一种采用极高频微波隔离的USB3.0 HUB制造技术

一种采用极高频微波进行隔离的USB3.0 HUB，包括一个USB3.0微波发送端和一个USB3.0微波接收端，采用频率范为60GHz的极高频 EHF (Extremely High Frequency)，两者之间通信的微波通信可以通过自定义通信规则进行自动协商，在USB3.0微波接收端的USB3.0 HUB可以同时连接四个超高速USB3.0终端外设；在USB3.0微波通信过程中，微波传输设备不会在数据流中加入任何附加的数据，因此USB3.0信号使用微波传输设备在传输过程中是透明的，所有符合USB3.0标准的超高速USB3.0终端外设都可以正常连接。

A USB3.0 HUB with extremely high frequency microwave isolation

A separate USB3.0 HUB with extremely high frequency microwave, including a USB3.0 microwave transmitter and a USB3.0 microwave receiver, the frequency is extremely high frequency van 60GHz EHF (Extremely High Frequency), microwave communications between the two can be automatically negotiated through custom communication rules, at the same time connect the four ultra high speed USB3.0 terminal peripherals in USB3.0 microwave receiver USB3.0 HUB; USB3.0 in the microwave communication process, microwave transmission equipment will not add any additional data in the data stream, so the USB3.0 signal using micro wave transmission equipment in the transmission process is transparent, all in line with the USB3.0 standard ultra high speed USB3.0 terminal peripherals can be normal connection.

【技术实现步骤摘要】
一种采用极高频微波隔离的USB3.0HUB
本专利技术涉及USB3.0通信领域，特别涉及多种USB3.0终端设备与计算机之间进行隔离通信的
，具体是指一种采用极高频微波隔离的USB3.0HUB。本专利技术还涉及一种对USB3.0微波发送端和USB3.0微波接收端之间微波通信的控制方法。
技术介绍
随着工业电子设备对数据交换速度的要求越来越高，越来越多的工业设备也开始使用USB接口，对通讯的可靠性要求也越来越高。但现有的USB通讯电路对抗运行环境干扰的能力差，极易受到工业环境中的静电与电磁波干扰，而且由于工业环境的复杂性，主机端和设备端接口电平可能不同，连接后可能使两侧的设备都无法正常工作，并且任一侧的干扰会沿着USB接口传递到主机/设备端，容易对整个系统造成严重损坏，目前在国内外广泛使用的电源与信号隔离保护装置主要分为三种：光电隔离式，变压器隔离式，电容隔离式。目前，国外有几家半导体公司对于USB2.0信号的隔离提供了解决方案，但是售价高昂，方案设计复杂，极难推广到实际应用。而且，随着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。如中国专利申请号201410572419.4，提供一种全速USB3.0接口隔离保护装置，这种装置的变压器隔离相比光电隔离，虽然传输速度提升到了5Gbps，但是由于采用了电感元件，存在着电压互感耦合的风险，并不能完全的实现医疗领域要求的安全隔离度。在医疗领域往往因为安全考虑，需要将测量设备与计算机之间进行4000V的电气隔离，以往USB2.0、USB3.0还可以采用一些变压器进行耦合隔离，但是随着传输速率提升到了5Gbps~10Gbps，采用传统的变压器耦合隔离方案已无法适应5Gbps~10Gbps的传输，而且变压器耦合在电气隔离上面还是存在一定缺陷，电气隔离不如光电耦合方式和微波耦合方式，光电耦合方式和微波耦合方式这两种方式都可以实现电气的完全隔离，但是光电耦合方式速率较慢，一般只能在12Mbps。在微波通信领域，频率范围在30-300GHz频段内，波长短于超高频(SHF)的电磁波信号，我称之为极高频EHF(ExtremelyHighFrequency)，波长由1mm到10mm，主要应用于气象雷达、空间通信、射电天文等方面。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种采用极高频微波进行隔离的、支持多种USB3.0终端设备与计算机之间进行隔离通信输的USB3.0HUB，可以实现多种USB3.0终端设备与计算机主机之间安全的电气隔离连接。本专利技术所采用的技术方案：一种采用极高频微波隔离的USB3.0HUB，包括一个USB3.0微波发送端和一个USB3.0微波接收端，采用频率范为60GHz的极高频EHF(ExtremelyHighFrequency)，两者之间通信的微波通信可以通过自定义通信规则进行自动协商，在USB3.0微波接收端的USB3.0HUB可以同时连接四个超高速USB3.0终端外设；利用USB3.0接口的超速数据差分接口：SSTX+/-和SSRX+/-，实现USB3.0的超高速通信链接，速率可以提高到10Gbps，芯片非接触性直接信号耦合距离可以达到5cm，如果采用其它波导材料可以使传输距离延长几米至十几米的距离，本专利技术所采用技术方案传输的数据是原生的USB3.0数据格式，在USB3.0微波通信过程中，为了保证兼容性和普遍适用性，不会将USB3.0主控制器、USB3.0HUB主控芯片和USB3.0终端设备发送的原生USB3.0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USB3.0电信号进行电-微波-电的转换，微波传输设备不会在数据流中加入任何附加的数据，因此USB3.0信号使用微波传输设备在传输过程中是透明的，所有符合USB3.0标准的超高速USB3.0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对USB3.0微波发送端和USB3.0微波接收端之间微波通信的自动协商方法。按上述方案，所述USB3.0微波发送端，包括USB3.0上行接口、USB3.0EHF收发器、MCU控制单元、LED指示电路、管理接口电路、侦测电路、供电单元。所述USB3.0上行接口，用来连接计算机主机的USB3.0主控制器。优选地，所述USB3.0EHF收发器由KSS104-TX和KSS104-RX组成，KSS104系列芯片内部包含EHF微波发送器和EHF微波接收器，可以按照需要配置成发送模式或者接收模式，KSS104系列芯片工作速率可以到6Gbps，更换同类型的其它芯片型号可以到12Gbps，因此可以满足USB3.1Gen2要求的10Gbps速率，KSS104系列芯片在内部集成了电磁波导，因此不必外接微波天线，电路得到相当大的简化，芯片面积只有5mmx5mm，KSS104-TX用来将计算机主机USB3.0主控制器输出的USB3.0电信号转换成极高频微波信号，KSS104-RX用来将收到的极高频微波信号转换成USB3.0电信号送到计算机主机USB3.0主控制器信号输入端。所述MCU控制单元，用来控制USB3.0微波发送端和USB3.0微波接收端与计算机主机的USB3.0主控制器的握手连接及芯片复位、用来控制供电单元实现USB3.0终端设备的供电控制与故障诊断、用来实现USB3.0终端设备控制指令的发送，结合管理接口实现对USB3.0微波发送端及USB3.0微波接收端的数字诊断管理。所述LED指示电路，用于指示的通信状态、故障情况等信息。所述管理接口电路，连接到外部USB2.0端口，实现USB2.0转换成RS-232接口，RS-232接口连接到MCU控制单元的一个RS-232串口，用来实现在计算机主机端对USB3.0微波发送端及USB3.0微波接收端的数字诊断管理。所述侦测电路，在USB3.0微波发送端有一对霍尔传感器和磁性元件、一对收发光耦元件，USB3.0微波发送端和USB3.0微波接收端之间可以通过光耦元件进行双向通信，而采用霍尔传感器和磁性元件来确立USB3.0微波发送端和USB3.0微波接收端之间的物理连接，当USB3.0微波接收端的磁性元件接近USB3.0微波发送端的霍尔传感器时，霍尔传感器会输出一个固定的电平信号，用来确定USB3.0微波发送端和USB3.0微波接收端两者相互靠近在有效区间，从而两者会根据此信号发起连接请求。所述供电单元，可以实现USB3.0接口供电和外部供电自动切换，为USB3.0EHF收发器、MCU控制单元、LED指示电路、管理接口、侦测电路、USB3.0微波接收端及其USB3.0终端设备提供电源。按上述方案，所述USB3.0微波接收端，包括USB3.0下行接口、USB3.0HUB主控芯片、USB3.0EHF收发器、MCU控制单元、LED指示电路、侦测电路、供电单元。所述USB3.0下行接口，具有至少一个端口，用来连接USB3.0终端设备。优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用极高频微波隔离的USB3.0 HUB，其特征在于：在与计算机主机连接的一端有一个USB3.0微波发送端，在与USB终端设备连接的一端有一个USB3.0微波接收端，采用频率范为60GHz的极高频 EHF，两者之间通信的微波通信可以通过自定义通信规则进行自动协商，在USB3.0微波接收端的USB3.0 HUB可以同时连接四个超高速USB3.0终端外设；利用USB3.0接口的超速数据差分接口：SSTX+/‑和SSRX+/‑，实现USB3.0的超高速通信链接，速率可以提高到10Gbps，芯片非接触性直接信号耦合距离可以达到5cm，如果采用其它波导材料可以使传输距离延长几米至十几米的距离，本专利技术所采用技术方案传输的数据是原生的USB3.0数据格式， USB3.0信号使用微波传输设备在传输过程中是透明的，所有符合USB3.0标准的超高速USB3.0终端外设都可以正常连接。

【技术特征摘要】
1.一种采用极高频微波隔离的USB3.0HUB，其特征在于：在与计算机主机连接的一端有一个USB3.0微波发送端，在与USB终端设备连接的一端有一个USB3.0微波接收端，采用频率范为60GHz的极高频EHF，两者之间通信的微波通信可以通过自定义通信规则进行自动协商，在USB3.0微波接收端的USB3.0HUB可以同时连接四个超高速USB3.0终端外设；利用USB3.0接口的超速数据差分接口：SSTX+/-和SSRX+/-，实现USB3.0的超高速通信链接，速率可以提高到10Gbps，芯片非接触性直接信号耦合距离可以达到5cm，如果采用其它波导材料可以使传输距离延长几米至十几米的距离，本发明所采用技术方案传输的数据是原生的USB3.0数据格式，USB3.0信号使用微波传输设备在传输过程中是透明的，所有符合USB3.0标准的超高速USB3.0终端外设都可以正常连接。2.如权利要求1所述的一种采用极高频微波隔离的USB3.0HUB，其特征在于：在USB3.0微波发送端内部包含一个USB3.0EHF收发器，优选地，USB3.0EHF收发器由KSS104-TX和KSS104-RX组成，在芯片内部集成了电磁波导，因此不必外接微波天线，工作速率为6Gbps，更换同类型的其它芯片型号可以到12Gbps，因此可以满足USB3.1Gen2要求的10Gbps速率，KSS104-TX用来将计算机主机USB3.0主控制器输出的USB3.0电信号转换成极高频微波信号，KSS104-RX用来将收到的极高频微波信号转换成USB3.0电信号送到计算机主机USB3.0主控制器信号输入端。3.如权利要求1所述的一种采用极高频微波隔离的USB3.0HUB，其特征在于：在USB3.0微波接收端内部同样包含一个USB3.0EHF收发器，优选地，USB3.0EHF收发器由KSS104-TX和KSS104-RX组成，在芯片内部集成了电磁波导，因此不必外接微波天线，工作速率为6Gbps，更换同类型的其它芯片型号可以到12Gbps，因此可以满足USB3.1Gen2要求的10Gbps速率，KSS104-TX用来将USB3.0HUB主控芯片上行接口输出的USB3.0电信号转换成极高频微波信号，KSS104-RX用来将收到的极高频微波信号转换成USB3.0电信号送到USB3.0HUB主控芯片上行接口信号输入端。4.如权利要求1所述的一种采用极高频微波隔离的USB3.0HUB，其特征在于：在一个USB3.0微波发送端和一个USB3.0微波接收端，都有一个MCU控制单元，可以用来实现对USB3.0微波发送端和个USB3.0微波接收端的数字诊断及USB3.0终端设备远程控制，以及USB3.0微波发送端和USB3.0微波接收端之间微波通信的自动协商。5.如权利要求1所述的一种采用极高频微波隔离的USB3.0HUB，其特征在于：在USB3.0微波接收端的有一个多端口USB3.0HUB可以同时连接四个超高速USB3.0终端外设，USB3.0HUB主控芯片为μPD720210。6.如权利要求1所述的一种采用极高频微波隔离的USB3.0HUB，其特征在于：在USB3.0微波接收端的多端口HUB，也可以是USB3.1HUB，可以同时连接四个超高速USB3.1终端外设，优选地，USB3.1HUB主控芯片为VL820。7.如权利要求1所述的一种采用极高频微波隔离的USB3.0HUB，其特征在于：在USB3.0微波发送端和一个USB3.0微波接收端都有一个侦测电路，在发送端和接收端都有一对霍尔传感器和磁性元件、一对收发光耦元件，USB3.0微波发送端和USB3.0微波接收端之间可以通过光耦元件进行双向通信，而采用霍尔传感器和磁性元件来确立USB3.0微波发送端和USB3.0微波接收端之间的物理连接，当USB3.0微波接收端的磁性元件接近USB3.0微波发送端的霍尔传感器时，霍尔传感器会输出一个固定的电平信号，用来确定USB3.0微波发送端和USB3.0微波接收端两者相互靠近在有效区间，从而两者会根据此信...

【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