KR20010096855A

KR20010096855A - 유니버셜 시리얼 버스 커넥팅장치

Info

Publication number: KR20010096855A
Application number: KR1020000019811A
Authority: KR
Inventors: 신현국; 정원석; 김일; 이금희
Original assignee: 신현국; 옵티시스 주식회사
Priority date: 2000-04-15
Filing date: 2000-04-15
Publication date: 2001-11-08
Also published as: DE60130887D1; EP1290566B1; EP1290566A4; DE60130887T2; EP1290566A1; AU2001248879A1; WO2001080025A1; KR100364251B1; ATE375557T1

Abstract

USB용 제1트랜스시버와 제2트랜스시버 각각에서 인출된 D+ 신호와 D- 신호를 각각 전송하는 제1 및 제2데이터 전송선과, 전압 V_CC가 인가되는 전원인가선과, 접지선을 상호 커넥팅하기 위한 USB 커넥팅장치가 개시되어 있다.

이 개시된 커넥팅장치는, 제1 및 제2트랜스시버 각각의 제1데이터 전송선 사이에 전기적으로 커넥팅되며, 입력된 전기신호를 광신호로 그리고, 입력된 광신호를 전기신호로 변환하여 전송하는 제1광전변환모듈과; 제1 및 제2트랜스시버 각각의 제2데이터 전송선 사이에 전기적으로 커넥팅되며, 입력된 전기신호를 광신호로 그리고, 입력된 광신호를 전기신호로 변환하여 전송하는 제2광전변환모듈과; 제1 및 제2트랜스시버 각각의 전원인가선이 상호 통전되도록 커넥팅하는 제1전기선과; 제1 및 제2트랜스시버 각각의 접지선 단자가 상호 통전되도록 커넥팅하는 제2전기선;을 포함하여 데이터 신호를 광신호로 변환하여 전송할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

유니버셜 시리얼 버스 커넥팅장치{Universal Serial Bus connecting apparatus}

본 발명은 컴퓨터와 주변기기를 연결하는 버스인 유니버셜 시리얼 버스(이하, USB라함)에 관한 것으로서, 상세하게는 데이터 신호를 광신호로 전송할 수 있도록 된 USB 커넥팅 장치에 관한 것이다.

일반적으로, USB는 컴퓨터 본체와 주변기기들 연결하기 위한 커넥팅장치의 일종으로, 단일 규격으로 통상의 컴퓨터에 마련된 키보드 및 마우스용 포트, 병렬포트 및 직렬포트 등 규격이 다른 포트들과 동등한 기능을 지원한다. 따라서, 컴퓨터 본체에서 인출된 모든 포트들이 상기한 USB로 통일된 경우, 사용자가 커넥터 및 케이블을 구별하여 사용하는 불편을 해소할 수 있다. 또한, 이 USB에서는 컴퓨터 본체의 전원이 인가된 상태에서도 주변기기의 착탈이 가능하므로, 사용자는 컴퓨터의 파워 오프 및 재 시동없이도 필요한 주변기기를 손쉽게 착탈할 수 있다.

이 USB 규격으로 USB 버전 1.0, 1.1 및 2.0이 발표된 바 있다. USB 버전 1.0은 1.5Mbps의 전송속도를 갖는 저속 USB 규격이고, 버전 1.1은 12Mbps의 전송속도를 갖는 풀 스피드(full speed) USB 규격이다. 버전 2.0은 480Mbps의 초고속 전송속도를 갖는 USB 규격이다. 여기서, 저속 및 풀 스피드 USB 규격은 풀-업(Pull-up)저항소자의 연결 관계에 따라 결정된다. 이 USB는 2라인 각각을 통해 전송되는 두 데이터 전송신호 D+와 D-의 차동신호로서 데이터 통신을 수행한다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 USB 커넥팅장치는 컴퓨터 또는 허브(10)에 포함된 제1트랜스시버(transceiver)와 다른 허브의 상위포트 또는 주변기기 등의 포트(30)(40)에 포함된 제2트랜스시버 사이에 마련되는 것으로, 제1 및 제2트랜스시버 각각과 커넥팅하기 위한 제1 및 제2커넥터(미도시)와, 이 제1 및 제2커넥터 사이에 연결되는 네 라인의 전송선(L₁, L₁')(L₁)(L₂, L₂')(L₃, L₃')(L₄, L₄')로 구성된다. 여기서, 상기 제1커넥터는 네 개의 단자 P₁₁, P₁₂, P₁₃, P₁₄각각을 상기 제1트랜스시버에 커넥팅하기 위한 것으로, USB 규격에 따른다. 또한, 제2커넥터는 네 개의 단자 P₂₁, P₂₂, P₂₃, P₂₄각각을 제2트랜스시버에 커넥팅하기 위한 것으로, USB 규격에 따른다.

상기 전송선은 D+ 신호와 D- 신호를 각각 전송하는 제1 및 제2데이터 전송선(L₂, L₂')(L₃, L₃')와, 접지선(L₄, L₄')과, 전압 V_CC가 인가되는 전원인가선(L₁, L₁')으로 구성된다. 상기 제1 및 제2데이터 전송선(L₂)(L₃) 각각은 저항소자 R₁을 경유하여 상기 접지선(L₄)과 연결된다. 도 1a를 참조하면 풀 스피드 USB 기기(30)는 제1데이터 전송선(L₂')이 풀업 저항소자 R₂를 경유하여 상기 전원인가선(L₁')에 연결된다. 따라서, 제1 및 제2트랜스시버를 통하여 두 기기(10)(30)가 연결되는 경우, 데이터 신호 전송 이전 단계에서 상기 제1데이터 전송선(L₁')에 인가된 신호가하이(H) 레벨이 된다. 한편, 저속 USB 커넥팅장치의 경우는 도 1b에 도시된 바와 같이, 제2데이터 전송선(L₃')이 풀업 저항소자 R₂를 경유하여 상기 전원인가선(L₁')에 연결된다. 따라서, 제2데이터 전송선(L₃)에 인가된 신호가 하이(High) 레벨이 된다.

상기 제1 및 제2트랜스시버 사이에 연결된 전기케이블(20)은 도 2에 도시된 바와 같은 형상을 가진다. 여기서, 제1 및 제2 데이터 전송선(22)(23)을 통하여 전송되는 전기신호 D+와 D-의 차동신호로서 데이터를 검출하므로, 제1 및 제2데이터 전송선(22)(23)은 한 조로 꼬인 구조를 가진다. 상기 전원인가선(21) 및 접지선(24) 각각은 피복이 입혀진 채로 이웃되게 배치된다. 이와 같이 구성된 케이블의 네 라인 전체는 외부 노이즈나 USB 케이블 자체에서 발생하는 노이즈를 차단하기 위하여 그라운드 실드(shield)(25)되어 있다. 한편, 상기한 바와 같이 그라운드 실드 케이블을 사용하는 경우에도 제1 및 제2데이터 전송선(22)(23)의 임피던스 매칭과 노이즈 문제로 인하여 실드 케이블의 길이는 최장 5m로 제한된다. 그러므로, 이 제한 길이보다 먼 거리에 놓인 기기와 연결하고자 하는 경우,

도 3에 도시된 바와 같이 컴퓨터(10)와 외부기기(30)(40) 사이에 허브(hub)를 구비한다. 하지만, 케이블(20) 내에서의 전달지연과 허브 내에서의 지연 문제로 인하여 허브의 사용이 5개 이하로 제한된다. 따라서, 컴퓨터(10)에서 가장 먼 기기 사이의 거리는 최장 30m로 제한된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성된 USB 커넥팅장치는 기기 사이의 데이터 전송거리가 허브의 사용없이 최장 5m 이내로 제한되는 등 데이터 전송거리가 짧다는 문제점이 있다. 또한, 전송거리를 늘리고자 하는 경우에도 최장 30m 이내로 제한되는 등 제한 범위에서 확장이 가능할 뿐만 아니라, 별도의 허브를 더 구비하여야 하므로 구성이 복잡하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, USB 포트에 대응함과 아울러 데이터 신호를 광신호로 변환 전송하여 데이터 전송거리를 늘릴 수 있도록 된 USB 커넥팅장치를 제공하는데 목적이 있다.

도 1a는 일반적인 풀 스피드용 USB를 보인 개략적인 블록도.

도 1b는 일반적인 저속 USB를 보인 개략적인 블록도.

도 2는 종래의 USB용 전기 케이블을 보인 개략적인 사시도.

도 3은 허브를 이용한 USB 연결관계를 보인 도면.

도 4는 풀 스피드용 USB에 채용된 본 발명의 실시예에 따른 USB 커넥팅장치를 보인 도면.

도 5는 저속 USB에 채용된 본 발명의 실시예에 따른 USB 커넥팅장치를 보인 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 USB 커넥팅장치의 제1광송수신모듈을 보인 회로도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 USB 커넥팅장치의 제2광송수신모듈을 보인 회로도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...USB 커넥팅장치 110...제1광송수신모듈

111...제1광섬유 113...제2광섬유

120...제2광송수신모듈 121...제3광섬유

123...제4광섬유 LD1 ~ LD4...제1,2,3,4광원

PD1 ~ PD4...제1, 2, 3, 4광검출기

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, USB용 제1트랜스시버와 제2트랜스시버 각각에서 인출된 D+ 신호와 D- 신호를 각각 전송하는 제1 및 제2데이터 전송선과, 전압 V_CC가 인가되는 전원인가선과, 접지선을 상호 커넥팅하기 위한 USB 커넥팅장치에 있어서, 상기 제1 및 제2트랜스시버 각각의 제1 및 제2데이터 전송선 중 일 데이터 전송선 사이에 전기적으로 커넥팅되는 제1데이터 입출력선을 포함하며, 입력된 전기신호를 광신호로 그리고, 입력된 광신호를 전기신호로 변환하여 전송하는 제1광전변환모듈과; 상기 제1 및 제2트랜스시버 각각의 제1 및 제2데이터 전송선 중 다른 데이터 전송선 사이에 전기적으로 커넥팅되는 제2데이터 입출력선을 포함하며, 입력된 전기신호를 광신호로 그리고, 입력된 광신호를 전기신호로 변환하여 전송하는 제2광전변환모듈과; 상기 제1 및 제2트랜스시버 각각의 전원인가선이 상호 통전되도록 커넥팅하는 제1전기선과; 상기 제1 및 제2트랜스시버 각각의 접지선 단자가 상호 통전되도록 커넥팅하는 제2전기선;을 포함하여 데이터 신호를 광신호로 변환하여 전송할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 USB 커넥터장치를 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 USB 커넥팅장치(100)는 USB용 제1트랜스시버와 제2트랜스시버 각각에서 인출된 D+ 신호와 D- 신호를 각각 전송하는 제1 및 제2데이터 전송선(L₂, L_2')(L₃, L_3')과, 전압 V_CC가 인가되는 전원인가선(L₁, L₁')과, 접지선(L₄, L₄')을 상호 커넥팅하기 위한 장치이다. 도 3은 풀 스피드 USB를 나타낸 것으로, 제1데이터 전송선이 풀업 저항소자 R₂를 경유하여 상기 전원인가선에 연결된다. 따라서, 제1 및 제2트랜스시버를 통하여 두 기기가 연결되는 경우, 데이터 신호 전송 이전 단계에서 상기 제1데이터 전송선(L₂, L₂')에 인가된 신호가 하이(H) 레벨이 된다.

한편, 도 4는 저속 USB를 나타낸 것으로, 제2데이터 전송선(L₃, L₃')이 풀업 저항소자 R₂'를 경유하여 상기 전원인가선(L₁')에 연결된다. 따라서, 제2데이터 전송선(L₂')에 인가된 신호가 하이(High) 레벨이 된다.

본 발명의 실시예에 따른 USB 커넥팅장치(100)는 상기한 풀 스피드 USB 및/또는 저속 USB를 커넥팅하기 위한 것으로, 입력된 전기신호를 광신호로 그리고, 입력된 광신호를 전기신호로 변환하여 전송하는 제1 및 제2광전변환모듈(110)(120)과, 상기 제1 및 제2트랜스시버 각각의 전원인가선(L₁)(L₁')이 상호 통전되도록 커넥팅하는 제1전기선(L₁₀₁)과, 상기 제1 및 제2트랜스시버 각각의 접지선 단자 P₁₄, P₂₄가 상호 통전되도록 커넥팅하는 제2전기선(L₁₀₄)을 포함한다. 여기서, 상기 제1광전변환모듈(110)은 상기 제1 및 제2트랜스시버 각각의 제1데이터 전송선(L₂)(L₂') 또는 상기 제2데이터 전송선(L₃)(L₃')에 전기적으로 커넥팅되는 제1데이터 입출력선(L₁₀₃, L₁₀₃')을 포함한다. 그리고, 상기 제2광전변환모듈(120)은 상기 제1광전변환모듈이 연결되지 않는 제1데이터 전송선(L₂)(L₂') 또는 제2데이터 전송선(L₃)(L₃')에 전기적으로 커넥팅되는 제2데이터 입출력선(L₁₀₄, L₁₀₄')을 포함한다.

도 6 및 도 7은 풀 스피드 USB에 적용된 USB 커넥터 장치의 제1 및 제2광전변환모듈(110)(120) 각각을 예로 들어 나타낸 것이다. 이 경우, 제1광전변환모듈(110)의 제1데이터 입출력선(L₁₀₃, L₁₀₃')은 제1데이터 전송선(L₂)(L₂')의 두 단자 P₁₂및 P₂₂각각에 연결되고, 제2광전변환모듈(120)의 제2데이터 입출력선(L₁₀₄, L₁₀₄')은 제2데이터 전송선(L₃, L₃')의 두 단자 P₁₃및 P₂₃각각에 연결된다. 한편, 저속 USB에 적용하고자 하는 경우에는 제1광전변환모듈의 제1데이터 입출력선(L₁₀₃, L₁₀₃') 각각이 제1데이터 전송선(L₂)(L₂')의 두 단자 P₁₃및 P₂₃에 연결되고, 제2데이터 입출력선(L₁₀₄, L₁₀₄') 각각의 두 단자 P₁₂및 P₂₂에 연결된다.

도 6을 참조하면, 상기 제1광전변환모듈(110)은 제1 및 제2발광부, 제1 및 제2광섬유(111, 113) 그리고, 제1 및 제2수광부를 포함하여 구성된다.

상기 제1발광부는 상기 제1트랜스시버쪽 상기 제1데이터 입출력선(L₁₀₂)을 통하여 인가된 전기신호를 광신호로 변환한다. 이 변환된 광신호는 상기 제1광섬유(111)를 통하여 상기 제2트랜스시버쪽으로 전송된다. 상기 제2수광부는 상기 제1광섬유(111)를 통하여 전송된 광신호를 수광하고 이를 전기신호로 변환하여 상기 제2트랜스시버쪽 상기 제1데이터 입출력선(L₁₀₂)으로 전달한다.

상기 제2발광부는 상기 제2트랜스시버 쪽 제1데이터 입출력선(L₁₀₂)을 통하여 인가된 전기신호를 광신호로 변환한다. 이 변환된 광신호는 상기 제2광섬유(113)를 통하여 상기 제1트랜스시버 쪽으로 전송된다. 상기 제1수광부는 상기 제2광섬유(113)를 통하여 전송된 광신호를 수광하고 이를 전기신호로 변환하여 상기 제1데이터 입출력선(L₁₀₂)으로 전달한다. 여기서, 상기 제1 및 제2광섬유(111)(113) 각각은 예컨대, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)등의 플라스틱 재질로 된 플라스틱 광섬유로 된 것이 바람직하다. 이 플라스틱 광섬유는 저가이면서, 광섬유의 취급이 용이하다는 이점이 있다. 상기 제1 및 제2발광부와, 상기제1 및 제2수광부가 양방향 교신이 가능한 구성을 갖는 경우에는 상기 제1 및 제2광섬유(111)(113)는 하나의 광섬유로 구성될 수 있음은 물론이다.

상기 제1발광부는 제1송신용 트랜지스터 TR₁₁과, 전류의 흐름에 따라 발광하는 제1광원 LD₁과, 제1가변 저항소자 R_G1및, 풀업저항소자 R₂를 포함하여 구성된다. 상기 제1송신용 트랜지스터 TR₁₁은 PNP형 트랜지스터로 베이스가 단자 P₁₂에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제2전기선(L₁₀₄) 에 연결되며, 에미터가 상기 제1광원 LD₁의 캐소드에 연결된다. 상기 제1광원 LD₁은 애노드가 상기 제1전기선(L₁₀₁)에 연결되는 것으로 전류의 흐름에 따라 발광한다. 상기 풀업 저항소자 R₂는 상기 제1전기선(L₁₀₁)과 상기 제1트랜스시버 쪽 제1데이터 입출력선(L₁₀₂) 사이에 직접 연결되어 인가 전류에 비례하여 전압을 강하시키는 기능을 한다.

상기 제1수광부는 상기 제2광섬유(113)를 통하여 전송된 광신호를 수광하여 전기신호로 변환 출력하는 제1광검출기 PD₁과, 제1 및 제2수신용 트랜지스터 TR₁₂, TR₁₃을 포함한다. 상기 제1수신용 트랜지스터 TR₁₂는 NPN형 트랜지스터로, 베이스가 상기 제1광검출기 PD₁의 전기신호 출력단자에 연결되며 그 에미터가 상기 제2전기선(L₁₀₄)에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제1광원(LD₁)의 애노드에 연결된다. 그리고, 상기 제2수신용 트랜지스터 TR₁₃은 NPN형 트랜지스터로, 베이스가 상기 제1광검출기(PD₁)의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 에미터가 상기 제2전기선(L₁₀₄)에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제1트랜스시버쪽 제1데이터 입출력선(L₁₀₂)에 연결된다.

상기 제2발광부는 제2송신용 트랜지스터 TR₂₁과, 제2광원 LD₂와, 제2가변 저항소자 R_G2를 포함한다. 제2송신용 트랜지스터 TR₂₁은 PNP형 트랜지스터로, 베이스가 상기 제2트랜스시버쪽 제1데이터 입출력선(L₁₀₂')에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제2전기선(L₁₀₄)에 연결되며, 에미터는 상기 제2광원 LD₂의 캐소드에 연결된다. 상기 제2광원 LD₂는 애노드가 상기 제1전기선(L₁₀₁)에 연결되는 것으로 전류의 흐름에 따라 발광한다.

상기 제2수광부는 상기 제1광섬유(111)를 통하여 전송된 광신호를 수광하여 전기신호로 변환 출력하는 제2광검출기(PD₂)와, 제3 및 제4수신용 트랜지스터 TR₁₂, TR₁₃을 포함한다. 상기 제3수신용 트랜지스터 TR₂₂는 NPN형 트랜지스터로, 베이스가 상기 제2광검출기(PD₂)의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 에미터가 상기 제2전기선(L₁₀₄)에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제2광원 LD₂의 애노드에 연결된다. 그리고, 상기 제4수신용 트랜지스터 TR₂₃또한 NPN형 트랜지스터로 베이스가 상기 제2광검출기 PD₂의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 에미터가 상기 제2전기선(L₁₀₄)에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제2트랜스시버쪽 제1데이터 입출력선 및 저항소자 R₂₄를 사이에 두고 상기 제2전기선(L₁₀₄)에 연결된다. 도 6에 도시되어 있는 트랜지스터의 형식 즉, NPN형 트랜지스터와, PNP형 트랜지스터 형식은 예시적인 것에 불과한 것으로, 데이터 신호의 인에이블(enable) 논리 및 회로의 변경에 따라 다른 형태로 변경하여도 무방하다.

상기한 바와 같이 구성된 제1광전변환모듈의 동작을 도 4에 도시된 바와 같은 풀 스피드 USB에 적용시를 예로 들어 살펴보면 다음과 같다.

우선, 단자 P₁₂를 통하여 데이터 신호가 전송되지 않는 초기 상태의 경우, 풀업저항소자 R₂와 제1트랜스시버가 설치된 컴퓨터(10) 쪽 저항소자 R₁사이의 전압 분기에 의하여, 제1전기선(L₁₀₁)을 통하여 공급된 전압 V_CC가 분기되어, 제1송신용 트랜지스터(TR₁₁)의 베이스 단에 하이(HIGH) 레벨의 전압이 걸린다. 이 경우, 상기 제1광원 LD₁은 동작하지 않으며 제2광검출기 PD₂를 통하여 전기신호가 검출되지 않는다. 따라서, 제3 및 제4트랜지스터(TR₂₂, TR₂₃)가 동작하지 않는다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 단자 P₂₂에는 풀업 저항소자 R₂를 및 저항소자 R₂₄를 사이에 두고, V_CC전압이 인가되므로 접지선에 대하여 하이 레벨의 전기신호가 걸리게 된다. 따라서, 단자 P₁₂에 걸리는 신호레벨과 동일한 신호 레벨이 단자P₂₂에 걸리게 된다. 또한, 단자 P₁₂를 통하여 전기적 신호가 인가시에는 상기 제1송신용 트랜지스터 TR₁₁의 베이스 단에 앞서 설명된 전압보다 낮은 로우(LOW) 레벨의 전압이 인가된다. 이 경우, 제1광원 LD₁이 발광하게 되며, 이 광신호는 제1광섬유(111)를 통하여 상기 제2광검출기(PD2)에 전달된다. 따라서, 단자 P₂₂는 제3트랜지스터 TR₂₃을 통하여 제2전기선(L₁₀₄)에 접지되므로, 단자 P₂₂에 로우 레벨이 걸리게 된다.

한편, 상기 제1데이터 전송선(L₂', L₂)을 통하여 상기 제2트랜스시버에서 제1트랜스시버로의 데이터 전송에 있어서도 단자 P₁₂와 단자 P₂₂에 걸리는 신호레벨은 앞서 설명된 바와 같으므로 그 자세한 설명을 생략한다.

도 7을 참조하면, 상기 제2광전변환모듈(120)은 제3 및 제4발광부, 제3 및 제4광섬유(121, 123) 그리고, 제3 및 제4수광부를 포함하여 구성된다.

상기 제3발광부는 상기 제1트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선(L₁₀₃)을 통하여 인가된 전기신호를 광신호로 변환한다. 이 변환된 광신호는 상기 제3광섬유(121)를 통하여 상기 제2트랜스시버쪽으로 전송된다. 상기 제4수광부는 상기 제3광섬유(121)를 통하여 전송된 광신호를 수광하고 이를 전기신호로 변환하여 상기 제2트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선(L₁₀₃')으로 전달한다.

상기 제4발광부는 상기 제2트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선(L₁₀₃')을 통하여인가된 전기신호를 광신호로 변환한다. 이 변환된 광신호는 상기 제4광섬유(123)를 통하여 상기 제1트랜스시버쪽으로 전송된다. 상기 제3수광부는 상기 제4광섬유(123)를 통하여 전송된 광신호를 수광하고 이를 전기신호로 변환하여 상기 제1트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선(L₁₀₃)으로 전달한다. 여기서, 상기 제3 및 제4광섬유(121)(123) 각각은 예컨대, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)등의 플라스틱 재질로 된 플라스틱 광섬유로 된 것이 바람직하다. 상기 제3 및 제4발광부와, 상기 제3 및 제4수광부가 양방향 교신이 가능한 구성을 갖는 경우에는 상기 제3광섬유(121)와 제4광섬유(123)는 하나의 광섬유로 구성될 수 있음은 물론이다.

상기 제3발광부는 제3송신용 트랜지스터 TR₃₁과, 전류의 흐름에 따라 발광하는 제3광원 LD₃을 포함하여 구성된다. 상기 제3송신용 트랜지스터 TR₃₁은 NPN형 트랜지스터로 베이스가 단자 P₁₃에 연결되고, 그 에미터가 상기 제2전기선(L₁₀₄)에 연결되며, 콜렉터가 상기 제3광원 LD₃의 캐소드에 연결된다. 상기 제3광원 LD₃은 애노드가 상기 제1전기선(L₁₀₁)에 연결되는 것으로 전류의 흐름에 따라 발광한다.

상기 제3수광부는 상기 제4광섬유(123)를 통하여 전송된 광신호를 수광하여 전기신호로 변환 출력하는 제3광검출기(PD₃)와, 제5 및 제6수신용 트랜지스터 TR₃₂, TR₃₃을 포함한다. 상기 제5수신용 트랜지스터 TR₃₂는 NPN형 트랜지스터로, 베이스가 상기 제3광검출기(PD₃)의 전기신호 출력단자에 연결되며 그 에미터가 상기 제2전기선(L₁₀₄)에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제3광원 LD₃의 애노드에 연결된다. 그리고, 상기 제6수신용 트랜지스터 TR₃₃은 NPN형 트랜지스터로, 베이스가 상기 제3광검출기 PD₃의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 에미터가 상기 제2전기선(L₁₀₄)에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제1전기선(L₁₀₁)에 연결된다.

상기 제4발광부는 제4송신용 트랜지스터 TR₄₁과, 제4광원 LD₄를 포함한다. 제4송신용 트랜지스터 TR₄₁은 NPN형 트랜지스터로, 베이스가 상기 제2트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선(L₁₀₃')에 연결되고, 그 에미터가 상기 제2전기선(L₁₀₄)에 연결되며, 콜렉터는 상기 제4광원 LD₄의 캐소드에 연결된다. 상기 제4광원 LD₄는 애노드가 상기 제1전기선(L₁₀₁)에 연결되는 것으로 전류의 흐름에 따라 발광한다.

상기 제4수광부는 상기 제3광섬유(121)를 통하여 전송된 광신호를 수광하여 전기신호로 변환 출력하는 제4광검출기 PD₄와, 제7 및 제8수신용 트랜지스터 TR₄₂, TR₄₃을 포함한다. 상기 제7수신용 트랜지스터 TR₄₂는 NPN형 트랜지스터로, 베이스가 상기 제4광검출기 PD₄의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 에미터가 상기 제2전기선(L₁₀₄)에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제4광원 LD₄의 애노드에 연결된다. 그리고, 상기 제8수신용 트랜지스터 TR₄₃또한 NPN형 트랜지스터로 베이스가 상기 제4광검출기 PD₄의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 콜렉터가 제1전기선(L₁₀₁)에 연결되고,그 에미터가 상기 제2트랜스시버쪽 제2데이터 전송선 단자 P₂₃및 저항소자 R₄₃을 사이에 두고 상기 제2전기선(L₁₀₄)에 연결된다. 도 7에 도시되어 있는 트랜지스터의 형식 즉, NPN형 트랜지스터와, PNP형 트랜지스터 형식은 예시적인 것에 불과한 것으로, 데이터 신호의 인에이블(enable) 논리 및 회로의 변경에 따라 다른 형태로 변경하여도 무방하다.

상기한 바와 같이 구성된 제2광전변환모듈(120)의 동작을 도 4에 도시된 바와 같은 풀 스피드 USB에 적용시를 예로 들어 살펴보면 다음과 같다. 우선, 데이터 신호가 전송되지 않는 초기 단계에서는 단자 P₂₂에 풀업 저항이 걸리지 않으므로, 단자 P₂₃에는 로우(LOW) 레벨의 전기신호가 걸리게 된다. 그리고, 상기 제3광원 LD₃이 동작하지 않으므로, 제4광검출기 PD₄를 통하여 전기신호가 검출되지 않는다. 따라서, 제7 및 제8트랜지스터 TR₄₂, TR₄₃이 동작하지 않는다. 따라서, 단자 P₁₃에 걸리는 신호레벨과 동일한 신호 레벨 즉, 로우 레벨의 전기신호가 단자 P₂₃에 걸리게 된다.

또한, 단자 P₁₃을 통하여 전기적 신호가 인가되는 경우에는 단자 P₁₃에 하이 레벨이 인가되고, 상기 제3광원 LD₃이 발광한다. 이 광신호는 제3광섬유(121)를 통하여 상기 제4광검출기 PD₄에 전달된다. 따라서, 제8수신용 트랜지스터 TR₄₃이 온(0N) 되므로, 단자 P₂₃에 하이 레벨이 걸리게 된다.

한편, 상기 제2데이터 전송선을 통하여 상기 제2트랜스시버에서 제1트랜스시버로의 데이터 전송에 있어서도 단자 P₁₃과 단자 P₂₃에 걸리는 신호레벨은 앞서 설명된 바와 같으므로 그 자세한 설명을 생략한다.

도 6 내지 도 7에 도시된 제1 내지 제4광원 각각은 공진 캐비티 발광다이오드(RCLED; Resonant Cavity Light Emitting Diode)로 된 것이 바람직하다.

이 RCLED는 광학적으로 활성인 물질을 마이크로 캐비티 내에 놓음으로써 자연방출 파장과 마이크로 캐비티의 기본 광모드가 공진하게 하여 광 활성물질의 자발방출을 변화시킨 LED이다. 이 RCLED는 통상의 LED와 비교할 때, 높은 광강도를 가지며, 1 오더(order) 정도 개선된 고 분광 순도를 가진다는 이점이 있다. 또한, 이 RCLED는 표면광 레이저(VCSEL)와 비교할 때, 반사기층의 두께가 얇아 제조가 용이하고, 낮은 소비전력을 갖는다는 이점이 있다. 또한, 높은 변조특성을 가지므로, USB Ver 1.0, 1.1 뿐만 아니라 2.0에서 요구하는 데이터 전송속도를 충족할 수 있다.

상기한 바와 같이, 구성된 본 발명에 따른 USB 커넥팅장치는 데이터 신호를 광신호로 전송함으로써, 허브 등의 중계기기의 채용없이도 대략 100미터까지의 장거리 데이터 전송이 가능하다는 이점이 있다. 또한, 광섬유로서 플라스틱 파이버를 채용하고, 광원으로 RCLED를 채용함으로써, 제조 단가를 낮출 수 있다는 이점이 있다.

Claims

USB용 제1트랜스시버와 제2트랜스시버 각각에서 인출된 D+ 신호와 D- 신호를 각각 전송하는 제1 및 제2데이터 전송선과, 전압 V_CC가 인가되는 전원인가선과, 접지선을 상호 커넥팅하기 위한 USB 커넥팅장치에 있어서,

상기 제1 및 제2트랜스시버 각각의 제1 및 제2데이터 전송선 중 일 데이터 전송선 사이에 전기적으로 커넥팅되는 제1데이터 입출력선을 포함하며, 입력된 전기신호를 광신호로 그리고, 입력된 광신호를 전기신호로 변환하여 전송하는 제1광전변환모듈과;

상기 제1 및 제2트랜스시버 각각의 제1 및 제2데이터 전송선 중 다른 데이터 전송선 사이에 전기적으로 커넥팅되는 제2데이터 입출력선을 포함하며, 입력된 전기신호를 광신호로 그리고, 입력된 광신호를 전기신호로 변환하여 전송하는 제2광전변환모듈과;

상기 제1 및 제2트랜스시버 각각의 전원인가선이 상호 통전되도록 커넥팅하는 제1전기선과;

상기 제1 및 제2트랜스시버 각각의 접지선 단자가 상호 통전되도록 커넥팅하는 제2전기선;을 포함하여 데이터 신호를 광신호로 변환하여 전송할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제1항에 있어서, 상기 제1광전변환모듈은,

상기 제1트랜스시버쪽에서 인가된 전기신호를 광신호로 변환하는 제1발광부와;

이 제1발광부에서 출력된 광신호를 상기 제2트랜스시버쪽으로 전송하는 제1광섬유와;

상기 제1광섬유를 통하여 전송된 광신호를 수광하고 이를 전기신호로 변환하여 상기 제2트랜스시버쪽으로 전달하는 제2수광부와;

상기 제2트랜스시버쪽에서 인가된 전기신호를 광신호로 변환하는 제2발광부와;

이 제2발광부에서 출력된 광신호를 상기 제1트랜스시버쪽으로 전송하는 제2광섬유와;

상기 제2광섬유를 통하여 전송된 광신호를 수광하고 이를 전기신호로 변환하여 상기 제1트랜스시버쪽으로 전달하는 제1수광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2광섬유 각각은,

플라스틱 광섬유인 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제2항에 있어서, 상기 제1발광부는,

베이스가 상기 제1트랜스시버쪽 제1데이터 입출력선에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제2전기선에 연결되는 제1송신용 트랜지스터와;

애노드가 상기 제1전기선에 연결되고, 캐소드가 상기 제1송신용 트랜지스터의 에미터에 연결되어, 전류의 흐름에 따라 발광하는 제1광원과;

상기 제1전기선과 상기 제1트랜스시버쪽 제1데이터 입출력선 사이에 직접 연결되는 것으로, 인가 전류에 비례하여 전압을 강하시키기 위한 풀업 저항소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제4항에 있어서, 상기 제1광원은,

공진 캐비티 발광다이오드(RCLED)로 된 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1수광부는,

상기 제2광섬유를 통하여 전송된 광신호를 수광하여 전기신호로 변환 출력하는 제1광검출기와;

베이스가 상기 제1광검출기의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 에미터가 상기 제2전기선에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제1광원의 애노드에 연결되는 제1수신용 트랜지스터와;

베이스가 상기 제1광검출기의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 에미터가 상기 제2전기선에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제1트랜스시버쪽 제1데이터 입출력선에 연결되는 제2수신용 트랜지스터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 USB용 커넥팅장치.
제2항에 있어서, 상기 제2발광부는,

베이스가 상기 제2트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제2전기선에 연결되는 제2송신용 트랜지스터와;

애노드가 상기 제1전기선에 연결되고, 캐소드가 상기 제2송신용 트랜지스터의 에미터에 연결되어, 전류의 흐름에 따라 발광하는 제2광원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제7항에 있어서, 상기 제2광원은,

공진 캐비티 발광다이오드(RCLED)로 된 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제7항에 있어서, 상기 제2수광부는,

상기 제1광섬유를 통하여 전송된 광신호를 수광하여 전기신호로 변환 출력하는 제2광검출기와;

베이스가 상기 제2광검출기의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 에미터가 상기 제2전기선에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제2광원의 애노드에 연결되는 제3수신용 트랜지스터와;

베이스가 상기 제2광검출기의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 에미터가 상기 제2전기선에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제2트랜스시버쪽 제1데이터 입출력선 및 저항소자를 사이에 두고 상기 제2전기선에 연결되는 제4수신용 트랜지스터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 USB용 커넥팅장치.
제1항에 있어서, 상기 제2광전변환모듈은,

상기 제1트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선을 통하여 인가된 전기신호를 광신호로 변환하는 제3발광부와;

이 제3발광부에서 출력된 광신호를 상기 제2트랜스시버쪽으로 전송하는 제3광섬유와;

상기 제3광섬유를 통하여 전송된 광신호를 수광하고 이를 전기신호로 변환하여 상기 제2트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선으로 전달하는 제4수광부와;

상기 제2트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선을 통하여 인가된 전기신호를 광신호로 변환하는 제4발광부와;

이 제4발광부에서 출력된 광신호를 상기 제1트랜스시버쪽으로 전송하는 제4광섬유와;

상기 제4광섬유를 통하여 전송된 광신호를 수광하고 이를 전기신호로 변환하여 상기 제1트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선으로 전달하는 제3수광부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제10항에 있어서, 상기 제3 및 제4광섬유 각각은,

플라스틱 광섬유인 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제10항에 있어서, 상기 제3발광부는,

베이스가 상기 제1트랜스시버의 제2데이터 전송선에 연결되고, 그 에미터가 상기 제2전기선에 연결되는 제3송신용 트랜지스터와;

애노드가 상기 제1전기선에 연결되고, 캐소드가 상기 제3송신용 트랜지스터의 콜렉터에 연결되어, 전류의 흐름에 따라 발광하는 제3광원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제12항에 있어서, 상기 제3광원은,

공진 캐비티 발광다이오드(RCLED)로 된 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제3수광부는,

상기 제4광섬유를 통하여 전송된 광신호를 수광하여 전기신호로 변환 출력하는 제3광검출기와;

베이스가 상기 제3광검출기의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 에미터가 상기 제2전기선에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제3광원의 애노드에 연결되는 제5수신용 트랜지스터와;

베이스가 상기 제3광검출기의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 에미터가 상기 제1트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제1전기선에 연결되는 제6수신용 트랜지스터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 USB용 커넥팅장치.
제10항에 있어서, 상기 제4발광부는,

베이스가 상기 제2트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선에 연결되고, 그 에미터가 상기 제2전기선에 연결되는 제4송신용 트랜지스터와;

애노드가 상기 제1전기선에 연결되고, 캐소드가 상기 제4송신용 트랜지스터의 콜렉터에 연결되어, 전류의 흐름에 따라 발광하는 제4광원;을 포함하는 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제15항에 있어서, 상기 제4광원은,

공진 캐비티 발광다이오드(RCLED)로 된 것을 특징으로 하는 USB 커넥팅장치.
제15항에 있어서, 상기 제4수광부는,

상기 제3광섬유를 통하여 전송된 광신호를 수광하여 전기신호로 변환 출력하는 제4광검출기와;

베이스가 상기 제4광검출기의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 에미터가 상기 제2전기선에 연결되고, 그 콜렉터가 상기 제4광원의 애노드에 연결되는 제7수신용 트랜지스터와;

베이스가 상기 제2광검출기의 전기신호 출력단자에 연결되며, 그 콜렉터가 상기 제1전기선에 연결되고, 그 에미터가 상기 제2트랜스시버쪽 제2데이터 입출력선 및 상기 제2전기선에 연결되는 제8수신용 트랜지스터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 USB용 커넥팅장치.