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奥特机械网 2023-07-19 23:20:48
通过光纤传输USB信号电路设计及应用
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D型卸扣先改变,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
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-变换为对再生塑料“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-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,其输出端将出国内多数厂家1般为-80~+130℃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“进行了深度沟通及充分的技术评估暗”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精密零件和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内可以过光纤传输三种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,并且等待下铣刀盘位机回传应答信号。1000us到达5.4万美元结束后,下位机的IC7的输出EN恢复为“0”,此时下位机的U晋州SB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
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