具有高速能力的隔离通用串行总线中继器的制作方法

本公开涉及串行数据通信，并且更具体地涉及串行数据通信中的电流隔离收发器。

背景技术：

1、近年来，通用串行总线(usb)技术在现代电子设备和外围设备之间的通信已经变得普遍。作为该技术的基础，usb通信是根据缆线和连接器的行业标准规范以及这些缆线和连接器上的接口协议进行的。这些协议控制计算机(包括智能手机)、外围设备和连接到这些计算机的其他设备之间的连接、通信和电源接口。近年来，usb连接已被广泛应用于各种设备，并在很大程度上取代了消费者级和企业级设备的其他互连技术。

2、usb通信技术的一个吸引人的特性是其易用性，特别是使用时可以将usb外围设备互连到主机或其他设备的灵活性，特别是经由集线器和总线分离器。usb网络本质上是自配置的，从而允许用户简单地将设备插入特设usb网络中或从特设usb网络移除设备，而无需配置设备设置、中断、i/o地址等。从制造商的角度来看，usb的使用消除了系统设计者为以后开发的外围设备开发专有接口的需要，或者实施接口硬件和软件以保持“传统”兼容性的需要。

3、然而，一些应用给usb接口带来了复杂性，尤其是在消耗相对高水平的功率的设备中。在某些情况下，经由usb连接的设备的系统接地电平处于不同的电压，或者usb连接设备中的一个设备的功耗可能导致显著的共模瞬态。在这些情况下，在连接设备之间的usb接口处需要电流隔离。为此，已经引入了带有隔离电力的usb收发器，这种收发器也被称为usb“中继器”。这些设备提供usb接口，诸如在总线分离器或集线器处，该usb接口包括隔离屏障，中继器收发器根据适用的usb标准跨越该隔离屏障进行通信。

4、通过进一步的背景技术，usb标准提供了多种数据速率的通信，其中每个数据速率类别由物理层的协议定义。从usb版本1.0开始，定义了12mbps的“全速”(fs)usb数据速率和1.5mbps的“低速”(ls)数据速率。后来版本的usb标准定义了480mbps的“高速”(hs)数据速率。虽然用于fs和ls通信的物理层操作规范和协议非常相似，但用于hs数据速率的物理层操作规范和协议与用于fs/ls通信的那些物理层操作规范和协议显著不同。

技术实现思路

1、根据一个方面，提供了一种用于通用串行总线(usb)通信的隔离中继器和对应的方法。隔离中继器在电流隔离屏障的任一侧上包括耦合到一对外部端子的前端电路系统、适于在一个或多个fs隔离信道上驱动和接收信号的全速(fs)收发器，以及适于在一个hs隔离信道上驱动信号并在另一个hs隔离信道上接收信号的高速(hs)收发器。前端电路系统将接收到的与hs数据相对应的信号编码为双态信号，以用于在一个hs隔离信道上传输，并且将接收到的与fs信令相对应的信号编码为双态信号，以用于在fs隔离信道中的一个或多个上传输。隔离屏障另一侧上的前端电路系统对在一个或多个fs隔离信道上接收到的双态信号和在hs隔离信道上接收到的双态信号进行解码，以用于在其外部端子处进行传输。

2、由这些方面中的一个或多个方面实现的技术优势包括usb网络中的隔离中继器的构造和操作有效地支持多种操作模式，例如包括高速(hs)操作模式以及全速(fs)和低速(ls)操作模式。在这些实施方式中，可以通过使用专用的hs隔离信道来进行hs数据的通信，并使用一个或多个fs/ls隔离信道来进行hs操作模式中的某些信令，来获得隔离中继器的构造效率。隔离中继器中跨越电流隔离屏障的隔离信道数量的减少降低了设备成本和功耗，并使hs隔离信道和收发器能够针对低抖动性能进行设计，同时fs隔离信道和收发器可以针对低功耗进行设计。

3、通过参考以下说明书及其附图，所描述的各方面所实现的其他技术优点对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。

技术特征：

1.一种用于通用串行总线通信即usb通信的隔离中继器，包括：

2.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统适于将在所述第一对端子处接收到的并且与fs数据和信令相对应的信号编码为由所述第一fs收发器在所述fs隔离信道中的一个或多个上传输的双态信号；

3.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统和所述第二前端电路系统适于将分别在所述第一对端子和所述第二对端子处接收到的并且与指示进入hs操作模式的握手序列相对应的信号编码为双态信号，以用于由所述第一fs收发器和所述二fs收发器分别在所述fs隔离信道中的一个或多个上进行传输；

4.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述hs隔离信道和所述fs隔离信道中的每一个包括电容隔离信道、电感隔离信道和光学隔离信道中的一个。

5.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一hs收发器包括：

6.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统、所述第一hs收发器和所述第一fs收发器从第一电源节点和第一接地节点偏置；

7.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统包括：

8.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统进一步包括：

9.根据权利要求8所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统适于通过执行多个操作来在hs数据的分组开始处编码双态信号，以用于由所述第一hs收发器和第一fs收发器进行传输，所述多个操作包括：

10.根据权利要求8所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统适于通过以下方式编码双态信号，以由所述第一hs收发器和所述第一fs收发器进行传输，以指示用于hs数据传输的分组结束：

11.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统适于将在所述第一对端子处接收到的并且与hs数据相对应的信号编码为由所述第一hs收发器在所述第一hs隔离信道上传输的单端信号；

12.根据权利要求1所述的中继器，其中，所述第一前端电路系统适于将在所述第一对端子处接收到的并且与hs数据相对应的差分信号编码为由所述第一hs收发器在所述第一hs隔离信道上传输的双态信号；

13.一种跨越电流隔离屏障传达与高速操作模式即hs操作模式和全速操作模式即fs操作模式相对应的通用串行总线信号即usb信号的方法，包括：

14.根据权利要求13所述的方法，其中，跨越所述隔离屏障传输双态信号的所述步骤各自包括：

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

18.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述双态信号为单端信号。

20.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述中继器的所述第一对端子处接收到的所述信号为差分信号；

21.一种通用串行总线中继器即usb中继器，其包括：

技术总结
一种用于通用串行总线(USB)通信的隔离中继器(300)和对应的方法。隔离中继器在电流隔离屏障(315)的任一侧上包括耦合到一对外部端子(UDP、UDM；DDP、DDM)的前端电路系统(350、360)、适于在一个或多个FS隔离信道(DP_LR、DM_LR、DP_RL、DM_RL)上驱动和接收信号的全速(FS)收发器(310、340)，以及适于在一个HS隔离信道(DHS_LR、DHS_RL)上驱动信号并在另一HS隔离信道(DHS_RL、DHS_LR)上接收信号的高速(HS)收发器。前端电路系统将接收到的与HS数据相对应的信号编码为双态信号，以用于在一个HS隔离信道上传输，并且将接收到的与HS信令相对应的信号编码为双态信号，以用于在FS隔离信道中的一个或多个上传输。隔离屏障另一侧上的前端电路系统对在一个或多个FS隔离信道上接收到的双态信号和在HS隔离信道上接收到的双态信号进行解码，以供在其外部端子处进行传输。

技术研发人员：A·S·克马斯,R·哈里哈兰,M·E·温特罗布
受保护的技术使用者：德克萨斯仪器股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15