通過光纖傳輸USB信號的電路設計
加入技術交流群
2.2 將USB信號轉換為便于光纖傳輸的電路圖
圖2為將USB信號轉換為便于光纖傳輸的電路圖。假設USB為全速狀態(tài)（12M），此時D+通過大約1.5KΩ的電阻接+5V電源。平時USB信號處于閑置（Idle）狀態(tài)，此時D+為“1”（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”時導通的，而IC5和IC6是當其控制信號EN為“1”時導通的。由于IC2和IC4在不導通時（即EN為“1”時）輸出為高阻狀態(tài),所以圖2在IC2的輸出端加了上拉電阻R1、在IC4的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的輸入端出現一個下降沿時，其輸出端將出現一個持續(xù)時間大約1000us的“1”狀態(tài)，然后恢復為“0”。IC7的輸出信號EN通過控制IC2、IC4、IC5和IC6來控D+、D-的“收/發(fā)”狀態(tài)。由于EN平時為“0”，所以平時允許接收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)）。
平時閑置狀態(tài)（Idle）時D+為邏輯“1”、D-為邏輯“0”，所以IC1、IC2的輸出為“1”，IC3、IC4的輸出為“1”，輸出激光強度為“暗”。當激光強度為“暗”時，對方電路的激光接收器并經過對方電路的IC9后的輸出為VP=“1”、VM=“0”。一旦USB開始傳輸數據，則D+和D-的信號邏輯狀態(tài)發(fā)生變化。全速USB的信號狀態(tài)變化為：D+由“1”變成為“0”，D—由“0”變成為“1”。上位機的USB信號狀態(tài)先出現變化，此時IC1和IC2的輸出仍然為“1”，IC3和IC4的輸出變成為“0”。激光發(fā)射二極管將由“暗”變成為“全亮”?！叭痢钡募す馔ㄟ^光纖傳到對方電路的激光接收管。對方電路的VP由“1”變?yōu)椤?”，VM 由“0”變?yōu)椤?”。對方電路的VP由“1”變?yōu)椤?”就是說這個VP產生了一個下降沿，從而觸發(fā)了對方電路的IC7，使IC7的輸出EN由“0”變?yōu)椤?”并且保持“1”大約1000us（然后又恢復為“0”）。對方電路的VM由“0”變?yōu)椤?”從而使對方電路的USB信號由禁止發(fā)送（EN=“0”）變?yōu)榻菇邮眨‥N=“1”）。此時對方電路的VP和VM可以通過對方電路的IC5和IC6傳給對方電路的D+和D-，從而使上位機的USB信號在1000us內通過光纖傳到對方電路（即：下位機）的D+和D-線上。在這1000us內可以過光纖傳輸三種D+和D—狀態(tài)： ①、 D+為“1”且D-為“0”（代表閑置狀態(tài)以及數據“1”）②、 D+為“0”且D-為“1”（代表數據“0”）③、D+為“0”且D-為“0”（代表數據傳輸結束標志）。這三種狀態(tài)可以表達USB信號的所有狀態(tài)（D+為“1”且D-為“1”的狀態(tài)是禁止的）。在大約1000us的時間內，恰好上位機向下位機傳輸一幀USB數據完畢，并且等待下位機回傳應答信號。1000us結束后，下位機的IC7的輸出EN恢復為“0”，此時下位機的USB數據狀態(tài)先變化。 下位機的USB數據傳輸到上位機的過程與前面描述的上位機的USB數據傳輸到下位機的過程原理完全一樣。
4 實驗與應用
系統(tǒng)設計完成后，根據電路中的時序要求，經仿真調試并且在遠端可以復現USB信號。本電路可以用于各種USB外設，而且不改變原來的驅動程序。某些USB外設目前還沒有有效的延長方案，比如USB鼠標，那么采用本電路后可以得以成功實現。
目前的圖像遠程光纖傳輸方案往往需要專門的硬件接口及專用圖像處理軟件，而采用本方案的電路后，只需將普通USB攝像頭延長即可實現。 (end)
評論