CN210780804U - 一种纯光纤的usb远距离传输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种纯光纤的USB远距离传输装置，其包括HOST端信号转换模块和DEVICE端信号还原模块，所述HOST端信号转换模块的输出端与所述DEVICE端信号还原模块的输入端通过光缆连接实现3组差分对信号D+/‑,SSRX+/‑和SSTX+/‑的远距离传输；HOST端信号转换模块包括HOST端USB接口、HOST端光电/电光转换单元和HOST端控制单元，DEVICE端信号还原模块包括DEVICE端USB接口、DEVICE端光电/电光转换单元和DEVICE端控制单元。采用本实用新型的技术方案，实现了在超远距离下稳定传输USB信号的低成本方案，符合USB3.0标准，可靠性高，即插即用。

Description

一种纯光纤的USB远距离传输装置

技术领域

本实用新型涉及一种光纤传输装置，尤其涉及一种纯光纤的USB远距离传输装置。

背景技术

如今，每台计算机都有USB接口，可与键盘、鼠标、扫描仪、打印机、大容量存储设备、照相机等其他设备相连，完成计算机与外部设备通信。USB远距离传输装置让外接电子设备不用直接在计算机来回插拔，既保护USB设备接口又方便使用。

目前，工程实际中普遍采用延长器控制芯片加千兆以太网PHY或光纤接口PHY，实现USB信号的远距离传输。但这类方案存在着以下几个缺陷：其一，延长器控制芯片只支持USB2.0设备并不支持USB3.0设备；其二，采用专用的USB3.0光电转换芯片经由光缆远距离传输，在DEVICE端加可向下兼容USB2.0/1.1/1.0设备的USB3.0 HUB，此时 HOST端只能连接到计算机或USB HUB的3.0接口。

因此，研发一种能够保证远距传输性能且使用方法简单、成本较低、EMI(Electromagnetic Interference)和功耗较低的USB远距离传输装置具有很高的现实意义。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型公开了一种纯光纤的USB远距离传输装置，

对此，本实用新型的技术方案为：

一种纯光纤的USB远距离传输装置，其包括HOST端信号转换模块和DEVICE端信号还原模块，所述HOST端信号转换模块的输出端与所述DEVICE端信号还原模块的输入端通过光缆连接；

所述HOST端信号转换模块包括HOST端USB接口、HOST端光电/电光转换单元和HOST端控制单元，所述HOST端USB接口包括第一USB2.0通讯通道和第一USB3.0通讯通道，所述第一USB3.0通讯通道与HOST端光电/电光转换单元连接，所述第一USB2.0通讯通道通过HOST端控制单元与HOST端光电/电光转换单元连接；

所述DEVICE端信号还原模块包括DEVICE端USB接口、DEVICE端光电/电光转换单元和DEVICE端控制单元，所述DEVICE端USB接口包括第二USB2.0通讯通道和第二USB3.0通讯通道，所述第二USB3.0通讯通道与DEVICE端光电/电光转换单元连接，所述第二USB2.0通讯通道通过DEVICE端控制单元与DEVICE端光电/电光转换单元连接；

所述HOST端光电/电光转换单元、DEVICE端光电/电光转换单元与光缆的两端连接。

采用此技术方案，USB信号从HOST端信号转换模块输入，通过HOST端信号转换模块先将USB电信号中的差分对电信号转换为光信号，然后经过光缆将光信号进行远距离传输，最后通过DEVICE端信号还原模块将光信号还原成差分对电信号供下游USB远程设备使用。

作为本实用新型的进一步改进，所述HOST端光电/电光转换单元包括HOST端光电/电光转换芯片，所述HOST端USB接口包括提供第一USB2.0通讯通道的第一D+端、第一D-端、提供第一USB3.0通讯通道的第一SSTX+端、第一SSTX -端、以及第一SSRX+端、第一SSRX –端，所述第一SSTX+端、第一SSTX -端、第一SSRX+端、第一SSRX –端与HOST端光电/电光转换芯片连接，所述第一D+端、第一D-端通过HOST端控制单元与HOST端光电/电光转换芯片连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述DEVICE端信号转换模块包括USB2.0 HUB芯片，所述DEVICE端控制单元通过USB2.0 HUB芯片与第二USB2.0通讯通道连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述DEVICE端光电/电光转换单元包括DEVICE端光电/电光转换芯片，所述DEVICE端USB接口包括提供第二USB2.0通讯通道的第二D+端、第二D-端、提供第二USB3.0通讯通道的第二SSTX+端、第二SSTX -端、以及第二SSRX+端、第二SSRX –端，所述第二SSTX+端、第二SSTX -端、第二SSRX+端、第二SSRX –端与DEVICE端光电/电光转换芯片连接，所述DEVICE端控制单元与DEVICE端光电/电光转换芯片连接；所述DEVICE端控制单元通过USB2.0 HUB芯片与第二D+端、第二D-端连接。采用此技术方案，可以向下兼容更多USB 2.0/1.1/1.0设备。

作为本实用新型的进一步改进，所述HOST端控制单元包括将D+/-差分对信号调制成HSIP/N差分对电信号的调制模块和远程控制芯片；所述DEVICE端控制单元包括HSIP/N差分对电信号解调D+/-差分对电信号的解调模块和远程控制芯片。

作为本实用新型的进一步改进，所述HOST端光电/电光转换芯片、DEVICE端光电/电光转换芯片为USB 3.0光电/电光转换芯片。

作为本实用新型的进一步改进，所述光缆内为四芯光纤单元，其中两组光纤单元发送信号，两组光纤单元接收信号。

作为本实用新型的进一步改进，所述光缆与HOST端信号转换模块、DEVICE端还原模块可拆卸的连接。采用此技术方案，可灵活选择不同长度的光缆进行远距离传输。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

采用本实用新型的技术方案，实现了一种在超远距离条件下稳定传输USB信号的低成本方案，符合USB3.0标准，通信速率可达到5Gbps，并向下兼容USB2.0/1.1/1.0；辐射低，功耗低，无需调试，可靠性高，即插即用。

附图说明

图1是本实用新型实施例的整体框图。

图2是本实用新型实施例的接收端、发送端总体结构原理图。

图3是本实用新型实施例的光缆示意图。

图4是本实用新型实施例的USB3.0光电/电光转换芯片的电路图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1~图3所示，一种纯光纤的USB远距离传输装置，其包括HOST端信号转换模块和DEVICE端信号还原模块，所述HOST端信号转换模块的输出端与所述DEVICE端信号还原模块的输入端通过光缆连接；所述HOST端信号转换模块包括HOST端USB接口、HOST端光电/电光转换单元和HOST端控制单元，所述HOST端USB接口包括第一USB2.0通讯通道和第一USB3.0通讯通道，所述第一USB3.0通讯通道与HOST端光电/电光转换单元连接，所述第一USB2.0通讯通道通过HOST端控制单元与HOST端光电/电光转换单元连接；所述DEVICE端信号还原模块包括DEVICE端USB接口、DEVICE端光电/电光转换单元和DEVICE端控制单元，所述DEVICE端USB接口包括第二USB2.0通讯通道和第二USB3.0通讯通道，所述第二USB3.0通讯通道与DEVICE端光电/电光转换单元连接，所述第二USB2.0通讯通道通过DEVICE端控制单元与DEVICE端光电/电光转换单元连接。所述HOST端光电/电光转换单元、DEVICE端光电/电光转换单元与光缆的两端连接。

进一步的，所述HOST端光电/电光转换单元包括HOST端光电/电光转换芯片，所述HOST端USB接口包括提供第一USB2.0通讯通道的第一D+端、第一D-端、提供第一USB3.0通讯通道的第一SSTX+端、第一SSTX -端、以及第一SSRX+端、第一SSRX –端，所述第一SSTX+端、第一SSTX -端、第一SSRX+端、第一SSRX –端与HOST端光电/电光转换芯片连接，所述第一D+端、第一D-端通过HOST端控制单元与HOST端光电/电光转换芯片连接。

所述DEVICE端光电/电光转换单元包括DEVICE端光电/电光转换芯片，所述DEVICE端USB接口包括提供第二USB2.0通讯通道的第二D+端、第二D-端、提供第二USB3.0通讯通道的第二SSTX+端、第二SSTX -端、以及第二SSRX+端、第二SSRX –端，所述第二SSTX+端、第二SSTX -端、第二SSRX+端、第二SSRX –端与DEVICE端光电/电光转换芯片连接，所述第二D+端、第二D-端通过DEVICE端控制单元与DEVICE端光电/电光转换芯片连接；所述DEVICE端信号转换模块包括USB2.0 HUB芯片，所述DEVICE端控制单元通过USB2.0 HUB芯片与第二D+端、第二D-端连接。采用此技术方案，可以向下兼容更多USB 2.0/1.1/1.0设备。

所述HOST端控制单元包括将D+/-差分对信号调制成HSIP/N差分对电信号的调制模块和远程控制芯片；所述DEVICE端控制单元包括HSIP/N差分对电信号解调D+/-差分对电信号的解调模块和远程控制芯片。所述HOST端光电/电光转换芯片、DEVICE端光电/电光转换芯片为USB 3.0光电/电光转换芯片。所述光缆内为四芯光纤单元，其中两组光纤单元发送信号，两组光纤单元接收信号。所述光缆与HOST端信号转换模块、DEVICE端还原模块可拆卸的连接。采用此技术方案，可灵活选择不同长度的光缆进行远距离传输。进一步的，所述调制模块的PHY芯片的型号为RTL8211，所述远程控制芯片型号为CH317。

本实施例的纯光纤的USB远距离传输装置实现远距离传输USB的3组差分对信号D+/-, SSRX+/-和SSTX+/-。其中SSTX+/-差分对信号是所述HOST端发送给DEVICE端，是USB3.0(Super-Speed)设备专用通道，为单向传输；SSRX+/-差分对信号是所述DEVICE端发送给HOST端，是USB3.0(Super-Speed)设备数据传输通道，为单向传输；D+/-则是双向传输，是USB2.0(High-Speed)、USB1.1(Full-speed)和USB1.0(Low-speed)设备数据传输通道。SSRX+/-和SSTX+/-差分对信号可采用专用的USB3.0光电转换芯片进行传输。由于光纤是单向传输，且所述光缆内为四芯光纤单元，其中两组光纤单元发送信号，两组光纤单元接收信号。

本实施例纯光纤的USB远距离传输装置的整体框图如图1所示，所述HOST端信号转换模块的输入端连接计算机或USB HUB，提供2组差分对电信号D+/-, SSTX+/-。SSTX+/-差分对电信号为USB3.0通讯通道，可由专用的USB3.0光电/电光转换芯片转换为光信号，而D+/-差分对电信号为USB2.0通讯通道，需其调制成SGMII接口信号HSOP/N，将SSTX+/-差分对电信号和调制过后的HSOP/N电信号通过电光转换模块转换成光信号经由光缆远距离传输至所述DEVICE端信号还原模块；同时将从DEVICE端信号还原模块接收到的SSRX+/-和HSIP/N光信号通过光电转换模块还原成SSRX+/-和HSIP/N电信号，SSRX+/-差分对电信号可直接与主机端通讯，HSIP/N信号则需解调至D+/-差分对电信号。所述DEVICE端信号还原模块接收由光缆远距离传输的光信号，通过光电转换模块将光信号还原成差分对电信号SSTX+/-和HSIP/N。SSTX+/-差分对电信号可直接被USB3.0设备识别，HSIP/N差分对电信号需解调至D+/-差分对电信号，将远程控制芯片输出端连接至USB2.0 HUB以向下兼容更多USB 2.0/1.1/1.0设备。当DEVICE端信号还原模块的输出端连接有USB设备时，便会向HOST端信号转换模块向主机端反馈的D+/-和SSRX+/-差分对电信号。SSRX+/-差分对电信号为USB3.0通讯通道，可由专用的USB3.0光电/电光转换芯片转换为光信号，而D+/-则需调制成SGMII接口信号并通过电光转换模块转换为光信号经由光缆远距离传输至HOST端信号转换模块。当HOST端信号转换模块的输入端连接USB3.0接口时，DEVICE端信号还原模块下游设备可支持USB3.0/2.0/1.1/1.0设备；当HOST端信号转换模块的输入端连接USB2.0接口时，DEVICE端信号还原模块下游设备支持USB2.0/1.1/1.0设备。

在HOST端信号转换模块，USB3.0采用专用的USB3.0光电/电光转换芯片进行传输，将电信号SSTX+/-转换成光信号经由所述光缆作为DEVICE端信号还原模块的输入，同时接收由所述光缆远距离传输的来自DEVICE端信号还原模块的光信号并将其转换成电信号SSRX+/-。USB2.0采用CH317和RTL8211双芯片方案，远程控制芯片连接计算机或USB HUB的USB接口，将D+/-信号转换为千兆以太网信号。以太网信号包括8根高速信号线，其中4组输入RXD[0:3]，数据传输方向从PHY层到MAC层，是主机端接收来自USB设备的反馈，4组输出TXD[0:3]，数据传输方向为从MAC层到PHY层，由主机端发向USB设备。以太网信号数据传输时钟为125MHz，以RGMII接口实现MAC层与PHY层间的通讯。在PHY 芯片端使用SerDes(串列器/解串列器)技术实现SGMII接口与RGMII接口的转换，即8bit10bit的编码与解码，将RGMII接口8bit信号编码成SGMII接口的10bit HSIP/N，并通过光电/电光转换芯片将其转换成光信号经由所述光缆传输作为DEVICE端信号还原模块的输入，同时将由所述光缆远距离传输的光信号转换成电信号HSIP/N。当USB远程设备连接时，会从DEVICE端还原模块发出SSRX+/-和D+/-差分对电信号，并解调来自DEVICE端还原模块已调信号。

对于DEVICE端信号还原模块，USB3.0同样采用专用的USB3.0光电/电光转换芯片，接收经由所述光缆远距离传输的来自HOST端信号转换模块的光信号并将其转换成差分对电信号SSTX+/-，与下游USB3.0设备进行通讯；同时将下游USB3.0设备反馈的SSRX+/-电信号转换成光信号经由光缆远距离传输作为HOST端信号转换模块的输入。USB2.0通道则同样采用光电/电光转换芯片，接收经由所述光缆远距离传输的来自HOST端信号转换模块的光信号，并将其转换成差分对电信号HSIP/N，作为PHY芯片的输入。在PHY芯片端使用SerDes(串列器/解串列器)技术实现SGMII接口与RGMII接口的转换，将SGMII接口的10bit HSIP/N信号解码成RGMII接口8bit信号，进而与远程控制芯片进行通讯，实现千兆以太网信号与USB D+/-信号间的转换。在下游USB2.0设备与远程控制芯片间添加一个USB2.0 HUB芯片，以向下兼容更多USB 2.0/1.1/1.0设备。当USB远程设备连接时，会发出SSRX+/-和D+/-差分对电信号，并将D+/-差分对电信号调制成HSIP/N信号。

本实施例的技术方案，符合USB3.0标准，通信速率可达到5Gbps，并向下兼容USB2.0/1.1/1.0，当HOST端信号转换模块的上行接口连接USB3.0接口时，DEVICE端信号还原模块下游设备可支持USB3.0/2.0/1.1/1.0设备；当HOST端信号转换模块的下行接口连接USB2.0接口时，DEVICE端信号还原模块下游设备支持USB2.0/1.1/1.0设备。USB3.0、USB2.0是独立的，可同时存在。无论主机端接USB3.0接口还是USB2.0接口，设备端接USB3.0标准设备或2.0标准设备，均能正常使用。

对于光缆传输部分，本实用新型的技术方案采用透传，USB3.0使用USB3.0光电/电光转换芯片，所述USB3.0光电/电光转换芯片的电路图如图4所示，该芯片支持USB3.0链路电源管理，当连接有USB3.0设备时，该芯片会向外输出LFPS光信号，与USB3.0设备建立通讯链路，且传输链路中只有光电/电光转换，无任何处理。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种纯光纤的USB远距离传输装置，其特征在于：其包括HOST端信号转换模块和DEVICE端信号还原模块，所述HOST端信号转换模块的输出端与所述DEVICE端信号还原模块的输入端通过光缆连接；

所述HOST端信号转换模块包括HOST端USB接口、HOST端光电/电光转换单元和HOST端控制单元，所述HOST端USB接口包括第一USB2.0通讯通道和第一USB3.0通讯通道，所述第一USB3.0通讯通道与HOST端光电/电光转换单元连接，所述第一USB2.0通讯通道通过HOST端控制单元与HOST端光电/电光转换单元连接；

所述DEVICE端信号还原模块包括DEVICE端USB接口、DEVICE端光电/电光转换单元和DEVICE端控制单元，所述DEVICE端USB接口包括第二USB2.0通讯通道和第二USB3.0通讯通道，所述第二USB3.0通讯通道与DEVICE端光电/电光转换单元连接，所述第二USB2.0通讯通道通过DEVICE端控制单元与DEVICE端光电/电光转换单元连接；

所述HOST端光电/电光转换单元、DEVICE端光电/电光转换单元与光缆的两端连接。

2.根据权利要求1所述的纯光纤的USB远距离传输装置，其特征在于：所述HOST端光电/电光转换单元包括HOST端光电/电光转换芯片，所述HOST端USB接口包括提供第一USB2.0通讯通道的第一D+端、第一D-端、提供第一USB3.0通讯通道的第一SSTX+端、第一SSTX -端、以及第一SSRX+端、第一SSRX –端，所述第一SSTX+端、第一SSTX -端、第一SSRX+端、第一SSRX–端与HOST端光电/电光转换芯片连接，所述第一D+端、第一D-端通过HOST端控制单元与HOST端光电/电光转换芯片连接。

3.根据权利要求2所述的纯光纤的USB远距离传输装置，其特征在于：所述DEVICE端信号转换模块包括USB2.0 HUB芯片，所述DEVICE端控制单元通过USB2.0 HUB芯片与第二USB2.0通讯通道连接。

4.根据权利要求3所述的纯光纤的USB远距离传输装置，其特征在于：所述DEVICE端光电/电光转换单元包括DEVICE端光电/电光转换芯片，所述DEVICE端USB接口包括提供第二USB2.0通讯通道的第二D+端、第二D-端、提供第二USB3.0通讯通道的第二SSTX+端、第二SSTX -端、以及第二SSRX+端、第二SSRX –端，所述第二SSTX+端、第二SSTX -端、第二SSRX+端、第二SSRX –端与DEVICE端光电/电光转换芯片连接，所述DEVICE端控制单元与DEVICE端光电/电光转换芯片连接；所述DEVICE端控制单元通过USB2.0 HUB芯片与第二D+端、第二D-端连接。

5.根据权利要求4所述的纯光纤的USB远距离传输装置，其特征在于：所述HOST端控制单元包括将D+/-差分对信号调制成HSIP/N差分对电信号的调制模块和远程控制芯片；所述DEVICE端控制单元包括HSIP/N差分对电信号解调D+/-差分对电信号的解调模块和远程控制芯片。

6.根据权利要求5述的纯光纤的USB远距离传输装置，其特征在于：所述HOST端光电/电光转换芯片、DEVICE端光电/电光转换芯片为USB 3.0光电/电光转换芯片。

7.根据权利要求1~6任意一项的USB远距离传输装置，其特征在于：所述光缆内为四芯光纤单元，其中两组光纤单元发送信号，两组光纤单元接收信号。

8.根据权利要求1~6任意一项所述的纯光纤的USB远距离传输装置，其特征在于：所述光缆与HOST端信号转换模块、DEVICE端还原模块可拆卸的连接。

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