一种高效可靠的USB信号远距传输装置的制作方法

本实用新型涉及传输装置，尤其涉及一种高效可靠的USB信号远距传输装置。

背景技术：

近年来，USB应用技术发展迅猛，其技术优势日益凸显，支持USB协议的设备得到了越来越广泛的使用。同时，在实际应用中，主机与USB设备之间需要远距通讯的情况也日益增多。而USB设备跟主机间的稳定通讯距离由于延长线的限制，通常只能在一个较短的范围内保持通讯稳定。如果只延长USB数据传输线的长度，则容易出现因信号被干扰以及数据丢失造成传输失败的情况。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种高效可靠的USB信号远距传输装置。

本实用新型提供了一种高效可靠的USB信号远距传输装置，包括Source端USB接口、USB信号还原模块和Sink端USB接口，其中，所述Source端USB接口与所述USB信号还原模块通过数据传输线连接，所述USB信号还原模块与所述Sink端USB接口通过数据传输线连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述Source端USB接口连接有计算机本地终端，所述Sink端USB接口连接有远程USB设备。

作为本实用新型的进一步改进，所述Source端USB接口为标准A型公头，所述Sink端USB接口为标准B型公头。

作为本实用新型的进一步改进，所述USB信号还原模块外部设有金属屏蔽外壳。

作为本实用新型的进一步改进，所述USB信号还原模块由电源电路、重定时器还原电路、输入和输出接口电路组成，所述重定时器还原电路分别与所述电源电路、输入和输出接口电路连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述USB信号还原模块包括主芯片，所述主芯片包括选路开关、连接下游设置的数据线和连接上游设备的数据线，所述连接下游设置的数据线连接有下游物理层，所述连接上游设备的数据线连接有上游物理层，所述下游物理层、上游物理分别与所述选路开关连接，所述选路开关连接有数据恢复&弹性缓存区模块，所述数据恢复&弹性缓存区模块连接有上游端口控制器，所述数据恢复&弹性缓存区模块的输出端连接有串口引擎，所述串口引擎的输出端连接有数据发送器，所述数据发送器的输出端与所述选路开关连接，所述串口引擎连接有事物转换速度管理模块，所述事物转换速度管理模块分别连接有下游端口控制器和事物转换公共缓存区。

本实用新型的有益效果是：通过上述方案，实现了高效可靠的USB信号远距传输。

附图说明

图1为本实用新型一种高效可靠的USB信号远距传输装置的示意图。

图2为本实用新型一种高效可靠的USB信号远距传输装置的USB信号还原模块主芯片功能框图。

图3为本实用新型一种高效可靠的USB信号远距传输装置的USB信号还原模块的输入、输出接口电路原理图。

图4为本实用新型一种高效可靠的USB信号远距传输装置的USB信号还原模块的电源电路原理图。

图5为本实用新型一种高效可靠的USB信号远距传输装置的重定时器还原电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种高效可靠的USB信号远距传输装置，包括Source端USB接口101、USB信号还原模块102和Sink端USB接口103，其中，所述Source端USB接口101与所述USB信号还原模块102通过数据传输线连接，所述USB信号还原模块102与所述Sink端USB接口103通过数据传输线连接。

如图1所示，所述Source端USB接口101连接有计算机本地终端104，所述Sink端USB接口103连接有远程USB设备105。

所述Source端USB接口101为标准A型公头，所述Sink端USB接口103为标准B型公头。

所述USB信号还原模块102外部设有金属屏蔽外壳。

所述USB信号还原模块102由电源电路、重定时器还原电路、输入和输出接口电路组成，所述重定时器还原电路分别与所述电源电路、输入和输出接口电路连接。

所述USB信号还原模块102中的电源主要利用低压差线性稳压器。

所述USB信号还原模块102使用重定时器技术进行信号还原。

所述USB信号还原模块102的设置数量由所述传输装置的具体传输距离确定，传输距离十米以内、十到二十米和二十到三十米的装置分别接入1个、2个和3个还原模块。

参见图2，图2为USB信号还原模块102的主芯片功能框图。其中，数据恢复和弹性缓存区模块为整个芯片的核心，其执行具体的信号重生还原过程。如图所示，连接上游设备的数据线1及连接下游设备的数据线2分别与芯片的上游物理层3和下游物理层4相连接，芯片的上游物理层3和下游物理层4都与选路开关5连接，选路开关5与数据恢复&弹性缓存区模块6相连接，数据恢复&弹性缓存区模块6与串口引擎7以及上游端口控制器12相连接，串口引擎7分别与数据发送器8及事物转换速度管理模块9相连接、数据发送器8与选路开关5相连接、事物转换速度管理模块9又分别与事物转换公共缓存区10及下游端口控制器11相连接。以USB信号从上游的计算机本地终端传输到下游的USB远程设备过程为例说明，USB的差分信号“D+”和“D-”通过连接上游设备的数据线首先传输到芯片的上游物理层，随后通过选路开关进入芯片核心的数据恢复&弹性缓存区模块来进行重定时器信号还原。在其进行重定时器时，首先对符合USB2.0协议的差分对输入信号进行解码，解码后得到8位并行的TTL和时钟信号，并依据此信号重新生成新的8位TTL和时钟信号。重新生成的信号消除了原有信号中存在的噪声和抖动等消极成分，因而重新获得最真实的信号特征，随后再通过编码以重新得到符合USB2.0协议的差分对串行输出信号。该信号通过串行接口引擎转换成8位并行数据后传输给了芯片的事件转换速度管理模块，事件转换速度管理模块可以使USB数据以三种不同的速度传输至下游设备，其首先通过一个端点获得下游USB设备的特征信息，随后根据所得到的信息判断出下游的USB设备的设备类型，并根据设备类型来决定具体采取“Low-Speed（1.5Mb/s）”、“Full-Speed（12Mb/s）”或者“High-Speed（480Mb/s）”中的哪种传输模式。确定传输模式后，事物转换器公共缓存区为数据包传输提供相应的缓存空间。随后，串行接口引擎又将缓存区中的8位并行数据包按照USB协议的相关要求转化成串行数据后经由数据发送器、选路开关及下游物理层传输给面向下游设备的数据线。

参见图3，图3为USB信号还原模块102的输入和输出接口电路原理图，由于USB接口支持热拔插，属于带点操作，很容易产生静电，因此在USB信号还原模块的输入、输出接口电路中各使用了一块CM1213-04ST型的ESD防护芯片用来保护USB信号还原模块上的主要器件不被瞬间的大浪涌损毁。CM1213-04ST芯片的引脚1和引脚6悬空，引脚2和引脚5分别接地和+5V电源电压输入，输入接口电路的CM1213-04ST芯片引脚3和引脚4分别接面向上游设备的差分对信号“D-”和“D+”，芯片引脚3和引脚4分别接面向下游设备的差分对信号“DM4”和“DP4”。

参见图4，图4为USB信号还原模块102的电源电路原理图，该电源电路以低压差线性稳压器MPM3804作为核心来实现。图中，“VIN”引脚为芯片的电源电压输入引脚，接计算机本地终端的+5V输出电压，同时并联接10μF/10V的去偶电容C19到地，用以防止输入端出现瞬态大尖峰电压烧坏电路的情况发生。“OUT”为芯片输出引脚，输出电压经过容值为10μF 的输出滤波电容C14滤波后，得以为重定时器芯片内核提供稳定的DC+1.8V供能。“FB”为输出信号反馈引脚，其引入的电压信号通过输出电压经由R15和R14分压以获得，R15和R14的阻值分别为200KΩ和100KΩ，“EN”为+3.3V电压输入使能引脚，其通过一个100KΩ的电阻接+3.3V_U。

参见图5，图5为重定时器还原电路原理图。其中，XIN和XOUT为外部晶振信号引脚，分别接12MHz外部晶振的正负极以为芯片提供稳定可靠的时钟信号。“VD_PLL”和“VS_PLL”分别接+1.8V输入电压和地来为锁相环电路供电。“REXT”通过一个2.7KΩ电阻R13连接到模拟地端“VS_A”来提供内部偏置参考。“VBUSM”为上游端口监视器的电压输入引脚，其电压通过100KΩ的电阻R4和1.5MΩ电阻R6对+5V输入电压VCC进行分压以获得。由于本方案使用了内部复位电路和内部5V转3.3V的稳压电路，因而外部复位脚“XRSTJ”直接接稳定的+3.3V，内置稳压器禁用引脚“DIS_REG”接地。“TEST”为测试模式引脚，通常接地。“DPU”和“DMU”分别为面向上游设备接口的差分信号的输入输出引脚，接面向上游设备的差分对信号传输线。“DM4”和“DP4”分别为面向下游设备接口的差分信号“D-”和“D+”的输入输出引脚，接面向下游设备的差分对信号传输线。当信号传输方向为计算机本地终端至远程设备时，差分对信号从“DPU”和“DMU”进入芯片内部个模块进行处理后经“DM4”和“DP4”输出给下游远程设备。

所述数据传输线内部的两根电源线都采用AWG20#标准导线，两根信号线都采用AWG28#标准导线。所述数据传输线除了按USB2.0规格要求设置地网屏蔽层外，还设置了整体包裹的铝箔屏蔽层用以加强干扰屏蔽。

为了将在所述数据传输线上传输的信号受到的干扰量降至最低，本方案除了按USB2.0规格要求设置地网屏蔽层外，还设置了整体包裹的铝箔屏蔽层用以加强干扰屏蔽，从而使信号传输更加稳定。另外，为增强数据传输线与重定时器还原模块间的连接牢固度，提高本装置的耐弯折能力，本方案还采用了使用XX胶将还原模块PCB和数据线接口处整体包裹固定的工艺。

本实用新型公开了一种高效可靠的USB信号远距传输装置，为计算机本地终端与USB远程设备之间提供高效稳定的远距USB信号传输途径。该装置通过重定时器信号还原电路对USB信号依次进行串并解码、数据再生、并串编码，以去除原信号中的抖动、噪声等不良成分，从而使USB信号的传输距离变得更远。本实用新型的主要优点在于解决了USB信号在远距离传输过程中容易发生因信号衰减和环境干扰导致传输失败的弊端，为USB信号远距离传输提供了一种高效可靠的方法和装置，其最远的稳定传输距离可达30米。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。