CN1369145A - 电源线数据网络滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种电源线滤波器,连接至单相电源线(110－230VAC,50－60Hz),在连接到作为网络介质的主电源线的网络节点之间,用于传输家用PNA型家用网络信号。该滤波器包括第一和第二电阻器(R1,R2),用于限制来自主电源线的电流;一个通过二极管电路(30),用于将电压限制到预定值,并消除主电源的瞬时能量。一对X2型电容器(C1,C2),用于通过1Mhz或更高频率的家用PNA信号,而阻挡50－60Hz的主电源信号。一扼流型电感器(32),用于通过短路电源信号而消除残存的在50－60Hz范围的高压信号,而且对于1MHz范围的信号具有高阻抗,以使家用PNA信号被安全地传到家用网络物理层收发机的RJ－11连接器。

Description

电源线数据网络滤波器
发明背景
发明领域
本发明涉及网络接口，尤其涉及经由家用电源线传输高速网络信号的方法和系统。
相关技术说明
局域网络使用网络电缆或其它媒体联机至网络上的各站点。各局域网络架构使用媒体存取控制(MAC)而使得于各站点的网络适配卡能够共享存取于媒体。已有的局域网络架构使用依照半双工或全双工以太网络(ANSI/IEEE标准802.3)协议操作的媒体存取控制器，该协议使用规定的网络媒体，譬如10BASE-T。
现正努力发展一种架构使得计算机可使用已有的双绞电话线来代替已建立的如10BASE-T的局域网络媒体而共同联机。例如，“家用电话线网络联盟(HomePNA)”现正努力采用使用电话线路以施行家用网络的标准。然而，可能发生的情况是，使用电话线来作网络媒体并不能达到所欲的目的。
发明概述
因此需要有一种配置可提供替代的方案来施行于家用计算机网络而不须使用如10BASE-T或电话线媒体的已有网络媒体。尤其是，需要一种配置可使用现有的用户装置电源线而施用家用网络。
还需要有一种配置可使用现有的用户装备电源线而施用家用网络，此电源线保护任何相关于电源线的问题，包括保护防止高压状况。还需要有一种配置能够使用用户装置电源线而施用家用网络，该电源线上的信号状况为家用网络信号，操作于至少每秒一兆位(1Mb/s)数据率时有最佳的状况。
本发明通过配置滤波器让从用户装置电源线来的家用网络信号通过至主计算机而可达成这些和其它的要求。
依照本发明的一个方面，提供一种滤波器，让从具有电源供应线和中性线的用户装置电源线来的家用网络信号通过至主计算机，此滤波器并配置用来供应电源信号。此滤波器包括第一和第二电容器，各电容器具有输入终端和输出终端，该第一和第二电容器配置用来将于输入终端接收的电源信号滤波并传送至输出终端，该电源信号为分别由电源供应线和中性线供应的家用网络信号。滤波器还包括电感器配置用来将于输出终端并已通过这些电容器的残余电源信号短路，以及保护电路配置用来限制于输入终端于电源信号的能量使至规定的门限值。使用保护电路用来限制于输入终端于电源信号的能量，确保在家用网络接收器内的接收器电路以保护免受可能发生在电源线上的瞬时峰值电压。再者，电感器确保当维持住家用网络信号时可将任何已通过第一和第二电容器的残余电源信号短路。因此，电感器使得于电源信号频率一个接近于0的电压状况维持于滤波器的输出端，使得网络接口能取得从滤波器来的家用网络信号。
本发明另一个方面提供一种滤波家用网络信号的方法，此家用网络信号由具有电源供应线和中性线并配置用来供应电源信号的用户装备电源线送来。此方法包括，将由用户装备电源线供应的信号通过配置用来限制能量至规定限制值的保护电路；经由第一和第二串接电容器将已通过保护电路的电源信号滤波，该第一和第二串接的电容器配置用来滤波分别在电源供应线和中性线上的电源信号；以及通过家用网络信号；和将任何已通过该第一和第二串接的电容器和通过家用网络信号的残存的电源信号短路。将残存的电源信号短路能确保所有的高压电源信号从家用网络信号消除，而使得网络接口装置可安全地取得家用网络信号。
本发明的其它优点和新颖特征将部份提出说明于下文中，而此提出说明的部份对本领域的一般技术人员而言可通过检验下列的说明而变得很清楚，或通过实验本发明而了解本发明。本发明的优点可以通过特别在所附权利要求中指出的手段及其组合而得以实现和获得。
附图说明
请参照附图，其中各图中具有相同参考号码指示的组件，表示相似的组件，其中：
图1为显示依照本发明实施例，施行于用户装备位置，使用电源线作为网络媒体的局域网络的方块图。
图2显示依照本发明实施例，图1中电源线滤波器的细节。
本发明的最佳实施方案
图1为依照本发明实施例，施行于家用环境使用用户装备电源线12的以太网(IEEE 802.3)局域网络10的附图。各用户装备电源线12a、12b、和12c为单相电源线，耦接到可用于用户装备网络的主分配盒16。例如，用户装备电源线12a具有电源供应线Vs1、中性线(N)、和地线(GND)；用户装备电源线12b具有电源供应线Vs2、中性线(N)、和地线(GND)；和用户装备电源线12c具有电源供应线Vs3、中性线(N)、和地线(GND)。如本领域技术人员所熟知的，电源供应线Vs1、Vs2、Vs3能够有不同的相位，例如分离120度。因此，各个用户装备电源线12a、12b、和12c可用作为个别的共享网络媒体，但还可由耦接网络而进行相位耦接。
各电源线12使用于对应的节点组配置用来发送和接收家用网络信号。例如，网络节点14a和14b配置用来发送和接收在彼此横越电源线12a之间的家用网络信号。同样地，节点14c、14d、和14e配置用来发送家用网络信号经由用户装备电源线12b而彼此通达。节点14f和14g配置用来发送和接收家用网络信号经用户装备电源线12c而彼此通达。如本领域技术人员所熟知的，各节点可用作为计算机工作站、打印机、具有高速网际网络存取的计算机，等等。或者，任何其中一个节点14，还可用作为智能型消费者电子产品，例如视频摄录象机、数字视频光盘(DVD)播放机、和在给定数据率内的产品等等。
各节点14包括滤波器20，配置用来通过家用PNA型网络信号，并滤波供应于对应电源线12的电源信号，将如下所述。家用网络信号供应至配置用来发送和接收家用网络信号的物理层(PHY)收发器22，此网络信号依照家用电话线网络联盟(HomePNA)规格1.0。家用PHY 22从家用网络信号中获得数字封包数据，并将此封包数据经由媒体独立接口(MII)送至依照IEEE 802.3的媒体存取控制器(MAC)24。MAC 24依照IEEE 802.3协议而发送和接收数据封包，并将接收的封包传送至工作站14的操作系统(OS)26。
如上所述，需要一种替代的配置方式使能用其RJ-11型连接器而将物理层(PHY)收发器22连接至电源线12。然而，连接RJ-11型连接器至主电源会引起相关的一般出现在电源线12上的高压危害。此外，电源线12并非配置用来发送和接收数据，因此会受到相关的网络信号频率的电磁干扰。因此之故，由于连接到例如衰减器、马达等的装置上，电源线12可能会有不同频谱密度的噪声电压，以及可能危害到物理层收发器22的瞬时高能。
依照所揭示的实施例，滤波器20特别设计成可完全滤除从家用PNA网络信号来的电源信号，以及任何可表现于电源信号频谱范围的电压峰值或瞬时信号。
图2为方块图显示依照本发明实施例的图1的滤波器20的详细说明。滤波器20施行作为用于各节点14的各物理层收发器22的前端。此外，滤波器20可加装于耦接网络16内，以隔离家用网络信号至相对应的电源线12a、12b、或12c，以保持网络安全。
如图2所示，滤波器20包括两个电阻器R1和R2、通过二极管电路30、与通过二极管电路(transil diode circuit)30并联的电阻器R3、电容器C1和C2、和扼流型电感器32。电容器C1和C2各具有输入端34和输出端36。相似地，电阻器R1和R2分别具有耦接到电压供应线Vs1和中性线N的输入端38。电阻器R1和R2还具有耦接到节点34的输出端。
电阻器R1和R2限流滤波器20，并作为保险丝。详言之，具有电阻值大约0.47欧姆的电阻器R1和R2用作为安全电阻，在过载情况下可建立开路状况，避免火灾发生。各电阻额定大约为1瓦特，使得当电源电涌超过1瓦特时可使电阻器R1和R2开路。电阻器R1和R2还偏压通过电路30，将如后说明之。具有偏压电流可使通过电路32操作于规定的操作范围内。
通过电路30实施如一对二极管，特别设计用来散发高峰值功率，尤其配置用来限制对特定电压的瞬时能量。此外，通过二极管电路30具有实质的低电容，可使操作于1MHz以上的家用PNA网络信号有最小的失真。家用PNA网络信号在电源线12上例如以7.5MHz传送。因此，通过二极管电路30箝位瞬时能量于110-240伏特交流电源线至大约250伏特，以保护物理层收发器22免受电源电涌的影响。
滤波器20还包括电容器C1和C2，此电容器C1和C2配置用来滤波于输入终端34的电源信号，并将由电源供应线Vs1和中性线(N)所供应的家用网络信号传送至输出终端36。电容器C1和C2各为X2型电容器，这些电容器额定为电源供应主电压。此外，电容器C1和C2具有大约22纳法拉(nF)的电容，引致电容器拒斥50-60Hz主电源信号，并通过高频家用PNA信号，此信号一般为高于1MHz。
虽然电容器C1和C2滤波大部份的50-60Hz主电源信号，但是输出节点36仍可有相当小的高压主信号电流。因此，滤波器20还包括扼流型电感器32，配置用来短路于输出终端36通过电容器C1和C2的残余的电源信号。尤其是，扼流型电感器32具有第一绕线50和第二绕线52。各绕线50和52具有连接到对应于电容器C1和C2其中之一的输出终端36的第一终端。绕线50和52的第二终端接地，而各绕线50和52具有大约260微亨利(μH)的电感值。因此，电感器32短路于50-60Hz频率范围的残余电源信号，并提供用于家用网络PAN信号高于1MHz的高阻抗负载，使得家用PAN网络信号能够安全地供应至物理层收发器22而不会受到过电压的损害。滤波器电路20还包括大约具有1百万欧姆电阻值的电阻器R3，此电阻器R3与通过电路30并联跨接输入终端34。配置电阻器R3以便当从电源线12失去电源信号时，能够将储存在电容器C1和C2和电感器32中的能量释放掉。
使用上述滤波器20的实验测试已显示能成功操作发送于两个耦接至主电源线12的网络节点之间的家用PAN型网络信号，此主电源线12具有10-20米的范围用于每秒1兆位(Mb/s)网络。
依照所揭示的实施例，电源线滤波器滤波电源线信号于50-60Hz范围，而通过家用PAN型网络信号于1MHz幂级大小，使得可安全和可靠地经由主电源线而接收家用PAN信号。此外，滤波器20保护物理层收发器22以免受发生于电源线12上的寄生噪声和电压峰值的影响。
虽然本发明已通过相关考虑表现的最实际和最佳实施例来作说明，但应了解本发明并不限于所揭示的实施例，而相反地，本发明包含包括在所附权利要求范围内的各种改动和等效配置。

Claims (20)

1.一种滤波器，用来将从客户装备电源线来的家用网络信号通过至主计算机，该客户装备电源线具有电源供应线和中性线，并配置用于供应电源信号，该滤波器包括：
第一和第二电容器，各具有输入终端和输出终端，该第一和第二电容器配置用来滤波于输入终端接收的电源信号，并让分别由电源供应线和中性线提供的家用网络信号通过至输出终端；
电感器，配置用来短路在输出端已通过所述电容的残余电源信号；以及
保护电路，配置用来限制于输入端于电源信号中的能量至规定的门限值。
2.如权利要求1所述的滤波器，还包括第一电阻器，该第一电阻器耦接跨于输入终端，并配置用来反应于电源信号的失去而将储存在该第一和第二电容器和电感器的能量放电。
3.如权利要求2所述的滤波器，其中该保护电路还包括：
通过二极管电路，配置用来限制于电源信号中的瞬时能量至规定的电压，该通过二极管电路具有实质的低电容值，用以使家用网络信号有极小的失真；以及
第二和第三电阻器，分别串联连接于第一和第二电容器的输入终端和电源线和中性线之间，该第二和第三电阻器产生偏压电流于通过二极管电路，并限制跨接各该第二和第三电阻器的功率值于规定的门限值。
4.如权利要求3所述的滤波器，其中各该第二和第三电阻器配置为安全电阻器，反应对应于超过规定门限值的电阻器功率值而开路。
5.如权利要求4所述的滤波器，其中该规定的门限值对应大约为1瓦特。
6.如权利要求3所述的滤波器，其中该电源信号具有大约110至120VAC，50至60Hz的范围，该通过二极管电路箝位瞬时能量约250V。
7.如权利要求6所述的滤波器，其中该家用网络信号具有至少1MHz的频率。
8.如权利要求6所述的滤波器，其中该家用网络信号具有大约7.5MHz的频率。
9.如权利要求5所述的滤波器，其中该第二和第三电阻器各具有大约0.47欧姆电阻值。
10.如权利要求2所述的滤波器，其中该第一电阻器具有大约1百万欧姆电阻值。
11.如权利要求10所述的滤波器，其中各输出终端和接地电位之间该第一和第二电容器各具有电容值约为22纳法拉(nF)的X2型电容器，而电感器具有大约260微亨利(μH)的电感值。
12.如权利要求11所述的滤波器，其中该电源信号具有大约100至240 VAC，50至60Hz的范围，以及家用网络信号具有至少1MHz的频率。
13.如权利要求1所述的滤波器，其中各输出终端和接地电位之间的该第一和第二电容器为各具有电容值约为22纳法拉(nF)的X2型电容器，而该电感器具有大约260微亨利(μH)的电感值。
14.如权利要求13所述的滤波器，其中该电源信号具有大约100至240 VAC，50至60Hz的范围，以及家用网络信号具有至少1MHz的频率。
15.一种从客户装置电源线滤波家用网络信号的方法，该客户装置电源线具有电源供应线和中性线，并配置用来供应电源信号，该方法包括：将由用户装备电源线供应的信号通过配置用来限制能量至规定限制值的保护电路；经由第一和第二串接电容器将已通过保护电路的电源信号滤波，该第一和第二串接的电容器配置用来滤波分别在电源供应线和中性线上的电源信号，以及通过家用网络信号；和将任何已通过该第一和第二串接的电容器的残存的电源信号短路，并且通过家用网络信号。
16.如权利要求15所述的方法，其中该短路步骤包括，将该第一和第二串接的电容器的输出端分别连接到扼流型电感器的第一和第二绕线的第一终端；
连接该第一和第二绕线的第二终端接地，扼流型电感器的各绕线具有约260微亨利的电感值。
17.如权利要求16所述的方法，其中该第一和第二串接的电容器各为具有电容值约为22纳法拉(nF)的X2型电容器。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括根据电源信号失去，利用电阻放电第一和第二电容器和扼流型电感器，该电阻跨接到第一和第二电容器的输入端。
19.如权利要求17所述的方法，其中该保护电路包括通过二极管电路，该通过二极管电路配置用来限制于电源信号中的瞬时能量至规定的电压，该通过二极管电路具有实质的低电容值，用以使家用网络信号有极小的失真；以及
第二和第三电阻器，分别串联连接于该第一和第二电容器的输入终端和电源线和中性线之间，该第二和第三电阻器产生偏压电流于通过二极管电路，并限制跨接各该第二和第三电阻器的功率值于规定的门限值。
20.如权利要求19所述的方法，其中该电源信号具有大约100至240 VAC，50至60Hz的范围，以及家用网络信号具有至少1MHz的频率。
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