CN112564741A - 一种利用type C接口传输以太网的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用type C接口传输以太网的系统及方法，包括适配器端和主设备端，适配器端和主设备端之间通过Type C线缆连接实现以太网信号的传输与供电；本发明成本低廉，无需协议转换芯片，即可最低成本的将以太网信号和供电线路通过type C接口传输，通用性更强，不受芯片方案限制，适用于目前所有使用以太网的设备，安全性好，可安全对接其他type C接口设备，不会造成不利影响。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信领域，具体涉及一种利用type C接口传输以太网的系统。
背景技术
家用网络设备越来越多，设备的适配器种类多，连接协议也非常多，接口复杂，增加了设备的安装布线难度。实际上，网络设备也可以仅仅使用一个type C接口就可以通电工作，并联网，减少安装布线难度。传统的解决方案如下：
方法一：使用协议转换芯片将以太网信号转换为USB信号，通过type C接口传输USB信号，网络设备主芯片接收USB信号，并联网。
该方法需要的条件如下：
1、网络设备的主芯片需要支持USB协议
2、网络设备的主芯片USB驱动需要支持device模式。
3、需要一个协议转换芯片。
该方法缺点：
1、通用性差且成本高：大多数网络设备不支持USB协议，只有高端网络设备支持。还需要一个协议转换芯片。
2、开发难度大：即便高端设备支持USB协议，通用驱动上也仅仅是Host模式，无法使用外接USB设备进行联网。只有支持Device模式的USB设备才能外接上网卡联网。需要额外在网络设备上开发USB的Device模式驱动，增加开发难度。
方法二：使用协议转换芯片将以太网信号转换为USB信号，通过type C接口传输USB信号，再通过协议转换芯片将USB转回为以太网信号。网络设备通过2次协议转换后的以太网信号联网。
该方案通用性较强，无需主芯片支持，但是成本较高，电路复杂，需要2个协议转换芯片进行2次协议转换。
方法三：直接使用type C接口传输以太网数据和电源信号。
该方案安全系数低。因为以太网信号电压范围为0～2.8V，而USB 3.0信号电压范围为0-1.2V，以太网信号电压过大，直接对接type C接口的手机、笔记本等其他设备，会损坏其他设备的USB 3.0通信接口。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种利用type C接口传输以太网的系统及方法，无需协议转换芯片，并且不受芯片方案限制，低成本的将以太网信号和供电线路通过type C接口传输。并且不会对其他type C接口设备造成不利影响，安全的兼容现有设备。网络设备只需要使用一个type C接口即可通电工作并联网，成本低廉。不仅便于网络设备的安装布线，而且舍弃了难看的尺寸较大的RJ45端口，可以将网络设计的更小更美观。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种利用type C接口传输千兆以太网的系统，包括适配器端和主设备端，适配器端和主设备端之间通过Type C线缆连接实现以太网信号的传输与供电；
其中，适配器端包括AD-DC模块、信号变压器、保护电路以及Type C接口，市电接入AD-DC模块，通过AD-DC模块转换为DC输出，并耦合到Type C接口电源引脚上；以太网信号通过RJ45口输入到适配器端，RJ45口输出端连接信号变压器，信号变压器输出端接保护电路，经过信号变压器隔离长距离传输中可能耦合的雷击和浪涌，并输出到保护电路；
其中，主设备端包括保护电路、主控芯片、DC电源输入模块以及Type C接口，保护电路分别连接主控芯片以及Type C接口，Type C接口用于接收以太网信号，并输出到保护电路；主芯片通过GPIO输入电压，检测到为配套适配器接入，则关闭保护电路使以太网信号接入主芯片
作为优选的技术方案，适配器端的保护电路由主设备端的GPIO控制，得到GPIO的控制信号，并确认为配套主设备后，才输出以太网信号到type C接口，通过type C线缆传输到主设备。
一种利用type C接口传输以太网信号的方法，Type C接口引脚需要重新定义才能实现传输以太网的信号的功能，重新定义的引脚功能对应如下：
(1)将传输USB 3.0的4对差分数据信号TX1+/TX1-,TX2+/TX2-,RX1+/RX1-,RX2+/RX2-重新定位为传输以太网的MDI0～MDI3差分信号；
(2)将传输USB 2.0的差分信号对，D+/D1，重新定位GPIO1-4，用于逻辑控制；
具体包括以下步骤：
S1、主设备的GPIO监控adapter端CC1/CC2引脚电平，判断type C线缆是正插还是反插，根据type C协议，CC1/CC2引脚定义如下，本方法使用CC1＝Ra，CC2悬空表示正插，CC1悬空，CC2＝Ra表示反插；
S2、如果type C线缆为正插，则主设备的GPIO1/2检测adapter端对应引脚的是否为预先设定电平，如电平匹配，则说明为配套设备，使用GPIO3/4关闭adapter端保护电路，使用GPIO5关闭主设备端的保护电路，主设备和adapter端以太网信号通过type C线缆进行通信，并完成联网操作；
S3、如果type C线缆为反插，则主设备的GPIO3/4检测adapter端对应引脚的是否为预先设定电平，如电平匹配，则说明为配套设备，使用GPIO1/2关闭adapter端保护电路，使用GPIO5关闭主设备端的保护电路，主设备和adapter端以太网信号通过type C线缆进行通信，并完成联网操作。
本发明的有益效果是：
1.成本低廉，无需协议转换芯片，即可最低成本的将以太网信号和供电线路通过type C接口传输；
2.通用性更强，不受芯片方案限制，适用于目前所有使用以太网的设备，不限于百兆，千兆，2.5G，5G，10G以太网；
3.安全性好，可安全对接其他type C接口设备，不会造成不利影响。
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，下面将对实施例或现有技术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的附图。
图1为本发明的原理方框图；
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本发明使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明的一种利用type C接口传输以太网的系统，包括适配器端和主设备端，适配器端和主设备端之间通过Type C线缆连接实现以太网信号的传输与供电；
其中，适配器端包括AD-DC模块、信号变压器、保护电路以及Type C接口，市电接入AD-DC模块，通过AD-DC模块转换为DC输出，并耦合到Type C接口电源引脚上；以太网信号通过RJ45口输入到适配器端，RJ45口输出端连接信号变压器，信号变压器输出端接保护电路，经过信号变压器隔离长距离传输中可能耦合的雷击和浪涌，并输出到保护电路；
其中，主设备端包括保护电路、主控芯片、DC电源输入模块以及Type C接口，保护电路分别连接主控芯片以及Type C接口，Type C接口用于接收以太网信号，并输出到保护电路；主芯片通过GPIO输入电压，检测到为配套适配器接入，则关闭保护电路使以太网信号接入主芯片
作为优选的技术方案，适配器端的保护电路由主设备端的GPIO控制，得到GPIO的控制信号，并确认为配套主设备后，才输出以太网信号到type C接口，通过type C线缆传输到主设备。
本实施例中，Type C接口引脚需要重新定义才能实现传输以太网的信号的功能，原type C接口引脚定义如下：
从外向内看插座的引脚配置：
重新定义的引脚功能对应如下：
(1)将传输USB 3.0的4对差分数据信号TX1+/TX1-，TX2+/TX2-，RX1+/RX1-，RX2+/RX2-重新定位为传输以太网的MDIO～MDI3差分信号；
(2)将传输USB 2.0的差分信号对，D+/D1，重新定位GPIO1-4，用于逻辑控制；
如图2所示，具体包括以下步骤：
S1、主设备的GPIO监控adapter端CC1/CC2引脚电平，判断type C线缆是正插还是反插，根据type C协议，CC1/CC2引脚定义如下，本方法使用CC1＝Ra，CC2悬空表示正插，CC1悬空，CC2＝Ra表示反插；
| CC1 | CC2 | 状态 | 位置 |
| 悬空 | 悬空 | 无任何连接 | - |
| Rd | 悬空 | UFP已连接 | 未翻转 |
| 悬空 | Rd | UFP已连按 | 已翻转 |
| 悬空 | Ra | 供电电缆/UFP未连按 | 未翻转 |
| Ra | 悬空 | 供电电缆/UFP未连接 | 已翻转 |
| Rd | Ra | 供电电缆/UFP已连接 | 未翻转 |
| Ra | Rd | 供电电缆/UFP已连接 | 已翻转 |
| Rd | Rd | 调试附件模式已连接 | - |
| Ra | Ra | 音频适配器模式已连接 | - |
。
S2、如果type C线缆为正插，则主设备的GPIO1/2检测adapter端对应引脚的是否为预先设定电平，如电平匹配，则说明为配套设备，使用GPIO3/4关闭adapter端保护电路，使用GPIO5关闭主设备端的保护电路，主设备和adapter端以太网信号通过type C线缆进行通信，并完成联网操作；
S3、如果type C线缆为反插，则主设备的GPIO3/4检测adapter端对应引脚的是否为预先设定电平，如电平匹配，则说明为配套设备，使用GPIO1/2关闭adapter端保护电路，使用GPIO5关闭主设备端的保护电路，主设备和adapter端以太网信号通过type C线缆进行通信，并完成联网操作。
因以太网信号电压远大于USB 3.0信号幅度，以太网接口会对接入设备发出检测信号，因此需要在adapter端和主设备端都增加保护电路，保护电路默认生效，保护其他USB3.0设备误接入。保护电路的形式不限于高速模拟开关、继电器、逻辑开关等方法。
因type C接口支持正反插，因此需要GPIO检测并判断正插还是反插，并对应更改GPIO功能。使用2个GPIO用于检测是否为配套设备，防止误判，更加安全。
本发明的有益效果是：
1.成本低廉，无需协议转换芯片，即可最低成本的将以太网信号和供电线路通过type C接口传输；
2.通用性更强，不受芯片方案限制，适用于目前所有使用以太网的设备，不限于百兆，千兆，2.5G，5G，10G以太网；
3.安全性好，可安全对接其他type C接口设备，不会造成不利影响。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种利用type C接口传输以太网的系统，其特征在于：包括适配器端和主设备端，适配器端和主设备端之间通过Type C线缆连接实现以太网信号的传输与供电；
其中，适配器端包括AD-DC模块、信号变压器、保护电路以及Type C接口，市电接入AD-DC模块，通过AD-DC模块转换为DC输出，并耦合到Type C接口电源引脚上；以太网信号通过RJ45口输入到适配器端，RJ45口输出端连接信号变压器，信号变压器输出端接保护电路，经过信号变压器隔离长距离传输中可能耦合的雷击和浪涌，并输出到保护电路；
其中，主设备端包括保护电路、主控芯片、DC电源输入模块以及Type C接口，保护电路分别连接主控芯片以及Type C接口，Type C接口用于接收以太网信号，并输出到保护电路；主芯片通过GPIO输入电压，检测到为配套适配器接入，则关闭保护电路使以太网信号接入主芯片。
2.根据权利要求1所述的利用type C接口传输以太网的系统，其特征在于：适配器端的保护电路由主设备端的GPIO控制，得到GPIO的控制信号，并确认为配套主设备后，才输出以太网信号到type C接口，通过type C线缆传输到主设备。
3.一种利用type C接口传输以太网信号的方法，其特征在于：Type C接口引脚需要重新定义才能实现传输以太网的信号的功能，重新定义的引脚功能对应如下：
(1)将传输USB 3.0的4对差分数据信号
TX1+/TX1-,TX2+/TX2-,RX1+/RX1-,RX2+/RX2-重新定位为传输以太网的MDI0～MDI3差分信号；
(2)将传输USB 2.0的差分信号对，D+/D1，重新定位GPIO1-4，用于逻辑控制；
具体包括以下步骤：
S1、主设备的GPIO监控adapter端CC1/CC2引脚电平，判断type C线缆是正插还是反插，根据type C协议，CC1/CC2引脚定义如下，本方法使用CC1＝Ra，CC2悬空表示正插，CC1悬空，CC2＝Ra表示反插；
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