CN104412515B - 用于将电子元件链接到通信线的器件 - Google Patents

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Abstract

一种用于将电子元件3连接到通信线4的连接器件，该连接器件包括用于承载差分信号的至少两个导体，该连接器件包括连接到线以发送和/或接收数据的至少一个数据交换接口组件8、12以及用于将电子元件连接到线的连接装置9，该连接器件还从连接装置到接口组件顺序地至少包括：安排用于在通信线的每个导体上执行共模过滤的第一变压器TA；安排用于执行电气隔离使得将通信线至少从接口组件分隔开的第二变压器TB；与第二变压器并联连接并由两个线圈构成的第三变压器TC，该两个线圈具有包括不连接到第二变压器且连接到电子元件的框架接地的端子的端子；以及安排用于提供电气隔离以至少将接口组件与框架接地分隔开的第四变压器TD。

Description

用于将电子元件链接到通信线的器件
本发明涉及用于将电子元件链连接到通信线的连接器件。
背景技术
为证实用于安装到飞行器上的设备，特别需要验证设备在其被放置在类似于它可能在飞行器上遭遇的那些环境条件下时的行为。该设备经受电池鉴定测试，期间验证设备在经受这样的环境条件时是否正常运行，或以可接受的降级模式运行，或未被损坏，或确实干扰了设备的其它部分的运行。这些测试通常包括气候测试(温度、湿度等)、机械测试(振动、碰撞等)、电磁兼容性测试、对承受击中飞行器的闪电的能力的测试等。
在各电磁兼容性测试中，有设法验证电子元件在它被暴露在特定级别的射频能量中时的行为的射频敏感性测试。这些测试还包括导电敏感性测试，期间电流以扫过广谱的频率被注入连接到电子元件的各电缆。
为了验证电子元件忍受闪电击中的能力，提供类似于导电敏感性测试以及通过设备的各连接器直接执行的电流注入测试的测试。
执行特别关键的功能的某些电子元件，例如用于电子飞行控制系统的电子元件，被要求不仅能够承受这样的注入的电流，并且能够在这样的注入发生时正常运行。
因此，需要电子元件即使在几百毫安的电流以范围100千赫(kHz)到400兆赫(MHz)的变化的频率被注入数字差分通信线时，仍能够以正常方式通过数字差分通信线发送和接收数据。所注入的电流尤其导致沿着线的各导体传播的高级别的共模干扰。
为了使得电子元件能够成功通过这样的测试，可以设想将连接器件安装在电子元件上，以将其通过具有与线的相应导体串联连接的两个线圈的第一变压器以及中心抽头类型的第二变压器连接到通信线，以将该电子元件从通信线电气隔离。第二变压器可具有带有两个传统连接端子的线圈以及连接到线圈中点的附加的连接端子。因此，由注入的电流产生的共模干扰被变压器过滤，并通过中心抽头向电子元件的框架接地放电。
这样的变压器的使用，除了在以对应于连接器件的谐振频率(由第一变压器的电感组件和第二变压器的电容组件引起)的频率传播共模干扰时以外，将是高效的。以这样的谐振频率(引起接收元件的阻抗的锐减并因此引起共模电流的激增)，存在共模干扰破坏电子元件的各组件或甚至干扰通信的严重风险。
发明目的
本发明的目的是提供用于将电子元件连接到差分通信线的连接器件，使得能够甚至在电子元件遭受闪电测试或导电敏感性测试(存在将电流以变化的频率注入通信线)时，避免损坏电子元件并维持通过线的通信。
发明内容
为实现这一目的，本发明提供用于将电子元件连接到通信线的连接器件，该连接器件包括用于承载差分信号的至少两个导体，该连接器件包括连接到线以发送和/或接收数据的至少一个数据交换接口组件以及用于将电子元件连接到线的连接装置，该连接器件还(从连接装置到接口组件)顺序地至少包括：
第一变压器，安排用于对通信线的每个导体执行共模过滤；
第二变压器，安排用于执行电气隔离以将通信线至少与接口组件分隔开；
与所述第二变压器并联连接并由两个线圈制成的第三变压器，所述线圈具有包括不连接到所述第二变压器且连接到所述电子元件的框架接地的各端子的端子；以及
第四变压器，安排用于提供电气隔离以至少将所述接口组件与框架接地分隔开。
当电流被注入通信线以产生等于谐振频率(由第一变压器电感组件和第二变压器的电容组件引起)的频率的共模干扰时，在共模中提供零阻抗的第三变压器将干扰放电至电子元件的框架接地，而不考虑干扰的频率。因此，以器件的谐振频率传播的共模干扰没有破坏电子元件的各组件的风险，也没有干扰数据在通信线上的交换的风险。
借助于对本发明的特定的非限制性实施例的以下描述，可更好地理解本发明。
附图说明
参见附图，在附图中：
图1－4是本发明的连接器件四种不同实施例的电路图；
图5示出了本发明的连接器件，其中变压器线圈由印刷电路的轨迹线圈构成；以及
图6示出了结合在单个分立组件内的本发明的连接器件的变压器线圈。
具体实施方式
参见图1，在第一实施例中，本发明的连接器件1、2，被结合到用于通过差分数字通信线4发送数据的第一电子元件3和用于接收数据的第二电子元件5中。在该示例中，数据通过单一链接(即，仅在发送数据的第一电子元件3和接收数据的第二电子元件5之间的一个方向中)传送。
除了本发明的电子连接器件，每个电子元件3和5具有各自的控制模块6、7，例如微控制器或现场可编程门阵列(FPGA)，且其用于第一电子元件3的功能之一是生成第一电子元件3要发送的数据，其用于第二电子元件5的功能之一是处理由第二电子元件5接收到的数据，即，例如，解释数据、存储数据、或转发数据。在第一和第二电子元件中，数据由控制模块6、7经由本发明的连接器件1、2分别生成和接收。
第一电子元件3和第二电子元件5的连接器件1、2分别包括：
数据交换接口组件8、12；
四个变压器TA、TB、TC、TD和TE、TF、TG、TH；以及
连接器9、13。
术语“数据交换接口组件”用于指既可以发送也可以接收，或可以同时发送并接收的组件。在以下的描述中，在发送器接口组件和接收器接口组件之间画出了区别。自然地，该区别不妨碍发送器接口组件也能够接收数据，或接收器接口组件也能够发送数据。
在此示例中，数据交换接口组件8是发送器接口组件而数据交换接口组件12是接收器接口组件。
发送器和接收器接口组件8和12两者都设置了阻抗匹配电阻器(未示出)，以优化数据通过通信线4的发送和接收。
除了第二电子邮件5的接口组件12(不同于第一电子元件的接口组件)是用于接收数据而不是发送数据的事实之外，第一电子元件和第二电子元件的连接器件1、2因此是一样的。本说明书主要涉及第一电子元件3的连接器件1的安排和优点，因为它们在第二电子元件5中是等同的。
第一电子元件3的连接器件1的发送器接口组件8因此被安排为从控制模块6接收数据并使数据成形以使之符合以太网标准。数据接着通过变压器TA、TB、TC、TD以及连接器9以不同模式通过具有两个导体14和15的通信线4发送。
连接器件1的变压器TA、TB、TC、TD的每一个由具有两个端子的线圈制成，对应端子由点标识以指定每个线圈的开始以及因此电流在每个线圈中流动的方向。
变压器TA以这样的方式安排，使得它的线圈的每一个具有连接到连接器9的一个端子并与通信线4的导体14、15的相应一个串联连接，并使得在每个线圈中流动的电流以相同方向流动。变压器TA因此具有形成适合用于把高频共模干扰过滤掉的过滤器装置的电感组件。
变压器TB被安排使得TB的线圈之一的两个端子连接到TA的未连接到连接器9的端子中的相应一个。变压器TB用于将通信线4与位于到变压器TB那一边的各电子元件(包括发送器接口组件8)电隔离。在TB的每一个线圈中流动的电流以相同方向流动。变压器TB因此具有形成用于限制低频共模干扰的过滤装置的电容组件。
变压器TC与变压器TB并联连接，并通过其连接到变压器TB的端子的两个端子来连接到电子元件3的框架接地16。电流在变压器TC的每个线圈中以相反方向流动。
当具有对应于由变压器TA的电感组件和变压器TB的电容组件导致的谐振频率的谐振频率的共模干扰在通信线4的各导体14和15上传播时，通过变压器TC向框架接地16放电，而不破坏电子元件3的电子组件。
应当观察到，变压器TC在差分模式下存在很高的阻抗，并且因此不降级由发送器接口组件发送到第二电子元件的数据。
最后，变压器TD被以这样的方式安排：变压器TD的共用线圈的两个端子每个连接到变压器TB的线圈未连接到变压器TA的相应端，并且以这样的方式使得变压器TD的另一个线圈的两个端子连接到发送器接口组件8。变压器TD用于将框架接地与位于变压器TD那一边的各电子元件(包括发送器接口组件8)电隔离。在变压器TD的每一个线圈中流动的电流以相同方向流动。
上面描述的本发明的连接器件因此使其可能在不降级被发送的数据的情况下，在低频和高频提供有效的过滤，并消除在对应于器件的电容和电感组件导致的谐振频率的频率处的共模干扰。
参见图2，在第二实施例中本发明的连接器件101可结合在通过差分数字通信线104发送数据并接收数据的第一电子元件103中，该数据与同样设置了本发明的连接器件的第二电子元件(图2未示出)进行交换。在此示例中，数据通过半双工链接交换，即，数据在第一电子元件103和第二电子元件之间以一个方向或另一个方向而不是同时在两个方向内流动。
第一电子元件自然具有控制模块106，控制模块106被特别安排以执行由上述发送和接收控制模块执行的功能(生成、接收，并处理数据)。
本示例中的第一电子元件103中的本发明的连接器件101包括发送器接口组件108和接收器接口组件112，连同四个变压器T'A、T'B、T'C、T'D和连接器109，用于发送和接收数据。接口组件设置了阻抗匹配电阻器。
发送器接口组件108具有连接到接收器接口组件112的两个输入E1和E2的两个输出S1和S2，从而允许第一电子元件通过通信线104交替发送并接收数据。
四个变压器T'A、T'B、T'C、T'D的每一个由两个线圈制成，每个线圈具有两个端子。变压器具有与针对第一端子描述的类似的那些功能，并且在每个线圈中流动的电流以类似于第一实施例的那些方向流动。然而，该示例中的变压器T'C和T'D的每一个由两个线圈制成，所述线圈选自变压器设备TF1(特别地三线圈变压器)的三个线圈。
变压器T'A和T'B以与图1的变压器TA和TB相似方式安排。变压器T'C的每个线圈具有连接到变压器T'B的未连接到T'A的端子的端子。T'C的未连接到T'B的端子连接到第一电子元件103的框架接地116。变压器T'D的线圈120与T'C的线圈共用。T'D的其它线圈的端子连接到发送器接口组件108的输出S1、S2并连接到接收器接口组件112的输入E1、E2。
三线圈变压器TF1因此具有同时用于变压器T'C和T'D两者的一个线圈120，并且首先简化了器件，并且其次允许传送能量损耗的减少(焦耳损耗、无负载损耗等)。该损耗的减少改善了通过变压器的数据传输的质量，并改善了将共模干扰放电到电子元件103的框架接地116。
参见图3，第三实施例中的本发明的连接器件201是再一次结合到用于通过半双工链接来交换数据的第一电子元件203中。本发明的连接器件201再一次具有发送器接口组件208和接收器接口组件212，四个变压器T"A、T"B、T"C、T"D，和连接器209。变压器T"A、T"B、T"C、T"D具有类似于针对第一实施例描述的那些的功能。它们由线圈制成，其中电流以类似于前两个实施例的那些方向流动。本发明的第三实施例类似于本发明的第二实施例，不同的是该示例中的连接器件设置了四个线圈的变压器设备TF2，额外的线圈221与T"D的线圈并联连接，其端子连接到发送器接口组件208和接收器接口组件212。四个线圈的变压器TF2比三个线圈的变压器TF1更容易平衡，即更容易以这样的方式设计变压器以确保电流通过端子对称流动。
参见图4，第四实施例中的本发明的连接器件301是再一次结合到用于通过半双工链接来交换数据的第一电子元件303中。再一次，连接器件具有发送器接口组件308和接收器接口组件312、四个变压器T"'A、T"'B、T"'C、T"'D，和连接器309。
在此示例中，变压器T"'B、T"'D的每一个由取自变压器设备TF3(在此示例中，三线圈变压器)的三个线圈中的两个线圈制成。
变压器T"'A以与图1中的变压器TA类似的方式安排。变压器T"'B以这样的方式安排：变压器T"'B的线圈之一的两个端子连接到变压器T"'A的未连接到连接器309的相应端子。变压器T"'B的未连接到变压器T"'A的线圈320为变压器T"'B和T"'D共用。变压器T"'D的另一个线圈连接到发送器和接收器接口组件308和312。变压器T"'C的每一个线圈具有一个连接到线圈320的端子。变压器T"'C的未连接到线圈320的端子连接到第一电子元件303的框架接地316。
线圈320因此被变压器T"'B和T"'D两者使用。这再一次使得简化器件、降低损耗、便于平衡、以及消除存在于上述各实施例中在变压器TC或T'C或T"C和电子元件的框架接地之间的电容耦合成为可能。
为了制造本发明的连接器件，可作出规定，使用印刷电路轨迹线圈来制造变压器的线圈。有利地，并参见图5，其示出了电子元件403的印刷电路404中的清漆421、铜422，和绝缘423的各层，本发明的器件401的变压器的轨迹线圈424跨印刷电路404的内部的铜层分布，并且发送器和接收器接口组件408和412安置在表面铜层上。变压器因此不需要磁芯，并且它们因此不存在由对于磁芯而言过强的磁通量导致的任何饱和风险。这样的安排也使得印刷电路板(PCB)的小区域上的连接器件成为可能，以确保满意的工业再现性等。
参见图6，还可能作出规定，将在印刷电路504的铜层522上制成的变压器的线圈524直接结合到分立组件530(例如球栅阵列(BGA)封装)中。
本发明并不限于上述特定实施例，而是相反涵盖落入由权利要求书限定的本发明范围内的任何变型。
尽管第一实施例的连接器件用于通过单一链接通信的第一和第二电子元件中，将那个器件用于半双工链接是可能的。每个电子元件应当接着设置发送器数据交换接口组件和接收器数据交换接口组件，各组件以类似于其它实施例的器件的方式连接在一起并且被连接到单组变压器或连接到各组变压器。类似地，使用具有单一链接的其它各实施例的连接器件是可能的。每个电子元件接着设置仅一种发送器类型或接收器类型的接口组件。

Claims (7)

1.一种用于将电子元件(3、103、203、403)连接到通信线(4、104)的连接器件，所述连接器件包括用于承载差分信号的至少两个导体，所述连接器件包括连接到所述通信线以发送和/或接收数据的至少一个数据交换接口组件(8、12、108、112)，以及用于将所述电子元件连接到所述通信线的连接装置(9、13、109)，所述连接器件还从所述连接装置到所述接口组件顺序地至少包括：
第一变压器(TA、T'A、T"A、T"'A)，安排用于对所述通信线的每个导体执行共模过滤；
第二变压器(TB、T'B、T"B、T"'B)，安排用于执行电气隔离以将所述通信线至少与所述接口组件分隔开；
与所述第二变压器并联连接并由两个线圈制成的第三变压器(TC、T'C、T"C、T"'C)，所述线圈具有包括不连接到所述第二变压器且连接到所述电子元件的框架接地的各端子的端子；以及
第四变压器(TD、T'D、T"D、T"'D)，安排用于提供电气隔离以至少将所述接口组件与框架接地分隔开。
2.如权利要求1所述的连接器件，其特征在于，所述第三变压器(T'C)由三线圈变压器设备(TF1)的第一线圈和第二线圈(120)形成，而所述第四变压器(T'D)由所述第二线圈(120)和所述三线圈变压器设备(TF1)的第三线圈形成。
3.如权利要求1所述的连接器件，其特征在于，所述第二变压器(T"'B)由三线圈变压器设备(TF3)的第一线圈和第二线圈(320)形成，而第四变压器(T"'D)由所述第二线圈(320)和所述三线圈变压器设备(TF3)的第三线圈形成。
4.如权利要求1所述的连接器件，其特征在于，所述第三变压器(T"C)由四线圈变压器设备(TF2)的第一线圈和第二线圈形成，而第四变压器(T”D)由所述第二线圈和并联于所述四线圈变压器设备(TF2)的第四线圈(221)的第三线圈形成。
5.如权利要求1所述的连接器件，其特征在于，包括发送器数据交换接口组件(108)和接收器数据交换接口组件(112)，所述发送器数据交换接口组件的输出(S1、S2)和所述接收器数据交换接口组件的输入(E1、E2)被以所述发送器数据交换接口组件和所述接收器数据交换接口组件可通过所述通信线经由所述变压器发送和接收数据这样的方式连接在一起。
6.如权利要求1所述的连接器件，其特征在于，至少一个变压器是由印刷电路(404)的轨迹线圈(424)制成。
7.如权利要求6所述的连接器件，其特征在于，全部的变压器由印刷电路的轨迹线圈(524)制成并结合在共用的分立组件(530)内。
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