CN100433622C - 一种实现以太网物理层接口信号长距离传输的装置 - Google Patents

一种实现以太网物理层接口信号长距离传输的装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种实现以太网物理层信号长距离传输的装置，包括处理板和接口板，其中，所述处理板又包括以太网媒体接入控制芯片、物理层芯片、以太网信号驱动器及信息连接器，所述媒体接入控制芯片与所述物理层芯片连接，所述物理层芯片与所述信号驱动器之间以及所述信号驱动器与所述信号连接器之间通过以太网物理层接口连接；所述接口板又包括以太网接口电路，以太网信号驱动器和信号连接器，所述接口电路与所述信号驱动器之间及所述信号驱动器与所述信号连接器之间通过以太网物理层接口连接。

Description

一种实现以太网物理层接口信号长距离传输的装置
技术领域
本发明涉及一种提供以太网接口的设备，尤其涉及一种实现以太网物理层接口信号长距离传输的装置。
背景技术
很多提供以太网接口的设备，需要在用户侧提供以太网接口。目前提供的以太网接口种类主要有：10M/100M电接口、100M光接口、1000M光/电接口等。由于以太网技术应用的灵活性和多样性，往往要求以太网设备能提供灵活多样的以太网接口，这样设备开发商有时候就需要针对每一种速率、每一种类型的接口开发一种设备。
其实，随着芯片技术的发展，以太网MAC(Media Access Control，媒体接入控制)芯片和PHY(Physical Layer，物理层)芯片都能做到兼容10M/100M/1000M速率、兼容光/电接口，能够将支持各种速率及种类的功能模块集成到一个芯片中。这样，对于提供不同速率、不同种类以太网接口的单板来说，在硬件上相互之间只有以太网接口电路部分不同，其他如MAC芯片、PHY芯片等部分电路几乎是完全相同的。这样很容易让人想到，可以将相同的部分电路做成处理板(包含MAC芯片、PHY芯片等部分电路)，不相同的部分电路做成接口板(包含以太网接口电路)，处理板和接口板间通过连接器连接即可，单板结构如图1所示。这样就可以采用对同一块处理板更换不同的接口板的方式，来达到以太网设备提供灵活多样的以太网接口的目的。但是，这种设计是不可靠的，原因是处理板100和接口板200间的距离比较大，最大可能会达到100cm左右，然而PHY芯片120与以太网接口电路220间的以太网物理层信号的传输距离最大只能到20cm左右，原则上PHY芯片120与以太网接口电路间的距离是越近越好，距离太长可能会影响以太网信号的指标和性能。此外，还有一种设计思想，就是将PHY芯片120置于接口板上，单板结构如图2所示。这样PHY芯片120与以太网接口电路220间的距离可以很近，但是MAC芯片110与PHY芯片120间的距离增大了。MAC芯片110与PHY芯片120间通常采用MII、RMII、SMII、SS-SMII、GMII、TBI等接口，每种接口的最大传输距离不尽相同，接口信号线多，会占用更多的连接器端子，更为重要的是PHY芯片120通常需要MAC芯片110提供一个参考时钟，该时钟经过长距传输后的线路延时很有可能会造成接口时序的混乱。因此，这种设计同样存在不可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现以太网物理层接口信号长距传输的装置，使以太网设备能够采用对同一块处理板更换不同接口板的方式，提供灵活多样的以太网接口。
为实现上述目的，本发明提出了一种实现以太网物理层信号长距离传输的装置，包括处理板和接口板，其中，
所述处理板又包括以太网媒体接入控制芯片、物理层芯片、以太网信号驱动器及信号连接器，所述媒体接入控制芯片与所述物理层芯片连接，所述物理层芯片与所述信号驱动器之间以及所述信号驱动器与所述信号连接器之间通过以太网物理层接口连接；
所述接口板又包括以太网接口电路，以太网信号驱动器和信号连接器，所述接口电路与所述信号驱动器之间及所述信号驱动器与所述信号连接器之间通过以太网物理层接口连接。
上述的实现以太网物理层信号长距离传输的装置，其中，所述媒体接入控制芯片与物理层芯片通过MII、RMII、SMII、SS-SMII、GMII或TBI标准接口连接。
上述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其中，所述以太网物理层接口采用10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-FX、1000BASE-SX、1000BASE-LX和/或1000BASE-T标准。
上述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其中，所述以太网信号驱动器采用10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-FX、1000BASE-SX、1000BASE-LX和/或1000BASE-T标准。
上述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其中，所述以太网信号驱动器又包括：
发送单元，包括：电平增益控制单元、信号波形滤波单元、信号波形整形单元和发送驱动单元，所述电平增益控制单元连接所述信号波形滤波单元，所述信号波形滤波单元连接所述信号波形整形单元，所述信号波形整形单元连接所述发送驱动单元；
接收单元，包括电平均衡控制单元、信号时钟恢复单元、信号再定时单元和接收驱动单元，所述电平均衡控制单元连接所述信号时钟恢复单元，所述信号时钟恢复单元连接所述信号再定时单元，所述信号再定时单元连接所述接收驱动单元。
上述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其中，所述以太网信号驱动器中的驱动单元包括10BASE-T驱动模块、100BASE-TX驱动模块、100BASE-FX驱动模块、1000BASE-SX驱动模块、1000BASE-LX驱动模块和/或1000BASE-T驱动模块。
上述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其中，所述以太网接口电路包括电接口或光接口。
上述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其中，所述以太网接口电路采用电接口时，所述以太网接口电路为相连的变压器和RJ45连接器。
上述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其中，所述以太网接口电路采用光接口时，所述接口电路为SFP光模块。
上述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其中，所述处理板和接口板上的信号连接器通过分别与一背板连接，实现相互连接。
本发明提供了一种实现以太网物理层接口信号长距离传输的装置，使以太网设备能够采用对同一块处理板更换不同接口板的方式，提供灵活多样的以太网接口。降低了以太网设备的开发成本、提高了设备的开发效率。
附图说明
图1是接口电路在子板上的单板结构图；
图2是PHY芯片与接口电路在子板上的单板结构图；
图3是增加驱动器后的单板结构图；
图4是以太网信号驱动器内部结构图；
图5是MSTP设备中的智能以太网板结构图；
图6是智能以太网板的内部结构图。
其中，附图标记：
100    处理板                110    媒体接入控制芯片
120    物理层芯片            130    处理板上的连接器
200    接口板                210    接口板上的连接器
220    以太网接口电路
140    处理板上的以太网信号驱动器
230    接口板上的以太网信号驱动器
401    MLT-3电平增益控制     402    ECL电平增益控制
403    以太网信号波形滤波器  404    以太网信号波形整形器
405    10BASE-T驱动          406    100BASE-TX驱动
407    100BASE-FX驱动        408    1000BASE-SX驱动
409    1000BASE-LX驱动       410    1000BASE-T驱动
411    MLT-3电平均衡控制     412    ECL电平均衡控制
413    以太网信号时钟恢复器  414    以太网信号再定时器
501    背板                  502    以太网接口
601    PLF2800芯片           602    LXT9785芯片
603    SFP光模块             604    变压器
605    RJ45连接器            610    SE板处理板
620    SE板电接口板          630    SE板光接口板
具体实施方式
本发明的实现原理如图3所示，该装置主要由处理板100和接口板200两个部分组成。处理板100包括MAC芯片110、PHY芯片120、以太网信号驱动器140以及信号连接器130等。MAC芯片110与PHY芯片120之间通常采用MII、RMII、SMII、SS-SMII、GMII、TBI等标准接口，PHY芯片120与驱动器140之间以及驱动器140与连接器130之间为以太网物理层接口，即媒质相关接口(Medium Dependent Interafce，MDI)，根据提供的以太网接口种类不同分别兼容10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-FX、1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-T等标准。接口板200相对比较简单，主要由以太网接口电路220、以太网信号驱动器230、以及连接器210等组成，各部分之间都是通过以太网物理层接口即媒质相关接口(MDI)相连。当以太网接口为电接口时，以太网接口电路通常为变压器、RJ45连接器等电路；当以太网接口为光接口时，以太网接口电路通常为光模块及其外围电路。
处理板100和接口板200上使用的以太网信号驱动器是一样的，主要用来增加PHY芯片120与以太网接口电路220间信号的传输距离。以太网信号驱动器的内部结构如图4所示，发送方向主要由MLT-3电平增益控制401、ECL电平增益控制、以太网信号波形滤波器403、以太网信号波形整形器404、驱动等电路组成，其中驱动包括10BASE-T驱动405、100BASE-TX驱动406、100BASE-FX驱动407、1000BASE-SX驱动408、1000BASE-LX驱动、1000BASE-T驱动。接收方向主要由MLT-3电平均衡控制器411、ECL电平均衡控制器412、以太网信号时钟恢复器413、以太网信号再定时器414和10BASE-T驱动405、100BASE-TX驱动406、100BASE-FX驱动407、1000BASE-SX驱动408、1000BASE-LX驱动、1000BASE-T驱动组成。该驱动器应该能兼容10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-FX、1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-T等标准，保证较小的信号延迟及波形畸变，能确保信号传输距离在100cm以上，满足设备设计要求。
以中兴MSTP设备中的智能以太网板(SE板)为例，讲述该装置在实际产品中的应用情况。智能以太网板的结构如图5所示，SE板在用户侧提供8个10M/100M电接口、100M光接口和1个1000M以太网光接口，接口种类兼容10BASB-T、100BASE-TX、100BASE-FX、1000BASE-SX和1000BASE-LX标准。在设计中采用了“处理板+接口板”的结构方式，对于相同的处理板只需要更换不同的接口板就可以提供不同种类的以太网接口502，如10M/100M电接口、100M光接口等。处理板100和接口板200都通过连接器(130，210)与背板501相连，连接器(130，210)又通过背板501上的信号线相连。因此，以太网物理层接口信号的传输路径为：
PHY芯片
Figure C20051012650000081
连接器
Figure C20051012650000082
背板连接器
Figure C20051012650000084
接口电路
整个传输路径的长度可能会达到100cm以上。为了以太网物理层信号能够在长距离上稳定可靠的传输，就需要采用图3所示的方法来保障信号的稳定和可靠性。图6所示为SE板内部结构，MAC芯片采用Infineon公司的PLF2800芯片601，PHY芯片采用Intel公司的LXT9785芯片602。单板采用“处理板+接口板”的结构方式，运用到ZXSM-2510系统时，以太网物理层接口信号的传输长度最大可达100cm左右，因此需要增加以太网信号驱动器来保障信号的稳定和可靠性。接口板主要有两种，电接口板620和光接口板630，电接口板620提供8个10M/100M以太网电接口502，同时以太网接口电路由变压器604和RJ45连接器605组成；光接口板630提供8个100M以太网光接口502，以太网接口电路由SFP光模块组成。对同一块处理板更换不同接口板即可按用户需求提供不同类型的以太网接口502。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种实现以太网物理层信号长距离传输的装置，包括处理板和接口板，其特征在于，
所述处理板又包括以太网媒体接入控制芯片、物理层芯片、以太网信号驱动器及信号连接器，所述媒体接入控制芯片与所述物理层芯片连接，所述物理层芯片与所述信号驱动器之间以及所述信号驱动器与所述信号连接器之间通过以太网物理层接口连接；
所述接口板又包括以太网接口电路，以太网信号驱动器和信号连接器，所述接口电路与所述信号驱动器之间及所述信号驱动器与所述信号连接器之间通过以太网物理层接口连接。
2.根据权利要求1所述的实现以太网物理层信号长距离传输的装置，其特征在于，所述媒体接入控制芯片与物理层芯片通过MII、RMII、SMII、SS-SMII、GMII或TBI标准接口连接。
3.根据权利要求1或2所述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其特征在于，所述以太网物理层接口采用10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-FX、1000BASE-SX、1000BASE-LX和/或1000BASE-T标准。
4.根据权利要求3所述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其特征在于，所述以太网信号驱动器采用10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-FX、1000BASE-SX、1000BASE-LX和/或1000BASE-T标准。
5.根据权利要求1所述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其特征在于，所述以太网信号驱动器又包括：
发送单元，包括：电平增益控制单元、信号波形滤波单元、信号波形整形单元和发送驱动单元，所述电平增益控制单元连接所述信号波形滤波单元，所述信号波形滤波单元连接所述信号波形整形单元，所述信号波形整形单元连接所述发送驱动单元；
接收单元，包括电平均衡控制单元、信号时钟恢复单元、信号再定时单元和接收驱动单元，所述电平均衡控制单元连接所述信号时钟恢复单元，所述信号时钟恢复单元连接所述信号再定时单元，所述信号再定时单元连接所述接收驱动单元。
6.根据权利要求3所述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其特征在于，所述以太网信号驱动器又包括：
发送单元，包括：电平增益控制单元、信号波形滤波单元、信号波形整形单元和发送驱动单元，所述电平增益控制单元连接所述信号波形滤波单元，所述信号波形滤波单元连接所述信号波形整形单元，所述信号波形整形单元连接所述发送驱动单元；
接收单元，包括电平均衡控制单元、信号时钟恢复单元、信号再定时单元和接收驱动单元，所述电平均衡控制单元连接所述信号时钟恢复单元，所述信号时钟恢复单元连接所述信号再定时单元，所述信号再定时单元连接所述接收驱动单元。
7.根据权利要6所述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其特征在于，所述以太网信号驱动器中的驱动单元包括10BASE-T驱动模块、100BASE-TX驱动模块、100BASE-FX驱动模块、1000BASE-SX驱动模块、1000BASE-LX驱动模块和/或1000BASE-T驱动模块。
8.根据权利要求1所述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其特征在于，所述以太网接口电路包括电接口或光接口。
9.根据权利要求8所述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其特征在于，所述以太网接口电路采用电接口时，所述以太网接口电路为相连的变压器和RJ45连接器。
10.根据权利要求8所述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其特征在于，所述以太网接口电路采用光接口时，所述接口电路为SFP光模块。
11.权利要求1、2、4、7、8、9或10所述的实现以太网物理层长距离传输的装置，其特征在于，所述处理板和接口板上的信号连接器通过分别与一背板连接，实现相互连接。
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