[實用新型]一種采用極高頻微波隔離的USB2.0/3.0HUB

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720991225.7
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN207251634U
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡承恩
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞市啟鼎光電科技有限公司
• 主分類號: H04L12/02
• 分類號: H04L12/02;H04B1/40;G06F13/42;G06F13/40;G06F13/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及USB3.0通信領(lǐng)域，特別涉及多種USB3.0終端設(shè)備與計算機之間進行隔離通信的技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種采用極高頻微波隔離的USB2.0/3.0 HUB。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)電子設(shè)備對數(shù)據(jù)交換速度的要求越來越高，越來越多的工業(yè)設(shè)備也開始使用 USB 接口，對通訊的可靠性要求也越來越高。 但現(xiàn)有的 USB 通訊電路對抗運行環(huán)境干擾的能力差，極易受到工業(yè)環(huán)境中的靜電與電磁波干擾，而且由于工業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性，主機端和設(shè)備端接口電平可能不同，連接后可能使兩側(cè)的設(shè)備都無法正常工作，并且任一側(cè)的干擾會沿著 USB 接口傳遞到主機 / 設(shè)備端，容易對整個系統(tǒng)造成嚴重損壞，目前在國內(nèi)外廣泛使用的電源與信號隔離保護裝置主要分為三種 ：光電隔離式，變壓器隔離式，電容隔離式。

目前，國外有幾家半導(dǎo)體公司對于 USB2.0 信號的隔離提供了解決方案，但是售價高昂，方案設(shè)計復(fù)雜，極難推廣到實際應(yīng)用。 而且，隨著 USB3.0對傳輸速度進行了大幅提升，它基于全雙工數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，理論傳輸速率高達5Gbps(即625MB/秒)，實際數(shù)據(jù)傳輸速率也將高達3.2Gbps (即400MB/秒)，相比USB2.0時代有了將近10倍的提升，而現(xiàn)在最新的USB3.1 Gen2標準又將傳輸速率提升到了10Gbps，因此數(shù)據(jù)的傳輸距離遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。

如中國專利申請?zhí)?01410572419.4，提供一種全速 USB3.0 接口隔離保護裝置，這種裝置的變壓器隔離相比光電隔離，雖然傳輸速度提升到了5Gbps，但是由于采用了電感元件，存在著電壓互感耦合的風(fēng)險，并不能完全的實現(xiàn)醫(yī)療領(lǐng)域要求的安全隔離度。

在醫(yī)療領(lǐng)域往往因為安全考慮，需要將測量設(shè)備與計算機之間進行4000V的電氣隔離，以往USB2.0、USB3.0還可以采用一些變壓器進行耦合隔離，但是隨著傳輸速率提升到了5Gbps~10Gbps，采用傳統(tǒng)的變壓器耦合隔離方案已無法適應(yīng)5Gbps~10Gbps的傳輸，而且變壓器耦合在電氣隔離上面還是存在一定缺陷，電氣隔離不如光電耦合方式和微波耦合方式，光電耦合方式和微波耦合方式這兩種方式都可以實現(xiàn)電氣的完全隔離，但是光電耦合方式速率較慢，一般只能在12Mbps。在微波通信領(lǐng)域，頻率范圍在30-300GHz頻段內(nèi)，波長短于超高頻(SHF)的電磁波信號，我稱之為極高頻 EHF (Extremely High Frequency) ，波長由1mm到10mm，主要應(yīng)用于氣象雷達、空間通信、射電天文等方面。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種用極高頻微波進行隔離的、支持多種USB3.0/USB2.0/1.0/1.1終端設(shè)備與計算機之間進行隔離通信輸?shù)腢SB2.0/3.0 HUB，可以實現(xiàn)多種USB3.0/USB2.0/1.0/1.1終端設(shè)備與計算機主機之間安全的電氣隔離連接。

本實用新型所采用的技術(shù)方案 ：一種采用極高頻微波隔離的USB2.0/3.0 HUB，包括一個USB3.0微波發(fā)送端和一個USB3.0微波接收端，采用頻率范為60GHz的極高頻 EHF (Extremely High Frequency) ，芯片非接觸性直接信號耦合距離可以達到5cm，如果采用其它波導(dǎo)材料可以使傳輸距離延長幾米至十幾米的距離，速率可以提高到10Gbps，兩者之間通信的微波通信可以通過自定義通信規(guī)則進行自動協(xié)商，在USB3.0微波接收端的USB3.0 HUB主控芯片內(nèi)部包含了一個USB2.0加速引擎，可以將所有下行端口的USB2.0信號轉(zhuǎn)換成USB3.0信號，可以用USB3.0超高速信號來同時傳輸USB3.0/USB2.0/1.0/1.1數(shù)據(jù)，該USB3.0 HUB主控芯片四個端口都可以連接USB2.0或USB3.0終端外設(shè)，而且USB2.0和USB3.0設(shè)備可以混合使用，即向下兼容USB2.0/1.1/1.0設(shè)備；本實用新型所采用技術(shù)方案傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是原生的USB3.0數(shù)據(jù)格式，在USB3.0微波通信過程中，為了保證兼容性和普遍適用性，不會將USB3.0主控制器、USB3.0 HUB主控芯片和USB3.0終端設(shè)備發(fā)送的原生USB3.0數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成其它格式并重新編解碼再進行傳輸，只是將收到的USB3.0電信號進行電-微波-電的轉(zhuǎn)換，微波傳輸設(shè)備不會在數(shù)據(jù)流中加入任何附加的數(shù)據(jù)，因此USB3.0信號使用微波傳輸設(shè)備在傳輸過程中是透明的，所有符合USB3.0/USB2.0/1.0/1.1標準的終端外設(shè)都可以正常連接。