CN220087304U - 车载以太网通讯插件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种车载以太网通讯插件。该插件包括：MCU单元、交换芯片、PHY芯片、高速信号连接器和电源连接器；所述MCU单元，用于配置和管理所述交换芯片；所述交换芯片，与所述PHY芯片、所述高速信号连接器和所述电源连接器连接，用于提供至少两路千兆以太网接口和至少9路第一百兆以太网接口；其中一路千兆以太网接口通过电源连接器对外提供DC48V的标准POE供电，另一路千兆以太网接口通过所述高速信号连接器连接车载主控单元；所述至少9路第一百兆以太网接口通过所述高速信号连接器各自连接一个业务单元。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种车载以太网通讯插件。
背景技术
目前的列控设备动态监测系统（DMS）、动车组司机操控信息分析系统（EOAS）、本务机车调车作业安全辅助防护系统（LSP）、轨道车调车作业安全辅助防护系统（GDK）等系统均基于DMS平台为基础，而该平台设计定型较早，对当前系统的功能扩展形成制约，因此，需设计新硬件平台，来适应新的产品需求。而为了适应设计的新硬件平台，实现与新硬件平台的高速数据传输，需要设计新的车载通讯装置。
发明内容
为了在适应新硬件平台的前提下，实现与新硬件平台的高速数据交互，本实用新型提供一种车载以太网通讯插件。
本实用新型提供的一种车载以太网通讯插件，包括：MCU单元、交换芯片、PHY芯片、高速信号连接器和电源连接器；
所述MCU单元，用于配置和管理所述交换芯片；
所述交换芯片，与所述PHY芯片、所述高速信号连接器和所述电源连接器连接，用于提供至少两路千兆以太网接口和至少9路第一百兆以太网接口；其中一路千兆以太网接口通过电源连接器对外提供DC48V的标准POE供电，另一路千兆以太网接口通过所述高速信号连接器连接车载主控单元；所述至少9路第一百兆以太网接口通过所述高速信号连接器各自连接一个业务单元。
进一步地，还包括面板连接器；
所述交换芯片，与所述面板连接器连接，用于提供至少两路第二百兆以太网接口，所述至少两路第二百兆以太网接口通过电源连接器对外提供DC24V供电。
进一步地，所述MCU单元包括ARM控制器、CAN收发器和RS485转换器；
所述ARM控制器，用于通过自身的CAN接口外接所述CAN收发器来外扩至少两路底板CAN总线；以及利用自身的至少两路串口外接所述RS485转换器来外扩至少2路底板RS485总线。
进一步地，还包括电源电路，所述电源电路包括电源转换电路、过流过压保护电路和电压电流检测电路；
其中，所述电源转换电路，包括12V转3.3V的DC/DC电源芯片和12V转3.3V转1.08V的LDO电源芯片；其中，所述LDO电源芯片用于为交换芯片提供工作电源，所述DC/DC电源芯片用于为插件内部除交换芯片之外的其他芯片提供工作电源；
所述电压电流检测电路，包括用于检测12V电压、3.3V电压和1.08V电压的3路电压检测子电路和1路用于检测输入电流的电流检测子电路。
进一步地，所述电源电路还包括电源监控电路；
所述电源监控电路，包括电源监控芯片、第一复位芯片和第二复位芯片；所述电源监控芯片，与第一复位芯片、第二复位芯片、DC/DC电源芯片和LDO电源芯片均连接，用于检测电源芯片的输出，通过第一复位芯片来复位ARM控制器，以及通过第二复位芯片来复位交换芯片和PHY芯片。
进一步地，所述MCU单元包括一个16路GPIO扩展器；
所述16路GPIO扩展器，与ARM控制器的I2C接口连接，用于提供状态指示灯管脚；其中一个管脚连接的指示灯用于指示插件供电状态，一个管脚连接的指示灯用于指示MCU单元的运行状态，一个管脚链接的指示灯用于指示与主控单元的通讯状态，一个管脚连接的指示灯用于指示与底板总线的通讯状态，其余12个管脚各自连接的指示灯用于指示对应的网络接口的连接状态。
进一步地，所述MCU单元包括温度传感器；
所述温度传感器，与ARM控制器的I2C接口连接，用于检测整个插件的温度。
进一步地，所述MCU单元包括存储器；
所述存储器，与ARM控制器的I2C接口连接，用于存储插件的相关信息。
进一步地，还包括第一TVS器件、第二TVS器件和网络变压器；
其中一路千兆以太网接口依次通过一个第一TVS器件和一个网络变压器连接至电源连接器；
所述至少9路第一百兆以太网接口中的每个第一百兆以太网接口均依次通过一个第二TVS器件和一个网络变压器连接至高速信号连接器。
进一步地，所述交换芯片采用IP1819芯片。
本实用新型的有益效果：
本实用新型提供的车载以太网通讯插件为主控单元和各业务单元提供高速以太网交换星形连接关系，外部设备通过各业务单元将数据传输至该插件，该插件通过网络转至系统主控单元，实现各单元之间的数据传输交换。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种车载以太网通讯插件的结构框图之一；
图2为本实用新型实施例提供的一种车载以太网通讯插件的结构框图之二；
图3为本实用新型实施例提供的电源电路的拓扑图；
图4为本实用新型实施例提供的交换芯片与其他芯片或器件之间的连接示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实用新型实施例提供一种车载以太网通讯插件，包括MCU单元、交换芯片、PHY芯片、高速信号连接器、电源连接器和面板连接器；
其中，MCU单元用于配置和管理所述交换芯片；交换芯片，与PHY芯片、高速信号连接器、电源连接器和面板连接器连接，用于提供至少两路千兆以太网接口、至少9路第一百兆以太网接口和至少两路第二百兆以太网接口；其中一路千兆以太网接口通过电源连接器对外提供DC48V的标准POE供电，另一路千兆以太网接口通过所述高速信号连接器连接车载主控单元；所述至少9路第一百兆以太网接口通过所述高速信号连接器各自连接一个业务单元；所述至少两路第二百兆以太网接口通过电源连接器对外提供DC24V供电。
具体地，本实施例中，和车载主控单元通信的千兆以太网接口为上行通道，其他网络接口为下行通道；对外提供DC48V的标准POE供电的千兆以太网接口可用于连接三代EOAS系统的转储装置；对外提供DC24V供电的至少两路第二百兆以太网接口分别可用于连接二代EOAS系统的转储装置和LSP/GDK系统显示大屏。
MCU单元包括ARM控制器、CAN收发器和RS485转换器；所述ARM控制器，用于通过自身的CAN接口外接所述CAN收发器来外扩至少两路底板CAN总线；以及利用自身的至少两路串口外接所述RS485转换器来外扩至少2路底板RS485总线。
本实施例中的车载以太网通讯插件的主要功能是对网络进行星形扩展，对RS485总线、CAN总线进行统一管理，并将信息对应映射端口，通过以太网络传输给车载主控单元。
实施例2
在上述实施例1的基础上，如图2所示，本实用新型实施例还提供一种车载以太网通讯插件，ARM控制器采用STM32F407VE芯片，交换芯片采用IP1819芯片，PHY芯片采用AR8031芯片，CAN收发器采用SN65HVD230D芯片，RS485转换器采用ISL83485芯片，面板连接器采用DB9连接器，电源连接器采用TE的5646956，2个高速信号连接器均采用TE的6469028。
其中，IP1819芯片的P1~P9口以百兆网形式连接至高速信号连接器，用于业务单元扩展；P15、P16口分别引至两个DB9连接器；MAC17、MAC18口与两个AR8031芯片之间分别通过RGMII接口连接，实现千兆网通信。其中，MAC17+AR8031芯片实现上行通道，MAC18+AR8031芯片实现千兆以太网对外接口，并增加PoE供电，满足系统外部扩展需求。MAC 19口接入ARM控制器的R/W 接口（管脚为CPU_CLK:151、CPU_I/O:153、CPU_O:154、N_SS:152）、Serial LED状态接口（LED_CLK:4、LED_DAT:5）和MDC（146）/MDIO（145）接口，对IP1819芯片的各组件的内部寄存器进行读写操作，基此对交换芯片进行管理。
AR8031支持两种模式RGMII模式和SGMII模式，通过Mode模式管脚控制。本实施例使用RGMII模式。PHY芯片的地址的高两位是00，低位通过RXD0, RXD1,LED_ACT设置。
ARM控制器通过自身CAN接口外接2片SN65HVD230D芯片来外扩2路底板CAN总线，与系统其他业务单元进行通信；同时利用2路串口分别外接2片ISL83485芯片来外扩2路底板RS485总线，可与系统其他业务单元通信。ARM控制器作为RS485总线管理器，可以定时轮询各业务单元，获取各业务单元的基本信息。
进一步地，本实施例中还对相关网络接口做了防护设计，具体包括：其中一路千兆以太网接口依次通过一个第一TVS器件和一个网络变压器连接至电源连接器；所述至少9路第一百兆以太网接口中的每个第一百兆以太网接口均依次通过一个第二TVS器件和一个网络变压器连接至高速信号连接器。
具体地，网络变压器隔离后，每组差分线对从变压器的中心抽头对保护地增加TVS器件进行防护。其中带有POE供电的线对（即千兆以太网接口连接的第一TVS器件）选用SMBJ58CA，其他线对（即每个第一百兆以太网接口连接的第二TVS器件）选用SMAJ5.0CA。
实施例3
在上述各实施例的基础上，本实用新型实施例还提供一种车载以太网通讯插件，还包括电源电路；如图3所示，该电源电路包括电源转换电路、过流过压保护电路、电压电流检测电路和电源监控电路；
本实施例中，电源转换电路，包括12V转3.3V的DC/DC电源芯片和12V转3.3V转1.08V的LDO电源芯片；其中，所述LDO电源芯片用于为交换芯片提供工作电源，所述DC/DC电源芯片用于为插件内部除交换芯片之外的其他芯片提供工作电源；所述电压电流检测电路，包括用于检测12V电压、3.3V电压和1.08V电压的3路电压检测子电路和1路用于检测输入电流的电流检测子电路。
具体地，DC/DC电源芯片采用SY8104IADC芯片，LDO电源芯片采用TPS7A7001芯片。底板上的电源连接器输入主DC12V和备DC12V电源，+12V主电源和+12V备用电源两路电源输入后各串接一路二极管合并成一路供插件使用。
本实施例中，电流防护使用1.5A/24V自恢复保险丝，型号为SMD1812B150TF/24。需要说明的是，保险丝选型根据图3所示的电源拓扑中的主要元件的最大功耗来确定。3.3V@3A和1.08V@2A，转换效率约为90%，12V最大电流为1.1A。
本实施例中，使用ARM控制器自带的AD来采集整个插件的电压电流信号，基准电压使用REF3030为基准源。12V、3.3V电压信号采集方式为采用精密电阻直接分压至2V，1.08V电压信号采集方式为直接通过运放电路输出到ARM控制器的ADC管脚实现采集；电流信号的采集则采用电流传感电阻器，其中输入电流串接2512封装1W的0.02Ω采样电阻，通过运放电路输出至ARM控制器的ADC管脚实现采集。
本实施例中，电源监控电路，包括电源监控芯片、第一复位芯片和第二复位芯片；所述电源监控芯片，与第一复位芯片、第二复位芯片、DC/DC电源芯片和LDO电源芯片均连接，用于检测电源芯片的输出，通过第一复位芯片来复位ARM控制器，以及通过第二复位芯片来复位交换芯片和PHY芯片。
具体地，电源监控芯片采用TPS3802K33芯片，第一复位芯片采用CAT811R芯片，第二复位芯片采用CAT811T芯片。电源监控芯片TPS3802K33检测整板+3.3V电源，控制1.08V的电源转换芯片使能管脚，延时380ms后拉高使能信号，同步复位ARM芯片；ARM工作后再输出使能信号复位交换芯片和PHY芯片。系统上电时，由TPS3802K33芯片产生系统复位触发信号，并输出控制CAT811R和CAT811T芯片，CAT811R芯片的复位信号输出给ARM控制器芯片，CAT811T芯片的复位信号输出给IP1819芯片和AR8031芯片。同时，ARM控制器也可通过GPIO输出复位控制信号，通过使能CAT811T芯片的MR管脚，控制IP1819和AR8031芯片复位。
实施例4
在上述各实施例的基础上，本实用新型实施例还提供一种车载以太网通讯插件，该插件中的MCU单元还包括一个16路GPIO扩展器、温度传感器和存储器；
结合图2所示，所述16路GPIO扩展器，与ARM控制器的I2C接口连接，用于提供状态指示灯管脚。本实施例中，采用灌电流设计，管脚状态为低时，指示灯点亮，管脚状态为高时，指示灯熄灭。其中，一个管脚连接的指示灯用于指示插件供电状态，一个管脚连接的指示灯用于指示MCU单元的运行状态，一个管脚链接的指示灯用于指示与主控单元的通讯状态，一个管脚连接的指示灯用于指示与底板总线的通讯状态，其余12个管脚各自连接的指示灯用于指示对应的网络接口的连接状态。本实施例中，GPIO扩展器采用PCA9539芯片。
结合图2所示，所述温度传感器采用TMP75芯片，与ARM控制器的I2C接口连接，用于检测整个插件的温度。
结合图2所示，所述存储器采用24C02存储器，与ARM控制器的I2C接口连接，用于存储插件的相关信息，包括系统名称、硬件版本、设备编号、出厂日期等标识，满足出厂信息智能维护性要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种车载以太网通讯插件，其特征在于，包括：MCU单元、交换芯片、PHY芯片、高速信号连接器和电源连接器；
所述MCU单元，用于配置和管理所述交换芯片；
所述交换芯片，与所述PHY芯片、所述高速信号连接器和所述电源连接器连接，用于提供至少两路千兆以太网接口和至少9路第一百兆以太网接口；其中一路千兆以太网接口通过电源连接器对外提供DC48V的标准POE供电，另一路千兆以太网接口通过所述高速信号连接器连接车载主控单元；所述至少9路第一百兆以太网接口通过所述高速信号连接器各自连接一个业务单元。
2.根据权利要求1所述的一种车载以太网通讯插件，其特征在于，还包括面板连接器；
所述交换芯片，与所述面板连接器连接，用于提供至少两路第二百兆以太网接口，所述至少两路第二百兆以太网接口通过电源连接器对外提供DC24V供电。
3.根据权利要求1所述的一种车载以太网通讯插件，其特征在于，所述MCU单元包括ARM控制器、CAN收发器和RS485转换器；
所述ARM控制器，用于通过自身的CAN接口外接所述CAN收发器来外扩至少两路底板CAN总线；以及利用自身的至少两路串口外接所述RS485转换器来外扩至少2路底板RS485总线。
4.根据权利要求3所述的一种车载以太网通讯插件，其特征在于，还包括电源电路，所述电源电路包括电源转换电路、过流过压保护电路和电压电流检测电路；
其中，所述电源转换电路，包括12V转3.3V的DC/DC电源芯片和12V转3.3V转1.08V的LDO电源芯片；其中，所述LDO电源芯片用于为交换芯片提供工作电源，所述DC/DC电源芯片用于为插件内部除交换芯片之外的芯片提供工作电源；
所述电压电流检测电路，包括用于检测12V电压、3.3V电压和1.08V电压的3路电压检测子电路和1路用于检测输入电流的电流检测子电路。
5.根据权利要求4所述的一种车载以太网通讯插件，其特征在于，所述电源电路还包括电源监控电路；
所述电源监控电路，包括电源监控芯片、第一复位芯片和第二复位芯片；所述电源监控芯片，与第一复位芯片、第二复位芯片、DC/DC电源芯片和LDO电源芯片均连接，用于检测电源芯片的输出，通过第一复位芯片来复位ARM控制器，以及通过第二复位芯片来复位交换芯片和PHY芯片。
6.根据权利要求3所述的一种车载以太网通讯插件，其特征在于，所述MCU单元包括一个16路GPIO扩展器；
所述16路GPIO扩展器，与ARM控制器的I2C接口连接，用于提供状态指示灯管脚；其中一个管脚连接的指示灯用于指示插件供电状态，一个管脚连接的指示灯用于指示MCU单元的运行状态，一个管脚链接的指示灯用于指示与主控单元的通讯状态，一个管脚连接的指示灯用于指示与底板总线的通讯状态，其余12个管脚各自连接的指示灯用于指示对应的网络接口的连接状态。
7.根据权利要求3所述的一种车载以太网通讯插件，其特征在于，所述MCU单元包括温度传感器；
所述温度传感器，与ARM控制器的I2C接口连接，用于检测整个插件的温度。
8.根据权利要求3所述的一种车载以太网通讯插件，其特征在于，所述MCU单元包括存储器；
所述存储器，与ARM控制器的I2C接口连接，用于存储插件的相关信息。
9.根据权利要求1所述的一种车载以太网通讯插件，其特征在于，还包括第一TVS器件、第二TVS器件和网络变压器；
其中一路千兆以太网接口依次通过一个第一TVS器件和一个网络变压器连接至电源连接器；
所述至少9路第一百兆以太网接口中的每个第一百兆以太网接口均依次通过一个第二TVS器件和一个网络变压器连接至高速信号连接器。
10.根据权利要求1所述的一种车载以太网通讯插件，其特征在于，所述交换芯片采用IP1819芯片。
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