CN114204367A - 一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用SFP模块通信的USB Type‑C全功能转接装置，包括在光电混合缆两端对称设置的两个Type‑C接口，每个所述Type‑C接口上均设有SFP连接座，所述SFP连接座可对应安装多种SFP模组，两个Type‑C接口上的SFP模组通过光电混合缆中的光纤连接形成高速通道，两个所述Type‑C接口之间的低速通道通过光电混合缆中的电缆连接。本发明的转接装置使用方便快捷、数据传输高效、抗扰性强、运用灵活、兼容各种方案的SFP光模块，便于TypeC AOC的光电转换方案的选型开发验证。
Description
技术领域
本发明涉及光电通信技术领域，具体涉及一种采用SFP模块通信的USBType-C全功能转接装置。
背景技术
随着现代通信技术不断发展，光通信技术成为构建现代通信网络的主流，光通信不仅在通信网络、数据中心等专业领域占据主导，并不断开始向消费类视频数据领域延伸，逐渐替代Display port、HDMI及USB等传统的视频数据电缆。因此，有必要设计一款装置，将电信号传输与光通信结合起来，提高通信效率。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置，其具有高速光通信通道以及低速电信号传输通道，实现了更快的数据传输功能以及更优秀的防干扰效果，信号传输受线缆长度的影响更小，相比于传统的电缆通信，能实现更远距离的通信。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置，包括在光电混合缆两端对称设置的两个Type-C接口，每个所述Type-C接口上均设有SFP连接座，所述SFP连接座可对应安装多种SFP模组，两个Type-C接口上的SFP模组通过光电混合缆中的光纤连接形成高速通道，两个所述Type-C接口之间的低速通道通过光电混合缆中的电缆连接。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述Type-C接口上设有DC/DC降压稳压电路，所述DC/DC降压稳压电路包括电源芯片U1、电容C1～4、电感L1和电阻R1～2，所述电源芯片U1的IN引脚通过Type-C接口的VCON引脚连接外部电源、且通过电容C1连接Type-C接口的接地端GND，电源芯片U1的EN引脚与IN引脚短接，电源芯片U1的GND引脚连接Type-C接口的接地端GND，电源芯片U1的LX引脚与电源芯片U1的BS引脚之间并联电容C2，电源芯片U1的LX引脚连接电感L1的一端，电感L1的另一端作为DC/DC降压稳压电路的输出端，DC/DC降压稳压电路的输出端通过一组串联的分压电阻R1和R2连接Type-C接口的接地端GND，电阻R1和R2的公共端连接电源芯片U1的FB引脚，电容C3两端分别连接DC/DC降压稳压电路的输出端与电源芯片U1的FB引脚，DC/DC降压稳压电路的输出端通过电容C4连接Type-C接口的接地端GND。
进一步，所述Type-C接口包括两组高速差分信号发送端和两组高速差分信号接收端，每个所述SFP模组各包括两个高速信号发送通道和两个高速信号接收通道，所述高速信号发送通道包括驱动器和激光器，每个所述驱动器的输入端对应连接Type-C接口的一组高速差分信号发送端、所述驱动器的输出端连接激光器的电信号输入端，所述激光器与光纤耦合；所述高速信号接收通道包括放大器和光电探测器，所述光电探测器与光纤耦合，所述光电探测器的电信号输出端连接放大器的输入端，所述放大器的输出端对应连接Type-C接口的一组高速差分信号接收端；每个所述SFP模组的激光器通过光纤与另一个SFP模组的光电探测器通信连接。
进一步，所述SFP连接座包括并排设置的两个SFP连接子座，每个所述SFP连接子座一端与所述Type-C接口的一组高速差分信号发送端以及高速差分信号接收端对应连接，每个所述SFP连接子座的另一端和SFP模组的高速信号发送通道以及高速信号接收通道对应连接。
进一步，所述Type-C接口包括协议配置电路，所述协议配置电路包括共模阻抗配置电路，所述共模阻抗配置电路包括电阻R3～R10和电容C14～C21，电阻R3、电阻R5、电阻R7和电阻R9的一端分别连接工作电源，电阻R3的另一端与电阻R4串联后连接Type-C接口的接地端GND，电阻R3与电阻R4的公共端连接Type-C接口的高速差分信号发送端TX1+，Type-C接口的高速差分信号发送端TX1+与SFP模组的高速差分信号发送端SSTX1+分别连接电容C14的两端；电阻R5的另一端与电阻R6串联后连接Type-C接口的接地端GND，电阻R5与电阻R6的公共端连接Type-C接口的高速差分信号发送端TX1-，Type-C接口的高速差分信号发送端TX1-与SFP模组的高速差分信号发送端SSTX1-分别连接电容C15的两端；电阻R7的另一端与电阻R8串联后连接Type-C接口的接地端GND，电阻R7与电阻R8的公共端连接Type-C接口的高速差分信号发送端TX2+，Type-C接口的高速差分信号发送端TX2+与SFP模组的高速差分信号发送端SSTX2+分别连接电容C16的两端；电阻R9的另一端与电阻R10串联后连接Type-C接口的接地端GND，电阻R9与电阻R10的公共端连接Type-C接口的高速差分信号发送端TX2-，Type-C接口的高速差分信号发送端TX2-与SFP模组的高速差分信号发送端SSTX2-分别连接电容C17的两端；Type-C接口的高速差分信号接收端RX1+与SFP模组的高速差分信号发送端SSRX1+分别连接电容C18的两端；Type-C接口的高速差分信号接收端RX1-与SFP模组的高速差分信号发送端SSRX1-分别连接电容C19的两端；Type-C接口的高速差分信号接收端RX2+与SFP模组的高速差分信号发送端SSRX2+分别连接电容C20的两端；Type-C接口的高速差分信号接收端RX2-与SFP模组的高速差分信号发送端SSRX2-分别连接电容C21的两端。
进一步，所述协议配置电路还包括E-marker芯片U2，所述E-marker芯片U2的电源引脚VCON连接Type-C接口的VCON引脚，所述E-marker芯片U2通过Type-C接口的VCON引脚从主机取电；所述E-marker芯片U2的PD通信引脚CC连接Type-C接口的CC引脚，所述E-marker芯片U2通过Type-C接口的CC引脚与主机通信。
进一步，所述协议配置电路还包括E-marker芯片U3，所述E-marker芯片U3的电源引脚VCON与E-marker芯片U2的电源引脚VCON连接，所述E-marker芯片U3的PD通信引脚CC与E-marker芯片U2的PD通信引脚CC连接。
进一步，所述Type-C接口包括低速差分信号收发端D+/-以及辅助输出端SUB1/SUB2，两个Type-C接口的低速差分信号收发端D+/-和辅助输出端SUB1/SUB2分别通过电缆一一对应通信连接。
进一步，两个所述Type-C接口的电源总线VBUS以及接地端GND分别通过电缆一一对应连接。
本发明的有益效果是：本发明的转接装置将高速信号通过SFP模块和光纤转换为光信号进行传输，将传输速度要求相对较低的低速信号仍然通过电缆传输，集成了USB协议设计，可通过对应的通道匹配对接后达到USB Type-C的包括USB数据传输、视频传输、快速充电、Thunderbort3等全部功能。其使用方便快捷、数据传输高效、抗扰性强、运用灵活、兼容各种方案的SFP光模块，便于TypeC AOC的光电转换方案的选型开发验证。
附图说明
图1为本发明整体结构原理图；
图2为本发明DC/DC降压稳压电路图；
图3为本发明Type-C接口接线图；
图4为本发明SFP连接座接线图；
图5为本发明共模阻抗配置电路图；
图6为本发明E-marker芯片接线图；
图7为本发明低速信号通道接线示意图。
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。
如图1所示的一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置，包括在光电混合缆两端对称设置的两个Type-C接口，每个所述Type-C接口上均设有SFP连接座，所述SFP连接座可对应安装多种SFP模组，两个Type-C接口上的SFP模组通过光电混合缆中的光纤连接形成高速通道，两个所述Type-C接口之间的低速通道通过光电混合缆中的电缆连接。
本实施例的转接装置将高速信号通过SFP模块和光纤转换为光信号进行传输，将传输速度要求相对较低的低速信号仍然通过电缆传输，集成了USB协议设计，可通过对应的通道匹配对接后达到USB Type-C的包括USB数据传输、视频传输、快速充电、Thunderbort3等全部功能。其使用方便快捷、数据传输高效、抗扰性强、运用灵活、兼容各种方案的SFP光模块，便于TypeCAOC的光电转换方案的选型开发验证。
在上述技术方案的基础上，本实施例还可以做如下改进。
如图2所示，所述Type-C接口上设有DC/DC降压稳压电路，所述DC/DC降压稳压电路包括电源芯片U1、电容C1～4、电感L1和电阻R1～2，所述电源芯片U1的IN引脚通过Type-C接口的VCON引脚连接外部电源、且通过电容C1连接Type-C接口的接地端GND，电源芯片U1的EN引脚与IN引脚短接，电源芯片U1的GND引脚连接Type-C接口的接地端GND，电源芯片U1的LX引脚与电源芯片U1的BS引脚之间并联电容C2，电源芯片U1的LX引脚连接电感L1的一端，电感L1的另一端作为DC/DC降压稳压电路的输出端，DC/DC降压稳压电路的输出端通过一组串联的分压电阻R1和R2连接Type-C接口的接地端GND，电阻R1和R2的公共端连接电源芯片U1的FB引脚，电容C3两端分别连接DC/DC降压稳压电路的输出端与电源芯片U1的FB引脚，DC/DC降压稳压电路的输出端通过电容C4连接Type-C接口的接地端GND。本实施例的DC/DC降压稳压电路为宽幅降压稳压电路，是通过从Type-C接口的电源总线VBUS取电为SFP模组提供稳定有效的工作电源，采用宽幅输入的DC/DC芯片，可满足27V以下的输入电压，完全满足现在PD协议最高20V的供电电压。
如图1及图3所示，所述Type-C接口包括两组高速差分信号发送端和两组高速差分信号接收端，每个所述SFP模组各包括两个高速信号发送通道和两个高速信号接收通道，所述高速信号发送通道包括驱动器和激光器，每个所述驱动器的输入端对应连接Type-C接口的一组高速差分信号发送端、所述驱动器的输出端连接激光器的电信号输入端，所述激光器与光纤耦合；所述高速信号接收通道包括放大器和光电探测器，所述光电探测器与光纤耦合，所述光电探测器的电信号输出端连接放大器的输入端，所述放大器的输出端对应连接Type-C接口的一组高速差分信号接收端；每个所述SFP模组的激光器通过光纤与另一个SFP模组的光电探测器通信连接。
如图4及图5所示，所述SFP连接座包括并排设置的两个SFP连接子座，每个所述SFP连接子座一端与所述Type-C接口的一组高速差分信号发送端以及高速差分信号接收端对应连接，每个所述SFP连接子座的另一端和SFP模组的高速信号发送通道以及高速信号接收通道对应连接。每个SFP连接子座上的SFP模组都有两个高速通道，用于一组高速信号的发送与接收，两个SFP连接子座上的SFP模组相结合，可满足40Gbps SFP光模块连接要求，两个SFP连接子座上的SFP模组可组成4Lan工作，完全满足Thunderbort3及Thunderbort4的要求。
如图2及图5所示，所述Type-C接口包括协议配置电路，所述协议配置电路包括共模阻抗配置电路，所述共模阻抗配置电路包括电阻R3～R10和电容C14～C21，电阻R3、电阻R5、电阻R7和电阻R9的一端分别连接工作电源，电阻R3的另一端与电阻R4串联后连接Type-C接口的接地端GND，电阻R3与电阻R4的公共端连接Type-C接口的高速差分信号发送端TX1+，Type-C接口的高速差分信号发送端TX1+与SFP模组的高速差分信号发送端SSTX1+分别连接电容C14的两端；电阻R5的另一端与电阻R6串联后连接Type-C接口的接地端GND，电阻R5与电阻R6的公共端连接Type-C接口的高速差分信号发送端TX1-，Type-C接口的高速差分信号发送端TX1-与SFP模组的高速差分信号发送端SSTX1-分别连接电容C15的两端；电阻R7的另一端与电阻R8串联后连接Type-C接口的接地端GND，电阻R7与电阻R8的公共端连接Type-C接口的高速差分信号发送端TX2+，Type-C接口的高速差分信号发送端TX2+与SFP模组的高速差分信号发送端SSTX2+分别连接电容C16的两端；电阻R9的另一端与电阻R10串联后连接Type-C接口的接地端GND，电阻R9与电阻R10的公共端连接Type-C接口的高速差分信号发送端TX2-，Type-C接口的高速差分信号发送端TX2-与SFP模组的高速差分信号发送端SSTX2-分别连接电容C17的两端；Type-C接口的高速差分信号接收端RX1+与SFP模组的高速差分信号发送端SSRX1+分别连接电容C18的两端；Type-C接口的高速差分信号接收端RX1-与SFP模组的高速差分信号发送端SSRX1-分别连接电容C19的两端；Type-C接口的高速差分信号接收端RX2+与SFP模组的高速差分信号发送端SSRX2+分别连接电容C20的两端；Type-C接口的高速差分信号接收端RX2-与SFP模组的高速差分信号发送端SSRX2-分别连接电容C21的两端。
共模阻抗配置是为了实现USB3协议的链路连接。共模阻抗配置电路将Type-C接口与SFP模组通过电容进行耦合并隔离，提供Type-C接口与SFP模组之间的高频信号通路，阻止低频电流进入弱电系统，保证从机端设备安全。共模阻抗配置电路中的各电容还提供直流偏压、滤除直流分量，即隔直作用，使输入输出不受外界直流干扰，保证高频信号质量，还提供过电流保护。
如图6所示，考虑本装置通过更大的电流时以及获得更佳的视频输出能力，所述协议配置电路还包括E-marker芯片U2，所述E-marker芯片U2的电源引脚VCON连接Type-C接口的VCON引脚，所述E-marker芯片U2通过Type-C接口的VCON引脚从主机取电；所述E-marker芯片U2的PD通信引脚CC连接Type-C接口的CC引脚，所述E-marker芯片U2通过Type-C接口的CC引脚与主机通信。本实施例中，E-marker芯片的作用是用来标记存储模块的电源传输能力、数据传输能力、ID等信息。HOST端通过与CC引脚通讯，来读取E-Marker内部及Device端的信息，并根据读取的信息来为Device端提供相应的供电及数据传输能力。要想实现转接模块支持PD3、USB4、Thunderbort3甚至Thunderbort4协议都需要E-marker来进行标记，E-Marker内部信息是通过相应品牌的专用烧录器进行程序烧入。
进一步，在设置有E-marker芯片U2的基础上，为了兼容更多的E-marker芯片、也为了使充电器读取芯片的成功率更高、保证稳定的大功率传输，所述协议配置电路还包括E-marker芯片U3，所述E-marker芯片U3的电源引脚VCON与E-marker芯片U2的电源引脚VCON连接，所述E-marker芯片U3的PD通信引脚CC与E-marker芯片U2的PD通信引脚CC连接。E-marker芯片电路采用了业内通用的两种标准E-marker封装(对应本实施例的E-marker芯片U2和E-marker芯片U3)，适配多数品牌芯片兼容性有保障。
如图1及图7所示，所述Type-C接口包括低速差分信号收发端D+/-以及辅助输出端SUB1/SUB2，两个Type-C接口的低速差分信号收发端D+/-和辅助输出端SUB1/SUB2分别通过电缆一一对应通信连接。图7中方形框表示各电缆的焊点。低速差分信号收发部分主要用于将其它如CC、USB2.0及在DisplayPort Alt Mode时的SUB1、SBU2等低速信号进行焊线连接实现相应功能。低速差分信号收发端D+/-兼容了USB2.0标准的要求，辅助输出端SUB1/SUB2对应DisplayPort协议中的AUX+/-辅助通道。AUX+/-辅助通道(AUX Channel)作为DP接口中一条独立的双向传输辅助通道，采用交流耦合差分传输方式，是一条双向半双工传输通道，单一方向速率仅1Mbit/s左右，用来传输设定与控制指令。AUX(Auxiliary)的用途包括读取扩展显示识别数据(EDID)，以确保DP信号的正确传输；读取显示器所支持的DP接口的信息，如主要通道的数量和DP信号的传输速率；进行各种显示组态暂存器的设定；读取显示器状态暂存器。低速差分信号收发端D+/-的信号与AUX+/-辅助通道的信号属于低速信号，通过电缆以电信号的方式传输即可满足使用需求。
如图1及图7所示，两个所述Type-C接口的电源总线VBUS以及接地端GND分别通过电缆一一对应连接。两个Type-C接口的电源总线VBUS以及接地端GND通过电缆导通，将主机端的电源输出到从机端，为从机端的SFP模组运行以及从机端的设备运行提供电源。
工作原理：
本转换装置通过USB Type-C接口与HOST主机连接，HOST端输出数据信号及电源，经过本转换装置进行降压及协议配置后至SFP连接座连接的SFP模组，SFP模组供电后将数据电信号转换成光信号通过光纤传输到与Device端连接的SFP模组进行光电信号转换后传输到Device设备，从而建立数据连接。本转换装置中可通过模块的SFP连接座实现采用任何相应所需带宽的SFP光模块进行对应的通道匹配对接后达到USB Type-C的全部功能。
具体的，本发明的转接装置将高速信号通过SFP模块和光纤转换为光信号进行传输，将传输速度要求相对较低的低速信号仍然通过电缆传输，集成了USB协议设计，可通过对应的通道匹配对接后达到USB Type-C的包括USB数据传输、视频传输、快速充电、Thunderbort3等全部功能。其使用方便快捷，运用灵活，兼容各种方案的SFP光模块，便于TypeC AOC的光电转换方案的选型开发验证。
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 (9)
1.一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置，其特征在于，包括在光电混合缆两端对称设置的两个Type-C接口，每个所述Type-C接口上均设有SFP连接座，所述SFP连接座可对应安装多种SFP模组，两个Type-C接口上的SFP模组通过光电混合缆中的光纤连接形成高速通道，两个所述Type-C接口之间的低速通道通过光电混合缆中的电缆连接。
2.根据权利要求1所述一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置，其特征在于，所述Type-C接口上设有DC/DC降压稳压电路，所述DC/DC降压稳压电路包括电源芯片U1、电容C1～4、电感L1和电阻R1～2，所述电源芯片U1的IN引脚通过Type-C接口的VCON引脚连接外部电源、且通过电容C1连接Type-C接口的接地端GND，电源芯片U1的EN引脚与IN引脚短接，电源芯片U1的GND引脚连接Type-C接口的接地端GND，电源芯片U1的LX引脚与电源芯片U1的BS引脚之间并联电容C2，电源芯片U1的LX引脚连接电感L1的一端，电感L1的另一端作为DC/DC降压稳压电路的输出端，DC/DC降压稳压电路的输出端通过一组串联的分压电阻R1和R2连接Type-C接口的接地端GND，电阻R1和R2的公共端连接电源芯片U1的FB引脚，电容C3两端分别连接DC/DC降压稳压电路的输出端与电源芯片U1的FB引脚，DC/DC降压稳压电路的输出端通过电容C4连接Type-C接口的接地端GND。
3.根据权利要求1或2所述一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置，其特征在于，所述Type-C接口包括两组高速差分信号发送端和两组高速差分信号接收端，每个所述SFP模组各包括两个高速信号发送通道和两个高速信号接收通道，所述高速信号发送通道包括驱动器和激光器，每个所述驱动器的输入端对应连接Type-C接口的一组高速差分信号发送端、所述驱动器的输出端连接激光器的电信号输入端，所述激光器与光纤耦合；所述高速信号接收通道包括放大器和光电探测器，所述光电探测器与光纤耦合，所述光电探测器的电信号输出端连接放大器的输入端，所述放大器的输出端对应连接Type-C接口的一组高速差分信号接收端；每个所述SFP模组的激光器通过光纤与另一个SFP模组的光电探测器通信连接。
4.根据权利要求3所述一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置，其特征在于，所述SFP连接座包括并排设置的两个SFP连接子座，每个所述SFP连接子座一端与所述Type-C接口的一组高速差分信号发送端以及高速差分信号接收端对应连接，每个所述SFP连接子座的另一端和SFP模组的高速信号发送通道以及高速信号接收通道对应连接。
5.根据权利要求3或4所述一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置，其特征在于，所述Type-C接口包括协议配置电路，所述协议配置电路包括共模阻抗配置电路，所述共模阻抗配置电路包括电阻R3～R10和电容C14～C21，电阻R3、电阻R5、电阻R7和电阻R9的一端分别连接工作电源，电阻R3的另一端与电阻R4串联后连接Type-C接口的接地端GND，电阻R3与电阻R4的公共端连接Type-C接口的高速差分信号发送端TX1+，Type-C接口的高速差分信号发送端TX1+与SFP模组的高速差分信号发送端SSTX1+分别连接电容C14的两端；电阻R5的另一端与电阻R6串联后连接Type-C接口的接地端GND，电阻R5与电阻R6的公共端连接Type-C接口的高速差分信号发送端TX1－，Type-C接口的高速差分信号发送端TX1－与SFP模组的高速差分信号发送端SSTX1－分别连接电容C15的两端；电阻R7的另一端与电阻R8串联后连接Type-C接口的接地端GND，电阻R7与电阻R8的公共端连接Type-C接口的高速差分信号发送端TX2+，Type-C接口的高速差分信号发送端TX2+与SFP模组的高速差分信号发送端SSTX2+分别连接电容C16的两端；电阻R9的另一端与电阻R10串联后连接Type-C接口的接地端GND，电阻R9与电阻R10的公共端连接Type-C接口的高速差分信号发送端TX2－，Type-C接口的高速差分信号发送端TX2－与SFP模组的高速差分信号发送端SSTX2－分别连接电容C17的两端；Type-C接口的高速差分信号接收端RX1+与SFP模组的高速差分信号发送端SSRX1+分别连接电容C18的两端；Type-C接口的高速差分信号接收端RX1－与SFP模组的高速差分信号发送端SSRX1－分别连接电容C19的两端；Type-C接口的高速差分信号接收端RX2+与SFP模组的高速差分信号发送端SSRX2+分别连接电容C20的两端；Type-C接口的高速差分信号接收端RX2－与SFP模组的高速差分信号发送端SSRX2－分别连接电容C21的两端。
6.根据权利要求5所述一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置，其特征在于，所述协议配置电路还包括E－marker芯片U2，所述E－marker芯片U2的电源引脚VCON连接Type-C接口的VCON引脚，所述E－marker芯片U2通过Type-C接口的VCON引脚从主机取电；所述E－marker芯片U2的PD通信引脚CC连接Type-C接口的CC引脚，所述E－marker芯片U2通过Type-C接口的CC引脚与主机通信。
7.根据权利要求6所述一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置，其特征在于，所述协议配置电路还包括E－marker芯片U3，所述E－marker芯片U3的电源引脚VCON与E－marker芯片U2的电源引脚VCON连接，所述E－marker芯片U3的PD通信引脚CC与E－marker芯片U2的PD通信引脚CC连接。
8.根据权利要求1所述一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置，其特征在于，所述Type-C接口包括低速差分信号收发端D+/－以及辅助输出端SUB1/SUB2，两个Type-C接口的低速差分信号收发端D+/－和辅助输出端SUB1/SUB2分别通过电缆一一对应通信连接。
9.根据权利要求1所述一种采用SFP模块通信的USB Type-C全功能转接装置，其特征在于，两个所述Type-C接口的电源总线VBUS以及接地端GND 分别通过电缆一一对应连接。
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