CN112630903A - 一种基于Type-C接口的有源光缆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于Type‑C接口的有源光缆，包括位于线缆两端的接头、PD芯片、交叉矩阵开关、开关网络以及至少6根光纤，所述交叉矩阵开关分别与线缆两端的接头、PD芯片连接，被配置为根据PD芯片发出的I2C信号或电平信号切换接头的数据引脚的传输方向和/或传输通道；所述开关网络包括多个电源开关、多个模式开关，所述多个电源开关分别与PD芯片连接，以控制接头的电压；所述多个模式开关分别与PD芯片、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片调整线缆的传输模式。本发明通过开关网络、交叉矩阵开关、PD芯片实现了基于Type‑C接口的有源光缆的电路和光路方向切换、USB和DP的数据、供电的全功能切换，灵活性好、适配性强。

Description

一种基于Type-C接口的有源光缆
技术领域
本发明涉及Type-C线缆技术，尤其涉及一种基于Type-C接口的有源光光缆。
背景技术
有源光缆A0C(Active Optical Cable)主动式光纤缆线，也叫做带芯片的光缆。传统的数据中心互联主要是基于同轴电缆，A0C有源光缆与互联铜缆相比拥有许多显著的优势。比如在系统链路上的传输功率更低，重量仅为直连铜缆四分之一，体积约为铜缆的一半，并且在机房布线系统中具有更好的空气流动散热性，光缆的弯折半径比铜缆做得更小传输距离更远(可以达到100～300米)，且产品传输性能的误码率(BER，Bit Error Rate)也更优，可以达到10-15。与光收发模块相比，AOC有源光缆由于存在不外露的光接口，不存在光接口清洁和被污染的问题，系统稳定性和可靠性大大提升，并且降低机房维护成本。
USB Type-C协议支持功能扩展进入Alternate Mode，可以将A2/A3、A10/A11、B2/B3、B10/B11四对差分高速数据线，扩展成4*8.1Gb/s的DP 1.4信号，作为高清视频信号通道，而这4对信号通过光纤连接，因此，利用Type-C接口进行高清视频信号传输的光电混合数据线常被称之为“4光7电混合缆”，这“4光”就是DP0～DP3走的光纤，这“7电”就是VBUS、GND、D+、D-、CC、SUB1和SUB2走的电线或电缆。例如，VR眼镜与主机之间的连接会采用这种带有4路光路传输的光电混合数据线。又因为Type-C接口支持正反盲插，导致了作为Type-C从设备的VR眼镜之类的设备必须要能判断出其连接到Type-C主设备的连线，是否有反插，并作出相应的通道倒换的动作，以保证DP0～DP3这4路视频数据在合路之后的正确性。
而当Type-C接口作为上行接口时，下行设备除了上述传输高清视频信号外，还会接入例如键盘、鼠标、打印机等低速输入输出设备，这时需要对接入设备的电压、传输模式等多种模式下进行适配，以保证上行设备与下行设备的正常工作。
发明内容
本发明针对现有技术中的基于Type-C接口的有源光缆难以确定主从设备的数据传输方向(由数据源设备到数据接收设备的方向)以及不同应用场合下USB模式与DP模式的切换和适配问题，提供了一种基于Type-C接口的有源光缆。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于Type-C接口的有源光缆，包括位于线缆两端的接头、PD芯片、交叉矩阵开关、开关网络以及至少6根光纤，所述交叉矩阵开关分别与线缆两端的接头、PD芯片连接，被配置为根据PD芯片发出的I2C信号或电平信号切换接头的数据引脚的传输方向和/或传输通道；所述开关网络包括多个电源开关、多个模式开关，所述多个电源开关分别与PD芯片连接，以控制接头的电压；所述多个模式开关分别与PD芯片、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片调整线缆的传输模式。
在本发明的一个实施例中，所述多个电源开关包括第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关，所述第一电源开关分别与PD芯片、第一电压源连接，被配置为控制PD芯片的VDD引脚的电压；所述第二电源开关与PD芯片的Vcon1、Vcon2的引脚连接，被配置为控制PD芯片的Vcon1引脚、Vcon2引脚的电压；所述第三电源开关与PD芯片的CC1引脚连接。
进一步的，所述第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关均为1×2矩阵开关。优选的，所述第四电源开关为5×1矩阵开关。
在本发明的一个实施例中，所述多个模式开关包括第一模式开关、第二模式开关、第三模式开关、第四模式开关，所述第一模式开关，分别与第一电压源、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片的发出的控制信号切换接头的DP的工作模式；所述第二模式开关，分别与第一电压源、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片的发出的控制信号切换接头的USB的工作模式；所述第三模式开关，分别与第一电压源、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片的发出的控制信号控制第一模式开关、第二模式开关。
在上述的实施例中，所述交叉矩阵开关包括PIUSB31352交叉矩阵开关。
在上述的实施例中，所述PD芯片包括CYPD2103-DFN14芯片。
本发明的有益效果是：
1.因光纤传输的传统TypeC有源光缆只有4根光纤，只支持单一的传输模式，如只支持4lane DP信号的传输或1lane USB3.0信号或1laneUSB+2lane DP信号，而本发明的传输光缆包含6根光纤，可支持多种信号或多路信号的传输；能实现1lane USB3.0信号、4laneDP信号、1laneUSB+2lane DP信号等多种传输模式的自动检测和切换；
2.本发明集成CC信号检测芯片(PD芯片)切换开关，以实现多种模式的自动检测和切换。
附图说明
图1为本发明的一些实施例中的基于Type-C接口的有源光缆的基本结构原理图；
图2为本发明的一些实施例中的基于Type-C接口的有源光缆的具体结构原理图；
图3为本发明的一些实施例中的基于Type-C接口的有源光缆作为发射端的电路原理图；
图4为本发明的一些实施例中的基于Type-C接口的有源光缆作为接收端的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。
参考图1与图2，一种基于Type-C接口的有源光缆，包括位于线缆两端的接头、PD芯片、交叉矩阵开关、开关网络以及至少6根光纤，所述交叉矩阵开关分别与线缆两端的接头、PD芯片连接，被配置为根据PD芯片发出的I2C信号或电平信号切换接头的数据引脚的传输方向和/或传输通道；所述开关网络包括多个电源开关、多个模式开关，所述多个电源开关分别与PD芯片连接，以控制接头的电压；所述多个模式开关分别与PD芯片、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片调整线缆的传输模式。
具体地，图1中的PDcontroller、Switch的组合通过PD芯片、交叉矩阵开关、开关网络共同实现，交叉矩阵开关(图1中的switch或图2中的Type-c switch)的数据引脚与分别与线缆两端的接头连接，通过交叉矩阵开关上的Mode引脚(Mode、Mode1、A0)连接PD芯片，实现DP单路模式、DP多路模式、USB模式之间的切换；通过PD芯片上的CTL0、CTL1、CTL2引脚向连接的交叉矩阵开关发出不同的时钟信号，以实现数据传输速度或方向上的切换。4laneDP信号通过交叉矩阵开关与插头引脚的DP0-DP3、TX-RX的传输方向和/或通道实现。
参考图3，为了便于PD芯片对接头的各个引脚进行同步控制，在本发明的一个实施例中，所述多个电源开关包括第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关，所述第一电源开关分别与PD芯片、第一电压源连接，被配置为控制PD芯片的VDD引脚的电压；所述第二电源开关与PD芯片的Vcon1、Vcon2的引脚连接，被配置为控制PD芯片的Vcon1引脚、Vcon2引脚的电压；所述第三电源开关与PD芯片的CC1引脚连接。进一步的，所述第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关均为1×2矩阵开关。优选的，所述第四电源开关为5×1矩阵开关。
具体地，上述第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关、所述第四电源开关对应于图3中的矩阵开关P4、矩阵开关P5、矩阵开关P12、矩阵开关P13。
参考图3，为实现基于Type-C接口的有源光缆的不同工作模式切换，在本发明的一个实施例中，所述多个模式开关包括第一模式开关、第二模式开关、第三模式开关、第四模式开关，所述第一模式开关，分别与第一电压源、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片的发出的控制信号切换接头的DP的工作模式；所述第二模式开关，分别与第一电压源、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片的发出的控制信号切换接头的USB的工作模式；所述第三模式开关，分别与第一电压源、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片的发出的控制信号控制第一模式开关、第二模式开关。
可以理解，本发明中的第一电压源的电压为+3.3V，对应于低电平；第二电压源的电压为+5V，对应于高电平。
进一步的，在本发明的一个实施例中，所述第一模式开关、第二模式开关、第三模式开关均为2×2矩阵开关。具体地，上述第一模式开关、第二模式开关、第三模式开关、第四模块开关分别对应于图3中的P7、P9、P10、P13。
可以理解，在本发明的一些实施例中，利用上述矩阵开关P1-P15所在电路的位置可作为测试点，通过在测试点上设置相关的误码仪、光源、信号源等测试仪器连接，即可实现电路、光路、传输、电压等方面的测试。
参考图4，作为接收端，在图3示出的电路原理图基础上将线缆两端接头的方向对调，其余部分保持不变即可实现接收端的相关功能。此外，图4的右上角示出了通过矩阵开关P1实现Vconn引脚端的电压控制及保护(F1为保险丝)；左下角示出了通过矩阵开关P14和开关电源SY8201芯片实现Vconn引脚端的电压调节。
作为优选，在上述的实施例中，所述交叉矩阵开关包括但不限于PI公司的(PowerIntegraTIons)PIUSB31352交叉矩阵开关。所述PD芯片包括但不限于CYPRESS公司的(赛普拉斯)CYPD2103-DFN14芯片。
需要说明的是，PI3USB31532为一款差分通道双向矩阵交叉开关，该开关将一个USB 3.1 Gen1/Gen2通道、一个USB 3.1 Gen1/Gen2通道和两个DP1.2/1.4通道或四个DP1.2/DP1.4通道复用于一个USB Type-C连接器。此外，AUX/HPD通道也复用到Type-C连接器上，具有用于高速信号和低功率耗散的出色的信号完整性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置的实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例中方案的目的。另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于Type-C接口的有源光缆，包括位于线缆两端的接头，其特征在于，还包括PD芯片、交叉矩阵开关、开关网络以及至少6根光纤，
所述交叉矩阵开关分别与线缆两端的接头、PD芯片连接，被配置为根据PD芯片发出的I2C信号或电平信号切换接头的数据引脚的传输方向和/或传输通道；
所述开关网络包括多个电源开关、多个模式开关，所述多个电源开关分别与PD芯片连接，以控制接头的电压；所述多个模式开关分别与PD芯片、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片调整线缆的传输模式。
2.根据权利要求1所述的基于Type-C接口的有源光缆，其特征在于，所述多个电源开关包括第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关，
所述第一电源开关分别与PD芯片、第一电压源连接，被配置为控制PD芯片的VDD引脚的电压；
所述第二电源开关与PD芯片的Vcon1、Vcon2的引脚连接，被配置为控制PD芯片的Vcon1引脚、Vcon2引脚的电压；
所述第三电源开关与PD芯片的CC1引脚连接。
3.根据权利要求2所述的基于Type-C接口的有源光缆，其特征在于，所述第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关均为1×2矩阵开关。
4.根据权利要求2所述的基于Type-C接口的有源光缆，其特征在于，所述第四电源开关为5×1矩阵开关。
5.根据权利要求1所述的基于Type-C接口的有源光缆，其特征在于，所述多个模式开关包括第一模式开关、第二模式开关、第三模式开关、第四模式开关，
所述第一模式开关，分别与第一电压源、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片的发出的控制信号切换接头的DP的工作模式；
所述第二模式开关，分别与第一电压源、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片的发出的控制信号切换接头的USB的工作模式；
所述第三模式开关，分别与第一电压源、交叉矩阵开关连接，被配置为根据PD芯片的发出的控制信号控制第一模式开关、第二模式开关。
6.根据权利要求1-5中任一所述的基于Type-C接口的有源光缆，其特征在于，所述交叉矩阵开关包括PIUSB31352交叉矩阵开关。
7.根据权利要求1-5中任一所述的基于Type-C接口的有源光缆，其特征在于，所述PD芯片包括CYPD2103-DFN14芯片。
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