USB轉光纖電路

1、USB 轉光纖電路設計及應用1 實現(xiàn)原理本方案是一種光纖傳輸 USB 信號電路，成對使用，光強度三個等級（全亮、半亮、暗）分別代表 USB 數(shù)據(jù)線三種狀態(tài)，當光強度為最低時（暗）代表 USB 數(shù)據(jù)線閑置狀態(tài)。先發(fā)送 USB 信號一方其 USB 數(shù)據(jù)狀態(tài)先改變，其狀態(tài)改變光纖傳輸?shù)綄Ψ诫娐方邮针娐樊a(chǎn)生一個下降沿（上升沿）觸發(fā)一個單穩(wěn)電路，此單穩(wěn)電路輸出控制 USB 信號“收/發(fā)”允許。先發(fā)送 USB 信號一方其 USB 數(shù)據(jù)狀態(tài)先改變，其狀態(tài)改變光纖傳輸?shù)綄Ψ诫娐方邮针娐樊a(chǎn)生一個下降沿（上升沿）觸發(fā)一個單穩(wěn)電路，此單穩(wěn)電路延時時間為 USB 傳輸一幀數(shù)據(jù)時間。2 具體實現(xiàn)方法2.1 將 USB

2、信號（D+、D-）轉換為光纖傳輸信號圖 1圖 1 為將 USB 信號（D+、D-）轉換為光纖傳輸信號一一激光框圖。USB信號檢測電路（1） 將 D+和 D-變換為“或門輸出 DOR1和差分比較器輸出 RCV1。一雙可控三態(tài)緩沖器控制端 EN 來控制邏輯“通”與“端”。當 EN=0”時，DOR=DOR1、RCV=RCV1。而當 EN=1”時，DOR 和 RCV 為高阻狀態(tài)。激光發(fā)射驅動電路（3）將 DOR 和 RCV 轉換為三種激光強度（亮、半亮、暗）。激光接收電路（4）將接收到三種激光強度（亮、半亮、暗）恢復為 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)延時電路（5

3、）。單穩(wěn)延時電路（5）輸出 EN 平時（即 USB 信號處于閑置狀態(tài)時）為“0”，當其輸入 H 有下降延（即由“1”變?yōu)椤?”） 時輸出EN由“0”變?yōu)椤?”保持為“1”大約1000us,然后恢復為“0”。另一雙可控三態(tài)緩沖器（2）控制端 EN 來控制來控制邏輯“通”與“斷”，當EN=1時，VP=H、VM=L,而當 EN=0”時輸出 VP、VM 為高阻狀態(tài)。2.2 將 USB 信號轉換為便于光纖傳輸電路圖圖 2 為將 USB 信號轉換為便于光纖傳輸電路圖。USB 為全速狀態(tài)（12M）,此時D+大約 1.5KQ 電阻接+5V 電源。平時 USB 信號處于閑置（Idle）狀態(tài)，此時 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。IC2、IC4、IC5 和 IC6 為可控三態(tài)緩沖器。其中，IC2 和 IC4 是當其控制信號 EN 為“0”時導通，而 IC5 和 IC6 是當其控制信號 EN 為“1”時導通。IC2 和IC4 不導通時（即 EN 為“1”時）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 VP）下降沿觸發(fā)，輸出 EN 平時為“0”。當 IC7 輸入端出現(xiàn)一個下降沿時，其輸出端將出現(xiàn)一個持續(xù)時間

5、大約1000us“1”狀態(tài)，然后恢復為“0”。IC7 輸出信號 EN 控制 IC2、IC4、IC5 和 IC6來才$D+、D-“收/發(fā)”狀態(tài)。EN 平時為“0”，平時允許接收 D+和 D-（IC2、IC4導通），而禁止發(fā)送信號到 D+和 D-上（IC5 和 IC6 輸出為高阻態(tài)）。3 信號處理方式平時閑置狀態(tài)（Idle）時 D+為邏輯“1”、D-為邏輯“0”，IC1、IC2 輸出為“1”，IC3、IC4 輸出為“1”，輸出激光強度為“暗”。當激光強度為“暗”時，對方電路激光接收器并對方電路 IC9 后輸出為 VP=1、VM=“0。一旦 USB 開始傳輸數(shù)據(jù)，則 D+和 D-信號邏輯狀態(tài)發(fā)生變化

6、。全速USB 信號狀態(tài)變化為：D+由“1”變成為“0”，D 一由“0”變成為“1”。上位機 USB 信號狀態(tài)先出現(xiàn)變化，此時 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”激光光纖傳到對方電路激光接收管。對方電路 VP 由“1”變?yōu)椤?”，VM 由“0”變?yōu)椤?”。對方電路 VP 由“1”變?yōu)椤?”就是說這個 VP 產(chǎn)生了一個下降沿，觸發(fā)了對方電路 IC7,使 IC7 輸出 EN 由“0”變?yōu)椤?”保持“1”大約 1000us（然后又恢復為“0”）。對方電路 VM 由“0”變?yōu)椤?”使對方電路 USB 信號由禁止發(fā)

7、送（EN=0”）變?yōu)榻菇邮眨‥N 二“1”）。此時對方電路VP 和 VM 可以對方電路 IC5 和 IC6 傳給對方電路D+和 D-,使上位機 USB 信號 1000us 內光纖傳到對方電路（即：下位機）D+和 D-線上。這 1000us 內可以過光纖傳輸三種 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)傳輸結束標志）。這三種狀態(tài)可以表達 USB 信號所有狀態(tài)（D+為“1”且 D-為“1”狀態(tài)是禁止）。大約 1000us 時間內，恰好上位機向下位機傳輸一幀 USB 數(shù)據(jù)完畢，等待下位機回傳應答信號。1000us 結束后，下位機 IC7 輸出 EN 恢復為“0”， 此時下位機 USB 數(shù)據(jù)狀態(tài)先變化。 下位機 USB 數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C過程與前面描述上位機 USB 數(shù)據(jù)傳輸?shù)较挛粰C過程原理完全一樣。4 實驗與應用系統(tǒng)設計完成后，電路中時序要求，經(jīng)仿真調試遠端可以復現(xiàn) USB 信號。本電路可以用于各種 USB 外設，不改變原來驅動程序。某