CN117203626A - 具有高速能力的隔离通用串行总线中继器 - Google Patents

Abstract

一种用于通用串行总线(USB)通信的隔离中继器(300)和对应的方法。隔离中继器在电流隔离屏障(315)的任一侧上包括耦合到一对外部端子(UDP、UDM；DDP、DDM)的前端电路系统(350、360)、适于在一个或多个FS隔离信道(DP_LR、DM_LR、DP_RL、DM_RL)上驱动和接收信号的全速(FS)收发器(310、340)，以及适于在一个HS隔离信道(DHS_LR、DHS_RL)上驱动信号并在另一HS隔离信道(DHS_RL、DHS_LR)上接收信号的高速(HS)收发器。前端电路系统将接收到的与HS数据相对应的信号编码为双态信号，以用于在一个HS隔离信道上传输，并且将接收到的与HS信令相对应的信号编码为双态信号，以用于在FS隔离信道中的一个或多个上传输。隔离屏障另一侧上的前端电路系统对在一个或多个FS隔离信道上接收到的双态信号和在HS隔离信道上接收到的双态信号进行解码，以供在其外部端子处进行传输。

Description

具有高速能力的隔离通用串行总线中继器

技术领域

本公开涉及串行数据通信，并且更具体地涉及串行数据通信中的电流隔离收发器。

背景技术

近年来，通用串行总线(USB)技术在现代电子设备和外围设备之间的通信已经变得普遍。作为该技术的基础，USB通信是根据缆线和连接器的行业标准规范以及这些缆线和连接器上的接口协议进行的。这些协议控制计算机(包括智能手机)、外围设备和连接到这些计算机的其他设备之间的连接、通信和电源接口。近年来，USB连接已被广泛应用于各种设备，并在很大程度上取代了消费者级和企业级设备的其他互连技术。

USB通信技术的一个吸引人的特性是其易用性，特别是使用时可以将USB外围设备互连到主机或其他设备的灵活性，特别是经由集线器和总线分离器。USB网络本质上是自配置的，从而允许用户简单地将设备插入特设USB网络中或从特设USB网络移除设备，而无需配置设备设置、中断、I/O地址等。从制造商的角度来看，USB的使用消除了系统设计者为以后开发的外围设备开发专有接口的需要，或者实施接口硬件和软件以保持“传统”兼容性的需要。

然而，一些应用给USB接口带来了复杂性，尤其是在消耗相对高水平的功率的设备中。在某些情况下，经由USB连接的设备的系统接地电平处于不同的电压，或者USB连接设备中的一个设备的功耗可能导致显著的共模瞬态。在这些情况下，在连接设备之间的USB接口处需要电流隔离。为此，已经引入了带有隔离电力的USB收发器，这种收发器也被称为USB“中继器”。这些设备提供USB接口，诸如在总线分离器或集线器处，该USB接口包括隔离屏障，中继器收发器根据适用的USB标准跨越该隔离屏障进行通信。

通过进一步的背景技术，USB标准提供了多种数据速率的通信，其中每个数据速率类别由物理层的协议定义。从USB版本1.0开始，定义了12Mbps的“全速”(FS)USB数据速率和1.5Mbps的“低速”(LS)数据速率。后来版本的USB标准定义了480Mbps的“高速”(HS)数据速率。虽然用于FS和LS通信的物理层操作规范和协议非常相似，但用于HS数据速率的物理层操作规范和协议与用于FS/LS通信的那些物理层操作规范和协议显著不同。

发明内容

根据一个方面，提供了一种用于通用串行总线(USB)通信的隔离中继器和对应的方法。隔离中继器在电流隔离屏障的任一侧上包括耦合到一对外部端子的前端电路系统、适于在一个或多个FS隔离信道上驱动和接收信号的全速(FS)收发器，以及适于在一个HS隔离信道上驱动信号并在另一个HS隔离信道上接收信号的高速(HS)收发器。前端电路系统将接收到的与HS数据相对应的信号编码为双态信号，以用于在一个HS隔离信道上传输，并且将接收到的与FS信令相对应的信号编码为双态信号，以用于在FS隔离信道中的一个或多个上传输。隔离屏障另一侧上的前端电路系统对在一个或多个FS隔离信道上接收到的双态信号和在HS隔离信道上接收到的双态信号进行解码，以用于在其外部端子处进行传输。

由这些方面中的一个或多个方面实现的技术优势包括USB网络中的隔离中继器的构造和操作有效地支持多种操作模式，例如包括高速(HS)操作模式以及全速(FS)和低速(LS)操作模式。在这些实施方式中，可以通过使用专用的HS隔离信道来进行HS数据的通信，并使用一个或多个FS/LS隔离信道来进行HS操作模式中的某些信令，来获得隔离中继器的构造效率。隔离中继器中跨越电流隔离屏障的隔离信道数量的减少降低了设备成本和功耗，并使HS隔离信道和收发器能够针对低抖动性能进行设计，同时FS隔离信道和收发器可以针对低功耗进行设计。

通过参考以下说明书及其附图，所描述的各方面所实现的其他技术优点对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。

附图说明

图1是包括隔离中继器的USB网络的框图形式的电气图，在该电气图中可以实施一个或多个实施例。

图2A是示出用于USB通信的FS操作模式中的数据和分组结束指示符的常规传输的时序图。

图2B是示出在用于USB通信的HS操作模式中的分组开始、数据和分组结束指示符的常规传输的时序图。

图2C是示出在USB通信中建立HS操作模式的常规握手操作的时序图。

图3是根据一个实施例的隔离中继器的框图和示意图形式的电气图。

图4是示出根据一个实施例的图3的隔离中继器的操作的一个示例的流程图。

图5是示出根据一个实施例的在图3的隔离中继器中在FS操作模式中的数据和分组结束指示符的传输的一个示例的时序图。

图6A是示出根据一个实施例的在图3的隔离中继器中在HS操作模式中的分组开始指示符和数据的传输的一个示例的时序图。

图6B是示出根据一个实施例的在图3的隔离中继器中在HS操作模式中的数据和分组结束指示符的传输的一个示例的时序图。

在附图中使用相同的附图标记或其他附图标识来表示相同或相似(功能和/或结构)的特征。

具体实施方式

本说明书中描述的一个或多个实施例被实施为USB中继器，该USB中继器支持跨越隔离屏障的高速(HS)、全速(FS)和低速(LS)通信，因为可以设想，这种实施方式在该上下文中是特别有利的。然而，也可以设想，这些实施例的各方面可以有益地应用于其他应用中。因此，以下描述仅作为示例提供，而不限制权利要求的范围。

图1是示出根据本说明书的在USB网络中的隔离USB中继器100的功能的高级框图。在该最小系统中，主机设备102和外围设备104通过隔离USB中继器100来执行USB通信。中继器100也可以被称为“隔离器”或“隔离中继器”，为了本说明书的目的，这些术语是可互换的。根据USB标准，一个USB缆线中的差分线D1+、D1-将主机设备102连接到中继器100，并且另一个USB缆线中的差分线D2+、D2-将中继器100连接到外围设备104。然而，在该示例中，主机设备102由分别不同于外围设备104的电源电压VBUS2和接地GND2的电源电压VBUS1和接地GND1供电。主机设备102和外围设备104之间的接口因此被调用来提供两个设备之间的电流隔离，以阻止大的电压差、防止接地回路、并阻止不同接地电位之间的共模瞬态。

USB隔离中继器100提供了这种电流隔离。如图1所示，隔离器100包括两个收发器106、108，其中收发器106耦合到差分线D1+、D1-，并且收发器108耦合到差分线D2+、D2-。在该示例中，收发器106与主机设备102一起被电源电压VBUS1和接地GND1偏置，而收发器108被外围设备104的电源电压VBUS2和接地GND2偏置。收发器106包括发射器105和接收器107，并且收发器108包括接收器109和发射器111。收发器106的发射器105经由耦合的电感器对(例如，变压器)110向收发器108的接收器109传输(下游(downstream))信号，而收发器108的发射器111经由耦合的电感器对112向收发器106的接收器107传输(上游(upstream))信号。收发器106、108之间的信号的这种电感耦合(通过耦合的电感器对110、112)建立了电流隔离屏障115，从而在主机设备102和外围设备104之间提供期望的电流隔离。

如上所述，根据可操作的标准(例如，USB 2.0版及更高版本)的USB通信允许以各种数据速率进行通信，包括12Mbps的“全速”(FS)数据速率、1.5Mbps的“低速”(LS)数据速率和480Mbps的“高速”(HS)数据速率。根据可操作的USB标准，在FS、LS和HS操作模式中的每一个中，在一对差分信号线(例如，图1的D1+、D1-)上承载数据传输和控制信令两者。差分信号线上的数据传输以差分“1”和差分“0”电平进行通信。例如，在FS和LS操作模式中，由主机设备102驱动的差分“1”通过其将信号线D1+驱动在2.8V以上并且将信号线D1-驱动在0.3V以下来指示，而差分“0”通过将信号线D1-驱动在2.8V以上并且将信号线D1+驱动在0.3V以下来指示。简而言之，差分“1”电平被称为“J”状态，并且差分“0”电平被称为“K”状态。在HS操作模式中，差分“1”(J)通过信号线D1+相对于信号线D1-的差分电压大于约+400mV来指示，并且差分“0”通过该差分电压小于(更负)约-400mV来指示。

控制信令包括操作状态的通信，诸如设备的断开、空闲和操作模式(例如，FS或LS)。在USB设备的接口(包括集线器和隔离器)处提供了上拉和下拉电阻器，以检测这些不同的状态。在一对差分信号线上的USB中的控制信令还指示诸如重置、分组开始(SOP)、分组结束(EOP)等事件。图2A示出了在FS操作模式中的这种控制信令的一个示例，即用于在数据位的分组的传输之后用信号通知分组结束(EOP)。在图2A中，D+和D-差分线(例如，图1中的D1+和D1-)的电平根据分组的最后几个数据位以FS数据速率转变。在分组的最后一个位(图2A中的位LB)之后的时间t1，通过传输设备将D+和D-线都拉到低电平来指示分组结束。D+和D-都在低电平的状态通常被称为“单端零”或“SE0”状况(condition)。根据USB标准，分组结束通过SE0持续两个位周期随后在时间t2传输设备驱动J状态(即，D-高并且D+低)持续一个位周期来指示。在时间t3完成J位时，传输设备可以使线D+、D-浮置，这进入空闲状态。LS操作模式中的信令与FS操作模式中类似。

图2B示出了根据USB标准的HS操作模式的控制信令的一个示例。在图2B的示例中，分组开始(SOP)通过传输设备在空闲状态之后驱动K-J状态对的序列(以高HS数据速率)来指示，该空闲状态在HS模式中通过其中两条数据线D+、D-都处于低电平(～0差分)的SE0状态来指示。K-J位对的序列相当于同步模式，在同步模式之后可以传输数据位。在HS模式中，通过与分组的最后一个数据位的数据状态相反的数据状态的扩展传输来指示分组结束(EOP)。如图2B所示，在K或J状态的最后一个数据分组位将意味着EOP由分别在J或K状态的八位序列来指示(例如，EOP由处于K的最后一个数据位之后的八位持续时间的J来指示)。根据USB标准，这种处于单个相反状态的八位序列是位填充错误，并且因此可以用作EOP指示符，而不是八位数据。在EOP指示之后，传输设备然后可以再次进入空闲状态。

如图2A和图2B中的示例所示，在各种USB操作模式中，在差分线对上的数据位和控制信令的通信不仅涉及两个差分状态J和K的传输，还涉及SE0的第三状态(两条线都被驱动为低)的传输。因此，需要两个信号线(例如，差分信令)来传达这三种状态。然而，将由图1的USB隔离器100提供的电流隔离禁止在给定导体上的双向通信。相反，如上所述，跨越电流屏障115的通信涉及分离的信号路径，在这种情况下经由分离的耦合的电感器对110、112，用于上游和下游通信。因此，实际上，需要跨越电流隔离屏障115的四个隔离“信道”，每个方向两个，以跨越隔离屏障115传达三种状态J、K和SE0。

如上所述，USB数据传输和信令协议对于FS和LS操作模式非常相似。因此，常规中继器和隔离器能够在相同的四个隔离信道上支持FS和LS操作模式两者。然而，HS操作模式中的数据传输和信令协议与FS和LS操作模式的协议明显不同。HS模式(例如，标称400mV)相对于FS和LS模式(例如，标称3.3V)的不同差分逻辑电平需要针对HS和FS/LS模式的不同端接(例如，处于对应偏置电平的上拉和下拉电阻器)。从图2A和图2B中可以明显看出，HS模式的信令协议相对于FS/LS也存在差异，诸如EOP在FS/LS中由SE0状态指示，而HS操作模式中的SE0状态是空闲状况。

此外，USB连接进入HS操作模式是通过在FS操作模式中执行的“握手”序列来执行的(即，以较慢的数据速率和较高的差分逻辑电平)。图2C示出了这种“握手”序列的一个示例，通过该握手序列在主机设备和连接设备之间发起用于USB通信的HS操作模式。在该示例中，握手序列由连接设备发起，该连接设备通过在空闲状态下将其D+线上拉至+3.3V来将其自身指示为FS模式设备，如图2C所示。连接设备通过以下方式向主机指示HS能力的可用性：连接设备通过下拉其D+线至少一毫秒来呈现SE0状况、然后在K状态下“啁啾(chirp)”指定时间(例如，在1至7毫秒之间)。作为响应，支持HS操作的USB主机在没有空闲状态的情况下传输K和J啁啾对的交替序列，在此期间，连接设备切换其端接电阻器以启用HS操作模式的较低差分信号电平。然后，在主机设备停止K-J啁啾对时，可以完成重置到HS操作模式。

虽然期望诸如图1的中继器100的隔离器除了支持FS和LS数据速率之外还支持HS操作，但是已经观察到，在HS和FS/LS模式之间的电压电平、时序要求和信令的差异，以及在FS模式的较高电压和较低速率下经由握手进入来执行进入HS操作模式的方式，以及其他考虑因素，对作为USB隔离器的可用操作模式的HS模式的设计和实施方式带来了重大障碍。在相同的隔离信道上支持HS和FS/LS操作的隔离器的设计一方面在HS所需的低抖动性能与另一方面FS/LS的功耗和隔离额定值之间存在困难的权衡，导致性能不理想，并且可能需要在HS信号路径中的重定时器功能，这增加了设备成本。相反，虽然可以实施为HS操作模式设计和专用的四个分离的隔离信道，以及为FS/LS操作模式设计和专用的在HS模式中操作时关闭的四个分离的隔离信道，但是就设备面积和功耗而言，每个隔离信道相对昂贵。因此，为单个隔离器提供八个隔离信道以支持HS和FS/LS USB通信是一种极其昂贵的解决方案。

图3示出了根据一个或多个实施方式的隔离USB中继器300。USB中继器300被构造为在HS操作模式中结合HS隔离信道使用FS/LS隔离信道，从而能够高效地实施具有良好隔离和高速性能的多个USB模式。根据图3的实施方式，中继器300具有用于耦合到USB主机的上游USB差分输入/输出(I/O)UDP、UDM，以及用于耦合到USB设备(诸如外围设备或向USB主机提供服务或功能的其他USB设备)的下游USB差分I/O DDP、DDM。上游I/O UDP、UDM耦合到USB收发器302，并且下游I/O UDP、UDM相反地耦合到USB收发器332。在实践中，上游侧USB收发器302和下游侧USB收发器332在端接设备(诸如上拉和下拉晶体管)的耦合和控制方面不同，如根据可操作的USB标准在各种操作模式(LS、FS、HS)中为主机和设备连接所指定的。此外，USB收发器302包括静噪检测器312，其操作以检测I/O UDP、UDM处的信号的存在或不存在。例如，静噪检测器312可以操作以检测差分信号的包络是否具有大于阈值电平(例如，>150mV)或低于另一阈值电平(例如，<100mV)的振幅，并且作为响应发出控制信号。如图3的示例所示，来自静噪检测器312的这些控制信号中的一个或多个被转发到高速数字核304。响应于这些静噪控制信号，中继器300操作以忽略I/O UDP、UDM处的作为噪声的较低差分振幅，并将较高差分振幅视为信号。例如，来自静噪检测器312的控制信号可以操作以选通高速数字核304对信号的传输，使得高速数字核304响应于差分信号包络低于阈值电平(例如，在“静噪”状况下)，阻止在I/O UDP、UDM处接收到的信号在HS隔离信道DHS_LR上进行通信，并且响应于差分信号包络超过阈值电平(例如，在“无静噪”状况下)而使得能够在HS隔离信道DHS_LR上进行信号通信。中继器300下游侧的USB收发器332类似地包括静噪检测器342，静噪检测器342以相同的方式检测I/ODDP、DDM处的差分信号的存在和不存在，并相应地选通高速隔离信道DHS_RL上的信号通信。

如图3所示，中继器300的上游侧包括高速数字核304，高速数字核304由适当的数字逻辑构成，以用于以下面描述的方式控制HS操作模式的操作。高速数字核304和USB收发器302都耦合到HS发射器/接收器(收发器)308。HS收发器308包括用于在隔离信道DHS_LR上将单端信号传输到中继器300的下游侧的驱动器电路系统，以及用于在隔离信道DHS_RL上接收和检测来自中继器300的下游侧的单端信号的接收器电路系统。中继器300的上游侧还包括USB数字核306，USB数字核306支持FS/LS USB通信，并且如下面将详细描述的，还支持HS操作模式的信令。USB数字核306耦合到FS/LS收发器310，FS/LS收发器310包括用于在一对隔离信道DP_LR和DM_LR(“P”和“M”分别指示+和-差分线)上传输差分信号的驱动器电路系统，以及用于在隔离信道DP_RL和DM_RL上接收和检测来自中继器300的下游侧的差分信号的接收器电路系统。

类似于上游侧，除了USB收发器332之外，中继器300的下游侧还包括高速数字核334，高速数字核334耦合到HS发射器/接收器338，HS发射器/接收器338带有用于分别在隔离信道DHS_RL和DHS_LR上传输和接收单端信号的驱动器和接收器电路系统。这样，HS收发器308和338在隔离信道DHS_LR、DHS_RL上彼此通信。中继器300的下游侧还包括USB数字核336，USB数字核336支持FS/LS USB通信和用于HS操作模式的信令。USB数字核336耦合到FS/LS收发器340，FS/LS收发器340包括用于在隔离信道对DP_RL和DM_RL上传输差分信号的驱动器电路系统，以及用于在隔离信道DP_LR和DM_LR上接收和检测来自中继器300的上游侧的差分信号的接收器电路系统。

根据该实施例，HS收发器308、338可以被构造为非常适合于根据USB HS操作模式的高数据速率通信，而FS/LS收发器310、340可以被构造成适合于根据FS/LS操作模式的较低数据速率通信。换句话说，可以在每个收发器的设计和构造中针对其操作模式进行某些设计权衡，而不需要处理HS和FS/LS操作所必需的折衷。例如，HS收发器308、338的设计可以以功耗为代价偏袒于低抖动性能，而FS/LS收发器310、340的设计可以偏袒于降低功耗，同时满足较低数据速率通信的宽松抖动规范，在这两种情况下都确保保持良好的电流隔离额定值。

根据该实施方式，中继器300因此提供了跨越隔离屏障315的总共六个隔离信道：支持FS和LS USB通信的四个隔离信道和专用于HS USB数据通信的两个隔离信道，其中FS/LS隔离信道中的一个或多个用于支持HS连接的握手建立以及HS信令。更具体地，中继器300包括用于在前向(下游)方向上传达FS/LS下游数据以及HS握手信号的两个FS/LS隔离信道DP_LR、DM_LR；用于在反向(上游)方向上传达FS/LS下游数据和HS握手信号的两个FS/LS隔离信道DP_RL、DM_RL；用于在前向方向上传达下游HS数据的一个HS隔离信道DHS_LR和用于在反向方向上传达上游HS数据的一个HS隔离信道DHS_RL。隔离屏障315构成部件、电路系统或两者，其在其相对侧上电分离电路系统，在这个意义上，在这两侧之间没有DC连接。由隔离屏障315建立的这种电流隔离确保了隔离屏障任一侧上的电路系统接收分离的电源电压并且彼此具有分离的接地电平，并且跨越隔离屏障315传达的任何信号都是通过AC或换能器耦合的方式。如图3所示，隔离屏障315可以针对六个隔离信道DHS_LR、DHS_RL、DP_LR、DM_LR、DP_RL和DM_RL中的每一个电容性地实施。在如图3所示的该示例中，隔离屏障315通过双电容绝缘屏障来实施。可替代地，隔离屏障315可以以其他方式实现，包括通过电感、光学、无线、压电、巨磁阻(GMR)或其他隔离技术的方式。例如，每个隔离信道可以包括耦合的电感器对。

虽然在图3中未示出，但是为了电流隔离的目的，中继器300的上游侧和下游侧的电源电压和接地电平彼此分离。例如，收发器302、高速数字核304和USB数字核306以及HS收发器308和FS/LS收发器310的上游侧功能可以从相同的电源节点VBUS1和接地节点GND1偏置。收发器332、高速数字核334、USB数字核336、HS收发器338和FS/LS收发器340的下游侧功能可以从电源节点VBUS2和接地节点GND2偏置。电源节点VBUS1通过隔离屏障315与电源节点VBUS2隔离，并且接地节点GND1通过隔离屏障315与接地节点GND2隔离。可替代地，各种上游侧功能之间可以具有不同的电源电压和接地电平，下游侧功能也可以具有不同的电源电压和接地电平，但在任何情况下，应当保持与隔离屏障315的另一侧上的功能电分离。

在一个实施方式中，收发器302、高速数字核304和USB数字核306的上游侧功能在同一集成电路(诸如USB“前端”集成电路350)内实施，而收发器332、高速数字核334和USB数字核336的下游侧功能在USB前端集成电路360内实施；在该示例中，HS收发器308、FS/LS收发器310、HS收发器338和FS/LS收发器340各自在分离的集成电路中实施。可替代地，中继器300的各种数字逻辑和收发器功能可以在更少或更多的集成电路中实施，这取决于期望的实施方式。此外，中继器300本身的部分或全部可以在更大规模的集成设备内实施，例如以隔离基于微控制器的系统中的USB端口。在图3的实施方式中的中继器300的具体实施方式不是排他性的或限制性的。

如上所述，USB物理层中使用的信号(诸如传达到差分I/O对UDP/UDM和DDP/DDM或从差分I/O对UDP/UDM和DDP/DDM传达的)使用差分“1”、差分“0”和SE0(两条线都为低)这三种状态。根据图3的实施方式，在一个I/O对(例如，UDP、UDM)上接收到的这三种状态被编码，以便作为双态信号在适当的隔离信道上跨越隔离屏障315进行传输，随后在电流屏障315的另一侧进行解码，并在另一I/O对(如，DDP、DDM)上进行重传。在该示例中，在中继器300中的隔离信道上传输的双态信号被编码为处于“0”逻辑电平(逻辑低)或“1”逻辑电平(逻辑高)中的一个的单端二元信号的形式。可替代地，在中继器300中的隔离信道上传输的双态信号可以是基于边缘的编码，在该编码中，在I/O对UDP/UDM或DDP/DDM处接收到的信号的每个转变被编码以在隔离信道上作为指示接收到的转变的极性的脉冲进行传输。在中继器300中的隔离信道上传输的另一种可替代形式的双态信号被称为“开-关(ON-OFF)键控”，其中信号的两种状态由载波的存在(例如，表示“1”状态)或载波的不存在(例如，表示“0”状态)来表示。可以设想，根据该实施方式的中继器300可以在其跨越隔离屏障315的隔离信道上的信号传输中使用这些和类似的双态编码中的任何一个。

如上所述，传达到差分I/O对UDP/UDM和DDP/DDM或从差分I/O对UDP/UDM和DDP/DDM传达的USB物理层信号表示差分“1”、差分“0”和SE0(两条线都为低)的三种状态。可替代地，可以设想由中继器300接收和传输的外部信号可以是其他形式或编码，诸如表示三种或多种可能状态或状况的单端数据信号的组合、三电平单端信号等。出于本描述的目的，在中继器300的I/O处接收并从其传输的USB物理层信号将被描述为具有差分“1”、差分“0”和SE0(两条线都为低)这三种可用状态的差分信号的形式。

参考图4，将在一般意义上描述中继器300在两个USB设备(诸如图1的系统中的主机设备102和外围设备104)之间传达USB信号同时根据一种实施方式在这些设备之间保持电流隔离的操作。在过程402中，中继器300在其I/O对UDP、UDM或DDP、DDM中的一个处接收根据适用USB标准的差分信号。

以下示例将针对中继器300在过程402中在其上游侧I/O UDP、UDM处从主机设备102接收差分信号的情况进行描述。中继器300对于在下游侧I/ODDP、DDM处接收到的信号的操作将遵循类似的过程。如上所述，在I/O UDP、UDM处接收到的这些信号可以包括适用于可用USB操作模式(例如，HS、FS、LS)中的一种的数据或信令，并且因此可以处于差分“1”、差分“0”和SE0的任何一种适用状态。在过程402中接收到的这些差分信号由中继器300中的USB收发器302处理，USB收发器302在过程404中检测接收到的差分信号是否构成用于中继器300当前正根据其操作的适当操作模式(HS、FS、LS)的数据或信令。在判定405中，USB收发器302与高速数字核304和USB数字核306(视情况而定)的逻辑电路系统一起确定在中继器300中要采取的适当动作，以跨越隔离屏障315将接收到的USB差分信号传达到外围设备104。

如果在判定405中确定差分信号与FS或LS操作模式中的一种中的数据或信令相对应，则由USB数字核306执行过程406，以将接收到的差分信号编码为双态信号，以供FS/LS收发器310跨越隔离屏障315进行通信。如果在判定405中确定差分信号与HS模式中的数据通信和信令相对应，则由HS数字核304执行过程408以将接收到的差分信号编码为双态信号，以供HS收发器308经由HS隔离信道DHS_LR跨越隔离屏障315进行通信，并且由USB数字核306执行过程410以编码信令信息(例如，指示EOP事件的SE0状况)以供FS/LS收发器310使用FS/LS隔离信道DP_LR、DM_LR中的一个或多个跨越隔离屏障315进行通信。如果在判定405中确定差分信号与用于从FS切换到HS操作模式的握手序列相对应，则由USB数字核306执行过程412以将接收到的差分信号编码为双态信号，以供FS/LS收发器310跨越隔离屏障315进行通信，使得外围设备104可以在启用HS隔离信道DHS_LR、DHS_RL之前进行适当的响应。

在编码的信号从HS收发器308或FS/LS收发器310跨越隔离屏障315传输并且由中继器300的下游侧上的对应的HS收发器338或FS/LS收发器340接收之后，在过程420中，由下游侧的HS数字核334或USB数字核336中的适当一个执行过程420。在解码过程420之后，在过程422中，适用数字核功能控制USB收发器332以根据适用USB标准在I/O DDP、DDM处向外围设备104传输对应的差分信号。结果，由主机设备102传输的USB信号由中继器300以这样一种方式转发到外围设备104，使得在两个设备之间保持隔离。

现在参考图5，现在将针对下游FS数据之后是分组结束(EOP)的情况来描述根据图4的过程406、412和422的在FS操作模式中跨越隔离屏障315的双态信号的编码和通信的一个示例。在该示例中，一个FS隔离信道(例如，隔离信道DM_LR)用于跨越隔离屏障315向下游传达数据，而两个下游FS隔离信道(例如，隔离信道DP_LR和DM_LR)的组合用于指示各种信令状况。同样在该示例中，在隔离信道DP_LR和DM_LR上传达的双态信号是单端逻辑信号的形式，尽管如上所述可以替代地使用双态信号的其他形式或编码。为了图5的这个示例的目的，对接收到的USB信号的编码包括：

表1

状态/数据/状况	隔离信道信号
		空闲状态	DP/DM＝1/0
数据通讯	DP＝1，DM＝数据状态
		SE0	DP＝0，DM＝最后一个有效位
SE0结束	DP/DM＝1/0
		重置	DP/DM＝0/1

在表1中，“DP”指隔离信道DP_LR或DP_RL中的任一个，并且“DM”指隔离信道DM_LR或DM_RL中的任一个，这具体取决于传输方向。在输入UDP、UDM处接收到的图5中所示的初始四个差分信号与J和K状态的序列相对应，即J-K-J-K。根据表1的编码，FS/LS收发器310通过将其隔离信道DP_LR驱动到逻辑“1”电平并根据接收到的逻辑状态驱动隔离信道DM_LR来跨越隔离屏障315传达这些交替的J和K状态。图5示出了通过隔离信道DP_LR处于高电平结合隔离信道DM_LR以接收到的J或K状态交替进行这种编码(例如，对于J状态，DM_LR处于逻辑“0”；对于K状态，DM_LR处于逻辑“1”)。跨越隔离屏障315传达并由FS/LS收发器340接收的这些编码的J和K状态然后在过程420中由USB数字核336解码，并在过程422中由USB收发器332在I/O DDP、DDM上作为对应的J和K状态传输，如图5所示。

在该示例中，图5中所示的第二K状态是分组的最后一个有效位，并且因此后面是由主机设备102传输的分组结束(EOP)指示符。如以上关于图2A所描述的，用于FS/LS模式的USB标准规定EOP通过SE0状态持续两个位周期随后是J状态持续一个周期来指示。这样，从图5中的时间t1开始，中继器300在最后一个有效(K)位之后接收I/O UDP、UDM上的低逻辑电平形式的SE0。根据表1的编码，USB数字核306在过程406中将该SE0状态编码为隔离信道DP_LR处于逻辑“0”并且隔离DM_LR处于逻辑“1”，并且FS/LS收发器310相应地跨越隔离屏障315驱动那些隔离信道以在FS/LS收发器340处接收。USB数字核338将隔离信道DP_LR、DM_LR的该状态分别解码为0和1以作为SE0，并且控制USB收发器332以将I/O DDP和DDM二者驱动为低，在该示例中，这将SE0状况转发到外围设备104。如图5所示，K状态下的最后一个有效位由USB收发器332在I/O DDM上略微扩展，以确保该最后一个位的可靠传输。

在I/O UDP、UDM处的SE0状态扩展持续两个位周期之后，主机设备102传输J状态持续一个位周期，如图5中从时间t2开始所示。I/O UDP、UDM处的此J状态由USB数字核304编码为J状态(在图5中示出为“D-J”)，该J状态由FS/LS收发器310在隔离信道DP_LR上作为逻辑“1”并且在隔离信道DM_LR上作为逻辑“0”传输。该状态由中继器300下游侧上的USB数字核340解码，并由USB收发器332在I/O DDP、DDM上作为J状态传输。考虑到在I/O DDM处在时间t1之后最后一个有效K位的扩展，指示J状态的I/O DDP的转变可能会稍微延迟。遵循USB标准，在EOP指示符中的J状态的一个位周期之后，I/O UDP、UDM在时间t3处浮置为空闲状态。该空闲状态由USB收发器310根据表1的编码通过维持1/0状态超过一个位周期来编码到隔离信道DP_LR、DM_LR上，该空闲状态进而由中继器300下游侧上的USB数字核336解码为进入空闲状态。USB数字核336随后控制USB收发器332浮置其I/O DDP、DDM，从而向外围设备104指示EOP指示符之后的空闲状况。

在下表2中总结了可以根据该实施方式编码的FS/LS操作模式中的附加状态。表2中的L/R命名法假设中继器300的左侧在上游(例如，朝向主机设备102)，并且右侧在下游(例如，朝向外围设备104)，如图3所示。

表2

该编码仅作为示例提供。还设想了根据适用标准的USB差分状态到单端信号对的替代编码，以用于在中继器300中跨越隔离屏障315进行通信。在任何情况下，如表2所示，隔离信道DHS_LR和DHS_RL不用于FS和LS操作模式。

现在参考图6A，现在将针对以分组开始(SOP)指示符开始的下游HS数据的情况来描述根据图4的过程408、412和422的在HS操作模式中跨越隔离屏障315的双态信号的编码和通信的一个示例。在该示例中，在HS操作模式中跨越隔离屏障315传达的双态信号将被描述为单端逻辑信号的形式，尽管如上所述，可以可替代地使用双态信号的其他形式或编码。如上所述，从版本2.0开始的USB标准将HS操作模式的SOP指示符定义为在空闲状态之后传输设备驱动K-J状态对的序列(以高HS数据速率)，对于USB HS模式，该空闲状态与两条数据线(例如，图3中的I/O UDP、UDM)都处于低电平的SE0状态相对应。因为SE0状态由I/O UDP、UDM处的0V差分表现，所以静噪检测器312将“静噪”控制信号驱动到有效高电平，响应于此，高速数字核304阻止HS收发器308在HS隔离信道DHS_LR上传输信号。在图6A的示例中，K-J对的该序列中的第一K状态在时间t1被发起，并且在该下游示例中在中继器300的I/O UDP、UDM处被接收。USB收发器302中的静噪检测器312检测I/O UDP、UDM处的差分，该差分在至少一个转变之后具有超过其阈值电平(例如，150mV)的包络，并且作为响应，在图6A中的时间t2处或之后将静噪控制信号驱动到非活动低电平。响应于静噪控制信号的非有效电平(指示在I/O UDP、UDM处存在差分信号)，高速数字核304使HS收发器308能够在HS隔离信道DHS_LR上传输与在I/O UDP和UDM处接收到的信号相对应的信号。在检测到分组开始之前的这段时间期间，并且因为中继器300处于HS操作模式，所以I/O UDP、UDM处的SE0状态被HS数字核306编码为逻辑低电平，以出现在隔离信道DHS_LR上，该逻辑低电平与I/O UDP、UDM处的K差分状态(差分“0”)相对应。在过程408中，隔离信道DHS_LR上的此逻辑低电平由HS收发器308跨越隔离屏障315驱动。来自静噪检测器312的静噪控制信号被传达到HS数字核304，作为响应，HS数字核使得HS收发器308能够在隔离信道DHS_LR上传达差分信号转变。因为静噪检测器312感测到的第一转变是空闲SE0状态之后的K到J转变(逻辑低到逻辑高)，所以在时间t3处HS收发器308将该K到J转变作为逻辑低到逻辑高转变驱动到隔离信道DHS_LR上。响应于HS收发器338在隔离信道DHS_LR上接收到该第一K到J转变和随后的转变，中继器300的下游侧上的HS数字核334在过程420中将这些转变解码为新分组的开始，响应于此，在过程422中，HS数字核304控制USB收发器332开始在I/O DDP，DDM处将HS数据传输到外围设备104，如图6A在时间t4处开始所示。在USB的HS操作模式中经由中继器300的数据传输然后针对一个或多个分组继续。

图6B示出了在包括分组结束(EOP)指示符的下游HS数据的分组结束时，根据图4的过程408、412和422的中继器300在HS操作模式中的操作的一个示例。如上所述，HS模式中的分组结束(EOP)通过与分组的最后一个数据位的数据状态相反的数据状态的扩展传输随后是SE0状态来指示。该扩展传输(例如扩展八位周期)根据USB标准是位填充错误，并且可以被解释为EOP。

图6B示出了从时间t1开始在I/O UDP、UDM处接收到的最后一个有效传输位的相反状态下的该扩展传输的开始。此时，并且在扩展的相反状态传输期间，静噪检测器312继续检测到I/O UDP、UDM处存在信号，并且因此将“静噪”控制信号保持在非有效逻辑低电平。在SE0状况的驱动之后，本示例中的主机设备102将I/O UDP、UDM置于SE0状况，这发生在图6B的示例中的时间t2。静噪检测器312将I/O UDP、UDM处的这种SE0状况检测为不存在差分信号，并作为响应发出有效的“静噪”控制信号。根据该示例，有效静噪控制信号由HS数字核304接收，并且被解释为EOP指示符。响应于有效静噪控制信号，HS数字核304控制HS收发器308在时间t3阻止隔离信道DHS_LR上的数据信号的进一步传输，使信道DHS_LR处于低逻辑电平(即，K状态)。

因为隔离信道DHS_LR处的该K状态可以在中继器300的下游侧被解释为有效分组的一部分，所以根据该实施方式，FS隔离信道(DP_LR、DM_LR)中的一个或多个被用于传达EOP指示符。在该示例中，HS数字核304向USB数字核306指示由扩展的相反状态传输的位填充错误指示的EOP状况，USB数字核306进而控制FS/LS收发器310在FS/LS隔离信道DP_LR或DM_LR中的一个或多个上发出EOP信号。在图6B的示例中，跨越隔离屏障315传送的EOP信号是在时间t3发生的FS/LS隔离信道DP_LR或DM_LR中的一个上的短的下降(low-going)脉冲。可替代地，EOP信号可以作为特定编码(例如，位模式)来传送。此脉冲由中继器300下游侧上的USB数字核336解码为HS操作模式中的EOP，响应于此，HS数字核334禁用HS收发器338。同时，跨越隔离屏障315传达的HS数据已经由USB收发器332转发到I/ODDP、DDM上。最终，EOP脉冲的延迟版本由USB数字核334产生，响应于此，USB收发器332在时间t4将I/O DDP、DDM置于SE0状况，从而向外围设备104指示已经到达分组的结束。

在从外围设备104到主机设备102的上游传输的情况下，HS操作模式中的操作将由中继器300以与以上关于图6A和图6B所描述的相同的方式跨越隔离屏障315进行编码和通信，但是以相反的隔离信道(例如，DHS_RL而不是DHS_LR)和I/O指定。

在下表2中总结了可以根据该实施方式编码的HS操作模式中的附加状态。同样，表2中的L/R命名法假设中继器300的左侧在上游(例如，朝向主机设备102)，并且右侧在下游(例如，朝向外围设备104)，如图3所示。出于描述的目的，仅通过示例的方式提供该编码。

表3

/>

还设想了根据适用标准的USB差分状态到单端信号对的替代编码，以用于在中继器300中跨越隔离屏障315进行通信。

返回参考图4，根据该实施方式的握手过程412可以使用FS/LS隔离信道DP_LR和DM_LR或DP_RL和DM_RL中的一个(视情况而定)来执行，因为在这种握手中涉及的“啁啾”信号中涉及的信令处于较慢的FS数据速率，并且可以完全在FS操作模式中执行。在该实施方式中，HS隔离信道DHS_LR和DHS_RL仅在握手过程完成后才被启用。在表3中示出了根据该实施方式的用于在FS/LS隔离信道DP_LR和DM_LR或者DP_RL和DM_RL上通信的握手啁啾信号的编码。例如，为了执行握手过程412，外围设备104可以在处于空闲状态的端子DDP、DDM处应用SE0状态，随后应用处于K状态的啁啾持续指定时间，这些啁啾由USB收发器332接收。在过程412中，USB数字核336根据表2对接收到的SE0状态进行编码，并根据表3对接收到的啁啾-K进行编码，以便由FS/LS收发器340跨越隔离屏障315在FS/LS隔离信道DP_RL、DM_RL上进行相应的传输。USB数字核306进而在过程420中对FS/LS收发器310在隔离信道DP_RL、DM_RL上接收到的这些双态(例如，单端)信号进行解码，以供USB收发器302在过程422中经由端子UDP、UDM作为SE0状态随后是啁啾-K传输到主机设备102。然后由主机设备102响应于设备啁啾-K而传输的无空闲状态的交替的K和J啁啾对由USB收发器302在端子UDP、UDM处接收(过程402)，由USB数字核304根据表3编码以供FS/LS收发器310在FS/LS隔离信道DP_RL、DM_RL上进行传输(过程412)，由FS/LS收发器340接收，并由USB数字核334解码(过程420)以在端子DDP、DDM处作为交替的K和J啁啾对进行传输(过程422)。外围设备104最终切换其端接电阻器以启用HS操作模式的较低差分信号电平，随后在来自主机设备102的K-J啁啾对停止时，外围设备104完成重置到HS操作模式。在这一点上，隔离屏障300的任一侧上的HS数字核306、336分别使HS收发器312、342能够以上述方式在HS隔离信道DHS_LR、DHS_RL上进行HS数据通信。

上述实施方式使得USB网络中的隔离中继器的构造和操作能够有效地支持多种操作模式，例如包括高速(HS)操作模式以及全速(FS)和低速(LS)操作模式。在这些实施方式中，可以通过使用专用的HS隔离信道来进行HS数据的通信，并使用一个或多个FS/LS隔离信道来进行HS操作模式中的某些信令，来获得隔离中继器的构造效率。在隔离中继器中，减少跨越电流隔离屏障的隔离信道的数量不仅可以降低设备成本，而且可以降低中继器在支持这些多种模式时的功耗。

同样根据这些实施方式，跨越隔离屏障驱动和接收信号的收发器的设计和构造不需要针对所有操作模式中的性能进行优化。在上述中继器300的示例中，HS收发器308、338可以被设计用于根据USB HS操作模式的高数据速率通信，例如以功耗为代价来偏袒于低抖动性能，而FS/LS收发器310、340可以被设计用于根据FS/LS操作模式的低数据速率通信，例如偏袒于降低功耗，同时满足较低数据速率通信的宽松抖动规范。此外，根据这些实施例，在一系列操作模式中，可以在电隔离的主机设备和外围设备之间高效地执行高数据速率USB通信，而不会损害重要的电参数。

本文使用的术语“耦合”可以涵盖能够实现与本说明书一致的功能关系的连接、通信或信号路径。例如，如果设备A生成信号以控制设备B以执行动作，则在第一示例中，设备A与设备B耦合，或者在第二示例中，如果中间部件C不会实质上改变设备A与设备B之间的功能关系，则设备A通过中间部件C与设备B耦合，使得设备B经由设备A生成的控制信号被设备A控制。“被配置为”执行任务或功能的设备可以在制造时被制造商配置(例如，进行编程和/或硬连线)以执行功能和/或可以在制造后由用户可配置(或可重新配置)以执行该功能和/或其他附加或替代功能。可以通过设备的固件和/或软件编程、通过硬件元件的构造和/或布局以及设备的互连或其组合来进行配置。

如本文所用，术语“端子”、“节点”、“互连”和“引脚”可互换使用。除非有相反的特别说明，否则这些术语通常用于表示设备元件、电路元件、集成电路、设备或其他电子或半导体部件之间的互连或其终端。

除非另有说明，否则值之前的“约”、“近似”或“基本上”是指所述值+/-10％。在权利要求的范围内，对所描述的示例进行修改是可能的，并且其他示例也是可能的。

虽然在本说明书中已经描述了一个或多个实施例，但是当然可以设想这些实施例的修改和替代方案，能够获得本发明的一个或多个优点和益处的这种修改和替代方案对于参考本说明书及其附图的本领域普通技术人员来说将是显而易见的。可以设想，这样的修改和替代方案在本文所提出的权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种用于通用串行总线通信即USB通信的隔离中继器，包括：

第一前端电路系统，所述第一前端电路系统耦合到第一对端子；

第二前端电路系统，所述第二前端电路系统耦合到第二对端子；

第一全速收发器即第一FS收发器，所述第一FS收发器耦合到所述第一前端电路系统并且适于在一个或多个FS隔离信道上驱动和接收信号；

第二FS收发器，所述第二FS收发器耦合到所述第二前端电路系统并且适于在所述一个或多个FS隔离信道上将信号驱动到所述第一FS收发器以及从所述第一FS收发器接收信号，所述第一FS收发器和所述第二FS收发器彼此电流隔离；

第一高速收发器即第一HS收发器，所述第一HS收发器耦合到所述第一前端电路系统并且适于在第一HS隔离信道上驱动信号并且在第二HS隔离信道上接收信号；以及

第二HS收发器，所述第二HS收发器耦合到所述第二前端电路系统并且适于在所述第二HS隔离信道上将信号驱动到所述第一HS收发器并且在所述第一HS隔离信道上从所述第一HS收发器接收信号，所述第一HS收发器和第二HS收发器彼此电流隔离；

其中，所述第一前端电路系统适于将在所述第一对端子处接收到的并且与HS数据相对应的信号编码为由所述第一HS收发器在所述第一HS隔离信道上传输的双态信号；

其中，所述第一前端电路系统适于将在所述第一对端子处接收到的并且与HS信令相对应的信号编码为由所述第一FS收发器在所述FS隔离信道中的一个或多个上传输的双态信号；

并且其中，所述第二前端电路系统适于对由所述第二FS收发器在所述一个或多个FS隔离信道上从所述第一FS收发器接收到的双态信号以及在所述第一HS隔离信道上从所述第一HS收发器接收到的双态信号进行解码，以用于在所述第二对端子处作为信号进行传输。

2.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统适于将在所述第一对端子处接收到的并且与FS数据和信令相对应的信号编码为由所述第一FS收发器在所述FS隔离信道中的一个或多个上传输的双态信号；

并且其中，所述第二前端电路系统适于对由所述第二FS收发器在所述一个或多个FS隔离信道上从所述第一FS收发器接收到的双态信号进行解码，以用于在所述第二对端子处作为与FS数据和信令相对应的信号进行传输。

3.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统和所述第二前端电路系统适于将分别在所述第一对端子和所述第二对端子处接收到的并且与指示进入HS操作模式的握手序列相对应的信号编码为双态信号，以用于由所述第一FS收发器和所述二FS收发器分别在所述FS隔离信道中的一个或多个上进行传输；

并且其中，所述第一前端电路系统和所述第二前端电路系统适于对在所述一个或多个FS隔离信道上接收到的双态信号进行解码，以用于分别在所述第一对端子和所述第二对端子处作为所述握手序列中的信号进行传输；

并且其中，响应于所述握手序列的完成，所述第一前端电路系统和所述第二前端电路系统启用所述第一HS收发器和所述第二HS收发器以分别在所述第一HS隔离信道和所述第二HS隔离信道上驱动和接收信号。

4.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述HS隔离信道和所述FS隔离信道中的每一个包括电容隔离信道、电感隔离信道和光学隔离信道中的一个。

5.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一HS收发器包括：

发射器，所述发射器具有耦合到所述第一前端电路系统的输入和耦合到所述第一HS隔离信道的输出；以及

接收器，所述接收器具有耦合到所述第二HS隔离信道的输入和耦合到所述第一前端电路系统的输出；

并且其中，所述第二HS收发器包括：

发射器，所述发射器具有耦合到所述第二前端电路系统的输入和耦合到所述第二HS隔离信道的输出；以及

接收器，所述接收器具有耦合到所述第一HS隔离信道的输入和耦合到所述第二前端电路系统的输出。

6.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统、所述第一HS收发器和所述第一FS收发器从第一电源节点和第一接地节点偏置；

其中，所述第二前端电路系统、所述第二HS收发器和所述第二FS收发器从第二电源节点和第二接地节点偏置；

其中，所述第一电源节点与所述第二电源节点电隔离，并且所述第一接地节点与所述第二接地节点电隔离。

7.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统包括：

USB收发器，所述USB收发器耦合到所述第一对端子；

HS数字电路系统，所述HS数字电路系统耦合到所述USB收发器并耦合到所述第一HS收发器，并且适于将与HS数据相对应的信号编码为双态信号，以用于由所述第一HS收发器进行传输；以及

USB数字电路系统，所述USB数字电路系统耦合到所述USB收发器并耦合到所述第一FS收发器，并且适于将与HS信令相对应的信号编码为双态信号，以用于由所述第一FS收发器进行传输。

8.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统进一步包括：

静噪检测器，所述静噪检测器耦合到所述第一对端子，适于相对于一个或多个差分阈值电平检测在所述第一对端子处的信号的存在或不存在。

9.根据权利要求8所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统适于通过执行多个操作来在HS数据的分组开始处编码双态信号，以用于由所述第一HS收发器和第一FS收发器进行传输，所述多个操作包括：

响应于所述静噪检测器检测到在所述第一对端子处不存在差分信号，编码K状态双态信号，以用于由所述第一HS收发器在所述第一HS隔离信道上进行传输；并且

然后，响应于所述静噪检测器检测到在所述第一对端子处存在差分信号并且响应于所述差分信号与K状态之后的J状态相对应，编码J状态双态信号，以用于由所述第一HS收发器在所述第一HS隔离信道上进行传输；

其中，在所述第一对端子处接收到的K和J状态对的序列与分组开始指示符相对应。

10.根据权利要求8所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统适于通过以下方式编码双态信号，以由所述第一HS收发器和所述第一FS收发器进行传输，以指示用于HS数据传输的分组结束：

响应于所述静噪检测器检测到不存在信号，阻止所述第一HS收发器在所述第一HS隔离信道上进行传输，并且编码分组结束信号以用于由所述第一FS收发器在所述FS隔离信道中的一个上进行传输；并且

在所述第二FS收发器处，将在所述FS隔离信道上接收到的所述分组结束信号解码，以用于在所述第二对端子处作为单端零状态进行传输。

11.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统适于将在所述第一对端子处接收到的并且与HS数据相对应的信号编码为由所述第一HS收发器在所述第一HS隔离信道上传输的单端信号；

其中，所述第一前端电路系统适于将在所述第一对端子处接收到的并且与HS信令相对应的信号编码为由所述第一FS收发器在所述FS隔离信道中的一个或多个上传输的单端信号；

并且其中，所述第二前端电路系统适于对由所述第二FS收发器在所述一个或多个FS隔离信道上从所述第一FS收发器接收到的单端信号以及在所述第一HS隔离信道上从所述第一HS收发器接收到的单端信号进行解码，以用于在所述第二对端子处作为信号进行传输。

12.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统适于将在所述第一对端子处接收到的并且与HS数据相对应的差分信号编码为由所述第一HS收发器在所述第一HS隔离信道上传输的双态信号；

其中，所述第一前端电路系统适于将在所述第一对端子处接收到的并且与HS信令相对应的差分信号编码为由所述第一FS收发器在所述FS隔离信道中的一个或多个上传输的双态信号；

并且其中，所述第二前端电路系统适于对由所述第二FS收发器在所述一个或多个FS隔离信道上从所述第一FS收发器接收到的双态信号以及在所述第一HS隔离信道上从所述第一HS收发器接收到的双态信号进行解码，以用于在所述第二对端子处作为差分信号进行传输。

13.一种跨越电流隔离屏障传达与高速操作模式即HS操作模式和全速操作模式即FS操作模式相对应的通用串行总线信号即USB信号的方法，包括：

在中继器的第一对端子处接收信号；

对于接收到的与所述HS操作模式中的数据相对应的信号：

将接收到的与HS数据相对应的信号编码为双态信号；

在第一HS隔离信道上跨越隔离屏障传输所述双态信号；

将从所述第一HS隔离信道接收到的所述双态信号解码为与HS数据相对应的信号；并且

从所述中继器的第二对端子传输与HS数据相对应的所述信号；并且对于接收到的与所述HS操作模式中的信令相对应的信号：

将接收到的与HS信令相对应的信号编码为双态信号；

在一个或多个FS隔离信道上跨越所述隔离屏障传输所述双态信号；

将从所述一个或多个FS隔离信道接收到的所述双态信号解码为与HS信令相对应的信号；并且

从所述中继器的所述第二对端子传输与HS信令相对应的所述信号。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，跨越所述隔离屏障传输双态信号的所述步骤各自包括：

将所述双态信号耦合到电容隔离屏障的一侧；

其中，所述单端信号在所述电容隔离屏障的另一侧被接收。

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

对于接收到的与所述FS操作模式中的数据和信令相对应的信号：

将接收到的信号编码为单端信号；

在一个或多个FS隔离信道上跨越所述隔离屏障传输所述双态信号；

将从所述一个或多个隔离信道接收到的所述双态信号解码为与FS数据和信令相对应的信号；并且

从所述中继器的第二对端子传输与FS数据和信令相对应的所述信号。

16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

对于在所述中继器的所述第一对端子和所述第二对端子中的一个处接收到的与指示进入HS操作模式的握手序列相对应的信号：

将接收到的信号编码为单端信号；

在所述一个或多个FS隔离信道上跨越所述隔离屏障传输所述双态信号；

将从所述一个或多个隔离信道接收到的所述双态信号解码为与FS数据和信令相对应的信号；

从所述中继器的所述第一对端子和所述第二对端子中的另一对端子传输与FS数据和信令相对应的信号；并且

响应于所述握手序列的完成，启用第一HS收发器和第二HS收发器以用于在第一HS隔离信道和第二HS隔离信道上驱动和接收单端信号。

17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

对于接收到的与所述HS操作模式中的数据分组开始相对应的信号：

响应于在所述第一对端子处检测到不存在信号，编码K状态双态信号；

在所述第一HS隔离信道上跨越所述隔离屏障传输所述K状态双态信号；

然后，响应于在所述第一对端子处检测到存在信号并且响应于所述信号与K状态之后的J状态相对应，编码J状态双态信号；

在所述第一HS隔离信道上传输所述J状态双态信号；

其中，在所述第一对端子处接收到的K和J状态对的序列与分组开始指示符相对应。

18.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

对于接收到的与所述HS操作模式中的数据分组结束相对应的信号：

响应于在所述第一对端子处接收到与和先前状态相反的状态的扩展传输相对应的信号，编码所述扩展传输的所述状态相对应的双态信号；

在所述第一HS隔离信道上跨越所述隔离屏障传输与所述扩展传输的所述状态相对应的所述双态信号；

然后，响应于在所述第一对端子处检测到不存在信号，阻止在所述第一HS隔离信道上传输单端信号的转变，并编码脉冲以用于由所述第一FS收发器在所述FS隔离信道中的一个上进行传输；并且

将在所述第一FS隔离信道上接收到的所述脉冲解码为单端零状态；并且

在所述第二对端子处传输单端零状态。

19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述双态信号为单端信号。

20.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述中继器的所述第一对端子处接收到的所述信号为差分信号；

并且其中，对于接收到的与所述HS操作模式中的数据相对应的差分信号，从所述中继器的所述第二对端子传输与HS数据相对应的信号包括传输差分信号；

并且其中，对于接收到的与所述HS操作模式中的信令相对应的差分信号，从所述中继器的所述第二对端子传输与HS信令相对应的信号包括传输差分信号。

21.一种通用串行总线中继器即USB中继器，其包括：

第一前端，所述第一前端耦合到第一输入/输出导体即第一I/O，所述第一前端包括：

第一USB收发器，所述第一USB收发器耦合到所述第一I/O；

第一高速数字核即第一HS数字核，所述第一HS数字核耦合到所述第一USB收发器；

第一USB数字核，所述第一USB数字核耦合到所述第一USB收发器和所述第一HS数字核；

第一HS收发器，所述第一HS收发器耦合到所述第一HS数字核；以及

第一USB收发器，所述第一USB收发器耦合到所述第一USB数字核；第二前端，所述第二前端耦合到第二I/O，所述第二前端包括：

第二USB收发器，所述第二USB收发器耦合到所述第二I/O；

第二高速数字核即第二HS数字核，所述第二HS数字核耦合到所述第二USB收发器；

第二USB数字核，所述第二USB数字核耦合到所述第二USB收发器和所述第二HS数字核；

第二HS收发器，所述第二HS收发器耦合到所述第二HS数字核；以及

第二USB收发器，所述第二USB收发器耦合到所述第二USB数字核；以及

隔离电路，所述隔离电路隔离地耦合在所述第一前端和所述第二前端之间，所述第一HS收发器经由所述隔离电路隔离地耦合到所述第二HS收发器，并且所述第一USB收发器经由所述隔离电路隔离地耦合到所述第二USB收发器。