USB接口的光电隔离保护方案及其实现.doc

USB接口的光电隔离保护方案及其实现目前计算机的USB接口已经大量使用,一般每台电脑都有2到4个USB口。当一台电脑同时接多个USB外部设备时,如果这些外部设备介入了高电压干扰,就可能会烧坏电脑的USB口甚至电脑以及外设。目前电脑的几种通信接口中,MODEM口以及以太网接口由于本身具有变压器隔离所以不容易损坏,而RS-232串口也可以选用波仕的RS-232光电隔离器来进行有效的保护,只有USB以及类似的1394接口目前还没有方便的隔离保护方案。实现原理本文提供了一种对USB信号进行光电隔离的电路,可以使USB的接口得到保护。图1为将USB信号(D+、D—)转换为光信号的原理框图。 USB信号检测电路(1)将D+和D—变换为“或”门输出DOR1和差分比较器输出RCV1。一双可控三态缓冲器(2)(通过控制端EN来控制逻辑“通”与“端”。当EN=“0”时,DOR=DOR1、RCV=RCV1。而当EN=“1”时,DOR和RCV为高阻状态。光发射驱动电路(3)将DOR和RCV转换为三种光强度(亮、半亮、暗)。光接收电路(4)将接收到的三种光强度(亮、半亮、暗)恢复为D+和D—的三种状态。光接收电路(4)的输出之一H的状态变化触发单稳延时电路(5)。单稳延时电路(5)的输出EN平时(即USB信号处于闲置状态时)为“0”,当其输入H有下降延(即由“1”变为“0”)时输出EN由“0”变为“1”并且保持为“1”大约1000us,然后恢复为“0”。另一双可控三态缓冲器(2)通过控制端EN来控制来控制逻辑“通”与“断”,当EN=“1”时,VP=H、VM=L,而当EN=“0”时输出VP、VM为高阻状态。具体实施方式图2 图2为将USB信号转换为光信号的具体电路图。假设USB为全速状态(12M),此时D+通过大约Ω的电阻接+5V电源。平时USB信号处于闲置(Idle)状态,此时D+为“1”(高电平,大约3至5V),D—为逻辑“0”(低电平,大约0至)。IC1为“或”门。IC2、IC4、IC5和IC6为可控三态缓冲器。其中,IC2和IC4是当其控制信号EN为“0”时导通的,而IC5和IC6是当其控制信号EN为“1”时导通的。由于IC2和IC4在不导通时(即EN为“1”时)输出为高阻状态,所以在IC2的输出端加了上拉电阻R1、在IC4的输出端加了上拉电阻R2。IC3、IC10和IC11是比较器。IC7是单稳触发电路由输入端(信号VP)下降沿触发,输出EN平时为“0”。当IC7的输入端出现一个下降沿时,其输出端将出现一个持续时间大约1000us的“1”状态,然后恢复为“0”。IC7的输出信号EN通过控制IC2、IC4、IC5和IC6来控D+、D—的“收/发”状态。由于EN平时为“0”,所以平时允许接收D+和D—(IC2、IC4导通),而禁止发送信号到D+和D—上(IC5和IC6输出为高阻态)。IC8是一个复合逻辑电路,其输入、输出以及光发射二极管的光强度关系如表1: IC8的输出A和B是具有足够电流驱动能力的电压,通过电阻R3和R4送给光发射二极管IC12。光发射二极管IC12的输出光强度大致正比于输入电流。当A和B同时为“1”时,通过光发射二极管的电流最大,所以此时光强度状态称为“全亮”。当A为“1”、B为“0”时,电流只有大约一半,此时光强度状态为“半亮”。当A为“0”、B为“