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用光纖實(shí)現(xiàn)USB的遠(yuǎn)程通信
波仕電子 版權(quán)所有 2012
目前計(jì)算機(jī)的USB接口已經(jīng)大量使用，一般每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有多個(gè)USB口。當(dāng)USB的通信距離超過幾十米后，采用電纜連接方案甚至無線方案都已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)，目前只有光纖可以實(shí)現(xiàn)USB的遠(yuǎn)程通信。本文介紹的就是幾種通過光纖實(shí)現(xiàn)USB的遠(yuǎn)程通信的方案。
USB口已經(jīng)成為了計(jì)算機(jī)最重要的外部接口，幾乎可以代替所有外部接口。USB的規(guī)范規(guī)定USB的通信距離最多5米(用USB-HUB級(jí)連)。市場上還有一種用RJ-45線傳輸?shù)腢SB遠(yuǎn)程延長器，據(jù)說可以到50米。更遠(yuǎn)的USB通信目前只能夠用光纖實(shí)現(xiàn)：多模光纖最遠(yuǎn)4Km，單模光纖最遠(yuǎn)40Km。
首先認(rèn)識(shí)一下USB的通用性，也就理解了USB的重要性。按照用途的通用性對(duì)幾種常用的外部接口進(jìn)行排隊(duì)：USB≥以太網(wǎng)口〉串口〉PS/2、打印口等。USB口可以方便地轉(zhuǎn)換出以太網(wǎng)口、串口以及PS/2口、打印口、甚至音頻、視頻口等。反過來，串口以及PS/2口、打印口等無法生成USB口，因?yàn)閁SB的規(guī)范更加復(fù)雜。只有以太網(wǎng)口加上電源才可以生成USB口，并且需要專門的軟件支持。當(dāng)然計(jì)算機(jī)的內(nèi)部總線接口通用性最好：臺(tái)式機(jī)的PCI口、筆記本的PCMCIA口完全可以生成USB口，而且無須驅(qū)動(dòng)程序。
USB2.0以及USB1.0 的規(guī)范沒有光纖接口。雖然將來的USB3.0可能會(huì)帶有光纖接口，但是仔細(xì)研究USB3.0規(guī)范就知道USB3.0實(shí)際上是分為兩個(gè)部分的：傳統(tǒng)的USB2.0部分和延伸的特定USB3.0部分。只有延伸的特定USB3.0部分是可能會(huì)有光纖通信功能的，但是這部分并不兼容USB2.0。而USB2.0是完全兼容USB1.0的。
工業(yè)通信用的USB-串口光纖通信方案
在一些工業(yè)通信的場合，由于數(shù)據(jù)量不大并且特別要求實(shí)時(shí)性，往往采用串行通信，通信協(xié)議為RS-232或者RS-485。工業(yè)計(jì)算機(jī)的USB口可以通過光纖以RS-232或者RS-485協(xié)議進(jìn)行串行通信。這時(shí)可以選用USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器，波仕電子的典型產(chǎn)品是OPTU232L1(多模)和OPTU232SL1(單模)，如圖1。波仕電子發(fā)明和首創(chuàng)了USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器、同時(shí)也是世界上唯一的USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器，專利號(hào)200730098650。波仕電子的OPTU232L1和OPTU232SL1是最新一代USB光纖通信產(chǎn)品，直接從USB口轉(zhuǎn)換出一對(duì)光纖收發(fā)頭用于傳輸串口信號(hào)，而且無須供電。波仕OPTU232L1和OPTU232SL1微型USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器具有超小型的外形(74*23*47mm)、可以將USB口虛擬成為本地COM串口(COM1-COM256)、無須修改已有的串口通信軟件。驅(qū)動(dòng)程序同波仕USB232系列轉(zhuǎn)換器，支持Windows XP/CE 、LINUX、Mac OS等。
圖1
由于OPTU232L1(或OPTU232SL1)傳輸?shù)倪�是串口信號(hào)，所以必須成對(duì)使用或者與波仕的其他串口/光纖轉(zhuǎn)換器配對(duì)使用。由于采用光纖作為通信傳輸介質(zhì)，具有隔離高電壓、防電磁干擾、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。OPTU232SL1的傳輸介質(zhì)為單模光纖、OPTU232L1的傳輸介質(zhì)為多模光纖，但是外形和驅(qū)動(dòng)程序是完全一樣的。這種方案大大簡化了USB口的光纖遠(yuǎn)程通信，圖2為OPTU232L1與波仕的串口/光纖中繼轉(zhuǎn)換器組網(wǎng)通信圖。兩邊的計(jì)算機(jī)都配置好USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器并且連接好后，用“串口調(diào)試助手”軟件或者其他串口通信軟件就可以傳輸數(shù)據(jù)和文件了。
圖2
用USB光纖收發(fā)器實(shí)現(xiàn)的光纖通信方案
以上的方案為兩邊都是計(jì)算機(jī)，都能夠安裝驅(qū)動(dòng)程序。如果上面的應(yīng)用中僅有一邊為計(jì)算機(jī)，而另外一邊為USB設(shè)備呢?由于USB設(shè)備不能夠安裝驅(qū)動(dòng)程序，就必須采用其它的USB光纖通信方案。
圖3
波仕電子的USB光纖收發(fā)器直接外插計(jì)算機(jī)的USB口、無需外接電源，支持單模和多模光纖通用。型號(hào)為OPET110U的USB光纖收發(fā)器可以將USB口轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的100Base-FX光纖進(jìn)行傳輸。而波仕的另外一款型號(hào)為OPET100L的光纖收發(fā)器可以將標(biāo)準(zhǔn)的100Base-FX光纖轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)RJ-45口。OPET110U和OPET100L外形一樣，不僅顛覆了傳統(tǒng)以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的尺寸和外形，屏棄了傳統(tǒng)的大方鐵盒的外形，還創(chuàng)造了在單模和多模光纖中都可以傳輸?shù)募夹g(shù)。
如圖4，計(jì)算機(jī)A有USB口，OPET110U與OPET100L光纖收發(fā)器配合可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程光纖復(fù)現(xiàn)RJ-45以太網(wǎng)口，最后將“以太網(wǎng)/USB轉(zhuǎn)換器”接入以太網(wǎng)光纖收發(fā)器OPET100L的以太網(wǎng)口，這樣就可以在遠(yuǎn)端接USB設(shè)備。比如插上U盤等USB外設(shè)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這時(shí)結(jié)果與直接接入計(jì)算機(jī)的USB口時(shí)是一樣的。OPET110U與OPET100L之間連接的光纖可以最遠(yuǎn)到40Km(單模)。這樣就實(shí)現(xiàn)了USB的光纖遠(yuǎn)程通信。
圖4 USB-USB光纖延長
USB的標(biāo)準(zhǔn)通信距離(最遠(yuǎn)5米)是USB標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，遺憾的是，USB3.0雖然將傳輸速率的理論值從USB2.0的480Mb提高到了4800Mb，電纜從4芯增加到了9芯，而標(biāo)準(zhǔn)通信距離卻從5米減少到了3米。也就是說，USB3.0只要通信距離超過3米，可能唯一有效解決的方法就是光纖。這可能也是為什么USB3.0規(guī)范中考慮到了光纖通信接口的原因。象現(xiàn)在市場上的一種用RJ-45線傳輸50米的USB延長器對(duì)USB3.0肯定是無效的，因?yàn)樗荱SB1.0的，它的基本原理是增加電源線以及信號(hào)線的電流強(qiáng)度。
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