一种基于PCI‑E的USB3.1光纤扩展卡制造技术

一种基于PCI‑E的USB3.1光纤扩展卡，可以通过PCI‑E技术转换成多个USB3.1接口，并将多个USB3.1接口的USB3.1电信号转换成光信号采用光纤进行传输，USB3.1光纤扩展卡和一个USB3.1光纤接收端配合使用，两者之间通信的光纤通信可以通过自定义通信规则进行自动协商，在USB3.1光纤接收端的USB3.1 HUB主控芯片四个端口都可以连接USB3.0或USB3.1终端外设，传输距离可以达到300米到400米，本发明专利技术所采用技术方案传输的数据是原生的USB3.1数据格式，USB3.1信号使用光纤传输设备在传输过程中是透明的，所有符合USB3.1标准的超高速终端外设都可以正常连接。

A kind of USB3.1 fiber PCI based on E expansion card

A kind of USB3.1 fiber PCI based on E expansion card, can be converted into a USB3.1 interface through PCI E technology, and a USB3.1 interface of the USB3.1 signals are converted into light signal is transmitted through optical fibers, USB3.1 fiber expansion card and a USB3.1 receiver with the use of optical fiber, optical fiber communication between the two. Can carry out automatic negotiation through custom communication rules in USB3.1 optical receiver USB3.1 chip HUB end of the four ports can connect USB3.0 or USB3.1 terminal peripherals, the transmission distance can reach 300 meters to 400 meters, the technical scheme for the transmission of the data is USB3.1 data format of the original, using optical fiber transmission equipment USB3.1 the signal is transparent in the transmission process, all in line with the USB3.1 standard ultra high speed terminal peripherals can be normal connection.

【技术实现步骤摘要】
一种基于PCI-E的USB3.1光纤扩展卡
本专利技术涉及USB3.1与PCIExpress通信领域，特别涉及PCI-E转换USB3.1光纤接口，具体是指一种基于PCI-E的USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端。本专利技术还涉及一种USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端之间光纤通信的自动协商方法。本专利技术还涉及一种对USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端进行数字诊断及USB3.1终端设备远程控制的方法。
技术介绍
PCIExpress2.0的基础技术沿袭了上一代1.0版本的技术，即都采用高速串行总线技术，依靠高频率来获得高性能，因此PCIExpress也一度被人们称为“串行PCI”。由于串行传输抗干扰能力很强，容易达到较高的频率，再加上差分信号技术的辅助，PCIExpress更容易达到较高的传输频率，其中PCIExpress1.0总线频率为2.5GHz，2.0版进一步提升到了5GHz。PCIExpress2.0保持对现行1.0/1.1规范的兼容，旧的PCIExpress扩展卡依然可以在PCIExpress2.0规范的系统中正常运行。同样，PCIExpress2.0扩展设备也可以工作在1.0的体统中，只不过此时设备必须工作在1.0兼容模式下。2010年完成的PCI-E3.0标准与PCI-E2.0相比，PCI-E3.0的目标是带宽继续翻倍达到10GB/s，要实现这个目标就要提高速度，PCI-E3.0的信号频率从2.0的5GT/s提高到8GT/s，编码方案也从原来的8b/10b变为更高效的128b/130b，其他规格基本不变，每周期依然传输2位数据，支持多通道并行传输。除了带宽翻倍带来的数据吞吐量大幅提高之外，PCI-E3.0的信号速度更快，相应地数据传输的延迟也会更低。此外，针对软件模型、功耗管理等方面也有具体优化。USB3.0对传输速度进行了大幅提升，它基于全双工数据传输协议，理论传输速率高达5Gbps(即625MB/秒)，实际数据传输速率也将高达3.2Gbps(即400MB/秒)，相比USB2.0时代有了将近10倍的提升，而现在最新的USB3.1Gen2标准又将传输速率提升到了10Gbps，因此数据的传输距离遇到了前所未有的挑战。由于传输速率由以往的USB2.0标准规定的480Mbps提升到了10Gbps，因此使用传统的电缆一般不会超过1米，但是由于采用电缆传输在使用过程中特别容易受到电磁干扰的影响，因此不适合在一些电磁干扰较大的工业生产流水线上使用，以及一些对电磁干扰敏感的设备（如军工设备）上使用；而目前随着工业4.0的兴起，许多USB3.0工业相机的传输距离会超过这个距离，甚至要达到几百米的距离，另外一些企业和单位出于安全考虑，往往需要将计算机主机集中管理，用户只能在远端使用USB3.0存储设备和USB3.0打印机，从而实现计算机主机与使用者的安全隔离，而计算机与终端之间往往也达到了上百米，并且数据在传输过程中不能有电磁泄漏而导致数据安全得不到保障。而我们采用光纤传输USB3.1信号即可以解决电磁干扰的问题，又可以解决传输距离的问题，此外现在虽然有一些可以实现USB3.0信号远距离传输的装置，但它们一般都是将终端设备的USB3.0数据通过USB3.0物理层芯片解析成其它的数据格式再重新编码转换成光纤来传输，另外一端将接收到的光信号转换成电信号，通过USB3.0物理层芯片转换成并行数据送到采集卡进行数据采集，它们都是针对一些特定的设备应用，无法实现其它USB3.0标准终端设备的接入，例如一种用来实现USB3.0工业相机远距离传输的装置是无法用来接入U盘、USB3.0移动硬盘或是打印机等其它USB3.1终端设备，而且现有还没有一种能直接将PCI-E接口直接转换成USB3.1光纤接口的方案。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于PCI-E技术转换成USB3.1光纤接口的USB3.1光纤扩展卡，可以通过PCI-E技术转换成多个USB3.1接口，并将多个USB3.1接口的USB3.1电信号转换成光信号采用光纤进行传输，而且可以通过数字诊断电路实现USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端进行数字诊断及USB3.1终端设备远程控制，需要说明的是，说明书中USB3.1终端设备指的是符合USB3.1标准的USB3.0\USB3.1设备。本专利技术所采用的技术方案：一种基于PCI-E的USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端，USB3.1光纤扩展卡可以通过PCI-E技术转换成多个USB3.1接口，并将多个USB3.1接口的USB3.0电信号转换成光信号采用光纤进行传输，USB3.1光纤扩展卡和一个USB3.1光纤接收端配合使用，两者之间通信的光纤通信可以通过自定义通信规则进行自动协商，USB3.1超高速信号是全双工信号，收和发各是一对独立的差分数据线：SSTX+/-和SSRX+/-，因此可以用光模块转换成光信号后用光纤传输，在USB3.1光纤接收端的USB3.1HUB主控芯片四个端口都可以连接USB3.1终端设备；可以采用多模光纤、也可以采用单模光纤，可以采用双芯光纤，也可以采用单芯光纤，USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端都有一个可以热插拔的SFP+光模块，在使用过程中光模块灵活更换，而且光纤的长度可以根据实际需要进行布线。传输距离可以达到300米到400米，本专利技术所采用技术方案传输的数据是原生的USB3.1数据格式，在USB3.1光纤通信过程中，为了保证兼容性和普遍适用性，不会将USB3.1主控制器、USB3.1HUB主控芯片和USB3.1终端设备发送的原生USB3.1数据转换成其它格式并重新编解码再进行传输，只是将收到的USB3.1电信号进行电-光-电的转换，光纤传输设备不会在数据流中加入任何附加的数据，因此USB3.1信号使用光纤传输设备在传输过程中是透明的，所有符合USB3.1标准的超高速终端外设都可以正常连接。与此相应的，本专利技术另一个要解决的技术问题是提供一种USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端之间光纤通信的自动协商方法。与此相应的，本专利技术还有一个要解决的技术问题是提供一种对USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端进行数字诊断及USB3.1终端设备远程控制的方法。以下将详细介绍USB3.1光纤扩展卡的各个组成部分。按上述方案，所述USB3.1光纤扩展卡，包括PCI-E总线接口、PCI-EtoUSB3.1主控芯片、USB3.1均衡器单元、Rx_DET模拟负载单元、SFP+光模块单元、MCU控制单元、LED指示电路、管理接口电路、供电单元、FLASH芯片。所述PCI-E总线接口，用来连接计算机主机的PCI-E总线。优选地，所述PCI-EtoUSB3.1主控芯片为ASM1142，通过该芯片可以用PCI-E2.0x2总线接口或者PCI-E3.0x1总线接口扩展出2个USB3.1端口，内部包含一个xHCI控制器和USB3.1RootHUB。所述FLASH芯片，用于存储PCI-EtoUSB3.1主控芯片的配置数据。所述USB3.1均衡器单元，包含2个均衡器芯片，均衡器芯片可以通过外部电阻设置参数，也可以用MCU通过I2C接口设置、读取参数，均衡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PCI‑E的USB3.1光纤扩展卡，其特征在于：在实际应用包括一个USB3.1光纤接收端，两者之间通信的光纤通信可以通过自定义通信规则进行自动协商，在USB3.1光纤接收端的USB3.1 HUB主控芯片四个端口都可以连接USB3.1\3.0终端外设，所有符合USB3.1标准的超高速终端外设都可以正常连接，并向下兼容USB3.0标准，而且USB3.0和USB3.1设备可以混合使用；采用可以热插拔的SFP+光模块；USB3.1信号在光纤传输过程中是透明的，；此外本专利技术还具有一个由特殊构造双向RS‑232传输通道、MCU控制单元、管理接口组成一个数字诊断通道，可以实现远程诊断管理和远程控制功能。

【技术特征摘要】
1.一种基于PCI-E的USB3.1光纤扩展卡，其特征在于：在实际应用包括一个USB3.1光纤接收端，两者之间通信的光纤通信可以通过自定义通信规则进行自动协商，在USB3.1光纤接收端的USB3.1HUB主控芯片四个端口都可以连接USB3.1\3.0终端外设，所有符合USB3.1标准的超高速终端外设都可以正常连接，并向下兼容USB3.0标准，而且USB3.0和USB3.1设备可以混合使用；采用可以热插拔的SFP+光模块；USB3.1信号在光纤传输过程中是透明的，；此外本发明还具有一个由特殊构造双向RS-232传输通道、MCU控制单元、管理接口组成一个数字诊断通道，可以实现远程诊断管理和远程控制功能。2.如权利要求1所述的一种基于PCI-E的USB3.1光纤扩展卡，其特征在于：具有一个PCI-EtoUSB3.1主控芯片，可以有通过PCI-EtoUSB3.1主控芯片扩展出多个USB3.0接口，每一个接口通过USB3.0均衡器芯片与SFP+光模块连接。3.如权利要求1所述的一种基于PCI-E的USB3.1光纤扩展卡，其特征在于：在USB3.1光纤发送端的有一个USB3.1HUB用来实现信号的调理与通信协商控制，优选地，USB3.1HUB芯片型号为VL820；在USB3.1光纤接收端的有一个多端口USB3.1HUB可以同时连接四个超高速超高速USB终端设备，并可以支持USBType-C端口输出，优选地，USB3.1HUB芯片型号为VL820，当然也可以是其它相同功能的同类型芯片。4.如权利要求1所述的一种基于PCI-E的USB3.1光纤扩展卡，其特征在于：在USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端都有一个MCU控制单元，可以用来实现对USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端的数字诊断及USB3.0终端设备远程控制，以及USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端之间通信的光纤通信自动协商。5.如权利要求1所述的一种基于PCI-E的USB3.1光纤扩展卡，其特征在于：在USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端都有Rx_DET模拟负载，用来模拟USB3.0接口Rx输入端的Rx_DET电路，实现采用普通SFP+光模块实现USB3.0电信号转换成光信号进行光纤通信。6.如权利要求1所述的一种基于PCI-E的USB3.1光纤扩展卡，其特征在于：在USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端都有一个由SFP+光模块的发射关断控制输入脚和无光告警信号输出脚组合形成的低速率双向RS-232传输通道。7.如权利要求1所述的一种基于PCI-E的USB3.1光纤扩展卡，其特征在于：有一个由双向RS-232传输通道、MCU控制单元、管理接口组成一个数字诊断通道，在USB3.1光纤扩展卡的管理接口可以根据需要进行自动切换输入的USB2.0信号；USB3.1光纤接收端的管理接口可以连接外部计算机的USB2.0接口。8.如权利要求1所述的一种基于PCI-E的USB3.1光纤扩展卡，其特征在于：在USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端都有一个管理接口，可以在计算机主机上实现对USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端进行数字诊断及USB3.0终端设备远程控制。9.一种USB3.1光纤扩展卡和USB3.1光纤接收端之间光纤通信的自动协商方法，其特征在于：不管任何时候，USB3.1光纤接收端的SFP+光模块的光接收机总是先于USB3.1光纤扩展卡的SFP+光模块的光接收机收到光信号；USB3.1光纤接收端的光接收机在光纤连接中断后,MCU控制单元发输出控制指令使USB3.1HUB主控芯片上行接口链路断开，USB3.1HUB主控芯片进入待机状态，并使USB3.1光纤接收端SFP+光模块的光发送机处于发射禁止状态，完全不会发送光信号出来，即使光纤重新连接正常，在USB3.1光纤接收端的USB3.1HUB主控芯片没有完成链路初始化前也会处于发射禁止状态；光纤断开后USB3.1光纤扩展卡的光接收机收不到光信号，MCU控制单元发输出控制指令使USB3.1光纤扩展卡的均衡器芯片与PCI-EtoUSB3.1主控制器链路连接中断；当USB3.1光纤接收端的光接收机在光纤重新连接后,MCU控制单元发输出控制指令使USB3.1HUB主控芯片进入正常工作状态，初始化芯片链路状态，USB3.1HUB主控芯片上行接口Tx输出端输出LFPS信号，MCU控制单元发输出控制指令使USB3.1光纤接收端SFP+光模块的光发送机处于发射使能状态，正常发送LFPS光信号出来，U...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡承恩，
申请(专利权)人：东莞市启鼎光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44