目前计算机的usb接口已经大量使用，一般每台电脑都有2到4个usb口。当一台电脑同时接多个usb外部设备时，如果这些外部设备介入了高电压干扰，就可能会烧坏电脑的usb口甚至电脑以及外设。目前电脑的几种通信接口中，modem口以及以太网接口由于本身具有变压器隔离所以不容易损坏，而rs-232串口也可以选用波仕的rs-232光电隔离器来进行有效的保护，只有usb以及类似的1394接口目前还没有方便的隔离保护方案。

　　实现原理

　　本文提供了一种对usb信号进行光电隔离的电路，可以使usb的接口得到保护。

图1为将usb信号（d+、d—）转换为光信号的原理框图。

　　usb信号检测电路

　　（1）将d+和d—变换为“或”门输出dor1和差分比较器输出rcv1。一双可控三态缓冲器

（2）通过控制端en来控制逻辑“通”与“端”。当en=“0”时，dor=dor1、rcv=rcv1。而当en=“1”时，dor和rcv为高阻状态。光发射驱动电路

　　（3）将dor和rcv转换为三种光强度（亮、半亮、暗）。光接收电路

　　（4）将接收到的三种光强度（亮、半亮、暗）恢复为d+和d—的三种状态。光接收电路（4）的输出之一h的状态变化触发单稳延时电路（5）。单稳延时电路

　　（5）的输出en平时（即usb信号处于闲置状态时）为“0”，当其输入h有下降延（即由“1”变为“0”）时输出en由“0”变为“1”并且保持为“1”大约1000us，然后恢复为“0”。另一双可控三态缓冲器（2）通过控制端en来控制来控制逻辑“通”与“断”，当en=“1”时，vp=h、vm=l，而当en=“0”时输出vp、vm为高阻状态。

　　具体实施方式

图2

　　图2为将usb信号转换为光信号的具体电路图。假设usb为全速状态（12m），此时d+通过大约1.5kω的电阻接+5v电源。平时usb信号处于闲置（idle）状态，此时d+为“1”（高电平，大约3至5v），d—为逻辑“0”（低电平，大约0至1.4v）。ic1为“或”门。ic2、ic4、ic5和ic6为可控三态缓冲器。其中，ic2和ic4是当其控制信号en为“0”时导通的，而ic5和ic6是当其控制信号en为“1”时导通的。由于ic2和ic4在不导通时（即en为“1”时）输出为高阻状态，所以在ic2的输出端加了上拉电阻r1、在ic4的输出端加了上拉电阻r2。ic3、ic10和ic11是比较器。ic7是单稳触发电路由输入端（信号vp）下降沿触发，输出en平时为“0”。当ic7的输入端出现一个下降沿时，其输出端将出现一个持续时间大约1000us的“1”状态，然后恢复为“0”。ic7的输出信号en通过控制ic2、ic4、ic5和ic6来控d+、d—的“收/发”状态。由于en平时为“0”，所以平时允许接收d+和d—（ic2、ic4导通），而禁止发送信号到d+和d—上（ic5和ic6输出为高阻态）。ic8是一个复合逻辑电路，其输入、输出以及光发射二极管的光强度关系如表1：

　　ic8的输出a和b是具有足够电流驱动能力的电压，通过电阻r3和r4送给光发射二极管ic12。光发射二极管ic12的输出光强度大致正比于输入电流。当a和b同时为“1”时，通过光发射二极管的电流最大，所以此时光强度状态称为“全亮”。当a为“1”、b为“0”时，电流只有大约一半，此时光强度状态为“半亮”。当a为“0”、b为“0”时，电流为0，此时光强度状态为“暗”。ic13为光接收器。由于如图描述的电路是实际产品的一半，即在相互光电隔离的两个usb口各加一个这样的usb转光的电路，所以ic13光接收器接对方电路的光发射二极管的光（即通过光电耦合器）。ic13接收光，ic13的输出为与接收到的光的强度大致成正比的电压。无接收光时（即对方发射的光强度为“暗”），ic13的输出v0大约为0。由于比较器ic10、ic11的负端输入电压都大于0，所以ic10和ic11的输出的逻辑状态均为“0”，即h=“0”且l=“0”。当对方光发射强度为“全亮”时，ic13的输出电压比v1和v2都大（v1、v2的值都可通过调节电阻r5、r6和r7的值得到），所以ic10、ic11的输出的逻辑状态为h=“1”且l=“1”。当对方光发射强度为“半亮”时，ic13的输出电压比v1大而比v2小（v1、v2的值都可通过调节电阻r5、r6和r7的值得到），所以ic10、ic11的输出的逻辑状态为h=“0”且l=“1”。ic9是一个复合逻辑电路，其输入与输出以及接收光强度的关系如表2。