EP2538500A1 - Coupling device for communication devices - Google Patents

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EP2538500A1
EP2538500A1 EP12004434A EP12004434A EP2538500A1 EP 2538500 A1 EP2538500 A1 EP 2538500A1 EP 12004434 A EP12004434 A EP 12004434A EP 12004434 A EP12004434 A EP 12004434A EP 2538500 A1 EP2538500 A1 EP 2538500A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupling device
housing
application
ethernet
sockets
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12004434A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gunnar Lessmann
Detlev Kuschke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP2538500A1 publication Critical patent/EP2538500A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/66—Structural association with built-in electrical component
    • H01R13/665—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit
    • H01R13/6658—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit on printed circuit board
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R24/00—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/60—Contacts spaced along planar side wall transverse to longitudinal axis of engagement
    • H01R24/62—Sliding engagements with one side only, e.g. modular jack coupling devices

Definitions

  • the present invention relates to a device for coupling a communication device to an Ethernet-based data network, in particular for an automation system.
  • Ethernet-based networks have become established for networking between the individual devices or components of an automation system that are spatially distributed in a plant or machine.
  • Such an Ethernet-based automation network is, for example, the PROFINET.
  • the devices or components of an automation system can be control devices such as programmable logic controllers and I / O devices, for example for controlling sensors and actuators, which implement and solve the associated automation tasks in cooperation.
  • control devices such as programmable logic controllers and I / O devices, for example for controlling sensors and actuators, which implement and solve the associated automation tasks in cooperation.
  • the corresponding devices are usually equipped with two Ethernet ports.
  • a dual Ethernet connection is usually made via an Ethernet adapter that can be integrated into the devices and has at least two RJ45 sockets or one RJ45 double socket and an integrated Ethernet circuit (IC).
  • the Ethernet IC provides two Ethernet ports, each of which is electrically connected to the contact springs in the RJ45 sockets via a transformer module.
  • the IC has at least one more Application-specific interface that can provide an electrical and data connection to the device applications.
  • Such device applications can be provided by serial or parallel controllable input / output drivers or microcontrollers, which communicate with the Ethernet IC via a corresponding interface.
  • converters can also be implemented with the Ethernet ICs, for example for other bus systems such as PROFIBUS, CAN (Controller Area Network) or PCI (Peripheral Component Interconnect).
  • Ethernet adapters In addition to RJ45-based networking over twisted-pair cables, it is also possible to use SC-RJ and thus fiber-based optical systems with fiber-optic cables (FO). Instead of the contact springs and the transformer modules, these Ethernet adapters have optoelectronic transceiver modules that can be arranged in corresponding fiber optic sockets.
  • Ethernet IC, the transformer modules and the RJ45 sockets or corresponding fiber optic sockets can be combined as a module on a common printed circuit board, which can be plugged and / or soldered to a motherboard of a device via a contact device.
  • a disadvantage of such adapter modules is that their printed circuit boards are complex and cause a high component cost. Furthermore, in the devices in which these modules are to be used, a correspondingly large space requirement must be considered.
  • the invention is therefore based on the object to overcome the above-mentioned disadvantages.
  • the present invention proposes a coupling device for a communication device to an Ethernet-based data network comprising a female connector housing with a number of electrical contacts, wherein the contacts are led out of the female connector housing and formed for PCB assembly.
  • the female connector housing is at least partially enclosed by a shield and includes at least two sockets.
  • the shield which may comprise, for example, a shield plate, corresponding through openings.
  • the coupling device further comprises an integrated circuit, wherein the integrated circuit provides at least two Ethernet ports and at least one application-specific interface. Each Ethernet port is connected to one socket each.
  • the application-specific interface is connected to the electrical contacts.
  • the integrated circuit is disposed within the receptacle housing.
  • the coupling device thus provides a hybrid-integrated adapter component which only provides two Ethernet sockets and an application-specific interface for its external environment.
  • the application-specific interface can ideally be designed as a contact post row led out of the housing, so that the hybrid-integrated Ethernet double socket with application-specific interface can be soldered directly to a motherboard of a particular device.
  • the integration allows not only the reduction of components and corresponding board space but also improved electrical component properties.
  • the electrical connections between the Ethernet jacks and the integrated circuit are shielded from EMC interference by the shield around the housing.
  • the reduction of the components additionally has a positive influence on the design-in effort, i. long before a device is finally qualified, since only the one hybrid integrated docking device with its one row of contact posts on the bottom of the housing must be considered in the design of a motherboard. Furthermore, the production costs for a motherboard are reduced, since only one component is to be equipped.
  • the sockets can be designed to provide an electrical plug connection, wherein each socket can be assigned a transformer integrated in the housing. With a corresponding geometry of the socket and a number of correspondingly arranged contact springs, the preferred in network technology RJ45 sockets can be realized.
  • the sockets may be configured to provide an optical connector, each of the sockets having an integrated transceiver in the housing is to be assigned.
  • RJ45 and SC-RJ connectors for optical fiber-based networks with the invention can be realized.
  • the Ethernet ports provided by the integrated circuit disposed in the housing can each provide both a real-time Ethernet, a PROFINET, and a Profinet IRT interface.
  • the hybrid integrated adapter component according to the invention enables network connection to the common automation bus systems.
  • the coupling device comprises a housing 3, with two integrated sockets 1 and 2.
  • the sockets 1 and 2 are in the example shown for receiving RJ45 plugs for Example of a present Ethernet-based PROFINET trained.
  • the RJ45 plug can be plugged by the direction indicated by arrows through corresponding insertion into the housing 3.
  • the housing 3 may be composed of several parts injection molded plastic parts, which are preferably enclosed by a not shown in the figure metallic shielding.
  • the two RJ45 sockets 1 and 2 are each equipped with the corresponding (not shown in the figure) contact springs, which are suitable for making electrical contact with the RJ45 connector.
  • the coupling device further comprises a number of electrical connection contacts, which in the figure as I / O ports are designated and are guided on the underside of the housing 3 and out through the shield.
  • the connection contacts form a connection contact device 7, which is designed as a single or multi-row contact post strip, which is suitable in particular for mounting on a printed circuit board 10.
  • a chip 6 is provided with an integrated circuit (in the English Integrated Circuit, IC), which provides a highly integrated single-chip solution for comprehensive PROFINET functionality.
  • IC the English Integrated Circuit
  • the chip 6 has an integrated PROFINET switch with two parallel physical PROFINET ports, which are each electrically connected via a transformer 3 integrated in the housing 3 and 4 with the contact springs of the sockets 1 and 2.
  • the PROFINET Switch preferably meets the requirements for isochronous real-time capability according to the PROFINET IRT (Isochronous Real Time) specifications.
  • the chip 6 has an interface with a number of General Purpose Input Output (GPIO) pins, which are application-specific configurable.
  • GPIO General Purpose Input Output
  • Various communication interfaces may be implemented in the IC, such as serial and parallel interfaces, address and data bus interfaces for various types of microcontrollers, Universal Serial Bus (USB) interfaces, or Peripheral Component Interconnect Bus (PCI-BUS) adapters.
  • a required interface can be selected via a multiplexer integrated in the IC and can be output to the electrical connection contacts of the terminal contact device 7 of the coupling device.
  • the coupling device is a Dualport PROFINET Adapeter for networked devices in an automation system, which is housed as a hybrid integrated component in a RJ45 double-jack housing.
  • the coupling device can thus be easily mounted on a printed circuit board 10, wherein the electrical connection contacts of the terminal 7, a universal. provide selectable application-specific interface 12.
  • a possible application for the coupling device could be, for example, a in FIG. 2 be shown serially controllable driver module, the circuit board 20 next to the housing 3 corresponding hybrid integrated component has a serial input / output driver module 21, to which two input terminals 25 and 26 and two output terminals 23 and 24 are provided.
  • a bi-directional serial interface with at least one RxD, one TxD line and one signal ground connection is provided in an application-specific manner.
  • a corresponding input / output driver module 31 with two input terminals 38, and 39 and two Output terminals 36 and 37 are also controlled via a parallel interface.
  • More complex control and regulation applications can be performed within a control system by a microcontroller with PROFINET connection, as in the FIGS. 4 and 5 outlined.
  • a corresponding motor control card 40, 50 in each case comprises a microcontroller 41, 51, if necessary with a peripheral circuit, not shown.
  • the microcontroller 41, 51 are each connected via a port 44, 54 with a motor control module 45, 55, which includes, among other things, the power electronics for the engine.
  • PROFINET coupling takes place by means of the hybrid-integrated coupling device.
  • the data communication between the microcontroller and the coupling device takes place application-specifically via a serial connection 42 or as in the US Pat FIG. 5 via a separate address bus 52 and data bus 53.
  • the address bus 52 and the data bus 53 may be formed as 8-, 16-, or 32-bit wide interfaces, for example.
  • the hybrid integrated coupling device also allows application interfaces for other bus systems.
  • An in FIG. 6 sketched adapter card 40 includes for this purpose a multi-channel terminal device 42, which via a corresponding number of connecting lines with the terminal contact device 7 of the coupling device connected is.
  • the adapter card 40 can provide an interface between PROFINET and CAN, UART or USB.
  • each of the sockets is assigned an optical transceiver integrated in the housing.
  • RJ45 and SC-RJ connectors for optical fiber-based networks with the invention can be realized.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

The device has a socket housing (3) i.e. dual RJ45socket housing, provided with electric contacts (7) that are led out from the housing to a printed circuit board assembly. The housing is partially enclosed by a shield. An integrated switching circuit of a chip (6) is arranged within the housing and provided with Ethernetports and an application-specific interface (12). The ports are connected with sockets (1, 2) of the housing. The interface is connected with the electric contacts.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ankopplung eines Kommunikationsgerätes an ein ethernetbasiertes Datennetzwerk, insbesondere für ein Automatisierungssystem.The present invention relates to a device for coupling a communication device to an Ethernet-based data network, in particular for an automation system.

In der Automatisierungstechnik haben sich für eine Vernetzung zwischen den einzelnen Geräten bzw. Komponenten eines Automatisierungssystems, die in einer Anlage oder Maschine räumlich verteilt sind, ethernetbasierte Netzwerke etabliert. Ein solches auf dem Ethernet basierendes Automatisierungsnetzwerk ist beispielsweise das PROFINET.In automation technology, Ethernet-based networks have become established for networking between the individual devices or components of an automation system that are spatially distributed in a plant or machine. Such an Ethernet-based automation network is, for example, the PROFINET.

Die Geräte bzw. Komponenten eines Automatisierungssystems können Steuerungseinrichtungen wie speicherprogrammierbare Steuerungen und I/O Geräte beispielsweise zur Ansteuerung von Sensoren und Aktoren sein, die im Zusammenwirken die anfallenden Automatisierungsaufgaben umsetzen und lösen. Um die bei Automatisierungsbussystemen verbreitete Ring- bzw. Lienentopologie bei einem ethernetbasierten Datennetzwerk zu gewährleisten, sind die entsprechenden Geräte in der Regel mit zwei Ethernet Anschlüssen ausgestattet.The devices or components of an automation system can be control devices such as programmable logic controllers and I / O devices, for example for controlling sensors and actuators, which implement and solve the associated automation tasks in cooperation. In order to ensure the ring or line topology common in automation bus systems in an Ethernet-based data network, the corresponding devices are usually equipped with two Ethernet ports.

Eine doppelte Ethernet-Anbindung erfolgt in der Regel über einen in die Geräte integrierbaren Ethernet-Adapter, der wenigstens zwei RJ45 Buchsen oder eine RJ45 Doppelbuchse und einen integrierten Ethernet Schaltkreis (IC) besitzt. Der Ethernet IC stellt zwei Ethernet Ports bereit, die jeweils über einen Übertragerbaustein mit den Kontaktfedern in den RJ45 Buchsen elektrisch verbunden sind. Der IC verfügt des Weitern zumindest über eine applikationsspezifische Schnittstelle, die eine elektrische und Datentechnische Verbindung mit den Geräteapplikationen bereitstellen kann. Solche Geräteapplikationen können durch seriell bzw. parallel ansteuerbare Ein-/Ausgangstreiber oder Mikrokontroller bereitgestellt werden, die über eine entsprechende Schnittstelle mit dem Ethernet IC kommunizieren. Alternativ sind mit den Ethernet ICs auch Umsetzer zum Beispiel für andere Bussysteme wie PROFIBUS, CAN (Controller Area Network) oder PCI (Peripheral Component Interconnect) realisierbar.A dual Ethernet connection is usually made via an Ethernet adapter that can be integrated into the devices and has at least two RJ45 sockets or one RJ45 double socket and an integrated Ethernet circuit (IC). The Ethernet IC provides two Ethernet ports, each of which is electrically connected to the contact springs in the RJ45 sockets via a transformer module. The IC has at least one more Application-specific interface that can provide an electrical and data connection to the device applications. Such device applications can be provided by serial or parallel controllable input / output drivers or microcontrollers, which communicate with the Ethernet IC via a corresponding interface. Alternatively, converters can also be implemented with the Ethernet ICs, for example for other bus systems such as PROFIBUS, CAN (Controller Area Network) or PCI (Peripheral Component Interconnect).

Neben der RJ45 basierten Vernetzung über verdrillte Zweidrahtleitungen können auch SC-RJ und also Faserbasierte optische Systeme mit Lichtwellenleiten (LWL) eingesetzt werden. Anstelle der Kontaktfedern und den Übertragerbausteinen verfügen diese Ethernet-Adapter über optoelektronische Transceiverbausteine, die in entsprechenden LWL-Buchsen angeordnet sein können.In addition to RJ45-based networking over twisted-pair cables, it is also possible to use SC-RJ and thus fiber-based optical systems with fiber-optic cables (FO). Instead of the contact springs and the transformer modules, these Ethernet adapters have optoelectronic transceiver modules that can be arranged in corresponding fiber optic sockets.

Der Ethernet IC, die Übertragerbausteine sowie die RJ45 Buchsen oder entsprechend LWL-Bchsen können als Modul auf einer gemeinsamem Leiterplatte zusammengefasst sein, die über eine Kontakteinrichtung steckbar und/oder lötbar mit einer Hauptplatine eines Gerätes verbunden werden können.The Ethernet IC, the transformer modules and the RJ45 sockets or corresponding fiber optic sockets can be combined as a module on a common printed circuit board, which can be plugged and / or soldered to a motherboard of a device via a contact device.

Nachteilig an solchen Adaptermodulen ist, dass deren Leiterplatten komplex aufgebaut sind und einen hohen Bauteileaufwand verursachen. Des Weiteren ist in den Geräten, in denen diese Module eingesetzt werden sollen, ein entsprechend großer Platzbedarf zu berücksichtigen. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die oben angeführten Nachteile zu beseitigen.A disadvantage of such adapter modules is that their printed circuit boards are complex and cause a high component cost. Furthermore, in the devices in which these modules are to be used, a correspondingly large space requirement must be considered. The invention is therefore based on the object to overcome the above-mentioned disadvantages.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung eine Ankopplungseinrichtung für ein Kommunikationsgerät an ein ethernetbasiertes Datennetzwerk vor, das ein Steckbuchsengehäuse mit einer Anzahl von elektrischen Kontakten umfasst, wobei die Kontakte aus dem Steckbuchsengehäuse herausgeführt und zur Leiterplattenmontage ausgebildet sind. Das Steckbuchsengehäuse ist zumindest Teilweise von einer Abschirmung umschlossen und beinhaltet wenigstens zwei Steckbuchsen. In den Bereichen, in denen die Steckbuchsen im Gehäuse angeordnet sind bzw. in denen die Anschlusseinrichtungen aus dem Gehäuse herausgeführt sind, weist die Abschirmung, die beispielsweise ein Schirmblech umfassen kann, entsprechende Durchführungsöffnungen auf. Die Ankopplungseinrichtung umfasst ferner einen integrierten Schaltkreis, wobei der integrierte Schaltkreis wenigstens zwei Ethernet-Ports und wenigstens eine applikationsspezifische Schnittstelle bereitstellt. Jeder Ethernet-Port steht mit jeweils einer Steckbuchse in Verbindung. Die applikationsspezifische Schnittstelle ist mit den elektrischen Kontakten verbunden. Der integrierte Schaltkreis ist innerhalb des Steckbuchsengehäuse angeordnet.To achieve this object, the present invention proposes a coupling device for a communication device to an Ethernet-based data network comprising a female connector housing with a number of electrical contacts, wherein the contacts are led out of the female connector housing and formed for PCB assembly. The female connector housing is at least partially enclosed by a shield and includes at least two sockets. In the areas in which the sockets are arranged in the housing or in which the connection devices are led out of the housing, the shield, which may comprise, for example, a shield plate, corresponding through openings. The coupling device further comprises an integrated circuit, wherein the integrated circuit provides at least two Ethernet ports and at least one application-specific interface. Each Ethernet port is connected to one socket each. The application-specific interface is connected to the electrical contacts. The integrated circuit is disposed within the receptacle housing.

Mit der Ankopplungseinrichtung wird somit ein hybridintegriertes Adapter-Bauelement zur Verfügung gestellt, das für seine äußere Umwelt nur zwei Ethernet-Buchsen und eine applikationsspezifische Schnittstelle bereitstellt.The coupling device thus provides a hybrid-integrated adapter component which only provides two Ethernet sockets and an application-specific interface for its external environment.

Die applikationsspezifische Schnittstelle kann idealer Weise als Kontaktpfostenreihe ausgebildet aus dem Gehäuse herausgeführt sein, so dass die hybridintegrierte Ethernet-Doppelbuchse mit applikationsspezifischer Schnittstelle direkt auf eine Hauptplatine eines jeweiligen Gerätes aufgelötet werden kann. Die Integration ermöglich neben der Reduktion von Bauelementen und entsprechendem Platinenplatz auch verbesserte elektrische Bauelementeigenschaften. Die elektrischen Verbindungen zwischen den Ethernet-Buchsen und dem integrierten Schaltkreis sind durch die Abschirmung um das Gehäuse vor EMV Störeinstrahlungen geschützt.The application-specific interface can ideally be designed as a contact post row led out of the housing, so that the hybrid-integrated Ethernet double socket with application-specific interface can be soldered directly to a motherboard of a particular device. The integration allows not only the reduction of components and corresponding board space but also improved electrical component properties. The electrical connections between the Ethernet jacks and the integrated circuit are shielded from EMC interference by the shield around the housing.

Die Reduzierung der Bauteile hat zusätzlich einen positiven Einfluss auf den Design-In-Aufwand, d.h. lange bevor eine Vorrichtung final qualifiziert wird, da nur die eine hybridintegrierte Ankopplungseinrichtung mit ihrer einen Kontaktpfostenreihe auf der Gehäuseunterseite beim Design einer Hauptplatine berücksichtigt werden muss. Des Weitern werden die Fertigungskosten für eine Hauptplatine reduziert, da nur das eine Bauelement zu bestücken ist.The reduction of the components additionally has a positive influence on the design-in effort, i. long before a device is finally qualified, since only the one hybrid integrated docking device with its one row of contact posts on the bottom of the housing must be considered in the design of a motherboard. Furthermore, the production costs for a motherboard are reduced, since only one component is to be equipped.

Die Steckbuchsen können zum Bereitstellen einer elektrischen Steckverbindung ausgebildet sein, wobei jeder Steckbuchse ein im Gehäuse integrierte Übertrager zugeordnet sein kann. Mit einer entsprechenden Geometrie der Steckbuchse und einer Anzahl entsprechend angeordneter Kontaktfedern können die in der Netzwerktechnik bevorzugten RJ45 Buchsen realisiert werden.The sockets can be designed to provide an electrical plug connection, wherein each socket can be assigned a transformer integrated in the housing. With a corresponding geometry of the socket and a number of correspondingly arranged contact springs, the preferred in network technology RJ45 sockets can be realized.

Alternativ können die Steckbuchsen zum Bereitstellen einer optischen Steckverbindung ausgebildet sein, wobei jeder der Steckbuchsen ein im Gehäuse ein integrierte Transceiver zuzuordnen ist. Somit sind alternativ zu den RJ45 auch SC-RJ Steckverbinder für lichtwellenleiterbasierte Netzwerke mit der Erfindung realisierbar.Alternatively, the sockets may be configured to provide an optical connector, each of the sockets having an integrated transceiver in the housing is to be assigned. Thus, as an alternative to the RJ45 and SC-RJ connectors for optical fiber-based networks with the invention can be realized.

Die Ethernet-Ports, die von dem im Gehäuse angeordneten integrierten Schaltkreis bereitgestellt sind, können sowohl jeweils eine Echtzeit-Ethernet-, eine PROFINET-, als auch eine Profinet IRT-Schnittstelle bereitstellen. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße hybridintegrierte Adapter-Bauelement Netzwerkseitig eine Anbindung an die gängigen Automatisierungsbussysteme.The Ethernet ports provided by the integrated circuit disposed in the housing can each provide both a real-time Ethernet, a PROFINET, and a Profinet IRT interface. Thus, the hybrid integrated adapter component according to the invention enables network connection to the common automation bus systems.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten, jedoch lediglich beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.The invention will now be described in detail by way of preferred but merely exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1:
eine Prinzipskizze einer Ankopplungseinrichtung mit zwei RJ45 Steckbuchsen mit zugeordneten Übertragerbausteinen, einem integrierten Schaltkreis und einer applikationsspezifischen Schnittstelle in einem geschirmten Gehäuse;
Fig. 2:
eine Platine mit einer Ankopplungseinrichtung und einer seriellen Schnittstelle zur Ansteuerung eines Ein-/Ausgangstreiberbausteins,
Fig. 3:
eine Platine mit einer Ankopplungseinrichtung und einer parallelen Schnittstelle zur Ansteuerung eines Ein-/Ausgangstreiberbausteins,
Fig. 4:
eine Platine mit einer Ankopplungseinrichtung und einem Mikrokontroller mit einer seriellen Kommunikationsverbindung;
Fig. 5:
eine Platine mit einer Ankopplungseinrichtung und einem über getrennte Adress- und Daten-Bus-Verbindungen ansteuerbaren Mikrokontroller;
Fig. 6:
eine Platine für ein Gatewaymodul mit einer Ankopplungseinrichtung und einer Kontakteinrichtung,
Fig. 7:
eine PCI Einsteckkarte mit einer Ankopplungseinrichtung.
In the drawings show:
Fig. 1:
a schematic diagram of a coupling device with two RJ45 sockets with associated transformer modules, an integrated circuit and an application-specific interface in a shielded housing;
Fig. 2:
a circuit board with a coupling device and a serial interface for controlling an input / output driver module,
3:
a circuit board with a coupling device and a parallel interface for controlling an input / output driver module,
4:
a board with a coupling device and a microcontroller with a serial communication link;
Fig. 5:
a board with a coupling device and a controllable via separate address and data bus connections microcontroller;
Fig. 6:
a circuit board for a gateway module with a coupling device and a contact device,
Fig. 7:
a PCI plug-in card with a coupling device.

Die Figur 1 stellt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Ankopplung eines Kommunikationsgeräts an ein PROFINET Datennetzwerk in einer skizzenhaften Aufsicht dar. Die Ankopplungseinrichtung umfasst ein Gehäuse 3, mit zwei integrierten Steckbuchsen 1 und 2. Die Steckbuchsen 1 und 2 sind im dargestellten Beispiel zur Aufnahme von RJ45 Steckern zum Beispiel eines vorliegenden ethernetbasierten PROFINET ausgebildet. Die RJ45 Stecker können durch die mit Pfeilen gekennzeichneten Richtung durch entsprechende Einstecköffnungen in das Gehäuse 3 eingesteckt werden. Das Gehäuse 3 kann mehrteilig aus Spritzgusskunststoffteilen zusammengesetzt sein, die bevorzugt von einer in der Figur nicht skizzierten metallischen Schirmung umschlossen sind. Die beiden RJ45 Steckbuchsen 1 und 2 sind jeweils mit den entsprechenden (in der Figur nicht gezeigten) Kontaktfedern ausgestattet, die zur elektrischen Kontaktierung der RJ45 Stecker geeignet sind.The FIG. 1 The coupling device comprises a housing 3, with two integrated sockets 1 and 2. The sockets 1 and 2 are in the example shown for receiving RJ45 plugs for Example of a present Ethernet-based PROFINET trained. The RJ45 plug can be plugged by the direction indicated by arrows through corresponding insertion into the housing 3. The housing 3 may be composed of several parts injection molded plastic parts, which are preferably enclosed by a not shown in the figure metallic shielding. The two RJ45 sockets 1 and 2 are each equipped with the corresponding (not shown in the figure) contact springs, which are suitable for making electrical contact with the RJ45 connector.

Die Ankopplungseinrichtung umfasst ferner eine Anzahl von elektrischen Anschlusskontakten, die in der Figur als I/O-Ports bezeichnet sind und die unterseitig aus dem Gehäuse 3 heraus sowie durch die Abschirmung geführt sind. Die Anschlusskontakte bilden eine Anschlusskontakteinrichtung 7, die als ein oder mehrreihige Kontaktpfostenleiste ausgebildet ist, die insbesondere zur Montage auf einer Leiterplatte 10 geeignet ist.The coupling device further comprises a number of electrical connection contacts, which in the figure as I / O ports are designated and are guided on the underside of the housing 3 and out through the shield. The connection contacts form a connection contact device 7, which is designed as a single or multi-row contact post strip, which is suitable in particular for mounting on a printed circuit board 10.

In dem Gehäuse 3 der Ankopplungseinrichtung ist ein Chip 6 mit einem integrierten Schaltreis (im englischen Integrated Circuit, IC) vorgesehen, der eine hochintegrierte Single-Chip-Lösung für eine umfassende PROFINET Funktionalität bereitstellt.In the housing 3 of the coupling device, a chip 6 is provided with an integrated circuit (in the English Integrated Circuit, IC), which provides a highly integrated single-chip solution for comprehensive PROFINET functionality.

Der Chip 6 verfügt über einen integrierten PROFINET Switch mit zwei parallelen physikalischen PROFINET Ports, die jeweils über einen in dem Gehäuse 3 integrierten Übertrager 4 und 5 mit den Kontaktfedern der Steckbuchsen 1 und 2 elektrisch verbunden sind. Der PROFINET Switch erfüllt bevorzugt die Anforderungen an eine isochrone Echtzeitfähigkeit gemäß den PROFINET IRT (Isochronous Real Time) Spezifikationen.The chip 6 has an integrated PROFINET switch with two parallel physical PROFINET ports, which are each electrically connected via a transformer 3 integrated in the housing 3 and 4 with the contact springs of the sockets 1 and 2. The PROFINET Switch preferably meets the requirements for isochronous real-time capability according to the PROFINET IRT (Isochronous Real Time) specifications.

Des Weiteren verfügt der Chip 6 über eine Schnittstelle mit einer Anzahl von General Purpose Input Output (GPIO)-Pins, die applikationsspezifisch konfigurierbar sind. In dem IC können verschiedene Kommunikationsschnittstellen implementiert sein, beispielsweise serielle und parallele Schnittstellen, Adress- und Datenbus-Interfaces für verschiedene Mikrokontrollertypen, Universal Serial Bus (USB) Schittstellen oder Peripheral Component Interconnect Bus (PCI-BUS) Adapter. Über einen im IC integrierten Multiplexer ist ein benötigtes Interface auswählbar und kann auf die elektrischen Anschlusskontakten der Anschlusskontakteinrichtung 7 der Ankopplungseinrichtung ausgegeben werden.Furthermore, the chip 6 has an interface with a number of General Purpose Input Output (GPIO) pins, which are application-specific configurable. Various communication interfaces may be implemented in the IC, such as serial and parallel interfaces, address and data bus interfaces for various types of microcontrollers, Universal Serial Bus (USB) interfaces, or Peripheral Component Interconnect Bus (PCI-BUS) adapters. A required interface can be selected via a multiplexer integrated in the IC and can be output to the electrical connection contacts of the terminal contact device 7 of the coupling device.

Mit der in der Figur 1 dargestellten Ankopplungseinrichtung wird ein Dualport PROFINET Adapeter für vernetzte Geräte in einem Automatisierungssystem bereitgestellt, der als hybridintegriertes Bauelement in einem RJ45 Doppelbuchsengehäuse untergebracht ist.With the in the FIG. 1 The coupling device is a Dualport PROFINET Adapeter for networked devices in an automation system, which is housed as a hybrid integrated component in a RJ45 double-jack housing.

Die Ankopplungseinrichtung kann somit einfach auf einer Leiterplatte 10 montiert werden, wobei die elektrischen Anschlusskontakte der Anschlusskontakteinrichtung 7 eine universelle d.h. auswählbare applikationsspezifische Schnittselle 12 bereitstellen.The coupling device can thus be easily mounted on a printed circuit board 10, wherein the electrical connection contacts of the terminal 7, a universal. provide selectable application-specific interface 12.

Eine mögliche Applikation für die Ankopplungseinrichtung könnte zum Beispiel ein in Figur 2 dargestelltes seriell ansteuerbares Treibermodul sein, dessen Leiterplatte 20 neben dem im Gehäuse 3 entsprechenden hybridintegrierten Bauelement einen seriellen Ein-/Ausgangstreiberbaustein 21 besitzt, an dem zwei Eingangsanschlussklemmen 25 und 26 sowie zwei Ausgangsanschlussklemmen 23 und 24 vorgesehen sind. Zwischen den I/O-Ports, d.h. zwischen der Anschlusskontakteinrichtung und dem Treiberbaustein 21 ist applikationsspezifisch eine bidirektionale serielle Schnittstelle mit zumindest eine RxD-, eine TxD-Leitung und eine Signalmasseverbindung vorgesehen.A possible application for the coupling device could be, for example, a in FIG. 2 be shown serially controllable driver module, the circuit board 20 next to the housing 3 corresponding hybrid integrated component has a serial input / output driver module 21, to which two input terminals 25 and 26 and two output terminals 23 and 24 are provided. Between the I / O ports, ie between the terminal contact device and the driver module 21, a bi-directional serial interface with at least one RxD, one TxD line and one signal ground connection is provided in an application-specific manner.

Wie in der Figur 3 dargestellt ist, kann ein entsprechender Ein-/Ausgangstreiberbaustein 31 mit zwei Eingangsanschlussklemmen 38, und 39 sowie zwei Ausgangsanschlussklemmen 36 und 37 auch über eine parallele Schnittstelle angesteuert werden.Like in the FIG. 3 a corresponding input / output driver module 31 with two input terminals 38, and 39 and two Output terminals 36 and 37 are also controlled via a parallel interface.

Komplexere Steuerungs- und Regelungsapplikationen, z.B. eine elektronische Motorsteuerung, können innerhalb eines Steuerungssystems von einem Mikrokontroller mit PROFINET Anbindung durchgeführt werden, wie in den Figuren 4 und 5 skizziert ist.More complex control and regulation applications, such as an electronic motor control, can be performed within a control system by a microcontroller with PROFINET connection, as in the FIGS. 4 and 5 outlined.

Eine entsprechende Motorsteuerungskarte 40, 50 umfasst jeweils einen Mikrokontroller 41, 51 ggf. mit einer nicht dargestellten peripheren Beschaltung. Die Mikrokontroller 41, 51 sind jeweils über einen Port 44, 54 mit einem Motorsteuerbaustein 45, 55 verbunden, der unter anderem die Leistungselektronik für den Motor umfasst. Die PROFINET Ankopplung erfolgt mittels der hybridintegrierten Ankopplungseinrichtung. Die Datenkommunikation wischen dem Mikrokontroller und der Ankopplungseinrichtung erfolgt applikationsspezifisch über eine serielle Verbindung 42 oder wie in der Figur 5 dargestellt, über einen getrennten Adressbus 52 und Datenbus 53. Der Adressbus 52 und der Datenbus 53 können zum Beispiel als 8-, 16- oder 32-Bit breite Schnittstellen ausgebildet sein.A corresponding motor control card 40, 50 in each case comprises a microcontroller 41, 51, if necessary with a peripheral circuit, not shown. The microcontroller 41, 51 are each connected via a port 44, 54 with a motor control module 45, 55, which includes, among other things, the power electronics for the engine. PROFINET coupling takes place by means of the hybrid-integrated coupling device. The data communication between the microcontroller and the coupling device takes place application-specifically via a serial connection 42 or as in the US Pat FIG. 5 via a separate address bus 52 and data bus 53. The address bus 52 and the data bus 53 may be formed as 8-, 16-, or 32-bit wide interfaces, for example.

Wie in den Figuren 6 und 7 zu entnehmen ist, ermöglicht die erfindungsgemäße hybridintegrierte Ankopplungseinrichtung auch Applikationsschnittstellen für andere Bussysteme. Eine in Figur 6 skizzierte Adapterkarte 40 umfasst dazu eine mehrkanalige Anschlussklemmeinrichtung 42, die über eine entsprechende Anzahl von Verbindungsleitungen mit der Anschlusskontakteinrichtung 7 der Ankopplungseinrichtung verbunden ist. Die Adapterkarte 40 kann eine Schnittstelle zwischen PROFINET und CAN, UART oder USB bereitstellen.As in the FIGS. 6 and 7 can be seen, the hybrid integrated coupling device according to the invention also allows application interfaces for other bus systems. An in FIG. 6 sketched adapter card 40 includes for this purpose a multi-channel terminal device 42, which via a corresponding number of connecting lines with the terminal contact device 7 of the coupling device connected is. The adapter card 40 can provide an interface between PROFINET and CAN, UART or USB.

Gemäß der Darstellung in Figur 7 ist mit der vorliegenden Ankopplungseinrichtung applikationsspezifisch auch eine PC-Einsteckkarte für den PCI Bus realisierbar, wobei die Anschlusskontakteinrichtung 7 mit einer Anzahl von Verbindungsleitungen 52 mit einer PCI Steckverbindung 51 verbunden ist.As shown in FIG. 7 With the present coupling device application-specific also a PC plug-in card for the PCI bus can be realized, wherein the terminal contact device 7 is connected to a number of connecting lines 52 with a PCI connector 51.

Basierend auf vorstehender Beschreibung ist dem Fachmann ersichtlich, dass im Rahmen der Erfindung alternativ zu den Steckbuchsen gemäß Fig. 1 auch Steckbuchsen zum Bereitstellen einer optischen Steckverbindung vorgesehen sein können, wobei dann jeder der Steckbuchsen ein im Gehäuse integrierter optischer Transceiver zugeordnet ist. Somit sind alternativ zu den RJ45 auch SC-RJ Steckverbinder für lichtwellenleiterbasierte Netzwerke mit der Erfindung realisierbar.Based on the above description, it will be apparent to those skilled in the art that in the context of the invention, as an alternative to the sockets according to FIG Fig. 1 It is also possible to provide sockets for providing an optical plug-in connection, in which case each of the sockets is assigned an optical transceiver integrated in the housing. Thus, as an alternative to the RJ45 and SC-RJ connectors for optical fiber-based networks with the invention can be realized.

Claims (11)

Ankopplungseinrichtung für ein Kommunikationsgerät an ein ethernetbasiertes Datennetzwerk, umfassend ein Steckbuchsengehäuse (3) mit einer Anzahl von elektrischen Kontakten (7), wobei die Kontakte aus dem Steckbuchsengehäuse (3) herausgeführt und zur Leiterplattenmontage ausgebildet sind, und wobei das Steckbuchsengehäuse (3) zumindest teilweise von einer Abschirmung umschlossen ist und wenigstens zwei Steckbuchsen (1, 2) beinhaltet, ferner umfassend einen integrierten Schaltkreis (6), wobei der integrierte Schaltkreis (6) wenigstens zwei Ethernet-Ports und wenigstens eine applikationsspezifische Schnittstelle bereitstellt, wobei jeder Ethernet-Port mit jeweils einer Steckbuchse (1, 2) in Verbindung steht und die applikationsspezifische Schnittstelle mit den elektrischen Kontakten (7) verbunden ist, und wobei der integrierten Schaltkreis (6) innerhalb des Steckbuchsengehäuse (3) angeordnet ist.Coupling device for a communication device to an Ethernet-based data network, comprising a female connector housing (3) with a number of electrical contacts (7), wherein the contacts are led out of the female connector housing (3) and designed for PCB mounting, and wherein the female connector housing (3) at least partially is enclosed by a shield and at least two sockets (1, 2) includes, further comprising an integrated circuit (6), wherein the integrated circuit (6) at least two Ethernet ports and at least one application-specific interface provides, each Ethernet port with in each case a socket (1, 2) is in communication and the application-specific interface with the electrical contacts (7) is connected, and wherein the integrated circuit (6) within the socket housing (3) is arranged. Ankopplungseinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckbuchsen (1, 2) zum bereitstellen eine elektrischen Steckverbindung ausgebildet sind, wobei jeder Steckbuchse jeweils ein im Gehäuse (3) integrierte Übertrager (4, 5) zugeordnet ist.Coupling device according to claim 1, characterized in that the sockets (1, 2) are designed to provide an electrical plug connection, wherein each socket in each case in the housing (3) integrated transformer (4, 5) is associated. Ankopplungseinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckbuchsen (1, 2) zum bereitstellen eine optischen Steckverbindung ausgebildet sind, wobei jeder Steckbuchse jeweils ein im Gehäuse (3) integrierter Transceiver zugeordnet ist.Coupling device according to claim 1, characterized in that the sockets (1, 2) are designed to provide an optical connector, each receptacle each one in the housing (3) integrated transceiver is assigned. Ankopplungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ethernet-Ports jeweils eine Echtzeit-Ethernet-Schnittstelle bereitstellen.Coupling device according to one of the preceding claims, characterized in that the Ethernet ports each provide a real-time Ethernet interface. Ankopplungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ethernet-Ports jeweils eine PROFINET-Schnittstelle bereitstellen.Coupling device according to one of the preceding claims, characterized in that the Ethernet ports each provide a PROFINET interface. Ankopplungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ethernet-Ports jeweils eine PROFINET IRT-Schnittstelle bereitstellen.Coupling device according to one of the preceding claims, characterized in that the Ethernet ports each provide a PROFINET IRT interface. Ankopplungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die applikationsspezifische Schnittstelle einen Anschluss für eine serielle Datenleitung (22) bereitstellt, mit der ein Treiberbaustein (21) seriell ansteuerbar ist.Coupling device according to one of the preceding claims, characterized in that the application-specific interface provides a connection for a serial data line (22), with which a driver module (21) can be controlled in series. Ankopplungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die applikationsspezifische Schnittstelle eine Anzahl von Anschlüssen für parallele Datenleitungen (32, 33, 34, 35) bereitstellt, über die der Treiberbaustein (31) parallel ansteuerbar ist.Coupling device according to one of the preceding claims, characterized in that the application-specific interface provides a number of connections for parallel data lines (32, 33, 34, 35), via which the driver module (31) can be controlled in parallel. Ankopplungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die applikationsspezifische Schnittstelle eine Anzahl von Anschlüssen für eine serielle Datenleitung (42) zur Anbindung eines Mikrokontrollers (41) bereitstellt.Coupling device according to one of the preceding claims, characterized in that the application-specific interface provides a number of connections for a serial data line (42) for connecting a microcontroller (41). Ankopplungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die applikationsspezifische Schnittstelle eine Anzahl von Anschlüssen zur Anbindung eines Mikrokontrollers (51) bereitstellt, die einen parallelen Adressbus (53) und einen parallelen Datenbus (54) bilden.Coupling device according to one of the preceding claims, characterized in that the application-specific interface provides a number of terminals for connecting a microcontroller (51), which form a parallel address bus (53) and a parallel data bus (54). Ankopplungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die applikationsspezifische Schnittstelle eine Anzahl von Anschlüssen zum Bereitstellen eines PCI-Bus bereitstellt.Coupling device according to one of the preceding claims, characterized in that the application-specific interface provides a number of ports for providing a PCI bus.
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