CN107291646A - 网口和串口复用的装置及单板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种网口和串口复用的装置，包括电路板和串口线缆，所述电路板包括串口芯片、以太网变压器组及以太网口，所述以太网变压器组包括内电路侧和与所述以太网口连接的外接插口线路侧，所述串口线缆一端为用于插接所述以太网口的以太网插头、另一端为用于插接串口的串口插头，所述电路板还包括串口连接检测单元和控制单元。本发明可以实现网口与串口的时分复用。本发明还涉及一种单板。

Description

网口和串口复用的装置及单板
技术领域
本发明涉及数字信息的传输，特别是涉及一种网口和串口复用的装置，还涉及一种单板。
背景技术
随着通讯设备越来越复杂，承载功能和引出的接口越来越多，在单板实现上尽可能地增加更多的业务接口，实现和承载更多的功能，意味着产品有更好的性能。单板设计上，网口往往是对外通讯的业务接口，需要长期在线使用，而串口一般是维护配置时候使用，正常系统运行业务场合下并不需要使用。
串口与承载业务接口的网口在使用时机上恰好互补，如果能够实现业务网口和维护串口的复用，可以释放宝贵的面板空间以便尽量实现更多的业务端口，无疑具有积极的意义。
发明内容
基于此，有必要提供一种网口和串口复用的装置。
一种网口和串口复用的装置，包括电路板和串口线缆，所述电路板包括串口芯片、以太网变压器组及以太网口，所述以太网变压器组包括内电路侧和与所述以太网口连接的外接插口线路侧，所述串口线缆一端为用于插接所述以太网口的以太网插头、另一端为用于插接串口的串口插头，所述以太网口的一引脚连接所述串口芯片的发送信号引脚，所述以太网口的另一引脚连接所述串口芯片的接收信号引脚，且所述以太网口的所有引脚均与所述外接插口线路侧连接，所述串口插头包括用于与所述串口的发送信号引脚连接的发送脚和用于与串口的接收信号引脚连接的接收脚，所述发送脚与以太网口用于与所述一引脚连接的引脚连接，所述接收脚与以太网口用于与所述另一引脚连接的引脚连接，所述电路板还包括串口连接检测单元和控制单元，所述串口连接检测单元用于在串口线缆插接带电工作的所述电路板时，从所述外接插口线路侧得电作为串口连接信号，并发送给所述控制单元，所述控制单元在检测到所述串口连接信号时控制所述串口芯片的发送信号引脚和接收信号引脚与所述以太网口连通从而与所述串口进行通信，在检测不到所述串口连接信号时控制所述串口芯片断开与所述以太网口的电信号交互。
在其中一个实施例中，所述以太网口和所述以太网插头均包括八根引脚，所述以太网变压器组包括第一变压器至第四变压器，每个变压器的外接插口线路侧包括变压器线圈、各连接所述变压器线圈的一端的一对差分线，以及从所述变压器线圈中引出的中心抽头；每个变压器的差分线连接所述以太网口的一根引脚，从而使得所述以太网口的八根引脚各与第一变压器至第四变压器的一根差分线连接；所述串口芯片的发送信号引脚连接所述第三变压器的中心抽头，所述串口芯片的接收信号引脚连接所述第四变压器的中心抽头；所述第一变压器的中心抽头接入一直流信号，所述以太网插头用于连接所述第一变压器的差分线的正信号线的引脚与用于连接所述第二变压器的差分线的正信号线的引脚在所述串口线缆内短路连接，所述串口连接检测单元连接所述第二变压器的中心抽头，从而在所述串口线缆插接带电工作的所述电路板时能够检测到所述直流信号作为所述串口连接信号。
在其中一个实施例中，所述以太网口为千兆网口。
在其中一个实施例中，所述以太网口为RJ45接口，所述串口插头为DB9接头，所述串口线缆是采用网线作为所述以太网插头和所述串口插头之间的连接线；所述网线的1线和2线分别用于连接所述第一变压器的正、负信号线，所述网线的3线和4线分别用于连接所述第二变压器的正、负信号线，所述网线的5线和6线分别用于连接所述第三变压器的正、负信号线，所述网线的7线和8线分别用于连接所述第四变压器的正、负信号线；所述5线在连接所述串口插头的一端是连接所述发送脚，所述7线在连接所述串口插头的一端是连接所述接收脚。
在其中一个实施例中，所述短路连接是在所述网线连接所述串口插头的一端将所述1线和所述3线短路连接。
在其中一个实施例中，所述串口连接检测单元包括滤波整形电路，用于对从所述第二变压器的中心抽头拾取到的直流信号进行滤波整形。
在其中一个实施例中，各所述中心抽头串联电阻和电容后接地。
在其中一个实施例中，所述控制单元是受控开关，在检测到所述串口连接信号时开关闭合使得所述串口芯片的发送信号引脚和接收信号引脚与所述以太网口连通，在检测不到所述串口连接信号时开关断开。
在其中一个实施例中，所述串口芯片具有使能控制功能，在检测到所述串口连接信号时使能所述串口芯片的发送信号引脚和接收信号引脚从而与所述串口进行通信，在检测不到所述串口连接信号时禁止所述发送信号引脚和接收信号引脚从而断开与所述以太网口的电信号交互。
上述网口和串口复用的装置，可以实现网口与串口的时分复用。以太网口的所有引脚均与外接插口线路侧连接，因此以太网口的各个引脚的性能都能够充分发挥，能够适用于对网口性能有较高要求的场合。
还有必要提供一种上述网口和串口复用的装置基于单板的应用。
一种单板，包括串口芯片、以太网变压器组及以太网口，所述以太网口和所述以太网插头均包括八根引脚，所述以太网变压器组包括内电路侧和与所述以太网口连接的外接插口线路侧，所述以太网变压器组包括第一变压器至第四变压器，每个变压器的外接插口线路侧包括变压器线圈、各连接所述变压器线圈的一端的一对差分线，以及从所述变压器线圈中引出的中心抽头；每个变压器的差分线连接所述以太网口的一根引脚，从而使得所述以太网口的八根引脚各与第一变压器至第四变压器的一根差分线连接；所述串口芯片的发送信号引脚连接所述第三变压器的中心抽头，所述串口芯片的接收信号引脚连接所述第四变压器的中心抽头；所述电路板还包括串口连接检测单元和控制单元，所述第一变压器的中心抽头接入一直流信号，所述串口连接检测单元连接所述第二变压器的中心抽头，在所述以太网口插入线缆进行串口连接时所述直流信号能够通过所述线缆流至所述第二变压器的中心抽头，串口连接检测单元拾取所述直流信号并发送给所述控制单元，所述控制单元在检测到所述直流信号时控制所述串口芯片的发送信号引脚和接收信号引脚与所述以太网口连通从而能够通过所述以太网口与外接的串口进行通信，在检测不到所述串口连接信号时控制所述串口芯片断开与所述以太网口的电信号交互。
上述单板可以支持口和串口复用，不依赖处理器运行软件或者人工按键操作，完全硬件实现，使用时操作方便，制造上实施简单，可靠性高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
图1是一实施例中网口和串口复用的装置的结构框图；
图2是一实施例中网口和串口复用的装置基于单板的应用在作为串口连接时电路的连接示意图；
图3是串口线缆的示意图；
图4是一实施例中网口和串口复用的装置基于单板的应用在作为网口连接时电路的连接示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1是一实施例中网口和串口复用的装置的结构框图，包括电路板10和串口线缆20。电路板10是需要配备网口和串口的网络通信设备的电路板，例如单板、交换机等设备的电路板。电路板10包括串口芯片120、以太网变压器组110及以太网口130。以太网变压器组110包括多个变压器，每个变压器均包括内电路侧和与以太网口130连接的外接插口线路侧。
串口线缆20一端为用于插接以太网口130的以太网插头，另一端为用于插接串口的串口插头。以太网口130的一引脚CX+连接串口芯片120的发送信号引脚TX，以太网口130的另一引脚DX+连接串口芯片120的接收信号引脚RX，且以太网口130的所有引脚均与外接插口线路侧连接，与普通的以太网口一样。例如对于8根引脚的以太网口，这8根引脚全部都与以太网变压器组110的相应线路连接，而不是只有部分引脚用于传输以太网的信号、其余引脚用于串口。串口插头包括用于与外接设备的串口的发送信号引脚TX连接的发送脚和与接收信号引脚RX连接的接收脚，发送脚与以太网口130的引脚CX+连接，接收脚与以太网口130的引脚DX+连接。
电路板10还包括串口连接检测单元和控制单元(图1中未示)。串口连接检测单元用于在串口线缆20插接上带电工作的电路板10时，从外接插口线路侧得电作为串口连接信号，并发送给控制单元。串口连接检测单元的这个功能可以用传感器实现，传感器在检测到串口线缆20插入时将串口连接检测单元与外接插口线路侧连接的线路接通，获得电信号并发送给控制单元。
控制单元在检测到串口连接信号时控制串口芯片120的发送信号引脚TX和接收信号引脚RX与以太网口130连通从而与串口进行通信，在检测不到串口连接信号时控制串口芯片120断开与以太网口130的电信号交互。控制单元可以通过在引脚CX+与串口芯片120的发送信号引脚TX(以及引脚DX+与串口芯片120的接收信号引脚RX)连接的线路上设置受控开关来实现，也可以采用带使能控制的串口芯片120，这样相当于控制单元集成在串口芯片120内，通过串口连接信号来控制串口芯片120的使能与禁止来实现开关功能。
以太网口130在作为网口使用时插接普通的网线，串口连接检测单元检测不到串口线缆20的插入，控制单元断开以太网口130的电信号交互，由于以太网口130的所有引脚均与外接插口线路侧连接，此时相当于普通的网口进行数据传输。当以太网口130作为串口使用时，控制单元控制串口芯片120的发送信号引脚TX和接收信号引脚RX与以太网口130连通，从而能够与外部串口进行通信。
上述网口和串口复用的装置，可以实现网口与串口的时分复用。以太网口130的所有引脚均与外接插口线路侧连接，因此以太网口130的各个引脚的性能都能够充分发挥，能够适用于对网口性能有较高要求的场合。
基于背景技术中提到的理由，特提供一种上述网口和串口复用的装置基于单板的应用。单板包括上述电路板10。参见图2，以太网口130和以太网插头(图2中未示)均包括八根引脚。在本实施例中，以太网口为千兆网口，相比百兆网口有着更优异的性能。以太网变压器组(图2中未标示)包括第一变压器至第四变压器，每个变压器的外接插口线路侧包括变压器线圈，一对差分线(差分线的正信号线和负信号线各自连接在变压器线圈的一端)，以及从变压器线圈中引出的中心抽头。每个变压器的差分线(正信号线或负信号线)连接以太网口130的一根引脚，从而使得以太网口130的八根引脚各与第一变压器至第四变压器的一根差分线连接。串口芯片130的发送信号引脚TX连接第三变压器的中心抽头CT3，从而通过变压器线圈接至以太网插头的相应引脚；串口芯片130的接收信号引脚RX连接第四变压器的中心抽头CT4，从而通过变压器线圈接至以太网插头的相应引脚。第一变压器的中心抽头CT1接入一直流信号，例如一个直流电平。以太网插头用于连接第一变压器的差分线的正信号线AX+的引脚与用于连接第二变压器的差分线的正信号线BX+的引脚在串口线缆20内短路连接。串口连接检测单元140连接第二变压器的中心抽头CT2，从而在串口线缆插20插入以太网口130时能够检测到直流信号作为串口连接信号(直流信号经过变压器线圈从正信号线AX+输出，从与其短接的正信号线BX+返回到第二变压器的中心抽头CT2)。
在图2所示实施例中，以太网口130为RJ45接口，串口插头为DB9接头(母头)，串口芯片130为RS232串口芯片。串口线缆20采用网线(包括4组双绞线)作为以太网插头130和串口插头之间的连接线。参见图3，串口线缆20一端为正常的网线水晶头连接，对应的线色序为：1-橙白，2-橙，3-绿白，4-蓝，5-蓝白，6-绿，7-棕白，8-棕。另外一端为串口DB9接头。网线的1线用于连接第一变压器的正信号线AX+，2线用于连接第一变压器的负信号线AX-，3线用于连接第二变压器的正信号线BX+，4线用于连接第二变压器的负信号线BX-，5线用于连接第三变压器的正信号线CX+，6线用于连接第三变压器的负信号线CX-，7线用于连接第四变压器的正信号线DX+，8线用于连接第四变压器的负信号线DX-。
本实施例采用常见的有9个管脚的串口，近距离使用只需使用2、3和5管脚，分别对应着发送脚，接收脚和接地信号。在制作串口线缆20的时候，将5线连接到DB9接头的2脚TXD(发送脚)，7线连接到DB9接头的3脚RXD(接收脚)，将网线的1线和3线连接DB9接头的一端短路连接。可以理解的，在其他实施例中也可以在其他位置将网线的1线和3线短路连接，例如在水晶头处将1线和3线短接、在网线中部短接等。但在DB9接头处将1线和3线短接可以节省串口线缆20的制作工序。
在图2所示实施例中，检测单元140包括滤波整形电路，用于对从第二变压器的中心抽头CT2拾取到的直流信号进行防护保护和滤波整形，以便控制单元能够准确地识别到该信号。
在图2所示实施例中，控制单元是受控开关150。受控开关150在检测到直流信号时开关闭合，使得所述串口芯片120的发送信号引脚TX和接收信号引脚RX与以太网口130连通；在检测不到直流信号时时开关断开。受控开关150串联接入串口芯片120的回路中，一端连接串口芯片120，另一端连接中心抽头CT3和中心抽头CT4。以太网口130作为网口使用、连接普通的网线时，受控开关150处于断开状态；作为串口使用，连接串口线缆20时，受控开关150闭合，工作在连通状态。串口线缆20的RJ45一端插上以后，中心抽头CT2接收到返回的直流信号，通过滤波整形电路立刻产生控制信号控制受控开关150闭合。这个过程实现了对于线缆类型的自动判别，只要串口线缆20的RJ45端一插上，单板上就会立即把串口芯片120接通，外部串口通过DB9接头引入，直接经过受控开关150和串口芯片120建立连接。同时由于变压器的隔离作用，上述操作不会干扰到单板其他电路部分的工作。
受控开关150默认状态是断开，是单向开关。可以采用触点开关，也可以采用电子开关。
在图2所示实施例中，中心抽头串联电阻和电容后接地。实际使用中可以将各中心抽头的电阻并联后串联在一个电容上接地。串口芯片120的发送信号引脚TX、接收信号引脚RX、以及检测单元140连接中心抽头，是连接在电阻不与电容连接的一端，从而在需要从连通中心抽头时将电阻短路。
上述单板可以支持口和串口复用，不依赖处理器运行软件或者人工按键操作，完全硬件实现，使用时操作方便，制造上实施简单，可靠性高。
以太网口130作为串口使用时，中心抽头和信号线之间仅有一个变压器线圈，这个线圈对于信号的边沿有一定的影响，但是对于串口通讯的RS232逻辑电平，影响可以忽略不计。
图4是图2所示单板将以太网口130作为网口使用时电路的等效示意图。可以看到与作为串口使用时仅使用到差分线中的四根(AX+、BX+、CX+、DX+)不同，此时八根全部使用到，网线两端的AX+/-，BX+/-，CX+/-，DX+/-对应连接，网口可以工作在千兆模式。在网口通讯中，中心抽头CT1的直流电平可以提供信号直流偏置，但是不会影响正常的通讯结果。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种网口和串口复用的装置，包括电路板和串口线缆，所述电路板包括串口芯片、以太网变压器组及以太网口，所述以太网变压器组包括内电路侧和与所述以太网口连接的外接插口线路侧，其特征在于，
所述串口线缆一端为用于插接所述以太网口的以太网插头、另一端为用于插接串口的串口插头，所述以太网口的一引脚连接所述串口芯片的发送信号引脚，所述以太网口的另一引脚连接所述串口芯片的接收信号引脚，且所述以太网口的所有引脚均与所述外接插口线路侧连接，所述串口插头包括用于与所述串口的发送信号引脚连接的发送脚和用于与串口的接收信号引脚连接的接收脚，所述发送脚与以太网口用于与所述一引脚连接的引脚连接，所述接收脚与以太网口用于与所述另一引脚连接的引脚连接，所述电路板还包括串口连接检测单元和控制单元，所述串口连接检测单元用于在串口线缆插接带电工作的所述电路板时，从所述外接插口线路侧得电作为串口连接信号，并发送给所述控制单元，所述控制单元在检测到所述串口连接信号时控制所述串口芯片的发送信号引脚和接收信号引脚与所述以太网口连通从而与所述串口进行通信，在检测不到所述串口连接信号时控制所述串口芯片断开与所述以太网口的电信号交互。
2.根据权利要求1所述的网口和串口复用的装置，其特征在于，所述以太网口和所述以太网插头均包括八根引脚，所述以太网变压器组包括第一变压器至第四变压器，每个变压器的外接插口线路侧包括变压器线圈、各连接所述变压器线圈的一端的一对差分线，以及从所述变压器线圈中引出的中心抽头；每个变压器的差分线连接所述以太网口的一根引脚，从而使得所述以太网口的八根引脚各与第一变压器至第四变压器的一根差分线连接；所述串口芯片的发送信号引脚连接所述第三变压器的中心抽头，所述串口芯片的接收信号引脚连接所述第四变压器的中心抽头；所述第一变压器的中心抽头接入一直流信号，所述以太网插头用于连接所述第一变压器的差分线的正信号线的引脚与用于连接所述第二变压器的差分线的正信号线的引脚在所述串口线缆内短路连接，所述串口连接检测单元连接所述第二变压器的中心抽头，从而在所述串口线缆插接带电工作的所述电路板时能够检测到所述直流信号作为所述串口连接信号。
3.根据权利要求2所述的网口和串口复用的装置，其特征在于，所述以太网口为千兆网口。
4.根据权利要求2所述的网口和串口复用的装置，其特征在于，所述以太网口为RJ45接口，所述串口插头为DB9接头，所述串口线缆是采用网线作为所述以太网插头和所述串口插头之间的连接线；所述网线的1线和2线分别用于连接所述第一变压器的正、负信号线，所述网线的3线和4线分别用于连接所述第二变压器的正、负信号线，所述网线的5线和6线分别用于连接所述第三变压器的正、负信号线，所述网线的7线和8线分别用于连接所述第四变压器的正、负信号线；所述5线在连接所述串口插头的一端是连接所述发送脚，所述7线在连接所述串口插头的一端是连接所述接收脚。
5.根据权利要求4所述的网口和串口复用的装置，其特征在于，所述短路连接是在所述网线连接所述串口插头的一端将所述1线和所述3线短路连接。
6.根据权利要求2所述的网口和串口复用的装置，其特征在于，所述串口连接检测单元包括滤波整形电路，用于对从所述第二变压器的中心抽头拾取到的直流信号进行滤波整形。
7.根据权利要求2所述的网口和串口复用的装置，其特征在于，各所述中心抽头串联电阻和电容后接地。
8.根据权利要求1所述的网口和串口复用的装置，其特征在于，所述控制单元是受控开关，在检测到所述串口连接信号时开关闭合使得所述串口芯片的发送信号引脚和接收信号引脚与所述以太网口连通，在检测不到所述串口连接信号时开关断开。
9.根据权利要求1所述的网口和串口复用的装置，其特征在于，所述串口芯片具有使能控制功能，在检测到所述串口连接信号时使能所述串口芯片的发送信号引脚和接收信号引脚从而与所述串口进行通信，在检测不到所述串口连接信号时禁止所述发送信号引脚和接收信号引脚从而断开与所述以太网口的电信号交互。
10.一种单板，包括串口芯片、以太网变压器组及以太网口，所述以太网口和所述以太网插头均包括八根引脚，所述以太网变压器组包括内电路侧和与所述以太网口连接的外接插口线路侧，其特征在于，所述以太网变压器组包括第一变压器至第四变压器，每个变压器的外接插口线路侧包括变压器线圈、各连接所述变压器线圈的一端的一对差分线，以及从所述变压器线圈中引出的中心抽头；每个变压器的差分线连接所述以太网口的一根引脚，从而使得所述以太网口的八根引脚各与第一变压器至第四变压器的一根差分线连接；所述串口芯片的发送信号引脚连接所述第三变压器的中心抽头，所述串口芯片的接收信号引脚连接所述第四变压器的中心抽头；所述电路板还包括串口连接检测单元和控制单元，所述第一变压器的中心抽头接入一直流信号，所述串口连接检测单元连接所述第二变压器的中心抽头，在所述以太网口插入线缆进行串口连接时所述直流信号能够通过所述线缆流至所述第二变压器的中心抽头，串口连接检测单元拾取所述直流信号并发送给所述控制单元，所述控制单元在检测到所述直流信号时控制所述串口芯片的发送信号引脚和接收信号引脚与所述以太网口连通从而能够通过所述以太网口与外接的串口进行通信，在检测不到所述串口连接信号时控制所述串口芯片断开与所述以太网口的电信号交互。
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