分离半双工信号的系统、装置及其方法与流程

本发明是一种分离信号的系统、装置及其方法，特别是将半双工信号分离出两相异方向的差动信号。

背景技术：

科技产品众多，必配有特定传输接口端口，用以与其他产品连接。现今科技产品大多采用总线传输接口，早期鼠标和键盘多以PS/2接口与计算机主机连接，然而，PS/2渐渐地由总线接口所取代。除此之外，智能型手机亦采用总线接口作为数据传输以及电力输送的接口。

随着科技时代演进，数据传输速度及容量日益庞大，总线亦有对应的改进。从早期USB 1.0传输速率仅有1.5Mbit/s，提升至普遍USB 2.0传输速率480Mbit/s以及USB 3.0传输速率5Gbps，甚至可达到USB 3.0传输速率10Gb/s。另外，公知的通用串行总线接头依照装置需求可分为A type和B type，各类型再区分为micro和mini的分。基于USB 3.1高速传输速率的规范，Type-C接头的内部构造设计除了提供高速传输外，亦可充电，甚至可支持Displayport，Type-C接头的外观上，最大特点在于接头的上、下端完全相同，俾使使用者不必区分接头正反面，容许以任一方向(上或下)进行拔插。诸多总线接口种类会产生不兼容的问题，举例而言，由于USB 2.0与USB 3.0物理层格格不入，无法兼容，两传输通讯接口间无法支持，于公知技术中，多以特定芯片以解决USB 2.0及USB 3.0的不兼容性，然而，特定芯片的电路复杂又昂贵，不符经济效益。

为解决上述的问题，亟需一种简易又低成本的分离电路，可同时支持相异总线的兼容性，本发明亦可应用于信号延长器。

技术实现要素：

本发明主要目的在于提供一种分离半双工信号的系统，所述系统包含有输入单元、分离单元及输出单元，其中所述分离单元耦接于所述输入单元及所述输出单元之间。所述输入单元具有数据信号通道，以提供数据差分信号，所述数据差分信号于所述分离单元中，分离为接收差分信号和传送差分信号。所述输出单元具有接收通道和传送通道，分别输出所述接收差分信号和所述传送差分信号。

本发明的目的在于提供一种支持不同总线接口的装置，所述装置包含有总线接口端口、信号分离单元及收发模块，所述信号分离单元耦接于所述总线接口端口及所述收发模块之间。所述总线接口端口具有数据信号通道，以提供数据差分信号，所述数据差分信号于所述信号分离单元中，分离为接收差分信号和传送差分信号。所述收发模块具有接收通道和传送通道，分别传输所述接收差分信号和所述传送差分信号至一周边电子装置。

本发明另一目的在于提供一种分离半双工信号的方法，所述方法包含下列步骤：输入单元的数据信号通道提供数据差分信号；所述数据差分信号传输至分离单元中；所述数据差分信号于所述分离单元中分离为传送差分信号及接收差分信号；以及所述传送差分信号及所述接收差分信号分别通过传送通道及接收通道以传输至输出单元。

优选地，所述分离单元包含分离电路，耦接于所述数据信号通道，以将所述数据差分信号分离为所述接收差分信号及所述传送差分信号。所述分离电路为一电感耦合电路，所述传送通道具有第一线圈，所述接收通道具有第二线圈，所述数据通道具有第三、四、五、六线圈，其中所述第一线圈与所述第三、四线圈电感耦合，所述第二线圈与所述第五线圈电感耦合。所述分离单元更包含有低速信号耦合电路，耦接于所述输入单元。所述系统更包含有转换单元，耦接于所述分离单元与所述输出单元之间，所述转换单元包含有高通滤波器及低通滤波器。

优选地，所述信号分离单元包含有分离电路，耦接于所述数据信号通道，以将所述数据差分信号分离为所述接收差分信号及所述传送差分信号。所述分离电路为一电感耦合电路，所述传送通道具有第一线圈，所述接收通道具有第二线圈，所述数据通道具有第三、四、五、六线圈，其中所述第一线圈与所述第三、四线圈电感耦合，所述第二线圈与所述第五线圈电感耦合。所述信号分离单元更包含有低速信号耦合电路，耦接于所述总线接口端口。所述装置更包含有转换单元，耦接于所述信号分离单元与所述收发模块之间，所述转换单元包含有高通滤波器及低通滤波器。

优选地，所述分离单元包含一电感耦合电路，耦接于所述数据信号通道，以将所述数据差分信号分离为所述接收差分信号及所述传送差分信号。所述分离电路为电感耦合电路，所述传送通道具有第一线圈，所述接收通道具有第二线圈，所述数据通道具有第三、四、五、六线圈，其中所述第一线圈与所述第三、四线圈电感耦合，所述第二线圈与所述第五线圈电感耦合。所述分离单元更包含有低速信号耦合电路，耦接于所述输入单元。所述系统更包含有转换单元，耦接于所述分离单元与所述输出单元之间，所述转换单元包含有高通滤波器及低通滤波器。所述数据差分信号传输至所述分离单元的步骤更包含：所述数据差分信号传输至低速信号耦合电路。所述数据差分信号分离为所述传送差分信号及所述接收差分信号的步骤更包含有：所述传送差分信号及所述接收差分信号传输至转换单元。

附图说明

图1为本发明第一实施例的系统架构图。

图2A为本发明分离单元的示意图。

图2B为本发明分离单元的另一示意图。

图2C为第二A图的另一实施例的示意图。

图3为本发明低速信号耦合电路的方块图。

图4为本发明转换单元的方块图。

图5为本发明第二实施例的装置方块图。

图6为本发明第三实施例的步骤流程图。

符号说明

100 电路 102 输入单元 104 分离单元

106 输出单元 108 低速信号耦合电路 110 转换单元

1042 分离电路 1082 第一放大器 1084 第一LPF

1086 第二放大器 1088 第二LPF 1102 HPF

1104 LPF 200 装置 206 收发模块

204 信号分离电路 02 总线接口端口 2042 分离电路

300 方法 208 低速信号耦合电路 W1-W6 线圈

210 转换单元 302～312 步骤 1042a 正分离电路

1042b 负分离电路 T1 第一感应变压电路 T2 第二感应变压电路

L1 第一回路 L2 第二回路

具体实施方式

现对本发明不同的实施方式进行说明。下列描述提供本发明特定的施行细节，使阅者彻底了解这些实施例的实行方式。然熟悉本领域的技术人员须了解本发明也可在不具备这些细节的条件下实行。此外，文中不会对一些已熟知的结构或功能作细节描述，以避免造成各种实施例间不必要的混淆，以下描述中使用的术语将以最广义的合理方式解释，即使其与本发明某特定实施例的细节描述一起使用。此外，附图并未描绘实际实施例的每一特征，所描绘的图式组件是皆为相对尺寸，而非按实际比例绘制。

参阅图1，该图是根据本发明实施例显示分离半双工信号的系统架构图(以下简称系统100)。系统100包含有输入单元102、分离单元104及输出单元106，其中分离单元104桥接于输入单元102及输出单元106之间。输入单元102具有数据信号(D±)通道，以传送或接收数据差分信号。于一实施例中，输入单元102包含电子装置或周边装置(未显示于图中)，本领域的技术人员应当理解，输入单元102应包含其他传输通道，以USB 2.0为例，应包含VBus通道等，但并不以此为限。

在一实施例中，分离单元104包含有分离电路1042，如图2A及图2B所示，其包含多个线圈，通过线圈的电感耦合以将数据信号分离为传送差分信号(D±TX)和接收差分信号(D±RX)，详细说明参考如下。输出单元106具有接收通道和传送通道，分别输出自分离单元104所分离出来的接收差分信号(D±RX)及传送差分信号(D±TX)至电子装置。本领域的技术人员应当理解，输入单元102应各自具有两接口端口，而输出单元106的接收通道和传送通道亦各自具有两接口埠，所述的两接口埠各自为高准位(+)及低准位(-)，低准位(-)接口埠接地，如图2B及图2C所示。本发明系统100广泛适用于相异通讯接口，助于数据传输的兼容性，于最佳实施例中，输入单元102耦接于USB 2.0传输接口，输出单元耦接于USB 3.0传输接口，而分离单元104桥接于相异通讯接口间，有助于总线的兼容性，本文以此最佳实施例描述本发明的技术特征，同时配合特定实施例，俾使阅读者更加了解本发明的概念。

参阅图1、图2A，分离单元104包含有分离电路1042，在最佳实施例中，分离电路1042为电感耦合电路，包含多个磁性组件，此最佳实施例中，磁性组件包含磁性线圈，但不以此为限。参阅图2B，分离单元104包含正分离电路1042a及负分离电路1042b，熟知所述项技术领域的技艺人员应当理解正分离电路1042a用以分离高位准信号(D+)，而负分离电路1042b用以分离低位准信号(D-)，正分离电路1042a与负分离电路1042b内部构造相似，差别仅在于相异的驱动型态。在最佳实施例中，正分离电路1042a及负分离电路1042b为电感耦合电路，包含多个磁性组件，此最佳实施例中，磁性组件包含磁性线圈，但不以此为限。以下叙述是以图2A的分离电路1042进一步说明，仍适用于图2B的正分离电路1042a及负分离电路1042b。

参阅图2A，分离电路1042包含第一～第六线圈(W1～W6)。第三线圈W3和第五线圈W5耦接于输入单元102，第三线圈W3和第五线圈W5相互串联，并分别耦接于输入单元102的各接口埠，亦即，输入单元102、第三线圈W3和第五线圈W5形成第一回路L1。第四线圈W4和第六线圈W6串联形成第二回路L2，其配置于第一回路L1远离输入单元102(靠近输出单元106)的侧边。第一线圈W1耦接于输出单元106的传送通道，第二线圈W2耦接于输出单元106的接收通道，详言之，第一线圈W1的两端各自耦接于传送通道的两接口端口，第二线圈W2的两端各自耦接于接收通道的两接口端口。

在最佳实施例中，第一线圈W1电感耦合于第三线圈W3和第四线圈W4，亦即，第一线圈W1、第三线圈W3和第四线圈W4组成第一感应变压电路T1；第二线圈W2电感耦合于第五线圈W5和第六线圈W6，亦即，第二线圈W2、第五线圈W5和第六线圈W6组成第二感应变压电路T2。在此最佳实施例中，第一线圈W1、第三线圈W3、第四线圈W4及第六线圈W6的正负极方向为同侧，第二线圈与第五线圈正负极方向与W1、W3、W4、W6相异；举例而言，W1、W3、W4、W6的负极朝向数据信号通道(D±)，W2及W5负极朝向接收通道和传送通道，如图2A所示。当D±TX信号欲自第一通讯接口(如USB 2.0)数据信号通道(D±)传送至第二通讯接口(如USB3.0)传送通道时，第三线圈W3正极会先感应第一线圈W1正极，因而送出D±TX至传送通道，另外一方面，第一线圈W1正极亦感应第四线圈W4正极及第六线圈W6负极，而又由于第六线圈W6与第五线圈W5为同性互接，因而第五线圈W5电感会与第六线圈W6相互抵消，第二线圈W2电感量为0，简言之，仅有传送通道D±TX相通。另一方面，当D±RX信号欲自第二通讯接口接收通道至第一通讯接口数据信号通道时，第二线圈W2正极会先感应第五线圈W5正极及第六线圈W6正极，致使D±RX信号相通，于此同时，第三线圈正极与第四线圈负极亦感应出电流，致使第三线圈及第四线圈相互抵消，第一线圈电感量为0，简言之，仅有接收通道D±RX相通。总言之，本发明乃通过两组感应变压电路T1与T2的配置，决定数据信号的通道，从而解决信号半双工与全双工的问题，换言之，本发明适用于支持USB 2.0与USB 3.0间的传输。在上述实施例中，第一感应变压电路T1内W1、W3和W4的较佳线圈比为1：1：1，最佳线圈比为2：1：1；同样地，第二感应变压电路T2内W2、W5和W6的较佳线圈比为1：1：1，最佳线圈比为2：1：1。

在另一实施例中，如图1所示，系统100更包含有低速信号耦合电路108。由于USB 2.0的D±信号可能存有低频信号，如低于200KHz信号，此低频信号是无法直接由分离单元104分离出D±TX和D±RX，因此，需先通过低速信号耦合电路108方能进行后续分离。低速信号耦合电路108得包含于分离单元104内(如图2C所示)，亦可独立耦接于分离单元104及输入单元102之间(如图1所示)。如图3所示，低速信号耦合电路108包含第一放大器1082、第一LPF 1084、第二放大器1086及第二LPF 1088。第一放大器1082与第一LPF 1084于第一通讯接口及第二通讯接口传送通道(D±TX)之间相互串联耦接，第二放大器1086与第二LPF 1088于第一通讯接口及第二通讯接口接收通道(D±RX)之间相互串联耦接。其中，两个放大器各自耦接于第一放大器的正极和负极。熟知所述本领域的技术人员应当理解，放大器得由二晶体或晶体管所组成。

又于另一实施例中，如图1所示，系统100更包含有转换单元110，耦接于分离单元104和输出单元106之间，及/或耦接于输入单元102及输出单元106之间。转换单元110内部具有HPF(高通滤波器)和LPF(低通滤波器)，两滤波器乃依频率大小以过滤所需的频率信号，举例而言，HPF允许频率大于1GHz的信号通过，LPF允许频率小于500MHz的信号通过。转换单元110目的在于：HPF得将较高频的信号传送至USB 3.0传输通讯接口，LPF得将较低频的信号传送至USB 2.0传输通讯接口，如图4所示。

第二最佳实施例:

参阅图5，该图是根据本发明实施例显示同时支持不同总线接口的装置200。装置200耦接于第一通讯接口及第二通讯接口之间。装置200包含有总线接口端口202、信号分离单元204及收发模块206。总线接口端口202耦接于第一通讯接口的数据信号(D±)通道。收发模块206得透过连接线(如光纤或CAT系列双绞线)耦接于周边电子装置的第二通讯接口。于最佳实施例中，第一通讯接口为USB 3.0，第二通讯接口为USB 2.0，但并不以此为限。在另一实施例中，第一通讯接口为USB 2.0，第二通讯接口为USB 3.0，此等互换对调的效果均等同于上述实施例。

信号分离单元204耦接于总线接口端口202，信号分离单元204具有分离电路2042，用以将数据信号(D±)分离为接收信号(D±RX)及传送信号(D±TX)，收发模块206耦接于信号分离单元204，收发模块206包含一接收通道及传送通道(未显示于图中)，分别传输接收信号及传送信号的周边装置。举例而言，装置200一端耦接于控制器主机的USB 3.0接口埠，另一端耦接于USB 2.0的周边装置，借助此装置200以使USB 3.0和USB 2.0兼容。进一步地，装置200内嵌于信号延长器的远程模块(耦接周边装置)及近端模块(耦接电子装置)，当远程模块与近端模块由光纤相连时，则收发模块206乃为光收发模块，例如QSFP或SFP，但并不以此为限。

信号分离单元204包含上述电路100，信号分离单元204包含分离电路2042，得类比于图1的分离单元104的分离电路1042。在一实施例中，分离电路2042为电感耦合电路，包含多个磁性组件，其电路配置与工作原理参照上述分离电路1042的说明，熟知所述本领域技术人员通过上述分离电路1042的说明，应当可类推分离电路2042的目的及功效。

在一实施例中，装置200亦包含低速信号耦合电路208，耦接于总线接口端口202及信号分离单元204之间，亦可包含于信号分离单元204内，低速信号耦合电路208的配置与工作原理得由上述电路100的低速耦合电路108所推知。同样地，在另一实施例中，装置200也包含转换单元210，耦接于信号分离单元204与收发模块206之间，其电路配置与工作原理得由上述电路100的转换单元110所推知。

第三最佳实施例：

参阅图6，所述图系根据本发明实施例显示分离半双工信号的步骤流程图。本文所述的流程提供不同步骤的示例。虽揭示特定顺序及序列，除非另外指定，可更动流程的步骤顺序。因此，所述的流程仅为示例性，且所述流程得由不同顺序步骤以执行的，甚至一些步骤可同时并行。除此之外，并非每一执行包含相同步骤，故本文所述的实施例可能忽略一或多个步骤。本发明亦包含其他步骤流程。所述方法300得由系统100或装置200以执行，以下说明主要是借助系统100以操作下列步骤，必要时，得搭配装置200的部分组件以执行的。

步骤302：输入单元102的数据信号通道提供有数据差分信号(D±)。在一实施例中，输入单元102包含电子装置的总线接口端口，于最佳实施例中，输入单元102包含USB 2.0传输通讯接口，但并不以此为限。数据差分信号(D±)自电子装置经总线接口端口以进行传输和接收。

步骤304：数据差分信号(D±)传输至低速信号耦合电路108。在上述最佳实施例中，USB 2.0传输通讯接口的数据差分信号(D±)可能存在着小于200KHz的低频信号，其不利于后续信号分离，因此需先通过低速信号耦合电路108以使信号到达一定界限，方可利于后续信号分离。熟知所述项技术领域技艺者应当理解，步骤304可为选择性，乃因不同传输通讯接口而有所调整。

步骤306：于步骤302或步骤304后，数据差分信号(D±)传输至分离单元104。

步骤308：于分离单元104中，数据差分信号(D±)分离为一传送差分信号(D±TX)及一接收差分信号(D±RX)。分离单元104耦接于输入单元102，抑或是，耦接于低速信号耦合电路108，分离单元104如同第一最佳实施例所述亦可与第二最佳实施例的信号分离单元204互换。上述已详细描述分离单元104与信号分离单元204的原理及目的，藉由内部两组感应变压电路以将数据差分信号(D±)分离为传送差分信号(D±TX)及接收差分信号(D±RX)。

步骤310：于步骤308分离后的接收差分信号(D±RX)及传送差分信号(D±TX)可选择性地传输至转换单元110中，转换单元110内部具有HPF和LPF，两滤波器乃依频率大小以过滤所需的频率信号，举例而言，HPF允许频率大于1GHz的信号通过，LPF允许频率小于500MHz的信号通过。转换单元110目的在于：HPF得将较高频的信号传送至USB 3.0传输通讯接口，LPF得将较低频的信号传送至USB 2.0传输通讯接口。熟知所述项技术领域技艺者应当理解，步骤310及转换单元110得依照需求有弹性选择。

步骤312：分离后的传送差分信号(D±TX)及接收差分信号(D±RX)分别通过传送通道及接收通道传输至输出单元106。在一实施例中，输出单元106包含电子装置的总线接口端口，在最佳实施例中，输出单元106包含USB 3.0传输通讯接口，但并不以此为限。

结合上述步骤，方法300将半双工信号(D±)分离为全双工信号(D±TX&D±RX)，有助于不同传输通讯接口的兼容性，特别是半双工及全双工的兼容。

综上所述，本发明采用感应方法将半双工信号分离出两方向相异的差动信号，据此，解决公知生产成本。除此之外，本发明得应用于信号延长器，特别是支持USB 2.0及USB 3.0的信号延长器。

上述的目的在于解释，各种特定细节是为了提供对于本发明的彻底理解。熟知本发明领域的技艺人员应可实施本发明，而无需其中某些特定细节。在其他实施例中，公知的结构及装置并未显示于方块图中。在图示组件之间可能包括中间结构。所述的组件可能包括额外的输入和输出，其并未详细描绘于附图中。

于不同实施例所提的组件为单独电路，或者可将部分或全部组件整合于单一电路中，因而，所附的权利要求书中所述的不同组件可能对应一或多个电路的部分功能。

本发明包括各种处理程序，所述处理程序得以硬盘组件加以执行，或内嵌于计算机可读取指令中，其可形成一般或特殊目的且具有编程指令的处理器或逻辑电路，以执行程序，除此的外，所述程序也需由硬件及软件的组合加以执行。

本发明的部分提供计算机程序产品，其包括具有储存指令的非瞬时的计算机可读取媒体，其计算机程序(或其他电子组件)是根据本发明以执行处理程序。计算机可读取媒体可包括不局限于软性磁盘片、光学磁盘片、CD-ROMs、ROMs、RAMs、EPROMs、EEPROMs、磁体或光卡、闪存、或其他类型可适用于存取电子指令的媒体/计算机可读取媒体。另外，本发明亦可下载作为计算机程序产品，其中所述程序可由远程计算机传送至所指定的计算机。

用基本形式来描述方法，在未脱离本发明范畴下，任一方法或信息得自程序中增加或删除，熟知本领域技术的技术人员应可进一步改进或修正本发明，特定实施方式仅用以说明，非限制本发明。

若文中有一组件“A”耦接(或耦合)至组件“B”，组件A可能直接耦接(或耦合)至B，也或是经组件C间接地耦接(或耦合)至B。若说明书载明一组件、特征、结构、程序或特性A会导致组件、特征、结构、程序或特性B，其表示A至少为B的一部分原因，亦或是表示有其他组件、特征、结构、程序或特性协助造成B。在说明书中所提到的“可能”一词，其组件、特征、程序或特性不受限于说明书中；说明书中所提到的数量不受限于“一”或“一个”等词。

对熟悉此领域的技术人员，本发明虽以较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明的精神。在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改与类似的配置，均应包括在下述权利要求内，此范围应覆盖所有类似修改与类似结构，且应做最宽广的诠释。

本发明并未局限在此处所描述的特定细节特征。在本发明的精神与范畴下，先前描述与图示相关的许多不同的发明变更是允许的。因此，本发明将由下述的权利要求来包括其可能的修改变更，而非由上方描述来界定本发明的范畴。