CN105812216A - PBUS无变压器EtherCAT通信电路及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了PBUS无变压器EtherCAT通信电路及应用方法，包括第一以太网PHY驱动芯片、第二以太网PHY驱动芯片、第一阻抗匹配网络、第二阻抗匹配网络、第三阻抗匹配网络、第四阻抗匹配网络，第一以太网PHY驱动芯片和第二以太网PHY驱动芯片之间接入并联连接的第一阻抗匹配网络和第二阻抗匹配网络以及并联连接的第三阻抗匹配网络和第四阻抗匹配网络，本发明结构原理简单，能够避免多余的网络变压器、网络连接器与以太网线缆的浪费，能够进一步减少使用EtherCAT技术的实施所需要的占板面积。
Description
技术领域
本发明涉及工业实时以太网自动化控制技术领域，具体为PBUS无变压器EtherCAT通信电路及应用方法。
背景技术
典型的EtherCAT中以太网接口变压器是一个重要器件，有助于提高系统的防护性能、EMI性能并对信号质量、传输距离有很大的贡献。但是网络变压器体积较大，会增加EtherCAT各个从站模块的PCB面积，同时也增加单板成本。
EtherCAT工业以太网技术特别适合用于模块化、分布式设计。将系统需要的功能拆分为各个独立的模块，便于系统集成与灵活配置。各个模块之间通过EtherCAT总线进行通信。这也就意味着在EtherCAT工业以太网组成的控制系统中会大量需要网络变压器、RJ45连接器与网线。这不单使得PCB面积过大，也使得电气柜空间浪费，线缆成本增加。
类似这样模块间的短距离通信，一般距离都不超过500mm。并不需要很长的传输距离与出众的长距离传输防护能力。需要的是一种占板面积小，紧凑型的通信连接方式。为此德国倍福发明了EBUS的通信技术，将100M以太网使用LVDS技术来进行传输，以100Ω的中断电阻进行阻抗匹配，无多余的外围电路与器件。但是EBUS仅在德国倍福自己的ASIC：ET1100与ET1200中得到支持。目前越来越多的芯片厂商开始推出自己的EtherCAT从站控制芯片，单都依赖于PHY、以太网变压器和RJ45连接器的传统模式。更有厂商开始将PHY芯片集成在了ASIC内部，以降低用户的PCB面积尺寸。虽然也有提出过PHY与PHY之间的背靠背通信方式，但是需要多达10几根的信号线。导致连接器的尺寸又过大。
鉴于上述情况，本发明在PHY芯片这一级进行改造，避免EBUS的专属性，以及PHY芯片背靠背传输的信号线过多的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供PBUS无变压器EtherCAT通信电路及应用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种PBUS无变压器的EtherCAT板间通信电路,包括第一以太网PHY驱动芯片、第二以太网PHY驱动芯片、第一阻抗匹配网络、第二阻抗匹配网络、第三阻抗匹配网络和第四阻抗匹配网络，所述第一以太网PHY驱动芯片和所述第二以太网PHY驱动芯片之间接入并联连接的第一阻抗匹配网络和第二阻抗匹配网络以及并联连接的第三阻抗匹配网络和第四阻抗匹配网络，所述第一阻抗匹配网络包括串联连接的电阻A、电阻B，在电阻A与电阻B之间节点通过电容A接地，电阻A与电阻B之间节点与电容A之间中间接2.5V电源；所述第二阻抗匹配网络包括串联连接的电阻C、电阻D，在电阻C与电阻D之间节点通过电容B接地，电阻C与电阻D之间节点与电容B之间中间接2.5V电源；所述第三阻抗匹配网络包括串联连接的电阻E、电阻F，在电阻E与电阻F之间节点通过电容C接地，电阻E与电阻F之间节点与电容C之间中间接2.5V电源；所述第四阻抗匹配网络包括串联连接的电阻G、电阻H，在电阻G与电阻H之间节点通过电容D接地，电阻G与电阻H之间节点与电容D之间中间接2.5V电源。
优选的，所述第一以太网PHY驱动芯片TX+端分别连接电阻L一端、电阻A一端、电容E一端，电容E另一端分别连接电阻C一端、电阻M一端以及第二以太网PHY驱动芯片TX+端；所述第一以太网PHY驱动芯片TX-端分别连接电阻K一端、电阻B一端、电容F一端，电容F另一端分别连接电阻D一端、电阻O一端以及第二以太网PHY驱动芯片TX-端；所述第一以太网PHY驱动芯片RX+端分别连接电阻J一端、电阻E一端、电容G一端，电容G另一端分别连接电阻G一端、电阻N一端以及第二以太网PHY驱动芯片RX+端；所述第二以太网PHY驱动芯片RX-端分别连接电阻I一端、电阻F一端、电容H一端，电容H另一端分别连接电阻F一端、电阻P一端以及第二以太网PHY驱动芯片RX-端。
优选的，所述第一阻抗匹配网络中的电阻A、电阻B电阻值均为49.9欧姆，电容A电容值为0.1微法；所述第二阻抗匹配网络中的电阻C、电阻D电阻值均为49.9欧姆，电容B电容值为0.1微法；所述第三阻抗匹配网络中的电阻E、电阻F电阻值均为49.9欧姆，电容C电容值为0.1微法；所述第四阻抗匹配网络中的电阻G、电阻H电阻值均为49.9欧姆，电容D电容值为0.1微法。
其应用方法主要为：将PBUS专用连接器连接两块板卡之间的PBUS通信，且模块间距离20mm，PBUS走线长度小于80mm或将cat5e网线连接两块板卡之间的PBUS通信，且模块间距离1500mm，测试通信是否正常。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构原理简单，能够避免多余的网络变压器、网络连接器与以太网线缆的浪费，能够进一步减少使用EtherCAT技术的实施所需要的占板面积,同时是对德国倍福发明的EBUS进行一种全新的替代，降低了其专有性；同时还可以实现：无变压器传输、支持100BASE-TX、支持全双工数据传输、支持交叉线自适应、支持1米内板级走线传输。
附图说明
图1为本发明的整体结构原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种PBUS无变压器的EtherCAT板间通信电路,包括第一以太网PHY驱动芯片1、第二以太网PHY驱动芯片2、第一阻抗匹配网络3、第二阻抗匹配网络4、第三阻抗匹配网络5和第四阻抗匹配网络6，所述第一以太网PHY驱动芯片1和所述第二以太网PHY驱动芯片2之间接入并联连接的第一阻抗匹配网络3和第二阻抗匹配网络4以及并联连接的第三阻抗匹配网络5和第四阻抗匹配网络6，所述第一阻抗匹配网络3包括串联连接的电阻A1a、电阻B2a，在电阻A1a与电阻B2a之间节点通过电容A1b接地，电阻A1a与电阻B2a之间节点与电容A1b之间中间接2.5V电源；所述第二阻抗匹配网络4包括串联连接的电阻C3a、电阻D4a，在电阻C3a与电阻D4a之间节点通过电容B2b接地，电阻C3a与电阻D4a之间节点与电容B2b之间中间接2.5V电源；所述第三阻抗匹配网络5包括串联连接的电阻E5a、电阻F6a，在电阻E5a与电阻F6a之间节点通过电容C3b接地，电阻E5a与电阻F6a之间节点与电容C3b之间中间接2.5V电源；所述第四阻抗匹配网络6包括串联连接的电阻G7a、电阻H8a，在电阻G7a与电阻H8a之间节点通过电容D4b接地，电阻G7a与电阻H8a之间节点与电容D4b之间中间接2.5V电源。以太网是一种计算机局域网组网技术，是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10BaseT以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术；物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。物理层的芯片称之为PHY，数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。
第一以太网PHY驱动芯片1TX+端分别连接电阻L12a一端、电阻A1a一端、电容E5b一端，电容E5b另一端分别连接电阻C3a一端、电阻M13a一端以及第二以太网PHY驱动芯片2TX+端；所述第一以太网PHY驱动芯片1TX-端分别连接电阻K11a一端、电阻B2a一端、电容F6b一端，电容F6b另一端分别连接电阻D4a一端、电阻O15a一端以及第二以太网PHY驱动芯片2TX-端；所述第一以太网PHY驱动芯片1RX+端分别连接电阻J10a一端、电阻E5a一端、电容G7b一端，电容G7b另一端分别连接电阻G7a一端、电阻N14a一端以及第二以太网PHY驱动芯片2RX+端；所述第二以太网PHY驱动芯片2RX-端分别连接电阻I9a一端、电阻F6a一端、电容H8b一端，电容H8b另一端分别连接电阻F6a一端、电阻P16a一端以及第二以太网PHY驱动芯片2RX-端。
另外，本实施例中，第一阻抗匹配网络3中的电阻A1a、电阻B2a电阻值均为49.9欧姆，电容A1b电容值为0.1微法；所述第二阻抗匹配网络4中的电阻C3a、电阻D4a电阻值均为49.9欧姆，电容B2b电容值为0.1微法；所述第三阻抗匹配网络5中的电阻E5a、电阻F6a电阻值均为49.9欧姆，电容C3b电容值为0.1微法；所述第四阻抗匹配网络6中的电阻G7a、电阻H8a电阻值均为49.9欧姆，电容D4b电容值为0.1微法,利用电容“隔直通交”的特性来替代变压器，实现电容两侧交流信号的传输。
实施例：
本发明的应用方法主要为：
A、将PBUS专用连接器连接两块板卡之间的PBUS通信，且模块间距离20mm，PBUS走线长度小于80mm，检测结果为：EtherCAT从站能够与主站正常通信；EtherCAT从站之间能够正常通信；通过EtherCAT诊断软件检测未发现通信异常经过48小时连续测试，未发现异常。
B、将cat5e网线连接两块板卡之间的PBUS通信，且模块间距离1500mm，检测结果为：EtherCAT从站之间能够正常通信；通过EtherCAT诊断软件检测未发现通信异常经过48小时连续测试，未发现异常。
本发明结构原理简单，能够避免多余的网络变压器、网络连接器与以太网线缆的浪费，能够进一步减少使用EtherCAT技术的实施所需要的占板面积,同时是对德国倍福发明的EBUS进行一种全新的替代，降低了其专有性；同时还可以实现：无变压器传输、支持100BASE-TX、支持全双工数据传输、支持交叉线自适应、支持1米内板级走线传输。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种PBUS无变压器的EtherCAT板间通信电路,包括第一以太网PHY驱动芯片、第二以太网PHY驱动芯片、第一阻抗匹配网络、第二阻抗匹配网络、第三阻抗匹配网络和第四阻抗匹配网络，其特征在于：所述第一以太网PHY驱动芯片和所述第二以太网PHY驱动芯片之间接入并联连接的第一阻抗匹配网络和第二阻抗匹配网络以及并联连接的第三阻抗匹配网络和第四阻抗匹配网络，所述第一阻抗匹配网络包括串联连接的电阻A、电阻B，在电阻A与电阻B之间节点通过电容A接地，电阻A与电阻B之间节点与电容A之间中间接2.5V电源；所述第二阻抗匹配网络包括串联连接的电阻C、电阻D，在电阻C与电阻D之间节点通过电容B接地，电阻C与电阻D之间节点与电容B之间中间接2.5V电源；所述第三阻抗匹配网络包括串联连接的电阻E、电阻F，在电阻E与电阻F之间节点通过电容C接地，电阻E与电阻F之间节点与电容C之间中间接2.5V电源；所述第四阻抗匹配网络包括串联连接的电阻G、电阻H，在电阻G与电阻H之间节点通过电容D接地，电阻G与电阻H之间节点与电容D之间中间接2.5V电源。
2.根据权利要求1所述的一种PBUS无变压器的EtherCAT板间通信电路，其特征在于：所述第一以太网PHY驱动芯片TX+端分别连接电阻L一端、电阻A一端、电容E一端，电容E另一端分别连接电阻C一端、电阻M一端以及第二以太网PHY驱动芯片TX+端；所述第一以太网PHY驱动芯片TX-端分别连接电阻K一端、电阻B一端、电容F一端，电容F另一端分别连接电阻D一端、电阻O一端以及第二以太网PHY驱动芯片TX-端；所述第一以太网PHY驱动芯片RX+端分别连接电阻J一端、电阻E一端、电容G一端，电容G另一端分别连接电阻G一端、电阻N一端以及第二以太网PHY驱动芯片RX+端；所述第二以太网PHY驱动芯片RX-端分别连接电阻I一端、电阻F一端、电容H一端，电容H另一端分别连接电阻F一端、电阻P一端以及第二以太网PHY驱动芯片RX-端。
3.根据权利要求1所述的一种PBUS无变压器的EtherCAT板间通信电路，其特征在于：所述第一阻抗匹配网络中的电阻A、电阻B电阻值均为49.9欧姆，电容A电容值为0.1微法；所述第二阻抗匹配网络中的电阻C、电阻D电阻值均为49.9欧姆，电容B电容值为0.1微法；所述第三阻抗匹配网络中的电阻E、电阻F电阻值均为49.9欧姆，电容C电容值为0.1微法；所述第四阻抗匹配网络中的电阻G、电阻H电阻值均为49.9欧姆，电容D电容值为0.1微法。
4.一种实现权利要求1所述的一种PBUS无变压器的EtherCAT板间通信电路的应用方法，其特征在于：将PBUS专用连接器连接两块板卡之间的PBUS通信，且模块间距离20mm，PBUS走线长度小于80mm或将cat5e网线连接两块板卡之间的PBUS通信，且模块间距离1500mm，测试通信是否正常。
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Address after: No. 8 Dongbao Road, Songjiang District, Shanghai, 2016 Patentee after: Jiaqiang (Shanghai) Intelligent Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 201611 first floor, No. 56, Lane 1500, Xinfei Road, Songjiang District, Shanghai Patentee before: SHANGHAI EMPOWER AUTOMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region before: China |