一种USB3.0光通信设备的制作方法

一种usb3.0光通信设备
技术领域
1.本实用新型涉及usb3.0传输技术领域，特别涉及一种usb3.0光通信设备。


背景技术：

2.usb3.0被认为是superspeedusb，为那些与pc或音频/高频设备相连接的各种设备提供了一个标准接口。但usb3.0是个硬件设备，计算机内只有安装usb3.0相关的硬件设备后才可以使用usb3.0相关的功能。从键盘到高吞吐量磁盘驱动器，各种器件都能够采用这种低成本接口进行平稳运行的即插即用连接，用户基本不用花太多心思在上面。新usb 3.0与usb 2.0具有兼容性，同时在传输带宽、电源管理、功率效率、数据处理及器件识别方面得到了提高。
3.例如，一个采用usb3.0的闪存驱动器可以在15秒钟将1gb的数据转移到一个主机，而usb 2.0则需要43秒。
4.受到消费类电子器件不断增加地分辨率和存储性能需求的推动，希望通过宽带互联网连接能够实现更宽的媒体应用，因此，用户需要更快速的传输性能，以简化下载、存储以及对于多媒体的大量内容的共享。usb 3.0在为消费者提供其所需的简易连接性方面起到了至关重要的作用。
5.当用于消费类器件时，usb3.0将解决usb 2.0无法识别无电池器件的问题。主机能够通过usb 3.0缓慢降低电流，从而识别这些器件，如电池已经坏掉的手机。
6.但是现有usb3.0存在的问题是：usb3.0接口不能远距离传输，导致一些大机器不能随便移动位置，限制了一些大型设备的应用，使得usb3.0接口距离太远发挥不了其自身优势。


技术实现要素：

7.现有的usb3.0接口传输距离过短，影响了大型设备的应用。
8.针对上述问题，提出一种usb3.0光通信设备，通过对单模传输光纤采用全双工双向同时传输的方式，大大提高了usb3.0的传输距离，通过在上行接口模块第一mcu、下行接口模块第二mcu中分别设置第一监控单元、第二监控单元，实现了上位机实时直线通讯链路连接状况，及时打开和关闭上位机接口，通过对上位机usb2.0接口的信号进行转换、对下行接口模块中的usb2.0信号转换为usb3.0信号，提高上述光通信设备的兼容性。
9.一种usb3.0光通信设备，用于连接上位机及应用设备，包括：
10.上行接口模块；
11.传输光纤；
12.下行接口模块；
13.所述上行接口模块通过所述传输光纤与所述下行接口模块连接；
14.所述上行接口模块还与上位机连接，下行接口模块设置有多个usb3.0接口；
15.所述上行接口模块用于将上位机输出电信号转换为第一波长激光信号，或者将第
二波长激光信号转换为上位机接口电信号；
16.所述下行接口模块用于将第一波长激光信号转换为hub电信号，或者将外围接口传输到hub的电信号转换成第二波长激光信号；
17.其中，所述传输光纤为单模光纤，所述第一波长激光信号通过所述传输光纤传输到所述下行接口模块，所述第二波长激光信号通过所述传输光纤传输到所述上行接口模块。
18.结合本实用新型所述的usb3.0光通信设备，第一种可能的实施方式中，所述上行接口模块包括：
19.第一信号切换模块
20.第一通讯模块；
21.第一mcu；
22.所述第一mcu与所述第一信号切换模块、第一通讯模块连接，所述第一信号切换模块还与所述第一通讯模块连接；
23.所述第一信号切换模块用于将接口电信号转换为第一传输电信号，或者将第二传输电信号转换为接口电信号；
24.所述第一通讯模块用于将所述第一传输电信号转换为第一波长激光信号，或者将接收的第二波长激光信号滤波、限幅后转换为第二传输电信号；
25.所述第一mcu用于：
26.对各个模块的信号传输进行控制，对上位机接口进行检测、以确定接口类型，对第二波长激光信号进行检测，以获取通信数据；
27.其中，所述第一传输电信号为用于驱动所述第一通讯模块内的激光器工作，以获取在传输光纤传输的第一波长激光信号，所述第二传输电信号为经过第一通讯模块对第二波长激光信号进行滤波、限幅后，进行转换的，通过接口传输给上位机的电信号。
28.结合本实用新型第一种可能的实施方式，第二种可能的实施方式中，所述第一mcu包括：
29.第一驱动单元；
30.第一监控单元；
31.所述第一驱动单元用于驱动usb3.0平衡器使能工作；
32.所述第一监控单元用于通过los信号监控所述第二波长激光信号信息数据。
33.结合本实用新型第二种可能的实施方式，第三种可能的实施方式中，所述第一通讯模块包括：
34.第一激光驱动器；
35.第一双向激光器；
36.第一限制放大器；
37.第一激光驱动器与所述第一双向激光器连接，所述第一双向激光器还与所述第一限制放大器连接；
38.所述第一激光驱动器用于根据所述第一传输电信号驱动所述第一双向激光器，以获取第一波长激光电信号；
39.所述第一限制放大器进行滤波、限幅后用于将接收的第二波长激光信号进行滤
波、限幅后转换为第二传输电信号。
40.结合本实用新型所述的usb3.0光通信设备，第四种可能的实施方式中，所述下行接口模块包括：
41.第二信号切换模块
42.第二通讯模块；
43.第二mcu；
44.所述第二mcu与第二信号切换模块、第二通讯模块连接，所述第二信号切换模块还与所述第二通讯模块连接；
45.所述第二信号切换模块用于将接口电信号转换为第三传输电信号，或者将第四传输电信号转换为接口电信号；
46.所述第二通讯模块用于将所述第三传输电信号转换为第二波长激光信号，或者将接收的第一波长激光信号滤波、限幅后转换为第四传输电信号；
47.其中，所述第三传输电信号为用于驱动所述第二通讯模块内的激光器工作，以获取在传输光纤传输的第二波长激光信号，所述第四传输电信号为对第一波长激光信号进行滤波、限幅后，进行转换的，通过接口传输给外围接口的电信号。
48.结合本实用新型第四种可能的实施方式，第五种可能的实施方式中，所述第二mcu包括：
49.第二驱动单元；
50.第二监控单元；
51.所述第二驱动单元用于驱动usb3.0平衡器使能工作；
52.所述第二监控单元用于通过los信号监控所述第一波长激光信号信息数据。
53.结合本实用新型第五种可能的实施方式，第六种可能的实施方式中，所述下行接口模块还包括：
54.转换装置；
55.所述转换装置用于将从外设接收的usb2.0信号转换为usb3.0信号。
56.结合本实用新型第六种可能的实施方式，第七种可能的实施方式中，所述第二通讯模块包括：
57.第二激光驱动器；
58.第二双向激光器；
59.第二限制放大器；
60.第二激光驱动器与所述二双向激光器连接，所述第二双向激光器还与所述第二限制放大器连接；
61.所述第二激光驱动器用于根据所述第三传输电信号驱动所述第二双向激光器，以获取第二波长激光电信号；
62.所述第二限制放大器用于对接收的第一波长激光信号进行滤波、限幅后转换为第四传输电信号。结合本实用新型所述的usb3.0光通信设备，第八种可能的实施方式中，所述第一波长激光信号波长为1270nm，所述第二波长激光信号波长为1330nm。
63.实施本实用新型所述的usb3.0光通信设备，通过对单模传输光纤采用全双工双向同时传输的方式，大大提高了usb3.0的传输距离，通过在上行接口模块第一mcu、下行接口
模块第二mcu中分别设置第一监控单元、第二监控单元，实现了上位机实时直线通讯链路连接状况，及时打开和关闭上位机接口，通过对上位机usb2.0接口的信号进行转换、对下行接口模块中的usb2.0信号转换为usb3.0信号，提高上述光通信设备的兼容性。
附图说明
64.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
65.图1是本实用新型中usb3.0光通信设备模块逻辑连接示意图；
66.图2是本实用新型中上行接口模块实施例模块逻辑连接示意图；
67.图3是本实用新型中第一通讯模块逻辑连接示意图；
68.图4是本实用新型中下行接口模块实施例模块逻辑连接示意图；
69.图5是本实用新型中第二通讯模块逻辑连接示意图；
70.图6是本实用新型中下行接口模块实施例控制引脚连接示意图；
71.附图中各数字所指代的部位名称为：100——上行接口模块、110——第一mcu、120——第一信号切换模块、130——第一通讯模块、200——下行接口模块、210——第二通讯模块、220——第二信号切换模块、230——转换装置、240——第二mcu、300——传输光纤、400——上位机、500——应用设备。
具体实施方式
72.下面将结合实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
73.现有的usb3.0接口传输距离过短，影响了大型设备的应用。
74.针对上述问题，提出一种usb3.0光通信设备。
75.一种usb3.0光通信设备，如图1，图1是本实用新型中usb3.0光通信设备模块逻辑连接示意图，用于连接上位机400及应用设备500，包括上行接口模块100、传输光纤300及下行接口模块200；上行接口模块100通过传输光纤300与下行接口模块200连接；上行接口模块100还与上位机400连接，下行接口模块200设置有多个usb3.0接口；上行接口模块100用于将上位机400输出电信号转换为第一波长激光信号，或者将第二波长激光信号转换为上位机接口电信号；下行接口模块200用于将第一波长激光信号转换为hub电信号，或者将外围接口传输到hub的电信号转换成第二波长激光信号；其中，传输光纤300为单模光纤，第一波长激光信号通过传输光纤300传输到下行接口模块200，第二波长激光信号通过传输光纤300传输到上行接口模块100。
76.在一个优选实施方式中，如图2，图2是本实用新型中上行接口模块实施例模块逻辑连接示意图，上行接口模块100包括第一信号切换模块120、第一通讯模块130及第一mcu110；第一mcu110与第一信号切换模块120、第一通讯模块130连接，第一信号切换模块
120还与第一通讯模块130连接；第一信号切换模块120用于将接口电信号转换为第一传输电信号，或者将第二传输电信号转换为接口电信号；第一通讯模块130用于将第一传输电信号转换为第一波长激光信号，或者将接收的第二波长激光信号滤波、限幅后转换为第二传输电信号；第一mcu110用于：对各个模块的信号传输进行控制，对上位机400接口进行检测、以确定接口类型，对第二波长激光信号进行检测，以获取通信数据；其中，第一传输电信号为用于驱动第一通讯模块130内的激光器工作，以获取在传输光纤300传输的第一波长激光信号，第二传输电信号为经过第一通讯模块对第二波长激光信号进行滤波、限幅后，进行转换的，通过接口传输给上位机400的电信号。
77.其中，第一传输电信号由usb3.0接口信号或者usb2.0接口的sgmii信号通过第一信号切换模块120转换而来。第二传输电信号为对第二波长激光信号进行处理获得的usb3.0接口信号或者usb2.0接口信号。
78.通过对单模传输光纤300采用全双工双向同时传输的方式，大大提高了usb3.0的传输距离，usb3.0信号在同步方式传输的距离能达到100m，对于usb2.0接口的信号传输距离能达到2km。解决了现有usb3.0线缆只能传输至5m的限制问题。通过在上行接口模块100第一mcu110、下行接口模块200第二mcu中分别设置第一监控单元、第二监控单元，实现了上位机400实时直线通讯链路连接状况，及时打开和关闭上位机400接口。
79.优选地，上行接口模块100可以具体实施为usb上行口带有usb3.0的type-b母座，lc接口的光纤接口，和一个12v带螺纹5.5-2.1mm dc插座。三个led指示灯，第一个为红色电源指示灯，第二个为蓝色usb指示灯,第三个为蓝色link指示灯。
80.通过usb3.0type-b标准线缆直接接入上位机400，由外接电源提供12v电源给上行接口模块100产品供电，此时电源指示灯会亮。使用lc接口的单模光纤与下行接口模块200产品连接，当接收到下行接口模块200产品发送的光信号时，link指示灯会亮，并且会给上位机400信号，让上位机400通过光信号对下行接口模块200的usb设备进行识别和使用，当接入usb2.0接口时候，对应的usb指示灯会亮起来。
81.在一个优选实施方式中，第一mcu110包括第一驱动单元及第一监控单元；第一驱动单元用于驱动usb3.0平衡器使能工作；第一监控单元用于通过los信号监控第二波长激光信号信息数据。
82.在一个优选实施方式中，如图3，图3是本实用新型中第一通讯模块逻辑连接示意图，第一通讯模块130包括第一激光驱动器、第一双向激光器及第一限制放大器；第一激光驱动器与第一双向激光器连接，第一双向激光器还与第一限制放大器连接；第一激光驱动器用于根据第一传输电信号驱动第一双向激光器，以获取第一波长激光电信号；第一限制放大器进行滤波、限幅后用于将接收的第二波长激光信号进行滤波、限幅后转换为第二传输电信号。
83.上行接口模块100的工作原理为：
84.usb上行接口模块100产品通过外接电源12v接口供电，但是需要上位机400的usb信号中的5v电压作为使能信号，当上位机400的usb信号接入，其第一mcu110开始工作，首先来判断usb接口类型，当usb接入是usb3.0接口时候，第一mcu110种的第一驱动单元就会让usb3.0均衡器使能工作，并且控制第一信号切换模块120让usb3.0接口电信号转换为第一传输电信号，第一传输电信号通过第一通讯模块130中的第一激光驱动器、第一双向激光器
转换为第一波长激光信号，然后第一波长激光信号通过单模光纤传输到下行接口模块200。当检测到是usb2.0接口时候，第一驱动单元关闭usb3.0均衡器，控制第一信号切换模块120把usb2.0接口转换完成的sgmii信号也通过第一通讯模块130中的第一激光驱动器、第一双向激光器转换为第一波长激光信号进行光纤传输。
85.第一mcu110中的第一监控单元通过los信号来监控第二波长激光信号1330nm波段的光信号内容，检测是否有数据内容。当检测到有1330nm波段光信息有内容的时候，会给上位机400usb口一个在位信息，让上位机400进行usb接口通信，于此同时上行接口模块100产品也对上位机400的usb3.0信号转换传输的第一波长激光信号1270nm波段光信号转换，通过光纤通信到下行接口模块200，并且一直接收第二波长激光信号1330nm波段的光信号通过第一通讯模块130中的第一双向激光器、第一限制放大器进行滤波、限幅后转换成第二传输电信号，第二传输电信号通过第一信号切换模块120转换为usb3.0信号给上位机400。当光信号中断时候，第一mcu110会给取消给上位机400在位信息，让上位机400一直处于等待状态，同时第一mcu110也进入等待新的光信号状态中。
86.在一个优选实施方式中，如图4，图4是本实用新型中下行接口模块实施例模块逻辑连接示意图，下行接口模块200包括第二信号切换模块220、第二通讯模块210及第二mcu；第二mcu与第二信号切换模块220、第二通讯模块210连接，第二信号切换模块220还与第二通讯模块210连接；第二信号切换模块220用于将接口电信号转换为第三传输电信号，或者将第四传输电信号转换为接口电信号；第二通讯模块210用于将第三传输电信号转换为第二波长激光信号，或者将接收的第一波长激光信号滤波、限幅后转换为第四传输电信号；其中，第三传输电信号为用于驱动第二通讯模块210内的激光器工作，以获取在传输光纤300传输的第二波长激光信号，第四传输电信号为对第一波长激光信号进行滤波、限幅后，进行转换的，通过接口传输给外围接口的电信号。
87.在一个优选实施方式中，如图5，图5是本实用新型中第二通讯模块逻辑连接示意图，第二通讯模块包括第二激光驱动器、第二双向激光器及第二限制放大器；第二激光驱动器与二双向激光器连接，第二双向激光器还与第二限制放大器连接；第二激光驱动器用于根据第三传输电信号驱动第二双向激光器，以获取第二波长激光电信号；第二限制放大器用于对接收的第一波长激光信号进行滤波、限幅后转换为第四传输电信号。
88.在一个优选实施方式中，第二mcu包括第二驱动单元及第二监控单元；第二驱动单元用于驱动usb3.0平衡器使能工作；第二监控单元用于通过los信号监控第一波长激光信号信息数据。在一个优选实施方式中，上行接口模块100还包括转换装置230；转换装置230用于将从外设接收的usb2.0信号转换为usb3.0信号。
89.转换装置230通过对上位机400usb2.0接口的信号进行转换、对下行接口模块200中的usb2.0信号转换为usb3.0信号，提高上述光通信设备的兼容性。实现usb2.0远距离传输功能。
90.图6是本实用新型中下行接口模块实施例控制引脚连接示意图，第二mcu通过sel引脚控制转换装置230将usb2.0信号转换为usb3.0信号，通过sel1引脚、sel2引脚分别控制第二激光驱动器、第二限制放大器工作。
91.下行接口模块200的工作原理为：
92.usb下行接口模块200品是使用12v电源供电，第二mcu的第二监控单元通过检测
los信号来判断是否有第一波长激光信号1270nm光信号，第一波长激光信号1270nm光信号通过第二通讯模块210中的第二激光器、第二限制放大器进行滤波、限幅后转换为第四传输电信号，第四传输电信号经过第二信号切换模块220转换为usb3.0信号，并通过hub芯片传输给外围接口。当检测出有1270nm光信号时候，第二mcu中会驱动内部的hub装置和12v转5v的装置进行工作，给后端的usb设备供电，并转换第一波长激光信号1270nm内的usb3.0数据给下行接口模块200中的hub芯片，让上位机400和hub芯片进行通信，第三传输电信号经过第二通讯模块210中第二激光驱动器、第二激光器转换第二波长激光信号，第二波长激光信号1330nm通过单模传输光纤300传输给上行接口模块100，最终传输给上位机400。当上位机400识别到hub芯片后，就能读取和操作挂在hub芯片后端上的外围usb设备，实现usb3.0通过光信号远距离通信，解决usb3.0传输距离短的问题。当光信号中断时候los信号会变高，第二mcu会停止hub芯片工作和关闭下行口接口模块的usb设备的电源，进入等待新的光信号状态中。
93.实施本实用新型的usb3.0光通信设备，通过对单模传输光纤300采用全双工双向同时传输的方式，大大提高了usb3.0的传输距离，通过在上行接口模块100第一mcu110、下行接口模块200第二mcu中分别设置第一监控单元、第二监控单元，实现了上位机400实时直线通讯链路连接状况，及时打开和关闭上位机400接口，通过对上位机400usb2.0接口的信号进行转换、对下行接口模块200中的usb2.0信号转换为usb3.0信号，提高上述光通信设备的兼容性。
94.以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。