CN104040941B - 经由以太网链路连接两件装备的设备以及用于一件此类装备的扩充基座 - Google Patents

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Abstract

用于把第一件电子装备(100)连接到第二件电子装备(101)的连接设备(1)，该设备包括：两个以太网类型接口(10.1,10.2)，该两个以太网类型接口通过上行线路(2.b)和下行线路(2.a)链接到一起并且它们中的每一个被安排成链接到多件装备中相应的一个并且按差分模式传送数据；两个电源模块(15.1,15.2)，每一电源模块与多件装备中的相应一个相关联并且在上行和下行线路间按共模模式连线以便以交流电传送电源载运信号；以及两个副传输模块(17.1,17.2)，每一副传输模块与所述电源模块中的相应一个相关联并且被安排成通过调制电源载运信号使数据能被传送。

Description

经由以太网链路连接两件装备的设备以及用于一件此类装备 的扩充基座
本发明涉及用于把两件诸如计算机单元的电子装备(例如服务器及终端或外围设备)连接到一起的设备。
通过使用以太网链路的连接设备把多件电子装备连接到一起是已知的。连接设备具有两个以太网接口，该两个以太网接口通过上行线路和下行线路链接到一起并且各自被安排成与多件装备中相应的一个链接以便以差分模式执行数据传输。这使得能够以高速率传送数据，如今常规的速率是在100兆比特每秒(Mb/s)到1000Mb/s的范围内。
在某些应用中，提供用于传送敏感信息的安全链路是必需的。遗憾地，以上类型的常规以太网链路由于其特别的原理除非对接口作出复杂的修改并限制数据速率，否则仅提供相对低级别的安全性。在这样的情况下，惯例是在多件装备间提供第二链路，所述第二链路通过与多件装备相关联的第二连接设备建立。遗憾地，在机载航空应用中，添加第二连接设备在重量方面是不利的。
做出将装备耦合到电力网络的提供也是必需的，其中通过电缆来实现所述提供，该电缆存在除连接设备重量之外附加的重量。
本发明的目标在于提供一种用于把多件电子装备链接到一起同时根本不呈现或呈现出少数上述缺点的装置。
为此，本发明提供用于把第一件电子装备连接到第二件电子装备的连接设备，该设备包括：两个以太网类型接口，该两个以太网类型接口通过上行线路和下行线路链接到一起并且它们中的每一个被安排成与多件装备中相应的一个链接并以差分模式传送数据；两个电源模块，每一电源模块与多件装备中的相应一个相关联并且在上行和下行线路间以共模模式连线以便以交流电传送电源载运信号；以及两个副传输模块，每一副传输模块与该电源模块中的相应一个相关联并且被安排成通过调制电源载运信号使数据能被传送。
因此，本发明的设备使得其有可能在上行和下行线路上具有按差分模式的以太网类型的数据传输链路，以及在上行和下行线路上具有按共模模式的数据传输链路。连接设备还用来经由另一件装备给多件装备中的一个供能。这导致重量和体积上的节省。以太网链路还使得能够跨相对长的距离进行通信。
优选地，第一件装备的副传输模块被安排成通过相移键控来执行调制。
这一调制技术尤其好地适用于向第二件装备传送数据。
更优选地，第二件装备的副传输模块被安排成通过调制电流消耗来传送数据，并且有利地，该电流消耗的调制与上行数据流同步以供作为所消耗的电流中的峰值时间位置相对上行数据流的函数来编码数据。
这使得数据能够被简单地传送到第一件装备。
在两种替换性双向通信技术中：
传输模块被安排成同时地提供双向传输；以及
传输模块被安排成交替地提供双向传输。
在阅读了下面的对本发明的特定的非限制性实施例的描述之后，本发明的其他特征以及优点将变得显而易见。
参考附图，在附图中：
图1是根据本发明的设备的电路的示意图；以及
图2是示出数据传输时序的示意图。
参考附图，根据本发明的连接设备用于使第一件电子装备100(在这一示例中为计算机服务器类型的主装备)能够与第二件电子装备101(在这一示例中为计算机终端类型的从电子装备)耦合。然而，本发明能够与其它类型的通信电子装备联用。
多件装备100和101二者均被提供有以太网类型的相应外部耦合端口。
本发明的连接设备(被给予总体标记1)包括：主耦合单元10.1和从耦合单元10.2，主耦合单元10.1和从耦合单元10.2是通过包括传送线2.a和接收线2.b的以太网类型链路2而链接到一起的以太网接口。传送线2.a和接收线2.b各自由以太网电缆中的相应一对导体形成。
主耦合单元10.1拥有在该件装备100外部的耦合端口，并且经由相应的隔离变压器13.1或14.1链接至传送线2.a和接收线2.b。
从耦合单元10.2拥有在装备101外部的耦合端口，并且经由相应的隔离变压器13.2或14.2链接至传送线2.a和接收线2.b。
主耦合单元10.1还链接至在传送线2.a和接收线2.b间按共模模式连线的电源模块15.1以经由电隔离在链路上传送交流电(AC)。通过隔离变压器16.1提供该电隔离，该隔离变压器16.1使其次级绕组连接至变压器13.1的次级绕组的中点和变压器14.1的初级绕组的中点。
该电源模块15.1被安排成以低到足以避免干扰通信且高到足以限制变压器16.1的尺寸的频率来供电。在本实例中可使用的频率范围从2千赫兹(kHz)到100kHz，否则为从2kHz到10kHz。在本实例中变压器优选被安排成提供好于1500伏特(V)的电隔离(既用于直流电(DC)，又用于低频及高频AC)。
电源模块15.1由此包括DC/AC转换器，该DC/AC转换器被隔离以供在链路2上传送功率并且该DC/AC转换器与调节器组件相关联。该调节器组件被安排成在链接到从耦合单元10.2的电源模块15.1的输出处在均方根(rms)电压值上执行伺服控制以及在(正弦波)电流波形上执行伺服控制。提供在波形上执行的伺服控制以限制电磁干扰的任何风险。这用于避免诸如装备101可能无法容适的且将需要在装备101处提供大量滤波器元件的切换噪声(或“毛刺”)之类的电源故障。
该耦合单元10.2连接至电源模块15.2，电源模块15.2在传送线2.a和接收线2.b间按共模模式连线以经由电隔离在链路上接收AC。通过隔离变压器16.2提供该电隔离，该隔离变压器16.2使其初级绕组连接至变压器13.2的初级绕组的中点和变压器14.2的次级绕组的中点。电源模块15.2被隔离且由此用于从链路2接收功率。
外围耦合单元的电源模块15.2包括被给予整体标记18的整流器电路，该整流器电路包括二极管桥和电容器。
本发明的设备用于在传送线路和接收线路上(经由以太网电缆2的对中的一个传送V+，且经由以太网电缆2的对中的另一个传送V－)按共模模式传送电源电压作为AC电源载运信号。在航空应用中，认为能传送的最大功率级别是30伏特安培(VA)(在10kHz到100kHz范围内的频率处为28Vrms且至少1Arms)。在两个参数的基础上调节电源信号：rms电压和电流的波形。在源处，测量rms电压并且发电机被伺服控制以递送预定电压(例如，28V)而不管电流的波形。还在电流的波形上执行伺服控制。更具体而言这包括在正弦波形上的伺服控制，如上所述。这使得能够通过限制电磁干扰来简化接收机部分。具体而言，整流器电路18中的二极管桥的二极管的切换噪声被限制或被去除而无需具有用以大量滤波器元件的资源。为该信号选择的频率(在这一示例中优选落在2kHz到100kHz的范围内)低到足以避免干扰通信且高到足以最小化变压器的尺寸。
对于DC，通过变压器来提供隔离，而对于AC通过前端安装(front-mounted)的变压器的存在将电容性耦合最小化。在耦合的变压器中电容性耦合低，并且有可能在线路2.a和2.b的每一个中添加串联的共模电感器以便补偿它们的阻抗在高频处的下降。
因此，从电子装备的计算机由主电子装备供能。仅主电子装备具有电源，由此减轻计算机系统结构以及简化其维护。
通过调制电源载运信号每一电源模块15.1、15.2与用于传送数据的副传输模块17.1、17.2相关联。
副传输模块17.1具有微控制器类型或现场可编程门阵列(FPGA)类型的控制电路18，该控制电路首先连接至与变压器16.1的初级绕组相连的功率桥20的开关19以供数据传输目的，且其次连接至用于测量所传送的电流的部件以供数据接收目的。
副传输模块17.2经由隔离变压器21连接至线路2.a和2.b以供接收数据。隔离变压器21具有连接至变压器13.2的初级绕组的中点和变压器14.2的次级绕组的中点的初级绕组，以及连接至副传输模块17.2的次级绕组。副传输模块17.2还连接至在与电阻器23串联的二极管桥的输出支路间连线的开关22。
在操作中，副传输模块17.1把数据A转换成双相流B(使用双相L编码)并且它控制开关19来对应地调制电源载运信号的电压。
副传输模块17.2在双相流B上同步它本身并且转换所述流以恢复所传送的数据。
为了传送数据，副传输模块17.2使用副传输模块17.1所发送的数据接收时钟以便通过用于在所传送的流上创建消耗命令的锁相环来同步传送时钟。通过作用于开关21，消耗命令导致在每一单元(cell)中对应于数据的时间位置处的消耗上涨或峰值。在图2所示的示例中，可见所消耗的电流C呈现出消耗峰值：在该单元开始处的消耗峰值是值0而在该单元的结束处的消耗峰值是值1。第二件装备的副传输模块由此被安排成通过调制所消耗的电流C来传送数据，其中所消耗的电流C的调制与上行数据流同步以便作为所消耗的电流的峰值时间位置相对上行数据流的函数来编码数据D。
一接收，副传输模块17.1就检测电流消耗峰值。在测量电流的基础上，有可能在采样之后计算所消耗的电流C的平均值以及通过微分器在其中定位有峰值的时间窗口或单元中来揭示消耗峰值。随后从其推导出数据D。
数据由此被双向且同时地传送。
尽管未示出，但是在这一示例中提供低通类型的滤波器装置以防止经由副传输模块17.1、17.2的数据传输干扰以太网数据流。
当然，本发明不限于所描述的实施例，而是覆盖落在由所附权利要求限定的本发明的范围内的任何变型。
具体而言，电源模块15.2可以是数字模块并且可以包括功率因数校正(PFC)设备。
在一个变体中，传输模块被安排成交替地提供双向传输。

Claims (6)

1.用于把第一电子装备连接到第二电子装备的连接设备，所述设备包括：第一和第二以太网类型接口，所述第一和第二以太网类型接口通过上行线路和下行线路链接到一起并且它们中的每一个被安排成链接到所述第一和第二电子装备中相应的一个并且按差分模式传送数据；第一和第二电源模块，每一电源模块与所述第一和第二电子装备中的相应一个相关联并且在上行和下行线路间按共模模式连线以便以交流电传送电源载运信号；以及第一和第二副传输模块，每一副传输模块与所述第一和第二电源模块中的相应一个相关联并且被安排成通过根据数据流调制电源载运信号使数据能被传送，其中
所述第二以太网类型接口经由第一变压器链接到所述上行和下行线路，
所述第二电源模块经由第二变压器接收来自所述第一变压器的初级的功率，以及
所述第二副传输模块从所述第二变压器的初级接收功率，并且被单独地连接到所述第二电源模块以控制所述第二电源模块来传送所述电源载运信号。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述第一电子装备的第一副传输模块被安排成通过相移键控来执行调制。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述第二电子装备的第二副传输模块被安排成通过调制电流消耗来传送数据。
4.根据权利要求3的设备，其特征在于，电流消耗的调制与上行数据流同步，以供作为所消耗电流中的峰值时间位置的函数来编码数据。
5.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述传输模块被安排成同时地提供双向传输。
6.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述传输模块被安排成交替地提供双向传输。
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