通过光纤传输usb信号的电路设计及应用

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1、通过光纤传输USB信号的电路设计及应用～教育资源库　　【导读】本文涉及光纤通信接口电路，特别涉及一种通过光纤传输USB（通用串行总线）信号的电路。本文的电路将USB（通用串行总线）信号D+、D-的三种状态转换为发射激光的三种强度全亮、半亮、暗，并且通过光纤传输到对方激光接收器再通过相应电路恢复D+、D-的三种状态。激光接收器电路的输出信号之一触发单稳延时电路来控制D+、D-与激光发射电路、激光接收电路的通与断。　　由于目前计算机的USB信号使用电缆传输，所以通信距离难以延长，一般不超过30米。本文的方案克服了现有电缆传输USB信号距离短的缺点，从而提供一种通过光纤

2、传输USB信号的电路，使USB的通信距离增加到几十千米。　　1实现原理　　本方案是一种通过光纤传输USB信号的电路，成对使用，通过光的强度的三个等级（全亮、半亮、暗）分别代表USB数据线的三种状态，当光的强度为最低时（暗）代表USB数据线的闲置状态。先发送USB信号的一方由于其USB的数据状态先改变，其状态的改变通过光纤传输到对方电路的接收电路产生一个下降沿（或者上升沿）触发一个单稳电路，此单稳电路的输出控制USB信号的收/发允许。先发送USB信号的一方由于其USB的数据状态先改变，其状态的改变通过光纤传输到对方电路的接收电路产生一个下降沿（或者上升沿）触发一个单

3、稳电路，此单稳电路的延时时间为USB传输一帧数据的时间。　　2具体实现方法　　2.1将USB信号（D+、D）转换为光纤传输信号　　图1为将USB信号（D+、D-）转换为光纤传输信号激光的框图。USB信号检测电路（1）将D+和D-变换为或门输出DOR1和差分比较器输出RCV1。一双可控三态缓冲器（2）通过控制端EN来控制逻辑通与端。当EN=0时，DOR=DOR1、RCV=RCV1。而当EN=1时，DOR和RCV为高阻状态。激光发射驱动电路（3）将DOR和RCV转换为三种激光强度（亮、半亮、暗）。激光接收电路（4）将接收到的三种激光强度（亮、半亮、暗）恢复为D+和D-

4、的三种状态。激光接收电路（4）的输出之一H的状态变化触发单稳延时电路（5）。单稳延时电路（5）的输出EN平时（即USB信号处于闲置状态时）为0，当其输入H有下降延（即由1变为0）时输出EN由0变为1并且保持为1大约1000us，然后恢复为0。另一双可控三态缓冲器（2）通过控制端EN来控制来控制逻辑通与断，当EN=1时，VP=H、VM=L，而当EN=0时输出VP、VM为高阻状态。　　2.2将USB信号转换为便于光纤传输的电路图　　图2为将USB信号转换为便于光纤传输的电路图。假设USB为全速状态（12M），此时D+通过大约1.5KΩ的电阻接+5V电源。平

5、时USB信号处于闲置（Idle）状态，此时D+为1（高电平，大约3至5V），D-为逻辑0（低电平，大约0至1.4V）。IC1为或门。IC2、IC4、IC5和IC6为可控三态缓冲器。其中，IC2和IC4是当其控制信号EN为0时导通的，而IC5和IC6是当其控制信号EN为1时导通的。由于IC2和IC4在不导通时（即EN为1时）输出为高阻状态,所以　　图2在IC2的输出端加了上拉电阻R1、在IC4的输出端加了上拉电阻R2。IC3、IC10和IC11是比较器。IC7是单稳触发电路由输入端（信号VP）下降沿触发，输出EN平时为0。当IC7的输入端出现一个下降沿时，其输出端将

6、出现一个持续时间大约1000us的1状态，然后恢复为0。IC7的输出信号EN通过控制IC2、IC4、IC5和IC6来控D+、D-的收/发状态。由于EN平时为0，所以平时允许接收D+和D-（IC2、IC4导通），而禁止发送信号到D+和D-上（IC5和IC6输出为高阻态）。　　3信号的处理方式　　平时闲置状态（Idle）时D+为逻辑1、D-为逻辑0，所以IC1、IC2的输出为1，IC3、IC4的输出为1，输出激光强度为暗。当激光强度为暗时，对方电路的激光接收器并经过对方电路的IC9后的输出为VP=1、VM=0。一旦USB开始传输数据，则D+和D-的信号逻辑状态发生变化

7、。全速USB的信号状态变化为：D+由1变成为0，D由0变成为1。上位机的USB信号状态先出现变化，此时IC1和IC2的输出仍然为1，IC3和IC4的输出变成为0。激光发射二极管将由暗变成为全亮。全亮的激光通过光纤传到对方电路的激光接收管。对方电路的VP由1变为0，VM由0变为1。对方电路的VP由1变为0就是说这个VP产生了一个下降沿，从而触发了对方电路的IC7，使IC7的输出EN由0变为1并且保持1&rdq12下一页友情提醒：，特别！uo;大约1000us（然后又恢复为0）。对方电路的VM由0变为1从而使对方电路的USB信号由禁止发送（EN=0）变为禁止接收（EN

8、=1）。此