CN100490450C - 以太网光电接口复用的一种实现系统 - Google Patents

Abstract

一种以太网光电接口复用的实现系统，属于通讯领域，包括具有至少一个光电复用端口A-1的PHY芯片A，将芯片A端口连接到一个高速信号总线开关，当系统不接插光模块时，A-1端口工作在电接口模式，同时总线开关BS保持数据信号从A-1端口通过网口变压器到网口连接器一路的贯通；当系统接插光收发模块时，A-1端口配置为工作在光接口模式，总线开关同时把数据信号切换到光收发模块一路，指示灯控制信号随数据信号一同切换。本发明在PHY芯片并无多余接口的情况下，灵活实现了光电接口的复用，不需任何设置即可在光电接口间进行功能切换，提升了产品性能，有利于在PHY芯片资源有限的条件下灵活地实现需求，节约成本。

Description

以太网光电接口复用的一种实现系统

技术领域

本发明属于具有以太网PHY(Physical Layer，物理层)芯片的通讯领域，特别涉及到在具有光电复用功能端口的以太网PHY芯片通讯领域，实现在以太网PHY芯片中灵活配置芯片接口的方法。

背景技术

在当前的以太网PHY芯片中，一些芯片的某些端口可以承担多项功能，既可以用来实现电接口(如连接RJ45网口连接器)，也可以用来实现光纤接口(如连接光收发模块)。这样在某些情况下可以减少电路板上的芯片总数，降低电路板的成本，并且可以提高产品配置的灵活性。

PHY芯片光电复用端口的工作原理如下(假设具有光电复用功能的芯片名为A，可复用的端口为1号端口，我们称该端口为A—1端口)：

A芯片是具有N(N＝1、2、4、8……)个端口的以太网PHY芯片，它的A—1端口既可以配置为电接口，也可以配置为光接口，可通过特定的配置引脚来设定。

根据芯片自身的特性要求，通过设置芯片的配置引脚的上下拉方式可以把芯片的A—1端口配置为专用的单一电接口，其对外接口为两对差分线，直接接到以太网接口变压器，再外接RJ45连接器即可实现完整的电接口，实现方式如图1a。

通过改变A芯片配置引脚的上下拉方式，也可以把A—1端口配置为专用的单一光接口，通过两对差分线，连接外部的光收发模块，实现完整的光接口，实现方式如图1b。

当A—1端口处在电接口模式下时，无法和光收发模块配合；当A—1端口处在光接口模式下时，也无法通过网口变压器和RJ45连接器引出一个合格的电接口。

现有技术中，大多是分别地去实现上述两种接口，无法用一个物理接口同时实现光、电接口的复用。这样，一旦网口变压器或者网口连接器或者光接口模块损坏，PHY芯片的这个端口就再也无法利用；同时，现有技术也无法根据外部需求实现产品的灵活配置，不能充分利用芯片的特性，因而造成产品成本的增加。

发明内容

本发明的目的，即是针对现有技术中无法用一个物理接口同时实现光、电接口复用的缺陷，提供一种以太网接口灵活配置的实现系统，充分利用芯片特性，在不修改硬件设计和元器件配置的情况下，灵活地实现光、电接口的复用，具有很高的可靠性。

本发明的目的是采用以下技术方案来实现的：

一种以太网光电接口复用的实现系统，包括具有至少一个光电复用端口A—1的PHY芯片A，该系统还包括一个高速信号总线开关BS，总线开关的一侧端口连接PHY芯片A的端口，另一侧端口连接网口变压器或光收发模块。当系统不接插光收发模块时，通过对PHY芯片的电路配置，使A—1端口工作在电接口模式，总线开关BS保持数据信号从A—1端口到网口变压器和网口连接器一路的贯通；当总线开关BS接插光收发模块时，PHY芯片的配置电路被改变，A—1端口工作在光接口模式，总线开关BS同时把数据信号切换到光收发模块一路，指示灯控制信号随数据信号一同切换。其中A—1端口可以是芯片的任一光电复用端口，不一定是第一端口。A—1端口在缺省情况下设置为电接口，当用户需要时，只要插上光收发模块，即可使A—1端口工作在光接口模式下，原来的电接口被禁止。这样就实现了产品的灵活配置，节约了系统资源，降低了成本。图2为本发明实现光、电接口复用的连接关系示意图。

本发明所述总线开关BS，可以参考图3。每个总线开关包括输入端A0—A15、输出端B0—B15两组总线，对应分为两个8位的部分，可以分别通过控制端OE1和OE2控制其通断。控制原理如下表：

 

OE1	OE2	A0—A7	A8—A15	功能
					1	1	高阻态(总线断开)	高阻态(总线断开)	断开整个总线
0	1	B0—B7	高阻态(总线断开)	断开后八位总线
					1	0	高阻态(总线断开)	B8—B15	断开前八位总线
0	0	B0—B7	B8—B15	连通整个总线

所述连接PHY芯片A的以太网数据信号线为两对、4根，同时接到总线开关BS的A0—A3和A8—A11；对应地，所述连接网口变压器的4根数据线接到总线开关BS的B0—B3；连接光收发模块的4根数据线接到总线开关BS的B8—B11。系统上电后的缺省状态是：PHY芯片A配置在使其复用端口A-1工作在电接口模式，总线开关BS控制信号端OE1为“0”(低电平，下同)，OE2为“1”(高电平，下同)，总线开关A0—A7端和B0—B7端连通，以太网数据信号在网口连按器和PHY芯片A—1端口间连通，电接口被选通。电接口指示灯信号可以选接在总线开关A4—A7端和B4—B7端相对应的任一路(如果有两个指示灯，就是任意两路，等等)，随数据信号一同切换。当插上可选的光收发模块时，电路上电后的状态是：PHY芯片A配置在使其复用端口A-1工作在光接口模式，总线开关BS控制信号端OE1为“1”，OE2为“0”，总线开关A8—A15端和B8—B15端连通，以太网数据信号在光收发模块和PHY芯片A—1端口间连通，光接口被选通。光接口指示灯信号可以选接在总线开关A12—A15端和B12—B15端相对应的任一路(如果有两个指示灯，就是任意两路，等等)，随数据信号一同切换。

本发明在不改变任何系统设置的情况下，插入光接口板，则系统的复用端口改为光接口，如果不插入光接口板，该端口则提供一个电接口，实现了自动配置，从而实现了光、电接口的灵活复用，具有很高的可靠性。

本发明中所述的总线开关也可以用继电器、场效应管或总线收发器件等替代，实现相同的功能。

本发明中所述的PHY芯片的配置方式取决于该芯片自身的特性要求，不同的芯片可以有不同的配置模式。

本发明中所述PHY芯片A的每对以太网数据信号线连接到总线开关输入端口的端口顺序可以是任意的，只要每对信号线同时位于总线开关同一控制信号(本例中如OE1或OE2)所控制的总线通道内即可，但两对信号线不能同时位于同一控制信号所控制的总线通道内。例如两对连接PHY芯片A的以太网数据信号线，既可同时接到总线开关BS的A0—A3和A8—A11，也可同时接到总线开关BS的A4—A7和A12—A15，还可同时接到总线开关的A1—A4和A9—A12、A3—A6和A10—A13等，相应地，连接到网口变压器和光收发模块的信号线对应地连接到总线开关的相应输出端口。

本发明所述的电路，缺省模式下工作在电接口模式，亦可把光接口模式作为缺省配置的工作模式。

本发明的有益效果是：

1、在PHY芯片并无多余接口的情况下，巧妙地实现了光电接口的复用，提升了产品性能。

2、无需任何设置，即可自动在光电接口间进行功能切换，有利于在PHY芯片资源有限的条件下灵活地适应多种需求。

3、节约成本，如果不用本技术方案，会造成局部成本的大幅度提升。

附图说明

图1a为复用端口作为普通电接口的实现方式

图1b为复用端口作为普通光接口的实现方式

图2为本发明的总线开关BS实现光、电接口复用的连接关系示意图

图3a为总线开关BS控制端OE1的状态连接图

图3b为总线开关BS控制端OE2的状态连接图

图4为本发明的总线开关BS实施例连接关系示意图

图5a为系统工作在电接口时的PHY芯片和总线开关控制电路配置图

图5b为系统工作在光接口时的PHY芯片和总线开关控制电路配置图

图6为本发明的场效应管实施例连接关系示意图

图7a为系统工作在电接口时的PHY芯片和场效应管阵列控制电路配置图

图7b为系统工作在光接口时的PHY芯片和场效应管阵列控制电路配置图

图8为单个场效应管的控制电路图

图9为单个继电器的控制电路图

图10为本发明的总线收发器件连接关系示意图

具体实施方式

以下为本发明的四个具体实施方式。

参照图4，总线开关BS的一侧端口连接PHY芯片A的端口，另一侧端口连接10/100Base-TX变压器或百兆光收发模块。连接PHY芯片A的以太网数据信号线为两对、4根，同时接到总线开关BS的A0—A3端和A8—A11端，总线开关BS可以选用QS32XVH245等；对应地，所述连接网口变压器的4根数据线接到总线开关BS的B0—B3端；连接光收发模块的4根数据线接到总线开关BS的B8—B11端。电接口指示灯信号对应地连接到A4和B4端，光接口指示灯信号对应地连接到A12和B12端。

参见图5a，表示插入光接口模块前，系统工作在电接口模式下，PHY芯片配置引脚C的状态和总线开关BS的控制引脚OE1和OE2的状态，此状态作为系统的缺省工作状态。

在缺省状态下，PHY芯片的配置引脚C通过10千欧的上拉电阻R1连接到电源端，引脚C为高电平，使芯片的A-1端口工作在电接口状态；同时，总线开关BS的控制端口OE1下拉(即通过—个10千欧的下拉电阻R2接地，使0E1端为低电平)、OE2上拉(即通过一个10千欧的上拉电阻R3连接到电源端，使OE2端为高电平)，即OE1＝0、OE2＝1，总线开关A0—A7端到B0—B7端选通，A8—A15端到B8—B15端截止，这时数据发送和接收信号通过连接到B0—B3端口的10/100Base-TX网口变压器连接到网口连接器RJ45端口，实现一个百兆以太网电接口。指示灯信号也通过总线开关A4和B4端口连通，导通RJ45端口的电接口指示灯。

参照图5b，表示系统插入光接口模块后PHY芯片配置引脚C的状态和总线开关BS的控制引脚OE1和OE2的状态。

插上光接口模块后，PHY芯片的配置引脚C被光接口模块上的强下拉电阻R4拉低，引脚C的电平V_C＝V_电源*R₁/(R₁+R₁)＝V_电源/11，即引脚C为低电平，PHY芯片的A-1端口工作在光接口状态。同时，总线开关BS的OE1端电平被光接口模块上的强上拉电阻R5拉高(V_OE1＝V_电源*R₂/(R₂+R₅)＝10V_电源/11，OE1端为高电平)、OE2端电平被光接口模块上的强下拉电阻R6拉低(V_OE2＝V_电源*R₆/(R₃+R₆)＝V_电源/11，OE2端为低电平)，即OE1＝1、OE2＝0，总线开关A0—A7端到B0—B7端截止，A8—A15端到B8—B15端导通，这时数据发送和接收信号连通到B8—B11端口的光收发模块，实现一个百兆以太网光接口。指示灯信号也通过总线开关A12和B12端口连通，随数据信号同步切换到光接口模块指示灯。

本发明中所述的总线开关BS也可以用场效应管替代，实现相同的功能。通过场效应管实现本发明目的的控制原理图参见图6，控制电路图参见图7a和图7b，场效应管可以选用2N7002，BS170RLRA等，用8颗场效应管组成场效应管阵列1和阵列2，其中陈列1包含4颗场效应管，替代前述实施例中总线开关BS的数据通道A0～A3和B0～B3，陈列2包含4颗场效应管，替代前述实施例中总线开关BS的数据数据通道A8～A11和B8～B11，阵列1和阵列2替代总线开关BS来控制8路数据信号的流向，同时每路指示灯信号用1颗场效应管来完成对应控制。其中，每个场效应管的控制电路图如图8所示，场效应管的漏极D连接PHY芯片侧的数据和指示灯信号，场效应管的源极S分别连接电接口侧和光接口侧的数据和指示灯信号，每一阵列中各场效应管的栅极G相连接，作为该场效应管阵列的控制信号OE1或OE2。根据场效应管自身电特性要求，当OE1＝1、OE2＝0，场效应管阵列1的A0—A3端到B0—B3端选通，场效应管阵列2的A4—A7端到B4—B7端截止，这时数据发送和接收信号通过连接到B0—B3端口的10/100Base-TX网口变压器连接到网口连接器RJ45端口，实现一个百兆以太网电接口。指示灯信号也通过一个同步动作的场效应管连通，导通RJ45端口的电接口指示灯。当OE1＝0、OE2＝1，场效应管阵列1的A0—A3端到B0—B3端截止，场效应管阵列2的A4—A7端到B4—B7端选通，这时数据发送和接收信号连通到B4—B7端口的光收发模块，实现一个百兆以太网光接口。指示灯信号也通过一个同步动作的场效应管，导通RJ45端口的光接口指示灯。

本发明中所述的总线开关BS也可以用继电器替代，实现相同的功能，继电器可选用G6S-2，EC2-4.5NU等型号。单个继电器的控制电路如图9所示，假设ab端为继电器的一对常闭触点，ac端为继电器的一对常开触点，控制线圈连接控制信号OE1和OE2。采用继电器实现本发明功能的控制原理图可等同于前述场效应管的控制原理图-图6和图7。用8个继电器组成继电器阵列1和阵列2，其中陈列1包含4个继电器，替代前述实施例中总线开关BS的数据通道A0～A3和B0～B3，陈列2包含4个继电器，替代前述实施例中总线开关BS的数据数据通道A8～A11和B8～B11，阵列1和阵列2替代总线开关BS来控制8路数据信号的流向，同时每路指示灯信号用1个继电器来完成对应控制。继电器的输入端接口a连接PHY芯片侧的数据和指示灯信号，继电器的常开触点输出端接口c分别连接电接口侧和光接口侧的数据和指示灯信号，每个阵列中各继电器控制线圈相联接，作为继电器阵列的控制信号OE1和OE2。

当OE1＝1、OE2＝0，继电器阵列1的各常开触点导通，A0—A3端到B0—B3端选通，继电器阵列2的各常开触点断开，A4—A7端到B4—B7端截止，这时数据发送和接收信号通过连接到B0—B3端口的10/100Base-TX网口变压器连接到网口连接器RJ45端口，实现一个百兆以太网电接口。指示灯信号也通过一个同步动作的继电器连通，导通RJ45端口的电接口指示灯。同理，当OE1＝0、OE2＝1，继电器阵列1的A0—A3端到B0—B3端截止，继电器阵列2的A4—A7端到B4—B7端选通，这时数据发送和接收信号连通到B4—B7端口的光收发模块，实现一个百兆以太网光接口。指示灯信号也通过一个同步动作的继电器，导通RJ45端口的光接口指示灯。

本发明中所述的总线开关BS也可以用总线收发器件替代，实现相同的功能。通过总线收发器件实现本发明目的的控制原理参见图10，总线收发器件型号如74LVTH16245，74LVTH245等，控制电路的具体工作方式等同于前述实施例中总线开关BS的工作方式。

本实施例中的各电阻选值，应和系统的电源电压值相适应，保证各器件工作在稳定可靠的电平状态。

Claims (3)

1、一种以太网光电接口复用的实现系统，包括具有至少一个光电复用端口A—1的PHY芯片A，其特征在于，该系统还包括高速信号总线开关，总线开关的一侧端口连接PHY芯片A，另一侧端口连接网口变压器或光收发模块，当系统不接插光收发模块时，A—1端口工作在电接口模式，同时总线开关保持数据信号从A—1端口到网口变压器和网口连接器一路的贯通；当系统插入光收发模块时，PHY芯片A的配置电路被改变，A—1端口工作在光接口模式，同时总线开关把数据信号切换到光收发模块一路。

2、根据权利要求1所述的一种以太网光电接口复用的实现系统，其特征在于，总线开关用继电器、场效应管或总线收发器件替代。

3、根据权利要求1或2所述的一种以太网光电接口复用的实现系统，其特征在于，指示灯控制信号随数据信号一同切换。

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