CN105182080A - 一种测量网线阻抗的装置和方法、以及网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种测量网线阻抗的装置和方法、以及网络设备，用以解决现有测量网线阻抗的方法，要么只能在待测量网线第一端悬空时进行，要么是当对端设备不工作、无法进入收发状态或不连接时无法进行测量的问题。该装置包括：信号处理模块，用于输出负脉冲信号；根据负脉冲信号的电压值与数字信号所表征的电压值之间的电压差值、待测量网线第一端不同连接状态和网线阻抗之间的对应关系，确定网线阻抗；测量模块，用于对负脉冲信号的电压值和测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号；反馈模块，用于将其转换成数字信号后传输给信号处理模块。在使用该装置对网线的阻抗进行测量时，无论对端是什么连接状态，都可以测出网线阻抗。

Description

一种测量网线阻抗的装置和方法、以及网络设备

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种测量网线阻抗的装置和方法、以及网络设备。

背景技术

在网络组网施工过程中，经常会因为网线过长，或网线质量太差而导致网线阻抗超过网络要求，进而出现网络不通，或大量通信数据错误。为了避免上述情况的发生，就必须对网线阻抗进行测量，传统的测量方式主要包括下列两种：

方式一：如图1所示，为具有网线测量功能的网络设备，该设备包括普通网络设备的本体，即包括网络接口芯片、变压器和注册的插座RJ45接口，该方法是利用网络接口芯片在网口差分信号的+和-之间发送一个差分脉冲信号，该差分脉冲经过变压器之后，耦合到网线上，在经过没有连接测量网线阻抗装置的对端的开路反射进行测量。这种测量方式有一个重要的缺陷，由于信号反射只会在对端阻抗不匹配的情况下发送，一旦对端同样连接了任意网络设备，则会出现阻抗匹配(正常信号传输一定要做到阻抗匹配，否则反射波和正常信号互相叠加会影响信号的识别)，所以该测量方式只能在对端悬空的情况下进行，并且测量的是时间差，并不能获知实际阻抗。

方式二：通过测量网线对端发送过来的正常网络信号的衰减幅度，来判断网线阻抗和等效长度，这种测量方式的缺点就是只能在线测试，即对端设备不工作、无法进入收发状态或不连接时都无法测量。

综上所述，目前现有技术中测量网线阻抗的方法，要么只能在对端悬空的情况下进行，要么是当对端设备不工作、无法进入收发状态或不连接时无法进行测量。

发明内容

本发明实施例提供了一种测量网线阻抗的装置和方法、以及网络设备，用以解决现有技术中测量网线阻抗的方法，要么只能在对端悬空的情况下进行，要么是当对端设备不工作、无法进入收发状态或不连接时无法进行测量的问题。

基于上述问题，本发明实施例提供的一种测量网线阻抗的装置，该装置包括：信号处理模块、测量模块和反馈模块；

所述信号处理模块，用于向所述测量模块输出用于测量的负脉冲信号；并根据所述负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值、待测量网线第一端不同连接状态和网线阻抗之间的对应关系，确定所述待测量网线对应的网线阻抗值；

所述测量模块，用于对接收到的所述负脉冲信号的电压值和测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号；

所述反馈模块，用于接收所述测量模块输出的所述模拟等效电压信号，并将所述模拟等效电压信号转换成数字信号后传输给所述信号处理模块；

其中，在所述负脉冲信号的直流电压信号时段内，所述测量信号是所述直流电压信号经过分压之后的信号；在所述负脉冲信号的脉冲信号时段内，所述测量信号是所述脉冲信号和所述待测量网线第一端反射回来的共模测量信号混合之后的信号。

本发明实施例提供的测量网线阻抗的装置可以根据输出的用于测量的负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值、待测量网线第一端不同连接状态和网线阻抗之间的对应关系，确定待测量网线对应的网线阻抗值。因此，在使用本发明实施例提供的测量网线阻抗的装置对待测量网线的阻抗进行测量时，无论待测量网线的第一端(即网线上没有连接测量网线阻抗装置的对端)是什么连接状态，都可以测出待测量网线的阻抗值。

本发明实施例提供的一种具有网线测量功能的网络设备，包括网络接口芯片、变压器和网线接口，还包括本发明实施例中的网线阻抗的测量装置；其中，所述网线阻抗的测量装置通过所述变压器的抽头与所述待测量网线相连。

本发明实施例提供的一种根据本发明实施例测量网线阻抗的装置测量网线阻抗的方法，该方法包括：

所述信号处理模块向所述测量模块输出用于测量的负脉冲信号；

所述测量模块对接收到的所述负脉冲信号的电压值和测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号；

所述反馈模块接收所述测量模块输出的所述模拟等效电压信号，并将所述模拟等效电压信号转换成数字信号后传输给所述信号处理模块；

所述信号处理模块根据所述负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值、待测量网线第一端不同连接状态和网线阻抗之间的对应关系，确定所述待测量网线对应的网线阻抗值；

其中，在所述负脉冲信号的直流电压信号时段内，所述测量信号是所述直流电压信号经过分压之后的信号；在所述负脉冲信号的脉冲信号时段内，所述测量信号是所述脉冲信号和所述待测量网线第一端反射回来的共模测量信号混合之后的信号。

附图说明

图1为现有技术中具有网线测量功能的网络设备；

图2为本发明实施例提供的一种测量网线阻抗的装置；

图3为本发明实施例提供的一种测量模块的典型方案；

图4为本发明实施例提供的一种具有网线测量功能的网络设备的详细电路图；

图5A为本发明实施例提供的待测量网线第一端开路时A、B、C点处信号的波形示意图；

图5B为本发明实施例提供的待测量网线第一端网口差分对之间的阻抗为150Ω时A、B、C点处信号的波形示意图；

图5C为本发明实施例提供的待测量网线第一端的网络设备的内部网口电路为短路时A、B、C点处信号的波形示意图；

图6为本发明实施例提供的一种使用具有网线测量功能的网络设备测量网线阻抗的方法；

图7为本发明实施例提供的一种使用具有网线测量功能的网络设备测量网线阻抗的方法的总体流程图。

具体实施方式

本发明实施例提供的一种测量网线阻抗的装置和方法、以及网络设备，由于可以根据输出的用于测量的负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值、待测量网线第一端不同连接状态和网线阻抗之间的对应关系，确定待测量网线对应的网线阻抗值。因此，在使用本发明实施例提供的测量网线阻抗的装置对待测量网线的阻抗进行测量时，无论待测量网线的第一端(即没有连接测量网线阻抗装置的对端)是什么连接状态，都可以测出待测量网线的阻抗值。

其中，待测量网线是指使用本发明是实施例提供的测量网线阻抗的装置进行阻抗测量的网线，而为了便于区分网线的两端，本发明中将连接测量网线阻抗的装置的一端称为待测量网线的第二端，将用于连接其它网络设备的一端称为待测量网线的第一端(即没有连接测量网线阻抗装置的对端)，但只是这种命名方式只是用于区分网线的两端，并不用于限制本发明的方案。

以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图2所示，为本发明实施例提供的一种测量网线阻抗的装置，该装置包括：信号处理模块21、测量模块22和反馈模块23；

信号处理模块21，用于向测量模块22输出用于测量的负脉冲信号；并根据负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值、待测量网线第一端不同连接状态和网线阻抗之间的对应关系，确定待测量网线对应的网线阻抗值；

测量模块22，用于对接收到的负脉冲信号的电压值和测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号；

反馈模块23，用于接收测量模块22输出的模拟等效电压信号，并将模拟等效电压信号转换成数字信号后传输给信号处理模块21；

其中，在负脉冲信号的直流电压信号时段内，测量信号是直流电压信号经过分压之后的信号；在负脉冲信号的脉冲信号时段内，测量信号是脉冲信号和待测量网线第一端反射回来的共模测量信号混合之后的信号。

本发明实施例提供的测量网线阻抗的装置，可以是集成在普通网络设备中的测量装置，也可以是独立于普通网络设备的一个测量装置，并且不对现有网口已有电路做任何改造，只是在普通网络设备中的变压器抽头上增加一个信号发生，不影响原有网络的任何功能，兼容能力强，有非常强的可移植性。

实施中，本发明实施例提供的测量网线阻抗的装置在确定需要进行网线阻抗测量时，信号处理模块21将产生两个完全相同的负脉冲信号；即信号处理模块21在脉冲阶段时输出脉冲信号，在非脉冲阶段时输出直流电压信号，并向测量模块22输出两个完全相同的负脉冲信号。

测量模块22在接收到两个完全相同的负脉冲信号之后，主要对其中一个负脉冲信号的电压值和接收到的测量信号的电压值进行减法运算，进而得到一个模拟等效电压信号，并将该模拟等效电压信号传输给反馈模块23。其中，测量信号是测量模块22通过与该测量网线阻抗的装置相连的网络设备的变压器的抽头得到信号，当负脉冲信号处于不同的阶段时，测量信号也不相同，在非脉冲阶段，即负脉冲信号的直流电压信号时段内，测量信号是直流电压信号经过分压之后的信号；在脉冲阶段，即负脉冲信号的脉冲信号时段内，测量信号是脉冲信号和待测量网线第一端反射回来的共模测量信号混合之后的信号。

反馈模块23的功能只有一个，就是将测量模块22测量出来的阻抗等效电压值，转换成可识别的数字信号，也就是将接收到的测量模块22输出的模拟等效电压信号转换成数字信号，并将该数字信号反馈给信号处理模块21。由于反馈模块23的本质就是将模拟信号转化为数字信号，最终由信号处理模块21来对数字信号的值进行判断，从而得出网线的阻抗。因而在具体实施时，可以使用ADC或者其它具有模数转换功能的器件来实现，其中连接信号处理模块21端接口的接口模式可以是标准串行数字接口(如：I₂C)，或者并行数字接口(如一位时钟，多位数据的方式)等，此处不作具体限制，由不同的ADC芯片的类型决定。同时，反馈模块23可以是独立存在的一个模块，也可以集成到信号处理模块21中，即信号处理模块21本身内部就具有模数转换的功能，此时可以省去反馈模块23。

信号处理模块21在接收到反馈模块23反馈过来的数字化的测量结果(即数字信号)后，可以根据负脉冲信号的电压值与接收到的数字化的测量结果所表征的电压值之间的电压差值、不同场景(即待测量网线第一端不同连接状态)下的不同电压值和阻抗之间的关系，判断此时网线的阻抗(即待测量网线对应的网线阻抗值)。

实施中，测量模块22的主要作用是对接收到的一个负脉冲信号的电压值和接收到的测量信号的电压值进行减法运算，因而，测量模块22可以采用一种常用标准功能模块减法器222来实现，下面具体进行介绍。

可选的，测量模块22包括：减法器222、以及用于连接减法器222的负输入端和信号处理模块的分压模块221；

分压模块221，用于使接收到的负脉冲信号经过该分压模块221传输到减法器222的负输入端和待测量网线；

减法器222，用于对正输入端接收到的负脉冲信号的电压值和负输入端接收到的测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号。

如图3所示，为本发明实施例提供的一种测量模块22的典型方案，即测量模块22包括分压模块221和减法器222，而分压模块可以采用分压电阻(即图3中的R₅)，也可以采用其它具有分压功能的器件，如电阻分压器等，假设本发明中分压模块221为固定阻值的电阻，具体的电阻阻值可以根据实际需要自由选取，本发明中假设分压模块221的等效电阻阻值为40Ω。在进行网线测量时，分压模块221主要用于将接收到的负脉冲信号经过该分压模块221传输到减法器222的负输入端和待测量网线。

假设减法器222为图3中所示的典型电路形式，其效果就是，当R₆＝R₇，R₈＝R₉时，U_C＝(U_B-U_A)*R₈/R₆，其中R₈/R₆决定了差值的放大比例，可以任意设定，本发明为了演算方便，假设R₈＝R₆，即U_C＝U_B-U_A。由于减法器222是一种常用标准功能模块，其具体实现并不仅限于本发明图3所示的电路，也可以是单芯片实现，其效果只要是能够实现将两个输入的差值，按照固定比例输出即可，即对正输入端接收到的负脉冲信号的电压值U_B和负输入端接收到的测量信号的电压值U_A进行减法运算，在C点输出端输出模拟等效电压信号。上述图3中的减法器222只是一个事例电路，任何带有减法功能的模块电路或单芯片，都可以替代其功能。

下面介绍当测量模块22包括减法器222和分压模块221，负脉冲信号处于不同的阶段时，测量信号具体是指代什么信号。

可选的，在负脉冲信号的直流电压信号时段内，减法器222负输入端接收的测量信号是直流电压信号经过分压模块221和待测量网线分压之后的的信号；或

减法器222负输入端接收的测量信号是经过分压模块221、待测量网线、以及待测量网线第一端连接的网络设备分压之后的信号。

也就是说，测量信号是在减法器222输入端接收到的信号，而待测量网线第一端存在不连接设备(即待测量网线的第一端悬空)和连接网络设备两种情况，在负脉冲信号的直流电压信号时段内，当待测量网线第一端不连接设备时，产生的直流电压信号会经过电阻的分压，此时测量信号是该直流电压信号经过分压模块221和待测量网线两者进行电压分压之后的信号；当待测量网线第一端连接网络设备时，产生的直流电压信号会经过电阻的分压，此时测量信号是该直流电压信号经过分压模块221、待测量网线、以及待测量网线第一端连接的网络设备三者进行电压分压之后的信号。

实施中，负脉冲信号除了在非脉冲阶段可以是直流电压信号外，在脉冲阶段，即在负脉冲信号的脉冲信号时段内，脉冲信号会通过与该测量网线阻抗的装置相连的网络设备，传输到待测量网线上，若待测量网线第一端不连接，则脉冲信号传到网线的第一端，就原路返回到测量网线阻抗的装置；若待测量网线第一端连接网络设备，则脉冲信号传到该网络设备之后，再原路返回到测量网线阻抗的装置；返回的信号即为共模测量信号；下面具体介绍，测量信号和共模测量信号之间的关系。

可选的，在负脉冲信号的脉冲信号时段内，减法器222负输入端接收的测量信号是经过分压模块221之后的脉冲信号、以及传输到待测量网线的脉冲信号通过待测量网线第一端反射回来的共模测量信号进行混合之后的信号。

也就是说，在负脉冲信号的直流电压信号时段内，测量信号也是在减法器222输入端接收到的信号，而无论待测量网线第一端是不连接设备(待测量网线的第一端处于悬空的状态)还是连接网络设备，测量信号都是一个混合信号，该混合信号是经过分压模块221之后的脉冲信号、以及传输到待测量网线的脉冲信号通过待测量网线第一端反射回来的共模测量信号进行混合之后的信号。

由于普通网络设备的内部网口电路一般只有三种模型：短路、开路、150Ω，因而，在进行网线测量时，待测量网线的第一端一共只会出现三种情况，其中当待测量网线的第一端不连接设备的情况也是开路模型。实施中，待测量网线第一端不同连接状态就包括不连接设备、短路、开路和150Ω等情况，在确定网线阻抗之前，信号处理模块21需要先判断出待测量网线第一端的连接状态，下面具体介绍如何判断出待测量网线第一端的连接状态。

可选的，信号处理模块21根据下列方式确定待测量网线第一端的不同连接状态：

若电压差值的数值位于预设的第一阈值范围内，则确定待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口电路为短路；或

若电压差值的数值位于预设的第二阈值范围内，则确定待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口差分对之间的阻抗为150Ω；或

若电压差值的数值为预设的第三阈值，则确定待测量网线第一端没有连接网络设备或连接的网络设备的内部网口电路为开路。

实施中，由于信号处理模块21产生的负脉冲信号的高电平和低电平已知，而数字信号也是通过负脉冲信号经过减法运算得到的信号，因而负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值也会有一定的范围值，当待测量网线第一端的连接状态不同时，电压差值也不相同。针对待测量网线第一端的三种不同连接状态，假设该电压差值的数值位于预设的第一阈值范围内时，则确定待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口电路为短路；假设该电压差值的数值位于预设的第二阈值范围内时，则确定待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口差分对之间的阻抗为150Ω；假设该电压差值的数值为预设的第三阈值时，则确定待测量网线第一端不连接或连接的网络设备的内部网口电路为开路。

其中，第一阈值范围、第二阈值范围和第三阈值是根据负脉冲信号的幅值确定的，本发明为了方便说明，假设选取的负脉冲信号是高电平为3.3V，低电平为0V的脉冲信号。在确定出测量网线第一端的连接状态之后，测量网线阻抗的装置中的信号处理模块21根据不同连接状态和网线阻抗之间的对应关系，确定网线的阻抗值，下面对该对应关系进行具体介绍。

可选的，当待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口电路为短路时，对应关系满足下列公式一：

公式一

当待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口差分对之间的阻抗为150Ω时，对应关系满足下列公式二：

公式二

当待测量网线第一端没有连接网络设备或连接的网络设备的内部网口电路为开路时，对应关系满足下列公式三：

公式三

其中，Z_网表示待测量的网线阻抗；R_分表示分压模块221的等效电阻阻值；U_高表示负脉冲信号高电平的电压值；U₁表示负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值，且U₁＝U₂-U₃；U₂表示负脉冲信号的电压值；U₃表示数字信号所表征的电压值；U_3max表示数字信号所表征的电压值的最大值；U_3min表示数字信号所表征的电压值的最小值；表示预设的第一阈值范围；表示预设的第二阈值范围；U₁＝U_高表示预设的第三阈值。

实施中，假设本发明实施例中U_高＝3.3V，分压模块221的阻值为40Ω，此时，测量网线阻抗的装置中的信号处理模块21，根据负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值，计算待测量网线的阻抗值，当电压差值在(0,2.6]范围内时，根据上述公式一计算待测量的网线阻抗Z_网，例如，当电压差值为U₁＝2.2V时，当电压差值在(2.6,2.9]范围内时，根据上述公式二计算待测量的网线阻抗Z_网，例如，当电压差值为U₁＝2.7V时，当电压差值为3.3V时，此时，U_3max-U_3min＝2.2V，根据上述公式三计算待测量的网线阻抗Z_网，例如，当电压差值为U₁＝3.3V时，

实施中，较佳地一种方式是将上述的测量网线阻抗的装置集成到现有的普通网络设备中，组成具有网线测量功能的网络设备，下面具体进行介绍。

可选的，一种具有网线测量功能的网络设备，包括网络接口芯片、变压器和网线接口，还包括上述任一网线阻抗的测量装置；其中，网线阻抗的测量装置通过变压器的抽头与待测量网线相连。

本发明实施例中的测量网线阻抗的装置，通过网口变压器抽头与待测量网线相连，并通过网口变压器抽头提供共模测量信号进行测量，不影响正常数据收发和原有网络的任何功能，兼容能力强，有非常强的可移植性；同时，可以在待测量网线第一端处于不同连接状态、以及待测量网线第一端连接的网络设备工作或者不工作等多种情况下，对待测量网线的阻抗进行测量，并且测量结果就是网线的阻抗，更有意义。

为了更加清楚的对本发明实施例中的测量网线阻抗的装置、以及有网线测量功能的网络设备进行说明，下面以具体的电路图为例进行说明，如图4所示，为本发明实施例提供的一种具有网线测量功能的网络设备的详细电路图，图4只是一种可行的电路设计方案，且只是为了解释说明本发明，并不用于限定本发明。

如图4所示，虚线框内为本发明的测量网线阻抗的装置的核心电路，而网络设备中用于连接网线两端的网线接口采用的是注册的插座RJ45接口，网络接口芯片属于标准网络接口的设计组件，这些部分均非本发明的设计核心，只是本发明的应用环境，均可以采用现有技术中已有的设备。其中图4中带网线测量功能的网络设备中的变压器两对抽头的连接方式互相对称，既可以像图中所示，测量网线阻抗的装置连接至36抽头，地连接至12抽头，也可以互换，并不影响功能。下面针对图4所示的具有网线测量功能的网络设备进行详细说明。

从图4中可以看出，本发明实施例中提供的测量网线阻抗的装置的核心包含三个主要模块：信号处理模块21、测量模块22和反馈模块23。下面分别介绍这三个模块。

一、信号处理模块21。

信号处理模块21主要有两个功能，一个是实现用产生用于测量负脉冲信号(即脉冲信号或者平时不驱动脉冲时的直流电压信号)，传输给具有网线测量功能的网络设备中的变压器和测量网线阻抗的装置中的减法器222；另外一个功能是，接收反馈模块23进行数字化的测量结果(即数字信号)，并根据不同网线阻抗，在不同场景下的不同电压值，判断此时网线的阻抗值。

为了实现信号处理模块21的上述两个功能，该信号处理模块21可以由处理器211和驱动器212两个器件组成，处理器211发送一个负脉冲信号，再由一个驱动器212将此负脉冲信号驱动成两个完全一样的负脉冲信号，其实也可以直接用处理器211的两个接口输出两个同步的负脉冲信号，其本质就是通过信号处理模块21产生两个完全相同的负脉冲信号。而接收反馈模块23数字化的测量结果，并判断网线阻抗值的过程，则主要由处理器211完成。

二、测量模块22。

上述内容中已经介绍过一种测量模块22的典型方案，即测量模块22包括分压模块221和减法器222，也就是说，附图3中的测量模块22即为图4中的测量模块22，此处不再重复赘述。

实施中，测量模块22针对两种负载情境有不同作用的：

1、当待测量网线第一端连接的普通网络设备内部电路为开路或者待测量网线的第一端网络设备不连接时，测量模块22用于将混合了“信号处理模块21发送的测量脉冲”和“经过变压器传送到待测量网线的第一端连接的普通网络设备并反射回来的反射波”的混合信号，与原始发送的测量脉冲(即负脉冲信号)进行减法运算，从而提取出反射波，然后再将反射波发送给后级反馈模块23。这样做是因为信号在开路负载上会产生反射波和入射波幅度1比1的全反射，这样反射波的幅度最大，便于精准判决。

2、当待测量网线第一端连接的普通网络设备内部为短路或者150Ω时，此时虽然也会有反射波，但是反射系数较小，反射波幅度低，如果用提取反射波幅度的方式判断网线阻抗误差大。因而，此时是采用直流判断，利用信号处理模块21发出的直流电压在网线阻抗、待测量网线的第一端的150Ω或者0Ω电阻上进行分压，获得不同网线阻抗分压出的不同直流电压，从而等效网线阻抗。同时，也将此直流电压发送给后级反馈模块23。

三、反馈模块23。

上述内容中也已经介绍过反馈模块23可以可以使用ADC或者其它具有模数转换功能的器件来实现，如图4中的ADC只是为了使处理器211获知B和C两点信号所表征电压的电压差值，并将该电压差值反馈给信号处理模块21，如果减法器222直接输出的数字信号让处理器211获取，或者处理器211本身内部有ADC可以直接接收模拟电平，那就可以省去ADC。

其中，图4中的B点连接到网口的36抽头，12抽头连接到地，这两个连接可以互换，与此同时，也可以将B点和地分别连接到45和78两对线的抽头或者当无变压器时，直接连接到45和78的RJ45接口。

为了更加清楚的说明本发明实施例中各个信号之间的关系，下面假设用于测量的负脉冲信号的高电平为3.3V，低电平为0V，以图4所示的电路为例进行说明。

实施中，信号处理模块21在B点产生负脉冲信号，如图5A所示，为本发明实施例提供的待测量网线第一端开路时A、B、C点处信号的波形示意图，此时B点的波形如图5A中的B所示，于此同时，F点产生和B点一样的波形。

本发明通过A点在非脉冲阶段的电平，即图5A的B点波形中3.3V的阶段，判断出目前待测量网线的第一端的阻抗是三种中的哪一种，并对每一种待测量网线的第一端阻抗采用不同的计算方式，进而将A点电压等效成网线阻抗。具体原理如下：

在负脉冲信号的直流电压信号时段内(非脉冲阶段)，由于F点的信号会通过R₅和(网线阻抗+待测量网线的第一端的阻抗)在A点形成分压，根据电阻分压原理，U_A＝U_F*(网线阻抗+待测量网线的第一端的阻抗)/(R₅+网线阻抗+待测量网线的第一端的阻抗)，U_F为非脉冲阶段的负脉冲信号电压即3.3V，如果将(网线阻抗+待测量网线的第一端的阻抗)看成一个未知数X，则U_A＝3.3*X/(X+40)，从函数特性可以看出，这个函数是X越大，U_A越大的递增函数，且待测量网线的第一端的阻抗X＝150Ω，相比于待测量网线的第一端的阻抗X＝0Ω，阻抗大了150Ω，所以只需要满足网线阻抗<150(实际中标准网线都小于60Ω)，则任意网线阻抗在待测量网线的第一端的阻抗为0时，A点电压都满足0<U_A<3.3*150/(150+40)＝2.6；在待测量网线的第一端的阻抗为150Ω时，A点电压都满足3.3*300/(300+40)>U_A>3.3*150/(150+40)，即2.9>U_A>2.6；而当待测量网线的第一端不连接或者阻抗为开路时，此时X为无穷大，则U_A＝3.3V。

综上所述，在三种情况的待测量网线的第一端阻抗下，任意小于150Ω的网线，都有三个互不覆盖的A点电压范围。(1)如果当前A点电压已知，如当0<U_A≤2.6时，按照U_A＝3.3*网线阻抗/(40+网线阻抗)(公式一的变形)，可以计算网线阻抗。(2)如当2.6<U_A≤2.9时，则按照U_A＝3.3*(网线阻抗+150)/(40+网线阻抗+150)(公式二的变形)；可以计算网线阻抗。(3)当U_A＝3.3时，待测量网线的第一端的阻抗无穷大，非脉冲阶段的A点电压固定不变，无法计算网线阻抗，而此时-3.3V的脉冲信号会在待测量网线的第一端开路处形成全反射，从待测量网线的第一端来看，相当于反射信号通过网线阻抗和R₅在A点形成分压，所以反射信号到达在A点时幅度＝3.3*40/(网线阻抗+40)＝132/(网线阻抗+40)(公式三的变形)，根据此公式可知，只要能测量出A点反射脉冲的幅度，就可以得到网线阻抗，即：当A点非脉冲阶段电压＝3.3V时，通过测量A点反射脉冲幅度，可以计算出网线阻抗。

下面详细说明如何测量A点非脉冲阶段的电压和反射脉冲的幅度。如图4所示，根据减法器222的原理U_C＝U_B-U_A(公式四)，其中，由于B点信号本身就是处理器211发出来的，因而，B点任意时刻的电压，处理器211都是已知的(非脉冲阶段为3.3V，脉冲阶段为0V)，若要测量A点非脉冲阶段的电压，只需要知道当前C点电压即可。而C点电压值已经由反馈模块23的ADC转化成数字信息发送给信号处理模块21中处理器211的，所以处理器211也知道当前C点电压。此时，处理器211可以根据公式四将B点电压减去C点电压，就可以得到A点非脉冲阶段的电压。

如果A点非脉冲阶段的电压为3.3V，则表明还要计算运算A点的反射脉冲幅度，对于A点而言，其实际的信号是既包含了发送脉冲又包含了反射脉冲的信号，B点只包含发送脉冲，所以A-B其实就是反射脉冲的信号实际波形，根据公式四，只需要将C取反，则为反射脉冲的实际波形，而反射脉冲幅度就是C点信号的最大值减去最小值，如图5A波形的C波形，2.2V的脉冲就表示反射脉冲幅度为2.2V，再根据公式三就可以得出网线阻抗。

从上述内容可以看出，根据本发明实施例提供的测量网线阻抗的装置，可以测量出任意小于150Ω的网线所的阻抗。下面根据上述原理，假设图4中网线长度为100m，阻抗为20Ω的标准网线，分别得到的三种待测量网线的第一端的的负载连接情况下的A、B、C各点的信号。

如图5B所示，为本发明实施例提供的待测量网线第一端网口差分对之间的阻抗为150Ω时A、B、C点处信号的波形示意图；如图5C所示，为本发明实施例提供的待测量网线第一端的网络设备的内部网口电路为短路时A、B、C点处信号的波形示意图。图5A的波形，根据C波形的2.2V脉冲得到反射脉冲幅度(C_max-C_min)为2.2V，代入公式三，得出网线阻抗刚好为20Ω；图5B的波形，根据A点非脉冲阶段幅度为2.67V，代入公式二，得出网线阻抗刚好为20Ω；图5C的波形，根据A点非脉冲阶段幅度为1.1V，代入公式一，得出网线阻抗刚好为20Ω。就是完成了网线阻抗的测量。并以阻抗20Ω表示100m网线的等效长度。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种测量网线阻抗的方法，由于这些方法解决问题的原理与测量网线阻抗的装置相似，因此这些方法的实施可以参见装置的实施，重复之处不再赘述。

如图6所示，为本发明实施例提供的一种根据上述测量网线阻抗的装置测量网线阻抗的方法，该方法包括：

步骤601，信号处理模块向测量模块输出用于测量的负脉冲信号；

步骤602，测量模块对接收到的负脉冲信号的电压值和测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号；

步骤603，反馈模块接收测量模块输出的模拟等效电压信号，并将模拟等效电压信号转换成数字信号后传输给信号处理模块；

步骤604，信号处理模块根据负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值、待测量网线第一端不同连接状态和网线阻抗之间的对应关系，确定待测量网线对应的网线阻抗值；

其中，在负脉冲信号的直流电压信号时段内，测量信号是直流电压信号经过分压之后的信号；在负脉冲信号的脉冲信号时段内，测量信号是脉冲信号和待测量网线第一端反射回来的共模测量信号混合之后的信号。

可选的，测量模块包括：减法器和分压模块；

测量模块对接收到的负脉冲信号的电压值和测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号，包括：

分压模块使接收到的负脉冲信号经过该分压模块传输到减法器的负输入端和待测量网线；

减法器对正输入端接收到的负脉冲信号的电压值和负输入端接收到的测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号。

可选的，根据下列方式确定待测量网线第一端的不同连接状态：

若电压差值的数值位于预设的第一阈值范围内，则确定待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口电路为短路；或

若电压差值的数值位于预设的第二阈值范围内，则确定待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口差分对之间的阻抗为150Ω；或

若电压差值的数值为预设的第三阈值，则确定待测量网线第一端没有连接网络设备或连接的网络设备的内部网口电路为开路。

可选的，当待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口电路为短路时，对应关系满足下列公式一：

公式一

当待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口差分对之间的阻抗为150Ω时，对应关系满足下列公式二：

公式二

当待测量网线第一端没有连接网络设备或连接的网络设备的内部网口电路为开路时，对应关系满足下列公式三：

公式三

其中，Z_网表示待测量的网线阻抗；R_分表示分压模块221的等效电阻阻值；U_高表示负脉冲信号高电平的电压值；U₁表示负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值，且U₁＝U₂-U₃；U₂表示负脉冲信号的电压值；U₃表示数字信号所表征的电压值；U_3max表示数字信号所表征的电压值的最大值；U_3min表示数字信号所表征的电压值的最小值；表示预设的第一阈值范围；表示预设的第二阈值范围；U₁＝U_高表示预设的第三阈值。

可选的，在负脉冲信号的直流电压信号时段内，减法器负输入端接收的测量信号是直流电压信号经过分压模块和待测量网线分压之后的的信号；或

减法器负输入端接收的测量信号是经过分压模块、待测量网线、以及待测量网线第一端连接的网络设备分压之后的信号。

可选的，在负脉冲信号的脉冲信号时段内，减法器负输入端接收的测量信号是经过分压模块之后的脉冲信号、以及传输到待测量网线的脉冲信号通过待测量网线第一端反射回来的共模测量信号进行混合之后的信号。

根据上述对本发明实施例一种使用具有网线测量功能的网络设备测量网线阻抗的方法的描述，总结出该方法在具体实施过程中的一种可能情况的流程示意图，如图7所示，为本发明实施例提供的一种使用具有网线测量功能的网络设备测量网线阻抗的方法的总体流程图，该流程是以图4中列举的测量网线阻抗的装置的电路图为例进行说明，具体包括下列步骤：

步骤701，具有网线测量功能的网络设备确定需要测量网线阻抗；

步骤702，获取非脉冲阶段C点电压U_C；

步骤703，判断U_A＝U_B-U_C＝3.3V是否成立，若是，则执行步骤704，否则执行步骤705；

步骤704，根据公式Z_网＝(3.3*R_分-R_分*(C_max-C_min))/(C_max-C_min)，计算网线的阻抗；

步骤705，判断U_A的取值是否在2.6V<U_A≤2.9V范围内，若是，则执行步骤706，否则执行步骤707；

步骤706，根据公式Z_网＝(U_A*R_分+150*(U_A-3.3))/(3.3-U_A)，计算网线的阻抗；

步骤707，判断U_A的取值是否在0V<U_A≤2.6V范围内，若是，则执行步骤708，否则执行步骤702；

步骤708，根据公式Z_网＝R_分*U_A/(3.3-U_A)，计算网线的阻抗。

综上，本发明实施例提供的测量网线阻抗的装置可以根据输出的用于测量的负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值、待测量网线第一端不同连接状态和网线阻抗之间的对应关系，确定待测量网线对应的网线阻抗值。因此，在使用本发明实施例提供的测量网线阻抗的装置对待测量网线的阻抗进行测量时，无论待测量网线的第一端是什么连接状态，都可以测出待测量网线的阻抗值。

本发明由于在变压器抽头发送信号进行网线阻抗测量，不依赖于待测量网线的第一端特定的连接状态和工作状态，可以测量出网线连接到本发明设备后的任意时刻和组网模型下的网线阻抗；通过测量非脉冲阶段的电压和反射脉冲幅度，分别来等效计算出待测量网线的第一端非开路模型和开路模型下的网线阻抗，提高了测量的精度性。同时，本发明纯硬件无源器件实现，不依赖于任何供电芯片的工作，可靠性高，对系统依赖性低，也无需对现有网口已有电路做任何改造，只是在变压器抽头增加一个信号发生，不影响原有网络的任何功能。由于本发明可以在正常通信过程中进行测量，并且测量实际阻抗，以阻抗来等效长度，而不是测量实际长度，因而对网线的诊断更有意义。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

显然，本领域的技术人员可以对本发明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，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种测量网线阻抗的装置，其特征在于，该装置包括：信号处理模块、测量模块和反馈模块；

所述信号处理模块，用于向所述测量模块输出用于测量的负脉冲信号；并根据所述负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值、待测量网线第一端不同连接状态和网线阻抗之间的对应关系，确定所述待测量网线对应的网线阻抗值；

所述测量模块，用于对接收到的所述负脉冲信号的电压值和测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号；

所述反馈模块，用于接收所述测量模块输出的所述模拟等效电压信号，并将所述模拟等效电压信号转换成数字信号后传输给所述信号处理模块；

其中，在所述负脉冲信号的直流电压信号时段内，所述测量信号是所述直流电压信号经过分压之后的信号；在所述负脉冲信号的脉冲信号时段内，所述测量信号是所述脉冲信号和所述待测量网线第一端反射回来的共模测量信号混合之后的信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量模块包括：减法器、以及用于连接减法器的负输入端和所述信号处理模块的分压模块；

所述分压模块，用于使接收到的所述负脉冲信号经过该分压模块传输到所述减法器的负输入端和待测量网线；

所述减法器，用于对正输入端接收到的负脉冲信号的电压值和负输入端接收到的测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块根据下列方式确定待测量网线第一端的不同连接状态：

若所述电压差值的数值位于预设的第一阈值范围内，则确定所述待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口电路为短路；或

若所述电压差值的数值位于预设的第二阈值范围内，则确定所述待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口差分对之间的阻抗为150Ω；或

若所述电压差值的数值为预设的第三阈值，则确定所述待测量网线第一端没有连接网络设备或连接的网络设备的内部网口电路为开路。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，当待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口电路为短路时，所述对应关系满足下列公式一：

公式一

当待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口差分对之间的阻抗为150Ω时，所述对应关系满足下列公式二：

公式二

当待测量网线第一端没有连接网络设备或连接的网络设备的内部网口电路为开路时，所述对应关系满足下列公式三：

公式三

其中，Z_网表示所述待测量的网线阻抗；R_分表示所述分压模块的等效电阻阻值；U_高表示所述负脉冲信号高电平的电压值；U₁表示所述负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值，且U₁＝U₂-U₃；U₂表示所述负脉冲信号的电压值；U₃表示所述数字信号所表征的电压值；U_3max表示所述数字信号所表征的电压值的最大值；U_3min表示所述数字信号所表征的电压值的最小值；表示所述预设的第一阈值范围；表示所述预设的第二阈值范围；U₁＝U_高表示所述预设的第三阈值。

5.如权利要求2～4任一所述的装置，其特征在于，在所述负脉冲信号的直流电压信号时段内，所述减法器负输入端接收的所述测量信号是直流电压信号经过所述分压模块和所述待测量网线分压之后的的信号；或

所述减法器负输入端接收的所述测量信号是经过所述分压模块、所述待测量网线、以及待测量网线第一端连接的网络设备分压之后的信号。

6.如权利要求2～4任一所述的装置，其特征在于，在所述负脉冲信号的脉冲信号时段内，所述减法器负输入端接收的所述测量信号是经过分压模块之后的脉冲信号、以及传输到所述待测量网线的脉冲信号通过所述待测量网线第一端反射回来的共模测量信号进行混合之后的信号。

7.一种具有网线测量功能的网络设备，包括网络接口芯片、变压器和网线接口，其特征在于，还包括权利要求1～6任一所述网线阻抗的测量装置；其中，所述网线阻抗的测量装置通过所述变压器的抽头与所述待测量网线相连。

8.一种根据权利要求1所述的测量网线阻抗的装置测量网线阻抗的方法，其特征在于，该方法包括：

所述信号处理模块向所述测量模块输出用于测量的负脉冲信号；

所述测量模块对接收到的所述负脉冲信号的电压值和测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号；

所述反馈模块接收所述测量模块输出的所述模拟等效电压信号，并将所述模拟等效电压信号转换成数字信号后传输给所述信号处理模块；

所述信号处理模块根据所述负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值、待测量网线第一端不同连接状态和网线阻抗之间的对应关系，确定所述待测量网线对应的网线阻抗值；

其中，在所述负脉冲信号的直流电压信号时段内，所述测量信号是所述直流电压信号经过分压之后的信号；在所述负脉冲信号的脉冲信号时段内，所述测量信号是所述脉冲信号和所述待测量网线第一端反射回来的共模测量信号混合之后的信号。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述测量模块包括：减法器和分压模块；

所述测量模块对接收到的所述负脉冲信号的电压值和测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号，包括：

所述分压模块使接收到的所述负脉冲信号经过该分压模块传输到所述减法器的负输入端和待测量网线；

所述减法器对正输入端接收到的负脉冲信号的电压值和负输入端接收到的测量信号的电压值进行减法运算，输出模拟等效电压信号。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，根据下列方式确定待测量网线第一端的不同连接状态：

若所述电压差值的数值位于预设的第一阈值范围内，则确定所述待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口电路为短路；或

若所述电压差值的数值位于预设的第二阈值范围内，则确定所述待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口差分对之间的阻抗为150Ω；或

若所述电压差值的数值为预设的第三阈值，则确定所述待测量网线第一端没有连接网络设备或连接的网络设备的内部网口电路为开路。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，当待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口电路为短路时，所述对应关系满足下列公式一：

公式一

当待测量网线第一端连接的网络设备的内部网口差分对之间的阻抗为150Ω时，所述对应关系满足下列公式二：

公式二

当待测量网线第一端没有连接网络设备或连接的网络设备的内部网口电路为开路时，所述对应关系满足下列公式三：

公式三

其中，Z_网表示所述待测量的网线阻抗；R_分表示所述分压模块的等效电阻阻值；U_高表示所述负脉冲信号高电平的电压值；U₁表示所述负脉冲信号的电压值与接收到的数字信号所表征的电压值之间的电压差值，且U₁＝U₂-U₃；U₂表示所述负脉冲信号的电压值；U₃表示所述数字信号所表征的电压值；U_3max表示所述数字信号所表征的电压值的最大值；U_3min表示所述数字信号所表征的电压值的最小值；表示所述预设的第一阈值范围；表示所述预设的第二阈值范围；U₁＝U_高表示所述预设的第三阈值。

12.如权利要求9～11任一所述的方法，其特征在于，在所述负脉冲信号的直流电压信号时段内，所述减法器负输入端接收的所述测量信号是直流电压信号经过所述分压模块和所述待测量网线分压之后的的信号；或

所述减法器负输入端接收的所述测量信号是经过所述分压模块、所述待测量网线、以及待测量网线第一端连接的网络设备分压之后的信号。

13.如权利要求9～11任一所述的方法，其特征在于，在所述负脉冲信号的脉冲信号时段内，所述减法器负输入端接收的所述测量信号是经过分压模块之后的脉冲信号、以及传输到所述待测量网线的脉冲信号通过所述待测量网线第一端反射回来的共模测量信号进行混合之后的信号。