CN110955622A - 数据传输装置及usb光纤延长器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数据传输技术领域，具体地涉及一种数据传输装置及USB光纤延长器，应用于数据传输技术领域，装置包括：第一通用串行总线USB接口模块、第一数据转发模块和第一光纤接口模块；第一数据转发模块连接第一USB接口模块和第一光纤接口模块；第一数据传输装置通过第一USB接口模块连接主机侧设备；第一USB接口模块用于接收主机侧设备发送的数据信号并将其发送至第一数据转发模块；第一数据转发模块用于将数据信号进行处理后，转发至第一光纤接口模块，第一光纤接口模块连接光纤，用于将处理后的数据信号通过光纤进行远距离传输。

Description

数据传输装置及USB光纤延长器
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域，更具体地，涉及一种数据传输装置及USB光纤延长器。
背景技术
现如今通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)设备被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，但是由于USB设备与USB主机之间传输数据的距离较短(一般在5m以内)，因此现有的USB设备只能在距离USB主机较短的距离内使用，使用条件受到短距离的限制。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种提供数据传输装置及USB光纤延长器。用以解决现有技术中USB设备只能在距离USB主机较短的距离内使用，使用条件受到短距离的限制的问题。
本发明采取的技术方案是，提供一种第一数据传输装置，包括：第一通用串行总线USB接口模块、第一数据转发模块和第一光纤接口模块；所述第一数据转发模块连接所述第一USB接口模块和所述第一光纤接口模块；所述第一数据传输装置通过所述第一USB接口模块连接主机侧设备；
所述第一USB接口模块用于接收所述主机侧设备发送的数据信号并将其发送至所述第一数据转发模块；所述第一数据转发模块用于将所述数据信号进行处理后，转发至所述第一光纤接口模块，所述第一光纤接口模块连接光纤，用于将所述处理后的数据信号通过光纤进行远距离传输。
在本发明中，第一数据传输装置通过第一USB接口模块连接主机侧设备，这样主机侧设备可以将数据信号通过第一USB接口模块传输给第一数据传输装置，第一数据传输装置通过第一数据转发模块将接收到的数据信号发送给第一光纤接口模块，第一光纤接口模块可以通过其连接的光纤将数据信号进行远距离传输，这样USB设备就可以在距离该主机侧设备较远的地方也可以使用，使用条件不再受到短距离的限制。
本发明还提供一种第二数据传输装置，包括：第二USB接口模块、第二数据转发模块和第二光纤接口模块；所述第二数据转发模块连接所述第二USB接口模块和所述第二光纤接口模块；所述第二数据传输装置通过所述第二USB接口模块连接终端侧设备；
所述第二光纤接口模块连接光纤，所述第二光纤接口模块用于通过光纤接收远距离传输的数据信号；所述第二数据转发模块用于将所述数据信号进行处理后，转发至所述第二USB接口模块；所述第二USB接口模块用于将所述处理后的数据信号发送至于所述第二USB接口模块连接的终端侧设备。
在本发明中，第二光纤接口模块可以通过光纤接收远距离传输的数据信号，并将数据信号经第二数据转发模块处理后，转发至与第二USB接口模块连接的终端侧设备，以实现远距离的接收数据信号至终端侧设备。这样USB设备的使用条件不再受到短距离的限制，实现远距离的数据传输。
本发明还一种USB光纤延长器，包括：如上述所述的第一数据传输装置，以及上述所述的第二数据传输装置，所述第一数据传输装置与所述第二数据传输装置之间通过光纤连接。
本发明的USB光纤延长器通过光纤连接上述实施例1的第一数据传输装置和实施例2的第二数据传输装置，这样可以实现将与第一数据传输装置连接的主机侧设备的数据信号传输至与所述第二数据传输装置连接的终端侧设备，从而实现USB数据的远距离传输。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种第一数据传输装置的结构示意图一。
图2是本发明实施例提供的一种第一数据传输装置的结构示意图二。
图3是本发明实施例提供的一种第一数据传输装置的结构示意图三。
图4是本发明实施例提供的一种第一数据传输装置的结构示意图四。
图5是本发明实施例提供的一种第一数据传输装置的结构示意图五。
图6是本发明实施例提供的一种第一数据传输装置的结构示意图六。
图7是本发明实施例提供的一种第一数据传输装置的结构示意图七。
图8是本发明实施例提供的一种第二数据传输装置的结构示意图一。
图9是本发明实施例提供的一种第二数据传输装置的结构示意图二。
图10是本发明实施例提供的一种第二数据传输装置的结构示意图三。
图11是本发明实施例提供的一种第二数据传输装置的结构示意图四。
图12是本发明实施例提供的一种第二数据传输装置的结构示意图五。
图13是本发明实施例提供的一种第二数据传输装置的结构示意图六。
图14是本发明实施例提供的一种第二数据传输装置的结构示意图七。
图15是本发明实施例提供的一种USB光纤延长器的结构示意图。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明提供一种USB光纤延长器，该USB光纤延长器需要本实施例中所介绍的第一数据传输装置和第二数据传输装置这两个设备配合使用，下面将结合实施例1和实施例2分别介绍第一数据传输装置和第二数据传输装置。
实施例1
如图1所示，本发明的实施例1提供一种第一数据传输装置，包括：第一通用串行总线USB接口模块11、第一数据转发模块12和第一光纤接口模块13；第一数据转发模块12连接第一USB接口模块11和第一光纤接口模块13；第一数据传输装置通过第一USB接口模块11连接主机侧设备01(图1中主机侧设备01表示为PC)；
第一USB接口模块11用于接收主机侧设备01发送的数据信号并将其发送至第一数据转发模块12；
第一数据转发模块12用于将数据信号进行处理后，转发至第一光纤接口模块13，第一光纤接口模块13连接光纤，用于将处理后的数据信号通过光纤进行远距离传输。
其中，第一USB接口模块和所述主机侧设备可以通过线缆连接。
通常USB接口可以包括USB Type-A，USB Type-B和USB Type-C这三种。在本实施例中，主机侧设备具体可以通过USB TYPE_A转USB TYPE_B线缆与第一数据传输装置连接。
在具体实施过程中，上述主机侧设备可以为个人计算机(Personal Computer，PC)、笔记本电脑等设备。
在具体实施过程中，上述第一数据传输装置与主机侧设备相连接，其相当于从设备(也称为：device设备)，通常我们可以将这类设备称为UP端。
本发明实施例中，第一数据传输装置通过第一USB接口模块连接主机侧设备，这样主机侧设备可以将数据信号通过第一USB接口模块传输给第一数据传输装置，第一数据传输装置通过第一数据转发模块将接收到的数据信号发送给第一光纤接口模块，第一光纤接口模块可以通过其连接的光纤将数据信号进行远距离传输，这样USB设备就可以在距离该主机侧设备较远的地方也可以使用，使用条件不再受到短距离的限制，实现远距离的数据传输。
在一种可选的实施方式中，结合图1和2所示，第一USB接口模块11包括USB3.0Type-B接口111，第一光纤接口模块13包括第一光口131；
第一数据转发模块12包括信号增强器121，信号增强器121连接USB 3.0Type-B接口111和第一光口131；
若数据信号为USB 3.0数据信号，信号增强器121用于将USB 3.0Type-B接口111接收的数据信号进行信号增强处理后，透传至第一光口131。
本实施例中所涉及到的光口是指光纤接口，具体地可以为SFP(Small Form-factor Pluggables)光口，也可以为SFP+光口。
其中，上述USB 3.0Type-B接口为USB Type-B接口中的一种。通常USB 3.0Type-B接口只能在3米之内传输数据，而在本实施例中，使用USB 3.0透传技术，速率可达5Gbps，通过光纤远距离传输数据能够达到上百米甚至上千米。
图2所示的第一数据传输装置可以通过信号增强器将USB 3.0数据信号进行透传至连接的第一光口，这样可以通过第三光口连接的光纤将USB 3.0数据信号远距离传输出去。
在一种可选的实施方式中，结合图1和图3所示，第一USB接口模块11包括USB3.0Type-B接口111，第一光纤接口模块13包括第一光口131；
第一数据转发模块12包括高速USB控制器122和可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)123，USB 3.0Type-B接口111连接高速USB控制器122，高速USB控制器122连接FPGA(123)，FPGA(123)连接第一光口131；
若数据信号为USB 3.0数据信号，高速USB控制器122用于将USB 3.0Type-B接口111接收到的数据信号解析为32位的并行数据，并发送至FPGA(123)，FPGA(123)用于将解析后的32位的并行数据转换为串行数据信号，并发送至第一光口131。
具体地，FPGA可以将32位的并行数据转化为串行的serdes信号。其中，serdes是一种主流的时分多路复用、点对点的串行通信技术。即在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过传输媒体(光缆或铜线)，最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。这种点对点的串行通信技术充分利用传输媒体的信道容量，减少所需的传输信道和器件引脚数目，提升信号的传输速度，从而大大降低通信成本。
在一种可选的实施方式中，结合图2或图3和图4或图5所示，第一数据转发模块12还包括延长控制器124和光纤端口物理层(Port Physical Layer，PHY)芯片125；第一光纤接口模块13还包括第二光口132；
USB 3.0Type-B接口111还连接延长控制器124，延长控制器124连接光纤PHY芯片125，光纤PHY芯片125连接第二光口132；
若数据信号为USB 2.0数据，延长控制器124用于将USB 3.0Type-B接口111接收到的数据信号转化为吉比特介质独立接口(Reduced Gigabit Media IndependentInterface，RGMII)信号，并将RGMII信号发送至光纤PHY芯片125；光纤PHY芯片125用于将RGMII信号转化为串行数据信号，并将串行数据信号发送至第二光口132。
在实际应用中，USB 3.0Type-B接口可以向下兼容USB 2.0数据或者USB1.1的数据，这样也可以通过上述USB 3.0Type-B接口接收主机侧设备发送的数据信号，并进行远距离传输。
在一种可选的实施方式中，结合图4或图5和图6或图7所示，第一USB接口模块11还包括USB 2.0Type-B接口112；
第一数据转发模块12还包括：二选一切换模块126，二选一切换模块126连接USB3.0Type-B接口111、USB 2.0Type-B接口112和延长控制器124；
二选一切换模块126用于将USB 3.0Type-B接口111与延长控制器124连接，或者将USB 2.0Type-B接口111与延长控制器124连接；
在二选一切换模块126将USB 3.0Type-B接口111与延长控制器124连接时，延长控制器124用于将USB 3.0Type-B接口111接收到的数据信号转化为RGMII信号，并将RGMII信号发送至光纤PHY芯片125；
在二选一切换模块126将USB 2.0Type-B接口112与延长控制器124连接时，延长控制器124用于将USB 2.0Type-B接口112接收到的数据信号转化为RGMII信号，并将RGMII信号发送至光纤PHY芯片125。
在本实施例中，USB 3.0Type-B接口111与二选一切换模块126之间，以及USB2.0Type-B接口112与二选一切换模块126之间均可以通过一对差分信号线连接，(其中，可以包括差分信号D+，D-)。USB 3.0Type-B接口111与信号增强器121之间(如图6中所示)或者USB 3.0Type-B接口111与延长控制器124之间(如图7中所示)，可以通过两对差分信号线连接(其中，可以包括差分信号SSTX+，SSTX-，SSRX+，SSRX-)。
在本实施例中，设置了单独的USB 2.0Type-B接口和可以兼容USB 2.0数据的USB3.0Type-B接口，并通过二选一切换模块将这两个接口连接至延长控制器，如此可以通过两条不同通路(USB 2.0Type-B接口与延长控制器连接后组成的通路，以及USB 3.0Type-B接口与延长控制器连接后组成的通路)来传输USB 2.0数据。
实施例2
如图8所示，本发明还提供一种第二数据传输装置，包括：第二通用串行总线USB接口模块21、第二数据转发模块22和第二光纤接口模块23；第二数据转发模块22连接第二USB接口模块21和第二光纤接口模块23；第二数据传输装置通过第二USB接口模块21连接终端侧设备02。
第二光纤接口模块23连接光纤，第二光纤接口模块23通过光纤接收远距离传输的数据信号；第二数据转发模块22将数据信号进行处理后，转发至第二USB接口模块21；第二USB接口模块21用于将处理后的数据信号发送至于第二USB接口模块21连接的终端侧设备02。
其中，上述终端侧设备可以为U盘、摄像头和手机等设备。
在本实施例中，上述第二数据传输装置与终端侧设备相连接，其相当于主设备(也称为：Host设备)，通常我们可以将这类设备称为Down端。
本实施例的第二光纤接口模块可以通过光纤接收远距离传输的数据信号，并将数据信号经第二数据转发模块222处理后，转发至与第二USB接口模块连接的终端侧设备，以实现远距离的接收数据信号至终端侧设备。这样USB设备的使用条件不再受到短距离的限制，实现远距离的数据传输。
在一种可选的实施方式中，结合图8和图9所示，第二USB接口模块21包括USB3.0Type-A接口211，第二光纤接口模块23包括第三光口231；
第二数据转发模块22包括：信号增强器221，信号增强器221连接USB 3.0Type-A接口211和第三光口231；
若数据信号为USB 3.0数据信号，信号增强器用于将第三光口231接收的数据信号进行信号增强处理后，透传至USB 3.0Type-A接口211。
本实施例的第二数据传输装置可通过信号增强器将USB 3.0数据信号进行透传至连接的第三光口，这样可以通过第三光口连接的光纤将USB 3.0数据信号远距离传输出去。
在一种可选的实施方式中，结合图8和图10所示，第二USB接口模块21包括USB3.0Type-A接口211，第二光纤接口23包括第三光口231；
第二数据转发模块22包括高速USB控制器222和FPGA(223)，USB 3.0Type-A接口211连接高速USB控制器222，高速USB控制器222连接FPGA(223)，FPGA(223)连接第三光口231；
第三光口231用于将接收到的数据信号转换为串行数据信号，并发送至FPGA(223)；FPGA(223)用于将串行数据信号转化为32位的并行数据信号，并发送至高速USB控制器222，高速USB控制器222用于将32位的并行数据信号进行编码得到USB 3.0数据信号后，发送至USB 3.0Type-A接口211。
在一种可选的实施方式中，结合图9或图10和图11或图12所示，第二数据转发模块22还包括延长控制器224和光纤端口物理层PHY芯片225；第二光纤接口模块23还包括第四光口232；
USB 3.0Type-A接口211还连接延长控制器224，延长控制器224连接光纤PHY芯片225，光纤PHY芯片225连接第四光口232；
光纤PHY芯片225用于将第四光口232接收到的数据信号转换为RGMII信号，并将RGMII信号发送至延长控制器224，延长控制器224用于将RGMII信号转化为USB 3.0数据信号，并发送至USB 3.0Type-A接口211。
本实施例的USB 3.0Type-A接口可以向下兼容USB 2.0数据或者USB1.1的数据，这样也可以通过上述USB 3.0Type-A接口向终端侧设备发送数据信号，实现远距离传输。
在一种可选的实施方式中，结合图11或图12和图13或图14所示，第二USB接口模块21还包括USB 2.0Type-A接口212；
第一数据转发模块22还包括集线器(英文缩写：HUB)226，HUB(226)连接USB3.0Type-A接口211、USB 2.0Type-A接口212和延长控制器224；
在集线器226用于将USB 3.0Type-A接口211与延长控制器224连接，或者将USB2.0Type-A接口212与延长控制器224连接；
在集线器226将USB 3.0Type-A接口211与延长控制器224连接时，延长控制器224用于将RGMII信号转化USB 3.0数据信号，并发送至USB 3.0Type-A接口；
在集线器226将USB 2.0Type-B接口与延长控制器224连接时，延长控制器224用于将RGMII信号转化USB 2.0数据信号，并发送至USB 2.0Type-A接口。
本实施例的USB 3.0Type-A接口211与集线器226之间，以及USB 2.0Type-A接口212与集线器226之间均可以通过一对差分信号线(其中，可以包括差分信号D+，D-)连接。USB 3.0Type-A接口211与信号增强器221之间(如图13中所示)或者USB 3.0Type-A接口211与延长控制器224之间(如图14中所示)，可以通过两对差分信号线连接(其中，可以包括差分信号SSTX+，SSTX-，SSRX+，SSRX-)。
本实施例设置了单独的USB 2.0Type-A接口和可以兼容USB 2.0数据的USB3.0Type-A接口，并通过集线器将这两个接口连接至延长控制器，如此可以通过两条不同通路(USB 2.0Type-A接口与延长控制器连接后组成的通路，以及USB 3.0Type-A接口与延长控制器连接后组成的通路)来传输USB 2.0数据。
实施例3
本发明在实施例1和实施例2的基础上，还提供一种USB光纤延长器，包括：如实施例1中的任一种第一数据传输装置，以及如实施例2中的任一种第二数据传输装置，第一数据传输装置与第二数据传输装置之间通过光纤连接。如图15所示，为一种USB光纤延长器的可能的结构示意图。
本实施施例的USB光纤延长器通过光纤连接上述实施例1的第一数据传输装置和实施例2的第二数据传输装置，这样可以实现将与第一数据传输装置连接的主机侧设备的数据信号传输至与所述第二数据传输装置连接的终端侧设备，从而实现USB数据的远距离传输。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种第一数据传输装置，其特征在于，包括：第一通用串行总线USB接口模块、第一数据转发模块和第一光纤接口模块；所述第一数据转发模块连接所述第一USB接口模块和所述第一光纤接口模块；所述第一数据传输装置通过所述第一USB接口模块连接主机侧设备；
所述第一USB接口模块用于接收所述主机侧设备发送的数据信号并将其发送至所述第一数据转发模块；所述第一数据转发模块用于将所述数据信号进行处理后，转发至所述第一光纤接口模块，所述第一光纤接口模块连接光纤，用于将所述处理后的数据信号通过光纤进行远距离传输。
2.根据权利要求1所述的第一数据传输装置，其特征在于，所述第一USB接口模块包括USB3.0Type-B接口，所述第一光纤接口模块包括第一光口；
所述第一数据转发模块包括信号增强器，所述信号增强器连接所述USB 3.0Type-B接口和所述第一光口；
若所述数据信号为USB 3.0数据信号，所述信号增强器用于将所述USB 3.0Type-B接口接收的所述数据信号进行信号增强处理后，透传至所述第一光口。
3.根据权利要求1所述的第一数据传输装置，其特征在于，所述第一USB接口模块包括USB3.0Type-B接口，所述第一光纤接口模块包括第一光口；
所述第一数据转发模块包括高速USB控制器和可编程逻辑门阵列FPGA，所述USB3.0Type-B接口连接所述高速USB控制器，所述高速USB控制器连接所述FPGA，所述FPGA连接所述第一光口；
若所述数据信号为USB 3.0数据信号，所述高速USB控制器用于将所述USB 3.0Type-B接口接收到的所述数据信号解析为32位的并行数据，并发送至所述FPGA，所述FPGA用于将所述解析后的32位的并行数据转换为串行数据信号，并发送至所述第二光口。
4.根据权利要求2或3所述的第一数据传输装置，其特征在于，所述第一数据转发模块还包括延长控制器和光纤端口物理层PHY芯片；所述第一光纤接口模块还包括第二光口；
所述USB 3.0Type-B接口还连接所述延长控制器，所述延长控制器连接所述光纤PHY芯片，所述光纤PHY芯片连接所述第二光口；
若所述数据信号为USB 2.0数据，所述延长控制器用于将所述USB 3.0Type-B接口接收到的所述数据信号转化为吉比特介质独立接口RGMII信号，并将所述RGMII信号发送至所述光纤PHY芯片；所述光纤PHY芯片用于将所述RGMII信号转化为串行数据信号，并将所述串行数据信号发送至所述第二光口。
5.根据权利要求4所述的第一数据传输装置，其特征在于，所述第一USB接口模块还包括USB 2.0Type-B接口；
所述第一数据转发模块还包括二选一切换模块，所述二选一切换模块连接所述USB3.0Type-B接口、USB 2.0Type-B接口和所述延长控制器；
所述二选一切换模块用于将所述USB 3.0Type-B接口与所述延长控制器连接，或者将所述USB 2.0Type-B接口与所述延长控制器连接；
在所述二选一切换模块将所述USB 3.0Type-B接口与所述延长控制器连接时，所述延长控制器用于将所述USB 3.0Type-B接口接收到的所述数据信号转化为RGMII信号，并将所述RGMII信号发送至所述光纤PHY芯片；
在所述二选一切换模块将所述USB 2.0Type-B接口与所述延长控制器连接时，所述延长控制器用于将所述USB 2.0Type-B接口接收到的所述数据信号转化为RGMII信号，并将所述RGMII信号发送至所述光纤PHY芯片。
6.一种第二数据传输装置，其特征在于，包括：第二USB接口模块、第二数据转发模块和第二光纤接口模块；所述第二数据转发模块连接所述第二USB接口模块和所述第二光纤接口模块；所述第二数据传输装置通过所述第二USB接口模块连接终端侧设备；
所述第二光纤接口模块连接光纤，所述第二光纤接口模块用于通过光纤接收远距离传输的数据信号；
所述第二数据转发模块用于将所述数据信号进行处理后，转发至所述第二USB接口模块；
所述第二USB接口模块用于将所述处理后的数据信号发送至于所述第二USB接口模块连接的终端侧设备。
7.根据权利要求6所述的第二数据传输装置，其特征在于，所述第二USB接口模块包括USB3.0Type-A接口，所述第二光纤接口模块包括第三光口；
所述第二数据转发模块包括信号增强器，所述信号增强器连接所述USB 3.0Type-B接口和所述第三光口；
若所述数据信号为USB 3.0数据信号，所述信号增强器用于将所述第三光口接收的所述数据信号进行信号增强处理后，透传至所述USB 3.0Type-A接口。
8.根据权利要求6所述的第二数据传输装置，其特征在于，所述第二USB接口包括USB3.0Type-A接口，所述第二光纤接口模块包括第三光口；
所述第二数据转发模块包括高速USB控制器和FPGA，所述USB 3.0Type-B接口连接所述高速USB控制器，所述高速USB控制器连接所述FPGA，所述FPGA连接所述第三光口；
所述第三光口用于将接收到的所述数据信号转换为串行数据信号，并发送至所述FPGA；
所述FPGA用于将所述串行数据信号转化为32位的并行数据信号，并发送至所述高速USB控制器，所述高速USB控制器用于将所述32位的并行数据信号进行编码得到USB 3.0数据信号后，发送至所述USB 3.0Type-A接口。
9.根据权利要求2或3所述的第二数据传输装置，其特征在于，所述第二数据转发模块还包括延长控制器和光纤端口物理层PHY芯片；所述第二光纤接口模块还包括第四光口；
所述USB 3.0Type-A接口还连接所述延长控制器，所述延长控制器连接所述光纤PHY芯片，所述光纤PHY芯片连接所述第四光口；
所述光纤PHY芯片用于将所述第四光口接收到的数据信号转换为RGMII信号，并将所述RGMII信号发送至所述延长控制器，所述延长控制器用于将所述RGMII信号转化为USB3.0数据信号，并发送至所述USB 3.0Type-A接口。
10.一种USB光纤延长器，其特征在于，包括：如权利要求1至5任一项所述的第一数据传输装置，以及如权利要求6至9任一项所述的第二数据传输装置，所述第一数据传输装置与所述第二数据传输装置之间通过光纤连接。
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