位址：武漢關東科技園波仕電子公司（430074） tel 0271usb 介面的幾種隔離方案
武漢波仕電子****
目前計算機的usb 介面已經大量使用，一般每台計算機都有2到4個usb 口。當一台計算機接多個usb 外部裝置時，如果這些外部裝置或者連線電纜中介入了高電壓干擾，就可能會燒壞計算機的usb 口甚至主機板。本文介紹的就是幾種對usb 介面的隔離保護方案。
波仕電子的usb 光電隔離技術
原理見圖1，其中d+、d-為usb 訊號，「光發射」是其中乙個光電隔離器的led （發光二極體），而「光接收」是另外乙個光電隔離器的光敏三極體及其訊號放大電路。圖1的電路只畫出了全部的一半，另外一半是完全一樣的，只是將「光發射」對準另外一半電路中的「光接收」（整個為乙個光電隔離器）、將「光接收」對準另外一半電路中的「光發射」（整個為另外乙個光電隔離器）。
圖1圖1為將usb 訊號（d+、d —）轉換為光訊號的原理框圖。usb 訊號檢測電路
（1）將d+和d —變換為「或」門輸出dor 1和差分比較器輸出rcv 1。一雙可控三態緩衝器
（2）通過控制端en 來控制邏輯「通」與「端」。當en=「0」時，dor=dor 1、rcv=rcv 1。而當en=「1」時，dor 和rcv 為高阻狀態。
光發射驅動電路（3）將dor 和rcv 轉換為三種光強度（亮、半亮、暗）。光接收電路（4）將接收到的三種光強度（亮、半亮、暗）恢復為d+和d —的三種狀態。光接收電路（4）的輸出之一h 的狀態變化觸發單穩延時電路（5）。
單穩延時電路（5）的輸出en 平時（即usb 訊號處於閒置狀態時）為「0」，當其輸入h 有下降延（即由「1」變為「0」）時輸出en 由「0」變為「1」並且保持為「1」大約1000us
，然後恢復為「0」。另一雙可控三態緩衝器（2）通過控制端en來控制來控制邏輯「通」與「斷」，當en=「1」時，vp=h、vm=l，而當en=「0」時輸出vp、vm為高阻狀態。
圖2波仕usb光電隔離器秉承波仕轉換器的一貫特色，具有超小型的外形(50*24*70mm)、支援usb2.0全速（12mbps）速率、隔離2500v電壓、無須外接電源、無須驅動程式。波仕電子的這種技術已經取得專利，zl02284234.
1。波仕usb光電隔離器的使用非常簡單，與一根普通的usb延長電纜的使用是一樣的。bs-usb產品的上位機側的電纜為a型插頭，直接外插計算機的usb插座。
bs-usb產品的下位機側的電纜為a型插座，用於外接usb裝置（比如u盤、usb/rs-232轉換器）的插頭。也就是說，當bs-usb產品的a型插頭外插計算機的usb口時，bs-usb的a型插座就相當於是乙個已經隔離的usb口。由於bs-usb自帶隔離dc/dc 並且自耗一定功率，所以對外驅動能力小於原計算機usb口的驅動能力。
bs-usb特別適合具有usb口的醫療儀器、高電壓資料採集裝置等。
當bs-usb只插計算機的usb口而不接外設（比如u盤、usb/rs-232轉換器）時，bs-usb 產品是不需要驅動程式的。只有將外設插到bs-usb產品上後，計算機才會需要驅動程式，而這個驅動程式與外設直接插計算機的usb口時的驅動程式是一樣的。
bs-usb僅僅是乙個透明的物理隔離，與計算機作業系統無關。自然，bs-usb支援各種作業系統，windowsxp/2000/me/98等都可以。
無線usb隔離方案
採用無線方案的usb口當然實現了絕對電氣隔離，儘管無線方案存在干擾、保密性能差的缺點。通常我們見到或者使用的無線usb發射器機器配套的外設（比如藍芽裝置）並不是通用的usb無線隔離方案，因為無線外設並不能夠外插標準的usb裝置，比如u盤、usb/rs-232轉換器等。
在此領域公開宣布有產品的目前只有美國貝爾金（belkin）公司。貝爾金在2023年國際消費電子展（ces）上首次展出這款無線usb hub（belkin cable-free usb hub）。這是第一款用上超寬頻技術（ultrawideband technology）的消費產品。
但此款產品原先使用的freescale晶元由於暫時無法和intel支援的無線usb標準相容，貝爾金迫不得已只好尋找另外乙個uwb（超寬頻縮寫）晶元製造商wisair。經過重新設計之後，這款usb hub又最終發布在2007的ces上了，供大家銷售和評測。評測的結果表明，此產品的優點在於安裝簡易（在windows xp下），缺點是速度很慢、**比較貴(型號f5u301，**200美圓)。
產品見圖3。cable free對u盤和行動硬碟的實際讀取速率大概只有1.5 mbyte/sec。
圖3這款產品實際上是使用了uwb技術的無線usb擴充套件器，代替了我們比較常見的 802.11b/g 或者藍芽技術。簡單的表述就是：
乙個可以接入usb裝置的4口hub，只能連線到winxp sp2系統的電腦上。貝爾金稱此款hub支援「usb印表機，照相機，掃瞄器，以及其他裝置」。但使用手冊上卻提示不支援具有同步端點的「音訊裝置」（usb音訊類）和一些網路攝影（usb**類）裝置。
該無線hub使用wisair 531 / 502 uwb晶元以及star str9104 arm922-相容 risc cpu。配套的usb 發射器也是使用wisair 531 / 502晶元和usb控制器。
工業通訊用途的usb隔離方案
在某些工業通訊的場合，需要從usb口轉換出rs-232或者rs-485用於序列通訊。這時可以通過對usb口轉換出的rs-232串列埠加rs-232光電隔離器，波仕電子的典型產品是usb232和bs232-9（見圖4）的組合。或者採用光電隔離的usb與串列埠（rs-232/485/422
通用）的轉換器，波仕的典型產品是usb232gl1（見圖5）。這兩種方案大大簡化了usb口的隔離方法，而且還是無源的。如果兩台計算機想通過usb口相互傳輸資料而且要求隔離，那麼最好就採用這種將usb轉換成為隔離串列埠的方案。
圖4圖5
波仕usb232gl1光電隔離微型usb/串列埠轉換器秉承波仕轉換器的一貫特色，具有超小型的外形(80*23*47mm)、rs-232、rs-485、rs-422通用，可以虛擬成為本地com串列埠(com1-com256)、無須修改已有的串列埠通訊軟體。同時波仕贈送usb-串列埠影射程式。波仕usb232gl1是世界上最小的、也是使用最簡便的光隔usb/串列埠轉換器、實現了usb與串列埠的光電隔離。
如果usb口是用於接印表機，那麼可以選用usb列印伺服器。這是通過將乙太網轉換出用於接印表機的usb口。我們知道，乙太網本身是採用變壓器隔離的，這就自然實現了usb的變壓器電氣隔離方案。
這種列印伺服器安裝後虛擬出乙個列印口，從原理上講也就只能夠接印表機。當然從usb轉換出乙太網再經過乙太網到usb的轉換也一樣可以實現usb 的變壓器隔離，但是原理以及軟體的使用與乙太網直接轉usb的列印伺服器方案是一樣的，並不是真正意義的usb直接隔離。
實現usb電氣隔離的技術難點
當初usb的出現是為了統一計算機的各種外設介面，取代ps/2滑鼠口、鍵盤口、列印口等，特別是取代蘋果的fieware（火線）甚至ieee-1394口。為了在與後者的競爭中取得優勢，usb的引腳數就不可能多於後者的4個。而地線、電源線就佔了2個，訊號線就只剩餘2個了。
這與傳統的ps/2、rs-232、列印口、乙太網都有空餘線的做法大不一樣。同時這樣做的結果就使得usb的改進（除了速度改進）餘地很小、特別是電氣隔離的改進非常困難。usb口的電氣隔離技術改進的難點就在於缺少usb的方向訊號而usb的兩個訊號線d+和d—又是不分方向的。
usb訊號流的方向是靠d+、d—兩個訊號的幅值一起來判斷的，而且並不是它們的差值。在usb光電隔離方案、無線電氣隔離以及乙太網隔離的方案中，難點都在於將usb訊號怎樣分開為傳送與接收兩部分。如果usb口本身有乙個能夠表明資料是傳送還是接收的訊號線，那麼usb的電氣隔離就好解決多了。
在現有的usb2.0以及usb1.0版本中都缺少一根表明usb資料方向（傳送還是接收）的訊號線，而指望usb標準增加專門的這根方向標誌線是不現實的。
usb的接頭機械標準就是4根線，是不可能改變的。我們認為usb標準最有可能的改進在於電源線（+5v）。目前的電源線永遠是固定的+5v（或者低電壓版的+3.
3v），其實可以在這根線中增加瞬時低電平脈衝訊號作為usb訊號方向標誌。這個瞬時低電平脈衝訊號只用於表明傳送一幀資料的開始，並不一定需要在整個傳送資料的時間段一直保持低電平，而且電平也不需要低到0，只要低到2/3的高電平可以識別即可。而這樣的瞬時低電平並不明顯影響usb口的對外設供電能力。
我們只能夠指望將來可能的usb3.0版本了。
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1選單欄，位於操作介面的最上方，同其它軟體，不在贅述。2圖形繪製區，它是幾何圖形繪製和網格劃分操作的工作區。3檢視控制區 global control 利用它可以從各個角度觀察正在繪製的圖形。檢視控制面板中的命令分為兩部分，上面的一排四個圖示是檢視顯示與否的控制按鈕。滑鼠也可控制檢視中模型的顯示 左...
DOS使用者介面的設計
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