CN1885731B - 通信总线与包含该总线的电气面板 - Google Patents

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Abstract

一种通信总线(10)，具有被设计来分别串联连接到主通信总线(2)的导线的至少一对通信线(D+、D-)，该主通信总线(2)被设计来连接到至少一个电气面板(4)的通信设备(1)。所述通信总线包含至少两个分支输出(5)，每个分支输出(5)都具有至少两条分支线(d+、d-)，所述分支线(d+、d-)分别具有连接到通信线(D+、D-)的第一末端，以及被设计用于通信设备(1)的连接的第二末端。通信线(D+、D-)蚀刻在印刷电路的第一导电层上，并且分支线(d+、d-)蚀刻在该印刷电路的第二导电层上。通信线(D+、D-)按距离(L1)相互分离。

Description

通信总线与包含该总线的电气面板
技术领域
本发明涉及具有至少一对被设计来分别串联到主通信总线的导线的通信线的通信总线，该主通信总线的导线被设计来连接到至少一个电气面板的通信设备。所述通信总线包含至少两个支路输出，每个支路输出具有至少两条支路线。所述支路线各自具有连接到通信线的第一端，并且具有被设计用于通信设备的连接的第二端。
背景技术
在电气面板4中使用通信设备1越来越普遍。当这些通信设备1与安装在电气面板4上的其他装置、尤其是开关装置(switchgear apparatus)相关联时，这些通信设备提供(例如)关于所述装置的运行状态的信息。
如图1所示，通信设备1作为分支连接到主通信总线2，主通信总线2自身连接到数据处理部件7。主通信总线2一般为具有至少一对双绞导线的屏蔽电缆的形式。
存在几类电气面板，每类都包含用于固定电气装置的部件。
在此类特定面板中，装置与通信设备安排在安装板(mounting plate)上，或者以支架(rack)安排，该安装板或支架通过在面板整个高度上均匀错列的固定部件固定到面板的竖直立柱上。固定部件以形成面板基本节距的规则的节距规则地排列。功能单元的通信设备与装置在安装板上或者以支架预先安装。该预先安装在面板之外进行。安装板或支架然后通过固定部件安装在面板上。一或多个通信设备然后通过分支线作为分支连接到主分支总线。
在诸如开关箱等特定的较小的面板中，通信设备1安装在固定到竖直立柱上的水平固定导轨(rail)3上。在电气面板4的侧壁的整个高度上均匀地错列的固定部件使固定导轨3能够以平行的方式固定。固定部件按形成面板基本节距的规则的节距规则地排列。分离固定导轨的距离等于面板基本节距的距离或者所述基本节距的倍数。
在其他类型的控制器面板中，所有功能单元的通信设备与电气装置放置在预先安装在电气面积中的单个安装板上。
一般来说，当完成安装时，通信设备1在电气面板4的整个高度上错列，并且必须连接到主通信总线2。
电气装配工必须将所有通信设备1作为分支连接到主通信总线2的分支输出5。每个通信设备1都通过分支线6连接到分支输出5。分支线6通过分支接头连接到主通信总线2的一对或多对双绞屏蔽电缆。主通信总线2的一对或多对双绞屏蔽电缆最好来回越过电气面板4的整个高度。
在实践中，装配工必须在每个分支输出5上安装一对或多对双绞屏蔽电缆上的分支接头。该操作相对较长而且乏味。
另外，沿电缆插入分支接头可能会改变电缆的特征阻抗Z0。这些特征阻抗的改变可能会对所发送或接收数据中的数据丢失负有责任。还可以观察到所述数据的传输速率的下降。
另外，当连接到分支输出5的分支线6的数目相对于主通信总线2的长度太大时，还可以观察到通信总线特征阻抗的有害的变化。可接受的分支线长度和与通信总线的总长度成比例。在实践中，当要使用大量分支线时，主通信总线必须相应地延长。
为了使主通信总线的这些不适合性缺点最小化，装配工可能必须限制面板4中分支输出5的数目。在实践中，一般见于电气安装中的分支节距p大于12cm。该分支节距p一般大于分离导轨、安装板、或者支架的固定部件的基本节距。由此，每个分支输出5不一定要面对通信设备1。将通信设备1连接到分支输出5的分支线6的定位变得更复杂。
主通信总线2一般还包含用于通信设备电源的两个导线。这些供电导线集成在一对或多对双绞屏蔽电缆中。由于主通信总线2的长度，可以在总线的末端观察到显著的电压降。
在设计安装时，电气装配工可能必须在分支线6的总长度与所述总线上可接收的电压降之间进行权衡。
装配工或者优先考虑对于维护通信总线10上的电压有害的分支输出5的数目。实际上，分支线6的总长度越大，通信总线越长，并且在主通信总线的末端处观察到的电压降越显著。
装配工或者使通信总线上的电压降最小化，并且限制要安装的分支线6的数目。
发明内容
因此，本发明的目的在于弥补现有技术的缺陷，从而提出一种包含大量分支输出同时限制在通信总线的末端处观察到的电压降的通信总线。
根据本发明实施例的通信线蚀刻在印刷电路的第一导电层上，并且分支线蚀刻在该印刷电路的第二导电层上。通信线按1mm与15mm之间的距离相互分离，每条通信线的横截面积大于0.1mm2，每条分支线的横截面积大于0.01mm2。第一与第二导电层按大于1.4mm的距离分离。
有利地，通信线具有1mm与6mm之间的宽度、以及30μm与110μm之间的厚度。分支线具有0.2mm与3mm之间的宽度、以及30μm与110μm之间的厚度，分支线按1mm与15mm之间的距离相互分离。
根据本发明的改进，至少一条接地点导线分别通过地线连接到每个分支输出。
根据本发明的改进，通信总线包含用于通信设备电源的两条电源导线。
优选地，所述两条电源导线被设计来作为分支连接到将一或多个电气面板连接到主电源的主电源线。
在本发明的一种实施例中，所述通信线包含第一流出部分与第二流入部分，该第一与第二部分在总线长度上以平行方式延伸，并且通过其末端之一串联连接。
有利地，所述分支线交替连接到流出部分与流入部分。
有利地，所述分支线垂直于通信线。
在优选实施例中，所述印刷电路包含在其一个末端处的、被设计来将所述总线邻接到第二通信总线的连接部件。
有利地，所述连接部件能够连接第一总线与第二总线的通信线，从而形成该线的卷绕，通信线的卷绕节距基本对应于通信总线印刷电路的长度。
在特定实施例中，所述印刷电路由通信总线或者邻接的通信总线整个长度上的金属屏蔽层围绕。
有利地，所述金属屏蔽层电连接到印刷电路的接地导线，并且包含被设计来将其机械结构固定到电气面板、以及将该屏蔽层电气连接到电气面板的地的固定部件。
优选地，所述通信总线的特征阻抗在100与150Ω之间。
优选地，两个分支输出之间的分支节距小于或等于50毫米。
有利地，所述分支线的第二末端与印刷电路的边沿形成被设计来接收通信设备的电气接头的印记。
有利地，所述通信线不是直的，并且分别包含沿该线的局部变形。
有利地，所述局部变形由包含至少两个线性导电部分的连续弯角(chicane)(15)形成。
有利地，所述通信线分别包含被设计来串联连接一对或多对双绞屏蔽电缆的部分的至少一个连接接头。
一种电气面板，包含被设计来锁紧用于安装通信设备的固定导轨或安装板的固定部件，该固定部件按照基本节距在面板高度上均匀地错列。该电气面板包含至少一条上述的通信总线，该通信总线的分支输出按照等于面板基本节距倍数的节距均匀地错列。
有利地，所述通信总线的分支输出按照基本等于面板基本节距的规则节距均匀地错列。
优选地，以使得每个导轨或安装板面对分支输出的方式定位所述通信总线。
附图说明
从以下只作为非限定性例子给出的、在附图中表示的本发明特定实施例的描述中，其他优点与特征将变得更明显，在附图中：
图1表示包含具有连接到通信总线的通信设备的至少一个电气面板的已知类型的安装的示意性视图；
图2表示根据本发明不同实施例的、包含具有通信总线的至少一个电气面板的安装的示意性视图；
图3表示根据本发明第一实施例的、通信总线的示意性剖面图；
图4表示根据图3的通信总线的俯视图；
图5表示根据本发明第二实施例的、通信总线的示意性剖面图；
图6表示根据图5的通信总线的俯视图；
图7表示根据本发明第三实施例的、通信总线的示意性剖面图；
图8表示根据图7的通信总线的俯视图；
图9表示根据本发明不同实施例的替换实施例的、通信总线的示意性剖面图；
图10表示根据图9的通信总线的俯视图；
图11表示根据本发明第四实施例的、通信总线的示意性视图；
图12表示根据本发明实施例的、三条通信总线的组装的示意性视图；
图13与14表示本发明不同实施例的替换实施例的示意性视图。
具体实施方式
优选地，根据本发明的实施例的通信总线10被设计来以独立的方式并且永久固定地安装在电气面板4中。这样，通信总线10包含连接部件11，用于将通信线对D+、D-串连到主通信总线2的线路上。优选地，这些线路具有相同的特征阻抗。主通信总线2将一或多个电气面板4连接到数据处理部件。一般地，主通信总线2为一对或多对双绞屏蔽电缆的形式。
根据图3与4中表示的本发明的第一优选实施例，通信总线10包含由具有至少两个导电层的印刷电路构成的长条形支持件。
通过第一层上的蚀刻获得通信线对D+、D-。如图4所示，通信总线10包含至少两个分支输出5，每个分支输出都具有至少两条分支线d+、d-。分支线d+、d-具有两个末端。第一末端连接到通信线D+、D-。第二末端被设计用于通信设备的连接。分支线d+、d-被蚀刻在所述印刷电路的第二导电层上。
通信线D+、D-被设计来分别串连到主通信总线的双绞屏蔽电缆的导线上，优点是具有相同的特征阻抗Z0。连接部件11使得能够在通信总线10与主通信总线2之间进行电气连接。
在所述实施例中，印刷电路的每个导电层的厚度在30μm与110μm之间，优选地在35μm与105μm之间。第一与第二导电层由大于1.4mm的距离th分离。距离th例如等于1.6mm。该尺寸对应于标准印刷电路的厚度。
为了使通信总线在印刷电路的整个长度上具有100与150Ohm之间的特征阻抗，通信线D+、D-由1mm与15mm之间的距离L1相互分离。另外，每一通信线D+、D-的横截面积大于0.1mm2。最后，每条分支线d+、d-的横截面积大于0.01mm2。
在实施例中，分支线d+、d-垂直于通信线D+、D-。两个分支输出5之间的分支节距p小于或等于50毫米。通信线D+、D-具有1mm与6mm之间的宽度L。分支线d+、d-具有0.2mm与3mm之间的宽度L。分支线d+、d-由1mm与15mm之间的距离相互分离。这样，通信总线的特征阻抗Z0在100与150Ω之间。
考虑到分支线d+、d-在印刷电路上的定位，这些线的第二末端与印刷电路的边沿形成被设计来接收分支电气接头的印记(imprint)。所述可插入电气接头30使得能够将通信设备1的分支线6连接到通信总线10。
如图5与6所示，根据本发明第二优选实施例的通信总线10包含至少一个接地导线DM。该导线与其他两条通信线D+、D-平行排列。接地导线DM通过地线dm分别连接到每个分支输出5。优选地，使地线dm垂直于接地导线DM。地线dm蚀刻在印刷电路的第二导电层上，与分支线d+、d-平行。
如图7与8所示，根据本发明第三优选实施例的通信总线包含设计用于通信设备1的电源的两条电源导线V+、V-。该导线与两条通信线D+、D-平行排列。电源导线V+、V-通过电源线v+、v-分别连接到每个分支输出5。另外，两条电源导线V+、V-的一个末端被设计来作为分支连接到主电源线，该主电源线将一或多个电气面板连接到主电源。主电源线一般集成在主通信总线2的一对或多对双绞屏蔽电缆中。
一般地，根据本发明不同实施例的通信线D+、D-与主通信总线2的导线串联连接。每条通信线D+、D-都包含被设计来连接到主通信总线的第一末端。
根据第一替换实施例，每条通信线D+、D-都包含被设计来通过长度基本等于通信总线10的长度的一对或多对双绞屏蔽电缆、与主通信总线2的导线串联连接的第二末端。
根据第二替换实施例，通信总线的通信线D+、D-每一条都由两个部分构成：第一流出部分D1+、D1-，以及第二流入部分D2+、D2-。通过其末端之一串联连接的流出与流入部分在印刷电路长度上相互平行延伸。同一通信线的流出与流入部分的自由端通过连接部件串联连接到主通信总线2的导线。
根据另一替换实施例，分支线d+、d-交替连接到流出部分D1+、D1-以及流入部分D2+、D2-。该连接地理分布使得能够在流出或流入部分更好地分布由分支线引起的电容。该配置倾向于限制流出部分以及流入部分之间的阻抗失配以及散布(dispersion)。
通信线与分支线之间的耦合电容对获得通信总线的特征阻抗Z0有影响。为了使分支线与流出部分之间的耦合电容等于分支线与流入部分之间的耦合电容，可以设想对于所有的地线dm、电源线V+、V-、以及分支线d+、d-使用相同的轨迹(track)长度。该统一印刷电路轨迹长度基本对应于印刷电路的宽度。
根据本发明的第四优选实施例，通信总线10包含本发明三种优选实施例中已知的通信线D+、D-、接地线与电源导线。如图11所示，在一方面，被设计来连接到主通信总线2的印刷电路的末端使通信线D+、D-都能够被串联连接到所述主总线2的通信导线。在另一方面，印刷电路的末端使两条电源导线V+、V-能够被作为分支连接到主电源线。
根据安装的类型与电气面板4的大小，根据本发明任一实施例的通信总线10相对于面板的高度可能会不够长。与印刷电路长度成比例的通信总线长度直接取决于标准印刷电路制造方式(means)或技术。根据所述实施例，印刷电路具有大约60厘米的最大长度。由此，通信总线10具有基本等于0.6米的长度。当所使用的电气面板具有大约1.50到1.80米的标准高度时，则需要使用几条通信总线10。这样，这些总线在印刷电路的一个末端处包含连接部件，被设计来将第一总线10邻接(abut)到至少一条第二通信总线10。
如图12所示，根据本发明的三条通信总线串联邻接。优选地，三条通信总线的印刷电路具有基本相同的长度。此后，将这三条通信总线分别称为连接总线10A、中间总线10B、以及终端总线10C。通信总线10由连接部件14相互连接。连接总线10A被设计来通过输入与输出连接部件11A、11B连接到主通信总线2的导线。这三条通信总线10各自包含两条通信线，每条都由第一流出部分D1+、D1-以及第二流入部分D2+、D2-构成。另外，每条通信总线10都包含分别通过地线dm连接到每个分支输出5的至少一条接地导线DM。最后，通信总线包含与通信线的流出与流入部分平行排列的两条电源导线V+、V-。电源导线V+、V-分别通过电源线v+、v-连接到每个分支输出5。
可以设想，连接总线10A、中间总线10B、以及终端总线10C之间的连接部件14能够连接两条相邻总线的通信线D+、D-，从而形成该线的卷绕(winding)。通信线D+、D-的卷绕节距基本对应于通信总线10A、10B、10C印刷电路的长度。该卷绕使得扭曲(twist)能够等价于要重新构造的双绞屏蔽电缆中存在的扭曲。该扭曲的作用是使由扰动电磁场感应的电压最小化。在环路中感应的电压实际上被下一环路中感应的反向电压抵消。
根据本发明的可替换实施例，通信总线10的印刷电路由在该通信总线或者邻接的通信总线的整个长度上的金属屏蔽层围绕。该金属屏蔽层在不同点上电连接到印刷电路的接地导线DM。另外，所述屏蔽层包含被设计来将其机械结构固定到电气面板4、以及将该屏蔽层电连接到电气面板的地的固定部件。
为了增加在根据本发明不同实施例的通信总线上可使用的分支线的最大长度，可替换实施例包含：增加通信线D+、D1的长度，而不改变通信总线10的表面长度。可以独立地或者组合地实现下述两种解决方案。
第一解决方案包含获得非笔直的通信线D+、D1。在印刷电路整个长度上延伸的每条通信线都包含一定量的局部变形。例如，如图14所示，该局部变形可以采用由三个线性导电部分15a、15b、15c构成的连续弯角(chicane)15的形式。优选地，部分15a、15b、15c垂直地相互连接。这些连续弯角(chicane)在通信线D+、D1的整个长度上线性均匀地错列。对于给定的印刷电路长度，这些连续弯角(chicane)使每条通信线的长度近似翻倍。每个局部变形的形状不限于三边连续弯角(chicane)的形状。可以设想具有螺旋形状或者圆圈形状的局部变形。
第二解决方案包含在通信线D+、D-上安装被设计来串联连接一对或多对双绞屏蔽电缆的部分35的至少一个连接接头。这样，如图13所示，通信线由至少两部分构成。至少一个第一导电部分蚀刻在印刷电路上，并且形成该电路的整体部分。至少一个第二导电部分由一对或多对双绞屏蔽电缆的柔性部分35形成。由此，通信线的总长度可以被延长，而不会改变通信线10的印刷电路的长度。第二解决方案可以包含几个连接接头，以用来串联连接一对或多对双绞屏蔽电缆的几个部分35。
显然，这两种解决方案可以结合使用，以从两者的优点中获益。
另外，根据本发明的不同实施例的通信总线10可以集成在电气面板4中。该电气面板包含固定部件，其被设计来锁紧固定导轨3或安装板。该导轨或安装板被设计来接收特定通信设备。固定部件按照基本节距在面板高度上均匀地错列。所述面板包含具有分支输出5的至少一条通信总线10。该输出按照等于面板基本节距倍数的节距均匀地错列。在所述实施例中，通信总线10的分支输出5，优选地，按照基本等于面板基本节距的规则节距，均匀地错列。有利地是，使用这样的方式定位通信总线10，使得每个导轨或安装板3面对分支输出5。

Claims (21)

1.一种通信总线(10)，具有被设计来分别串联连接到主通信总线(2)的导线的至少一对通信线(D+、D-)，该主通信总线(2)被设计来连接到至少一个电气面板(4)的通信设备(1)，所述通信总线包含至少两个分支输出(5)，每个分支输出(5)都具有至少两条分支线(d+、d-)，所述分支线(d+、d-)分别具有连接到通信线(D+、D-)的第一末端，以及被设计用于通信设备(1)的连接的第二末端，其特征在于：
通信线(D+、D-)蚀刻在印刷电路的第一导电层上，并且分支线(d+、d-)蚀刻在该印刷电路的第二导电层上；
通信线(D+、D-)由1mm与15mm之间的距离(L1)相互分离，每条通信线(D+、D-)的横截面积大于0.1mm2；
每条分支线(d+、d-)的横截面积大于0.01mm2，
第一与第二导电层按大于1.4mm的距离(th)分离。
2.如权利要求1所述的通信总线，其特征在于：
通信线(D+、D-)具有1mm与6mm之间的宽度(L)、以及30μm与110μm之间的厚度，
分支线(d+、d-)具有0.2mm与3mm之间的宽度、以及30μm与110μm之间的厚度，分支线(d+、d-)按1mm与15mm之间的距离相互分离。
3.如上述权利要求中任何一个权利要求所述的通信总线，其特征在于：其包含分别通过地线(dm)连接到每个分支输出(5)的至少一条接地导线(DM)。
4.如权利要求1或2所述的通信总线，其特征在于：其包含被设计用于通信设备(1)的电源的两条电源导线(V+、V-)。
5.如权利要求4所述的通信总线，其特征在于：所述两条电源导线(V+、V-)被设计来作为分支连接到将一或多个电气面板连接到主电源的主电源线。
6.如权利要求1或2所述的通信总线，其特征在于：所述通信线(D+、D-)包含第一流出部分(D1+、D1-)与第二流入部分(D2+、D2-)，该第一流出与第二流入部分在总线长度上平行延伸，并且通过其末端串联连接。
7.如权利要求6所述的通信总线，其特征在于：所述分支线(d+、d-)交替连接到所述流出部分(D1+、D1-)与流入部分(D2+、D2-)。
8.如权利要求1或2所述的通信总线，其特征在于：所述分支线(d+、d-)垂直于通信线(D+、D-)。
9.如权利要求8所述的通信总线，其特征在于：其包含在印刷电路的一个末端处的、被设计来将所述总线邻接到第二通信总线的连接部件(14)。
10.如权利要求9所述的通信总线，其特征在于：所述连接部件(14)能够连接第一总线与第二总线的通信线(D+、D-)，从而形成该线的卷绕，通信线(D+、D-)的卷绕节距基本对应于通信总线印刷电路的长度。
11.如权利要求1或2所述的通信总线，其特征在于：所述印刷电路由通信总线或者邻接的通信总线整个长度上的金属屏蔽层围绕。
12.如权利要求11所述的通信总线，其特征在于：所述金属屏蔽层电连接到印刷电路的接地导线(DM)，并且包含被设计来将其机械结构固定到电气面板、并且将该屏蔽层电连接到电气面板的地的固定部件。
13.如权利要求1或2所述的通信总线，其特征在于：其特征阻抗(Z0)在100与150Ω之间。
14.如权利要求1或2所述的通信总线，其特征在于：两个分支输出(5)之间的分支节距(p)小于或等于50毫米。
15.如权利要求1或2所述的通信总线，其特征在于：所述分支线(d+、d-)的第二末端与印刷电路的边沿形成被设计来接收通信设备(1)的电气接头的印记。
16.如权利要求1或2所述的通信总线，其特征在于：所述通信线(D+、D1)不是直的，并且分别包含沿该线错列的局部变形。
17.如权利要求16所述的通信总线，其特征在于：所述局部变形由包含至少两个线性导电部分(15a、15b、15c)的连续弯角(15)形成。
18.如权利要求1或2所述的通信总线，其特征在于：所述通信线(D+、D-)分别包含被设计来串联连接一对或多对双绞屏蔽电缆的部分的至少一个连接接头。
19.一种电气面板，包含被设计来锁紧通信设备(1)的固定导轨(3)或安装板的固定部件，该固定部件按照基本节距在所述面板高度上均匀地错列，其特征在于：该电气面板包含至少一条如上述各权利要求所述的通信总线(10)，该通信总线(10)的分支输出(5)按照等于面板基本节距倍数的节距均匀地错列。
20.如权利要求19所述的电气面板，其特征在于：所述通信总线(10)的分支输出(5)按照基本等于面板基本节距的规则节距均匀地错列。
21.如权利要求20所述的电气面板，其特征在于：以使得每个导轨或安装板面对分支输出(5)的方式定位所述通信总线(10)。
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