CN107612766B

CN107612766B - 一种网线模拟器与poe测试电路高密网口装置集成方法

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Publication number: CN107612766B
Application number: CN201710651398.9A
Authority: CN
Inventors: 武晓斌; 陈莹梅; 周兆玉; 王爱伟; 李基铨; 陈瑞; 胡斌
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2037-08-02
Also published as: CN107612766A

Abstract

本发明公开了一种网线模拟器与POE测试电路高密网口装置集成方法，所述的装置包括POE电路、网线模拟器、以及电感L₁₁和电容C₁₁隔离电路，所述的方法包括采用电感L₁₁隔离交流信号，通POE直流信号，对POE测试电路进行供电；电容C₁₁传输交流信号，数据传输经过网络模拟器电路。利用相同的端口对POE电路供电和传输数据，直流电流经过POE电路后点亮LED灯，当POE中稳压管两端的电压超过正常值时，利用稳压管控制LED灯两端的电压，防止LED灯由于电流过大烧毁，然后将模拟器电路集成到PCB金手指单板上，实现高密集成。采用的高密网口集成技术可以使生产测试环境归一，降低测试环境组网复杂度，提升高密网口测试装置的可靠性和稳定性。

Description

一种网线模拟器与POE测试电路高密网口装置集成方法

技术领域

本发明属于以太网口设备测试技术领域，具体涉及一种网线模拟器与POE测试电路高密网口装置集成方法。

背景技术

高速以太网广泛应用于一些基于IP的终端，系统要求以太网在为IP终端传输数据的同时，能够为此类设备提供直流供电技术。传统的无线网卡以及网线只能够传输数据，POE(Power Over Ethernet)技术又称为有源以太网技术，是在现有的以太网布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本。

另一方面，现有的网线(cat5e)模拟器体积大、只模拟衰减一个特征参数且精度误差大，无法准确模拟一定长度网线的各个特征参数，导致无法替换百米网线测试；对于高密以太电口产品需要每个端口分别于模拟器网口相连，组网复杂，导致测试环境复杂度成倍增加，不利于生产批量测试，需要耗费大量的人力及物料成本。针对POE款型的电口设备使用的POE模拟器体积大，一般通过每个以太网口连接长网线后再插入每个POE模拟器端口，生产占地空间大、投入大量人力导致测试成本和物料成本较高。因此，目前业界没有一种既能准确模拟长网线性能，且具有POE模拟电路的高密网口测试装置。

本发明拟对符合IEEE802.3at规范的POE电路模型进行设计，设计PCB板级POE数据隔离电路，实现网线模拟器与POE电路的集成，在甚短距离交换机之间使用。PCB板级POE电路基于微波理论，利用简单的电感电容隔离技术，实现输入输出端阻抗匹配，在与网线模拟器电路集成后，确保整个系统的插入损耗、回波损耗以及近端串扰与原有网线模拟器一致，从而能正常输出数据和传输功率。同时网线模拟器与POE测试电路高密网口集成装置技术可以降低测试环境组网复杂度，提升高密网口测试装置的可靠性和稳定性。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术和产品的不足，本发明提供一种网线模拟器与POE测试电路高密网口装置集成方法。

技术方案：一种网线模拟器与POE测试电路高密网口集成装置，包括POE电路、网线模拟器、以及电感L₁₁和电容C₁₁隔离电路，所述装置首先分别实现两种独立的POE电路和网线模拟器，然后采用电感L₁₁串联在POE电路上，电容C₁₁串联设置在网线模拟器上，实现两条支路的并联后，再对外输出。

其中，所述的POE电路为上电检测电路，POE支路与网线模拟器支路并联后不影响原来网线模拟器的特征参数，包括插入损耗、回波损耗和近端串扰。

本发明还提供一种网线模拟器与POE测试电路高密网口装置的集成方法，包括以下步骤：

(a)网线模拟器与POE测试电路隔离设计；

(b)利用相同的端口对POE电路供电和传输数据设置；

(c)将模拟器电路集成到PCB金手指单板上，进行高密工装，即将多个模拟器电路形成并行支路，集成到一个PCB板上，形成手指的形状。

进一步的，上述步骤(a)中网线模拟器与POE测试电路隔离设计采用电感L₁₁隔离交流信号，通POE直流信号，对POE测试电路进行供电；电容C₁₁传输交流信号，数据传输经过百米网线模拟电路；步骤(b)利用相同的端口对POE电路供电和传输数据，直流电流经过POE电路后点亮LED灯，当POE中稳压管两端的电压超过正常值时，利用稳压管控制LED灯两端的电压，防止LED灯由于电流过大烧毁；步骤(c)模拟器电路集成到PCB金手指单板上，将单个模拟器和POE电路采用水晶头标准尺寸设计，然后将多个模拟器电路的PCB板根据水晶头标准尺寸组装成高密工装，形成了高密度集成的PCB金手指形状，实现网线模拟器与POE测试电路高密网口集成。

更进一步的，所述的POE电路为上电检测电路，需要LED指示灯检测交换机终端是否上电，同时通过POE电路对交换机供电。考虑到POE电路会对网线模拟器的插入损耗、近端串扰、回波损耗等性能带来影响，需要对POE电路以及网线模拟器之间进行隔离。考虑到电容的隔直流通交流以及电感的隔交流通直流特性，计算感抗与容抗的公式如式(1)、(2)所示：

Z_L＝jωL (1)

随着电感值增大，电感的感抗值增大，电感隔交流的现象更加明显，随着电容值的增大，电容的容抗值越小，电容通交流的现象越明显。需要说明的是，对于网线模拟器需要传输交流信号，主要用于数据传输；对于POE电路主要用于对交换机进行供电，需要传输直流信号。因此，POE电路利用电感隔离，网线模拟器电路利用电容进行隔离。

单位长度传输线模型是建立网线模拟器模型的来源。根据多导体传输线理论，单根双绞线单位长度传输线的自电阻和自电感模型满足如下关系：

当r_w＜2δ时

当r_w＞2δ时

其中δ表示趋肤深度，f表示频率，r_w表示单根网线铜芯半径，σ表示电导率，u为磁导率。

有益效果：本发明相比现有技术，具有以下几点有优势：第一、本发明提供的装置具有小型化特点，在一个电路里面实现网线模拟、POE测试电路功能；第二、本发明支持cat5e/cat6a且具有扩展规格的能力，支持不同的环回方式(自环/交叉环)用于电口GE/10GE速率测试；第三、本发明提供的网线模拟电路精确模拟双绞线衰减、串扰、回损、特征阻抗，在生产测试替代百米网线；第四、本发明测试环境归一、组网环境简易、提升高密网口测试装置的可靠性和稳定性；第五、本发明充分考虑POE电路与网线模拟器之间的隔离，POE隔离电路的整体结构较为简单，能够实现数据与直流功率的正常隔离，同时能够保证较小的数据丢包率；第六、本发明提供的PCB模拟器和POE隔离电路易于集成，尺寸小，不占据空间，益于大规模生产；第七、本发明提供的PCB模拟器和POE隔离电路集成元件采用电容和电感，取代了原有的变压器，测试及物料成本低。

附图说明

图1是本发明的网线模拟器与POE测试电路图；

图2是本发明的网线模拟器与POE测试电路高密网口集成装置结构示意图。

具体实施方式

为了进一步的说明本发明公开的技术方案，下面结合具体实施例和说明书附图做详细的阐述。本具体实施例作为优选，不对本发明保护范围作出限制。应得知，本领域人员在违背本发明精神前提下所做的改进和优化均落入本发明的保护范围。

实施例一

如图1所示，该电路由三部分构成，分别是POE电路、网线模拟器以及电感L₁₁和电容C₁₁隔离电路。电感L₁₁隔离交流信号，通POE直流信号，对POE测试电路进行供电；电容C₁₁传输交流信号。系统利用相同的端口对POE电路供电和传输数据，直流电流经过POE电路后点亮LED灯，当POE电路中稳压管两端的电压超过正常值时，利用稳压管控制LED灯两端的电压，防止LED灯由于电流过大烧毁。

本发明在网络模拟器的等效电路上面的一对主干路上设置POE测试电路和LED指示灯电路，两端分别设有电感L₁₁和电容C₁₁。

网线模拟器电路采用一种双绞线等效电路及其模拟电路，对1GE和10GE双绞线建立等效电路模型，通过设计PCB板级模拟器电路，等效电路在插入损耗、回波损耗、近端串扰以及特征阻抗等性能指标上与线缆保持一致，在以太网口测试环境中可以代替双绞线。模拟器等效电路如图1所示，采用四路并行无源支路代替线缆两对双绞线。通过调整单根主干支路上的电路元件改变电路的插入损耗值；通过调整两个主干支路之间的电阻和电容改变线对的回波损耗值；每个线对之间的串扰用电阻和电容串联来进行模拟。对于不同长度、不同线缆类型的双绞线，采用相同的等效电路模型结构，通过调整元件参数拟合关键的特征参数。

在图1所示电路中，随着频率的提高，自电阻和自电感值增大，电路的插入损耗增大，自谐振频率变小。并且经过ADS电路模型仿真和PCB板级测试验证，POE隔离网线模拟器电路参数仿真结果与未加POE电路的网线模拟器电路参数仿真结果吻合，说明该方法能够有效实现传输功率与传输数据之间的隔离。

实施例二

将模拟器电路集成到PCB金手指单板上，将单路的模拟器电路的PCB板做成水晶头标准尺寸的大小，然后将多个模拟器电路的PCB板根据水晶头标准尺寸组装成高密工装，形成了高密度集成的PCB金手指形状，该PCB金手指集成了传统的多路网线模拟器与POE测试电路。网线模拟器与POE测试电路高密网口集成装置如图2所示。该网线模拟器与POE测试电路高密网口集成技术可以使生产测试环境归一，降低测试环境组网复杂度，提升高密网口测试装置的可靠性和稳定性，解决高密网口测试故障频繁的问题。

Claims

1.一种网线模拟器与POE测试电路高密网口集成装置，其特征在于：包括POE电路、网线模拟器、以及电感L₁₁和电容C₁₁隔离电路，所述装置分别设置实现两种独立的POE电路和网线模拟器，

所述POE电路具体包括：电阻R2、电阻R3和稳压管D1串接后与电容C1并接，电阻R1与电容C1并接，电阻R4一端接在电阻R2和电阻R3串接支路的中间，电阻R4另一端接在三极管T1的基极，三极管T1的集电极与电阻R5一端连接，三极管T1的发射极与电容C2一端连接，电容C2另一端与LED灯D2正极连接，LED灯D2负极与电阻R5另一端连接；

电容C1一端串接电感L11，电容C1另一端串接电感L12，电容C2一端串接电感L13，电容C2另一端串接电感L14，此支路为POE支路；

所述网线模拟器分别与端口P1之间串接电容C11，与端口P2之间串接电容C13，与端口P3之间串接电容C12，与端口P6之间串接电容C14，此支路为网线模拟器支路；

所述POE支路与网线模拟器支路并接后，再对外输出。

2.根据权利要求1所述的一种网线模拟器与POE测试电路高密网口集成装置，其特征在于：所述的POE电路为上电检测电路，POE支路与网线模拟器支路并联后不影响原来网线模拟器的特征参数，包括插入损耗、回波损耗和近端串扰。

3.一种根据权利要求1所述的网线模拟器与POE测试电路高密网口集成装置的集成方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)网线模拟器与POE测试电路隔离设计；

(b)利用相同的端口对POE电路供电和传输数据设置；

(c)将模拟器电路集成到PCB金手指单板上，进行高密工装。

4.根据权利要求3所述的一种网线模拟器与POE测试电路高密网口装置的集成方法，其特征在于：所述的步骤(a)采用电感L₁₁隔离交流信号，通POE直流信号，对POE测试电路进行供电。

5.根据权利要求3所述的一种网线模拟器与POE测试电路高密网口装置的集成方法，其特征在于：所述的步骤(a)采用电容C₁₁传输交流信号，数据通过网线模拟器进行传输。

6.根据权利要求3所述的一种网线模拟器与POE测试电路高密网口装置的集成方法，其特征在于：所述的步骤(b)设置LED灯作为交换机的上电与否检测信号装置。

7.根据权利要求6所述的一种网线模拟器与POE测试电路高密网口装置的集成方法，其特征在于：所述的LED灯通过稳压管控制LED灯两端的电压。