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通过光纤传输USB信号的电路设计

作者:时间:2013-07-03来源:网络收藏


2.2 将转换为便于的电路图

图2为将转换为便于的电路图。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。平时处于闲置(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。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”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=“1”)。此时对方电路的VP和VM可以通过对方电路的IC5和IC6传给对方电路的D+和D-,从而使上位机的USB信号在1000us内通过光纤传到对方电路(即:下位机)的D+和D-线上。在这1000us内可以过三种D+和D—状态: ①、 D+为“1”且D-为“0”(代表闲置状态以及数据“1”)②、 D+为“0”且D-为“1”(代表数据“0”)③、D+为“0”且D-为“0”(代表数据传输结束标志)。这三种状态可以表达USB信号的所有状态(D+为“1”且D-为“1”的状态是禁止的)。在大约1000us的时间内,恰好上位机向下位机传输一帧USB数据完毕,并且等待下位机回传应答信号。1000us结束后,下位机的IC7的输出EN恢复为“0”,此时下位机的USB数据状态先变化。 下位机的USB数据传输到上位机的过程与前面描述的上位机的USB数据传输到下位机的过程原理完全一样。

4 实验与应用

系统设计完成后,根据电路中的时序要求,经仿真调试并且在远端可以复现USB信号。本电路可以用于各种USB外设,而且不改变原来的驱动程序。某些USB外设目前还没有有效的延长方案,比如USB鼠标,那么采用本电路后可以得以成功实现。

目前的图像远程光纤传输方案往往需要专门的硬件接口及专用软件,而采用本方案的电路后,只需将普通USB摄像头延长即可实现。 (end)

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