一种能够对功耗和状态进行管理的USB有源光缆及插头的制作方法

一种能够对功耗和状态进行管理的usb有源光缆及插头
技术领域
1.本发明涉及一种usb数据传输领域，特别的适用于能够对功耗和状态进行管理的usb有源线缆。


背景技术：

2.随着usb协议的更新，传输速率在增加，纯铜线因本身具有的衰减特性，导致无法支持高速率的长距离传输，有源线缆成为越来越重要的一种传输方式。
3.当前有源线缆传输方法，提出了许多方案，包括：re-driver方案、re-timer以及纯光传输方案。其中，以光为传输介质的传输方案，因为可以线缆做到更轻，传输距离更远，而受到越来越多的关注。
4.无论是哪种传输方案，系统状态的检查和传递，以及功耗管理都是需要解决的问题。
5.在usb协议里，不具备单独传递一些状态信息的信号通道，所有的状态和数据都是通过一个通道进行传递的。也就是说，usb的数据通道即传输系统状态，又传输低速信号，还传输高速信号。这样一来，usb的有源传输装置如何传递系统状态，以及怎么实现功耗管理并保持传输装置两端插头的状态一致，进而保持整个usb系统的状态一致，就是一个很重要的问题。
6.功耗管理，主要需要满足usb协议中要求的省电状态，尤其是u3状态下，usb传输装置的耗电不能超过协议要求。默认的，在满足性能的基础上，应遵循功耗越小越好的原则。对于具有link层的hub或者re-timer传输方案来说，功耗管理不难实现，但是对于纯粹进行传输而不进行link层命令识别/管理的其他usb有源传输装置来说，如何实现功耗管理，是需要特别考虑的事情。尤其是对于有源光缆来说，不但要调节有源光缆本身的状态支持低功耗，在低功耗的状态下，还要能够检查两端插头连接的下行端口和上行端口的状态，并将下行端口的状态告知上行端口，将上行端口的状态告知下行端口，保持下行端口和上行端口状态的一致性。同时还要能够在系统进行唤醒操作时，及时唤醒有源光缆本身的电路，传输唤醒信号。
7.系统状态的检查和传递中，最关键要解决的就是下行端口和上行端口的插拔状态的检查和传输，也就是下行端口和上行端口的匹配端接（rx termination）状态的检查和传输。在usb协议规定的状态机中，rx.detect就是端口检查是否有usb3.x链接伙伴存在的一个状态，如果端口检查到低阻状态的匹配端接（rrx-dc）存在，那么就认为有与之匹配的上行端口/下行端口被插入处于连接状态，端口就会进入到polling阶段。对于铜线传输介质来说，rx termination状态的检查和传输不难实现。因为铜线是导体，本身具有传递电气特性的能力，rx termination状态通过铜线就能被传递。但是光介质不是导体，常规的电压、电阻和电流等电信号无法通过光纤传输，而对于纯光aoc来说，两端的供电都是完全独立，中间完全没有铜线连接，所以如何将rx termination状态进行实时传输就特别重要。
8.因此，对于usb有源光缆和usb插头，如何能够检查和传递不同的系统状态，并对功
耗进行管理，解决usb有源光缆的插拔检测和功耗管理等难题，实现usb信号在光传输介质上的有效传输，成为现有技术亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提出一种能够对功耗和状态进行管理的usb插头及有源光缆, 将有源光缆插头的发送单元和接收单元工作状态区分为初始化模式、省电模式和/或传输模式，针对每一种模式都提出了必要的工作要求和模式跳转条件，并且在省电模式下还能够进行插拔状态的检查和传输，从而便于进行有源光缆的功耗管理和系统状态的传递。本发明不但同时适用于各种供电方式的纯光线缆和混合线缆，并且还考虑到了非常规插拔等应用场景。
10.为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种能够对功耗和状态进行管理的usb有源光缆，其特征在于，包括：第一插头、第二插头以及连接第一插头和第二插头的光传输介质，第一插头，用于与主机连接，包括第一发送单元、第一接收单元、和第一控制单元；第一发送单元，包括第一电输入端口，第一发送高速传输电路和第一输出电路；第一接收单元，包括第一电输出端口、第一接收高速传输电路和第一输入电路；第二插头，用于与设备连接，包括第二发送单元、第二接收单元、和第二控制单元；第二发送单元，包括第二电输入端口，第二发送高速传输电路和第二输出电路；第二接收单元，包括第二电输出端口、第二接收高速传输电路和第二输入电路；响应于第一插头与主机连接：第一发送单元与第一接收单元上电，并各自进入初始化模式；初始化模式下，第一接收单元通过第一输入电路持续检测第一信号光，第一接收单元的第一电输出端口以t0间隔进行匹配端接检测，当检测到低阻状态端接匹配，第一控制单元使第一输出电路输出第一信号光，以及使第一发送单元进入传输模式；和/或响应于第二插头与设备连接，第二发送单元与第二接收单元上电，并各自进入初始化模式；在初始化模式下，第二接收单元的第二输入电路持续检测对端是否传来第一信号光，第二接收单元的第二电输出端口以t0间隔进行匹配端接检测，当检测到低阻状态端接匹配，第二控制单元使第二输出电路输出第一信号光，以通知第一插头，第二插头已经和设备连接，以及使第二发送单元进入传输模式。
11.可选的，在初始化模式的第一接收单元，当第一输入电路接收到第一信号光，使得第一接收单元进入传输模式，第一控制单元将第一电输入端口设置为低阻状态端接匹配，将设备与第二插头连接的状态告知主机。
12.可选的，在初始化模式的第二接收单元，当第二输入电路接收到第一信号光，使得第二接收单元进入传输模式，第二控制单元将第二电输入端口设置为低阻状态端接匹配，将主机与第一插头连接的状态告知设备。
13.可选的，当没有收到第一信号光，第一接收单元保持在初始化模式，第一接收单元在初始化模式下的功耗小于其在传输模式的功耗；当没有收到第一信号光，第二接收单元保持在初始化模式，第二接收单元在初始
化模式下的功耗小于其在传输模式的功耗。
14.可选的，在传输模式下的第一发送单元，当第一插头接收主机提供的发送数据，第一发送单元通过第一输出电路发出光来向对端的第二插头的第二接收单元发送数据；在传输模式下的第二接收单元，第二输入电路接收到第一输出电路传输来的光，通过第二接收高速传输电路，处理并发送给第二电输出端口，第二电输出端口将处理后的usb电信号发送给设备。
15.可选的，在传输模式下的第二发送单元，当第二插头接收设备提供的发送数据，第二发送单元通过第二输出电路发出光来向对端的第一插头的第一接收单元发送数据；在传输模式下的第一接收单元，第一输入电路接收到第二输出电路传输来的光，通过第一接收高速传输电路，处理并发送给第一电输出端口，第一电输出端口将处理后的usb电信号发送给主机。
16.可选的，当usb线缆的第二插头尚未接入设备而第一插头先与主机连接时：第一输入电路持续检测第一信号光，第一电输入端口保持在高阻端接状态；当第二插头接入设备后，第一输入电路接收到第一信号光，第一控制单元使得第一接收单元进入传输模式，第一电输入端口设置为低阻端接状态。
17.可选的，当usb线缆的第一插头尚未接入主机而第二插头先与设备连接时，第二输入电路持续检测第一信号光，第二电输入端口保持在高阻端接状态；当第一插头接入主机后，第二输入电路接收到第一信号光，第二控制单元使得第二接收单元进入传输模式，第二电输入端口设置为低阻状态端接匹配。
18.可选的，当第一插头或第二插头分别接入主机或设备后，各自等待t4时间再进入初始化模式；和/或，对于断开连接后不会掉电的usb插头，第一插头或第二插头在掉电后，再次上电时，各自等待t4时间，再进入初始化模式。
19.可选的，第一插头与第二插头各自的工作模式还包括省电模式；在省电模式的第一插头的第一电输出端口以t2间隔进行匹配端接检测，如果检测到匹配端接正常，则第一控制单元使得第一输出电路发出第二信号光；在省电模式的第二插头的第二输入电路以t3间隔进行轮询，当检测到第二信号光时，则第二插头保持在省电模式。
20.可选的，在省电模式的第一电输入端口响应于检测到ac信号输入，第一输出电路输出第一信号光，第一发送单元从省电模式进入传输模式；在省电模式的第二输入电路响应于检测到第一信号光，第二接收单元从省电模式进入传输模式。
21.可选的，在省电模式的第二插头的第二电输出端口以t2间隔进行匹配端接检测，如果检测到匹配端接正常，则第二控制单元使得第二输出电路发出第二信号光；在省电模式的第一插头的第一输入电路以t3间隔进行轮询，当检测到第二信号光时，则第一插头保持在省电模式。
22.可选的，t2时间为小于100ms的时间设置，t3的设定处于与之配对的对端插头的t2和t2+t4之间。
23.可选的，在省电模式的第一电输出端口以t2间隔轮询匹配端接检测，当第一电输
出端口没有检测到匹配端接时，第一插头直接进入初始化模式，将第一电输入端口设置为高阻状态端接匹配；或者第一插头等待t4后再进入初始化模式，将第一电输入端口设置为高阻状态端接匹配；和/或在省电模式的第二电输出端口以t2间隔轮询匹配端接检测，当第二电输出端口没有检测到匹配端接时，第二插头直接进入初始化模式，将第二电输入端口设置为高阻状态端接匹配；或者第二插头等待t后再进入初始化模式，将第二电输入端口设置为高阻状态端接匹配。
24.可选的，第一信号光与第二信号光不同。
25.本发明进一步公开了一种usb插头，用于与主机连接，包括：第一发送单元、第一接收单元、和第一控制单元；第一发送单元，包括第一电输入端口，第一发送高速传输电路和第一输出电路；第一接收单元，包括第一电输出端口、第一接收高速传输电路和第一输入电路；响应于所述usb插头与主机连接：第一发送单元与第一接收单元上电，并各自进入初始化模式；初始化模式下，第一接收单元通过第一输入电路持续检测第一信号光，第一接收单元的第一电输出端口以t0间隔进行匹配端接检测，当检测到低阻状态端接匹配，第一控制单元使第一输出电路输出第一信号光，以及使第一发送单元进入传输模式。
26.可选的，在初始化模式的第一接收单元，当第一输入电路接收到第一信号光，使得第一接收单元进入传输模式，第一控制单元将第一电输入端口设置为低阻状态端接匹配。
27.可选的，在传输模式下的第一发送单元，当所述usb插头接收主机提供的发送数据，第一发送单元通过第一输出电路发出光来向对端发送数据；和/或，在传输模式下的第一接收单元，第一输入电路接收到对端发送来的光，通过第一接收高速传输电路，处理并发送给第一电输出端口，第一电输出端口将处理后的usb电信号发送给主机。
28.可选的，所述usb插头的工作模式还包括省电模式；在省电模式的所述usb插头的第一电输出端口以t2间隔进行匹配端接检测，如果检测到匹配端接正常，则第一控制单元使得第一输出电路发出第二信号光；在省电模式的第一电输入端口响应于检测到ac信号输入，第一输出电路输出第一信号光，第一发送单元从省电模式进入传输模式；第一发送单元进入传输模式的同时，第一接收单元也进入传输模式。
29.本发明进一步公开了一种usb插头，用于与设备连接，包括：第二发送单元、第二接收单元、和第二控制单元；第二发送单元，包括第二电输入端口，第二发送高速传输电路和第二输出电路；第二接收单元，包括第二电输出端口、第二接收高速传输电路和第二输入电路；响应于所述usb插头与设备连接，第二发送单元与第二接收单元上电，并各自进入初始化模式；在初始化模式下，第二接收单元的第二输入电路持续检测对端是否传来第一信号光，第二接收单元的第二电输出端口以t0间隔进行匹配端接检测，当检测到低阻状态端接匹配，第二控制单元使第二输出电路输出第一信号光，以及使第二发送单元进入传输模式。
30.可选的，在初始化模式的第二接收单元，当第二输入电路接收到第一信号光，使得第二接收单元进入传输模式，第二控制单元将第二电输入端口设置为低阻状态端接匹配。
31.可选的，在传输模式下的第二接收单元，第二输入电路接收到对端发送来的光，通过第二接收高速传输电路，处理并发送给第二电输出端口，第二电输出端口将处理后的usb电信号发送给设备；和/或在传输模式下的第二发送单元，当所述usb插头接收设备提供的发送数据，第二发送单元通过第二输出电路发出光来向对端发送数据。
32.可选的，所述usb插头的工作模式还包括省电模式；在省电模式的usb插头的第二输入电路以t3间隔进行轮询，当检测到第二信号光时，则usb插头保持在省电模式；在省电模式的第二输入电路响应于检测到第一信号光，第二接收单元从省电模式进入传输模式；第二发送单元进入传输模式的同时，第二接收单元也进入传输模式。
33.本发明具有如下的优点：（1）基于发送单元和接收单元的单独控制，将有源光缆发送单元和接收单元的工作状态区分为初始化模式、省电模式和传输模式，针对每一种模式都提出了必要的工作要求和模式跳转条件，从而便于进行有源光缆的功耗管理；（2）在初始化模式，尤其是省电模式下，提出了检查和传递端口的匹配端接状态的方法，使得usb有源线缆能够保持状态的统一。
34.（3）针对usb插头存在两种不同情况的非常规插拔的情况，在模式跳转的方式上，进行了针对性的处理，以区分彻底断开和非常规插拔的多种不同应用情况。
35.（4）本发明同时适用于各种供电方式的纯光线缆和混合线缆。
附图说明
36.图1 是根据本发明具体实施例的能够对功耗和状态进行管理的usb插头的示意图；图2是根据本发明具体实施例的能够对功耗和状态进行管理的usb有源光缆的示意图；图3是根据本发明具体实施例的能够对功耗和状态进行管理的usb有源光缆的具体模块图；图4是根据本发明具体实施例的能够对功耗和状态进行管理的usb有源光缆的模式切换示意图。
37.图中的附图标记所分别指代的技术特征为：100、第一插头；200、第二插头；300、光传输介质；1、发送单元；11、电输入端口；12、输出电路；13、发送单元高速传输电路；；2、接收单元；21、电输出端口；22、输入电路；23、接收单元高速传输电路；3、控制单元；4、计时器；310、第一插头；320、第一发送单元；322、第一电输入端口；324、第一发送高速传输电路；326、第一输出电路；330、第一控制单元；340、第一接收单元；342、第一电输出端口；344、第一接收高速传输电路；346、第一输入电路；350、第二插头；360、第二发送单元；362、第二电输入端口；364、第二发送高速传输电路；366、第
二输出电路；370、第二控制单元；380、第二接收单元；382、第二电输出端口；384、第二接收高速传输电路；386、第二输入电路。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
39.本发明中，对于相应的概念给予如下规定：依照usb协议，称呼主机或者集线器上与设备相连接的端口为下行端口，称呼设备上与主机或者集线器相连接的端口为上行端口。usb线缆有2个插头，为了便于区分，可以称为第一插头和第二插头，其中插到下行端口上的称为第一插头，插到上行端口上的称为第二插头。在第一插头和第二插头中，均对应的具有发送单元和接收单元。usb传输为双向传输，为了便于区分2个数据流，称此双向数据流的2个方向为第一方向和第二方向。
40.第一方向是指下行端口将数据传给上行端口的方向，也可以称为下行方向；第二方向是指上行端口将数据传给下行端口的方向，也可以称为上行方向。
41.本发明主要在于：基于发送单元和接收单元的单独控制，利用控制单元对发送单元和接收单元的各个端口或者电路的状态进行检测，将有源光缆的usb插头中的发送单元和接收单元的工作状态区分为初始化模式、省电模式和传输模式，针对每一种模式都提出了必要的工作要求和模式跳转条件，从而便于进行有源光缆的功耗管理；进一步的，针对发送单元和接收单元的初始化模式尤其是省电模式，提出了检查和传递端口的匹配端接（rx termination）状态的方法，让上行端口、有源线缆以及下行端口所组成的usb系统，能够保持状态的统一；并且考虑区分了彻底断开和非常规插拔的2种不同应用情况。本发明还同时适用于各种供电方式的纯光线缆和混合线缆 。
42.需要说明的是，在本发明中，有源光缆usb插头中的发送单元和接收单元的传输模式对应usb协议中的u0和u1状态，在此状态下，不需要进行端口的匹配端接（rx termination）状态检查。
43.参见图1，公开了一种能够对功耗和状态进行管理的usb插头的示意图，该usb插头，适用于诸如光纤的光传输介质的有源光缆，可以作为其第一插头和第二插头，在本发明中，第一插头和第二插头均具有相同的结构，图中示意性的示出了该结构。在如下的说明中，以连接下行端口的第一插头100为例，解释usb插头的具体结构以及工作原理，第二插头200连接上行端口，但工作原理与第一插头相同。
44.具体的，该usb插头，包括发送单元1、接收单元2、控制单元3以及至少一个计时器4；其中发送单元1包括：电输入端口11、发送单元高速传输电路13、和输出电路12，其中，所述电输入端口11，连接到上行端口或下行端口，用于接收输入的需要传输的usb电信号，并且能够判断当前是否有ac信号输入，例如，当该usb插头与上行端口连接时，接收从上行端口输出的usb电信号，并判断是否有ac信号输入；所述电输入端口11上，还具有端接阻抗匹配电路（termination匹配电路），所述端接阻抗匹配电路提供符合usb协议要求的低阻状态匹配端接（rrx-dc），或者提供符合usb协
议要求的高阻状态匹配端接（zrx-high-imp-dc-pos）；所述发送单元高速传输电路13，将所述电输入端口11输入的usb电信号经过处理后发送给输出电路12；所述输出电路12，与光传输介质相连，发送光信号；所述接收单元2包括：电输出端口21、接收单元高速传输电路23和输入电路22；所述输入电路22，与光传输介质连接，用于接收上行端口或者下行端口中的另外一个传输过来的usb电信号转化的光信号，并且能够判断当前是否有光信号输入，例如，当该usb插头与上行端口连接时，则该usb插头的接收单元2的输入电路22则接收从对端的下行端口连接的usb插头的发送单元1传输过来的光信号；所述接收单元高速传输电路23，将所述输入电路22输出的信号经过处理后发送给电输出端口21；所述电输出端口21，向所述上行端口或下行端口中的一个输出所接收到的信号经过处理后的usb电信号，并且能够检测端口的匹配端接（rx termination）状态；控制单元3，用于从发送单元1和接收单元2接收相关的信息，判断发送单元和接收单元当前的工作模式，进行相应的控制操作，并使得发送单元和接收单元能够分别在不同的工作模式间跳转；计时器4，用于进行时间计数，可以计数电输入端口电气闲置状态的持续时间，以及其他用于工作模式跳转条件需要的时间计数操作,所述发送单元1和接收单元2的工作模式包括初始化模式、传输模式和省电模式。
45.对于所述初始化模式，在usb插头上电后发送单元1和接收单元2进入所述初始化模式。
46.发送单元在此状态下，电输入端口的端接阻抗匹配电路（termination匹配电路）配置成符合usb协议要求的高阻状态匹配端接（zrx-high-imp-dc-pos），输出电路默认状态为不发光；接收单元在此状态下，电输出端口以一定的时间间隔t0进行匹配端接（rx termination）检测，即rx detect操作，输入电路进行光信号检测。
47.其中，所述时间间隔t0优选为小于12ms的数值，例如8ms或者更小。
48.在初始化模式下，1）如果接收单元2的电输出端口21探测到符合usb协议要求的低阻状态匹配端接（rrx-dc），那么判断发现本usb插头被接入了上行端口或者下行端口，控制单元3控制输出电路12开光，发送第一信号光；相应的，如果接收单元2的电输出端口21探测到符合usb协议要求的高阻状态匹配端接（zrx-high-imp-dc-pos），那么判断发现本usb插头没有被接入上行端口或者下行端口，控制单元3控制输出电路12不发光/关光；即，从检测匹配端接来判断本端usb插头的连接状态；2）如果接收单元2的输入电路22发现对端插头发送第一信号光，那么控制单元3将本usb插头的发送单元1的电输入端口11的端接阻抗匹配电路（termination匹配电路）设置成符合usb协议要求的低阻状态匹配端接（rrx-dc），如果接收单元2的输入电路22发现对端插头没有发送第一信号光，那么控制单元3将本usb插头的发送单元1的电输入端口11的端接阻抗匹配电路（termination匹配电路）设
置成符合usb协议要求的高阻状态匹配端接（zrx-high-imp-dc-pos）可见，所述第一信号光具有一定的功率或者频率，进而使对端usb插头的接收单元的输入电路能够辨别。
49.即，从检测是否收到光信号来判断对端usb插头的连接状态；3）发送单元和接收单元可以分别进入传输模式：当接收单元2的电输出端口21探测到符合usb协议要求的低阻状态匹配端接（rrx-dc），判断本usb插头被接入了上行端口或者下行端口时，控制单元3在发送第一信号光的同时控制发送单元1进入传输模式；当接收单元2的输入电路22发现对端插头发送第一信号光时，控制单元3控制接收单元2进入传输模式；即发送单元和接收单元进入传输模式的判断标准彼此相互独立；4）进一步的，在usb有源光缆的使用中，存在这样一种非常规插拔的情况，本端的usb插头连接到上行端口或者下行端口后，在对端usb插头还没有连接上的时候，本端usb插头又因为人为或者故障原因断开连接了，即本发明中的第一种非常规插拔的情况。
50.因此，为了避免该种非常规插拔情况下usb有源光缆不能及时反应两端的插拔状态，采用如下方法控制发送单元和接收单元同时进入传输模式：只有当条件1：接收单元2的电输出端口21探测到符合usb协议要求的低阻状态匹配端接（rrx-dc），并且条件2：接收单元2的输入电路22发现对端插头发送第一信号光，同时满足条件1和条件2的时候，控制单元3才让发送单元1和接收单元2都进入传输模式，并且此时接收单元电输出端口的匹配端接检测操作才会停止；具体的，当只满足条件1，而条件2不满足时，按照本实施例，本端插头的工作模式不跳转，本端插头的匹配端接（rx termination）检测就会和光信号检测同时持续进行，不会停止。此时本端插头从已连接状态变成断开状态，本端插头能够查知此状态的变化，同时通过关闭光路的方式将此状态变化传递给对端插头，实现状态变化的实时传递，防止对端插头在本端插头又被拔出的情况下错误进入传输模式，并且对端插头还会通过将对端插头的发送单元1的电输入端口11的端接阻抗匹配电路（termination匹配电路）设置成符合usb协议要求的高阻状态匹配端接（zrx-high-imp-dc-pos），来将此状态变化传递给对端插头所连接的上行端口/下行端口；同理，当只满足条件2，而条件1不满足时，按照本实施例，本端插头的工作模式也不跳转，本端插头的光信号检测就会和本端的匹配端接（rx termination）检测同时持续进行，不会停止，此时对端插头从已连接状态变成断开状态，本端插头能够通过检测不到光信号查知此状态变化，不会错误进入传输模式，并且还能通过将本端插头的发送单元1的电输入端口11的端接阻抗匹配电路（termination匹配电路）设置成符合usb协议要求的高阻状态匹配端接（zrx-high-imp-dc-pos），来将此状态变化传递给本端插头所连接的上行端口/下行端口；因此，通过设立同时满足条件1和条件2才使得发送单元1和接收单元2都进入传输模式，能够避免在第一种非常规插拔的情况，本端插头错误的进入传输模式，进一步导致本
端插头甚至对端插头的状态设置错误。
51.5）初始化模式比传输模式功耗低。
52.优选的，usb插头上电后在初始化模式下各个部件的工作状态为，除了发送单元电输入端口的端接阻抗匹配电路需要配置成符合usb协议要求的高阻状态匹配端接（zrx-high-imp-dc-pos），以及接收单元电输出端口的匹配端接检测电路和输入电路的光信号检测电路需要处于工作状态，或者以一定时间间隔处于工作状态外，其他电路都处于不工作状态。
53.对于所述发送单元和接收单元的传输模式，在该模式下：发送单元和接收单元的高速信号传输电路等相关电路处于工作状态，能够进行信号的传输，发送单元和接收单元从传输模式可以跳转到省电模式。
54.按照usb协议，如果一个端口（上行端口或者下行端口）进入某种省电状态，那么此端口会发送信息给对端端口，让对端端口一起进入相同的省电状态，保持整个usb系统状态的统一。按照这一行为，本发明的有源光缆两个方向可以进行独立的省电模式判断，最终也会达到整个usb系统状态统一的结果。此外，有源光缆两个方向独立进行省电模式判断，也便于支持usb协议中的compliance mode状态和u1状态。compliance mode是usb协议规定的一种测试模式，在此模式下，usb系统只有一个方向持续进行信号的传输，另一个方向则大部分时间处于空闲状态。而u1状态需要传输也是只有一个方向需要传输ping.lfps信号。
55.发送单元从传输模式跳转到省电模式，具体方法如下：usb插头的发送单元1的电输入端口11持续进行ac信号检测，如果没有ac信号输入，则此时传输路径处于电气闲置（electrical idle）状态，当电气闲置（electrical idle）状态超过t1时间，则控制单元3将控制本usb插头的发送单元进入省电模式。
56.优选的，所述t1时间为大于300ms的时间设置。t1可以用计时器进行计时。
57.对于包括两个usb插头的usb有源光缆，两个usb插头的发送单元的电输入端口都可以持续进行ac信号检测并根据检测结果进入省电模式。
58.接收单元从传输模式跳转到省电模式，具体方法如下：usb插头的接收单元2的输入电路22持续检测是否有光信号被传递，一旦发现没光信号被传递，那么该usb插头的控制单元3将控制本usb插头的接收单元进入省电模式。
59.对于所述发送单元的省电模式：发送单元在该模式下，绝大多数电路处于不工作状态，例如包括高速传输电路13不工作，输出电路12也不会发光，但是电输入端口11的端接阻抗匹配电路（termination匹配电路）需要保持符合usb协议要求的低阻状态匹配端接（rrx-dc）。
60.为了能够在省电模式下检查和传递两端插头与端口的连接状态，同时保证能够及时从省电模式下被唤醒，只有极少数电路处于工作状态，或者按照一定的时间被唤醒进行工作，例如，发送单元1的电输入端口11检测ac信号输入的电路，具体如下：发送单元1的电输入端口11一直检测是否有ac信号被输入，一旦发现有ac信号被输入，那么控制单元3将唤醒发送单元高速信号传输通道等相关电路，让本usb插头的发送单元进入传输模式，并且发送第一信号光；如果此时本usb插头的接收单元也处于省电模式，那么控制单元3可以选择性的唤醒接收单元高速信号传输通道等相关电路，让本usb插头的接收单元也进入传输模式；
对于所述接收单元的省电模式，接收单元在该模式下，绝大多数电路处于不工作状态，例如包括高速传输电路23。
61.为了能够在省电模式下检查和传递两端插头与端口的连接状态，同时保证能够及时从省电模式下被唤醒，只有极少数电路处于工作状态，或者按照一定的时间被唤醒进行工作，例如，电输出端口21检测端口匹配端接状态的电路、以及输入电路22检测光信号输入的电路。具体如下：1）接收单元2的电输出端口21按照一定的时间间隔t2进行匹配端接（rx termination）检测，如果检测结果证明其所连接的上行端口或者下行端口一直在连接状态中，那么本usb插头发送单元1的电输入端口11的端接阻抗匹配电路（termination匹配电路）继续维持符合usb协议要求的低阻状态匹配端接（rrx-dc），并且控制单元3唤醒发送单元1的输出电路12，发送第二信号光给对端插头，然后再次关光进入不工作状态，此时本插头的接收单元2和发送单元1均维持省电模式；如果检测结果证明其所连接的上行端口或者下行端口已经断开连接，则控制单元3将控制本usb插头的发送单元1和接收单元2进入初始化模式，将发送单元1的电输入端口11的端接阻抗匹配电路（termination匹配电路）设置为符合usb协议要求的高阻状态匹配端接（zrx-high-imp-dc-pos）；2）接收单元2的输入电路22一直检测是否有光信号被传递，如果发现有第一信号光，则控制单元3将唤醒本插头接收单元2的高速信号传输电路等相关电路，让本usb插头的接收单元进入传输模式，同时，控制单元3也可以选择性的唤醒本usb插头发送单元1的高速信号传输电路等相关电路，让本usb插头的发送单元进入传输模式；如果发现有第二信号光，那么本usb插头的发送单元和接收单元将保持当前状态，仍然处于省电模式；如果超过一定的时间t3仍然没有发现任何光信号的输入，那么控制单元3控制本usb插头的发送单元和接收单元进入初始化模式，将发送单元1电输入端口11的端接阻抗匹配电路（termination匹配电路）设置为符合usb协议要求的高阻状态匹配端接（zrx-high-imp-dc-pos）。
62.可见，所述第二信号光具有不同于第一信号光的功率或者频率，可以传递本端的usb插头与端口仍然处于连接状态这一信息，但是不会触发模式转换，能让对端的usb插头的发送单元和接收单元维持省电模式。
63.优选的，所述usb插头的t2时间为小于100ms的时间设置。
64.t3的设定需要长于与之配对的对端插头t2的设定，优选为毫秒的量级。
65.3）进一步的，usb插头在使用中存在本发明的第二种非常规插拔的情况，即由于人为或者故障等原因导致其与上行端口或者下行端口进行了一次速度极快的断开连接再重新连接的操作，这种特殊情况会让与之连接的usb插头从省电模式进入初始化模式后，马上又从初始化模式进入了传输模式，但是此时对端插头可能还没有计时到t3，所以对端插头将不会查知这一次非常规插拔的动作，也无法将这一次的非常规插拔行为传递给与之连接的下行端口或者上行端口，这样会导致上行端口和下行端口的状态不统一，进而影响通信。
66.优选的，为了避免非常规插拔造成的usb系统两端状态不匹配的现象，对于断开连接后不会掉电的usb插头来说，在接收单元2的电输出端口21发现其所连接的上行端口或者下行端口已经断开连接后，需要继续维持本usb插头的不发光状态超过t4时间，然后控制单元3再控制本usb插头的发送单元和接收单元进入初始化模式。继续
维持不发光状态超过t4时间的目的是保证对端usb插头的t3超时，防止对端usb插头没有进入到初始化状态就直接转到传输模式，从而造成usb系统两端端口的状态不统一。
67.对于断开连接后会掉电的usb插头来说，在断开连接后，插头本身已经没有电，而上电之后，usb插头并不会记录断电之前是什么状态，所以需要让usb插头在上电之后，强制等待t4时间，在此时间内发送单元不会发光，接收单元也不会进行低阻状态匹配端接检测和光信号检测；然后控制单元3再控制本usb插头的发送单元和接收单元进入初始化模式。这样也能起到继续维持不发光状态超过t4时间的作用，进而防止对端usb插头没有进入到初始化状态就直接转到传输模式，从而造成usb系统两端端口状态不统一的问题发生。
68.在这种情况下，t3的设定应处于与之配对的对端插头的t2和t2+t4之间，并且需要考虑到两个插头计时器的时间差。
69.本发明中第二插头与第一插头具有相同的工作机制。
70.在第一插头中，本发明示例性的采用计时器作为时间记数操作，但本发明不以此为限，也可以具有其他时间记数功能的设备。或者，可以通过心跳等方式从插头外部获得时间记数信号，均在本发明的计时器的范围内。
71.参见图2，本发明进一步公开了一种利用上述的usb插头的usb有源光缆，包括第一插头100，第二插头200，以及连接第一插头和第二插头的光传输介质300；其中，所述第一插头和所述第二插头均为本发明的usb插头，第一插头的发送单元与第二插头的接收单元对应，第一插头的接收单元与第二插头的发送单元对应。
72.具体的，在第一方向，即下行方向上，第一插头的发送单元接收下行端口输出的电信号，经过处理转化为光信号，通过光传输介质传递给第二插头的接收单元；第二插头的接收单元接收到光传输介质传输过来的光信号，经过处理转变为需要的电信号再传送给上行端口的接收端。
73.在第二方向上，即上行方向上，第二插头的发送单元接收上行端口输出的电信号，经过处理转化为光信号，通过光传输介质传递给第一插头的接收单元；第一插头的接收单元接收到光传输介质传输过来的光信号，经过处理转变为需要的电信号再传送给下行端口的接收端。
74.进一步的，参见图3，示出了根据本发明具体实施例的能够对功耗和状态进行管理的usb有源光缆的具体模块图，该usb有源线缆包括第一插头310、第二插头350以及连接第一插头和第二插头的光传输介质，所述第一插头310与第二插头350与本发明描述的usb插头具有相同的部件，以及相同的功能。
75.第一插头310，用于与主机连接，包括第一发送单元320、第一接收单元340、和第一控制单元330；第一发送单元320，包括第一电输入端口322，第一发送高速传输电路324和第一输出电路326；第一接收单元340，包括第一电输出端口342、第一接收高速传输电路344和第一输入电路346；第二插头350，用于与设备连接，包括第二发送单元360、第二接收单元380、和第二控制单元370；
第二发送单元360，包括第二电输入端口362，第二发送高速传输电路364和第二输出电路366；第二接收单元380，包括第二电输出端口382、第二接收高速传输电路384和第二输入电路386。
76.如下的实施例分别描述所述usb有源线缆从初始化模式、传输模式以及省电模式之间的具体切换过程。
77.实施例1：本实施例用于描述当usb有源线缆插入主机或者设备后，usb插头进入初始化模式，以及从初始化模式到传输模式的切换。
78.（1）当第一插头310连接到主机时：响应于第一插头310与主机连接：第一发送单元与第一接收单元上电，并各自进入初始化模式；初始化模式下，第一接收单元通过第一输入电路346持续检测第一信号光；初始化模式下，第一接收单元的第一电输出端口342以t0间隔进行匹配端接检测，当检测到低阻状态端接匹配，第一控制单元使第一输出电路326输出第一信号光，以及使第一发送单元320进入传输模式。
79.（2）当第二插头350连接到设备时：响应于第二插头350与设备连接，第二发送单元与第二接收单元上电，并各自进入初始化模式；在初始化模式下，第二接收单元的第二输入电路386持续检测对端是否传来第一信号光；在初始化模式下，第二接收单元的第二电输出端口382以t0间隔进行匹配端接检测，当检测到低阻状态端接匹配，第二控制单元使第二输出电路366输出第一信号光，以通知第一插头，第二插头350已经和设备连接，以及使第二发送单元360进入传输模式。
80.可选的，在初始化模式的第一接收单元340，当第一输入电路346接收到第一信号光，使得第一接收单元340进入传输模式时，第一控制单元330将第一电输入端口322设置为低阻状态端接匹配，将设备与第二插头连接的状态告知主机。
81.在初始化模式的第二接收单元380，当第二输入电路386接收到第一信号光，使得第二接收单元380进入传输模式时，第二控制单元370将第二电输入端口362设置为低阻状态端接匹配，将主机与第一插头连接的状态告知设备。
82.当没有收到第一信号光，第一接收单元保持在初始化模式，第一接收单元在初始化模式下的功耗小于其在传输模式的功耗；当没有收到第一信号光，第二接收单元保持在初始化模式，第二接收单元在初始化模式下的功耗小于其在传输模式的功耗。
83.可选的，在传输模式下的第一发送单元320，当第一插头接收主机提供的发送数据，第一发送单元320通过第一输出电路326发出光来向对端的第二插头350的第二接收单元380发送数据；在传输模式下的第二接收单元380，第二输入电路386接收到第一输出电路326传输来的光，通过第二接收高速传输电路384，处理并发送给第二电输出端口382，第二电输出端口382将处理后的usb电信号发送给设备。
84.或者，在传输模式下的第二发送单元360，当第二插头接收设备提供的发送数据，
第二发送单元360通过第二输出电路366发出光来向对端的第一插头310的第一接收单元340发送数据；在传输模式下的第一接收单元340，第一输入电路346接收到第二输出电路366传输来的光，通过第一接收高速传输电路344，处理并发送给第一电输出端口342，第一电输出端口342将处理后的usb电信号发送给主机。
85.实施例2：本实施例是对实施例1的进一步补充，用于在明确当插头与主机与设备的插入时间不一致时，相关步骤进行方式。
86.（1）当usb线缆的第二插头尚未接入设备而第一插头限于主机连接时：第一输入电路346持续检测第一信号光，第一电输入端口322保持在高阻端接状态，主机识别不到设备接入，不发起对设备的数据传输；当第二插头接入设备后，第一输入电路346接收到第一信号光，第一控制单元330使得第一接收单元340进入传输模式，第一电输入端口322设置为低阻端接状态，主机识别到设备接入，能够进行数据传输。
87.（2）当usb线缆的第一插头尚未接入主机而第二插头先与设备连接时，第二输入电路386持续检测第一信号光，第二电输入端口362保持在高阻端接状态，设备识别不到主机接入，不发起对主机的数据传输；当第一插头接入主机后，第二输入电路386接收到第一信号光，第二控制单元370使得第二接收单元380进入传输模式，第二电输入端口362设置为低阻状态端接匹配，设备识别到主机接入，可以向主机发送数据。
88.实施例3：本实施例是对上述实施例的进一步补充，用于对进入初始状态进行进一步限定，防止usb系统两端端口状态不统一的问题发生。
89.当第一插头310或第二插头350分别接入主机或设备后，各自等待t4时间再进入初始化模式。
90.对于断开连接后不会掉电的usb插头，第一插头310或第二插头350在掉电后，再次上电时，各自等待t4时间，即继续维持本usb插头的不发光状态超过t4时间，再进入初始化模式。防止对端usb插头没有进入到初始化状态就直接转到传输模式，从而造成usb系统两端端口的状态不统一。
91.实施例4：第一插头与第二插头各自的工作模式还包括省电模式,本实施例，用于表示当usb有源光缆连接到主机和设备后，主机侧的第一插头如何保持在省电模式，以及从省电模式到传输模式的切换。
92.在省电模式的第一插头310的第一电输出端口342以t2间隔进行匹配端接检测，如果检测到匹配端接正常，即和主机处在连接中，则第一控制单元330使得第一输出电路326发出第二信号光，向第二插头350指示主机侧的连接正常；在省电模式的第二插头350的第二输入电路386以t3间隔进行轮询，当检测到第二信号光时，则第二插头保持在省电模式，此时第二插头已经收到第一插头仍然与主机保持连接的指示，只是没有发送数据。
93.进一步的，当主机发送数据时：在省电模式的第一电输入端口322响应于检测到ac信号输入，第一输出电路326输出第一信号光，第一发送单元320从省电模式进入传输模式；在省电模式的第二输入电路386响应于检测到第一信号光，第二接收单元380从省电模式进入传输模式，从对端的第一发送单元320的第一输出电路326处接收数据，并经过第二接收高速传输电路384处理后，通过第二电输出端口382，发送给设备；第一发送单元320进入传输模式的同时，第一接收单元340也进入传输模式，这是因为主机发送数据后，设备大概率会接下来向主机发送数据，所以第一接收单元340提前进入传输模式。
94.实施例5：本实施例，用于表示当usb有源光缆连接到主机和设备后，设备侧的第二插头如何保持在省电模式，以及从省电模式到传输模式的切换。
95.在省电模式的第二插头350的第二电输出端口382以t2间隔进行匹配端接检测，如果检测到匹配端接正常，即和设备处在连接中，则第二控制单元370使得第二输出电路366发出第二信号光，向第一插头310指示设备侧的连接正常；在省电模式的第一插头310的第一输入电路346以t3间隔进行轮询，当检测到第二信号光时，则本端的第一插头保持在省电模式，此时第一插头已经收到第二插头仍然与设备保持连接的指示，只是没有发送数据。
96.进一步的，当设备发送数据时：在省电模式的第二电输入端口362响应于检测到ac信号输入，第二输出电路366输出第一信号光，第二发送单元320从省电模式进入传输模式；在省电模式的第一输入电路346检测到第一信号光，第一接收单元340从省电模式进入传输模式，从对端的第二发送单元360的第二输出电路366处接收数据，并经过第一接收高速传输电路344处理后，通过第一电输出端口382，发送给主机；第二发送单元360进入传输模式的同时，第二接收单元380也进入传输模式，这是因为设备发送数据后，主机大概率会接下来向设备发送数据，所以第二接收单元380提前进入传输模式。
97.实施例6：本实施例用于描述主机或者设备掉线后，第一插头310和第二插头350的工作模式。
98.当主机掉线时，对于与主机相连的第一插头310：在省电模式的第一电输出端口342以t2间隔轮询匹配端接检测，当第一电输出端口342没有检测到匹配端接时，第一插头310直接进入初始化模式，将第一电输入端口322设置为高阻状态端接匹配；或者第一插头310等待t4后再进入初始化模式，将第一电输入端口322设置为高阻状态端接匹配，第一输出电路326不发光。
99.当设备掉线时，对于与设备相连的第二插头350：在省电模式的第二电输出端口382以t2间隔轮询匹配端接检测，当第二电输出端口382没有检测到匹配端接时，第二插头350直接进入初始化模式，将第二电输入端口362设置为高阻状态端接匹配；或者第二插头350等待t4后再进入初始化模式，将第二电输入端口
362设置为高阻状态端接匹配，第二输出电路386不发光。
100.类似于实施例3，第一插头310和第二插头350等待t4后再进入初始化模式，可以避免非常规插拔造成的usb系统两端状态不匹配的现象。
101.实施例7：本实施例用于描述第一插头310和第二插头350从传输模式到省电模式的转变。
102.在传输模式下，第一输入电路346和第二输入电路386在一段时间内如果没有接收到光信号，则第一控制单元330和第二控制单元370分别控制本usb插头的接收单元进入省电模式；在传输模式下，第一电输入端口322和第二电输入端口362在一段时间内如果没有接收到ac信号，则第一控制单元330和第二控制单元370分别控制本usb插头的发送单元进入省电模式。
103.参见图4，本发明通过实施例1-实施例7，分别描述了本发明所述的usb有源光缆在初始化模式、传输模式以及省电模式之间的相互切换。本领域技术人员知道，上述线缆能够均具有上述7个实施例的工作场景，或者其中若干个工作场景的组合，均在本发明所请求保护的范围内。
104.实施例8：本实施例用于描述与主机连接的usb插头310，即第一插头。
105.一种usb插头，用于与主机连接，包括：第一发送单元320、第一接收单元340、和第一控制单元330；第一发送单元320，包括第一电输入端口322，第一发送高速传输电路324和第一输出电路326；第一接收单元340，包括第一电输出端口342、第一接收高速传输电路344和第一输入电路346；响应于所述usb插头310与主机连接：第一发送单元与第一接收单元上电，并各自进入初始化模式；初始化模式下，第一接收单元通过第一输入电路346持续检测第一信号光，第一接收单元的第一电输出端口342以t0间隔进行匹配端接检测，当检测到低阻状态端接匹配，第一控制单元使第一输出电路326输出第一信号光，以及使第一发送单元320进入传输模式。
106.进一步的，在初始化模式的第一接收单元340，当第一输入电路346接收到第一信号光，使得第一接收单元340进入传输模式，第一控制单元330将第一电输入端口322设置为低阻状态端接匹配。
107.进一步的，在传输模式下的第一发送单元320，当所述usb插头接收主机提供的发送数据，第一发送单元320通过第一输出电路326发出光来向对端发送数据；和/或，在传输模式下的第一接收单元340，第一输入电路346接收到对端发送来的光，通过第一接收高速传输电路344，处理并发送给第一电输出端口342，第一电输出端口342将处理后的usb电信号发送给主机。
108.所述usb插头的工作模式还包括省电模式，进一步的：在省电模式的所述usb插头310的第一电输出端口342以t2间隔进行匹配端接检测，如果检测到匹配端接正常，则第一控制单元330使得第一输出电路326发出第二信号光；
在省电模式的第一电输入端口322响应于检测到ac信号输入，第一输出电路326输出第一信号光，第一发送单元320从省电模式进入传输模式；第一发送单元320进入传输模式的同时，第一接收单元340也进入传输模式。
109.实施例9：本实施例用于描述与设备连接的usb插头350，即第二插头。
110.一种usb插头，用于与设备连接，包括：第二发送单元360、第二接收单元380、和第二控制单元370；第二发送单元360，包括第二电输入端口362，第二发送高速传输电路364和第二输出电路366；第二接收单元380，包括第二电输出端口382、第二接收高速传输电路384和第二输入电路386；响应于所述usb插头350与设备连接，第二发送单元与第二接收单元上电，并各自进入初始化模式；在初始化模式下，第二接收单元的第二输入电路386持续检测对端是否传来第一信号光，第二接收单元的第二电输出端口382以t0间隔进行匹配端接检测，当检测到低阻状态端接匹配，第二控制单元使第二输出电路366输出第一信号光，以及使第二发送单元360进入传输模式。
111.进一步的，在初始化模式的第二接收单元380，当第二输入电路386接收到第一信号光，使得第二接收单元380进入传输模式，第二控制单元370将第二电输入端口362设置为低阻状态端接匹配。
112.进一步的，在传输模式下的第二接收单元380，第二输入电路386接收到对端发送来的光，通过第二接收高速传输电路384，处理并发送给第二电输出端口382，第二电输出端口382将处理后的usb电信号发送给设备；和/或在传输模式下的第二发送单元360，当usb插头接收设备提供的发送数据，第二发送单元360通过第二输出电路366发出光来向对端发送数据。
113.所述usb插头的工作模式还包括省电模式，进一步的：在省电模式的usb插头350的第二输入电路386以t3间隔进行轮询，当检测到第二信号光时，则usb插头保持在省电模式；在省电模式的第二输入电路386响应于检测到第一信号光，第二接收单元380从省电模式进入传输模式；第二发送单元360进入传输模式的同时，第二接收单元380也进入传输模式。
114.在实施例1-实施例9中，t2时间为小于100ms的时间设置，t3的设定应处于与之配对的对端插头的t2和t2+t4之间，在某些实施例中需要考虑到两个插头的时间差。
115.第一信号光与第二信号光不同，具体的，第二信号光具有不同于第一信号光的功率或者频率。
116.综上，本发明具有如下的优点：（1）基于发送单元和接收单元的单独控制，将有源光缆发送单元和接收单元的工作状态区分为初始化模式、省电模式和传输模式，针对每一种模式都提出了必要的工作要
求和模式跳转条件，从而便于进行有源光缆的功耗管理；（2）在初始化模式，尤其是省电模式下，提出了检查和传递端口的匹配端接状态的方法，使得usb有源线缆能够保持状态的统一。
117.（3）针对usb插头存在两种不同情况的非常规插拔的情况，在模式跳转的方式上，进行了针对性的处理，以区分彻底断开和非常规插拔的多种不同应用情况。
118.（4）本发明同时适用于各种供电方式的纯光线缆和混合线缆。
119.显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上,可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
120.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。