CN108737225A - 一种以太网信号传输接口电路、方法以及网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以太网信号传输接口电路、方法以及网络设备，接口电路包括：第一传输网络和以太网接口，第一传输网络包括第一差分线对和电感式信号变压器，电感式信号变压器包括脉冲变压器和第一共模变压器，第一共模变压器第一端的两个管脚分别与第一差分线对中的一根差分线连接，第一共模变压器第二端的两个管脚分别与脉冲变压器第一绕组的两端连接，脉冲变压器第二绕组的两端连接以太网接口，脉冲变压器的第一绕组设有第一中心抽头，第一中心抽头通过第一电容接地。本发明能够应用于POE传输，能够单独实现一对差分信号的传输，有利于根据以太网接口每个触点接收或传输数据需求进行多元化线路组合设计，可增强以太网接口的适配性。

Description

一种以太网信号传输接口电路、方法以及网络设备

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，尤其设计一种以太网信号传输接口电路、方法以及网络设备。

背景技术

POE(Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5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)传输数据网络信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。POE也被称为基于局域网的供电系统(POL，Power over LAN)或有源以太网(Active Ethernet)，有时也被简称为以太网供电，这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范，并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。

目前传输POE的方式，主要通过隔离变压器来实现，常见的隔离变压器为传统信号变压器，它是一个集成芯片，电路板印刷使用时，其每个管脚分别与以太网接口(如RJ45接口)的每个触点一一对应连接；传统信号变压器内部包括多个脉冲变压器和共模变压器配合模块，信号传输时，脉冲变压器起到将网络信号和直流电源分离开来的作用，PSE(供电设备)的直流电源从脉冲变压器的初级中心抽头灌入，PSE与PD(受电设备)之间通过双绞线同时传输网络信号和直流电源，PD设备从脉冲变压器的次级中心抽头取出直流电，从脉冲变压器次级绕组的另一端取出网络信号。但由于传统信号变压器无法采用纯工厂自动化生产，需要通过人工绕制线圈，出现了产量低、成本高且器件较大，在电路板上的占用面积较大，布线不灵活，不利于产品小型化、高产出和高效益发展。此外，当以太网接口某一触点网络传输需求具有与其他触点不同的传输需求时，传统信号变压器由于它的集成性，无法进行单独触点传输的更改。

近几年，网络技术高速发展，出现了一种电容式信号变压器，可采用工厂自动化生产，电路板布局方便灵活，且成本较传统信号变压器低很多，但由于该新型变压器对Surge(雷击)防护采用的是泄放方式，并不是采用隔离方式，只能用于仅有网络信号的传输，无法应用于POE传输，无法体现其使用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种能够应用于POE传输，布线方便灵活，有利于根据以太网接口每个触点接收或传输数据需求进行多元化线路组合设计，增强以太网接口适配性的一种以太网信号传输接口电路、方法以及网络设备。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种以太网信号传输接口电路，包括第一传输网络和以太网接口，所述第一传输网络包括第一差分线对和电感式信号变压器，所述电感式信号变压器包括脉冲变压器和第一共模变压器，所述第一共模变压器第一端的两个管脚分别与所述第一差分线对中的一根差分线连接，所述第一共模变压器第二端的两个管脚分别与所述脉冲变压器第一绕组的两端连接，所述脉冲变压器第二绕组的两端连接所述以太网接口，所述脉冲变压器的第一绕组设有第一中心抽头，所述第一中心抽头通过第一电容接地。

进一步地，所述脉冲变压器的第二绕组设有第二中心抽头，所述第二中心抽头与Bob-Smith电路连接。

进一步地，还包括第二传输网络，所述第二传输网络包括第二差分线对和电容式信号变压器，所述第二差分线对通过电容式信号变压器与所述以太网接口连接。

进一步地，所述电容式信号变压器包括第二电容、第三电容、第二共模变压器以及自耦变压器，所述第二差分线对的其中一根差分线通过所述第二电容与所述第二共模变压器第一端的一个管脚连接，另一根差分线通过所述第三电容与所述第二共模变压器第一端的另一个管脚连接，所述自耦变压器第一绕组的首端分别与所述以太网接口和所述第二共模变压器第二端的一个管脚连接，所述自耦变压器第二绕组的尾端分别与所述以太网接口和所述第二共模变压器第二端的另一个管脚连接，所述自耦变压器第一绕组的尾端和所述自耦变压器第二绕组的首端均接地。

进一步地，所述第一传输网络还包括第四电容和第五电容，所述第四电容一端接地，另一端与所述第一共模变压器第一端的一个管脚连接，所述第五电容一端接地，另一端与所述第一共模变压器第一端的另一个管脚连接。

进一步地，所述第二传输网络还包括第六电容和第七电容，所述第六电容一端接地，另一端与所述第二电容连接，所述第七电容一端接地，另一端与所述第三电容连接。

一种以太网信号传输方法，包括通过第一传输网络实现第一信号的传输，所述第一信号包括网络信号和直流信号；所述第一传输网络包括第一差分线对和电感式信号变压器，所述电感式信号变压器包括脉冲变压器和第一共模变压器，所述第一共模变压器第一端的两个管脚分别与所述第一差分线对中的一根差分线连接，所述第一共模变压器第二端的两个管脚分别与所述脉冲变压器第一绕组的两端连接，所述脉冲变压器第二绕组的两端连接以太网接口，所述脉冲变压器的第一绕组设有第一中心抽头，所述第一中心抽头通过第一电容接地。

进一步地，还包括通过第二传输网络实现第二信号的传输，所述第二信号为网络信号；所述第二传输网络包括第二差分线对和电容式信号变压器，所述第二差分线对通过电容式信号变压器与所述以太网接口连接；所述电容式信号变压器包括第二电容、第三电容、第二共模变压器以及自耦变压器，所述第二差分线对的其中一根差分线通过所述第二电容与所述第二共模变压器第一端的一个管脚连接，另一根差分线通过所述第三电容与所述第二共模变压器第一端的另一个管脚连接，所述自耦变压器第一绕组的首端分别与所述以太网接口和所述第二共模变压器第二端的一个管脚连接，所述自耦变压器第二绕组的尾端分别与所述以太网接口和所述第二共模变压器第二端的另一个管脚连接，所述自耦变压器第一绕组的尾端和所述自耦变压器第二绕组的首端均接地。

进一步地，所述脉冲变压器的第二绕组设有第二中心抽头，所述第二中心抽头与Bob-Smith电路连接。

一种网络设备，包括上述的以太网信号传输接口电路。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：通过第一传输网络的设计，可用于与以太网接口的两个触点走线连接，可实现POE应用中直流信号和网络信号的同时传输，且第一传输网络内部的电路结构简单，可根据以太网接口收发数据的实际需求，调配第一传输网络中各个元器件的规格参数和增减第一传输网络的设置数量；设置Bob-Smith电路有利于平衡网络，消除以太网网络信号传输中的EMI(电磁干扰)和隔离高频信号(如高电压)，使得信号传输更加稳定和完整；通过第二传输网络的设计，为POE应用中，不带直流信号的传输电路设计增加新的设计方式，一方面有利于降低器件采买成本，另一方面第二传输网络包括第二差分线对、第二电容、第三电容、第二共模变压器以及自耦变压器，均是采用的相互分离的元器件，有利于提高PCB布线灵活性和减小PCB面积，使产品小型化发展；本发明应用中，可根据实际应用需求，灵活地为以太网接口的每一个触点配备相应的第一传输网络或第二传输网络，当网络设备设有多个以太网接口时，本发明具有更加多元化的组配设计，能够适配于多种PSE和PD的信号收发需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，附图如下：

图1为本发明实施例1提供的一种以太网信号传输接口电路结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的一种以太网信号传输接口电路结构示意图；

图3为本发明实施例3提供的一种以太网信号传输接口电路结构示意图；

图4为本发明实施例3优选以太网信号传输接口电路结构示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

目前，行业内在POE应用中，会设计使用传统信号变压器中的脉冲变压器(pulsetransformer)进行直流信号和网络信号的分离，但是该应用中，一方面pulse transformer成本相对较高且在PCB板占用面积大，另一方面POE产品的网口的所有差分对均会连接有pulse transformer，无法满足个别不需要传输POE的差分对不使用pulse transformer，低成本、小型化设计的需求。

本发明解决上述问题，提出一种以太网信号传输接口电路、方法以及网络设备，具体实施如下：

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种以太网信号传输接口电路，包括第一传输网络100和以太网接口200，所述第一传输网络100包括第一差分线对110和电感式信号变压器120，所述电感式信号变压器120包括脉冲变压器121和第一共模变压器122，所述第一共模变压器122第一端的两个管脚P1、P4分别与所述第一差分线对110中的一根差分线连接，所述第一共模变压器122第二端的两个管脚P2、P3分别与所述脉冲变压器121第一绕组的两端连接，所述脉冲变压器121第二绕组的两端连接所述以太网接口200，所述脉冲变压器121的第一绕组设有第一中心抽头1211，所述第一中心抽头1211通过第一电容C1接地。设置第一电容C1还有利于静电防护，具体地，为了方便，第一电容C1接机壳地，其规格大小为1000PF/2KV。

第一传输网络基于上述设计，能够用于传输POE，完成直流信号和网络信号的分离；

具体地，例如，以太网接口200采用RJ45接口，故具有4对传输线对，即8根传输线，根据需求可仅设置其中两根传输线用于传输POE，此时，接口电路中仅需设置以太网接口200的该两根传输线连接一个第一传输网络100即可完成POE传输，其他6根传输线根据其传输需求设置其他相关元器件，不仅降低了应用成本，还有利于提高接口电路的应变能力。

需要强调的是，脉冲变压器121和第一共模变压器122在PCB布局上的分布是分离的两个独立的元器件，可被集成成较小体积的元器件以供PCB布局，根据其体积大小，可灵活的运用PCB摆放空间，且，脉冲变压器121和第一共模变压器122的参数规格可进行不同的配比，以适用不同电压大小直流信号的传输，具有较高的灵活性和适配性。脉冲变压器121和第一共模变压器122的集成均可采用工厂自动化生产，具有产能高，成本低的优点。

脉冲变压器121具体可选用ALT4532P系列的脉冲变压器，能够满足千兆以太网2.5GBASE-T(2.5Gb/s)和5GBASE-T(5Gb/s)LAN应用以及使用600-mA POE的1000BASE-T(1Gb/s)应用。

综上可见，本发明具有较高的应变能力，适合以太网接口改造应用(例如由百兆网口更换为千兆网口时增加能够满足POE传输需求的差分对)，还能够满足个别不需要传输POE的差分对不使用pulse transformer，低成本、小型化设计的需求。

实施例2

如图2所示，本实施例与之前实施例的区别在于，所述脉冲变压器121的第二绕组设有第二中心抽头1212，所述第二中心抽头1212与Bob-Smith电路123连接。

Bob-Smith电路123加在第二中心抽头1212能够有利于平衡网络，消除以太网网络信号传输中的EMI(电磁干扰)、隔离高电压、抑制杂波以及阻抗匹配等作用，使得信号传输更加稳定和完整；一般的，Bob-Smith电路123中包括两个元器件——电阻和电容，第二中心抽头1212一端与电阻连接，电阻另一端连接电容后接地，一般接机壳地。电阻可选用75欧姆电阻，电容选用1nF/2KV电容。

实施例3

如图3、图4所示，本实施例与实施例1、实施例2的区别在于，本实施例提供的接口电路还包括第二传输网络300，所述第二传输网络300包括第二差分线对310和电容式信号变压器，所述第二差分线对310通过电容式信号变压器与所述以太网接口200连接。

设置第二传输网络300是由于，POE传输中并非使用所有的差分线来传输电源，标准POE要求差分对中1，2线对传输电源的正极，3，6线对传输电源的负极；对于非标POE，则情形会更多。但总的来说，差分对根据是否带直流电源，可分为带电和不带电差分对，对于带电的差分对使用第一传输网络100,即可，对于不带电差分对若还是采用第一传输网络100容易造成资源浪费成本浪费，且pulse transformer占用的体积并不小，若需要接口电路进一步小型化，还需要设计相对体积小的能够实现不带电的差分对信号传输的器件；本实施例中的电容式信号变压器的设置能够满足上述需求，电容式信号变压器具有小型化，成本低的优点。

进一步地，所述电容式信号变压器包括第二电容C2、第三电容C3、第二共模变压器321以及自耦变压器322，所述第二差分线对310的其中一根差分线通过所述第二电容C2与所述第二共模变压器321第一端的一个管脚Q1连接，另一根差分线通过所述第三电容C3与所述第二共模变压器321第一端的另一个管脚Q4连接，所述自耦变压器322第一绕组的首端分别与所述以太网接口200和所述第二共模变压器321第二端的一个管脚Q2连接，所述自耦变压器322第二绕组的尾端分别与所述以太网接口200和所述第二共模变压器321第二端的另一个管脚Q3连接，所述自耦变压器322第一绕组的尾端和所述自耦变压器322第二绕组的首端均接地，此处接系统地。

需要说明的是，第二电容C2、第三电容C3、第二共模变压器321以及自耦变压器322均是独立的元器件，且它们的常规器件相比pulse transformer具有更小的体积，有利于产品精小设计。

通过第二传输网络300的上述设计，不仅可完成单独网络信号的传输，还能进一步为产品小型化，多元化组配设计提供可能。

第二电容C2和第三电容C3的规格为0.1uF/50V。

优选地，所述第一传输网络100还包括第四电容C4和第五电容C5，所述第四电容C4一端接地，另一端与所述第一共模变压器122第一端的一个管脚P1连接，所述第五电容C5一端接地，另一端与所述第一共模变压器122第一端的另一个管脚P4连接。

所述第二传输网络300还包括第六电容C6和第七电容C7，所述第六电容C6一端接地，另一端与所述第二电容C2连接，所述第七电容C7一端接地，另一端与所述第三电容C3连接。

第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7的设置根据实际调试情况设置，可用于抑制信号毛刺，消除高频共模干扰。

一实施方式下，第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7规格均为10pF/50V。

需要说明的是，为了方便后期电路PCB板的检修维护，设置单个第一传输网络100的脉冲变压器121和第一共模变压器122为一个单位设置在电路板划出的第一区域，设置单个第二传输网络300的第二电容C2、第三电容C3、第二共模变压器321以及自耦变压器322为一个单位设置在电路板划出的第二区域。

实施例4

本实施例提供一种以太网信号传输方法，包括通过第一传输网络100实现第一信号的传输，所述第一信号包括网络信号和直流信号；所述第一传输网络100包括第一差分线对110和电感式信号变压器120，所述电感式信号变压器120包括脉冲变压器121和第一共模变压器122，所述第一共模变压器122第一端的两个管脚P1、P4分别与所述第一差分线对110中的一根差分线连接，所述第一共模变压器122第二端的两个管脚P2、P3分别与所述脉冲变压器121第一绕组的两端连接，所述脉冲变压器121第二绕组的两端连接以太网接口，所述脉冲变压器121的第一绕组设有第一中心抽头1211，所述第一中心抽头1211通过第一电容C1接地。

还包括通过第二传输网络300实现第二信号的传输，所述第二信号为网络信号；所述第二传输网络300包括第二差分线对310和电容式信号变压器，所述第二差分线对310通过电容式信号变压器与所述以太网接口连接；所述电容式信号变压器包括第二电容C2、第三电容、第二共模变压器321以及自耦变压器322，所述第二差分线对310的其中一根差分线通过所述第二电容C2与所述第二共模变压器321第一端的一个管脚Q1连接，另一根差分线通过所述第三电容C3与所述第二共模变压器321第一端的另一个管脚Q4连接，所述自耦变压器322第一绕组的首端分别与所述以太网接口200和所述第二共模变压器321第二端的一个管脚Q2连接，所述自耦变压器322第二绕组的尾端分别与所述以太网接口200和所述第二共模变压器321第二端的另一个管脚Q3连接，所述自耦变压器322第一绕组的尾端和所述自耦变压器322第二绕组的首端均接地，此处接系统地。

所述脉冲变压器121的第二绕组设有第二中心抽头1212，所述第二中心抽头1212与Bob-Smith电路123连接。

实际运用中，若一以太网接口200需要传输4路带电差分信号，则设置4个第一传输网络100连接至以太网接口200；若以太网接口200需要传输2路带电差分信号，2路不带电差分信号，则设置2个第一传输网络100连接至该以太网接口200，设置2个第二传输网络300连接至该以太网接口200。即根据以太网接口收发需求来定制。

优选地，所述第一传输网络100还包括第四电容C4和第五电容C5，所述第四电容C4一端接地，另一端与所述第一共模变压器122第一端的一个管脚P1连接，所述第五电容C5一端接地，另一端与所述第一共模变压器122第一端的另一个管脚P4连接。

所述第二传输网络300还包括第六电容C6和第七电容C7，所述第六电容C6一端接地，另一端与所述第二电容C2连接，所述第七电容C7一端接地，另一端与所述第三电容C3连接。

第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7的设置根据实际调试情况设置，可用于抑制信号毛刺，消除高频共模干扰。

实施例5

本实施例提供一种网络设备，包括上述的以太网信号传输接口电路，以太网接口200数量根据使用需求设置，第一传输网络100或第二传输网络300的数量根据信号传输需求设置。上述设计下的网络设备具有较高的配置灵活度，具有多种混搭方式，可更改性高，回收利用率高，体积小，成本低，可批量生产具有高效益。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种以太网信号传输接口电路，其特征在于，包括第一传输网络和以太网接口，所述第一传输网络包括第一差分线对和电感式信号变压器，所述电感式信号变压器包括脉冲变压器和第一共模变压器，所述第一共模变压器第一端的两个管脚分别与所述第一差分线对中的一根差分线连接，所述第一共模变压器第二端的两个管脚分别与所述脉冲变压器第一绕组的两端连接，所述脉冲变压器第二绕组的两端连接所述以太网接口，所述脉冲变压器的第一绕组设有第一中心抽头，所述第一中心抽头通过第一电容接地。

2.根据根据权利要求1所述的一种以太网信号传输接口电路，其特征在于，所述脉冲变压器的第二绕组设有第二中心抽头，所述第二中心抽头与Bob-Smith电路连接。

3.根据权利要求1所述的一种以太网信号传输接口电路，其特征在于，还包括第二传输网络，所述第二传输网络包括第二差分线对和电容式信号变压器，所述第二差分线对通过电容式信号变压器与所述以太网接口连接。

4.根据权利要求3所述的一种以太网信号传输接口电路，其特征在于，所述电容式信号变压器包括第二电容、第三电容、第二共模变压器以及自耦变压器，所述第二差分线对的其中一根差分线通过所述第二电容与所述第二共模变压器第一端的一个管脚连接，另一根差分线通过所述第三电容与所述第二共模变压器第一端的另一个管脚连接，所述自耦变压器第一绕组的首端分别与所述以太网接口和所述第二共模变压器第二端的一个管脚连接，所述自耦变压器第二绕组的尾端分别与所述以太网接口和所述第二共模变压器第二端的另一个管脚连接，所述自耦变压器第一绕组的尾端和所述自耦变压器第二绕组的首端均接地。

5.根据权利要求1所述的一种以太网信号传输接口电路，其特征在于，所述第一传输网络还包括第四电容和第五电容，所述第四电容一端接地，另一端与所述第一共模变压器第一端的一个管脚连接，所述第五电容一端接地，另一端与所述第一共模变压器第一端的另一个管脚连接。

6.根据权利要求4所述的一种以太网信号传输接口电路，其特征在于，所述第二传输网络还包括第六电容和第七电容，所述第六电容一端接地，另一端与所述第二电容连接，所述第七电容一端接地，另一端与所述第三电容连接。

7.一种以太网信号传输方法，其特征在于，包括通过第一传输网络实现第一信号的传输，所述第一信号包括网络信号和直流信号；所述第一传输网络包括第一差分线对和电感式信号变压器，所述电感式信号变压器包括脉冲变压器和第一共模变压器，所述第一共模变压器第一端的两个管脚分别与所述第一差分线对中的一根差分线连接，所述第一共模变压器第二端的两个管脚分别与所述脉冲变压器第一绕组的两端连接，所述脉冲变压器第二绕组的两端连接以太网接口，所述脉冲变压器的第一绕组设有第一中心抽头，所述第一中心抽头通过第一电容接地。

8.根据权利要求7所述的一种以太网信号传输方法，其特征在于，还包括通过第二传输网络实现第二信号的传输，所述第二信号为网络信号；所述第二传输网络包括第二差分线对和电容式信号变压器，所述第二差分线对通过电容式信号变压器与所述以太网接口连接；所述电容式信号变压器包括第二电容、第三电容、第二共模变压器以及自耦变压器，所述第二差分线对的其中一根差分线通过所述第二电容与所述第二共模变压器第一端的一个管脚连接，另一根差分线通过所述第三电容与所述第二共模变压器第一端的另一个管脚连接，所述自耦变压器第一绕组的首端分别与所述以太网接口和所述第二共模变压器第二端的一个管脚连接，所述自耦变压器第二绕组的尾端分别与所述以太网接口和所述第二共模变压器第二端的另一个管脚连接，所述自耦变压器第一绕组的尾端和所述自耦变压器第二绕组的首端均接地。

9.根据权利要求7所述的一种以太网信号传输方法，其特征在于，所述脉冲变压器的第二绕组设有第二中心抽头，所述第二中心抽头与Bob-Smith电路连接。

10.一种网络设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一所述的以太网信号传输接口电路。