一种实现USB远距离传输的方案分析

李晓斌　赵浪涛　曹军　邢敬宏

摘 要 USB接口作为电脑周边设备数据交换的必备接口之一，以其高速稳定且方便的传输性能大大方便了人们的日常生活。但是由于其传输距离只有3米这么短的缺点，阻碍了远距离场所的广泛应用。为了拓展USB接口的应用，本文讨论了一种延长USB传输距离的方案，通过CH315G系列芯片作为信号放大、转换和还原芯片，以RJ45接口为转换头，实现信号的放大、远距离传输和信号还原输入。并且通过科学的实验和论证，从而真正实现了USB达到200米远距离的传输的技术支持和产品研发。

【关键词】USB接口 远距离传输 信号放大 RJ45接口

USB接口已经在人们的日常生活中得以广泛应用，方便的实现了数码相机、智能手机、键盘、鼠标、打印机等设备和电脑的连接。从USB1.0、1.1、2.0发展到目前最新的USB3.0标准，数据传输带宽得以显著扩大，速度得以大幅提高，但延长传输距离依然是一大难题，最佳距离长度没有超过3米。从而影响了其在现代农业、工业控制、安全防卫、医疗监控及一些对传输距离有特殊要求的行业的应用范围和效果。USB传输距离的延长问题，理论上可以通过两种方案来实现。一种是直接延长USB线缆，但是由于信号衰减和干扰，使得这种方案的延长距离仍然不理想，最远只能达到20米左右；另一种是用RJ45水晶头作为转换接口，辅以数模，模数转换芯片和信号放大芯片，能够实现最远100米的理想距离的信号传输。但这两种方式无疑将USB的应用实现了最大化， 并且带来了良好的用户体验。本文主要介绍第二种延长方案和相应产品的研发。文章第二部分介绍研发此类产品的实验环境；第三部分介绍该方案的设计实现；第四部分介绍产品形式；最后是结语，总结了全文。

1 实验环境

1.1 电脑

为了测试USB信号的传输距离，需要一台普通的台式电脑或者笔记本电脑，操作系统为Windows 系列。并且此电脑需要有2-3个可用的USB口。

1.2 数模/模数转换芯片

我们采用的数模/模数转换芯片为CH315G系列芯片。每组芯片包括一个数模转换芯片，和一个模数转换新品。其中数模转换芯片实现信号放大和UP（上传），模数转换芯片实现信号还原和DOWN（下载）。

1.3 RJ45水晶头

两个或者更多的RJ45水晶头用来实现芯片和网线的连接。

1.4 网线

需要300米或更长的网线来测试USB信号的传输距离。

1.5 USB设备

可以是普通的USB摄像头、键盘或者鼠标等。

2 设计实现

2.1 工作原理

我们采用CH315G芯片作为USB 延长线控制芯片，其作用是实现USB 信号的实时中转和传输距离扩展。图一显示了USB延长方案的工作原理。USB信号首先从电脑通过USB接口输出，连接CH315G芯片上位机，首先把数字信号转换成模拟信号，并且放大。通过一个RJ45水晶头连接CH315G芯片上位机，网线的长度根据实际需要来确定，最长可以达到200米。网线另一端是一个RJ45水晶头，用于连接CH315G芯片下位机，然后把网线传输过来的模拟信号还原成标准的USB数字信号，再通过一个USB接口连接USB设备。

2.2 技术指标

CH315G 芯片内置了USB 信号扩展电路，可以支持5 类网线或者超5 类网线。对于12Mbps全速的USB信号，其传输距离实验环境不小于75 米；而对于1.5Mbps 低速的USB信号，理想传输距离不小于200 米。

3 产品形式

如图2所示。

4 结束语

本文详细论述了USB远距离传输的工作原理、设计实现和产品形式。本项目受兰州工业学院2014年度大学生科技创新项目的经费支持。

参考文献

[1]CH315手册.http：//www.docin.com/p-893 72981.html.2014 .

[2]郑杰.USB3.0编程宝典[M].北京：电子工业出版社，2013.

[3]陈志辉.USB开发手册[M].北京：中国铁道出版社，2014.

作者简介

李晓斌（1978-），男，博士生学历。现为兰州工业学院软件工程学院讲师。

作者单位

1.兰州工业学院软件工程学院 甘肃省兰州市 730050

2.兰州工业学院电气工程学院 甘肃省兰州市 730050

3.Jozef Stefan International Postgraduate School，Ljubljana 1000， Slovenia.