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480M高速USB2.0的隔離方案
武漢波仕電子
1、USB隔離器的現(xiàn)狀
首先從原理上實現(xiàn)USB隔離很困難，指相比傳統(tǒng)的RS-232/485口、以太網(wǎng)口等的隔離而言。USB口的電氣隔離技術(shù)改進的難點就在于缺少USB的方向信號，而USB的兩個信號線D+和D—又是不分方向的而且速率高、幅值-信號的定義比較復雜。USB信號流的方向是靠D+、D—兩個信號的幅值一起來判斷的，而且并不是它們的差值。為了實現(xiàn)USB隔離方案就必須增加高速接口電路提取出方向信號進而將D+和D—信號分解成為雙向的高速SPI信號再加光電隔離器或者磁電隔離器�，F(xiàn)在USB隔離器沒有普及還有成本原因：傳統(tǒng)的鼠標、鍵盤等USB設備價格便宜，但是增加DC/DC隔離電源以及USB隔離器的成本可能已經(jīng)大大超過了鼠標和鍵盤本身的成本。
波仕電子一直在提供USB隔離的解決方案，近幾年產(chǎn)品價格已經(jīng)降到了原來的1/4。型號為BS-USB4的USB光電隔離HUB解決了這個問題，實現(xiàn)了USB全速12M以及USB低速1.5M的無源隔離。BS-USB4使用非常簡單，與一根普通的USB HUB的使用是一樣的，大小也是差不多的。BS-USB4產(chǎn)品的上位機側(cè)（B型USB座）通過USB電纜（打印線）外插計算機的USB插座。BS-USB產(chǎn)品的下位機側(cè)為4個A型插座，都可以外接比如U盤、USB/RS-232轉(zhuǎn)換器、USB鼠標、鍵盤等。也就是說，當BS-USB4外插計算機的USB口時，BS-USB4就相當于是4個已經(jīng)隔離的USB口。由于BS-USB4自帶隔離DC/DC并且自耗一定功率，所以對外驅(qū)動能力略小于原計算機USB口的驅(qū)動能力。BS-USB4特別適合具有USB口的醫(yī)療儀器、高電壓數(shù)據(jù)測控設備、人機接口設備等。因為BS-USB4的使用與普通的（非隔離的）USB HUB是一樣的，所以是不需要驅(qū)動程序的。BS-USB4僅僅是一個透明的物理隔離，與計算機操作系統(tǒng)無關(guān)。自然，BS-USB4支持各種操作系統(tǒng)，Windows /Mac/Android等都可以。
今天大量的用戶已經(jīng)不再滿足于BS-USB4產(chǎn)品的USB全速和低速隔離的性能，希望波仕提供USB高速480M的隔離器。
2、實現(xiàn)480M高速USB電氣隔離的技術(shù)難點
當初USB的出現(xiàn)是為了統(tǒng)一計算機的各種外設接口，取代PS/2鼠標口、鍵盤口、打印口等，特別是取代蘋果的Fireware（火線）甚至IEEE-1394口。為了在與后者的競爭中取得優(yōu)勢，USB的最高速率就得向Fireware800的800M看齊，于是在USB1.0推出不久就緊接著推出了高速USB2.0，速率從12M增加到了480M。我們暫時不談后來還出現(xiàn)了最高速率為4800M的USB3.0。USB2.0的速率增加40倍到480M就給傳統(tǒng)的USB隔離方案增加了難度，傳統(tǒng)的光電隔離器以及磁電隔離器都無法達到這么高的速率，只有借助于光纖通信。光纖由于傳輸?shù)氖枪庑盘�，天然就是電氣隔離的。由于近年來光纖通信技術(shù)的發(fā)展，目前實現(xiàn)480M高速通信的技術(shù)已經(jīng)有成熟的方案。
在現(xiàn)有的USB2.0版本缺少一根表明USB數(shù)據(jù)方向（發(fā)送還是接收）的信號線，但是我們可以對USB標準的電源線（+5V）進行改進。目前的電源線永遠是固定的+5V（或者低電壓版的+3.3V），我們在這根線中增加瞬時低電平脈沖信號作為USB信號方向標志。這個瞬時低電平脈沖信號只用于表明發(fā)送一幀數(shù)據(jù)的開始，并不一定需要在整個發(fā)送數(shù)據(jù)的時間段一直保持低電平，而且電平也不需要低到0，只要低到2/3的高電平可以識別即可。而這樣的瞬時低電平并不明顯影響USB口的對外設供電能力。這樣可以大大增加USB的速率。
2、實現(xiàn)480M高速USB電氣隔離的全套產(chǎn)品
波仕電子發(fā)明了USB光纖隔離延長器。最新第4代的產(chǎn)品的近端直接接到計算機的USB口。OPET-USB4還做了以下性能改進：1、傳輸?shù)墓饫w信號從100M提高到了1000M（1G）；2、直接支持USB2.0高速（480M）；3、直接支持的USB口數(shù)量從1個擴展到了2個；4、支持USB設備的自動插拔。
在許多情況下，需要將隔離的480M高速USB口接入計算機。僅僅使用電纜是無法實現(xiàn)的，無線也無能為力，必須使用光纖。用光纖來構(gòu)筑遠程USB口的最實用的方法是將計算機的USB口用USB/光纖轉(zhuǎn)換后再在遠端加光纖/USB轉(zhuǎn)換器。OPET-USB4是可以將USB用光纖延長最遠40Km。
高速USB光纖隔離器全套包括一個以太網(wǎng)/USB轉(zhuǎn)換器和一對（OPET1GU和OPET1G）光纖收發(fā)器。OPET1GU與OPET1G之間用2根LC頭光纖相連。波仕的以太網(wǎng)/USB轉(zhuǎn)換器是一種通用的讓各種USB設備可以接入以太網(wǎng)的裝置，可以接USB存儲器、USB攝像頭、USB/串口轉(zhuǎn)換器、USB鼠標、USB鍵盤、USB-HUB等幾乎所有USB設備。以太網(wǎng)/USB轉(zhuǎn)換是把以太網(wǎng)口轉(zhuǎn)換為USB口的設備，連接到計算機的一頭是以太網(wǎng)口，另外一頭連接USB設備。
使用時將高速USB設備外插到以太網(wǎng)/雙USB轉(zhuǎn)換器上，比如如果在USB插座上分別外插U盤和USB-串口轉(zhuǎn)換器，在計算機上運行配套的軟件“Virtual Link”會自動顯示已經(jīng)連接U盤和USB-串口，并且會自動查找和安裝驅(qū)動程序，直到成功連接。然后打開計算機的“資源管理器”就可以讀寫這個U盤了，打開計算機的“設備管理器”就可以看到這個USB虛擬串口了。這樣就實現(xiàn)了光纖隔離的480M高速USB口。
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