CN115133958A - 用于连接双芯数据电缆的中继器和数据连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连接双芯数据电缆的中继器，具有第一收发器和第二收发器，所述第一收发器具有用于双芯第一数据电缆的两个第一端子，所述第二收发器具有用于双芯第二数据电缆的两个第二端子，其中，所述第一收发器的接收输出端与所述第二收发器的发送输入端连接，并且所述第二收发器的接收输出端与所述第一收发器的发送输入端连接，电流获取模块，所述电流获取模块与所述第一端子连接并且设立用于从施加在第一端子上的信号中耦合输出直流电流，其中，所述电流获取模块通过供应线路和接地线路与所述第一和第二收发器连接，以便向所述第一和第二收发器供应直流电流。此外，本发明涉及一种具有多个双芯数据电缆的数据连接装置。

Description

用于连接双芯数据电缆的中继器和数据连接装置

技术领域

本发明涉及一种用于连接双芯数据电缆的中继器、特别是没有外部的电流供应引线的中继器，以及一种具有多个双芯数据电缆的数据连接装置。

背景技术

在自动化技术中和在车辆技术中、特别是在汽车制造中可以使用所谓的单对以太网（SPE），其能够实现简单的有利和稳健的布线。在此以太网连接通过具有仅两根芯线的铜电缆实现，从而可以实现低重量和低空间要求。相应的标准化例如由IEEE802.3bp（1000BASE-T1）、IEEE802.3bw（100BASE-T1）、IEEE802.3ch（2.5/5.0/10 GBASE-T1）和IEEE802.3cy（25/50/100GBASE-T1）给出。此外，还可以通过“数据线供电”（PoDL）向终端设备供电。为此，例如在IEEE 802.3bu和IEEE 802.3ch中规定了通过双芯以太网电缆并行提供能量（IEEE：电气和电子工程师协会）。

发明内容

根据本发明，提出了具有独立权利要求的特征的用于连接双芯数据电缆的中继器和借助于多个双芯数据电缆的数据连接装置。有利的设计方案是从属权利要求以及以下说明的主题。

本发明采用以下措施：在中继器（也称为再生器或信号放大器）中设置电流获取模块，所述电流获取模块与收发器（也称为发送接收器）连接，使得当与接收器连接的数据电缆与端点连接时，所述端点将直流电流馈入数据电缆中，中继器可以被供应电能。因此，可以省去中继器的用于电流输入的单独布线。这能够实现通过数据电缆完成的数据通信的、尤其是以太网连接的工作范围延长，而不必为中继器提供额外的电流供应，额外的电流供应需要空间并且导致更大的重量。因此，中继器和数据连接装置尤其是没有外部的电流供应引线的中继器或没有外部的电流供应引线的数据连接装置。

除了电流获取模块之外，中继器还包括第一收发器和第二收发器，所述第一收发器具有用于双芯的第一数据电缆的两个第一端子（即，两个芯线中的每个芯线可以与两个第一端子中的一个第一端子导电连接）和第二收发器，所述第二收发器具有用于双芯的第二数据电缆的两个第二端子。所述第一收发器的接收输出端与所述第二收发器的发送输入端连接，并且所述第二收发器的接收输出端与所述第一收发器的发送输入端连接。由此，实现了中继器的重复功能或信号再生功能。特别地规定使用以太网收发器。收发器也称为PHY。收发器的配置例如以 固定布线的电阻配置在电路板上进行。

为了实现上述效果，电流获取模块与第一端子连接并且设立用于从施加在第一端子上的信号中耦合输出用于向中继器供电的直流电流，其中电流获取模块通过供应线路和接地线路与第一和第二收发器连接，以便向它们供应直流电流。

优选地中继器还包括电流馈入模块，所述电流馈入模块与供应线路和接地线路连接，其中，电流馈入模块与第二端子连接并且设立用于将用于给后续单元供电的直流电流耦合输入到施加在第二端子上的信号中。这不仅能够实现中继器本身，而且也能够通过下一数据电缆向其它中继器或端点供应电流或能量。

优选地电流获取模块和必要时电流馈入模块包括滤波器元件。通过滤波器元件能够实现直流电压信号与数据信号的去耦。滤波器可以由耦合电感和缓冲电容器构成、即作为 LC 环节。根据相应的技术条件，如果数据线路上的直流电流与其叠加的信号电压的分离不充分或者馈入的电流供应的质量不足，则可以相继连接多个LC环节。

电流获取模块和必要时电流馈入模块优选是根据标准IEEE 802.3bu“用于单个的双绞线以太网（100BASE-T1）的数据线供电（PoDL）”的模块或组件、即所谓的PD（供电设备）组件或PSE（电源设备）组件。收发器和数据电缆优选地符合标准IEEE 802.3bw、“用于汽车应用的单个的双绞线的100BASE-T1-100Mbit/s以太网”，或符合标准IEEE 802.3bp，或更一般地符合SPE标准（单对以太网标准）。作为数据电缆，优选使用根据IEC 61156（IEC：国际电工委员会）的双芯电缆。通过使用符合标准的结构元件，可以实现高兼容性，这种结构元件也可以成本低廉地提供。

优选地中继器包括壳体，收发器、电流获取模块和必要时电流馈入模块安置在壳体中，其中，在壳体中优选集成有用于将收发器的端子与数据电缆连接的插接连接件。通过壳体实现了免受环境影响的保护。壳体尤其由不导电的材料、例如塑料构成。

根据本发明的数据连接装置包括第一端点和第二端点，所述第一端点和第二端点分别包括端点收发器，其中，所述端点通过多个双芯数据电缆相互连接，所述双芯数据电缆分别借助根据本发明的中继器连接。因此，两个数据电缆分别借助根据本发明的中继器彼此连接（即，在多于两个待连接的数据电缆的情况下相应地设置多个根据本发明的中继器）。第一端点中的端点收发器与数据电缆的第一数据电缆的芯线连接，并且第二端点中的端点收发器与数据电缆的最后一数据电缆的芯线连接。所述第一端点具有端点电流馈入模块，所述端点电流馈入模块与所述第一数据电缆的芯线连接，以便耦合输入向中继器供电的直流电流。

优选地第二端点包括端点电流获取模块，所述端点电流获取模块与最后一数据电缆的芯线连接，以便耦合输出直流电流。以这种方式，允许通过第一端点向第二端点供电。适宜地，在这种情况下，包含在数据连接装置中的所有中继器应包括电流馈入模块。

术语“连接”在本申请的范围内指的是导电连接，除非另有说明或从上下文中可以清楚地看出它不是导电连接。

本发明的其他优点和设计方案由说明书和附图得出。

本发明借助于实施例在附图中示意性地示出并且在下文中参考附图来描述。

附图说明

图1示出了根据本发明的优选实施方式的用于连接双芯数据电缆的中继器；和

图2示出了根据本发明的优选实施方式的数据连接装置。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的优选实施方式的中继器2。中继器设立用于将第一双芯数据电缆4与第二双芯数据电缆5连接以进行数据通信。

所述中继器2具有第一收发器6和第二收发器7或第一和第二发送接收器。收发器分别具有用于与数据电缆的两个芯线连接的两个端子8、9，使得收发器可以从数据电缆接收数据信号并且通过数据电缆发送数据信号。收发器的接收输出端RX在此与相应另一个收发器的发送输入端TX连接。在接收输出端RX和发送输入端之间绘制的连接10、11通常分别表示多个导电连接。由一个收发器经由与所述收发器连接的数据电缆接收的（并且解码成相应的位序列的）数据信号可以通过在接收输出端RX和发送输入端TX之间的连接传输到另一收发器上并且由所述另一收发器（以编码的形式）作为数据信号在与所述另一收发器连接的数据电缆上发送。以这种方式实现了收发器的数据信号再生功能。可以设置另外的导电连接12，通过所述另外的导电连接在收发器之间传输另外的信息、例如时钟信号。也可以设置另外的结构元件。对于收发器，可以分别设置石英振荡器、尤其是具有高精度的25MHz石英振荡器连同相关联的电路（例如用于石英的谐波特性的稳定电容器）。此外，叠加在信号交流电压上的直流电压可以利用高信号品质的电容器被收发器的输入端阻断。

优选地设置使用以太网和以太网收发器，即所谓的“以太网PHY”，例如根据100BASE-T1。特别地设置使用汽车以太网。在这种情况下，（以太网）收发器之间的上述连接也被称为“MII反向模式”。

中继器2包括与第一收发器6的端子8连接的电流获取模块14。电流获取模块14设立用于从施加在第一数据电缆4的芯线之间的电压信号中耦合输出直流电流。电流获取模块14还包括滤波器元件18、19，所述滤波器元件分别与第一收发器的端子8中的一个端子连接，并且所述滤波器元件尤其能够分别具有电感、尤其LC环节。在此，通过滤波器元件18耦合输出供应电压或者电位并且施加到中继器中的供应线路22（供应电压线路）上。通过另一滤波器元件19耦合输出接地电位Vss或接地线并且施加到中继器中的接地线路24上。相应地，耦合输出等于供应电压与接地电位之间的电压差的直流电压（供应电压）。高频数据信号（例如在100BASE-T1中以太网>10MHz、例如33MHz的情况下）通过滤波器元件从施加在供应或接地线路上的电压信号中被滤波。在收发器侧，端子可以与电容器连接，以便将直流电压与由收发器接收或产生的数据信号分离。本功能描述假设相应的电压耦合输入到与第一收发器连接的数据电缆中、特别是通过端点或通过布置在端点和中继器之间的另一中继器中的电流馈入模块。

收发器6、7与供应线路22和接地线路24导电连接，使得直流电流可以用于为收发器6、7供电。

中继器2优选包括电流馈入模块16，所述电流馈入模块与第二收发器7的端子9连接。电流馈入模块16设立用于将供应线路22和接地线路24之间的直流电流或直流电压耦合输入到第二数据电缆5中或耦合输入到施加在第二数据电缆的芯线之间的信号中。电流馈入模块16包括滤波器元件20、21，所述滤波器元件分别与第二收发器的端子9中的一个端子连接，并且所述滤波器元件尤其能够分别具有电感、尤其LC环节。在此，一个滤波器元件20与供应线路22连接，并且另一个滤波器元件21与接地线路24连接。

在图1中还绘出箭头，为了形象地说明所述箭头表示通过中继器和数据电缆的直流电流。

此外，中继器2可以包括壳体26，在壳体中收发器6、7、电流获取模块14、必要时电流馈入模块16和连接这些元件的电线路特别是安置在电路板（例如PCB）上。数据电缆4、5与收发器的端子8、9的电连接可以直接地、例如借助于钎焊连接或者优选借助于插接连接件来实现。未进一步示出的插接连接件尤其可以集成到壳体中。插接连接件和数据电缆上的与之互补的插头优选地具有不对称的形状，以便防止极性反转。

图2示出了根据本发明的优选实施方式的数据连接装置30，其中，示出了用于借助于双芯数据电缆34、35、36（例如根据IEC 61156的双芯电缆）在第一端点32和第二端点33之间进行数据通信的连接。所述连接示例性地通过三个数据电缆建立，所述数据电缆借助根据本发明的实施方式的中继器38、39连接，所述中继器例如对应于图1的中继器2。更具体地，在所述连接中设置有根据本发明的实施方式的第一中继器38和第二中继器39，所述第一中继器和第二中继器分别将数据电缆中的两个数据电缆彼此连接。所述端点可以设置在计算单元中、例如计算机中或在机动车或其他机械装置中的控制设备中，以便能够实现在计算单元之间的数据交换。

当然，也可以不同数量的数据电缆和中继器、例如两个数据电缆，两个数据电缆与一个中继器连接或四个数据电缆，四个数据电缆与三个中继器连接等。在此，第一数据电缆相应连接到第一端点上，并且最后的数据电缆连接到第二端点上。数据电缆的数量以及因此中继器的数量基本上由端点之间的距离和数据电缆的长度确定。数据电缆的长度又由数据通信方法在物理层面（OSI模型中的物理层或层1）上的技术条件确定、例如信号的发送强度。特别地，根据以太网规范IEEE 802.3bw，数据电缆的长度可以分别为15m。

在第一端点32中设置有端点收发器40，所述端点收发器与第一数据电缆34，即第一数据电缆的芯线连接。此外，在第一端点32中设置有端点电流馈入模块42，所述端点电流馈入模块同样与第一数据电缆的芯线连接并且设立用于在芯线之间施加或产生直流电压并且耦合输入或提供相应的直流电流。为此，再次设置滤波器元件，如结合中继器的电流馈入模块所描述的那样。因此，通过第一端点中的端点电流馈入模块42提供经由第一数据电缆的供电。第一端点中的端点电流馈入模块42本身又通过第一端点的未进一步示出的电流供应或电压供应被供应待馈入的电流、例如通过计算单元，在所述计算单元中包含第一端点。

第一数据电缆34与第一中继器38连接，第一中继器又与第二数据电缆35连接。同样地，第二数据电缆35与第二中继器39连接，第二中继器又与第三数据电缆36连接。在此端子分别如此布置，使得第一中继器38同样在第二数据电缆35中提供在第一数据电缆34中由第一端点32提供的电流供应，并且可选地第二中继器39同样在第三数据电缆36中提供在第二数据电缆35中提供的电流供应。在此，在第一中继器38中，电流获取模块与第一数据电缆的芯线连接并且电流馈入模块与第二数据电缆的芯线连接（如结合图1所描述的）。同样地，在第二中继器39中，电流获取模块与第二数据电缆35的芯线连接，并且如果存在，电流馈入模块与第三数据电缆的芯线连接。在距离第一端点32最远（沿着数据电缆）的中继器、在此是第二中继器中，如果不希望第二端点33的电流供应，则可以相应省去电流馈入模块。因此，在距离第一端点最远的中继器中，如果端点33具有自身的电流供应46，则可以相应省去电流馈入模块。

在第二端点33中设置有端点收发器44，所述端点收发器与第三数据电缆36，即与第三数据电缆的芯线连接、例如通过插头或也直接连接。此外，在第二端点33中可选地设置有端点电流获取模块46，所述端点电流获取模块同样与第三数据电缆36的芯线连接并且设立用于耦合输出芯线之间的直流电压并且获取相应的直流电流，例如以便至少部分地向第二端点供应电能。在这种情况下，第二中继器39也包括电流馈入模块。

Claims (9)

1.用于连接双芯数据电缆（4、5）的中继器（2），具有：

第一收发器（6）和第二收发器（7），所述第一收发器具有用于双芯第一数据电缆（4）的两个第一端子（8），所述第二收发器具有用于双芯第二数据电缆（5）的两个第二端子（9），其中，所述第一收发器的接收输出端（RX）与所述第二收发器的发送输入端（TX）连接，并且所述第二收发器的接收输出端（RX）与所述第一收发器的发送输入端（TX）连接；

电流获取模块（14），所述电流获取模块与所述第一端子连接并且设立用于从施加在第一端子上的信号中耦合输出直流电流；

其中，所述电流获取模块（14）通过供应线路（22）和接地线路（24）与所述第一和第二收发器（6、7）连接，以便向所述第一和第二收发器供应直流电流。

2.根据权利要求1所述的中继器，具有：

电流馈入模块（16），所述电流馈入模块与所述供应线路（22）和所述接地线路（24）连接；其中，所述电流馈入模块与所述第二端子（9）连接并且设立用于将所述直流电流耦合输入到施加在第二端子上的信号中。

3.根据前述权利要求中任一项所述的中继器，其中，所述电流获取模块（14）和就根据权利要求2而言所述电流馈入模块（16）具有滤波器元件（18、19、20、21）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的中继器，其中，所述电流获取模块（14）是根据IEEE 802.3bu的供电设备组件并且就根据权利要求2而言所述电流馈入模块（16）是根据IEEE 802.3bu的电源设备组件。

5.根据前述权利要求中任一项所述的中继器，其中，所述第一和所述第二收发器（6、7）是以太网收发器、优选根据IEEE 802.3bw或IEEE 802.3bp。

6.根据前述权利要求中任一项所述的中继器，具有壳体（26），所述收发器（6、7）、所述电流获取模块（14）和就根据权利要求2而言所述电流馈入模块（16）安置在所述壳体中；其中，在所述壳体中优选布置有用于将所述收发器的端子与所述数据电缆连接的插接连接件。

7.数据连接装置（30），具有：

分别包括端点收发器（40、44）的第一端点（32）和第二端点（33）；

其中，所述端点通过多个双芯数据电缆彼此连接，其中多个双芯数据电缆（34、35、36）中的两个双芯数据电缆分别借助根据前述权利要求中任一项所述的中继器（38、39）连接；

其中，所述第一端点中的端点收发器（40）与多个双芯数据电缆的第一双芯数据电缆（34）的芯线连接，并且所述第二端点中的端点收发器与多个双芯数据电缆的最后一双芯数据电缆（36）的芯线连接；和

其中，所述第一端点具有端点电流馈入模块（42），所述端点电流馈入模块与所述第一数据电缆（34）的芯线连接，以便耦合输入所述直流电流。

8.根据权利要求7所述的数据连接装置，其中，所述第二端点（33）具有端点电流获取模块（46），所述端点电流获取模块与所述最后一数据电缆（36）的芯线连接，以便耦合输出所述直流电流。

9.根据权利要求7或8中任一项所述的数据连接装置，其中，所述数据电缆（34、35、36）是根据IEC 61156的双芯电缆。

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