光电混合的DisplayPort远距离传输装置与方法与流程

本发明涉及传输装置，尤其涉及一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置与方法。

背景技术：

近年来，随着支持高清数字多媒体接口技术的快速发展，诸如大屏幕高清LED液晶电视、高清投影仪、商业广告屏等高清数字多媒体信息远距离传输至远程显示设备的应用需求也迅速增大。

目前，工程实际中普遍使用基于HDMI传输协议的的方案来解决高清数字信号远距传输的问题，但这类方案存在着以下几个缺陷：其一，HDMI传输协议受专利保护，增加了方案使用成本；其二，由于使用I2C信号来进行Source端和Sink端的通讯握手，为了避免I2C的TTL电平在进行远距传输时出现因其高低电平变化过程变缓而导致的数据丢失的现象，则必须转换成更强的信号或差分信号才能保证远距传输的稳定性，因而不可避免的增加了电源的功耗；其三，由于HDMI传输协议中的“R”、“G”、“B”三个信号在同一个时钟周期内相位一致，致使传输时EMI过高。

因此，研发一种能够保证远距传输性能且使用方法简单、成本较低的多媒体信号远距传输装置具有很高的现实意义。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置与方法。

本发明提供了一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置，包括Source端信号转换模块、光电混合缆和Sink端信号还原模块，其中，所述的Source端信号转换模块的输出端与所述Sink端信号还原模块的输入端通过所述光电混合缆连接，DP信号从所述Source端信号转换模块输入，通过所述Source端信号转换模块先将DP电信号中的差分对电信号转换为光信号，然后，经由所述光电混合缆将光信号和控制电信号一起进行远距离传输，最后，通过Sink端信号还原模块将光信号还原成差分对电信号供下游DP远程设备使用。

作为本发明的进一步改进，所述Source端信号转换模块的输入端连接有DP信号源，所述Sink端信号还原模块的输出端连接有DP远程设备。

作为本发明的进一步改进，所述光电混合缆包括外护套，所述外护套内设有屏蔽线、光纤单元、电单元和芳纶纤维填充物，所述光纤单元为四芯光纤单元，用于传输四组DP差分对电信号转换而来的光信号，所述电单元用于传输DP信号中的控制信号。

作为本发明的进一步改进，所述屏蔽线包括铝箔屏蔽层、地网和通讯线，所述四芯光纤单元包括半紧套和设置在所述半紧套内的着色光纤，所述电单元包括绝缘层和设置在所述绝缘层内的铜导线。

作为本发明的进一步改进，所述的Source端信号转换模块包括Source端DP接口、Source端直流电源电路、Source端ESD保护芯片、电光转换主电路、电光转换使能控制电路和光信号发射器，所述Source端直流电源电路的输入端与所述Source端DP接口连接，所述Source端直流电源电路通过输出端分别为所述电光转换主电路及电光转换使能控制电路供能，所述Source端ESD保护芯片与所述电光转换主电路的输入端连接，所述电光转换使能控制电路的输出端与电光转换主电路的输入端连接，所述电光转换主电路的输出端与所述光信号发射器的输入端连接，所述光信号发射器的输出端与所述光电混合缆的四芯光纤单元连接，电光转换后的光信号通过所述四芯光纤单元传递到所述Sink端信号还原模块的输入端。

作为本发明的进一步改进，所述Sink端信号转换模块包括Sink端DP接口、Sink端直流电源电路、Sink端ESD保护芯片、光电转换主电路、光电转换使能控制电路和光信号接收器，所述Sink端直流电源电路的输入端与所述Source端直流电源电路的输出端通过所述光电混合缆的电单元连接，所述Sink端直流电源电路通过输出端分别为所述光电转换主电路及光电转换使能控制电路供能，所述Sink端ESD保护芯片与所述光电转换主电路的输入端连接，所述光电转换使能控制电路的输出端与光电转换主电路的输入端连接，所述光电转换主电路的输入端与所述光信号接收器的输出端连接，所述光电转换主电路的输出端与所述Sink端DP接口连接，由所述光电转换主电路还原后得到的差分对电信号与DP控制信号一起通过所述Sink端DP接口传递给下游设备使用。

作为本发明的进一步改进，所述的Source端信号转换模块包含了2722四通道激光器驱动芯片，所述2722四通道激光器驱动芯片主要由编程电路、四个电光转换放大电路和四个使能逻辑单元组成，所述编程电路分别与四个所述电光转换放大电路连接，其中，所述编程电路又主要由存储器控制器和与所述存储器控制器连接的温度控制器组成，所述存储器控制器为各种控制参数分配存储空间，四个所述使能逻辑单元分别控制四个所述电光转换放大电路的开通使能，其根据差分对信号电压差大小、“ACT1”的输出电平和“ACT0”的输入电平来决定使能转换通道，所述电光转换放大电路先将输入的差分对电信号转换成单端信号，再将该单端信号的电流差异放大，最后将放大后的信号输出给所述光信号发射器用以转变为具有强度差异性的光信号并输出给所述光纤单元来进行远程传输。

作为本发明的进一步改进，所述光信号发射器包括四个垂直腔面发射激光器和一个四单元的发射端45度光纤阵列，所述垂直腔面发射激光器的输入端与所述电光转换主电路的输出端连接，所述发射端45度光纤阵列的输入端与所述垂直腔面发射激光器的输出端连接，所述发射端45度光纤阵列的输出端与所述光纤单元的输入端连接。所述垂直腔面发射激光器接收由2722四通道激光器驱动芯片输出的单端信号后将其转变为垂直于电路板发射的激光信号。该激光信号经由所述发射端45度光纤阵列反射成与电路板平行的信号后进入光纤单元传输。

作为本发明的进一步改进，所述Sink端信号转换模块包含了2712互阻抗放大器，所述2712互阻抗放大器主要由四个输入信号检测单元、光信号强度检测单元、四个光电还原放大电路、输出幅值等级控制器和四个直流补偿电路组成，所述光电还原放大电路的输入端与所述光信号接收器的输出端连接，所述输入信号检测单元的输入端与所述光信号接收器的输出端连接，所述输入信号检测单元的输出端与所述光电还原放大电路连接，所述光信号强度检测单元与所述光信号接收器的输出端连接，所述输出幅值等级控制器分别与四个所述光电还原放大电路连接，所述直流补偿电路与所述光电还原放大电路连接，其中，所述光信号强度检测单元通过检测流过所述光信号接收器的总电流来对输入信号的强度进行检测，所述输入信号检测单元根据是否有信号输入来控制是否开启所述光电还原放大电路，所述光电还原放大电路在没有信号输入时进入休眠模式，输入的光信号先经由所述光信号接收器转换成具有微弱电流差异的电信号，再通过所述光电还原放大电路将输入信号的电流差异进行放大，最后还原成能供设备读取的差分对电信号，通过对所述输出幅值等级控制器进行寄存器赋值可以实现对输出差分对信号的幅值进行设定，所述直流补偿电路通过负反馈来实现光电还原放大电路实际输出的差分对幅值与预先设定的幅值保持一致。

作为本发明的进一步改进，所述光信号接收器包括四个光电二极管和一个四单元的接收端45度光纤阵列。所述45度光纤阵列的输入端与所述光纤单元的输出端连接，所述45度光纤阵列的输出端与所述光电二极管的输入端连接，所述光电二极管的输出端与所述光电转换主电路的输入端连接。所述光纤单元输出的光信号进入所述接收端45度光纤阵列后变为平行于电路板的光信号，该信号通过接收端45度光纤阵列反射后变为垂直于电路板的光电二极管输入信号，所述光电二极管将输入的光信号转变为单端电信号后输出给2712互阻抗放大器用以将信号还原成下游设备所需的差分对信号。

本发明还提供了一种光电混合的DisplayPort远距离传输方法， DP信号从Source端信号转换模块输入，通过所述Source端信号转换模块先将DP电信号中的差分对电信号转换为光信号，然后，经由光电混合缆将光信号和控制电信号一起进行远距离传输，最后，通过Sink端信号还原模块将光信号还原成差分对电信号供下游DP远程设备使用。

本发明的有益效果是：通过上述方案，实现了一种视频和音频信号在超远距离条件下稳定传输的低成本方案，辐射低，功耗低，无需调试，可靠性高，无需外接电源，即插即用。

附图说明

图1为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的示意图。

图2为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的光电混合缆截面示意图。

图3为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的Source端信号转换模块的电光转换主电路示意图。

图4为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的Source端信号转换模块的电光转换使能控制电路示意图。

图5为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的Source端信号转换模块的Source端DP接口的原理示意图。

图6为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的Source端信号转换模块的Source端ESD保护芯片的原理示意图。

图7为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的Source端信号转换模块的Source端直流电源电路的原理示意图。

图8为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的Sink端信号还原模块的光电转换主电路示意图。

图9为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的Sink端信号还原模块的光电转换使能控制电路的原理示意图。

图10为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的Sink端信号还原模块的Sink端DP接口的原理示意图。

图11为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的Sink端信号还原模块的Sink端ESD保护芯片的原理示意图。

图12为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的Sink端信号还原模块的Sink端直流电源电路的原理示意图。

图13为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的2722四通道激光器驱动芯片工作流程示意图。

图14为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的2712互阻抗放大器工作流程示意图。

图15为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的光信号发射器工作流程图。

图16为本发明一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的光信号接收器工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图1，一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置的示意图，包括Source端信号转换模块100、光电混合缆200和Sink端信号还原模块300，其中，所述Source端信号转换模块100的输出端与所述Sink端信号还原模块300的输入端通过所述光电混合缆200连接，所述Source端信号转换模块100的输入端与DP信号源相连接，所述Sink端信号还原模块300的输出端与DP远程设备相连接，DP(Display Port)信号从所述的Source端信号转换模块100输入，从所述Sink端信号还原模块300输出。

参见图2，所述光电混合缆200包括一根四芯光纤单元202、五根电单元203和一根屏蔽线204、芳纶纤维填充物205以及外护套201，外护套优选为黑色聚氨酯弹性体护套，所述四芯光纤单元202用于传输由四组DP差分对电信号转换而来的光信号，所述五根电单元203用于传输DP信号中的五个控制信号，所述屏蔽线204包括铝箔屏蔽层2041、通讯线和地网，所述四芯光纤单元202包括半紧套2021和设置在所述半紧套2021内的着色光纤2022，所述电单元203包括绝缘层2031和设置在所述绝缘层2031内的铜导线2032。

参见图3至图7，Source端信号转换模块100以2722四通道激光器驱动芯片作为功能核心，整个模块包括以下几个部分：电光转换主电路、电光转换使能控制电路、Source端DP接口、Source端ESD保护芯片、Source端直流电源电路和光信号发射器。其中，所述Source端直流电源电路的输入端与所述Source端DP接口连接，所述Source端直流电源电路通过输出端分别为所述电光转换主电路、电光转换使能控制电路供能，所述Source端ESD保护芯片与所述电光转换主电路的输入端连接，所述电光转换使能控制电路的输出端与电光转换主电路的输入端连接，所述电光转换主电路的输出端与所述光信号发射器的输入端连接，所述光信号发射器的输出端与所述光电混合缆的四芯光纤单元连接，电光转换后的光信号通过所述四芯光纤单元传递到所述Sink端信号还原模块的输入端。其中，Source端ESD保护芯片选用RClamp0524，其能抗±8KV的瞬间电压，保证了足够的安全裕量。Source端直流电源电路选用LDO电源“SPX3819M5”和开关电源“M1541”将输入电压“V_1”分别转化为“V_2”和“V_3”，其中“V_2”为电光转换芯片“2722”的主供电和控制芯片“W104”的辅助供电，“V_3”经由所述光电混合缆200的电单元203传输来为Sink端信号还原模块300供能。芯片“W104”通过控制“ACT1”引脚的输出电平和“ACT0”引脚的输入电平来控制主芯片“2722”内部通道的使能。

参见图8至图12，Sink端信号还原模块300以光电转换芯片“2712”作为功能核心，整个模块包含以下几个部分：光电转换主电路、光电转换使能控制电路、Sink端DP接口、Sink端ESD保护芯片、Sink端直流电源电路和光信号接收器。其中，所述Sink端直流电源电路的输入端与所述Source端直流电源电路的输出端通过所述光电混合缆200的电单元203连接，所述Sink端直流电源电路通过输出端分别为所述光电转换主电路、光电转换使能控制电路供能，所述Sink端ESD保护芯片与所述光电转换主电路的输入端连接，所述光电转换使能控制电路的输出端与光电转换主电路的输入端连接，所述光电转换主电路的输入端与所述光信号接收器的输出端连接，所述光电转换主电路的输出端与所述Sink端DP接口连接，由所述光电转换主电路还原后得到的差分对电信号与DP控制信号一起通过所述Sink端DP接口传递给下游设备使用。其中，Sink端ESD保护芯片的选用和Source端的相同。Sink端直流电源电路选用LDO电源“SPX3819M5”和开关电源“3804”将输入电压“V_3”分别转化为“V_4”和“V_5”，其中“V_4”为光电转换芯片“2712”的主供电和控制芯片“W104”的辅助供电，“V_5”为芯片“2712”的内核供电。芯片“W104”通过控制“OL”引脚和“SD”引脚的电平来控制主芯片“2712”内部通道的使能。经由芯片“2712”光电还原得到的四组差分对电信号与其他点控制信号一起通过Sink端DP接口供DP远程设备使用。

参见图13，所述2722四通道激光器驱动芯片的单个通道支持20Mbps到12.5Gbps的数据速率。该芯片主要由编程电路14、电光转换放大电路15和使能逻辑单元16组成。其中，所述编程电路14又由存储器控制器和温度控制器组成，所述存储器控制器为各种控制参数分配存储空间。四个所述使能逻辑单元16分别控制四个电光转换放大电路的开通使能，其根据差分对信号电压差大小、“ACT1”的输出电平和“ACT0”的输入电平来决定使能转换通道。所述电光转换放大电路15先将输入的差分对电信号转换成单端信号，再将该单端信号的电流差异放大，最后将放大后的信号输出给所述光信号发射器用以转变为具有强度差异性的光信号并输出给所述光纤单元来进行远程传输。通过对所述温度控制器的编程，芯片可实现根据环境温度自动调节输出电流以使光信号的传输性能始终保持高水平状态。

参见图14，所述2712互阻抗放大器为集成了限幅放大器的四通道互阻抗放大器，其单个通道支持20Mbps到12.5Gbps的数据速率。该芯片主要由输入信号检测17、光信号强度检测15、光电还原放大电路19、输出幅值等级控制器20和直流补偿电路21组成。其中，所述光信号强度检测通过检测流过所述光信号接收器的总电流来对输入信号的强度进行检测。所述输入信号检测17根据是否有信号输入来控制是否开启光电还原放大电路19，光电还原放大电路19在没有信号输入时进入休眠模式以达到节能环保的目的。输入的光信号先经由所述光信号接收器转换成具有微弱电流差异的电信号，再通过所述光电还原放大电路19将输入信号的电流差异进行放大，最后还原成能供设备读取的差分对电信号。通过对所述输出幅值等级控制器20进行寄存器赋值可以实现对输出差分对信号的幅值进行设定，所述直流补偿电路21通过负反馈来实现光电还原放大电路实际输出的差分对幅值与预先设定的幅值保持一致，从而保证输出信号的稳定可靠。

参见图15，,所述光信号发射器包括四个垂直腔面发射激光器和一个四单元的发射端45度光纤阵列，所述垂直腔面发射激光器的输入端与所述电光转换主电路的输出端连接，所述发射端45度光纤阵列的输入端与所述垂直腔面发射激光器的输出端连接，所述发射端45度光纤阵列的输出端与所述光纤单元的输入端连接。所述垂直腔面发射激光器接收由2722四通道激光器驱动芯片输出的单端信号后将其转变为垂直于电路板发射的激光信号。该激光信号经由所述发射端45度光纤阵列反射成与电路板平行的信号后进入光纤单元传输。

参见图16，所述光信号接收器包括四个光电二极管和一个四单元的接收端45度光纤阵列。所述45度光纤阵列的输入端与所述光纤单元的输出端连接，所述45度光纤阵列的输出端与所述光电二极管的输入端连接，所述光电二极管的输出端与所述光电转换主电路的输入端连接。所述光纤单元输出的光信号进入所述接收端45度光纤阵列后变为平行于电路板的光信号，该信号通过接收端45度光纤阵列反射后变为垂直于电路板的光电二极管输入信号，所述光电二极管将输入的光信号转变为单端电信号后输出给2712互阻抗放大器用以将信号还原成下游设备所需的差分对信号。

本发明还提供了一种光电混合的DisplayPort远距离传输方法， DP信号从Source端信号转换模块100输入，通过所述Source端信号转换模块100先将DP电信号中的差分对电信号转换为光信号，然后，经由光电混合缆200将光信号和控制电信号一起进行远距离传输，最后，通过Sink端信号还原模块300将光信号还原成差分对电信号供下游DP远程设备使用。

本发明公开了一种光电混合的DisplayPort远距离传输装置，该装置先通过所述Source端信号转换模块100先将DP电信号中的差分对电信号转换为光信号，然后，经由所述光电混合缆200将光信号和控制电信号一起进行远距离传输，最后，通过Sink端信号还原模块300将光信号还原成差分对电信号供下游DP远程设备使用。本发明装置的有益效果是：通过上述方案，有效的解决了DP差分对电信号在远距传输过程中易发生抖动、衰减等不良现象进而影响传输质量的不足，实现了一种视频和音频信号在超远距离条件下稳定传输的低成本方案，其无需调试，可靠性高，无需外接电源，即插即用。

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