目前計(jì)算機(jī)的USB接口已經(jīng)大量使用，一般每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有多個(gè)USB口。當(dāng)USB的通信距離超過(guò)幾十米后，采用電纜連接方案甚至無(wú)線方案都已經(jīng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，目前只有光纖可以實(shí)現(xiàn)USB的遠(yuǎn)程通信。本文介紹的就是幾種通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)USB的遠(yuǎn)程通信的方案。
USB口已經(jīng)成為了計(jì)算機(jī)最重要的外部接口，幾乎可以代替所有外部接口。USB的規(guī)范規(guī)定USB的通信距離最多5米(用USB-HUB級(jí)連)。市場(chǎng)上還有一種用RJ-45線傳輸?shù)腢SB遠(yuǎn)程延長(zhǎng)器，據(jù)說(shuō)可以到50米。更遠(yuǎn)的USB通信目前只能夠用光纖實(shí)現(xiàn)：多模光纖最遠(yuǎn)4Km，單模光纖最遠(yuǎn)40Km。
首先認(rèn)識(shí)一下USB的通用性，也就理解了USB的重要性。按照用途的通用性對(duì)幾種常用的外部接口進(jìn)行排隊(duì)：USB≥以太網(wǎng)口〉串口〉PS/2、打印口等。USB口可以方便地轉(zhuǎn)換出以太網(wǎng)口、串口以及PS/2口、打印口、甚至音頻、視頻口等。反過(guò)來(lái)，串口以及PS/2口、打印口等無(wú)法生成USB口，因?yàn)閁SB的規(guī)范更加復(fù)雜。只有以太網(wǎng)口加上電源才可以生成USB口，并且需要專門的軟件支持。當(dāng)然計(jì)算機(jī)的內(nèi)部總線接口通用性最好：臺(tái)式機(jī)的PCI口、筆記本的PCMCIA口完全可以生成USB口，而且無(wú)須驅(qū)動(dòng)程序。
USB2.0以及USB1.0 的規(guī)范沒(méi)有光纖接口。雖然將來(lái)的USB3.0可能會(huì)帶有光纖接口，但是仔細(xì)研究USB3.0規(guī)范就知道USB3.0實(shí)際上是分為兩個(gè)部分的：傳統(tǒng)的USB2.0部分和延伸的特定USB3.0部分。只有延伸的特定USB3.0部分是可能會(huì)有光纖通信功能的，但是這部分并不兼容USB2.0。而USB2.0是完全兼容USB1.0的。
工業(yè)通信用的USB-串口光纖通信方案
在一些工業(yè)通信的場(chǎng)合，由于數(shù)據(jù)量不大并且特別要求實(shí)時(shí)性，往往采用串行通信，通信協(xié)議為RS-232或者RS-485。工業(yè)計(jì)算機(jī)的USB口可以通過(guò)光纖以RS-232或者RS-485協(xié)議進(jìn)行串行通信。這時(shí)可以選用USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器，波仕電子的典型產(chǎn)品是OPTU232L1(多模)和OPTU232SL1(單模)，如圖1。波仕電子發(fā)明和首創(chuàng)了USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器、同時(shí)也是世界上唯一的USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器，專利號(hào)200730098650。波仕電子的OPTU232L1和OPTU232SL1是最新一代USB光纖通信產(chǎn)品，直接從USB口轉(zhuǎn)換出一對(duì)光纖收發(fā)頭用于傳輸串口信號(hào)，而且無(wú)須供電。波仕OPTU232L1和OPTU232SL1微型USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器具有超小型的外形(74*23*47mm)、可以將USB口虛擬成為本地COM串口(COM1-COM256)、無(wú)須修改已有的串口通信軟件。驅(qū)動(dòng)程序同波仕USB232系列轉(zhuǎn)換器，支持Windows XP/CE 、LINUX、Mac OS等。
圖1
由于OPTU232L1(或OPTU232SL1)傳輸?shù)倪�是串口信號(hào)，所以必須成對(duì)使用或者與波仕的其他串口/光纖轉(zhuǎn)換器配對(duì)使用。由于采用光纖作為通信傳輸介質(zhì)，具有隔離高電壓、防電磁干擾、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。OPTU232SL1的傳輸介質(zhì)為單模光纖、OPTU232L1的傳輸介質(zhì)為多模光纖，但是外形和驅(qū)動(dòng)程序是完全一樣的。這種方案大大簡(jiǎn)化了USB口的光纖遠(yuǎn)程通信，圖2為OPTU232L1與波仕的串口/光纖中繼轉(zhuǎn)換器組網(wǎng)通信圖。兩邊的計(jì)算機(jī)都配置好USB/串口光纖轉(zhuǎn)換器并且連接好后，用“串口調(diào)試助手”軟件或者其他串口通信軟件就可以傳輸數(shù)據(jù)和文件了。
圖2
用以太網(wǎng)光纖實(shí)現(xiàn)的USB光纖通信方案
以上的方案為兩邊都是計(jì)算機(jī)，都能夠安裝驅(qū)動(dòng)程序。如果上面的應(yīng)用中僅有一邊為計(jì)算機(jī)，而另外一邊為USB設(shè)備呢?由于USB設(shè)備不能夠安裝驅(qū)動(dòng)程序，就必須采用其它的USB光纖通信方案。在常用的幾種外部接口中，目前采用光纖傳輸技術(shù)比較成熟的是以太網(wǎng)。先通過(guò)光纖將以太網(wǎng)延長(zhǎng)到遠(yuǎn)端，然后將遠(yuǎn)端的以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換成為USB口，這樣就實(shí)現(xiàn)了USB的光纖遠(yuǎn)程通信。而現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)都有以太網(wǎng)口，即使沒(méi)有以太網(wǎng)口的情況下從USB口轉(zhuǎn)換出一個(gè)以太網(wǎng)口也是很方便的。
以太網(wǎng)光纖轉(zhuǎn)換器分單模光纖和多模光纖兩種產(chǎn)品，都能夠把以太網(wǎng)信號(hào)從銅纜雙絞線介質(zhì)信號(hào)轉(zhuǎn)換為光纖介質(zhì)信號(hào)。支持IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)、可將 10BASE-T/100BASE-TX以太網(wǎng)雙絞線信號(hào)轉(zhuǎn)換成100Base- FX以太網(wǎng)光纖信號(hào),產(chǎn)品提供一個(gè)雙絞線RJ- 45接口和一個(gè)光纖接口(一般為SC頭)。以太網(wǎng)單模光纖轉(zhuǎn)換器可以最遠(yuǎn)傳輸40Km~60Km，以太網(wǎng)多模光纖轉(zhuǎn)換器可以最遠(yuǎn)傳輸2~4Km。
相對(duì)來(lái)講，從以太網(wǎng)口轉(zhuǎn)換出USB口是比較不通用的、非主流的技術(shù)。早期的類似產(chǎn)品稱為USB打印服務(wù)器(USB PRINTER SERVER)。之所以稱為USB打印服務(wù)器而不是USB服務(wù)器或者以太網(wǎng)/USB轉(zhuǎn)換器是因?yàn)檫@些產(chǎn)品生成的USB口只能夠支持USB打印機(jī)，甚至只支持某些品牌的某些型號(hào)的打印機(jī)。由于USB遠(yuǎn)程應(yīng)用中許多都是打印機(jī)，所以這些產(chǎn)品今天仍然廣泛應(yīng)用。用電纜傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)的最遠(yuǎn)距離為150米。現(xiàn)在USB口的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，比如說(shuō)，我們經(jīng)常用U盤、USB攝像頭等。幸運(yùn)的是，USB網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(也稱為：以太網(wǎng)/USB轉(zhuǎn)換器)技術(shù)和產(chǎn)品也在進(jìn)步，我們對(duì)最新的一款NETWORKING USB SERVER(USB網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器)的產(chǎn)品(如圖3)進(jìn)行了測(cè)試，該產(chǎn)品支持USB存儲(chǔ)盤、USB/串口轉(zhuǎn)換器、USB攝像頭等，當(dāng)然也支持USB打印機(jī)，符合USB2.0協(xié)議，也可以接USB-HUB擴(kuò)展USB口。這款產(chǎn)品的默認(rèn)IP地址為169.254.10.10，注意計(jì)算機(jī)的以太網(wǎng)口地址段的前2位要一樣。比如在產(chǎn)品的USB插座上外插U盤，配套的軟件“Lanch Networking USB Server”(如圖4)會(huì)顯示已經(jīng)連接U盤。打開(kāi)計(jì)算機(jī)的“資源管理器”就可以讀寫這個(gè)U盤了。如果外插USB/串口轉(zhuǎn)換器，配套軟件還會(huì)提示安裝轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)程序。
圖3 圖4
最后將“USB網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器”接入以太網(wǎng)光纖收發(fā)器的遠(yuǎn)程以太網(wǎng)口，并且插上U盤，如圖5。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)這時(shí)軟件“Lanch Networking USB Server”運(yùn)行的結(jié)果與直接接入計(jì)算機(jī)的以太網(wǎng)口時(shí)是一樣的，還是如圖4。兩個(gè)“以太網(wǎng)光纖收發(fā)器”之間連接的光纖可以最遠(yuǎn)到4Km(多模)或者60Km(單模)。這樣就實(shí)現(xiàn)了USB的光纖遠(yuǎn)程通信。
圖5
USB的標(biāo)準(zhǔn)通信距離(最遠(yuǎn)5米)是USB標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，遺憾的是，USB3.0雖然將傳輸速率的理論值從USB2.0的480Mb提高到了4800Mb，電纜從4芯增加到了9芯，而標(biāo)準(zhǔn)通信距離卻從5米減少到了3米。也就是說(shuō)，USB3.0只要通信距離超過(guò)3米，可能唯一有效解決的方法就是光纖。這可能也是為什么USB3.0規(guī)范中考慮到了光纖通信接口的原因。象現(xiàn)在市場(chǎng)上的一種用RJ-45線傳輸50米的USB延長(zhǎng)器對(duì)USB3.0肯定是無(wú)效的，因?yàn)樗荱SB1.0的，它的基本原理是增加電源線以及信號(hào)線的電流強(qiáng)度。
