CN116155644A - 一种EtherCAT从站装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种EtherCAT从站装置及电子设备，包括从站控制芯片、至少两个PHY芯片、与PHY芯片一一对应的网络变压器、至少一个第一信号排针和外壳体；外壳体的第一端设置有与网络变压器的数量相同的网络接口，外壳体的第二端设置有至少一个排针通孔；从站控制芯片、至少两个PHY芯片和至少两个网络变压器设置于外壳体内；每一网络接口与对应的网络变压器连接，每一网络变压器与对应的PHY芯片连接，每个PHY芯片均与从站控制芯片的第一端相连；从站控制芯片的第二端与至少一个第一信号排针连接，第一信号排针经对应的排针通孔延伸至外壳体外，能够解决设计EtherCAT从站装置成本较大的问题，降低设计EtherCAT从站装置的成本投入，提高设计EtherCAT从站装置的工作效率。

Description

一种EtherCAT从站装置及电子设备

技术领域

本申请实施例涉及以太网总线通信技术领域，尤其涉及一种EtherCAT从站装置及电子设备。

背景技术

随着电子和通信技术的进步，工业自动化控制由传统的点对点的集中控制模式逐渐转变为基于网络化的现场总线通信控制模式。现场总线控制系统将工业现场的控制设备和监测设备等通过串行信号的方式集成在一个通信网络中，具有全数字、双向和串行多节点等优点。基于工业以太网的现场总线通信系统可以实现百兆以太网的高速和低抖动的控制，广泛应用于各种高速高精度的运行控制系统中。

EtherCAT是一种基于工业以太网的现场总线协议，其因广泛的适用性、刷新周期短和同步性能好等优点，已在各类控制系统中得到广泛的认可和应用。EtherCAT系统是一种高性能工业以太网现场总线系统，一个完整的EtherCAT系统由一个EtherCAT主站装置和至少一个EtherCAT从站装置组成。EtherCAT从站装置的核心部分有三层，包括物理层、数据链路层和应用层。其中，物理层通过普通的以太网PHY芯片实现，数据链路层通过从站控制芯片实现，应用层则通过微控制器实现。

现有的EtherCAT从站装置，针对应用层需要单独基于微控制器构建外围电路，针对数据链路层需要基于从站控制芯片构建外围电路，则在搭建EtherCAT从站装置时，需要考虑从站控制芯片和微控制器的通信方式、从站控制器与PHY芯片的通信方式以及从站控制芯片的配置等，因而需要耗费较大的资金成本。若在配置上出错，还要面临改版的风险，大大延长了EtherCAT从站装置的研发周期，研发效率低，耗费较大的人工成本。

发明内容

本申请实施例提供一种EtherCAT从站装置及电子设备，能够解决设计EtherCAT从站装置成本较大的问题，降低设计EtherCAT从站装置的成本投入，提高设计EtherCAT从站装置的工作效率。

在第一方面，本申请实施例提供了一种EtherCAT从站装置，包括从站控制芯片、至少两个PHY芯片、与所述PHY芯片一一对应的网络变压器、至少一个第一信号排针和外壳体；

所述外壳体的第一端设置有与所述网络变压器的数量相同的网络接口，所述外壳体的第二端设置有至少一个排针通孔；

所述从站控制芯片、至少两个PHY芯片和至少两个网络变压器设置于所述外壳体内；

每一网络接口与对应的网络变压器连接，每一网络变压器与对应的PHY芯片连接，每个所述PHY芯片均与所述从站控制芯片的第一端相连；

所述从站控制芯片的第二端与所述至少一个第一信号排针连接，所述第一信号排针经对应的排针通孔延伸至所述外壳体外。

进一步的，所述第一信号排针包括第一SP I信号排针、第一复位信号排针、第一分布时钟信号排针和第一EEPROM信号排针。

进一步的，所述从站控制芯片、所述PHY芯片和第二信号排针置于第一电路板，所述网络变压器置于第二电路板；

每一网络变压器通过第二信号排针与对应的PHY芯片连接。

进一步的，所述第二信号排针包括第二SP I信号排针、第二复位信号排针、第二分布时钟信号排针、第二EEPROM信号排针和MD I信号排针。

进一步的，所述从站控制芯片的第一端开设有M I I和/或MD I O接口；

每一所述PHY芯片与所述从站控制芯片的第一端对应的M I I和/或MD I O接口连接。

进一步的，所述从站控制芯片为AS I C集成芯片。

进一步的，所述每一网络接口通过MD I信号线与对应的网络变压器连接。

进一步的，所述网络接口为RJ45接口。

进一步的，所述装置还包括网络连接指示灯和数据传输指示灯；

所述网络连接指示灯和所述数据传输指示灯均安装于所述第二电路板，并与所述PHY芯片连接；

所述外壳体开设有所述网络连接指示灯和所述数据传输指示灯对应的出光口。

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括上述所述的EtherCAT从站装置及电子设备。

本申请实施例通过在外壳体的第一端设置有与网络变压器的数量相同的网络接口，在外壳体第二端设置有至少一个排针通孔，将从站控制芯片、至少两个PHY芯片和至少两个网络变压器置于外壳体内，每一网络接口与对应的网络变压器连接，每一网络变压器与对应的PHY芯片连接，每个PHY芯片均与从站控制芯片的第一端相连，使得在设计EtherCAT从站装置无需考虑从站控制芯片与PHY芯片之间的电路设计，也无需考虑对从站控制芯片的相关硬件配置，降低设计EtherCAT从站装置的设计难度和成本投入，缩短产品开发周期，提高设计EtherCAT从站装置的工作效率。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种EtherCAT从站装置的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种EtherCAT从站装置的外壳体的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种EtherCAT从站装置与外部控制芯片的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

EtherCAT是一种基于工业以太网的现场总线协议，其因广泛的适用性、刷新周期短和同步性能好等优点，已在各类控制系统中得到广泛的认可和应用。EtherCAT系统是一种高性能工业以太网现场总线系统，一个完整的EtherCAT系统由一个EtherCAT主站装置和至少一个EtherCAT从站装置组成。EtherCAT从站装置的核心部分有三层，包括物理层、数据链路层和应用层。其中，物理层通过普通的以太网PHY芯片实现，数据链路层通过从站控制芯片实现，应用层则通过微控制器实现。

图1是本申请实施例提供的一种EtherCAT从站装置的结构示意图，图2是本申请实施例提供的一种EtherCAT从站装置的外壳体的结构示意图，参照图1和图2，该EtherCAT从站装置10包括从站控制芯片11、至少两个PHY芯片12、与PHY芯片12一一对应的网络变压器13、至少一个第一信号排针14和外壳体15。外壳体15的第一端设置有与网络变压器13的数量相同的网络接口16，外壳体15的第二端设置有至少一个排针通孔。从站控制芯片11、至少两个PHY芯片12和至少两个网络变压器13设置于外壳体15内，每一网络接口16与对应的网络变压器13连接，每一网络变压器13与对应的PHY芯片12连接，每个PHY芯片12均与从站控制芯片11的第一端相连。其中，每一网络接口16通过MD I信号线与对应的网络变压器13连接。从站控制芯片11的第一端开设有M I I和/或MD I O接口，每一PHY芯片12与从站控制芯片11的第一端对应的M I I和/或MD I O接口连接。从站控制芯片11的第二端与至少一个第一信号排针14连接，第一信号排针14经对应的排针通孔延伸至外壳体15外。

需要说明的是，从站控制芯片11可以是AS I C集成芯片。

需要说明的是，网络接口16可以是RJ45接口。

通过在外壳体15的第一端设置有与网络变压器13的数量相同的网络接口16，在外壳体15第二端设置有至少一个排针通孔，将从站控制芯片11、至少两个PHY芯片12和至少两个网络变压器13置于外壳体15内，每一网络接口16与对应的网络变压器13连接，每一网络变压器13与对应的PHY芯片12连接，每个PHY芯片12均与从站控制芯片11的第一端相连，使得在设计EtherCAT从站装置10无需考虑从站控制芯片11与PHY芯片12之间的电路设计，也无需考虑对从站控制芯片11的相关硬件配置，降低设计EtherCAT从站装置10的设计难度和成本投入，缩短产品开发周期，提高设计EtherCAT从站装置10的工作效率；此外，通过外壳体15包裹使得EtherCAT从站装置10模块化，提高了内部电路的电磁抗扰性能，同时抑制内部电路对外部的电磁干扰辐射，提高EtherCAT从站装置10的安全性。

参照图1和图2，第一信号排针14包括第一SP I信号排针、第一复位信号排针、第一分布时钟信号排针和第一EEPROM信号排针。

从站控制芯片11、PHY芯片12和第二信号排针17置于第一电路板PCB1，网络变压器13置于第二电路板PCB2，每一网络变压器13通过第二信号排针17与对应的PHY芯片12连接。第二信号排针17包括第二SP I信号排针、第二复位信号排针、第二分布时钟信号排针、第二EEPROM信号排针和MD I信号排针。

在一实施例中，EtherCAT从站装置10还包括网络连接指示灯(图中未示出)和数据传输指示灯(图中未示出)。网络连接指示灯和数据传输指示灯均安装于第二电路板PCB2，并与PHY芯片12连接。外壳体15开设有网络连接指示灯和数据传输指示灯对应的出光口。

在一实施例中，EtherCAT从站装置10还包括网络连接指示灯(图中未示出)和数据传输指示灯(图中未示出)。网络连接指示灯和数据传输指示灯均安装于第一电路板PCB1，并与PHY芯片12连接。外壳体15开设有网络连接指示灯和数据传输指示灯对应的出光口。

图3是本申请实施例提供的一种EtherCAT从站装置与外部控制芯片的连接示意图，参照图3，该EtherCAT从站装置10通过第一信号排针14与外部控制芯片20连接，其中第一信号排针14包括第一信号排针14包括第一SP I信号排针、第一复位信号排针、第一分布时钟信号排针和第一EEPROM信号排针。将从站控制芯片11、网络变压器13和PHY芯片12进行集成，形成EtherCAT从站装置10，实现从数据链路层到物理层进行了完整的封装，EtherCAT从站装置10内部完成了数据链路层到物理层的所有硬件设计，当使用本申请实施例提供的EtherCAT从站装置10进行开发设计时，则不需要考虑数据链路到物理层的硬件设计问题，仅需要处理外部控制芯片20与EtherCAT从站装置10之间的连线即可。外部控制芯片20与EtherCAT从站装置10之间通过第一信号排针14实现连线，其中第一信号排针14包括第一信号排针14包括第一SP I信号排针、第一复位信号排针、第一分布时钟信号排针和第一EEPROM信号排针，其中第一SP I信号排针包括SP I通信时钟排针、SP I通信片选排针、SP I通信数据输入排针、SP I通信数据输出排针和SP I通信数据中断排针等。上述，当使用本申请实施例提供的EtherCAT从站装置10进行开发设计时，大大减少了设计难度，降低设计出错概率，缩短产品开发周期。

在一实施例中，该EtherCAT从站装置10高度集成，尺寸长宽高仅为38.5*32.42*13.5(mm)，可以减少EtherCAT从站装置10的电路板(PCB)的尺寸，从而降低材料成本。此外，该EtherCAT从站装置10通过外壳体15形成金属屏蔽罩，使得该EtherCAT从站装置10通过金属屏蔽罩进行包裹，可以提高EtherCAT从站装置10的电磁抗扰性能以及降低EtherCAT从站装置10对外的电磁干扰，提高EtherCAT从站装置10的使用安全性。

上述，通过在外壳体的第一端设置有与网络变压器的数量相同的网络接口，在外壳体第二端设置有至少一个排针通孔，将从站控制芯片、至少两个PHY芯片和至少两个网络变压器置于外壳体内，每一网络接口与对应的网络变压器连接，每一网络变压器与对应的PHY芯片连接，每个PHY芯片均与从站控制芯片的第一端相连，使得在设计EtherCAT从站装置无需考虑从站控制芯片与PHY芯片之间的电路设计，也无需考虑对从站控制芯片的相关硬件配置，降低设计EtherCAT从站装置的设计难度和成本投入，缩短产品开发周期，提高设计EtherCAT从站装置的工作效率；此外，通过外壳体包裹使得EtherCAT从站装置模块化，提高了内部电路的电磁抗扰性能，同时抑制内部电路对外部的电磁干扰辐射，提高EtherCAT从站装置的安全性。

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括上述所述的EtherCAT从站装置。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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，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。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申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

需要说明的是，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，根据本申请的技术方案及其申请构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种EtherCAT从站装置，其特征在于，包括：从站控制芯片、至少两个PHY芯片、与所述PHY芯片一一对应的网络变压器、至少一个第一信号排针和外壳体；

所述外壳体的第一端设置有与所述网络变压器的数量相同的网络接口，所述外壳体的第二端设置有至少一个排针通孔；

所述从站控制芯片、至少两个PHY芯片和至少两个网络变压器设置于所述外壳体内；

每一网络接口与对应的网络变压器连接，每一网络变压器与对应的PHY芯片连接，每个所述PHY芯片均与所述从站控制芯片的第一端相连；

所述从站控制芯片的第二端与所述至少一个第一信号排针连接，所述第一信号排针经对应的排针通孔延伸至所述外壳体外。

2.根据权利要求1所述的EtherCAT从站装置，其特征在于，所述第一信号排针包括第一SPI信号排针、第一复位信号排针、第一分布时钟信号排针和第一EEPROM信号排针。

3.根据权利要求1所述的EtherCAT从站装置，其特征在于，所述从站控制芯片、所述PHY芯片和第二信号排针置于第一电路板，所述网络变压器置于第二电路板；

每一网络变压器通过第二信号排针与对应的PHY芯片连接。

4.根据权利要求3所述的EtherCAT从站装置，其特征在于，所述第二信号排针包括第二SPI信号排针、第二复位信号排针、第二分布时钟信号排针、第二EEPROM信号排针和MDI信号排针。

5.根据权利要求1所述的EtherCAT从站装置，其特征于，所述从站控制芯片的第一端开设有MII和/或MDIO接口；

每一所述PHY芯片与所述从站控制芯片的第一端对应的MII和/或MDIO接口连接。

6.根据权利要求1所述的EtherCAT从站装置，其特征于，所述从站控制芯片为ASIC集成芯片。

7.根据权利要求1所述的EtherCAT从站装置，其特征于，所述每一网络接口通过MDI信号线与对应的网络变压器连接。

8.根据权利要求1所述的EtherCAT从站装置，其特征于，所述网络接口为RJ45接口。

9.根据权利要求3所述的EtherCAT从站装置，其特征于，所述装置还包括网络连接指示灯和数据传输指示灯；

所述网络连接指示灯和所述数据传输指示灯均安装于所述第二电路板，并与所述PHY芯片连接；

所述外壳体开设有所述网络连接指示灯和所述数据传输指示灯对应的出光口。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的EtherCAT从站装置。

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