一種實(shí)現(xiàn)USB遠(yuǎn)距離傳輸?shù)姆桨阜治?/h1>
2015-04-20 17:06:58李曉斌趙浪濤曹軍邢敬宏
電子技術(shù)與軟件工程 2015年6期
李曉斌 趙浪濤 曹軍 邢敬宏
摘 要 USB接口作為電腦周邊設(shè)備數(shù)據(jù)交換的必備接口之一，以其高速穩(wěn)定且方便的傳輸性能大大方便了人們的日常生活。但是由于其傳輸距離只有3米這么短的缺點(diǎn)，阻礙了遠(yuǎn)距離場(chǎng)所的廣泛應(yīng)用。為了拓展USB接口的應(yīng)用，本文討論了一種延長(zhǎng)USB傳輸距離的方案，通過CH315G系列芯片作為信號(hào)放大、轉(zhuǎn)換和還原芯片，以RJ45接口為轉(zhuǎn)換頭，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大、遠(yuǎn)距離傳輸和信號(hào)還原輸入。并且通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)和論證，從而真正實(shí)現(xiàn)了USB達(dá)到200米遠(yuǎn)距離的傳輸?shù)募夹g(shù)支持和產(chǎn)品研發(fā)。
【關(guān)鍵詞】USB接口 遠(yuǎn)距離傳輸 信號(hào)放大 RJ45接口
USB接口已經(jīng)在人們的日常生活中得以廣泛應(yīng)用，方便的實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等設(shè)備和電腦的連接。從USB1.0、1.1、2.0發(fā)展到目前最新的USB3.0標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸帶寬得以顯著擴(kuò)大，速度得以大幅提高，但延長(zhǎng)傳輸距離依然是一大難題，最佳距離長(zhǎng)度沒有超過3米。從而影響了其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)控制、安全防衛(wèi)、醫(yī)療監(jiān)控及一些對(duì)傳輸距離有特殊要求的行業(yè)的應(yīng)用范圍和效果。USB傳輸距離的延長(zhǎng)問題，理論上可以通過兩種方案來實(shí)現(xiàn)。一種是直接延長(zhǎng)USB線纜，但是由于信號(hào)衰減和干擾，使得這種方案的延長(zhǎng)距離仍然不理想，最遠(yuǎn)只能達(dá)到20米左右；另一種是用RJ45水晶頭作為轉(zhuǎn)換接口，輔以數(shù)模，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和信號(hào)放大芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)最遠(yuǎn)100米的理想距離的信號(hào)傳輸。但這兩種方式無疑將USB的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了最大化， 并且?guī)砹肆己玫挠脩趔w驗(yàn)。本文主要介紹第二種延長(zhǎng)方案和相應(yīng)產(chǎn)品的研發(fā)。文章第二部分介紹研發(fā)此類產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；第三部分介紹該方案的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；第四部分介紹產(chǎn)品形式；最后是結(jié)語，總結(jié)了全文。
1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境
1.1 電腦
為了測(cè)試USB信號(hào)的傳輸距離，需要一臺(tái)普通的臺(tái)式電腦或者筆記本電腦，操作系統(tǒng)為Windows 系列。并且此電腦需要有2-3個(gè)可用的USB口。
1.2 數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片
我們采用的數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為CH315G系列芯片。每組芯片包括一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換新品。其中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大和UP（上傳），模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)還原和DOWN（下載）。
1.3 RJ45水晶頭
兩個(gè)或者更多的RJ45水晶頭用來實(shí)現(xiàn)芯片和網(wǎng)線的連接。
1.4 網(wǎng)線
需要300米或更長(zhǎng)的網(wǎng)線來測(cè)試USB信號(hào)的傳輸距離。
1.5 USB設(shè)備
可以是普通的USB攝像頭、鍵盤或者鼠標(biāo)等。
2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
2.1 工作原理
我們采用CH315G芯片作為USB 延長(zhǎng)線控制芯片，其作用是實(shí)現(xiàn)USB 信號(hào)的實(shí)時(shí)中轉(zhuǎn)和傳輸距離擴(kuò)展。圖一顯示了USB延長(zhǎng)方案的工作原理。USB信號(hào)首先從電腦通過USB接口輸出，連接CH315G芯片上位機(jī)，首先把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并且放大。通過一個(gè)RJ45水晶頭連接CH315G芯片上位機(jī)，網(wǎng)線的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際需要來確定，最長(zhǎng)可以達(dá)到200米。網(wǎng)線另一端是一個(gè)RJ45水晶頭，用于連接CH315G芯片下位機(jī)，然后把網(wǎng)線傳輸過來的模擬信號(hào)還原成標(biāo)準(zhǔn)的USB數(shù)字信號(hào)，再通過一個(gè)USB接口連接USB設(shè)備。
2.2 技術(shù)指標(biāo)
CH315G 芯片內(nèi)置了USB 信號(hào)擴(kuò)展電路，可以支持5 類網(wǎng)線或者超5 類網(wǎng)線。對(duì)于12Mbps全速的USB信號(hào)，其傳輸距離實(shí)驗(yàn)環(huán)境不小于75 米；而對(duì)于1.5Mbps 低速的USB信號(hào)，理想傳輸距離不小于200 米。
3 產(chǎn)品形式
如圖2所示。
4 結(jié)束語
本文詳細(xì)論述了USB遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓ぷ髟怼⒃O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)品形式。本項(xiàng)目受蘭州工業(yè)學(xué)院2014年度大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。
參考文獻(xiàn)
[1]CH315手冊(cè).http：//www.docin.com/p-893 72981.html.2014 .
[2]鄭杰.USB3.0編程寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.
[3]陳志輝.USB開發(fā)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.
作者簡(jiǎn)介
李曉斌（1978-），男，博士生學(xué)歷。現(xiàn)為蘭州工業(yè)學(xué)院軟件工程學(xué)院講師。
作者單位
1.蘭州工業(yè)學(xué)院軟件工程學(xué)院 甘肅省蘭州市 730050
2.蘭州工業(yè)學(xué)院電氣工程學(xué)院 甘肅省蘭州市 730050
3.Jozef Stefan International Postgraduate School，Ljubljana 1000， Slovenia.
李曉斌 趙浪濤 曹軍 邢敬宏
摘 要 USB接口作為電腦周邊設(shè)備數(shù)據(jù)交換的必備接口之一，以其高速穩(wěn)定且方便的傳輸性能大大方便了人們的日常生活。但是由于其傳輸距離只有3米這么短的缺點(diǎn)，阻礙了遠(yuǎn)距離場(chǎng)所的廣泛應(yīng)用。為了拓展USB接口的應(yīng)用，本文討論了一種延長(zhǎng)USB傳輸距離的方案，通過CH315G系列芯片作為信號(hào)放大、轉(zhuǎn)換和還原芯片，以RJ45接口為轉(zhuǎn)換頭，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大、遠(yuǎn)距離傳輸和信號(hào)還原輸入。并且通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)和論證，從而真正實(shí)現(xiàn)了USB達(dá)到200米遠(yuǎn)距離的傳輸?shù)募夹g(shù)支持和產(chǎn)品研發(fā)。
【關(guān)鍵詞】USB接口 遠(yuǎn)距離傳輸 信號(hào)放大 RJ45接口
USB接口已經(jīng)在人們的日常生活中得以廣泛應(yīng)用，方便的實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等設(shè)備和電腦的連接。從USB1.0、1.1、2.0發(fā)展到目前最新的USB3.0標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸帶寬得以顯著擴(kuò)大，速度得以大幅提高，但延長(zhǎng)傳輸距離依然是一大難題，最佳距離長(zhǎng)度沒有超過3米。從而影響了其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)控制、安全防衛(wèi)、醫(yī)療監(jiān)控及一些對(duì)傳輸距離有特殊要求的行業(yè)的應(yīng)用范圍和效果。USB傳輸距離的延長(zhǎng)問題，理論上可以通過兩種方案來實(shí)現(xiàn)。一種是直接延長(zhǎng)USB線纜，但是由于信號(hào)衰減和干擾，使得這種方案的延長(zhǎng)距離仍然不理想，最遠(yuǎn)只能達(dá)到20米左右；另一種是用RJ45水晶頭作為轉(zhuǎn)換接口，輔以數(shù)模，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和信號(hào)放大芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)最遠(yuǎn)100米的理想距離的信號(hào)傳輸。但這兩種方式無疑將USB的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了最大化， 并且?guī)砹肆己玫挠脩趔w驗(yàn)。本文主要介紹第二種延長(zhǎng)方案和相應(yīng)產(chǎn)品的研發(fā)。文章第二部分介紹研發(fā)此類產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；第三部分介紹該方案的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)；第四部分介紹產(chǎn)品形式；最后是結(jié)語，總結(jié)了全文。
1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境
1.1 電腦
為了測(cè)試USB信號(hào)的傳輸距離，需要一臺(tái)普通的臺(tái)式電腦或者筆記本電腦，操作系統(tǒng)為Windows 系列。并且此電腦需要有2-3個(gè)可用的USB口。
1.2 數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片
我們采用的數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為CH315G系列芯片。每組芯片包括一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換新品。其中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大和UP（上傳），模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)還原和DOWN（下載）。
1.3 RJ45水晶頭
兩個(gè)或者更多的RJ45水晶頭用來實(shí)現(xiàn)芯片和網(wǎng)線的連接。
1.4 網(wǎng)線
需要300米或更長(zhǎng)的網(wǎng)線來測(cè)試USB信號(hào)的傳輸距離。
1.5 USB設(shè)備
可以是普通的USB攝像頭、鍵盤或者鼠標(biāo)等。
2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
2.1 工作原理
我們采用CH315G芯片作為USB 延長(zhǎng)線控制芯片，其作用是實(shí)現(xiàn)USB 信號(hào)的實(shí)時(shí)中轉(zhuǎn)和傳輸距離擴(kuò)展。圖一顯示了USB延長(zhǎng)方案的工作原理。USB信號(hào)首先從電腦通過USB接口輸出，連接CH315G芯片上位機(jī)，首先把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并且放大。通過一個(gè)RJ45水晶頭連接CH315G芯片上位機(jī)，網(wǎng)線的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際需要來確定，最長(zhǎng)可以達(dá)到200米。網(wǎng)線另一端是一個(gè)RJ45水晶頭，用于連接CH315G芯片下位機(jī)，然后把網(wǎng)線傳輸過來的模擬信號(hào)還原成標(biāo)準(zhǔn)的USB數(shù)字信號(hào)，再通過一個(gè)USB接口連接USB設(shè)備。
2.2 技術(shù)指標(biāo)
CH315G 芯片內(nèi)置了USB 信號(hào)擴(kuò)展電路，可以支持5 類網(wǎng)線或者超5 類網(wǎng)線。對(duì)于12Mbps全速的USB信號(hào)，其傳輸距離實(shí)驗(yàn)環(huán)境不小于75 米；而對(duì)于1.5Mbps 低速的USB信號(hào)，理想傳輸距離不小于200 米。
3 產(chǎn)品形式
如圖2所示。
4 結(jié)束語
本文詳細(xì)論述了USB遠(yuǎn)距離傳輸?shù)墓ぷ髟怼⒃O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)品形式。本項(xiàng)目受蘭州工業(yè)學(xué)院2014年度大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。
參考文獻(xiàn)
[1]CH315手冊(cè).http：//www.docin.com/p-893 72981.html.2014 .
[2]鄭杰.USB3.0編程寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.
[3]陳志輝.USB開發(fā)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.
作者簡(jiǎn)介
李曉斌（1978-），男，博士生學(xué)歷。現(xiàn)為蘭州工業(yè)學(xué)院軟件工程學(xué)院講師。
作者單位
1.蘭州工業(yè)學(xué)院軟件工程學(xué)院 甘肅省蘭州市 730050
2.蘭州工業(yè)學(xué)院電氣工程學(xué)院 甘肅省蘭州市 730050
3.Jozef Stefan International Postgraduate School，Ljubljana 1000， Slovenia.
