USB接口的光电隔离保护方案及其实现

对于全速USB的信号，平时闲置状态（Idle）时D+为逻辑"1"、D-为逻辑"0"，所以IC1、IC2的输出为"1"，IC3、IC4的输出为"1"，这样根据表1 可知输出光强度为"暗"。当光强度为"暗 "时，根据表2传到对方电路的光接收器并经过对方电路的IC9后的输出为VP="1"、VM="0"。一旦USB开始传输数据，则D+和D-的信号逻辑状态发生变化。全速USB的信号状态变化为：D+由"1"变成为"0"，D-由"0"变成为"1"。上位机的USB信号状态先出现变化，此时IC1和IC2 的输出仍然为"1"，IC3和IC4的输出变成为"0"。

根据表1 ，光发射二极管将由"暗"变成为"全亮"。"全亮"的光通过光电耦合器传到对方电路（与本专利描述的一样）的光接收管。根据表2，对方电路的VP由"1" 变为"0"，VM 由"0"变为"1"。对方电路的VP由"1"变为"0"就是说这个VP产生了一个下降沿，从而触发了对方电路的IC7，使IC7的输出EN由"0"变为 "1"并且保持"1"大约1000us（然后又恢复为"0"）。对方电路的VM由"0"变为"1"从而使对方电路的USB信号由禁止发送（EN="0"）变为禁止接收（EN="1"）。此时对方电路的VP和VM可以通过对方电路的IC5和IC6传给对方电路的D+和D-，从而使上位机的USB信号在 1000us内通过光电耦合器传到对方电路（即：下位机）的D+ 和D -线上。在这1000us内可以过光电耦合器传输三种D+和D-状态： ①、 D+为"1"且D-为"0"（代表闲置状态以及数据"1"）②、 D+为"0"且D-为"1"（代表数据"0"）③、D+为"0"且D-为"0"（代表数据传输结束标志）。

这三种状态可以表达USB信号的所有状态（D+ 为"1"且D-为"1"的状态是禁止的）。前面已经描述了如何通过光强度的"暗"代表状态①、"全亮"代表状态②。而状态③恰好是通过光强度的"半亮"来表示，具体描述如下：当D+和D-处于状态 ③时， D+和D-都为"0"，IC1和IC2的输出为DOR="0"，根据表1，此时光发射二极管的强度为"半亮"。"半亮"的光传输到对方电路的光接收管 IC12并且经过对方电路的比较器IC10和IC11，输出为H="0"、L="1"。根据表2，对方电路IC9个输出为VP=VM="0"。而在单稳电路输出为"1"的1000us内正好将这个状态③传输给对方电路的D+和D-（均为"0"）。

　　在大约1000us的时间内，恰好上位机向下位机传输一帧USB数据完毕，并且等待下位机回传应答信号。1000us结束后，下位机的IC7的输出EN恢复为"0"，此时下位机的USB数据状态先变化。下位机的USB数据传输到上位机的过程与前面描述的上位机的USB数据传输到下位机的过程原理完全一样。

　　对于高速USB（480M），由于传输一帧数据的时间减少了，所以单稳电路的延时时间要相应减小。

参考文献

　　1、黄丽 通过光纤传输USB信号的电路设计及应用 电子技术应用2006年2期

　　2、中国专利：ZL02284434