CN114121462A

CN114121462A - 用于以太网的传输电路

Info

Publication number: CN114121462A
Application number: CN202111390276.1A
Authority: CN
Inventors: 林旻泛
Original assignee: Jingshuo Technology Co ltd
Current assignee: Jingshuo Technology Co ltd
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2041-11-23
Also published as: TWM624764U; CN114121462B

Abstract

一种用于以太网的传输电路，包含四个传输子电路。各传输子电路皆耦接于以太网物理层设备和以太网连接设备之间，皆包含第一线圈、第二线圈、第一磁芯和变压器，且皆用以传输一对以太网差模信号。第一线圈的第一连接点和第二线圈的第三连接点皆耦接于以太网连接设备。第一线圈的第二连接点和第二线圈的第四连接点皆耦接于接地端。第一线圈和第二线圈共同缠绕第一磁芯，且方向相反。变压器包含第三线圈和第四线圈。第三线圈的第五连接点和第六连接点分别耦接于第一连接点和第三连接点，且第四线圈的两端耦接于以太网物理层设备。

Description

用于以太网的传输电路

技术领域

本发明涉及一种用于以太网的传输电路。更具体而言，本发明的以太网传输电路可取代传统的以太网变压器，并且为以太网的传输提供信号耦合、直流隔离及突波保护的功能。

背景技术

传统用于以太网的网络变压器(下简称为″以太网变压器″)包含具中心抽头的变压器，故须通过人工绕线的方式进行生产，这造成传统的以太网变压器对于产能变化的适应能力较差，且生产成本也相对高昂。此外，传统的以太网变压器也不具突波保护的功能，这造成以太网系统在易遭突波干扰(例如：雷击、产生静电或同电路中其他负载的电源的开关动作)的环境中时常无法有效地运作，致使以太网服务不得不中断。有鉴于此，如何提供一种可以自动化的方式生产且具突波保护能力的以太网传输电路，以取代传统的以太网变压器，实为本领域中亟待解决的一项问题。

发明内容

为了解决至少上述的问题，本发明公开一种用于以太网的传输电路。该传输电路包含四个传输子电路。各该传输子电路皆耦接于一以太网物理层设备和一以太网连接设备之间，且各该传输子电路皆用以传输以太网的一对差模信号。各该传输子电路皆可包含一第一线圈、一第二线圈、一第一磁芯和一变压器。于各传输子电路中，该第一线圈的两端可分别包含一第一连接点和一第二连接点，且该第二线圈的两端可分别包含一第三连接点和一第四连接点。该第一连接点和该第三连接点可皆耦接于该以太网连接设备，且该第二连接点和该第四连接点可皆耦接于一接地端。该第一线圈和该第二线圈是以相反方向共同缠绕该第一磁芯。该变压器可包含一第三线圈和一第四线圈。该第三线圈的两端分别可包含一第五连接点和一第六连接点，且该第五连接点和该第六连接点可分别耦接于该第一连接点和该第三连接点。该第四线圈的两端可耦接于该以太网物理层设备。

作为本发明的进一步改进，各所述传输子电路还包含第五线圈、第六线圈和第二磁芯，所述第五连接点是经由所述第五线圈而耦接至所述第一连接点，所述第六连接点是经由所述第六线圈而耦接至所述第二连接点，且所述第五线圈和所述第六线圈是以相同方向共同缠绕所述第二磁芯。

作为本发明的进一步改进，还包含第一电容器，所述第一电容器耦接于所述接地端以及各所述传输子电路中的所述第二连接点和所述第四连接点，且各所述传输子电路中的所述第二连接点和所述第四连接点是经由所述第一电容器而耦接于所述接地端。

作为本发明的进一步改进，所述第一电容器的耐受电压不低于500直流伏特。

作为本发明的进一步改进，所述第一电容器的电容值介于1皮法和100纳法之间。

作为本发明的进一步改进，各所述传输子电路中的所述变压器的电感值介于60微亨和1毫亨之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明中用于以太网的传输电路不需通过人工绕线等方式来进行生产，具有可自动化生产的结构，且可提供以太网传输所需的信号耦合、直流隔离、突波保护等功能；因此，本发明的以太网传输电路有能力取代传统的以太网变压器，并且为以太网的传输提供更高的环境适应能力。

在参阅附图及随后描述的实施方式后，本领域技术人员便可了解本发明的主要目的、技术手段和实施方案。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明的用于以太网的传输电路的一实施方式的示意图；

图2A和图2B是本发明的传输电路中的线圈绕线方式的一实施方式的示意图；

图3和图4是本发明的传输电路的另一实施方式的示意图；

图5A、图5B和图5C是本发明的传输电路中的线圈绕线方式的一实施方式的示意图；以及

图6是本发明的传输电路的另一实施方式的示意图。

附图标号说明：

1、2、3、4：传输电路

11、12、13、14、21、22、23、24：传输子电路

E1：以太网物理层设备

E2：以太网连接设备

C1：电容器

CL1、CL2、CL3、CL4、CL5、CL6：线圈

G1：接地端

M1、M2：磁芯

P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、PC1：连接点

T1：变压器

具体实施方式

以下的实施例用以举例说明本发明的技术内容，并非用以限制本发明的范围。需说明，在以下实施例及附图中，与本发明无关的元件已省略而未示出，且附图中各元件间的尺寸关系仅为求容易了解，非用以限制实际的比例。在本文中，附加在部份元件前的″第一″、″第二″、″第三″、″第四″等用语仅是为了区隔各元件，而非用于限制各元件间的顺序关系。

图1是本发明的以太网传输电路的一实施方式的示意图。参照图1，用于以太网的一传输电路1基本上可包含四组传输子电路11、12、13、14，且可耦接于以太网的信号源(例如：以太网中的实体(PHY)层设备)。由于在以太网中传输的信号普遍被设计为通过八条导线传输，故所述八条导线中的八个信号可被均分为四个差模信号对，而传输子电路11、12、13、14可分别对应至该四个差模信号对其中之一。传输子电路11、12、13、14的结构实质相同，且各自的输入和输出类型也相仿。因此，基于说明简化的原则，本文中仅以传输子电路11为示例来进行说明，但本领域技术人员可根据针对传输子电路11的叙述而理解传输子电路12、13、14中的相应结构、功能和各元件适用的参数/设定值。

传输子电路11可处理在一以太网物理(PHY)层设备E1和一以太网连接器E2之间传输的一组以太网信号。以太网连接器E2可以是具有RJ-45或8P8C接口的以太网连接器。由于传输子电路12、13、14和传输子电路11的结构实质相同，故本领域技术人员可根据针对传输子电路11的叙述内容而理解传输子电路12、传输子电路13、传输子电路14如何通过和传输子电路11相同的运作方式而处理以太网物理层设备E1和以太网连接器E2之间的另外三组以太网信号，相同的细节于此将不再赘述。

传输子电路11可包含一线圈CL1、一线圈CL2、一磁芯M1、一变压器T1。线圈CL1的两端可分别包含一连接点P1和一连接点P2，而线圈CL2的两端可分别包含一连接点P3和一连接点P4。连接点P1和连接点P3可耦接于以太网连接设备E2。连接点P2和连接点P4可耦接于一接地端G1。由于传输子电路11中的连接点P2和连接点P4以及传输子电路12、传输子电路13、传输子电路14中的相应接点皆为对地低频短路，故倘若一浪涌电流自以太网连接设备E2端输入时，其能量可因此而对地泄放，进而达到浪涌电流保护的效果。在某些实施例中，连接点P1、连接点P2、连接点P3、连接点P4各自可被实作成单独的一个引脚。

图2A和图2B是本发明的传输电路中的线圈绕线方式的一实施方式的示意图。首先，同时参照图1和图2A。如图2A所示，线圈CL1和线圈CL2是以相反方向共同缠绕磁芯M1(即，其中一者的绕线方向是相对于磁芯M1的一轴心方向的顺时钟方向，另一者的绕线方向则是逆时钟方向)。由于连接点P1、连接点P2、连接点P3、连接点P4各自可被实作成一个引脚，故图2A所示由线圈CL1、线圈CL2、磁芯M1所形成的结构可为具有四个引脚的一个特殊电感器。相较于传统，该特殊电感器的绕线方式的特征在于线圈CL1的导线的头尾两端位于彼此的对角线位置，而线圈CL2的导线的头尾两端也同样位于彼此的对角线位置。

进一步而言，线圈CL1和线圈CL2的两端(即，连接点P1、连接点P2、连接点P3、连接点P4)可被投影于一平面(例如：磁芯M1的一横切面)上，而线圈CL1的导线可以是从位于该平面的相对左上位置的连接点P1起始，以一第一方向(例如：顺时钟方向)沿磁芯M1的长边而绕线至位于该平面的相对右下位置的连接点P2，而线圈CL2的导线则可以是从位于该平面的相对左下位置的连接点P3起始，以相反于该第一方向的一第二方向(例如：逆时钟方向)沿磁芯M1的长边而绕线至位于该横切面的相对右上位置的连接点P4，因此线圈CL1和线圈CL2的导线的两端所连接的引脚皆位于对角线位置。

接着同时参照图1、图2A、图2B。在某些实施例中，如图2B所示，连接点P2和连接点P4可被整合为同一连接点PC1。更具体而言，由连接点P2和连接点P4所整合而成的连接点PC1可为一个单独的引脚，亦即，如图2A所示的该特殊电感器的两条导线可被整合于同一个引脚。因此，图2B所示由线圈CL1、线圈CL2、磁芯M1所形成的结构可为具有三个引脚的一电感器。

重新参照图1，变压器T1可包含缠绕同一磁芯的一线圈CL3和一线圈CL4，且其可为不具中心抽头的设计。线圈CL3的两端可分别包含一连接点P5和一连接点P6，且连接点P5和连接点P6可分别耦接于连接点P1和连接点P3。线圈CL4的两端可耦接于以太网物理层设备E1。

由于变压器T1的输入端和输出端非直接的连接，故其可为传输电路1提供相较于电容类元件更佳的直流隔离能力，并可使传输电路1满足IEEE针对网络变压器所订定的1500交流伏特(Vac)的耐受电压规范。此外，由于变压器T1可不具中心抽头，故其可和电感器同样具有可自动化生产的制程。在某些实施例中，各传输子电路中的变压器(例如：传输子电路11中的变压器T1)的电感值可介于60微亨(uH)和1毫亨(mH)之间。

图3是本发明的传输电路的另一实施方式的示意图，其是由图1所示的传输电路1所衍生而成。同时参照图1和图3，用于以太网的一传输电路2可同样包含传输子电路11、12、13、14，且各传输子电路的元件组成以及各传输子电路与以太网物理层设备E1及以太网连接设备E2之间的连接关系皆可与传输电路1相同，二者间的差异在于，传输电路2还可进一步包含一电容器C1。传输子电路11中的连接点P2、连接点P4以及传输子电路12、13、14中相应于连接点P2和连接点P4的连接点皆可耦接于电容器C1，而电容器C1可耦接于接地端G1。换言之，连接点P2、连接点P4以及传输子电路12、13、14中相应于连接点P2和连接点P4的连接点是通过电容器C1而耦接于接地端G1。

电容器C1可为传输电路2提供对地隔离的效果，以避免来自地面端的杂讯传回至信号线上。在某些实施例中，接地端G1可以是机壳接地(chassis ground)的形式。在某些实施例中，电容器C1的电容值可各自介于1皮法(pF)和100纳法(nF)之间。在某些实施例中，电容器C1的耐受电压可被设计为不低于500直流伏特(Vdc)，以维持差模阻抗及降低通道间信号串扰的功能。

图4是本发明的传输电路的另一实施方式的示意图，其是由图1所示的传输电路1所衍生而成。同时参照图1和图4，用于以太网的一传输电路3可包含四个传输子电路21、22、23、24以及电容器C1，且和传输电路1中的情形类似，传输子电路21、22、23、24的结构实质相同，且各自的输入和输出类型也相仿，故本文仅针对传输子电路21的结构进行详述，本领域技术人员可根据关于传输子电路21的叙述而清楚得知传输子电路22、23、24的相应结构和连接配置。

如同传输子电路11，传输子电路21也可包含线圈CL1、线圈CL2、磁芯M1、变压器T1。传输子电路21和传输子电路11不同之处在于，其还可包含一线圈CL5、一线圈CL6、一磁芯M2。线圈CL5可耦接于线圈CL1的连接点P1和线圈CL3的连接点P5之间，而线圈CL6可耦接于线圈CL2的连接点P3和线圈CL3的连接点P6之间。换言之，在传输子电路21的线圈CL3中，连接端点P5可以是经由线圈CL5而耦接于连接点P1，而连接点P6可以是经由线圈CL6而耦接于连接点P2。

图5A、图5B、图5C是本发明的传输电路中的线圈绕线方式的一实施方式的示意图。首先，同时参照图4和图5A。在某些实施例中，线圈CL5和线圈CL6是以相同方向共同缠绕磁芯M2。具体而言，线圈CL5可包含一连接点P7，线圈CL6可包含一连接点P8，且线圈CL5自连接点P7至连接点P5所缠绕磁芯M2的方向可和线圈CL6自连接点P8至连接点P6所缠绕磁芯M2的方向相同(例如，同为相对于磁芯M2的轴心方向的顺时钟方向)。

接着，同时参照图2A、图4、图5A、图5B。在某些实施例中，尽管线圈CL1和线圈CL2是以反方向缠绕磁芯M1，而线圈CL5和线圈CL6是以同方向缠绕磁芯M2，惟因线圈CL1和线圈CL2分别耦接于线圈CL5和线圈CL6，故于实务上，线圈CL1和线圈CL5可由同一导线实作出，而线圈CL2和线圈CL6亦可由同一导线实作出，且两条导线共同缠绕同一磁芯。举例而言，可依照图4所示的连接关系，将图2A所示的结构和图5A所示的结构整合成如图5B所示的结构，亦即，可将一第一导线(图中以实线呈现)以一第一方向缠绕该磁芯的一前段，并将一第二导线(图中以虚线呈现)以相反于该第一方向的一第二方向缠绕该前段，进而分别实作出线圈CL1和线圈CL2。同理，可将该第一导线继续以该第一方向缠绕该磁芯的一后段，或改以该第二方向缠绕该后段，并将该第二导线以相同于该第一导线的方向来缠绕该磁芯的该后段，进而实作出线圈CL5和线圈CL6。通过以同一磁芯及同一组导线来实作出线圈CL1、线圈CL2、线圈CL5、线圈CL6以及传输子电路22、传输子电路23、传输子电路24中相应的结构，可减少制造各传输子电路时的复杂度。再接着参照图5C。在某些实施例中，如前针对图2B所叙述，连接点P2和连接点P4可被整合为同一个连接点PC1，而连接点PC1可被实作成对应于连接点P2和连接点P4的一共同引脚。

图6是本发明的传输电路的另一实施方式的示意图，其是由图3和图4所示的传输电路2和传输电路3所共同衍生而成。同时参照图3、图4、图6，用于以太网的一传输电路4可包含传输电路2中的电容器C1之外，还可包含传输电路3中的传输子电路21、22、23、24。换言之，传输电路4结合了传输电路2和传输电路3的特点。藉此设计，相较于传输电路2和传输电路3，传输电路4兼具二者的优点以提供更进一步的共模滤波保护及阻抗匹配的功效。由于本领域技术人员可根据关于传输电路3的叙述内容而了解传输电路4中的传输子电路21、22、23、24的具体构造，故不赘述。

类似于传输电路2，在传输电路4中，传输子电路21中的连接点P2、连接点P4以及传输子电路22、23、24中相应于连接点P2和连接点P4的连接点皆可耦接于电容器C1，而电容器C1可耦接于接地端G1。换言之，连接点P2、连接点P4以及传输子电路22、23、24中相应于连接点P2和连接点P4的连接点是通过电容器C1而耦接于接地端G1。

综上所述，本发明中用于以太网的传输电路1、2、3、4不需通过人工绕线等方式来进行生产，具有可自动化生产的结构，且可提供以太网传输所需的信号耦合、直流隔离、突波保护等功能。因此，本发明的以太网传输电路确实有能力取代传统的以太网变压器，并且为以太网的传输提供更高的环境适应能力。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施方案及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范围。任何可由本领域中的技术人员轻易完成的改变或均等性的安排均属本发明所主张的范围，本发明请求保护的范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种用于以太网的传输电路，其特征在于，包含：

四个传输子电路，各所述传输子电路皆耦接于以太网物理层设备和以太网连接设备之间，各所述传输子电路皆用以传输以太网的一对差模信号，且各所述传输子电路皆包含：

第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的两端分别包含第一连接点和第二连接点，所述第二线圈的两端分别包含第三连接点和第四连接点，其中所述第一连接点和所述第三连接点皆耦接于所述以太网连接设备，且所述第二连接点和所述第四连接点皆耦接于接地端；

第一磁芯，其中所述第一线圈和所述第二线圈是以相反方向共同缠绕所述第一磁芯；以及

变压器，包含第三线圈和第四线圈，其中所述第三线圈的两端分别包含第五连接点和第六连接点，所述第五连接点和所述第六连接点分别耦接于所述第一连接点和所述第三连接点，且所述第四线圈的两端耦接于所述以太网物理层设备。

2.如权利要求1所述的传输电路，其特征在于，各所述传输子电路还包含第五线圈、第六线圈和第二磁芯，所述第五连接点是经由所述第五线圈而耦接至所述第一连接点，所述第六连接点是经由所述第六线圈而耦接至所述第二连接点，且所述第五线圈和所述第六线圈是以相同方向共同缠绕所述第二磁芯。

3.如权利要求1或2所述的传输电路，其特征在于，还包含第一电容器，所述第一电容器耦接于所述接地端以及各所述传输子电路中的所述第二连接点和所述第四连接点，且各所述传输子电路中的所述第二连接点和所述第四连接点是经由所述第一电容器而耦接于所述接地端。

4.如权利要求3所述的传输电路，其特征在于，所述第一电容器的耐受电压不低于500直流伏特。

5.如权利要求3所述的传输电路，其特征在于，所述第一电容器的电容值介于1皮法和100纳法之间。

6.如权利要求1所述的传输电路，其特征在于，各所述传输子电路中的所述变压器的电感值介于60微亨和1毫亨之间。