号通路，具体的，在有源光缆（光传输方案）中关闭Imod驱动，在有源铜缆（非光传输方案）中将输出状态固定到共模电压点；

发送信号步骤S140：正常将信号传输到接收端。

进一步的，本发明在方法的最初还具有初始步骤S110：使得发送端的默认状态为无信号状态。

参见图1、图3，示出了适用于USB协议的信号接收方法，包括如下步骤：

检测步骤S220:接收端对所接收的信号进行检测判断，如果是无信号状态，则进入到无信号步骤S230，如果是低速信号，则进入到低速信号状态步骤S240，如果是高速信号，则进入到高速信号状态步骤S250；

无信号步骤S230：直接关闭自身输出端的AC信号通路，具体的，可以将输出状态固定到共模电压点；

低速信号状态步骤S240:将输出端口切换到代理电路，由代理电路自动生成低速信号并由输出端口输出；。

在一个可选的实施例中，可以由输出端口的逻辑电路充当代理电路。

因此，通过在接收端直接生成低速信号代替发送端的低速信号，既避免了低速信号通过传输以后可能造成的误码，又排除了从低速信号切换到无信号状态时候，因检测时间造成的噪声输出，从而避免了发生违反USB协议的波形进而造成兼容性问题的可能。

高速信号状态步骤S250:正常进行信号的接收和传输。即将接收到的高速信号经过一系列放大和调整后传输出去。

进一步的，本发明在方法的最初还具有初始步骤S210：使得接收端的默认状态为无信号状态。

进一步的，本发明还公开了一种USB信号的传输方法，其中发送端采用适用于USB协议的信号发送方法，接收端采用适用于USB协议的信号接收方法。

在上述方法中，其中，所有状态之间的检测和切换时间等同，并且检测和切换时间不大于200ns。

参见图4，示出了适用于USB协议的发送端和接收端的信号传输对比示意图。

虽然，本发明在图1中仅以有源光缆为例进行了说明，但本领域技术人员可以知道，有源铜缆可以采用类似的方式进行处理。

此外，图1中仅仅示出了从主机侧向设备侧进行数据传输的示例，但本领域技术人员可以知道，从设备侧向主机侧进行数据传输也采用类似的方式进行传输。

本发明的信号发送以及接收方法具有如下优点：

1. 排除了从低速信号切换到无信号状态时候，因检测时间造成的噪声输出，避免了发生违反USB协议的波形进而造成兼容性问题的可能。

2.适用范围广，既适用于有源光缆又适用于有源铜缆，不受具体的有源传输介质的限制。

3.步骤简单，成本低。发送端直接对高速信号和低速信号进行发送，接收端针对所接收的信号不同直接采用不同的模式，因此，不需要过多的其它转换步骤，节省了其它的检测部件或者零件。对于整个有源光缆或者铜缆的整体成本而言，进一步降低了成本，提高了线缆的竞争力。

4.时延损耗低。本发明没有任何中间转换过程，发送端直接对高速信号和低速信号进行发送，没有时延，接收端检测到相关信号后，直接进行接收或者转换，整体时长损耗小，进一步提高了所传输的高清晰数码信号的时效性。

实施例1，有源光缆：

将有源光缆贴近主机的一端称为主机端，贴近设备的一端称为设备端。主机端和设备端在电路结构和功能上完全相同，都包括发送端和接收端。

USB是一种双向通信，存在2个方向的信号流向，因2个方向的通信机制完全一样，所以本发明仅以主机传输给设备这一个方向作为示例说明。

主机端的发送端电路默认状态为无信号状态。无信号状态下，发送端的输出端将关闭AC信号通路。对于有源光缆来说，可以通过关闭Imod（调制电流）来实现。

主机端的发送端在输入端实时检测主机输入到有源光缆的信号，如果检测到无信号状态，则内部电路恢复到无信号状态。如果输入的是高速信号或者低速信号，则内部电路切换为传输模式。传输模式会将接收到的信号通过一系列的放大、整型等操作，并最终转化为光信号，通过光纤进行传输。

设备端的接收端，默认状态同样为无信号状态。无信号状态下，接收端的输出端将关闭自身的AC信号通路，例如，将输出状态固定到共模电压点。

设备端的接收端会将光纤传输过来的光信号转换为电信号，然后同样会在输入端实时检测接收到的电信号。如果检测到无信号状态，则内部电路恢复到无信号状态。如果检测到高速信号（5Gbps/10Gbps），则进入直接传输模式，将接收到的信号通过一系列的放大、整型等操作，传输给设备。如果检测到低速信号，则进入代理模式，输出端不会输出实际接收到的信号，而是输出芯片内部的逻辑电路自动生成的低速信号。此时的逻辑电路部分，就充当了一个代理的角色，用自身产生的低速信号代替了主机端本来的低速信号。这样做的好处是，排除了从低速信号切换到无信号状态时，因检测时间造成的延迟而导致的噪声输出，从而避免了输出违反USB协议的波形，避免可能因此而造成的兼容性问题。

实施例2，有源铜缆：

与有源光缆同样的机制。

将有源铜缆贴近主机的一端称为主机端，贴近设备的一端称为设备端。主机端和设备端在电路结构和功能上完全相同，都包括发送端和接收端。

USB是一种双向通信，存在2个方向的信号流向，因2个方向的通信机制完全一样，所以本发明仅以主机传输给设备这一个方向作为示例说明。

主机端的发送端电路默认状态为无信号状态。无信号状态下，发送端的输出端将关闭AC信号通路。对于有源铜缆来说，可以通过将输出状态固定到共模电压点来实现。

主机端的发送端在输入端实时检测主机输入到有源铜缆的信号，如果检测到无信号状态，则内部电路恢复到无信号状态。如果输入的是高速信号或者低速信号，则内部电路切换为传输模式。传输模式会将接收到的信号通过一系列的放大、整型等操作，并最终通过铜缆进行传输。

设备端的接收端，默认状态同样为无信号状态。无信号状态下，接收端的输出端将关闭自身的AC信号通路，例如，将输出状态固定到共模电压点。

设备端的接收端会在输入端实时检测接收到的电信号。如果检测到无信号状态，则内部电路恢复到无信号状态。如果检测到高速信号（5Gbps/10Gbps），则进入直接传输模式，将接收到的信号通过一系列的放大、整型等操作，传输给设备。如果检测到低速信号，则进入代理模式，输出端不会输出实际接收到的信号，而是输出芯片内部的逻辑电路自动生成的低速信号。此时的逻辑电路部分，就充当了一个代理的角色，用自身产生的低速信号代替了主机端本来的低速信号。

综上，本发明针对发送或者接收的信号进行检测，检测输入信号是属于低速信号、高速信号还是无信号状态，根据上述三种不同的状态选择不同的发送或者接收方式。特别的，在无信号状态时，通过将输出状态固定到共模电压点（非光传输方案）或者关闭Imod驱动（光传输方案）等方法直接关闭自身输出端的AC信号通路；在低速信号时，在接收端直接用输出端口的逻辑电路自动生成低速信号并由输出接口输出，直到输入信号状态变化为止。因此，本发明排除了从低速信号切换到无信号状态时候，因检测时间造成的噪声输出，避免了发生违反USB协议的波形进而造成兼容性问题的可能。

显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上,可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

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 (8)

1.一种适用于USB协议的信号发送方法，包括如下步骤：

检测步骤S120:发送端对所接收的信号进行检测判断，如果是无信号状态，则进入到无信号步骤S130，如果是有信号状态，包括低速信号或者高速信号，则进入到发送信号步骤S140；

无信号步骤S130：直接关闭自身输出端的AC信号通路；

发送信号步骤S140：正常将信号传输到接收端。

2.根据权利要求1所述的信号发送方法，其特征在于：

在无信号步骤S130中，关闭自身输出端的AC信号通路，具体为，在有源光缆中关闭Imod驱动，在有源铜缆中将输出状态固定到共模电压点。

3.根据权利要求1所述的信号发送方法，其特征在于：

在方法的最初还具有初始步骤S110：使得发送端的默认状态为无信号状态。

4.一种适用于USB协议的信号接收方法，包括如下步骤：

检测步骤S220:接收端对所接收的信号进行检测判断，如果是无信号状态，则进入到无信号步骤S230，如果是低速信号，则进入到低速信号状态步骤S240，如果是高速信号，则进入到高速信号状态步骤S250；

无信号步骤S230：直接关闭自身输出端的AC信号通路；

低速信号状态步骤S240:将输出端口切换到代理电路，由代理电路自动生成低速信号并由输出端口输出；

高速信号状态步骤S250:正常进行信号的接收和传输。

5.根据权利要求4所述的信号发送方法，其特征在于：

在无信号步骤S230中直接关闭自身输出端的AC信号通路，具体为将输出状态固定到共模电压点。

6.根据权利要求4所述的信号发送方法，其特征在于：

所述代理电路能够由输出端口的逻辑电路充当。

7.根据权利要求4所述的信号发送方法，其特征在于：

在方法的最初还具有初始步骤S210：使得接收端的默认状态为无信号状态。

8.一种USB信号的传输方法，其特征在于：

发送端采用权利要求1-3中任一项所述的适用于USB协议的信号发送方法，

接收端采用权利要求4-7中任一项所述的适用于USB协议的信号接收方法。