CN103236915B - 同步以太网电口模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种同步以太网电口模块，包括与以太网MAC连接的物理层电路、变压器、与以太网MAC连接的时钟电压幅值调节电路和网络接口，所述变压器分别与所述网络接口、物理层电路连接，所述时钟电压幅值调节电路的输出端与所述物理层电路连接，所述时钟电压幅值调节电路将以太网MAC输入时钟的电压幅值调节到所述物理层电路所需要的电压幅值范围。本发明的有益效果是：不但能在同步以太网中传输数据，还能通过时钟电压幅值调节电路将以太网MAC输入时钟的电压幅值调节到物理层电路所需要的电压幅值范围，使其可以兼容不同以太网MAC输出不同的时钟电压，另外具有信号丢失指示功能，并能输出同步恢复时钟，实现了以太网的同步。

Description

同步以太网电口模块

技术领域

本发明涉及计算机网络、通信技术，尤其涉及计算机网络、通信技术中的一种同步以太网电口模块。

背景技术

目前，在各种通信协议中，基于TCP/IP协议的以太网技术的应用得到了快速发展。以太网的优点包括连接的节点数和传送范围不受限制，具有多种可供选择的传送介质，且以太网端口已成为PC计算机的标准配置，其速度也随处理器的发展得到相应的快速提升，TCP/IP堆栈提供了错误的检查和纠正功能，节点和传输介质的故障不会干扰系统的正常工作等。但是以太网也存在一定的缺陷，主要体现在确定性和实时性方面不强。随着通信技术的不断提高，加上各种降低冲突域的技术，如今以太网的确定性、实时性在原有的基础上已得到提高，并且开始广泛应用于计算机、通信、测量与控制等领域。但是实时性问题没有得到根本的解决，不能满足以上领域精确定时的要求。

另外，计算机技术和通信技术在近20多年里取得了突飞猛进的发展。目前，许多应用系统和应用软件都建立在分布式网络环境之上，如：Internet上采用的NTP协议、网格和集群运算、MIS系统、安全认证等等。此时，如果没有一个统一的、准确的时钟，这些应用之间很难正常的协调工作和运行。通信网络和互联网中也需要可信赖的、精确的时钟源的支持，诸如TDM业务、事物的在线处理、存储文档的检索、电子邮件、多媒体应用等等。所以如何实现一个网络中多个节点间的时钟同步，已经成为通信领域和计算机领域研究和关心的热点。有效的时钟同步是通信正常运行的基础，是保障各种业务网运行质量的重要手段，也是系统进程之间相互稳定、协调的工作前提。

电口模块主要是用于以太网中，现有的电口模块都不具有输出同步恢复时钟的功能，所以要想使电口模块应用于同步以太网中，就需要电口模块具有输出同步恢复时钟的功能，另外还需在以太网MAC输入的时钟下工作。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种同步以太网电口模块。

本发明提供了一种同步以太网电口模块，包括与以太网MAC连接的物理层电路、变压器、与以太网MAC连接的时钟电压幅值调节电路和网络接口，其中，所述变压器分别与所述网络接口、物理层电路连接，所述时钟电压幅值调节电路的输出端与所述物理层电路连接，数据从以太网MAC输出到所述物理层电路，由所述物理层电路输出到所述变压器，再由所述变压器经所述网络接口输出；数据是从所述网络接口输入到所述变压器，由所述变压器输入到所述物理层电路，再由所述物理层电路输入到以太网MAC，所述时钟电压幅值调节电路将以太网MAC输入时钟的电压幅值调节到所述物理层电路所需要的电压幅值范围，所述物理层电路具有信号丢失指示功能，还能输出同步恢复时钟，另外根据需求，所述物理层电路输出的同步恢复时钟可以让其输出或者不输出。

作为本发明的进一步改进，所述时钟电压幅值调节电路包括电阻R、电容C1和电容C2，所述电阻R的一端输入时钟，另一端与所述电容C1的输入端连接，所述电容C1的输出端与所述电容C2的输出端连接，所述电容C2的输入端接地，所述电容C1、C2的输出端输出时钟。

作为本发明的进一步改进，所述网络接口为RJ45连接头。

作为本发明的进一步改进，所述同步以太网电口模块还包括直流电压转换电路，所述直流电压转换电路的输出端与所述物理层电路连接。

作为本发明的进一步改进，所述同步以太网电口模块还包括控制器，所述控制器与所述物理层电路连接。

作为本发明的进一步改进，所述同步以太网电口模块还包括内部数字时钟振荡器，所述内部数字时钟振荡器的输出端与所述物理层电路连接。

本发明的有益效果是：通过上述方案，不但能在同步以太网中传输数据，还能通过时钟电压幅值调节电路将以太网MAC输入时钟的电压幅值调节到物理层电路所需要的电压幅值范围，使其可以兼容不同以太网MAC输出不同的时钟电压，另外具有信号丢失指示功能，并能输出同步恢复时钟，实现了以太网的同步。

附图说明

图1是本发明一种同步以太网电口模块的模块结构框图；

图2是本发明一种同步以太网电口模块的时钟电压幅值调节电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

图1至图2中的附图标号为：以太网MAC1；物理层电路2；变压器3；时钟电压幅值调节电路4；直流电压转换电路5；控制器6；内部数字时钟振荡器7；RJ45连接头8。

如图1至图2所示，一种同步以太网电口模块，包括与以太网MAC1（MAC为MediaAccessControl，介质访问控制）连接的物理层电路2（物理层电路，简称PHY（Physical））、变压器3、与以太网MAC1连接的时钟电压幅值调节电路4和网络接口，其中，所述变压器3分别与所述网络接口、物理层电路2连接，所述时钟电压幅值调节电路4的输出端与所述物理层电路2连接，所述物理层电路2具有信号丢失指示功能，还能输出同步恢复时钟，另外根据需求，所述物理层电路2输出的同步恢复时钟可以让其输出或者不输出。

如图1至图2所示，所述网络接口为RJ45连接头8，RJ45连接头8主要起到连接带有RJ45的网线，以便传输通信业务。。

如图1至图2所示，数据的输出为：数据从以太网MAC1输出到所述物理层电路2，由所述物理层电路2输出到所述变压器3，再由所述变压器3经所述RJ45连接头8输出。

如图1至图2所示，数据的输入为：数据是从所述RJ45连接头8输入到所述变压器3，由所述变压器3输入到所述物理层电路2，再由所述物理层电路2输入到以太网MAC1，所述时钟电压幅值调节电路4将以太网MAC1输入时钟的电压幅值调节到所述物理层电路2所需要的电压幅值范围。

如图2所示，所述时钟电压幅值调节电路4包括电阻R、电容C1和电容C2，所述电阻R的一端输入时钟，另一端与所述电容C1的输入端连接，所述电容C1的输出端与所述电容C2的输出端连接，所述电容C2的输入端接地，所述电容C1、C2的输出端输出时钟。

如图1至图2所示，所述同步以太网电口模块还包括直流电压转换电路5，所述直流电压转换电路5的输出端与所述物理层电路2连接，物理层电路2正常工作时需要的电压除了标准的3.3V电压以外，还需要其他的电压。因此直流电压转换电路5是为了给物理层电路2提供所需要的除3.3V以外的电压。

如图1至图2所示，所述同步以太网电口模块还包括控制器6，所述控制器6与所述物理层电路2连接。

如图1至图2所示，所述同步以太网电口模块还包括内部数字时钟振荡器7，所述内部数字时钟振荡器7的输出端与所述物理层电路2连接，当本发明提供的一种同步以太网电口模块用于现有的以太网时，以太网MAC1就不会提供时钟，所以物理层电路2要正常工作，就需要内部的内部数字时钟振荡器7为其提供时钟，此时就要启用内部数字时钟振荡器7。

如图1至图2所示，本发明提供的一种同步以太网电口模块优选为SFP（SFP：SmallForm-factorPluggable，小型热插拔）同步以太网电口模块，其中数据的传输由硬件实现，而软件增加其灵活性和兼容性。此SFP同步以太网电口模块能提供同步恢复时钟，以便用于同步以太网；其次能调节以太网MAC1输入的时钟电压幅值，以便能兼容物理层电路2对输入时钟电压的要求；采用控制器6给物理层电路2（PHY）提供复位，以及和以太网MAC的的IIC寄存器的约定，大大减少电路的复杂程度，增加产品的灵活性和兼容性，同时能缩短开发周期。

如图1至图2所示，本发明提供的一种同步以太网电口模块，变压器3处于RJ45连接头8和物理层电路2之间，从网线输入的数据由RJ45连接头8出来，或者从以太网MAC1经物理层电路2（PHY）输出的数据，就进入变压器3。变压器3的功能是：信号传输，这是变压器3的基本功能；其次增强信号，波形修复，使传输距离更远；另外使物理层电路2与外部隔离，抗干扰能力大大增强；其他还有阻抗匹配和高电压隔离等作用。因此，变压器3是不可缺少的一部分。

由于物理层电路2的工作都是建立在时钟周期下的，所以物理层电路2工作时还需要外部为其提供时钟。当本发明提供的一种同步以太网电口模块用于同步以太网时，是要在以太网MAC1提供的时钟下才能正常工作，但是这个时钟电压幅值过大或者过小都会使物理层电路2不能正常工作。因此，时钟电压幅值调节电路4就是将以太网MAC1输入时钟的电压幅值调节到物理层电路2所需要的电压幅值范围，以便物理层电路2能正常工作，此时内部的内部数字时钟振荡器7是被屏蔽掉的。

控制器6（Controller）的功能是给物理层电路2提供上电复位或者以太网MAC1需要物理层电路2复位时给物理层电路2复位；其次通过控制器6去配置物理层电路2里的寄存器，以便使物理层电路2工作在所想要的工作模式下；另外SFP以太网电口模块和以太网MAC1的沟通是通过控制器6实现的；此外不同通信设备厂家对以太网MAC的IIC寄存器约定是不一样，通过控制器6能灵活地更改不同的IIC寄存器以便兼容不同厂家的约定。

以太网MAC1传输来的数据以及变压器3传输来的数据都要通过物理层电路2，物理层电路2支持全双工的数据传输；支持在十百千三种速率下工作，且具有自协商功能；同时支持SGMII接口，以便和以太网MAC1的接口兼容；支持IEEE802.3协议；当物理层电路2处于正常工作时，会向以太网MAC1提供一个同步恢复时钟；物理层电路2还能输出一个信号丢失指示电平，以表示物理层电路2是否处于Link状态。

另外，如附图2所示，时钟电压幅值调节电路4是本发明的另一个创新点，主要表现在：电路简单，容易实现，这给设计周期，成本的控制，以及生产都带来了很多好处。时钟电压幅值调节电路4主要由一个电阻R和电容C1、电容C2组成，电阻R的主要作用是线路板的阻抗匹配，以减少反射，避免震荡；另外减小信号边沿的陡峭程度，从而减少高频噪声以及过冲，这样使得经过电阻R后到电容C1的时钟信号就会比较好。而电容C1和电容C2主要是调节时钟电压幅值，选择不同的容值，就会调节出不同的时钟电压幅值。在此时钟电压幅值调节电路4中，电阻R和电容C1、电容C2是相辅相成的，缺一不可，因为如果没有电阻R，就会使输入到电容C1和电容C2的时钟信号边沿很陡峭，而且噪声很大，造成时钟的质量很差，致使调节后的时钟质量也很差，这样对物理层电路2的正常工作有很大的影响；另外，如果没有电容C1和电容C2，就无法达到调节时钟电压幅值的目的，因此将电阻R和电容C1、电容C2组合在一起成为一个整体，才起到即能调节时钟电压幅值又保证时钟质量的作用。因此，根据物理层电路2对时钟电压的需求，选择恰当的电阻R阻值以及电容C1和电容C2的容值就能够调节出所需要的时钟电压。

如图1至图2所示，本发明提供的一种同步以太网电口模块，能够输出同步恢复时钟，具有信号丢失指示LOS（LOS：LossofSignal，信号丢失）功能，应用于同步以太网中，满足以太网协议。设计中运用控制器6对物理层电路2复位，以及和以太网MAC1的IIC寄存器约定，不但使电路简化，而且还增加了产品的灵活性和兼容性。利用时钟电压幅值调节电路，不但使得电路简单，而且能根据需要将不同以太网MAC的时钟电压调节到物理层电路2所需要的时钟电压。通过选择内部时钟，使其能用于现有的以太网中，增加其兼容性，另外制作工艺流程简单，能大大降低制作成本。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种同步以太网电口模块，其特征在于：包括与以太网MAC连接的物理层电路、变压器、与以太网MAC连接的时钟电压幅值调节电路和网络接口，其中，所述变压器分别与所述网络接口、物理层电路连接，所述时钟电压幅值调节电路的输出端与所述物理层电路连接，数据从以太网MAC输出到所述物理层电路，由所述物理层电路输出到所述变压器，再由所述变压器经所述网络接口输出；数据是从所述网络接口输入到所述变压器，由所述变压器输入到所述物理层电路，再由所述物理层电路输入到以太网MAC，所述时钟电压幅值调节电路将以太网MAC输入时钟的电压幅值调节到所述物理层电路所需要的电压幅值范围，所述时钟电压幅值调节电路包括电阻R、电容C1和电容C2，所述电阻R的一端输入时钟，另一端与所述电容C1的输入端连接，所述电容C1的输出端与所述电容C2的输出端连接，所述电容C2的输入端接地，所述电容C1、C2的输出端输出时钟，所述同步以太网电口模块还包括控制器，所述控制器与所述物理层电路连接。

2.根据权利要求1所述的同步以太网电口模块，其特征在于：所述网络接口为RJ45连接头。

3.根据权利要求1所述的同步以太网电口模块，其特征在于：所述同步以太网电口模块还包括直流电压转换电路，所述直流电压转换电路的输出端与所述物理层电路连接。

4.根据权利要求1所述的同步以太网电口模块，其特征在于：所述同步以太网电口模块还包括内部数字时钟振荡器，所述内部数字时钟振荡器的输出端与所述物理层电路连接。