JP2010521111A - インターフェースユニットおよび作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電気ＵＳＢケーブルに接続するための電気インターフェース（４０，１１０）と、光信号を送信および受信するために少なくとも１つの光ウェイブガイドに接続するための光インターフェースと、電気インターフェースにおける信号Ｄ＋およびＤ−を、光インターフェースにおいて出力するための光信号に変換可能であり、光インターフェースからの光信号を電気信号に変換可能であり、また、これらの信号を電気インターフェースにおいて信号Ｄ＋およびＤ−として出力する変換ユニットを備えるインターフェースユニット（５０，８０）に関する。
【解決手段】変換ユニットは、Ｄ＋およびＤ−信号に含まれている有用信号（ＮＳ）と制御信号（ＳＳ）を分離するための分析ユニット（２１０）を有している。分析ユニットは、有用信号（ＮＳ）と制御信号（ＳＳ）から、後続する送信ユニットに対する少なくとも２つの電気駆動信号を発生する回復ユニット（２２０，４００）に接続されている。後続する送信ユニットは、少なくとも２つの入力電気信号から、少なくとも２つの異なる波長チャンネルを用いて、少なくとも２つの光信号を発生し、それらを光インターフェースにおいて出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、請求項１の前段に記載されている特徴を有するインターフェースユニットに関する。

いわゆるユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）は、キーボード、マウス、カメラ、プリンタ等の周辺装置を接続する、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）のためのインターフェースである。詳細は、ｗｗｗ．ｕｓｂ．ｏｒｇに公開されている。ＵＳＢ２．０は、５ｍのケーブル長に制限されている。これは、いくつかのアプリケーションに対して重大な制限である。

２以上の論理状態を有するマルチレベル論理（多段論理）を使用するＵＳＢのような電気バスシステムは、光データ転送に直接に適用することができない。また、ＵＳＢは、純粋データ転送に加えて、周辺装置に関する追加の状態情報、すなわち、
・周辺装置が接続されアクティブである
・選択された転送スピード
・送信または受信
・送信または中止
を転送する必要がある。

ＵＳＢデータは、異なる信号線Ｄ＋およびＤ−を介して転送される。論理“０”は、［Ｄ＋＝０］および［Ｄ−＝１］を表し、論理“１”は、［Ｄ＋＝１］および［Ｄ−＝０］に等しい。さらに、状態［Ｄ＋＝０］、［Ｄ−＝０］、［Ｄ＋＝１］および［Ｄ−＝１］が存在する。これらの信号状態は、静的でない。それらは、ビット単位、すなわち、フルスピード接続のパケットエンド（ＥＯＰ）識別子またはハイスピードに対するアイドルとして２つのビットが発生する。

ＵＳＢ接続確立は、時間および振幅によってエンコードされるいくつかのステージを通して行われる。時間情報は、光転送中に保持され、したがって、被接触状態に維持可能である。図１２には、接続確立から終了までのハイスピード接続の論理状態および作動状態の１例が示されている。

以下のテーブルでは、ＵＳＢ１．ｘおよび２．０に対する全てのＵＳＢ作動状態の完全な信号化に重要である全てのこれらの論理状態が記載されている。

電気的特徴は、ＵＳＢ２．０標準に正確に記述されている。

前述したＵＳＢインターフェースユニットは、米国特許第６９５０６１０号明細書により公知である。このユニットは、ＵＳＢケーブルに接続するための電気インターフェースおよび２つの光ウェイブガイド（導波管）に接続するための光インターフェースを含んでいる。変換ユニット(conversion unit)は、電気インターフェースからのデータＤ＋およびＤ−を光信号に変換し、また、光入力データを電気信号Ｄ＋およびＤ−出力に変換する。前述したユニットは、Ｄ＋およびＤ−をバイナリ信号（２値信号）およびアナログコード信号からなるターナリコード（３値コード）にエンコードする。結果は、光学的に転送される。前述したユニット内の光信号の信号振幅は、重要な役割を果たしている。それゆえ、ＵＳＢ１．０は、ＵＳＢ２．０が直接に使用できないところで使用可能である。その理由は、ＵＳＢ２．０が、他の機能に加えて、振幅の変化をデータレート（データ転送速度）の指示として使用するからである。振幅は、信号アイドルパケット(signal IDLE packet)に対しても使用される。追加の動作モードに対してより多くの振幅レベルを発生可能である。しかしながら、それらのレベルは、光ファイバーの減衰およびコネクタ損失によって変化する。

本発明の課題は、より高いデータレートにおいてもデータを確実に転送し、また、本質的にＵＳＢ２．０に互換可能であるインターフェースユニットを明確にすることである。

本発明では、この課題は、請求項１に記載されている特徴によって達成される。使用可能な変更は、特許請求の範囲の請求項に示されている。

したがって、本発明により、変換ユニットが、Ｄ＋およびＤ−信号に含まれている制御信号（ＵＳＢ状態信号：USB status signal）を有用信号（ＵＳＢ有用信号：USB useful signal）から分離する分析ユニット(analyzing unit)を有していることが明確になる。分析ユニットは、引き続く転送ユニット(transmission unit)を駆動するために少なくとも２つの駆動信号を発生する信号回復ユニット(signal recover unit)が続いている。引き続く転送ユニットは、少なくとも２つの電気信号によって駆動される少なくとも２つの異なる波長を有する、少なくとも２つの光信号を発生し、これらの信号を光インターフェースにおいて出力する。

本発明のインターフェースユニットの重要な利点は、Ｄ＋およびＤ−信号の所期の事前分析、ＵＳＢ制御信号中のＤ＋およびＤ−信号とおよびＵＳＢ有用信号の所期の分離、少なくとも２つの光波長チャンネル（光波長周波数帯：optical wavelength channel）を介する所期のデータ転送に依存していることであり、ＵＳＢ２．０標準と比較して、データを簡単に転送するために使用可能な追加の自由度がある。例えば、標準の初期のバージョンとの互換性を維持しながら、ＵＳＢ２．０の転送スピードで情報を送信することができる。また、ＵＳＢ２．０は、ブロック対応であるため、ＵＳＢ１．０のＥＯＰ（パケットエンド）と同様に、空ブロックの取り扱いが可能である。ＥＯＰとの区別化は、例えば、スピード指示との結合においてなされる。さらに、周辺装置の自由な接続および切離しを許容するＵＳＢ機能は、接続されている（アクティブ）および接続されていない（アクティブでない）周辺装置に対する専用の信号を有することによって取り扱うことができる。

変換ユニットは、主として、有用信号を別々の専用の波長チャンネル上に転送する。ロースピードの制御信号またはほぼ静的な制御信号に比べて、有用信号のハイスピードまたは非常にダイナミックな信号は、主として、レーザーを用いて発生される。ロースピード信号は、主に、ＬＥＤを用いて発生される。

さらなる利益は、電気駆動信号を発生する一方、少なくとも２つの制御信号を論理的に結合する回復ユニットに起因する。この結合により、引き続く転送ユニットは、駆動信号に基づく特別の波長で光信号を発生し、光インターフェースにおいて出力する。したがって、ＵＳＢ２．０に対するこのような結合は有益である。なぜなら、ＵＳＢ制御信号のいくつかは、豊富な内容を有しており、そして、それによって、結合可能であり、転送可能であり、または送信可能でもないからである。

また、例えば、インターフェースユニットは、回復ユニットが、電気駆動信号を発生する一方、有用信号を有する少なくとも１つの制御信号を論理的に結合するのを許容する種類のものであってもよい。この結合により、引き続く転送ユニットは、この駆動信号に基づく専用の波長チャンネルを発生し、それを光インターフェースにおいて出力する。有用信号のこの種の結合は、例えば、有用信号の転送を乱さないまたは減速させない、非常にロースピードの制御信号の転送に対して推奨される。

波長チャンネルは、異なる周波数レート（周波数速度）を有することができる。代わりに、異なるチャンネルが異なる特別のチャンネル幅を有している場合には、異なるチャンネルの波長がオーバーラップ（重複）していてもよい。

インターフェースユニットは、前記したインターフェースユニット説明において説明したマルチレベルのアナログ転送を不要とするために、排他的に２値コード化された信号を送信する。マルチレベルアナログ転送では、レシーバ（受信機）は、適切な信号分析のために絶対信号レベルを知られなければならないという点欠点を有している。このレベルは、例えば、光接続の小さな曲げ半径または不安定特性により引き起こされる減衰によって変化する。したがって、マルチレベル転送は、欠点がある。

さらに、変換ユニットが、光入力において少なくとも２つの光波長チャンネルを同時に受信して、これらの受信した信号から有用信号を発生可能である回復ユニットを含んでいること、また、回復ユニットが、制御信号および有用信号から、電気信号のためのＤ＋およびＤ−信号を発生する分析ユニットに接続されていることは、有益である。

また、本発明は、Ｄ＋およびＤ−が、光信号に変換され、少なくとも１つの光ウェイブガイド、すなわち、グラスファイバーを介して転送される、ＵＳＢ互換信号の転送方法を含んでいる。

本発明は、信頼性を有するデータ転送が、高データレートで実行され、また、主要な手順が、ＵＳＢ２．０との互換性を許容するという要求を満たしている。

本発明では、電気Ｄ＋およびＤ−信号から生成される制御信号および有用信号は、少なくとも１つの光転送媒体上を、少なくとも２つの光波長チャンネルを介して転送される。

本発明の方法の利点および本発明の方法の有益な形態に関しては、本発明のインターフェースユニットに関する前述した記載が参照される。

２つのＵＳＢインターフェースユニットが転送チャンネル上で電気−光変換を行う、ＵＳＢ接続を介して接続されている２つの電気装置の構成が示されている。 ＵＳＢ有用信号およびＵＳＢ状態信号が２つの異なる波長チャンネルを通過する、本発明のＵＳＢインターフェースユニットの第１の実施の形態が示されている。 ＵＳＢ有用信号が１つの波長チャンネルを通過し、また、ＵＳＢ状態信号が結合され、２つの他の波長チャンネルを通過する、本発明のＵＳＢインターフェースユニットの第２の実施の形態が示されている。 ＵＳＢ有用信号およびＵＳＢ状態信号が結合され、２つの波長チャンネルを通過する、本発明のＵＳＢインターフェースユニットの第３の実施の形態が示されている。 図４のＵＳＢインターフェースユニットの回復ユニットの概要が示されている。 ＵＳＢ有用信号およびＵＳＢ状態信号が結合され、また、デジタルエンコードされた信号が転送される、本発明のＵＳＢインターフェースユニットの第４の実施の形態が示されている。 図６のＵＳＢインターフェースユニットの回復ユニットの概要が示されている。 図６のＵＳＢインターフェースユニットの回復ユニットの他の概要が示されている。 ＵＳＢ有用信号およびＵＳＢ状態信号が結合され、アナログ−デジタルエンコードされ、また、２つの波長チャンネルを介して転送される、本発明のＵＳＢインターフェースユニットの第５の実施の形態が示されている。 図９のＵＳＢインターフェースユニットの回復ユニットの概要が示されている。 光波長チャンネルおよび光信号をフィルタリング（濾過）するフィルタが示されている。 光波長チャンネルおよび光信号をフィルタリング（濾過）するフィルタが示されている。 接続の開始から接続の終了までのＵＳＢ標準のハイスピード接続に対する論理状態および作動状態の例が示されている。 光波長チャンネルおよび光信号をフィルタリング（濾過）するフィルタの他の実施例が示されている。 光波長チャンネルおよび光信号をフィルタリング（濾過）するフィルタの他の実施例が示されている。 図１〜図１３ｂでは、対応するまたは同一の構成要素に対して同じ参照符号が用いられている。

図１には、互いに通信する２つの電気ユニット１０と２０の構成が示されている。ユニット１０は、パーソナルコンピュータであり、ユニット２０は、プリンタである。

ユニット１０は、ＵＳＢ標準２．０に対応しているＵＳＢケーブル３０を介して、第１のインターフェースユニット５０の電気インターフェース４０に接続されている。第１のインターフェースユニット５０は、光インターフェース６０および光接続９０を介して、第２のインターフェースユニット８０の光インターフェース７０に接続されている。光接続９０は、単一のウェイブガイドであってもよいしまたは複数のウェイブガイドであってもよい。装置２０は、第２のＵＳＢケーブル１００を介して、第２のインターフェースユニット８０の電気インターフェース１１０に接続されている。

図２には、第１のインターフェースユニット５０の一実施例が示されている。第２のインターフェースユニット８０は、同一または少なくとも類似の構造である。

図２の電気インターフェース４０では、装置１０のＤ＋およびＤ−が示されている。電気インターフェース４０は、Ｄ＋およびＤ−信号を分析し、光信号“ＨＳ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”（後で、ＵＳＢ有用信号ＮＳと呼ばれる）および出力における光制御信号（ＵＳＢ状態信号）を生成する分析ユニット２１０を有する変換ユニット２００に接続されている。分析ユニット２１０は、ＵＳＢ２．０の、フェアチャイルド社のＩＣｓ ＵＳＢ１Ｔ１１０２およびサイプレス社のＩＣ ＣＹ７Ｃ６８０００が実装されまたは含んでいる。

信号ＳＳは、例えば、ＵＳＢ２．０標準に対応する、続けて示されている信号の１つまたは全てである。
“Ｒｐｕ＿Ｅｎａｂｌｅ
“ＨＳ＿Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｏｕｒｃｅ＿Ｅｎａｂｌｅ”
“ＨＳ＿Ｄｒｉｖｅ＿Ｅｎａｂｌｅ”
“ＨＳ＿Ｄａｔａ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｉｎｐｕｔ”
“ＬＳ／ＦＳ＿Ｄａｔａ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｉｎｐｕｔ”
“Ａｓｓｅｒｔ＿Ｓｉｎｇｌｅ＿Ｅｎｄｅｄ＿Ｚｅｒｏ”
“ＦＳ＿Ｅｄｇｅ＿Ｍｏｄｅ＿Ｓｅｌ”
“ＬＳ／ＦＳ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｅｎａｂｌｅ”
“Ｓｑｕｅｌｃｈ”
“ＬＳ／ＦＳ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”
“ＨＳ＿Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ”
“ＳＥ＿Ｄａｔａ＋＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”
“ＳＥ＿Ｄａｔａ−＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”

変換ユニット２００は、分析ユニット２１０によって駆動され、また、出力において、２つの光転送ユニット２４０と２５０に割り当てられている回復ユニット２２０を含んでいる。光転送ユニット２４０および２５０は、例えば、レーザーダイオードまたは光放射ダイオード（ＬＥＤ）を含んでいる。図２には、ＬＥＤは示されていない。

回復ユニット２２０は、分析ユニット２１０の光有用信号ＮＳを電気駆動信号Ｓ１に変換する。電気駆動信号Ｓ１は、光信号Ｓ１’を波長チャンネルλ１上にまたは波長λ１を有する光信号Ｓ１’を発生するために、光転送ユニット２４０によって使用される。

前述した方法と同様の方法で、回復ユニット２２０は、波長λ２を有する光信号Ｓ２’を発生するために、分析ユニット２１０の制御信号ＳＳの１つまたは全てを、光転送ユニット２５０によって使用される電気駆動信号Ｓ２に変換する。分析ユニット２１０の制御信号ＳＳの電気駆動信号Ｓ２への変換は、例えば、デジタルエンコード方法および／または時間多重方法を用いて実行することができる。

２つの光信号Ｓ１’およびＳ２’は、図１のＹスプリッター２６０および２７０を介して光接続９０に送られる。図２では、光接続９０は、単一のウェイブガイドにより構成されている。

変換ユニット２００は、入力において２つの光受信ユニット３４０および３５０に接続されている回復ユニット３２０を含んでいる。光受信ユニット３４０および３５０は、例えば、受光ダイオードを含んでいる。図２には、これらのダイオードは示されていない。

光受信ユニット３４０は、波長λ３を有する光信号Ｓ３’を受信し、インターフェース４０において電気有用信号ＮＥを発生するために回復ユニット３２０によって使用される電気信号Ｓ３を発生する。

前述した方法と同様の方法で、光受信ユニット３５０は、波長λ４を有する光信号Ｓ４’を受信し、電気制御信号ＳＥを発生するために回復ユニット３２０によって使用される電気信号Ｓ４を発生する。

回復ユニット３２０に後続して接続されている分析ユニット２１０は、光学的に受信され、電気的に送信される制御信号ＳＥと、光学的に受信され、電気的に送信される有用信号ＮＥを用いて、出力において信号Ｄ＋およびＤ−を発生する。信号Ｄ＋およびＤ−は、図２の第１のインターフェースユニット５０の電気インターフェース４０を介してＵＳＢケーブルに送られる。

結局、図２の実施例では、４つの光波長λ１〜λ４、すなわち、
光有用信号ＮＳを送信するための光転送ユニットに対する波長λ１
（“ＨＳ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”）
光制御信号ＳＳを送信するための光送信ユニットに対する波長λ２
光有用信号ＮＥを受信するための光学受信ユニットに対する波長λ３
（“ＨＳ＿Ｄａｔａ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｉｎｐｕｔ”）
制御信号ＳＥを受信するための光受信ユニットに対する波長λ４
が、ＵＳＢ２．０信号の双方向転送に使用されている。

図３には、第１のインターフェースユニッ５０、したがって第２のインターフェースユニット８０の他の実施例が示されている。図３の実施例では、送信方向および受信方向それぞれに対して３つの波長が使用されている。

図３には、装置１０の電気Ｄ＋およびＤ−信号が送られる電気インターフェース４０が示されている。電気インターフェース４０は、分析ユニット２１０を含んでいる変換ユニット２００に接続されている。分析ユニット２１０は、Ｄ＋およびＤ−信号を分析し、出力において、信号“ＨＳ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”（後で、有用信号ＮＳと呼ばれる）と制御信号ＳＳを発生する。

また、変換ユニット２００は、送信側に回復ユニット４００を含んでいる。回復ユニット４００は、分析ユニット２１０に接続されており、出力において、３つの光送信ユニット４１０、４２０、４３０に割り当てられている。光送信ユニットは、例えば、レーザーダイオードまたは光放射ダイオードを含んでいる。

回復ユニット４００は、分析ユニット２１０からの有用信号ＮＳおよび制御信号ＳＳから３つの駆動信号Ｓ１１、Ｓ１２およびＳ１３、例えば、
Ｓ１１＝“ＨＳ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”
Ｓ１２＝（“ＳＥ＿Ｄａｔａ＋＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ” ＯＲ
“ＳＥ＿Ｄａｔａ−＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ０”）
ＡＮＤ ＮＯＴ“Ｓｑｕｅｌｃｈ”
Ｓ１３＝ＮＯＴ“ＨＳ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ” ＡＮＤ
ＮＯＴ“ＨＳ＿Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ”
を発生するために使用される。

以下のテーブルは、割り当てられたＵＳＢ信号状態を有する異なる構造におけるコード体系を示している。

３つの光送信ユニット４１０、４２０および４３０は、３つの駆動信号Ｓ１１、Ｓ１２およびＳ１３から波長λ１、λ２およびλ３を有する光学信号Ｓ１１’、Ｓ１２’およびＳ１３’を生成し、これらを光接続９０に結合する。インターフェース４０において電気接続が中断される場合には、光は送信されない。これは、インターフェースユニット５０または８０を装置から切り離す必要なく、光接続を中断することができるという利点を有している。

また、変換ユニット２００は、受信側に回復ユニット４４０を含んでいる。回復ユニット４４０は、入力において、３つの光受信ユニット４５０、４６０および４７０に割り当てられている。３つの光受信ユニット４５０、４６０および４７０は、波長λ４、λ５およびλ６を有する光信号Ｓ１４’、Ｓ１５’およびＳ１６’を受信し、出力において、駆動信号Ｓ１４、Ｓ１５およびＳ１６を発生する。これらは、光学的に受信され、電気的に（インターフェース４０において）送信される有用信号ＮＥと、光学的に受信され、電気的に（インターフェース４０から）送信される制御信号ＳＥを発生するために、回復ユニット４４０によって使用される。

制御信号ＳＥは、例えば、以下のように発生される。
“Ｒｐｕ＿Ｅｎａｂｌｅ”＝Ｓ１２ ＡＮＤ Ｓ１３
“ＨＳ＿Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｏｕｒｃｅ＿Ｅｎａｂｌｅ”
＝Ｓ１２ ＡＮＤ ＮＯＴ（Ｓ１３） ＡＮＤ Ｓ１１
“ＨＳ＿Ｄｒｉｖｅ＿Ｅｎａｂｌｅ”＝Ｓ１２ ＡＮＤ ＮＯＴ（Ｓ１３）
“ＨＳ＿Ｄａｔａ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｉｎｐｕｔ”＝Ｓ１１
“ＬＳ／ＦＳ＿Ｄａｔａ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｉｎｐｕｔ”＝Ｓ１１
“Ａｓｓｅｒｔ＿Ｓｉｎｇｌｅ＿Ｅｎｄｅｄ＿Ｚｅｒｏ”
＝ＮＯＴ（Ｓ１２） ＡＮＤ Ｓ１３
“ＦＳ＿Ｅｄｇｅ＿Ｍｏｄｅ＿Ｓｅｌ”＝Ｓ１２ ＡＮＤ Ｓ１３
“ＬＳ／ＦＳ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｅｎａｂｌｅ”
＝Ｓ１２ ＡＮＤ Ｓ１３

以下のテーブルは、割り当てられたＵＳＢ信号状態を有する異なる構造におけるデコード体系を示している。

波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５およびλ６を有する光信号は、異なるタイプの送信要素によって発生可能である。４８０Ｍｂ／ｓのデータレートに対しては、レーザーダイオードが波長λ１およびλ４に対して推奨される。なぜなら、ＵＳＢ信号“ＨＳ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”のような有用データＮＳが、これらの波長λ１およびλ４を介して転送されるからである。

また、波長λ２、λ３、λ５およびλ６に対しては、ロースピードＬＥＤが使用可能である。なぜなら、制御信号Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１５およびＳ１６を用いた状態の信号化は、１２０Ｍｂｉｔ／ｓのようなより低いビットレートを許容する方法でエンコードされるからである。ＬＥＤは、コストの面においてより有効であり、また、レシーバ（受信機）における光フィルタの使用を容易とする。

図４には、図１のインターフェースユニット５０および８０に対する第３の実施例が示されている。図４の実施例では、送信方向および受信方向の双方に対して２つの波長が用いられている。

図４では、装置１０の電気信号Ｄ＋およびＤ−１０は、電気インターフェース４０に接続されている。電気インターフェース４０は、分析ユニット２１０を有する変換ユニット２００に接続されている。分析ユニット２１０は、信号Ｄ＋およびＤ−を分析し、有用信号ＮＳ（“ＨＳ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”）および制御信号ＳＳを発生する。

変換ユニット２００は、転送側に、回復ユニット４００を含んでいる。回復ユニット４００は、分析ユニット２１０からデータを入手し、送信側において、２つの光転送ユニット４１０および４２０に割り当てられている。これらの光送信ユニットは、例えば、レーザーダイオードまたは光放射ダイオードを含んでいる。

回復ユニット４００は、分析ユニット２１０からの使用可能信号ＮＳおよび制御信号ＳＳに基づいて２つの電気駆動信号Ｓ２１およびＳ２２を発生する必要がある。
Ｓ２１＝“ＨＳ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｓａｌ＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”
ＯＲ ＮＯＴ（“ＳＥ＿Ｄａｔａ＋＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”
ＯＲ “ＳＥ＿Ｄａｔａ−＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”）
Ｓ２２＝ＮＯＴ“Ｓｑｕｅｌｃｈ” ＡＮＤ
“ＬＳ／ＦＳ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ＿Ｒｅｃｅｉｖｅｗｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”
＋ ＮＯＴ“ＨＳ＿Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ”
論理“＋”は、信号振幅の加算を表す。

以下のテーブルは、ＵＳＢ信号状態に関する異なる構造におけるエンコード体系を示している。

２つの光送信ユニット４１０および４２０は、入力信号Ｓ２１およびＳ２２に基づいて波長λ１およびλ２を有する光信号Ｓ２１’およびＳ２２’を発生し、これらを光接続９０に結合する。

変換ユニット２００は、受信側に、回復ユニット４４０を追加的に含んでいる。回復ユニット４４０は、２つの光受信ユニット４５０および４６０によって駆動される。２つの受信ユニット４５０および４６０は、波長λ３およびλ４を有する、装置２０の光信号Ｓ２３’およびＳ２４’を受信し、出力において、信号Ｓ２３およびＳ２４を発生する。これらは、光学的に受信され、電気的に（インターフェース４０において）送信される有用信号ＮＥ、光学的に受信され、電気的に（インターフェース４０において）送信される制御信号ＳＥを発生するために、回復ユニット４４０によって使用される。

制御信号ＳＥは、例えば、以下のように形成される。
“Ｒｐｕ＿Ｅｎａｂｌｅ”＝Ａ ＡＮＤ Ｂ
“ＨＳ＿Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｏｕｒｃｅ＿Ｅｎａｂｌｅ”
＝Ｓ２４ ＡＮＤ Ａ ＡＮＤ ＮＯＴ（Ｂ）
“ＨＳ＿Ｄｒｉｖｅ＿Ｅｎａｂｌｅ”＝Ａ ＡＮＤ ＮＯＴ（Ｂ）
“ＨＳ＿Ｄａｔａ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｉｎｐｕｔ”＝Ｓ２４
“ＬＳ／ＦＳ＿Ｄａｔａ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｉｎｐｕｔ”＝Ｓ２４
“Ａｓｓｅｒｔ＿Ｓｉｎｇｌｅ＿Ｅｎｄｅｄ＿Ｚｅｒｏ”
＝ＮＯＴ（Ａ） ＡＮＤ ＮＯＴ（Ｂ）
“ＦＳ＿Ｅｄｇｅ＿Ｍｏｄｅ＿Ｓｅｌ”＝Ａ ＡＮＤ Ｂ
“ＬＳ／ＦＳ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｅｎａｂｌｅ”＝Ａ ＡＮＤ Ｂ

ここで、ＡおよびＢに対する値は、ＵＳＢ信号状態に対応する異なる構造におけるデコード体系を含む以下のテーブルに定義されている。

信号Ｓ２１の３値コードからの２値中間状態は、例えば、図５に示されているように発生される。オペアンプＯＰ１およびＯＰ２は、異なる基準電圧Ｖ１およびＶ２を有している。これらは、オペアンプの信頼できるスイッチングを可能とする。例えば、信号Ｓ２３１の最大振幅が２Ｖに等しい場合には、Ｖ１＝０．５ＶおよびＶ２＝１．５Ｖである。

論理的な中間状態の割り当てに対しては、代替手段が可能である。しかしながら、前述したコード体系は、以下の特性
光接続は、全てのチャンネルがオフである場合には、“ＨＳ＿Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ”に対して適切な値がコード化されるため、中断される。
Ｓ２１は、スロー信号のみが転送されなければならないため、簡単なＬＥＤによって発生可能である。
有しているため、有益である。

図６には、図１の第１のインターフェースユニット５０および第２のインターフェースユニット８０の第４の実施例が示されている。図６の実施例では、２つの波長が、送信方向および受信方向の双方において用いられている。

図６の電気インターフェース４０は、装置１０から電気データＤ＋およびＤ−を受信する。

電気インターフェース４０は、分析ユニット２１０を有する変換ユニット２００に接続されている。分析ユニット２１０は、Ｄ＋およびＤ−信号を分析し、有用信号ＮＳとしての信号“ＨＳ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”および制御信号ＳＳを出力する。

また、変換ユニット２００は、送信側に、回復ユニット４００を含んでいる。回復ユニット４００は、分析ユニット２１０からの信号を運び、出力において、２つの光送信ユニット４１０および４２０に割り当てられる。これらの送信ユニットは、例えば、レーザーダイオードまたは光放射ダイオードを含んでいる。回復ユニット４００の目的は、分析ユニット２１０の有用信号ＮＳおよび制御信号ＳＳに基づいて２つの電気駆動信号Ｓ３１およびＳ３２を発生することである。
Ｓ３１＝“ＨＳ＿Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ＿Ｒｅｃｅｗｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”

信号Ｓ３２は、以下の式およびテーブルに対応する中間値Ｃ１およびＣ２を用いて発生される。
Ｃ１＝ＮＯＴ“Ｓｑｕｅｌｃｈ” ＯＲ ＮＯＴ“ＨＳ＿Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ”
Ｃ２＝ＮＯＴ“Ｓｑｕｅｌｃｈ” ＡＮＤ “ＨＳ＿Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ”

以下のテーブルは、ＵＳＢ信号状態に関する異なる構造におけるエンコード体系を示している。

２つの光送信ユニット４１０および４２０は、電気駆動信号Ｓ３１およびＳ３２に基づいて波長λ１およびλ２を有する光信号Ｓ３１’およびＳ３２’を発生し、これらを光接続９０に結合する。

駆動信号Ｓ３１のコードパターンは、送信側において、例えば、図７に示されている構成を有する回復ユニット４００で発生される。

また、変換ユニット２００は、受信側に、光受信ユニット４５０および４６０からの信号を受け取る回復ユニット４４０を含んでいる。これらのユニット４５０および４６０は、波長λ３およびλ４を有する光信号Ｓ３３’およびＳ３４’を受信し、出力側において、関連する電気駆動信号Ｓ３３およびＳ３４を発生する。電気駆動信号Ｓ３３およびＳ３４は、光学的に受信され、電気的に送信される（インターフェース４０を介して）有用信号ＮＥ、光学的に受信され、電気的に（インターフェース４０を介して）送信される制御信号ＳＥを発生するために、回復ユニット４４０によって使用される。

制御信号ＳＥは、例えば、以下の中間値Ｃ１、Ｃ２およびＣ３を用いて発生される。

中間値Ｃ１、Ｃ２およびＣ３は、光学的に受信され、電気的に送信される制御信号ＳＥを発生するために使用される。
信号ＳＥ：
“Ｒｐｕ＿Ｅｎａｂｌｅ”＝Ｃ３
“ＨＳ＿Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｓｏｕｒｃｅ＿Ｅｎａｂｌｅ”＝Ｃ１ ＯＲ Ｃ２
“ＨＳ＿Ｄｒｉｖｅ＿Ｅｎａｂｌｅ”＝Ｃ１ ＯＲ Ｃ２
“ＨＳ＿Ｄａｔａ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｉｎｐｕｔ”＝Ｓ３４
“ＬＳ／ＦＳ＿Ｄａｔａ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｉｎｐｕｔ”＝Ｓ３４
“Ａｓｓｅｒｔ＿Ｓｉｎｇｌｅ＿Ｅｎｄｅｄ＿Ｚｅｒｏ”＝Ｃ１
“ＦＳ＿Ｅｄｇｅ＿Ｍｏｄｅ＿Ｓｅｌ＿Ｚｅｒｏ”＝Ｃ３
“ＬＳ／ＦＳ＿Ｄｒｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ＿Ｅｎａｂｌｅ”＝Ｃ３

中間値Ｃ１、Ｃ２およびＣ３は、図８に示されている実施例のように発生される。ハイパスＨＰのフィルタ周波数ｆ１、バンドパスＢＰの通過周波数ｆ２およびローパスＴＰのフィルタ周波数ｆ３は、主に、以下のように、有用信号ＮＳのビットレートＢに関連して、少なくとも同様に選択される。
ｆ１≧Ｂ／２＝２４０ＭＨｚ（Ｂ＝４８０Ｍｂｉｔ／ｓに対して）
ｆ２＝Ｂ／４＝１２０ＭＨｚ（Ｂ＝４８０Ｍｂｉｔ／ｓに対して）
ｆ３≦Ｂ／４＝１２０ＭＨｚ（Ｂ＝４８０Ｍｂｉｔ／ｓに対して）

ビットパターン“０１０１”は、ハイパスＨＰで検出可能であり、パターン“００１１”は、バンドパスＢＰで検出可能であり、静的パターン（４ビットより長い）は、ローパスＴＰで検出可能である。４つのバッファＢＦは、ＵＳＢ送信インターフェースの正しい状態がちょうど利用可能となるように、適切な４ビットの遅れ時間に対応している。

多くの光変換器は、いわゆるバースト信号を転送する問題を有している。光送信機および光受信機がバースト信号能力がない場合には、送信方向および受信方向における信号の振幅の一定の変化が保証されなければならない。それは、例えば、追加のクロックコード発生器(clocked code generator)を用いて、波長多重化方法で達成される。可能なチップは、４８０ＭＨｚでフェーズロックループ（ＰＬＬ）として動作するアナログ装置のＡＤＦ４１１０である。コードテーブルは、主として、ハイスピードＵＳＢ転送において、常に光チャンネル上に活性状態(activity)が存在するように定められ、また、データストリーム(data stream)内にギャップが発生する場合には、チャンネルの他の側においてＰＬＬへの同期が維持される。インターフェースユニット５０および６０に対する関係する実施例が、図９および１０に示されている。

図９の実施例では、送信方向および受信方向毎に２つの波長が存在する。分析ユニット２１０からの信号を受け取り、出力において、２つの光送信ユニット４１０および４２０を駆動する、送信側回復ユニット４００の構成が、図１０に示されている。

回復ユニット４００の目的は、有用信号ＮＳおよび制御信号ＳＳに基づいて２つの電気駆動信号Ｓ４１およびＳ４２を発生することである。一例では、信号Ｓ４１内の論理状態が、コードパターンによってエンコードされる。

信号Ｓ４２は、マルチプレクサ（ＭＵＸ）および中間値Ｃ３によって発生される。

信号Ｓ４１は、以下の式および以下のテーブルに対応する中間信号Ｃ１、Ｃ２およびＣ３を用いて生成される。
Ｃ１＝ＮＯＴ“Ｓｑｕｅｌｃｈ” ＯＲ ＮＯＴ“ＨＳ＿Ｄｓｉｃｏｎｎｅｃｔ”
Ｃ２＝ＮＯＴ“Ｓｑｕｅｌｃｈ” ＡＮＤ “ＨＳ＿Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ”
Ｃ３＝ＮＯＴ“ＳＥ＿Ｄａｔａ＋＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ” ＡＮＤ
ＮＯＴ“ＳＥ＿Ｄａｔａ−＿Ｒｅｃｅｉｖｅｒ＿Ｏｕｔｐｕｔ”

以下のテーブルは、ＵＳＢ信号状態に関する異なる構造におけるコード体系を示している。

前述した実施例は、異なる波長チャンネルが異なる波長を有するという仮定に基づいている。代わりに、光学スペクトルが、図１１ａに示されている、スペクトル５００を有するＬＥＤおよびスペクトル５１０を有するレーザーを使用する他の実施例のように、部分的または完全に重複してもよい。スペクトル５１０は、スペクトル５００内に存在する。

重複するスペクトルの場合には、受信機側フィルタ機能は、図１１ｂに示されている例のようになる。曲線５２０は、レーザーのスペクトル５１０を通過させるフィルタ特性（伝達特性）の一例を示し、また、曲線５３０は、ＬＥＤの信号またはＬＥＤのスペクトル５００を受け取るフィルタ特性の一例を示している。

異なる波長チャンネルは、単一のウェイブガイドまたは多数のウェイブガイド上を転送される。すなわち、２つの光ファイバーは、１つのファイバーが受信に対して使用され、他のファイバーが送信に対して使用される。

１つの光ファイバーが、送信および受信の両方に対して使用される場合には、２つの方向の分離が、光サーキュレーターを用いて行われ、または、専用の波長が、送信および受信に対して、すなわち、送信に対して波長λ１、λ２、λ３、受信に対して波長λ４、λ５、λ６が使用される。

関係する実施例が、図１３ａおよび１３ｂに示されている。図１３ａでは、曲線６０１は、レーザー送信スペクトルであり、曲線６０２は、２つのＬＥＤの送信スペクトルである。レーザースペクトルから濾波するためのフィルタ特性６１１、ＬＥＤの信号から濾波するためのフィルタ特性６１２および６１３が、図１３ｂに示されている。

Claims (11)

1. インターフェースユニット（５０，８０）であって、
   ＵＳＢケーブル（３０，１００）に接続するための電気インターフェース（４０，１１０）と、
   光信号（Ｓ１’，Ｓ２’、Ｓ３’，Ｓ４’）を送信および受信するために、少なくとも１つの光ウェイブガイド（９０）に接続するための光インターフェース（６０，７０）と、
   電気インターフェースにおける信号Ｄ＋およびＤ−を、光インターフェースにおいて出力するための光信号に変換可能であり、また、光インターフェースからの光信号を電気信号に変換可能であり、これらの信号を電気インターフェースにおいてＤ＋およびＤ−として出力する変換ユニット（２１）を備えており、
   変換ユニットは、信号Ｄ＋およびＤ−に含まれている有用信号（ＮＳ）と制御信号（ＳＳ）を分離する分析ユニット（２１０）を有しており、
   分析ユニットは、後続する送信ユニット（２４０，２５０，４１０，４２０，４３０）を駆動するために、有用信号（ＮＳ）および１つまたは全ての制御信号（ＳＳ）に基づいて、少なくとも２つの電気駆動信号（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３）を発生する回復ユニット（２２０，４００）にデータを送り、
   少なくとも２つの電気駆動信号を用いる後続する送信ユニットは、少なくとも２つの異なる波長チャンネル（λ１，λ２，λ３）を用いて少なくとも２つの光信号（Ｓ１’，Ｓ１１’，Ｓ１２’，Ｓ１３’）を発生し、これらを光インターフェースにおいて出力する。
2. 請求項１に記載のインターフェースユニットであって、
   変換ユニット（２００）は、有用信号（ＮＳ）を別々の専用の波長チャンネル（Ｓ１’）に転送する。
3. 請求項１または２に記載のインターフェースユニットであって、
   回復ユニット（４００）は、少なくとも２つの制御信号を電気駆動信号（Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ２２）に結合し、
   後続する送信ユニット（４２０，４３０）は、駆動信号に基づいて、専用の波長チャンネル（λ２，λ３）を有する光信号（Ｓ１２’，Ｓ１３’，Ｓ２２’）を発生し、それを光インターフェースにおいて出力する。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のインターフェースユニットであって、
   回復ユニット（４００）は、電気駆動信号（Ｓ２１）のために、制御信号と有用信号（ＮＳ）を論理的に結合し、
   後続する送信ユニットは、駆動信号に基づいて、専用の波長チャンネル（λ１）を用いて光信号（Ｓ２１’）を発生し、それを光インターフェースにおいて出力する。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のインターフェースユニットであって、
   波長チャンネル（λ１,λ２，λ３）は、異なる周波数範囲を有している。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のインターフェースユニットであって、
   波長チャンネル（λ１,λ２，λ３）の波長範囲は、重複しているが、異なるスペクトル幅を有している。
7. インターフェースユニット（５０，８０）であって、
   ＵＳＢケーブル（３０，１００）に接続するための電気インターフェース（４０，１１０）と、
   光信号（Ｓ１’，Ｓ２’、Ｓ３’，Ｓ４’）を送信および受信するために、少なくとも１つの光ウェイブガイド（９０）に接続するための光インターフェース（６０，７０）と、
   電気インターフェースからのＤ＋およびＤ−信号を、光インターフェースにおける光信号として出力可能であり、また、光インターフェースからの光信号を、電気インターフェースにおける電気信号Ｄ＋およびＤ−として出力可能である変換ユニット（２１）を備えており、
   変換ユニット（２００）は、光インターフェースにおいて、少なくとも２つの光波長チャンネルを同時に受信可能であり、また、これらの少なくとも２つの光波長チャンネルを有用信号（ＮＳ）および制御信号（ＳＳ）に変換可能な回復ユニット（３２０，４４０）を含んでおり、
   回復ユニット（３２０，４４０）は、電気インターフェースにおいて出力するために、制御信号（ＳＳ）および有用信号（ＮＳ）から信号Ｄ＋およびＤ−を発生する分析ユニット（２１０）に接続されている。
8. ＵＳＢ互換可能信号を転送する方法であって、ＵＳＢ互換可能信号は、電気−光変換された後の信号Ｄ＋およびＤ−が、少なくとも１つの光ウェイブガイド(９０)上に転送され、
   有用信号（ＮＳ）および制御信号（ＳＳ）は、電気Ｄ＋およびＤ−信号から生成され、また、少なくとも１つの光ウェイブガイド（９０）上で、少なくとも２つの異なる波長チャンネルに転送される。
9. 請求項７に記載の方法であって、
   有用信号（ＮＳ）は、別々の専用の波長チャンネル（Ｓ１’）に転送される。
10. 請求項７〜９のいずれかに記載の方法であって、
    少なくとも２つの制御信号は、論理的に結合され、そして、結合された信号（Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ３２）は、別々の専用の波長チャンネル（Ｓ１２’，Ｓ１３’，Ｓ２２）に転送される。
11. 請求項７〜１０のいずれかに記載の方法であって、
    少なくとも１つの制御信号は、有用信号（ＮＳ）と論理的に結合され、また、結合された信号（Ｓ２１）は、別々の専用の波長チャンネル（Ｓ２１’）に転送される。

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