Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anschlussapparat für einen Universal Serial Bus (USB) zur Verbindung eines Computers mit Peripheriegeräten, und insbesondere einen USB-Anschlussapparat zur Verbindung erster und zweiter Sende-Empfangsgeräte für USB.

USB ist eine Plug-and-Play (PnP) Schnittstelle zur Verbindung einer Computers mit Peripheriegeräten. Die USB-Anschlüsse funktionieren als Anschlüsse für Tastaturen und Mäuse sowie parallele und serielle Anschlüsse. In einem Fall, in dem alle Anschlüsse eines Computers durch USB-Anschlüsse ersetzt sind, besteht für einen Anwender keine Notwendigkeit, zwischen Steckern und Kabeln zu unterscheiden. Überdies erlaubt die Verwendung von USB in Peripheriegeräten den Anschluss bzw. die Trennung an den bzw. vom USB-Anschluss im Betrieb des Computers.

Als Schnittstellenstandard wurden die USB-Versionen 1.0, 1.1 und 2.0 eingeführt. Die USB-Versionen 1.0, 1.1 und 2.0 beziehen sich auf langsamen, schnellen und superschnellen USB-Standard, welche Datenübertragungsraten von 1,5, 12 bzw. 480 Megabyte pro Sekunde (Mbps) unterstützen.

In der Regel umfasst USB eine Versorgungs-Spannungsleitung mit +5V, eine D+ Datenleitung, eine D– Datenleitung und eine Erdungsleitung. D+ und D– Datensignale, die auf der D+ Datenleitung bzw. der D– Datenleitung geführt werden, sind in Eintaktbereichen in einem logischen Niedrigzustand, während in den übrigen Bereichen beide Signale in entgegengesetzten Zustanden sind.

In 1A ist ein Zustand dargestellt, in dem eine USB-Verbindung zwischen einem Computer 10 und einem Full-Speed-Peripheriegerät 30 mit Hilfe eines herkömmlichen elektrischen Übertragungskabels 20 hergestellt wurde. Hier bezieht sich das Full-Speed-Peripheriegerät 30 auf ein Gerät, das einem Full-Speed-USB-Standard entspricht. Der Computer 10 oder das Full-Speed-Peripheriegerät 30 in 1A können durch einen Hub ersetzt werden, der als Steckverbindung zwischen ihnen dient. Bezug nehmend auf 1A, kommen eine Versorgungs-Spannungsleitung (Vcc) L₁ von +5 V, eine D+ Datenleitung L₂, eine D– Datenleitung L₃ und eine Erdungsleitung L₄(GND) von einem ersten Sende-Empfangsgerät 101 für USB des Computers 10 und sind mit den Anschlüssen P₁₁, P₁₂, P₁₃ bzw. P₁₄ eines USB-Anschlusses verbunden. Die Pulldown-Widerstände R₁ sind hier zwischen den Datenleitungen L₂ und L₃ und der Erdungsleitung L₄ angeschlossen.

Gleicherweise können eine Versorgungs-Spannungsleitung (Vcc) L₁' mit +5 V, eine D+ Datenleitung L₂', eine D– Datenleitung L₃ und eine Erdungsleitung (GND) L₄' von einem zweiten Sende-Empfangsgerät 301 für USB des Full-Speed-Peripheriegeräts 30 und sind an die Anschlüsse P₂₁, P₂₂, P₂₃ bzw. P₂₄ eines USB-Anschlusses angeschlossen. Hier ist ein Pullup-Widerstand R₂ zwischen der D+ Datenleitung L₂' und der Versorgungs-Spannungsleitung L₁' angeschlossen.

Die Anschlüsse P₁₁, P₁₂, P₁₃ und P₁₄ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 für USB sind mit dem Stromkabel 20 an die Anschlüsse P₂₁, P₂₂, P₂₃ bzw. P₂₄ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 für USB angeschlossen. Der Spannungsanschluss P₁₁ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ist mit Hilfe eines Stromkabels 20 an den Versorgungs-Spannungsanschluss P₂₁ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 angeschlossen. Der D+ Datenanschluss P₁₂ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ist mit Hilfe eines Stromleiters des Stromkabels 20 an den D+ Datenanschluss P₂₂ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 angeschlossen. Der D– Datenanschluss P₁₃ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ist mit Hilfe eines Stromleiters des Stromkabels 20 mit dem D– Datenanschluss P₂₃ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 verbunden. Der Erdungsanschluss P₁₄ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ist mit Hilfe eines Stromleiters des Stromkabels 20 mit dem Erdungsanschluss P₂₄ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 verbunden.

In 1B ist ein Zustand dargestellt, bei dem mit dem herkömmlichen elektrischen Übertragungskabel 20 eine USB-Verbindung zwischen dem Computer 10 und einem Low-Speed-Peripheriegerät 40 hergestellt wurde. Hier bezieht sich das Low-Speed-Peripheriegerät 40 auf ein Gerät, das einem Low-Speed-USB-Standard entspricht. Der Computer 10 oder das Low-Speed-Peripheriegerät 40 in 1B können durch einen Hub ersetzt werden, der zwischen ihnen als Relais-Schnittstelle dient.

Bezug nehmend auf 1B, kommen eine Versorgungs-Spannungsleitung (Vcc) L₁ mit +5 V, eine D+ Datenleitung L₂, eine D– Datenleitung L₃ und eine Erdungsleitung (GND) L₄ vom ersten Sende-Empfangsgerät 101 für USB des Computers 10 und sind mit den Anschlüssen P₁₁, P₁₂, P₁₃ bzw. P₁₄ eines USB-Anschlusses verbunden. Hier sind die Pulldown-Widerstände R₁ zwischen den einzelnen Datenleitungen L₂ und L₃und der Erdungsleitung L₄ angeschlossen.

Gleicherweise kommen eine Versorgungs-Spannungsleitung (Vcc) L₁' mit +5 V, eine D+ Datenleitung L₂', eine D– Datenleitung L₃ und eine Erdungsleitung (GND) L₄' von einem zweiten Sende-Empfangsgerät 401 für USB des Low-Speed-Peripheriegeräts 40 und sind an die Anschlüsse P₂₁, P₂₂, P₂₃ bzw. P₂₄ eines USB-Anschlusses angeschlossen. Hier ist ein Pullup-Widerstand R₂' zwischen der D– Datenleitung L₃' und der Versorgungs-Spannungsleitung L₁' angeschlossen.

Die Anschlüsse P11, P12, P13 und P14 des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 für USB sind über das Stromkabel 20 mit den Anschlüssen P₂₁, P₂₂, P₂₃ und P₂₄ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 401 für USB verbunden. Der Spannungsanschluss P₁₁ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ist mit einem Stromleiter des Stromkabels 20 an den Strom-Spannungs-Anschluss P₂₁ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 401 angeschlossen. Der D+ Datenanschluss P₁₂ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ist mit einem Stromleiter des Stromkabels 20 an den D+ Datenanschluss P₂₂ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 401 angeschlossen. Der D– Datenanschluss P₁₃ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ist mit einem Stromleiter des Stromkabels 20 an den D– Datenanschluss P₂₃ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 401 angeschlossen. Der Erdungsanschluss P₁₄ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ist mit einem Stromleiter des Stromkabels 20 an den Erdungsanschluss P₂₄ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 401 angeschlossen.

Bezug nehmend auf 2, besteht das herkömmliche Stromkabel 20 für USB aus einer Versorgungs-Spannungsleitung 21 zwischen den Versorgungs-Spannungs-Anschlüssen P₁₁ und P₁₂ der 1A oder 1B, einem D+ Stromleiter 22 zwischen den D+ Datenanschlüssen P₁₂ und P₂₂ der 1A oder 1B, einem D– Stromleiter 23 zwischen den D– Datenanschlüssen P₁₃ und P₂₃ der 1A oder 1B, einem Erdungsleiter 24 zwischen den Erdungsanschlüssen P₁₄ und P₂₄ der 1A oder 1B und einer Abschirmung 25 zur Störungsminimierung.

Die USB-Anschlussmethode unter Anwendung des herkömmlichen elektrischen Übertragungskabels 20 leidet aufgrund eines inneren Widerstands eines Stromleiters selbst unter mehreren Problemen. Erstens nehmen die Kommunikationsgeschwindigkeit und die maximale Kommunikationsdistanz ab. Zweitens wird eine große Menge an elektrischen Störgeräuschen erzeugt. Drittens besteht ein großer Unterschied bei den Impedanzen zwischen den D+ und D– Stromleitern 22 und 23.

Aufgrund der genannten Probleme ist die maximale Kommunikationsdistanz auf 5 m oder weniger reduziert, wenn zwei Geräte direkt mit Stromkabel für USB verbunden sind. So werden, wie in 3 dargestellt, eine Mehrzahl von Hubs 50 verwendet, um eine effektive Kommunikationsdistanz zu erhöhen. Da jedoch in diesem Fall die D+ und D– Signale in den Hubs 50 und Kabeln 20 verzögert sind, ist die Höchstzahl der Hubs 50 auf sechs beschränkt. Bei Verwendung von fünf Hubs ist demnach die maximale Kommunikationsdistanz zwischen dem Computer 10 und dem Peripheriegerät 30 oder 40 auf 30 m oder weniger beschränkt.

Zur Lösung der genannten Probleme besteht ein Ziel der Erfindung darin, einen Anschlussapparat für einen Universal Serial Bus (USB) zu schaffen, mit dem erste und zweite Sende-Empfangsgeräte für USB verbunden werden, der eine hohe Kommunikationsgeschwindigkeit und eine große maximale Kommunikationsdistanz schafft, elektrische Störgeräusche eliminiert und eine Differenz bei den Impedanzen zwischen D+ und D– Kommunikationsleitungen minimiert.

Um das genannte Ziel zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung einen USB-Anschlussapparat zur Verbindung erster und zweiter Sende-Empfangsgeräte für USB. Der USB-Anschlussapparat umfasst ein D+ optisches Kommunikationsmodul, ein D– optisches Kommunikationsmodul und erste und zweite Stromleiter.

Das D+ optische Kommunikationsmodul, das zwischen D+ Datenanschlüssen der Sende-Empfangsgeräte angeschlossen ist, konvertiert ein D+ elektrisches Signal vom D+ Datenanschluss des ersten oder zweiten Sende-Empfangsgeräts in ein D+ optisches Signal und überträgt das D+ optische Signal und stellt das übertragene D+ optische Signal zu einem D+ elektrischen Signal wieder her und gibt das D+ elektrische Signal in den D+ Datenanschluss des zweiten oder ersten Sende-Empfangsgeräts ein. Das D– optische Kommunikationsmodul, das zwischen D– Datenanschlüssen der Sende-Empfangsgeräte angeschlossen ist, konvertiert ein D– elektrisches Signal vom D– Datenanschluss des ersten oder zweiten Sende-Empfangsgeräts in ein D– optisches Signal und überträgt das D– optische Signal und stellt das übertragene D– optische Signal zu einem D– elektrischen Signal wieder her und gibt das D– elektrische Signal in den D– Datenanschluss des zweiten oder ersten Sende-Empfangsgeräts ein. Der erste Stromleiter ist zwischen Versorgungs-Spannungs-Anschlüssen der Sende-Empfangsgeräte angeschlossen, während der zweite Stromleiter zwischen Erdungsanschlüssen der Sende-Empfangsgeräte angeschlossen ist.

Gemäß dem USB-Anschlussapparat werden optische Kommunikationen durch die D+ und D– optischen Kommunikationsmodule erreicht. Damit erhöht sich die Kommunikationsgeschwindigkeit und die effektive Kommunikationsdistanz, das elektrische Störgeräusch wird entfernt und die Differenz bei den Impedanzen zwischen den D+ und D– Kommunikationsleitungen wird minimiert.

Vorzugsweise umfasst das D+ optische Kommunikationsmodul einen ersten lichtabgebenden Abschnitt, einen ersten Glasfaserleiter, einen zweiten lichtempfangenden Abschnitt, einen zweiten lichtabgebenden Abschnitt, einen zweiten Glasfaserleiter und einen ersten lichtabgebenden Abschnitt. Der erste lichtabgebende Abschnitt konvertiert ein D+ elektrisches Signal vom D+ Datenanschluss des ersten Sende-Empfangsgeräts in ein D+ optisches Signal. Der erste Glasfaserleiter überträgt das D+ optische Signal vom ersten lichtabgebenden Abschnitt auf das zweite Sende-Empfangsgerät. Der zweite lichtempfangende Abschnitt stellt das D+ optische Signal vom ersten Glasfaserleiter zu einem D+ elektrischen Signal wieder her und gibt das wiederhergestellte D+ elektrische Signal in den D+ Datenanschluss des zweiten Sende-Empfangsgeräts ein. Der zweite lichtabgebende Abschnitt konvertiert ein D+ elektrisches Signal vom D+ Datenanschluss des zweiten Sende-Empfangsgeräts in ein D+ optisches Signal. Der zweite Glasfaserleiter überträgt das D+ optische Signal vom zweiten lichtabgebenden Abschnitt zum ersten Sende-Empfangsgerät. Der erste lichtempfangende Abschnitt stellt das D+ optische Signal vom zweiten Glasfaserleiter zu einem D+ elektrischen Signal wieder her und gibt das wiederhergestellte D+ elektrische Signal in den D+ Anschluss des ersten Sende-Empfangsgeräts ein.

Es ist ferner vorzuziehen, dass im D+ optischen Kommunikationsmodul Licht nur dann durch den ersten oder zweiten Glasfaserleiter übertragen wird, wenn das D+ elektrische Signal vom D+ Datenanschluss des ersten oder zweiten Sende-Empfangsgeräts in einem logischen Niedrigzustand ist. Hier ist vorzuziehen, dass das D+ optische Kommunikationsmodul ferner erste und zweite Steuerschaltabschnitte besitzt. Der erste Steuerschaltabschnitt hindert den ersten lichtabgebenden Abschnitt nur dann am Funktionieren, wenn Licht durch den zweiten Glasfaserleiter übertragen wird. Der zweite Steuerschaltabschnitt hindert den zweiten lichtabgebenden Abschnitt nur dann am Funktionieren, wenn Licht durch den ersten Glasfaserleiter übertragen wird. Entsprechend lassen sich die Probleme empfangener Signale, die von D+ Datenanschlüssen der ersten und zweiten Sende-Empfangsgeräte rückübertragen werden, überwinden.

Indessen ist vorzuziehen, dass das D– optische Kommunikationsmodul einen dritten lichtabgebenden Abschnitt, einen dritten Glasfaserleiter, einen vierten lichtempfangenden Abschnitt, einen vierten lichtabgebenden Abschnitt, einen vierten Glasfaserleiter und einen dritten lichtempfangenden Abschnitt umfasst. Der dritte lichtabgebende Abschnitt konvertiert ein D– elektrisches Signal vom D– Datenanschluss des ersten Sende-Empfangsgeräts in ein D– optisches Signal. Der dritte Glasfaserleiter überträgt das D– optische Signal vom dritten lichtabgebenden Abschnitt auf das zweite Sende-Empfangsgerät. Der vierte lichtempfangende Abschnitt stellt das D– optische Signal vom dritten Glasfaserleiter zu einem D– elektrischen Signal wieder her und gibt das wiederhergestellte D– elektrische Signal in den D– Datenanschluss des zweiten Sende-Empfangsgeräts ein. Der vierte lichtabgebende Abschnitt konvertiert ein D– elektrisches Signal vom D– Datenanschluss des zweiten Sende-Empfangsgeräts in ein D– optisches Signal. Der vierte Glasfaserleiter überträgt das D– optische Signal vom vierten lichtabgebenden Abschnitt auf das erste Sende-Empfangsgerät. Der dritte lichtempfangende Abschnitt stellt das D– optische Signal vom vierten Glasfaserleiter zu einem D– elektrischen Signal wieder her und gibt das wiederhergestellte D– elektrische Signal in den D– Anschluss des ersten Sende-Empfangsgeräts ein.

Vorzugsweise wird im D– optischen Kommunikationsmodul Licht durch den ersten oder zweiten Glasfaserleiter nur dann übertragen, wenn das D– elektrische Signal vom D– Datenanschluss des ersten oder zweiten Sende-Empfangsgeräts in einem logischen Hochzustand ist. Hier ist es vorzuziehen, dass das D+ optische Kommunikationsmodul ferner dritte und vierte Steuerschaltabschnitte umfasst. Der dritte Steuerschaltabschnitt hindert den dritten lichtabgebenden Abschnitt nur dann am Funktionieren, wenn Licht durch den vierten Glasfaserleiter übertragen wird. Der vierte Steuerschaltabschnitt hindert den dritten lichtabgebenden Abschnitt nur dann am Funktionieren, wenn Licht durch den dritten Glasfaserleiter übertragen wird. Folglich kann das Problem, dass das empfangene Signal von den D+ Datenanschlüssen der ersten und zweiten Sende-Empfangsgeräte rückübertragen wird, überwunden werden.

In 1A ist ein Zustand dargestellt, in dem eine USB-Verbindung zwischen einem Computer und einem Full-Speed-Peripheriegerät mittels eines herkömmlichen elektrischen Übertragungskabels hergestellt wurde;

In 1B ist ein Zustand dargestellt, in dem eine USB-Verbindung zwischen einem Computer und einem Low-Speed-Peripheriegerät mit einem herkömmlichen elektrischen Übertragungskabel hergestellt wurde;

2 ist eine perspektivische Ansicht der internen Struktur eines herkömmlichen Stromkabels für USB;

In 3 ist ein Zustand dargestellt, in dem Hubs dazu verwendet werden, die Übertragungsdistanz des herkömmlichen Stromkabels für USB zu vergrößern;

In 4 ist ein Zustand dargestellt, in dem eine USB-Verbindung zwischen einem Computer und einem Full-Speed-Peripheriegerät mit einem Anschlussapparat gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;

In 5 ist ein Zustand dargestellt, in dem eine USB-Verbindung zwischen einem Computer und einem Low-Speed-Peripheriegerät mit einem Anschlussapparat gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;

6 ist ein Schaltplan der inneren Struktur des D+ optischen Kommunikationsmoduls des Anschlussapparats von 4; und

7 ist ein Schaltplan der inneren Struktur des D– optischen Kommunikationsmoduls des Anschlussapparats der 4.

In 4 ist ein Zustand dargestellt, in dem eine Universal Serial Bus (USB) Verbindung zwischen einem Computer 10 und einem Full-Speed-Peripheriegerät 30 mit einem Anschlussapparat 100 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Die selben Bezugszeichen in 4 und in 1 stellen ein Element zur Ausführung der selben Funktion dar.

Bezug nehmend auf 4 umfasst der USB-Anschlussapparat 100 ein D+ optisches Kommunikationsmodul 110, ein D– optisches Kommunikationsmodul 120 und erste und zweite Stromleiter L₁₀₁ und L₁₀₄. Das D+ optische Kommunikationsmodul 110, das zwischen D+ Datenanschlüssen P₁₂ und P₂₂ erster und zweiter Sende-Empfangsgeräte 101 und 301 angeschlossen ist, konvertiert ein D+ elektrisches Signal vom D+ Datenanschluss P₁₂ oder P₂₂ des ersten oder zweiten Sende-Empfangsgerät 101 oder 301 in ein D+ optisches Signal und überträgt das D+ optische Signal. Auch stellt das D+ optische Kommunikationsmodul 110das übertragene D+ optische Signal zu einem D+ elektrischen Signal wieder her und gibt das wiederhergestellte D+ elektrische Signal in den D+ Datenanschluss P₂₂ oder P₁₂ des zweiten oder ersten Sende-Empfangsgeräts 301 oder 101 ein. Das D+ optische Kommunikationsmodul 110 umfasst ein erstes Modul M1, ein zweites Modul M2, einen ersten Glasfaserleiter 111 und einen zweiten Glasfaserleiter 113. Der Betrieb der einzelnen Komponenten im D+ optischen Kommunikationsmodul 110 wird nachstehend mit Bezug auf 6 beschrieben.

Ein D– optisches Kommunikationsmodul 120, das zwischen D– Datenanschlüssen P₁₃ und P₂₃ der ersten und zweiten Sende-Empfangsgeräte 101 und 301 angeschlossen ist, konvertiert ein D– elektrisches Signal vom D– Datenanschluss P₁₃ oder P₂₃ des ersten oder zweiten Sende-Empfangsgeräts 101 oder 301 in ein D– optisches Signal und überträgt das D– optische Signal. Auch stellt das D– optische Kommunikationsmodul 120 das übertragene D– optische Signal zu einem D– elektrischen Signal wieder her und gibt das wiederhergestellte D– elektrische Signal in den D– Datenanschluss P₂₃ oder P₁₃ des zweiten oder ersten Sende-Empfangsgeräts 301 oder 101 ein. Das D– optische Kommunikationsmodul 120 umfasst ein drittes Modul M3, ein viertes Modul M4, einen dritten Glasfaserleiter 121 und einen vierten Glasfaserleiter 123. Der Betrieb der einzelnen Komponenten im D– optischen Kommunikationsmodul 120 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.

Der erste Stromleiter L₁₀₁ ist zwischen Versorgungs-Spannungs-Anschlüssen P₁₁ und P₂₁ der Sende-Empfangsgeräte 101 und 301 angeschlossen, während der zweite Stromleiter L₁₀₄ zwischen den Erdungsanschlüssen P₁₄ und P₂₄ der Sende-Empfangsgeräte 101 und 301 angeschlossen ist.

5 stellt einen Zustand dar, in dem eine USB-Verbindung zwischen dem Computer 10 und einem Low-Speed-Peripheriegerät 40 mit einem Anschlussapparat 200 gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde. Die selben Bezugszeichen, die in 5 wie in 1B erscheinen, stellen ein Element dar, das dieselbe Funktion ausführt.

Bezug nehmend auf 5, umfasst der USB-Anschlussapparat 200 ein D+ optisches Kommunikationsmodul 210, ein D– optisches Kommunikationsmodul 220 und erste und zweite Stromleiter L₁₀₁ und L₁₀₄. Das D+ optische Kommunikationsmodul 210, das zwischen den D+ Datenanschlüssen P₁₂ und P₂₂ von ersten und zweiten Sende-Empfangsgeräten 101 und 401 angeschlossen ist, konvertiert ein D+ elektrisches Signal vom D+ Datenanschluss P₁₂ oder P₂₂ des ersten oder zweiten Sende-Empfangsgeräts 101 oder 401 in ein D+ optisches Signal und überträgt das D+ optische Signal. Auch stellt das D+ optische Kommunikationsmodul 210 das übertragene D+ optische Signal zu einem D+ elektrischen Signal wieder her und gibt das wiederhergestellte D+ elektrische Signal in den D+ Datenanschluss P₂₂ oder P₁₂ des zweiten oder ersten Sende-Empfangsgeräts 401 oder 101 ein. Das D+ optische Kommunikationsmodul 210 umfasst ein drittes Modul M3, ein viertes Modul M4, einen dritten Glasfaserleiter 121 und einen vierten Glasfaserleiter 123. Der Betrieb der einzelnen Komponenten im D+ optischen Kommunikationsmodul 210 ist der selbe wie der im D– optischen Kommunikationsmodul 120, weshalb eine detaillierte Erörterung entfallen kann.

Ein D– optisches Kommunikationsmodul 220, das zwischen D– Datenanschlüssen P₁₃ und P₂₃ der ersten und zweiten Sende-Empfangsgeräte 101 und 401 angeschlossen ist, konvertiert ein D– elektrisches Signal vom D– Datenanschluss P₁₃ oder P₂₃ des ersten oder zweiten Sende-Empfangsgeräts 101 oder 401 in ein D– optisches Signal und überträgt das D– optische Signal. Auch stellt das D– optische Kommunikationsmodul 120 das übertragene D– optische Signal zu einem D– elektrischen Signal wieder her und gibt das wiederhergestellte D– elektrische Signal in den D– Datenanschluss P₂₃ oder P₁₃ des zweiten oder ersten Sende-Empfangsgeräts 401 oder 101 ein. Das D– optische Kommunikationsmodul 220 umfasst ein erstes Modul M1, ein zweites Modul M2, einen ersten Glasfaserleiter 111 und einen zweiten Glasfaserleiter 113. Der Betrieb der einzelnen Komponenten im D– optischen Kommunikationsmodul 220 ist der selbe wie im D+ optischen Kommunikationsmodul 110, weshalb eine detaillierte Erörterung entfallen kann.

Der erste Stromleiter L₁₀₁ ist zwischen Versorgungs-Spannungs-Anschlüssen P₁₁ und P₂₁ der Sende-Empfangsgeräte 101 und 401 angeschlossen, während der zweite Stromleiter L₁₀₄ zwischen Erdungsanschlüssen P₁₄ und P₂₄ der Sende-Empfangsgeräte 101 und 401 angeschlossen ist.

Bezug nehmend auf 6, umfasst der Anschlussapparat 100 der 4 das erste Modul M1, das zweite Modul M2, den ersten Glasfaserleiter 111 und den zweiten Glasfaserleiter 113. Das erste Modul M1 umfasst einen ersten lichtabgebenden Abschnitt LE1, einen ersten lichtempfangenden Abschnitt PR1 und einen ersten Steuerschaltabschnitt CS1. Das zweite Modul M2 umfasst einen zweiten lichtabgebenden Abschnitt LE2, einen zweiten lichtempfangenden Abschnitt PR2 und einen zweiten Steuerschaltabschnitt CS2.

Der erste lichtabgebende Abschnitt LE1 konvertiert ein D+ elektrisches Signal vom D+ Datenanschluss P₁₂ des ersten Sende-Empfangsgeräts (101 in 4) in ein D+ optisches Signal. Der erste Glasfaserleiter 111 überträgt das D+ optische Signal vom ersten lichtabgebenden Abschnitt LE1 zum zweiten Sende-Empfangsgerät (301 in 4). Der zweite lichtempfangende Abschnitt PR2 stellt das D+ optische Signal vom ersten Glasfaserleiter 111 zu einem D+ elektrischen Signal wieder her und gibt das D+ elektrische Signal in den D+ Datenanschluss P₂₂ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 ein. Der zweite lichtabgebende Abschnitt LE2 konvertiert ein D+ elektrisches Signal vom D+ Datenanschluss P₂₂ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 in ein D+ optisches Signal. Der zweite Glasfaserleiter 113 überträgt das D+ optische Signal vom zweiten lichtabgebenden Abschnitt LE2 zum ersten Sende-Empfangsgerät 101. Der erste lichtempfangende Abschnitt PR1 stellt das D+ optische Signal vom zweiten Glasfaserleiter 113 zu einem D+ elektrischen Signal wieder her und gibt das D+ elektrische Signal in den D+ Datenanschluss P₁₂ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ein.

Hier wird Licht durch den ersten oder zweiten Glasfaserleiter 111 oder 113 nur dann übertragen, wenn ein D+ elektrisches Signal vom D+ Datenanschluss P₁₂ oder P₂₂ des ersten oder zweiten Sende-Empfangsgeräts 101 oder 301 sich in einem logischen Niedrigzustand befindet. Der erste Steuerschaltabschnitt CS1 hindert den ersten lichtabgebenden Abschnitt LE1 nur dann am Funktionieren, wenn Licht durch den zweiten Glasfaserleiter 113 übertragen wird. Ähnlicherweise hindert der zweite Steuerschaltabschnitt CS2 den zweiten lichtabgebenden Abschnitt LE2 nur dann am Funktionieren, wenn Licht durch den ersten Glasfaserleiter 111 übertragen wird. Dem entsprechend kann eine Rückübertragung empfangener Signale von den D+ Datenanschlüssen P₁₁ und P₂₂ der ersten und zweiten Sende-Empfangsgeräte 101 und 301 verhindert werden.

Wenn ein logisches Hoch-Signal in den D+ Datenanschluss P₁₂ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 eingegeben wird, wird ein PNP Transistor TR₁₁ des ersten lichtabgebenden Abschnitts LE1 ausgeschaltet, um Strom am Durchströmen eines lichtabgebenden Elements LD1 zu hindern, etwa durch eine Resonanzraum-LED (RCLED). Da folglich von dem lichtabgebenden Element LD1 kein Licht abgegeben wird, wird von einem lichtempfangenden Element PD2 des zweiten lichtempfangenden Abschnitts PR2 keine Spannung erzeugt. Ferner wird ein NPN Transistor TR₂₃ des zweiten lichtempfangenden Abschnitts PR2 ausgeschaltet, so dass Strom in einen Pulldown-Widerstand R₂₄ des zweiten lichtempfangenden Abschnitts PR2 durch den Pullup-Widerstand (R₂ der 4) des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 strömt. Folglich wird durch den D+ Datenanschluss P₂₂ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 ein logisch hohes D+ Signal ausgegeben. Hier wird ein NPN Transistor TR₂₂ des zweiten Steuerschaltabschnitts CS2 ausgeschaltet, so dass der zweite lichtabgebende Abschnitt LE2 normal funktionieren kann.

Wenn ähnlicher Weise ein logisches Hochsignal in den D+ Datenanschluss P₂₂ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 eingegeben wird, wird ein PNP Transistor TR₂₁ des zweiten lichtabgebenden Abschnitts LE2 ausgeschaltet, um den Strom daran zu hindern, durch ein lichtabgebendes Element LD2 zu strömen, wie etwa durch eine Resonanzraum-LED (RCLED). Da vom lichtabgebenden Element LD2 kein Licht erzeugt wird, kommt es zu keiner Spannungserzeugung durch ein lichtempfangendes Element PD1 des ersten lichtempfangenden Abschnitts PR1. Ferner wird ein NPN Transistor TR₁₃ des ersten lichtempfangenden Abschnitts PR1 ausgeschaltet, so dass durch den Pullup-Widerstand R2 des ersten lichtabgebenden Elements LE1 und eine Anschlussleitung L₁₀₂ Strom in den Pulldown-Widerstand (R1 der 4) des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 strömt. Folglich wird durch den D+ Datenanschluss P₁₂ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ein logisch hohes D+ Signal ausgegeben. Hier wird ein NPN Transistor TR₁₂ des ersten Steuerschaltabschnitts CS1 ausgeschaltet, so dass der erste lichtabgebende Abschnitt LE1 normal funktionieren kann.

Wenn anderseits ein logisches Niedrigsignal in den D+ Datenanschluss P₁₂ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 eingegeben wird, wird der PNP Transistor TR₁₁ des ersten lichtabgebenden Abschnitts LE1 eingeschaltet, was den Strom dazu bringt, von der Versorgungs-Spannungs-Leitung L₁₀₁ durch einen Widerstand R_G1, das lichtabgebende Element LD1, den PNP Transistor TR₁₁ und einen Widerstand R_G3 in den Erdungsleiter L₁₀₄ zu strömen. Vom lichtabgebenden Element LD1 des ersten lichtabgebenden Abschnitts LE1 wird folglich Licht erzeugt, und das erzeugte Licht fällt durch den ersten Glasfaserleiter 111 auf das lichtempfangende Element PD2 des zweiten lichtempfangenden Abschnitts PR2. Da vom lichtempfangenden Element PD2 des zweiten lichtempfangenden Abschnitts PR2 eine Spannung erzeugt wird, fließt Strom durch den Widerstand R₁₃ in den Erdungsleiter L₁₀₄. Ferner wird der NPN Transistor TR₂₃ des zweiten lichtempfangenden Abschnitts PR2 eingeschaltet, so dass Strom durch den Pullup-Widerstand (R₂ in 4), eine Anschlussleitung L₁₀₂ und den NPN Transistor TR₂₃ des zweiten lichtempfangenden Abschnitts PR2 in den Erdungsleiter L₁₀₄ strömt. Somit wird durch den D+ Datenanschluss P₂₂ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 ein logisch niedriges D+ Signal ausgegeben. In diesem Fall kann der zweite lichtabgebende Abschnitt LE2 nicht funktionieren, da der NPN Transistor TR₂₂ des zweiten Steuerschaltabschnitts CS2 eingeschaltet ist. Auf diese Weise kann eine Rückübertragung des empfangenen logischen Niedrigsignals vom D+ Datenanschluss P₂₂ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 verhindert werden.

Auf die gleiche Weise wird der PNP Transistor TR₂₁ des zweiten lichtabgebenden Abschnitts LE2 eingeschaltet, wenn ein logisches Niedrigsignal in den D+ Datenanschluss P₂₂ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 eingegeben wird, wodurch der Strom veranlasst wird, von der Versorgungs-Spannungs-Leitung L₁₀₁ durch einen Widerstand R_G2, das lichtabgebende Element LD2, den PNP Transistor TR₂₁ und einen Widerstand R₂₁ in den Erdungsleiter L₁₀₄ zu strömen. Auf diese Weise wird vom lichtabgebenden Element LD2 des zweiten lichtabgebenden Abschnitts LE1 Licht erzeugt, und das erzeugte Licht fällt durch den zweiten Glasfaserleiter 113 auf das lichtempfangende Element PD1 des ersten lichtempfangenden Abschnitts PR1. Da vom lichtempfangenden Element PD1 des ersten lichtempfangenden Abschnitts PR1 eine Spannung erzeugt wird, wird der NPN Transistor TR₁₃ eingeschaltet, so dass das Potenzial des D+ Datenanschlusses P₁₂ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 sich einem Erdungspotenzial annähert. Das heißt, ein logisches D+ Niedrigsignal wird durch den D+ Datenanschluss P₁₂ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ausgegeben. In diesem Fall kann der erste lichtabgebende Abschnitt LE1 nicht funktionieren, da der NPN Transistor TR₁₂ des ersten Steuerschaltabschnitts CS1 eingeschaltet ist. Dem entsprechend kann eine Rückübertragung des empfangenen logischen Niedrigsignals vom D+ Datenanschluss P₁₂ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 verhindert werden.

Bezug nehmend auf 7, umfasst das D– optische Kommunikationsmodul 120 des Anschlussapparats 100 der 2 das erste Modul M3, das vierte Modul M4, den dritten Glasfaserleiter 121 und den vierten Glasfaserleiter 123. Das dritte Modul M3 umfasst einen dritten lichtabgebenden Abschnitt LE3, einen dritten lichtempfangenden Abschnitt PR3 und einen dritten Steuerschaltabschnitt CS3. Das vierte Modul M4 umfasst einen vierten lichtabgebenden Abschnitt LE4, einen vierten lichtempfangenden Abschnitt PR4 und einen vierten Steuerschaltabschnitt CS4.

Der dritte lichtabgebende Abschnitt LE3 konvertiert ein D– elektrisches Signal vom D– Datenanschluss P₁₃ des ersten Sende-Empfangsgeräts (101 der 4) in ein D+ optisches Signal. Der dritte Glasfaserleiter 121 überträgt das D– optische Signal vom dritten lichtabgebenden Abschnitt LE3 zum zweiten Sende-Empfangsgerät (301 in 4). Der vierte lichtempfangende Abschnitt PR4 stellt das D+ optische Signal vom dritten Glasfaserleiter 121 in ein D– elektrisches Signal wieder her und gibt das D– elektrische Signal in den D– Datenanschluss P₂₃ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 ein. Der vierte lichtabgebende Abschnitt LE4 konvertiert ein D– elektrisches Signal vom D– Datenanschluss P₂₃ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 in ein D– optisches Signal. Der vierte Glasfaserleiter 123 überträgt das D– optische Signal vom vierten lichtabgebenden Abschnitt LE4 auf das erste Sende-Empfangsgerät 101. Der dritte lichtempfangende Abschnitt PR3 stellt das D– optische Signal vom vierten Glasfaserleiter 123 in ein D– elektrisches Signal wieder her und gibt das D– elektrische Signal in den D– Datenanschluss P₁₃ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ein.

Hier wird Licht durch den dritten oder vierten Glasfaserleiter 121 oder 123 nur dann übertragen, wenn ein D– elektrisches Signal vom D– Datenanschluss P₁₃ oder P₂₃ des ersten oder zweiten Sende-Empfangsgeräts 101 oder 301 in einem logischen Hochzustand ist. Der dritte Steuerschaltabschnitt CS3 verhindert die Funktion des dritten lichtabgebenden Abschnitt LE3 nur dann, wenn das Licht durch den vierten Glasfaserleiter 123 übertragen wird. Gleichermaßen verhindert der vierte Steuerschaltabschnitt CS4 das Funktionieren des vierten lichtabgebenden Abschnitts LE4 nur dann, wenn Licht durch den dritten Glasfaserleiter 121 übertragen wird. Entsprechend kann eine Rückübertragung empfangener Signale von den D+ Datenanschlüssen P₁₂ und P₂₂ der ersten und zweiten Sende-Empfangsgeräte 101 und 301 verhindert werden.

Wenn in den D– Datenanschluss P₁₃ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ein logisches Hochsignal eingegeben wird, wird ein NPN Transistor TR₃₁ des dritten lichtabgebenden Abschnitts LE3 eingeschaltet, wodurch ein Strom von der Versorgungs-Spannungsleitung L₁₀₁ durch einen Widerstand R_G5, ein lichtabgebendes Element LD3, den NPN Transistor TR₃₁ und einen Widerstand R_G6 in den Erdungsleiter L₁₀₄ strömt. So wird Licht durch das lichtabgebende Element LD3 des dritten lichtabgebenden Abschnitts LE3 erzeugt, wie etwa durch eine RCLED, und das erzeugte Licht fällt durch den dritten Glasfaserleiter 121 auf ein lichtempfangendes Element PD4 des vierten lichtempfangenden Abschnitts PR4. Da vom lichtempfangenden Element PD4 des vierten lichtempfangenden Abschnitts PR4 eine Spannung erzeugt wird, strömt durch einen Widerstand R₄₃, einen NPN Transistor TR₄₃ und einen Pulldown-Widerstand R₄₄ Strom in den Erdungsleiter L₁₀₄. Ferner wird der NPN Transistor TR₄₃ des vierten lichtempfangenden Abschnitts PR4 eingeschaltet, so dass Strom durch den NPN Transistor TR₄₃ und den Pulldown-Widerstand R₄₄ in den Erdungsleiter L₁₀₄ strömt. Da sich das Potenzial des D– Datenanschlusses P₂₃ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 einer Versorgungsspannung Vcc annähert, wird ein logisches D– Hochsignal ausgegeben. In diesem Fall kann der vierte lichtabgebende Abschnitt LE4 nicht funktionieren, da ein NPN Transistor TR₄₂ des vierten Steuerschaltabschnitts CS4 eingeschaltet ist. Auf diese Weise kann eine Rückübertragung des empfangenen logischen Hochsignals vom D– Datenanschluss P₂₃ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 verhindert werden.

Wenn gleichermaßen ein logisches Hoch-Signal in den D– Datenanschluss P₂₃ des zweiten Sende-Empfangsgerät 301 eingegeben wird, wird ein NPN Transistor TR₄₁ des vierten lichtabgebenden Abschnitts LE4 eingeschaltet, wodurch Strom von der Versorgungs-Spannungsleitung L₁₀₁ durch einen Widerstand R₄₁, ein lichtabgebendes Element LD4, einen NPN Transistor TR₄₁ und einen Widerstand R_G4 in den Erdungsleiter L₁₀₄ strömt. Somit wird vom lichtabgebenden Element LD4 des vierten lichtabgebenden Abschnitts LE4 Licht erzeugt, und das erzeugte Licht fällt durch den vierten Glasfaserleiter 123 auf ein lichtempfangendes Element PD3 des dritten lichtempfangenden Abschnitts PR3. Da vom lichtempfangenden Element PD3 des dritten lichtempfangenden Abschnitts PR3 eine Spannung erzeugt wird, fließt Strom durch einen Widerstand R₃₃, einen NPN Transistor TR₃₃, eine Anschlussleitung L₁₀₃ und den D– Datenanschluss P₁₃ in den Pulldown-Widerstand (R₁ in 4) des ersten Sende-Empfangsgeräts 101. Im weiteren wird der NPN Transistor TR₃₃ des dritten lichtempfangenden Abschnitts PR3 eingeschaltet, so dass Strom von der Versorgungs-Spannungsleitung L₁₀₁ durch den NPN Transistor TR₃₃, die Anschlussleitung L₁₀₃ und den D– Datenanschluss P₁₃ in den Pulldown-Widerstand (R₁ in 4) des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 strömt. Da das Potenzial des D– Datenanschlusses P₁₃ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 sich einer Versorgungsspannung Vcc annähert, wird somit ein logisches D– Hoch-Signal ausgegeben. Da ein NPN Transistor TR₃₂ des dritten Steuerschaltabschnitts CS3 eingeschaltet wird, kann der dritte lichtabgebende Abschnitt LE3 in diesem Fall nicht funktionieren. Demgemäß kann eine Rückübertragung des empfangenen logischen Hoch-Signals vom D– Datenanschluss P₁₃ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 verhindert werden.

Wenn anderseits ein logisches Signal in den D– Datenanschluss P₁₃ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 eingegeben wird, wird der NPN Transistor TR₃₁ des dritten lichtabgebenden Abschnitts LE3 ausgeschaltet, um zu verhindern, dass Strom durch das lichtabgebende Element LD3 strömt. Da vom lichtabgebenden Element LD3 kein Licht erzeugt wird, wird von dem lichtempfangenden Element PD4 des vierten lichtempfangenden Abschnitts PR4 keine Spannung erzeugt. Ferner wird der NPN Transistor TR₄₃ des vierten lichtempfangenden Abschnitts PR4 ausgeschaltet, um den D– Datenanschluss P₂₃ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 in einen Schwebezustand zu versetzen. Das heißt, ein logisches D– Niedrig-Signal wird durch den D– Datenanschluss P₂₃ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 ausgegeben. Hier kann der vierte lichtabgebende Abschnitt LE4 normal funktionieren, da der NPN Transistor TR₄₂ des vierten Steuerschaltabschnitts CS4 ausgeschaltet ist.

Wenn ein logisches Niedrigsignal in den D– Datenanschluss P₂₃ des zweiten Sende-Empfangsgeräts 301 eingegeben wird, wird gleichermaßen der NPN Transistor TR₄₁ des vierten lichtabgebenden Abschnitts LE4 ausgeschaltet, um den Storm zu hindern, durch das lichtabgebende Element LD4 zu fließen. Da in diesem Fall vom lichtabgebenden Element LD4 kein Licht erzeugt wird, erzeugt das lichtempfangende Element PD3 des dritten lichtempfangenden Abschnitts PR3 keine Spannung. Ferner wird der NPN Transistor TR₃₃ des dritten lichtempfangenden Abschnitts PR3 ausgeschaltet, um den D– Datenanschluss P₁₃ des ersten Sende-Empfangsgeräts 301 in einen Schwebezustand zu bringen. Das heißt, ein logisches D– Niedrigsignal wird durch den D– Datenanschluss P₁₃ des ersten Sende-Empfangsgeräts 101 ausgegeben. Hier wird der NPN Transistor TR₃₂ des dritten Steuerschaltabschnitts CS3 ausgeschaltet, damit der dritte lichtabgebende Abschnitt LE3 nicht normal funktionieren kann.

Wie oben beschrieben, schafft der USB-Anschlussapparat gemäß der vorliegenden Erfindung ein optisches Kommunikationsmodul durch die D+ und D– optischen Kommunikationsmodule, wodurch die Kommunikationsgeschwindigkeit und die effektive Kommunikationsdistanz erhöht werden, elektrische Störgeräusche entfernt werden und die Differenz der Impedanzen zwischen D+ und D– Kommunikationsleitern minimiert wird.

Diese Erfindung wurde zwar unter besonderer Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben, es ist jedoch für Fachpersonen ohne weiteres einsehbar, dass in Form und Details unterschiedliche Änderungen vorgenommen werden können.