一种采用SFP模块通信的USBType-C全功能转接装置的制作方法

一种采用sfp模块通信的usb type-c全功能转接装置
技术领域
1.本发明涉及光电通信技术领域，具体涉及一种采用sfp模块通信的usbtype-c全功能转接装置。


背景技术：

2.随着现代通信技术不断发展，光通信技术成为构建现代通信网络的主流，光通信不仅在通信网络、数据中心等专业领域占据主导，并不断开始向消费类视频数据领域延伸，逐渐替代display port、hdmi及usb等传统的视频数据电缆。因此，有必要设计一款装置，将电信号传输与光通信结合起来，提高通信效率。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种采用sfp模块通信的usb type-c全功能转接装置，其具有高速光通信通道以及低速电信号传输通道，实现了更快的数据传输功能以及更优秀的防干扰效果，信号传输受线缆长度的影响更小，相比于传统的电缆通信，能实现更远距离的通信。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
5.一种采用sfp模块通信的usb type-c全功能转接装置，包括在光电混合缆两端对称设置的两个type-c接口，每个所述type-c接口上均设有sfp连接座，所述sfp连接座可对应安装多种sfp模组，两个type-c接口上的sfp模组通过光电混合缆中的光纤连接形成高速通道，两个所述type-c接口之间的低速通道通过光电混合缆中的电缆连接。
6.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
7.进一步，所述type-c接口上设有dc/dc降压稳压电路，所述dc/dc降压稳压电路包括电源芯片u1、电容c1～4、电感l1和电阻r1～2，所述电源芯片u1的in引脚通过type-c接口的vcon引脚连接外部电源、且通过电容c1连接type-c接口的接地端gnd，电源芯片u1的en引脚与in引脚短接，电源芯片u1的gnd引脚连接type-c接口的接地端gnd，电源芯片u1的lx引脚与电源芯片u1的bs引脚之间并联电容c2，电源芯片u1的lx引脚连接电感l1的一端，电感l1的另一端作为dc/dc降压稳压电路的输出端，dc/dc降压稳压电路的输出端通过一组串联的分压电阻r1和r2连接type-c接口的接地端gnd，电阻r1和r2的公共端连接电源芯片u1的fb引脚，电容c3两端分别连接dc/dc降压稳压电路的输出端与电源芯片u1的fb引脚，dc/dc降压稳压电路的输出端通过电容c4连接type-c接口的接地端gnd。
8.进一步，所述type-c接口包括两组高速差分信号发送端和两组高速差分信号接收端，每个所述sfp模组各包括两个高速信号发送通道和两个高速信号接收通道，所述高速信号发送通道包括驱动器和激光器，每个所述驱动器的输入端对应连接type-c接口的一组高速差分信号发送端、所述驱动器的输出端连接激光器的电信号输入端，所述激光器与光纤耦合；所述高速信号接收通道包括放大器和光电探测器，所述光电探测器与光纤耦合，所述光电探测器的电信号输出端连接放大器的输入端，所述放大器的输出端对应连接type-c接
口的一组高速差分信号接收端；每个所述sfp模组的激光器通过光纤与另一个sfp模组的光电探测器通信连接。
9.进一步，所述sfp连接座包括并排设置的两个sfp连接子座，每个所述sfp连接子座一端与所述type-c接口的一组高速差分信号发送端以及高速差分信号接收端对应连接，每个所述sfp连接子座的另一端和sfp模组的高速信号发送通道以及高速信号接收通道对应连接。
10.进一步，所述type-c接口包括协议配置电路，所述协议配置电路包括共模阻抗配置电路，所述共模阻抗配置电路包括电阻r3～r10和电容c14～c21，电阻r3、电阻r5、电阻r7和电阻r9的一端分别连接工作电源，电阻r3的另一端与电阻r4串联后连接type-c接口的接地端gnd，电阻r3与电阻r4的公共端连接type-c接口的高速差分信号发送端tx1 ，type-c接口的高速差分信号发送端tx1 与sfp模组的高速差分信号发送端sstx1 分别连接电容c14的两端；电阻r5的另一端与电阻r6串联后连接type-c接口的接地端gnd，电阻r5与电阻r6的公共端连接type-c接口的高速差分信号发送端tx1-，type-c接口的高速差分信号发送端tx1-与sfp模组的高速差分信号发送端sstx1-分别连接电容c15的两端；电阻r7的另一端与电阻r8串联后连接type-c接口的接地端gnd，电阻r7与电阻r8的公共端连接type-c接口的高速差分信号发送端tx2 ，type-c接口的高速差分信号发送端tx2 与sfp模组的高速差分信号发送端sstx2 分别连接电容c16的两端；电阻r9的另一端与电阻r10串联后连接type-c接口的接地端gnd，电阻r9与电阻r10的公共端连接type-c接口的高速差分信号发送端tx2-，type-c接口的高速差分信号发送端tx2-与sfp模组的高速差分信号发送端sstx2-分别连接电容c17的两端；type-c接口的高速差分信号接收端rx1 与sfp模组的高速差分信号发送端ssrx1 分别连接电容c18的两端；type-c接口的高速差分信号接收端rx1-与sfp模组的高速差分信号发送端ssrx1-分别连接电容c19的两端；type-c接口的高速差分信号接收端rx2 与sfp模组的高速差分信号发送端ssrx2 分别连接电容c20的两端；type-c接口的高速差分信号接收端rx2-与sfp模组的高速差分信号发送端ssrx2-分别连接电容c21的两端。
11.进一步，所述协议配置电路还包括e-marker芯片u2，所述e-marker芯片u2的电源引脚vcon连接type-c接口的vcon引脚，所述e-marker芯片u2通过type-c接口的vcon引脚从主机取电；所述e-marker芯片u2的pd通信引脚cc连接type-c接口的cc引脚，所述e-marker芯片u2通过type-c接口的cc引脚与主机通信。
12.进一步，所述协议配置电路还包括e-marker芯片u3，所述e-marker芯片u3的电源引脚vcon与e-marker芯片u2的电源引脚vcon连接，所述e-marker芯片u3的pd通信引脚cc与e-marker芯片u2的pd通信引脚cc连接。
13.进一步，所述type-c接口包括低速差分信号收发端d /-以及辅助输出端sub1/sub2，两个type-c接口的低速差分信号收发端d /-和辅助输出端sub1/sub2分别通过电缆一一对应通信连接。
14.进一步，两个所述type-c接口的电源总线vbus以及接地端gnd分别通过电缆一一对应连接。
15.本发明的有益效果是：本发明的转接装置将高速信号通过sfp模块和光纤转换为光信号进行传输，将传输速度要求相对较低的低速信号仍然通过电缆传输，集成了usb协议设计，可通过对应的通道匹配对接后达到usb type-c的包括usb数据传输、视频传输、快速
充电、thunderbort3等全部功能。其使用方便快捷、数据传输高效、抗扰性强、运用灵活、兼容各种方案的sfp光模块，便于typec aoc的光电转换方案的选型开发验证。
附图说明
16.图1为本发明整体结构原理图；
17.图2为本发明dc/dc降压稳压电路图；
18.图3为本发明type-c接口接线图；
19.图4为本发明sfp连接座接线图；
20.图5为本发明共模阻抗配置电路图；
21.图6为本发明e-marker芯片接线图；
22.图7为本发明低速信号通道接线示意图。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
24.如图1所示的一种采用sfp模块通信的usb type-c全功能转接装置，包括在光电混合缆两端对称设置的两个type-c接口，每个所述type-c接口上均设有sfp连接座，所述sfp连接座可对应安装多种sfp模组，两个type-c接口上的sfp模组通过光电混合缆中的光纤连接形成高速通道，两个所述type-c接口之间的低速通道通过光电混合缆中的电缆连接。
25.本实施例的转接装置将高速信号通过sfp模块和光纤转换为光信号进行传输，将传输速度要求相对较低的低速信号仍然通过电缆传输，集成了usb协议设计，可通过对应的通道匹配对接后达到usb type-c的包括usb数据传输、视频传输、快速充电、thunderbort3等全部功能。其使用方便快捷、数据传输高效、抗扰性强、运用灵活、兼容各种方案的sfp光模块，便于typecaoc的光电转换方案的选型开发验证。
26.在上述技术方案的基础上，本实施例还可以做如下改进。
27.如图2所示，所述type-c接口上设有dc/dc降压稳压电路，所述dc/dc降压稳压电路包括电源芯片u1、电容c1～4、电感l1和电阻r1～2，所述电源芯片u1的in引脚通过type-c接口的vcon引脚连接外部电源、且通过电容c1连接type-c接口的接地端gnd，电源芯片u1的en引脚与in引脚短接，电源芯片u1的gnd引脚连接type-c接口的接地端gnd，电源芯片u1的lx引脚与电源芯片u1的bs引脚之间并联电容c2，电源芯片u1的lx引脚连接电感l1的一端，电感l1的另一端作为dc/dc降压稳压电路的输出端，dc/dc降压稳压电路的输出端通过一组串联的分压电阻r1和r2连接type-c接口的接地端gnd，电阻r1和r2的公共端连接电源芯片u1的fb引脚，电容c3两端分别连接dc/dc降压稳压电路的输出端与电源芯片u1的fb引脚，dc/dc降压稳压电路的输出端通过电容c4连接type-c接口的接地端gnd。本实施例的dc/dc降压稳压电路为宽幅降压稳压电路，是通过从type-c接口的电源总线vbus取电为sfp模组提供稳定有效的工作电源，采用宽幅输入的dc/dc芯片，可满足27v以下的输入电压，完全满足现在pd协议最高20v的供电电压。
28.如图1及图3所示，所述type-c接口包括两组高速差分信号发送端和两组高速差分信号接收端，每个所述sfp模组各包括两个高速信号发送通道和两个高速信号接收通道，所
述高速信号发送通道包括驱动器和激光器，每个所述驱动器的输入端对应连接type-c接口的一组高速差分信号发送端、所述驱动器的输出端连接激光器的电信号输入端，所述激光器与光纤耦合；所述高速信号接收通道包括放大器和光电探测器，所述光电探测器与光纤耦合，所述光电探测器的电信号输出端连接放大器的输入端，所述放大器的输出端对应连接type-c接口的一组高速差分信号接收端；每个所述sfp模组的激光器通过光纤与另一个sfp模组的光电探测器通信连接。
29.如图4及图5所示，所述sfp连接座包括并排设置的两个sfp连接子座，每个所述sfp连接子座一端与所述type-c接口的一组高速差分信号发送端以及高速差分信号接收端对应连接，每个所述sfp连接子座的另一端和sfp模组的高速信号发送通道以及高速信号接收通道对应连接。每个sfp连接子座上的sfp模组都有两个高速通道，用于一组高速信号的发送与接收，两个sfp连接子座上的sfp模组相结合，可满足40gbps sfp光模块连接要求，两个sfp连接子座上的sfp模组可组成4lan工作，完全满足thunderbort3及thunderbort4的要求。
30.如图2及图5所示，所述type-c接口包括协议配置电路，所述协议配置电路包括共模阻抗配置电路，所述共模阻抗配置电路包括电阻r3～r10和电容c14～c21，电阻r3、电阻r5、电阻r7和电阻r9的一端分别连接工作电源，电阻r3的另一端与电阻r4串联后连接type-c接口的接地端gnd，电阻r3与电阻r4的公共端连接type-c接口的高速差分信号发送端tx1 ，type-c接口的高速差分信号发送端tx1 与sfp模组的高速差分信号发送端sstx1 分别连接电容c14的两端；电阻r5的另一端与电阻r6串联后连接type-c接口的接地端gnd，电阻r5与电阻r6的公共端连接type-c接口的高速差分信号发送端tx1-，type-c接口的高速差分信号发送端tx1-与sfp模组的高速差分信号发送端sstx1-分别连接电容c15的两端；电阻r7的另一端与电阻r8串联后连接type-c接口的接地端gnd，电阻r7与电阻r8的公共端连接type-c接口的高速差分信号发送端tx2 ，type-c接口的高速差分信号发送端tx2 与sfp模组的高速差分信号发送端sstx2 分别连接电容c16的两端；电阻r9的另一端与电阻r10串联后连接type-c接口的接地端gnd，电阻r9与电阻r10的公共端连接type-c接口的高速差分信号发送端tx2-，type-c接口的高速差分信号发送端tx2-与sfp模组的高速差分信号发送端sstx2-分别连接电容c17的两端；type-c接口的高速差分信号接收端rx1 与sfp模组的高速差分信号发送端ssrx1 分别连接电容c18的两端；type-c接口的高速差分信号接收端rx1-与sfp模组的高速差分信号发送端ssrx1-分别连接电容c19的两端；type-c接口的高速差分信号接收端rx2 与sfp模组的高速差分信号发送端ssrx2 分别连接电容c20的两端；type-c接口的高速差分信号接收端rx2-与sfp模组的高速差分信号发送端ssrx2-分别连接电容c21的两端。
31.共模阻抗配置是为了实现usb3协议的链路连接。共模阻抗配置电路将type-c接口与sfp模组通过电容进行耦合并隔离，提供type-c接口与sfp模组之间的高频信号通路，阻止低频电流进入弱电系统，保证从机端设备安全。共模阻抗配置电路中的各电容还提供直流偏压、滤除直流分量，即隔直作用，使输入输出不受外界直流干扰，保证高频信号质量，还提供过电流保护。
32.如图6所示，考虑本装置通过更大的电流时以及获得更佳的视频输出能力，所述协议配置电路还包括e-marker芯片u2，所述e-marker芯片u2的电源引脚vcon连接type-c接口
的vcon引脚，所述e-marker芯片u2通过type-c接口的vcon引脚从主机取电；所述e-marker芯片u2的pd通信引脚cc连接type-c接口的cc引脚，所述e-marker芯片u2通过type-c接口的cc引脚与主机通信。本实施例中，e-marker芯片的作用是用来标记存储模块的电源传输能力、数据传输能力、id等信息。host端通过与cc引脚通讯，来读取e-marker内部及device端的信息，并根据读取的信息来为device端提供相应的供电及数据传输能力。要想实现转接模块支持pd3、usb4、thunderbort3甚至thunderbort4协议都需要e-marker来进行标记，e-marker内部信息是通过相应品牌的专用烧录器进行程序烧入。
33.进一步，在设置有e-marker芯片u2的基础上，为了兼容更多的e-marker芯片、也为了使充电器读取芯片的成功率更高、保证稳定的大功率传输，所述协议配置电路还包括e-marker芯片u3，所述e-marker芯片u3的电源引脚vcon与e-marker芯片u2的电源引脚vcon连接，所述e-marker芯片u3的pd通信引脚cc与e-marker芯片u2的pd通信引脚cc连接。e-marker芯片电路采用了业内通用的两种标准e-marker封装(对应本实施例的e-marker芯片u2和e-marker芯片u3)，适配多数品牌芯片兼容性有保障。
34.如图1及图7所示，所述type-c接口包括低速差分信号收发端d /-以及辅助输出端sub1/sub2，两个type-c接口的低速差分信号收发端d /-和辅助输出端sub1/sub2分别通过电缆一一对应通信连接。图7中方形框表示各电缆的焊点。低速差分信号收发部分主要用于将其它如cc、usb2.0及在displayport alt mode时的sub1、sbu2等低速信号进行焊线连接实现相应功能。低速差分信号收发端d /-兼容了usb2.0标准的要求，辅助输出端sub1/sub2对应displayport协议中的aux /-辅助通道。aux /-辅助通道(aux channel)作为dp接口中一条独立的双向传输辅助通道，采用交流耦合差分传输方式，是一条双向半双工传输通道，单一方向速率仅1mbit/s左右，用来传输设定与控制指令。aux(auxiliary)的用途包括读取扩展显示识别数据(edid)，以确保dp信号的正确传输；读取显示器所支持的dp接口的信息，如主要通道的数量和dp信号的传输速率；进行各种显示组态暂存器的设定；读取显示器状态暂存器。低速差分信号收发端d /-的信号与aux /-辅助通道的信号属于低速信号，通过电缆以电信号的方式传输即可满足使用需求。
35.如图1及图7所示，两个所述type-c接口的电源总线vbus以及接地端gnd分别通过电缆一一对应连接。两个type-c接口的电源总线vbus以及接地端gnd通过电缆导通，将主机端的电源输出到从机端，为从机端的sfp模组运行以及从机端的设备运行提供电源。
36.工作原理：
37.本转换装置通过usb type-c接口与host主机连接，host端输出数据信号及电源，经过本转换装置进行降压及协议配置后至sfp连接座连接的sfp模组，sfp模组供电后将数据电信号转换成光信号通过光纤传输到与device端连接的sfp模组进行光电信号转换后传输到device设备，从而建立数据连接。本转换装置中可通过模块的sfp连接座实现采用任何相应所需带宽的sfp光模块进行对应的通道匹配对接后达到usb type-c的全部功能。
38.具体的，本发明的转接装置将高速信号通过sfp模块和光纤转换为光信号进行传输，将传输速度要求相对较低的低速信号仍然通过电缆传输，集成了usb协议设计，可通过对应的通道匹配对接后达到usb type-c的包括usb数据传输、视频传输、快速充电、thunderbort3等全部功能。其使用方便快捷，运用灵活，兼容各种方案的sfp光模块，便于typec aoc的光电转换方案的选型开发验证。
39.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。