远程USB光纤传输系统远端设备工作性能分析.pdf

第四届中国国际光通信产业发展高峰论坛第五届中国光通信论坛 远程USB光纤传输系统远端设备工作性能分析 孟翔鹭李新碗卢加林吴龟灵陈建平 {上海交通大学“区域光纤通信网与新型光通信系统”国家重点实验室) 摘要：远程USB光纤传输系统将USB技术与光纤技术相结合，扩展了USB技术的使用范围，但特 定的工作环境可能会对其远端设备的工作性能造成影响。本文针对USB光纤传输系统的一个应用实例 ——深海图像采集系统，分析了工作环境．特别是电磁干扰(EMI)对远端设各工作性能的影响，并 给出了消除这种影响的措施。 关键词：USB远程系统远端设备EMI 1、引 言 USB技术以其即插即用、热插拔、高带宽、数据传输可靠、成本低等优点，日益得 到广泛应用，已成为当前计算机的必备接口。然而，USB电缆对连接距离有较大限制， 即使通过串接，最长距离也仅为20．～30m，使其应用范围受到局限。远程USB光纤传输 系统突破了USB电缆连接距离的限制，使得USB设备与主机之间的距离可以远至数千 米，大大扩展了USB设备的应用领域。利用远程USB光纤传输系统，可以方便地建立 远程控制系统、远程探测系统等实用平台。 远程USB光纤传输系统如图1所示。系统的本地部分由PC主机PI、USB电缆Ll 和本地光收发模块P2组成。系统的远端部分由远端光收发模块P3、USB电缆L3和设 备P4组成。本地模块和远端模块之间通过单模光纤L2相连。系统正常工作时。PC主 机可以实现对设备的正常访问。如同将设备直接通过USB电缆连至主机一样。在上述 远程USB光纤传输系统中，本地部分工作于实验室环境，各种电磁干扰对系统的影响 相对较小．能保证系统的正常工作。但是远端部分的工作环境变化较大，诸如温度、湿 度、压强、电磁干扰等，这部分的工作状态容易受到影响，使得性能降低，甚至使系统 运行失败。 本文将以远程USB光纤传输系统的一个应用——深海图像、数据采集系统为例。 分析工作环境对远端设备工作性能的影响。 第四届中国国际光通信产业笈展高峰论坛第五届中国光通信论坛 图1 2、远端设备工作环境分析 USB光纤传输系统远端设备的工作性能容易受到环境的影响，在一些特殊情况下， 表现得尤为突出。这些影响在系统的设计和调试中，必须加以考虑．以保证系统的正常 工作。深海图像采集系统是USB光纤传输系统的一个应用，该系统用于水下科学考察。 系统的远端部分工作于6km左右的深海，USB远端光收发模块和其他设备(包括：波 分复用光纤通信收发端机、控制系统等，图中未画出)置于耐高压密封舱内．如图2所 示，其中P5电源模块。USB远端设备通过密封电缆与数码照相机／摄像机(P4)、闪光 灯(P6)等外设相连，通过PC主机端的控制软件．可以实现对数码相机的远程控制， 包括监视画面实时浏览、取景控制、照片拍摄、相机文件管理等。 接承上部分 图2 本USB光纤传输系统远端部分所处的环境与实验室相比，有两个显著的不同。一 是USB远端设备与其他设备一起密封在金属高压密封舱内：二是与外设之间不能采用 第四届中国国际光通信产业发展高峰论坛第五届中国光通信论坛 普通USB电缆，而须用水下密封电缆。这样导致了一些造成系统不能正常工作的因素， 包括：(1)P3与P4之间的电缆长度。系统要求水密电缆长度为4m，且当中接头较多， 接近USB协议对电缆长度所规定的5 nl的限制，如果远端光收发模块的延时参数过于 苛刻，就可能导致系统工作失败；(2)水下密封电缆的阻抗参数与标准USB电缆不完 全一致，可能不被远端光收发模块支持：(3)远端系统(包括端机和电缆)受到电磁干 扰的影响，目前水密电缆的数据线没采用双绞线，更易受到电磁干扰的影响。 系统在最初调试时，没法正常工作，我们根据上述分析，对系统进行了实际测量， 发现了问题，下面予以详述。 3、环境影响的测试与解决方案 为了找到造成系统工作失败的直接原因，我们针对上述分析作了针对性测试。 (1)将图1中的L3段换成长度为5m的标准USB电缆，系统可以正常工作。这说 明我们所采用的远端光收发模块能够支持长达5 m的设备连接距离，系统失败并非因为 连接距离过长，延时超过USB协议限制所致。 (2)将图2所示的7芯水下密封电缆连接P3的端口直接接在PC主机上，关闭P2、 P3，系统可以正常工作。这一结果可以排除水下密封电缆因阻抗不匹配而使系统无法正 常工作的可能。 (3)在上述第(2)条的情况下，打开为P3供电的电源P5，系统不能正常工作。 由此我们得出初步结论，P5对系统造成的电磁辐射使系统工作失败。于是我们进行了 进一步的测量。 l矗o。嚣血管辨譬嘏_Vt,P”otO。P麓 曲水密电缆 第四届中国国际光通信产业发展高峰论坛第五届中国光通信论坛 l { -·····tpI·····-¨· {