[发明专利]具有电流隔离的USB集线器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及2011年6月24日提交的名称为“Virtual Hubs for Communication Interface”的共同未决的非临时专利申请USSN13/168919，在此通过引用合并其全部内容。

背景技术

随着现代技术的重点因包括数据存储、输出传送和设备控制在内的重要功能的不断增长而落在了数字数据的传输和通信上，数字通信接口已变得广泛流传。这些接口包括标准通信规范，例如通用串行总线（USB）、串行高级技术附件（SATA）、等。这些接口用于大量计算机和其它电子设备的应用。

USB例如是允许主机和一个或多个外围设备之间的数据通信的常用的接口标准。USB接口上的通信可以使用各种格式和速度。通常，“低速”或“LS”的数据传输率为1.5Mbit/s,“全速”或“FS”的数据传输率为12Mbit/s，“高速”或“HS”的数据传输率为480Mbit/s，并且“超速”或“SS”的数据传输率为5Gbit/s。

主机控制器可以使用USB通信接口来与外围设备进行通信。USB通信接口（或“系统”）可以包括一个或多个可以将多个外围设备串联地连接到主机的USB集线器。典型地，每个USB集线器具有多个到其它USB集线器或者直接到外围设备的下游端口。

图1（现有技术）是传统USB集线器100的框图，其包括：“上游”通用串行总线（USB）高速（HS）模拟前端（AFE）（“USB HS AFE”）块104、“下游”USB HS AFE块106和集线器核（core）102。虽然仅示出了单个下游HS AFE块，典型地可以存在一个以上的下游HS AFE块。HS AFE块104和106提供用于从其它的外置设备、主机设备或集线器连接到集线器100的线缆（未示出）的模拟接口，以及到集线器核102中的电路的数字接口。虽然被标记为HS,但是块104和106也可以以较慢的速度（LS和ES）来处理流量。典型地，将HS AFE块104和106连接到集线器核102的数字数据总线基于UTMI（USB收发器宏单元接口）协议，其可以具有多至40或50根互连线。

集线器核102包括用于集线器的各种控制功能的集线器控制器108，这些控制功能包括从主机设备（未示出）接收配置指令和与主机设备保持通信。事务翻译器（TT）110包括在集线器核中以对高速（HS）分离事务作出响应且（如果需要的话）将它们翻译成与附接在集线器的面对下游的端口上的任何全速或低速设备相兼容的全速（FS）或低速（LS）事务。端口路由逻辑112包括在集线器核中以对特定的下游端口和上游端口之间的高速数据包进行路由，并且对下游端口和事务翻译器110之间的低速和全速数据包进行分发。上游端口逻辑块116和下游端口逻辑块118对由集线器检测并产生的USB专用信令进行控制。每一个集线器100重新对数据进行时钟控制以在上游和下游方向提供其自身本地时钟化的输出数据（例如，以便控制抖动），从而提供具有适当定时的信号。上游和下游端口逻辑块116、118均包括时钟数据恢复（CDR）块以基于数据流的边沿来恢复时钟信号，而且上游和下游端口逻辑块116、118还均包括弹性缓冲器以在时钟恢复需要时对信号进行缓冲。

针对USB通信接口（包括USB集线器）的应用随着配备有USB接口的多种设备而不断地扩展。由于这些设备从主机设备进一步扩展，尤其是在工业环境中，诸如电压尖峰、接地回路和浪涌之类的问题可能负面地影响在USB总线上传送的数据的完整性。为了解决这些问题，理想的是，使电流隔离与USB通信接口相结合。

电流隔离典型地防止跨过隔离接口的DC电压和电流的互连。如果被传送的数据具有相当高的频率则也隔离低频AC电压（例如50-60Hz线功率频率）。诸如耦合电容器、变压器或者光学设备之类的设备通常用于针对高速电子数据的电流隔离。较少见的是使用机械或声隔离器，因为它们的频率响应可能不足以用于高速数据传送。典型地，工业应用可能要求高达2500Volt RMS隔离。

已经发现电流隔离可能引入其自身的一系列问题，尤其是在高速（480MHz）USB设备的情况下。与数据通信总线串联地设置任何部件（例如变压器）将引入传送滞后，该传送滞后将影响信号的相对定时（或抖动）。