通過光纖傳輸U(kuò)SB信號的電路設(shè)計(jì)
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2.2 將USB信號轉(zhuǎn)換為便于光纖傳輸的電路圖
圖2為將USB信號轉(zhuǎn)換為便于光纖傳輸的電路圖。假設(shè)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(dāng)其控制信號EN為“0”時導(dǎo)通的，而IC5和IC6是當(dāng)其控制信號EN為“1”時導(dǎo)通的。由于IC2和IC4在不導(dǎo)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(dāng)IC7的輸入端出現(xiàn)一個下降沿時，其輸出端將出現(xiàn)一個持續(xù)時間大約1000us的“1”狀態(tài)，然后恢復(fù)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(dǎo)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(qiáng)度為“暗”。當(dāng)激光強(qiáng)度為“暗”時，對方電路的激光接收器并經(jīng)過對方電路的IC9后的輸出為VP=“1”、VM=“0”。一旦USB開始傳輸數(shù)據(jù)，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(jī)的USB信號狀態(tài)先出現(xiàn)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(chǎn)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(fù)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(jī)的USB信號在1000us內(nèi)通過光纖傳到對方電路（即：下位機(jī)）的D+和D-線上。在這1000us內(nèi)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(shù)據(jù)“1”）②、 D+為“0”且D-為“1”（代表數(shù)據(jù)“0”）③、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(nèi)，恰好上位機(jī)向下位機(jī)傳輸一幀USB數(shù)據(jù)完畢，并且等待下位機(jī)回傳應(yīng)答信號。1000us結(jié)束后，下位機(jī)的IC7的輸出EN恢復(fù)為“0”，此時下位機(jī)的USB數(shù)據(jù)狀態(tài)先變化。 下位機(jī)的USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)的過程與前面描述的上位機(jī)的USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)较挛粰C(jī)的過程原理完全一樣。
4 實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用
系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)電路中的時序要求，經(jīng)仿真調(diào)試并且在遠(yuǎn)端可以復(fù)現(xiàn)USB信號。本電路可以用于各種USB外設(shè)，而且不改變原來的驅(qū)動程序。某些USB外設(shè)目前還沒有有效的延長方案，比如USB鼠標(biāo)，那么采用本電路后可以得以成功實(shí)現(xiàn)。
目前的圖像遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)。 (end)
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