USB轉(zhuǎn)光纖電路

1、USB 轉(zhuǎn)光纖電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用1 實(shí)現(xiàn)原理本方案是一種光纖傳輸 USB 信號(hào)電路，成對(duì)使用，光強(qiáng)度三個(gè)等級(jí)（全亮、半亮、暗）分別代表 USB 數(shù)據(jù)線三種狀態(tài)，當(dāng)光強(qiáng)度為最低時(shí)（暗）代表 USB 數(shù)據(jù)線閑置狀態(tài)。先發(fā)送 USB 信號(hào)一方其 USB 數(shù)據(jù)狀態(tài)先改變，其狀態(tài)改變光纖傳輸?shù)綄?duì)方電路接收電路產(chǎn)生一個(gè)下降沿（上升沿）觸發(fā)一個(gè)單穩(wěn)電路，此單穩(wěn)電路輸出控制 USB 信號(hào)“收/發(fā)”允許。先發(fā)送 USB 信號(hào)一方其 USB 數(shù)據(jù)狀態(tài)先改變，其狀態(tài)改變光纖傳輸?shù)綄?duì)方電路接收電路產(chǎn)生一個(gè)下降沿（上升沿）觸發(fā)一個(gè)單穩(wěn)電路，此單穩(wěn)電路延時(shí)時(shí)間為 USB 傳輸一幀數(shù)據(jù)時(shí)間。2 具體實(shí)現(xiàn)方法2.1 將 USB

2、信號(hào)（D+、D-）轉(zhuǎn)換為光纖傳輸信號(hào)圖 1圖 1 為將 USB 信號(hào)（D+、D-）轉(zhuǎn)換為光纖傳輸信號(hào)一一激光框圖。USB信號(hào)檢測(cè)電路（1） 將 D+和 D-變換為“或門(mén)輸出 DOR1和差分比較器輸出 RCV1。一雙可控三態(tài)緩沖器控制端 EN 來(lái)控制邏輯“通”與“端”。當(dāng) EN=0”時(shí)，DOR=DOR1、RCV=RCV1。而當(dāng) EN=1”時(shí)，DOR 和 RCV 為高阻狀態(tài)。激光發(fā)射驅(qū)動(dòng)電路（3）將 DOR 和 RCV 轉(zhuǎn)換為三種激光強(qiáng)度（亮、半亮、暗）。激光接收電路（4）將接收到三種激光強(qiáng)度（亮、半亮、暗）恢復(fù)為 D+和 D-三種狀態(tài)。激光接收電路（4）輸出之一 H 狀態(tài)變化觸發(fā)單穩(wěn)延時(shí)電路（5

3、）。單穩(wěn)延時(shí)電路（5）輸出 EN 平時(shí)（即 USB 信號(hào)處于閑置狀態(tài)時(shí)）為“0”，當(dāng)其輸入 H 有下降延（即由“1”變?yōu)椤?”） 時(shí)輸出EN由“0”變?yōu)椤?”保持為“1”大約1000us,然后恢復(fù)為“0”。另一雙可控三態(tài)緩沖器（2）控制端 EN 來(lái)控制來(lái)控制邏輯“通”與“斷”，當(dāng)EN=1時(shí)，VP=H、VM=L,而當(dāng) EN=0”時(shí)輸出 VP、VM 為高阻狀態(tài)。2.2 將 USB 信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于光纖傳輸電路圖圖 2 為將 USB 信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于光纖傳輸電路圖。USB 為全速狀態(tài)（12M）,此時(shí)D+大約 1.5KQ 電阻接+5V 電源。平時(shí) USB 信號(hào)處于閑置（Idle）狀態(tài)，此時(shí) D+為“1”（

4、高電平，大約 3 至 5V）,D-為邏輯“0”（低電平，大約 0 至 1.4V）。IC1 為“或”門(mén)。IC2、IC4、IC5 和 IC6 為可控三態(tài)緩沖器。其中，IC2 和 IC4 是當(dāng)其控制信號(hào) EN 為“0”時(shí)導(dǎo)通，而 IC5 和 IC6 是當(dāng)其控制信號(hào) EN 為“1”時(shí)導(dǎo)通。IC2 和IC4 不導(dǎo)通時(shí)（即 EN 為“1”時(shí)）輸出為高阻狀態(tài)，IC2 輸出端加了上拉電阻 R1、IC4 輸出端加了上拉電阻 R2。IC3、IC10 和 IC11是比較器。IC7 是單穩(wěn)觸發(fā)電路由輸入端（信號(hào) VP）下降沿觸發(fā)，輸出 EN 平時(shí)為“0”。當(dāng) IC7 輸入端出現(xiàn)一個(gè)下降沿時(shí)，其輸出端將出現(xiàn)一個(gè)持續(xù)時(shí)間

5、大約1000us“1”狀態(tài)，然后恢復(fù)為“0”。IC7 輸出信號(hào) EN 控制 IC2、IC4、IC5 和 IC6來(lái)才$D+、D-“收/發(fā)”狀態(tài)。EN 平時(shí)為“0”，平時(shí)允許接收 D+和 D-（IC2、IC4導(dǎo)通），而禁止發(fā)送信號(hào)到 D+和 D-上（IC5 和 IC6 輸出為高阻態(tài)）。3 信號(hào)處理方式平時(shí)閑置狀態(tài)（Idle）時(shí) D+為邏輯“1”、D-為邏輯“0”，IC1、IC2 輸出為“1”，IC3、IC4 輸出為“1”，輸出激光強(qiáng)度為“暗”。當(dāng)激光強(qiáng)度為“暗”時(shí)，對(duì)方電路激光接收器并對(duì)方電路 IC9 后輸出為 VP=1、VM=“0。一旦 USB 開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)，則 D+和 D-信號(hào)邏輯狀態(tài)發(fā)生變化

6、。全速USB 信號(hào)狀態(tài)變化為：D+由“1”變成為“0”，D 一由“0”變成為“1”。上位機(jī) USB 信號(hào)狀態(tài)先出現(xiàn)變化，此時(shí) IC1 和 IC2 輸出仍然為“1”，IC3 和 IC4 輸出變成為“0”。激光發(fā)射二極管將由“暗”變成為“全亮”。 “全亮”激光光纖傳到對(duì)方電路激光接收管。對(duì)方電路 VP 由“1”變?yōu)椤?”，VM 由“0”變?yōu)椤?”。對(duì)方電路 VP 由“1”變?yōu)椤?”就是說(shuō)這個(gè) VP 產(chǎn)生了一個(gè)下降沿，觸發(fā)了對(duì)方電路 IC7,使 IC7 輸出 EN 由“0”變?yōu)椤?”保持“1”大約 1000us（然后又恢復(fù)為“0”）。對(duì)方電路 VM 由“0”變?yōu)椤?”使對(duì)方電路 USB 信號(hào)由禁止發(fā)

7、送（EN=0”）變?yōu)榻菇邮眨‥N 二“1”）。此時(shí)對(duì)方電路VP 和 VM 可以對(duì)方電路 IC5 和 IC6 傳給對(duì)方電路D+和 D-,使上位機(jī) USB 信號(hào) 1000us 內(nèi)光纖傳到對(duì)方電路（即：下位機(jī)）D+和 D-線上。這 1000us 內(nèi)可以過(guò)光纖傳輸三種 D+和 D狀態(tài)：、D+為“1”且D-為“0”（代表閑置狀態(tài)以及數(shù)據(jù)“1）、D+為“0”且 D-為“1”（代表數(shù)據(jù)“0）、D+為“0”且 D-為“0”（代表數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束標(biāo)志）。這三種狀態(tài)可以表達(dá) USB 信號(hào)所有狀態(tài)（D+為“1”且 D-為“1”狀態(tài)是禁止）。大約 1000us 時(shí)間內(nèi)，恰好上位機(jī)向下位機(jī)傳輸一幀 USB 數(shù)據(jù)完畢，等待下位機(jī)回傳應(yīng)答信號(hào)。1000us 結(jié)束后，下位機(jī) IC7 輸出 EN 恢復(fù)為“0”， 此時(shí)下位機(jī) USB 數(shù)據(jù)狀態(tài)先變化。 下位機(jī) USB 數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)過(guò)程與前面描述上位機(jī) USB 數(shù)據(jù)傳輸?shù)较挛粰C(jī)過(guò)程原理完全一樣。4 實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，電路中時(shí)序要求，經(jīng)仿真調(diào)試遠(yuǎn)端可以復(fù)現(xiàn) USB 信號(hào)。本電路可以用于各種 USB 外設(shè)，不改變?cè)瓉?lái)驅(qū)動(dòng)程序。某