CN101795119A

CN101795119A - 一种共模信号抑制电路及交换机

Info

Publication number: CN101795119A
Application number: CN200910259463A
Authority: CN
Inventors: 彭泽林
Original assignee: Fujian Star Net Communication Co Ltd
Current assignee: Fujian Star Net Communication Co Ltd
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: CN101795119B

Abstract

本发明涉及电子领域，公开了一种共模信号抑制电路，用于抑制第一芯片与第二芯片进行信号交互时的共模信号，所述第一芯片为发送端，所述共模信号抑制电路包括隔离变压器，其中：所述隔离变压器初级线圈的两端用于分别与所述第一芯片差分对的正负极相连接，所述初级线圈的驱动电流由所述第一芯片差分对在输出设定信号时提供；所述隔离变压器次级线圈的两端用于分别与所述第二芯片差分对的正负极相连接，所述初级线圈和次级线圈的线圈比为1比1。这样，可以消除由隔离变压器漏感引起的电压突变所造成的共模信号，减小了电磁场干扰所带来的隐患。也提高了发送端和接收端之间交互信号的质量。本发明还公开了一种信号交互电路及交换机。

Description

一种共模信号抑制电路及交换机

技术领域

本发明涉及电子领域，特别涉及一种共模信号抑制电路。

背景技术

在一般的以太网交换机中，信号一般经由RJ45连接器，隔离变压器进而传输到物理层芯片，RJ45连接器是连接MDI接口(IEEE802.3定义的一种接口)和网线的一种连接器。参阅图1所示，RJ45连接器与物理层芯片之间的线路是在电路印制板(Print Circuit Board，PCB)板上实现的，这段线路即是上述的MDI接口。通过RJ45连接器以及网线，可以实现不同交换机内的物理层芯片之间的互联。

参阅图2所示，物理层芯片1和物理层芯片2通过上述方式实现了互联(图中省略了两隔离变压器之间的RJ45连接器及网线)。以物理层芯片1是发送端，而物理层芯片2是接收端为例，当两芯片进行信号交互时，物理层芯片1采用电流源的形式向外面发送信号，在这个过程中，物理层芯片1向外发送信号所需要的电流由外部电源VCC提供，假设VCC＝1.8V，其供应电流的方式具体为：外接电源VCC连接在隔离变压器初级线圈的中间(也称为隔离变压器初级中心抽头)，物理层芯片1输出信号为1时，外部电源VCC提供驱动电流，物理层芯片1输出信号为0时，外部电源VCC不输出驱动电流。这样，如图2所示，当外部电源VCC输出驱动电流时，在隔离变压器上产生的电流I1经由两个串联的50欧姆的电阻传输至物理层芯片1“-”线一端，形成回路，而物理层芯片1“+”线一端没有电流，同时，在隔离变压器上产生的电源I2经由线路直接传输至传输至物理层芯片1“-”线一端，形成回路。实际应用中，这种电流供应方式使得I1和I2的电流大小大致形成1∶3的比例，而当物理层芯片1输出信号“1”向“0”转换时，I1和I2的电流变化率也大致呈现1∶3的比例，且变化方向相同；隔离变压器在“+”线和“-”线上通常存在的漏感，所谓漏感，即是指由绕线技术所导致的磁通泄漏而形成的电感，参阅图3所示，实际应用中，虽然绕线电感借助磁芯的作用会将大部分的磁通限制在磁芯内部，但是还是会有少量的磁通泄露于磁芯之外，由此形成了漏感。而外部电源VCC会随着物理层芯片1输出信号的变换而切换电源供应方式，相应地，线路中的电流也会随之变化。而隔离变压器“+”线和“-”线上存在的漏感在遇到电流变化时会形成电压突变，并且由于I1和I2的电流变化方向相同，导致“+”线和“-”线上的电压突变方式一致，即“+”线和“-”线上的电压突变会进行叠加，从而产生很多共模信号(通常为“+”线路和“-”线路上电压之和的一半)。共模信号不仅会造成严重的电磁场干扰(electromagneticinterference，EMI)，同时也会严重影响发送信号和接收信号的信号质量问题。

发明内容

本发明实施例提供一种共模信号抑制电路，用于保证物理层芯片之间交互信号的质量。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

一种共模信号抑制电路，用于抑制第一芯片与第二芯片进行信号交互时的共模信号，所述第一芯片为发送端，所述共模信号抑制电路包括隔离变压器，其中：

所述隔离变压器初级线圈的两端用于分别与所述第一芯片差分对的正负极相连接，所述初级线圈的驱动电流由所述第一芯片差分对在输出设定信号时提供；

所述隔离变压器次级线圈的两端用于分别与所述第二芯片差分对的正负极相连接，所述初级线圈和次级线圈的线圈比为1比1。

一种信号交互电路，包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片为发送端，所述信号交互电路中还包括共模信号抑制电路，该共模信号抑制电路包括隔离变压器，其中：

所述隔离变压器初级线圈的两端分别与所述第一芯片差分对的正负极相连接，所述初级线圈的驱动电流由所述第一芯片差分对在输出设定信号时提供；

所述隔离变压器次级线圈的两端分别与所述第二芯片差分对的正负极相连接，所述初级线圈和次级线圈的线圈比为1比1。

一种交换机，包括第一芯片，所述第一芯片作为发送端与另一交换机内的第二芯片进行信号交互，所述交换机中还包括共模信号抑制电路，该共模信号抑制电路包括隔离变压器，其中：

采用本发明实施例提供的设计电路，可以消除由隔离变压器漏感引起的电压突变所造成的共模信号，减小了电磁场干扰所带来的隐患。也提高了发送端和接收端之间交互信号的质量。另一方面，也可以节省驱动电流，降低了电路整体的功耗。

附图说明

图1为现有技术下RJ45连接器、隔离变压器和物理层芯片连接关系示意图；

图2为现有技术下物理层芯片供电方式示意图；

图3为现有技术下绕线电感示意图；

图4为本发明实施例中物理层芯片第一种供电方式示意图；

图5为本发明实施例中共模信号抑制效果示意图；

图6为本发明实施例中物理层芯片第二种供电方式示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种了用于抑制MDI线路上共模信号的电路，消除了共模信号带来的不利影响，同时能以更小的功耗来实现信号传输，尤其适合于通信领域的单板设计。上述共模信号抑制电路用于抑制第一芯片与第二芯片进行信号交互时的共模信号，所述第一芯片为发送端，所述共模信号抑制电路包括隔离变压器，其中：所述隔离变压器初级线圈的两端用于分别与所述第一芯片差分对的正负极相连接，所述初级线圈的驱动电流由所述第一芯片差分对在输出设定信号时提供；所述隔离变压器次级线圈的两端用于分别与所述第二芯片差分对的正负极相连接，所述初级线圈和次级线圈的线圈比为1比1。

本实施例中，可以将上述共模信号抑制电路应用于信号交互电路，以及通过该信号交互电路，实现交换机之间的互联，如，一交换机包括第一芯片，该第一芯片作为发送端与另一交换机内的第二芯片进行信号交互，所述交换机中还包括共模信号抑制电路，该共模信号抑制电路包括隔离变压器，其中：所述隔离变压器初级线圈的两端分别与所述第一芯片差分对的正负极相连接，所述初级线圈的驱动电流由所述第一芯片差分对在输出设定信号时提供；所述隔离变压器次级线圈的两端分别与所述第二芯片差分对的正负极相连接，所述初级线圈和次级线圈的线圈比为1比1。

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。本实施例中，将第一芯片差分对的正极和负极称为“+”线和“-”线

参阅图4所示，本发明实施例中，将两个电阻串联后跨接在物理层芯片1的“+”线和“-”线之间，并且放置在物理层芯片1附近，用于将电流信号转换成电压信号，较佳地，两个电阻的取值一般为50欧姆；当然，实际应用中，跨接电阻的数量也可以为3个、4个等等，其阻值也可以根据实际应用环境而设定，采用两个50欧姆的串联跨接电阻仅为举例。

将一接地的电容连接在上述两个50欧姆的串联电阻之间，用于泄放共模信号到地；

在隔离变压器的初级中心抽头连接一个接地的电容，用于泄放共模信号；

隔离变压器的次级中心抽头连接一个电容，该电容通过一个电阻连接到地，用于泄放共模信号，并提供端接电阻，较佳地，该端接电阻的取值为75欧姆；

在作为接收端的物理层芯片2处，也采用两个电阻串联后跨接在“+”线和“-”线之间，并且放置在物理层芯片2附近，用于将电流信号转换成电压信号，较佳地，上述两个串联电阻的取值通常为50欧姆；

本实施例中，隔离变压器的初级中心抽头不需要连接外部电源VCC，而是由物理层芯片1直接提供驱动电流，其具体实现方式为：物理层芯片1的“+”线在输出信号为“1”时，向外部提供一定值的驱动电流，如图4所示，该驱动电流包括I1和I2两部分，I1通过两个串联电阻后，回流至物理层芯片1的“-”线一端，I2通过隔离变压器的初级线圈后，回流至物理层芯片1的“-”线一端。当物理层芯片1的输出信号为“0”时，其“+”线一端不输出电流。

采用上述电路设计后，可以推导出I1、I2和I3的关系如下：

发送端一侧由两个50欧姆电阻和隔离变压器初级线圈构成的回路，假设初级线圈的电感为L，如图所示，由于采用的是线圈比为1∶1的隔离变压器，因此，次级线圈上的电感也为L，由此可以得到以下关系式：

jwLI₂-I₁(50+50)-jwMI₃＝0 公式1

接收端一侧由隔离变压器的次级线圈和两个50欧姆电阻构成的回路，那么，可以得到以下关系式：

jwLI₃-jwMI₂+I₃(50+50)＝0 公式2

在上述公式1和公式2中的M为隔离变压器初级线圈和次级线圈的互感参数，

M = \sqrt{L \cdot L} = L,

w为MDI线路上传输的信号频率

通过上述公式1和公式2可以推断得出：

I₁＝I₃ 公式3

再将公式3代入公式1，可以得出：

jwLI₂-I₁(50+50)-jwMI₁＝0

jwLI₂-100I₁-jwLI₁＝0

jwLI₂＝100I₁+jwLI₁

由此得到以下关系式，推出：

I_{2} = I_{1} + \frac{100}{jwL} I_{1}

公式4

通常情况下，隔离变压器的线圈电感L取值为150uH，MDI线路上传输的信号频率通常为几十MHz，因此公式4中的

一项可以认为是零而忽略不计，那么，可以得到以下关系式：

I₂≈I₁ 公式5

基于上述原理，物理层芯片1输出信号为“1”时，其“+”线一端输出的驱动电流为20mA，则I1＝10mA，I2＝10mA，I3＝10mA，此时物理层芯片1在“-”线一端流入的电流为20mA。而当物理层芯片1输出信号为“0”时，物理层芯片1的“+”线一端不输出驱动电流。

在两个50欧姆电阻和隔离变压器初级线圈之间的回路上，当输出信号由“1”转换为“0”时，“+”线和“-”线上的电流变化率相同，且变化方向相反，这样，隔离变压器在“+”线和“-”线上的漏感受到电流突变的影响所产生的突变电压幅度对称，且突变方向相反，那么，突变压突变相加后会相互抵消，从而消除了共模信号，参阅图5所示，共模信号已经消除到了u级了，uV＝10*e-6V。显然，采用本发明实施例提供的设计电路，可以消除由隔离变压器漏感引起的电压突变所造成的共模信号，减小了电磁场干扰所带来的隐患。也提高了发送端和接收端之间交互信号的质量

另一方面，参阅图4所示，由于I1＝10mA，在发送端两个50欧姆的电阻上产生了1V的电压，那么，物理层芯片1总共只需要提供20mA的驱动电流即可满足整个回路的使用需求，而若采用如图2所示的原设计图中，因为隔离变压器初级线圈上的电流呈1∶3关系，因此，若需要令I1＝10mA，则外部电源VCC需要提供40mA的电流才能满足整个回路的使用需求，显然，相较于现有技术，本发明实施例中设计的电路可为节省驱动电流，降低了电路整体的功耗。

区别于上述实施例，物理层芯片1还可以采用另外一种方式提供驱动电流，参阅图6所示，物理层芯片1输出信号为“-1”时，其“-”线一端向初级线圈提供驱动电流，而当物理层芯片1输出信号为“0”时，物理层芯片1的“-”线一端不输出驱动电流。在两个50欧姆电阻和隔离变压器初级线圈之间的回路上，当输出信号由“-1”转换为“0”时，“-”线和“+”线上的电流变化率相同，且变化方向相反，这样，隔离变压器在“-”线和“+”线上的漏感受到电流突变的影响所产生的突变电压幅度对称，且突变方向相反，那么，突变压突变相加后也会相互抵消，从而消除了共模信号。显然，采用第二种方式提供驱动电流，同样可以消除由隔离变压器漏感引起的电压突变所造成的共模信号，减小了电磁场干扰所带来的隐患。也提高了发送端和接收端之间交互信号的质量，在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明中的实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明实施例中的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明中的实施例也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种共模信号抑制电路，用于抑制第一芯片与第二芯片进行信号交互时的共模信号，所述第一芯片为发送端，其特征在于，所述共模信号抑制电路包括隔离变压器，其中：

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：第一电容，连接在所述初级线圈上的初级中间抽头和地之间。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：第二电容、连接该第二电容的端接电阻，所述第二电容与端接电阻连接在所述次级线圈上的次级中间抽头和地之间。

4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述端接电阻的阻值为75欧姆。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：以串联形式跨接在所述第一芯片差分对的正负极之间的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻之间连接一接地的第三电容。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第一电阻和第二电阻均为50欧姆。

7.如权利要求1-6任一项所述的电路，其特征在于，所述第一芯片差分对在输出设定信号时提供驱动电流，包括：在输出信号为1时，由所述差分对的正极向外提供驱动电流，在输出信号为0时，停止向外提供驱动电流。

8.如权利要求1-6任一项所述的电路，其特征在于，所述第一芯片差分对在输出设定信号时提供驱动电流，包括：在输出信号为-1时，由所述差分对的负极向外提供驱动电流，在输出信号为0时，停止向外提供驱动电流。

9.一种信号交互电路，包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片为发送端，其特征在于，所述信号交互电路中还包括如权利要求1～8任一所述的共模信号抑制电路。

10.一种交换机，包括第一芯片，所述第一芯片作为发送端与另一交换机内的第二芯片进行信号交互，其特征在于，所述交换机中还包括如权利要求1～8任一所述的共模信号抑制电路。