一种兼容USB协议和雷电协议信号的模式自适应光纤传输系统技术方案

一种兼容USB协议和雷电协议信号的模式自适应光纤传输系统，使用光纤传输USB协议和雷电协议的高速信号，边带信号(Sideband)和通道配置信号(CC)。本发明专利技术提出的光纤传输系统，适用于USB协议和雷电协议信号长距离，高质量，低电磁辐射，抗电磁干扰的传输。本发明专利技术提出的系统将边带信号，通道配置信号和高速信号调制到同一光纤中传输，提高了光纤通道的利用率，降低了USB协议和雷电协议有源光缆的实现复杂度和成本。特别的对于USB协议和雷电协议定义的双通道通信情况，本发明专利技术通过监听高速通道中传输的LFPS信号和监听边带信号自动关闭空闲通道。本发明专利技术还提出了通过监听通道配置，对单通道和双通道传输自适应的切换NRZ和PAM4调制方式的传输方法，在该方法的应用中可用一对光纤，自适应的适配使用单通道和双通道的不同设备。

【技术实现步骤摘要】
一种兼容USB协议和雷电协议信号的模式自适应光纤传输系统
本专利技术涉及属于光电通信
，特别涉及使用一种兼容USB协议和雷电协议信号的模式自适应光纤传输系统。
技术介绍
随着计算机技术的不断发展，外设接口从PS/2，串口，并口等百家争鸣的时代跨入了通用串行总线即USB接口统一接口标准的时代。USB以其即插即用及高传输速度的特性很快成为了设备生产商和设备使用者青睐的主流设备接口。到目前为止，USB的技术发展主要经历了USB1.0，USB2.0，USB3.0，USB3.1Gen，USB3.2和USB4这些阶段。USB协议的通信速度经历了从1.5Mbps，12Mbps，480Mbps，5Gbps，10Gbps，到20Gbps和40Gbps这样不断提升的过程。USB协议的在USB1.0，USB2.0时代主要使用D+，D-信号进行半双工通信，通信速度最高到达480Mbps。USB3.0时代以后USB接口引入了高速全双工通信通道SSTX+/-和SSRX+/-，其通信速度提升到了5Gbps。USB3.1和USB3.2进一步将协议的通信速度提升到了单通道10Gbps。USB4协议采用雷电协议相同的物理接口将通信速度带入了单通道20Gbps的时代。另外USB3.2和USB4提出了USB接口双通道的形态，即USB3.2Gen1x2，USB3.2Gen2x2，USB4Gen2x和USB4Gen3x2等产品形态，以通信并行度提升的方式让USB接口传输速度翻了一倍。雷电协议即是由英特尔公司引领的另一种高速IO接口标准，提出雷电接口的目的同样也是统一电脑与其他设备之间的接口。目前为止其发展经历了thunderbolt，thunderbolt2，thunderbolt3和thunderbolt4几个阶段。雷电协议的通讯速度经历了10Gbps到20Gbps到40Gbps这样的过程。自雷电3开始，雷电协议从miniDisplayPort的接口形态转向了USBtypeC的接口形态，完成了和USB协议的兼容和统一。USB4协议的物理层协议实际上很大程度与雷电3协议相同。随着USB协议和雷电协议通信速度进入单通道20Gbps的时代，常用的铜线通信成为了通信的主要瓶颈，20Gbps通信情况下铜线传输很难做到物理层协议要求的1e-12的误码率要求，即使是5Gbps通信情况下铜线也难以做到长距离高质量的数据传输。因而引入光纤通信技术是USB协议和雷电协议技术发展的必然趋势。关于USB协议和雷电协议的光纤传输已出现了一些解决方案：1、使用光模块对USB信号进行转换和收发，其缺点在于光模块定义的协议一般为特定速率，一般为10.3125Gbps，24.33Gbps，25.78125Gbps，28.05Gbps，大于20Gbps的光模块一般使用时钟数据恢复电路，但是20Gbps速率并不在光模块时钟恢复电路的工作范围内。另外该方案的集成度较低，在制造USB协议和雷电协议的有源光缆时体积大，功耗大。2、使用类似光模块的设计方法设计USB协议，使用现有的光模块通信中使用的专用收发芯片实现信号的光电转换，使用微控制器对光收发芯片进行配置。该方案是光模块制造向USB有源光缆移植的方案，缺点在于光模块专用芯片的设计一般以单通道收和单通道发或者四通道收和四通道发的方式组合，使用这样的芯片实现双通道USB协议和雷电协议信号传输时对贴片和耦合造成较大的困难，工艺复杂，实现困难。另外该方案中边带信号和通道配置信号需要使用额外的铜线进行传输。
技术实现思路
本专利技术提出了一种兼容USB协议和雷电协议信号的模式自适应光纤传输系统，其特征在于，所述系统包括A端接口和B端接口，所述A端接口与所述B端接口使用平均光功率调制和自适应的幅度调制阶数切换相结合的方式，以较小的光路开销实现USB协议和雷电协议的高速信号，带外信号(Sideband)和通道配置(CC)信号同时传输；所述A端接口与所述B端接口被配置侦听单元，通过所述侦听单元监听LFPS信号获取通道配置信号，或获取边带信号，自适应选择单通道模式或双通道模式。优选地，所述系统在物理层兼容USB协议和雷电协议，无需在协议层进行USB协议和雷电协议的数据格式转换。优选地，所述系统适用USB3.0，USB3.1Gen1，USB3.1Gen2，USB3.2Gen1，USB3.2Gen1x2，USB3.2Gen2，USB3.2Gen2x2，USB4.0协议及后续相关USB协议，thunderbolt3，thunderbolt4及后续相关thunderbolt协议。优选地，所述系统使用2组双向光路进行信号传输，在物理层自适应兼容USB协议和雷电协议的单通道和双通道工作模式。优选地，所述系统使用1组双向光路进行信号传输，并且在物理层自适应兼容USB协议和雷电协议的单通道和双通道工作模式。优选地，所述系统的有源光缆的A端接口与B端接口对称，光缆无方向性；在每个端口，高速信号SSTX0+/-，SSTX1+/-被分别调至到两个激光器中进行传输，两个接收电路接收对端的高速信号然后输出到本端SSRX0+/-，SSRX1+/-。优选地，所述A端接口与所述B端接口被配置发射端和接收端，发射端将边带信号和通道配置信号经过时分复用和激光器偏置电流调制，与高速信号调制到同一光路进行传输，接收端使用平均光功率检测电路分离出低速信号并经过时分解复用驱动对端的边带信号和通道配置信号。优选地，所述系统的有源光缆的A端接口与B端接口对称，光缆无方向性；在每个端口，高速信号SSTX0+/-，SSTX1+/-被调制到同一激光器中进行传输，双通道通信时两路高速信号被调制成PAM4信号，单通道通信时高速信号为NRZ编码传输，接收端根据通道配置情况选择进行PAM4解调或NRZ解调然后输出到本端SSRX0+/-，SSRX1+/-。优选地，所述侦听单元通过滤波器滤除高速信号，得到LFPS信号，滤波后的信号经过包络长度检测和空闲时间检测得到LFPS信号的burst时间和repeat时间，使用burst时间和repeat时间查表获得LFPS指令；同时监听两端的LFPS信号以判断两侧设备的协商结果，当LFPS协商过程中有一端仅有Polling信号而非SCD1和SCD2信号说明为设备为USB3.0设备，仅支持单通道模式；若通信双方均使用SCD1和SCD2信号进行协商，说明设备为USB3.1或者USB3.2设备，进一步解析LBPM信号，若LBPM信号仅包含速率信息不包含通道配置信息，为USB3.1设备，通信为单通道模式；若LBPM信息中含有通道配置信息，根据两端通道配置信息协商来判定，以协商中通道数低的一方的配置作为通道配置；设备为USB4时，高速通道已不存在LFPS信号，在USB4中存在USB3adapter时LFPS信号被转换为特殊的包进行传输，USB4的通道配置协商主要通过边带通信进行。优选地，所述侦听单元同时监听发射端和接收端的边带信号以进行两端通道配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼容USB协议和雷电协议信号的模式自适应光纤传输系统，其特征在于，所述系统包括A端接口和B端接口，/n所述A端接口与所述B端接口使用平均光功率调制和自适应的幅度调制阶数切换相结合的方式，以较小的光路开销实现USB协议和雷电协议的高速信号，带外信号(Sideband)和通道配置(CC)信号同时传输；/n所述A端接口与所述B端接口被配置侦听单元，通过所述侦听单元监听LFPS信号获取通道配置信号，或获取边带信号，自适应选择单通道模式或双通道模式。/n

【技术特征摘要】
1.一种兼容USB协议和雷电协议信号的模式自适应光纤传输系统，其特征在于，所述系统包括A端接口和B端接口，
所述A端接口与所述B端接口使用平均光功率调制和自适应的幅度调制阶数切换相结合的方式，以较小的光路开销实现USB协议和雷电协议的高速信号，带外信号(Sideband)和通道配置(CC)信号同时传输；
所述A端接口与所述B端接口被配置侦听单元，通过所述侦听单元监听LFPS信号获取通道配置信号，或获取边带信号，自适应选择单通道模式或双通道模式。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于,所述系统在物理层兼容USB协议和雷电协议，无需在协议层进行USB协议和雷电协议的数据格式转换。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于,所述系统适用USB3.0，USB3.1Gen1，USB3.1Gen2，USB3.2Gen1，USB3.2Gen1x2，USB3.2Gen2，USB3.2Gen2x2，USB4.0协议及后续相关USB协议，thunderbolt3，thunderbolt4及后续相关thunderbolt协议。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统使用2组双向光路进行信号传输，在物理层自适应兼容USB协议和雷电协议的单通道和双通道工作模式。


5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统使用1组双向光路进行信号传输，并且在物理层自适应兼容USB协议和雷电协议的单通道和双通道工作模式。


6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统的有源光缆的A端接口与B端接口对称，光缆无方向性；
在每个端口，高速信号SSTX0+/-，SSTX1+/-被分别调至到两个激光器中进行传输，两个接收电路接收对端的高速信号然后输出到本端SSRX0+/-，SSRX1+/-。


7.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述A端接口与所述B端接口被配置发射端和接收端，发射端将边带信号和通道配置信号经过时分复用和激光器偏置电流调制，与高速信号调制到同一光路进行传输，接收端使用平均光功率检测电路分离出低速信号并经过时分解复用驱动对端的边带信号和通道配置信号。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞剑明，王祚栋，毛蔚，白昀，
申请(专利权)人：飞昂创新科技南通有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32