CN221010156U - 适用于工业级交换机扩展的百千兆自适应光电口转换电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于工业级交换机扩展的自适应光电口转换电路，包括：依次耦接的电口电路单元、光电口转换电路单元和光口电路单元；电口电路单元至少包括网络变压器，一端连接光电口转换电路单元的以太网电口，另一端用于连接需要转换的以太网交换芯片的电口；光电口转换电路单元至少包括PHY芯片，具有支持百千兆速率自适应的以太网光口和以太网电口；光口电路单元至少包括SFP接口和耦合电容，耦合电容的两端分别连接SFP接口和光电口转换电路单元的以太网光口。本实用新型的自适应光电口转换电路，可将以太网交换芯片的电口转换成百千兆速率自适应的以太网光口，提高了网络环境的适应能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及网络通信设备技术领域，尤其涉及一种适用于工业级交换机扩展的百千兆自适应光电口转换电路。
背景技术
随着光通信设备的广泛应用，工业级交换机对于光口的数量需求也越来越大。但某些工业级以太网交换芯片的以太网电口数量较多，光口数量较少，无法满足更多光口的需求。如果选择更换更多光口的交换芯片，需要重新设计解决方案，会大幅增加改造成本。
另一方面，很多工业级交换机的光口只支持千兆速率或只支持百兆速率，一旦对端设备的光口速率与本端不同，将会无法连接，因此无法灵活面对更为复杂的工业网络环境。
发明内容
本实用新型为了克服以上现有技术的不足，提供了一种适用于工业级交换机扩展的自适应光电口转换电路，可便捷地将工业级以太网交换芯片的以太网电口转换为光口。
实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种适用于工业级交换机扩展的百千兆自适应光电口转换电路，包括：
依次耦接的电口电路单元、光电口转换电路单元和光口电路单元；
所述电口电路单元至少包括网络变压器，一端连接光电口转换电路单元的以太网电口，另一端用于连接需要转换的以太网交换芯片的电口；
所述光电口转换电路单元至少包括PHY芯片，所述PHY芯片具有支持百千兆速率自适应的以太网光口和以太网电口；
所述光口电路单元至少包括SFP接口和耦合电容，所述耦合电容的两端分别连接SFP接口和光电口转换电路单元的以太网光口，所述SFP接口用于连接外部百兆速率或千兆速率SFP光模块。
进一步的，所述光电口转换电路单元包括PHY芯片U1，型号为RTL8211FSI；所述PHY芯片U1的HSIP/N、HSOP/N为光口，连接光口电路单元传输光口信号，该光口支持100base-FX和1000base-X自适应；所述PHY芯片U1的MDI接口为电口，连接电口电路单元的网络变压器传输电口信号，该电口支持10/100/1000M速率，且根据光口的速率自动跟随。
进一步的，所述PHY芯片U1通过耦接其23、24、25脚的电阻配置电路将其CFG_MODE[2:0]配置为3’b110，使所述PHY芯片U1工作于电口与光口自动转换模式。
进一步的，所述光电口转换电路单元还包括耦接所述PHY芯片U1的电源转换电路、时钟电路和复位电路；其中，电源转换电路部分由PHY芯片U1的32脚REGOUT网络通过连接外部电感L1，输出+1.1V的电源，用DVDD10网络供给PHY芯片；时钟电路部分由25MHz的无源晶振X1、电容C10、C11组成，无源晶振X1的XTAL_IN、XTAL_OUT连接PHY芯片的45、46脚，给PHY芯片U1提供25MHz的外部时钟；复位电路包括由电阻R2和电容C30构成的阻容复位电容，通过PHYRSTB网络连接至PHY芯片U1的13脚，用于给PHY芯片U1提供上电后延迟复位。
进一步的，所述电口电路单元包括网络变压器U2，所述网络变压器U2的一端通过四对差分线连接PHY芯片U1的MDI电口，另一端通过另外四对差分线连接需要转换的以太网交换芯片的MDI电口；PHY芯片侧的四个变压器中间抽头连接到去耦电容C28，电容另一端接地。
进一步的，所述光口电路单元包括SFP接口U3和耦合电容C18、C19、C20、C21；其中耦合电容C18、C19、C20、C21分别通过差分线TX+/TX-、RX+/RX-、HSIP/HSIN、HSOP/HSON一端连接SFP接口，另一端连接光电口转换电路单元的以太网光口，分别用于接收SFP接口的信号，传输给光电口转换电路单元的以太网光口，以及接收光电口转换电路单元的以太网光口的信号，传输给SFP接口。
本实用新型的有益效果是：
1)只需要在原始设计方案的基础上增加该转换电路，连接至原来的以太网交换芯片的电口，即可转换成百千兆速率自适应的以太网光口，无需大幅改造原来的工业级交换机电路，大大降低了设计成本，提高了网络环境的适应能力。
2)转换后的以太网光口支持百千兆速率自适应，满足多元的需求，提高了网络环境的适应能力。
3)本自适应光电口转换电路使用了PHY芯片，无交换缓存，可以保证原设计链路的瞬时高密度网络帧的及时传输不丢包。
4)本自适应光电口转换电路针对工业级交换机扩展设计，支持工业级环境温度，符合原工业级交换机电路的设计需求。
附图说明
图1为本实用新型实施例的自适应光电口转换电路的构成原理示意图。
图2为本实用新型实施例的光电口转换电路单元中PHY芯片的示意图。
图3为本实用新型实施例的光电口转换电路单元中PHY芯片的供电电路示意图。
图4为本实用新型实施例的光电口转换电路单元中PHY芯片的配置电路示意图。
图5为本实用新型实施例的光电口转换电路单元中电源转换电路的示意图。
图6为本实用新型实施例的光电口转换电路单元中时钟电路的示意图。
图7为本实用新型实施例的电口电路单元的电路图。
图8为本实用新型实施例的光口电路单元的电路图。
具体实施方式
为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。
如图1所示，本实施例所述的一种适用于工业级交换机扩展的百千兆自适应光电口转换电路，包括：
依次耦接的电口电路单元、光电口转换电路单元和光口电路单元；
其中，电口电路单元至少包括网络变压器，一端连接光电口转换电路单元的以太网电口，另一端用于连接需要转换的以太网交换芯片的电口，传输电口信号；
光电口转换电路单元至少包括PHY芯片，其具有支持百千兆速率自适应的以太网光口和以太网电口；
光口电路单元至少包括SFP接口和耦合电容，耦合电容的两端分别连接SFP接口和光电口转换电路单元的以太网光口，SFP接口用于连接外部百兆速率或千兆速率SFP光模块，传输光口信号。
下面结合附图2-8示出的电路实例对本实施例的百千兆自适应光电口转换电路进行进一步详细说明。
如图2所示，本实施例中，光电口转换电路单元包括PHY芯片U1，PHY芯片选用RTL8211FSI，可以工作在工业级环境温度下。PHY芯片U1的HSIP/N、HSOP/N为光口，连接光口电路单元，传输光口信号，该光口支持100base-FX和1000base-X自适应，对应百兆和千兆速率自适应。PHY芯片U1的MDI接口为电口，连接电口电路单元的网络变压器，传输电口信号，该电口支持10/100/1000M速率，但会根据光口的速率自动跟随，无需额外配置。即光口连接速率百兆，电口自动跟随连接速率百兆；光口连接速率千兆，电口自动跟随连接速率千兆；光口断开，电口自动跟随断开。如图3所示，PHY芯片U1通过+3.3V电源供电，且内部集成开关电源；电容C1-C7为滤波电容。
上述PHY芯片U1支持多种模式，通过PHY芯片U1的23、24、25脚CFG_MODE[2:0]配置芯片工作模式。参见附图4，本实施例中，4.7K电阻R8、R9、R10用于选PHY芯片U1的CFG_MODE[2:0]配置为3’b110，对应PHY芯片U1模式为电口与光口自动转换模式，配置方便，无需额外软件配置。留空电阻R6、R7、R11，为预留调试电阻。
本实施例中，PHY芯片U1还配有电源转换电路、时钟电路和复位电路。
参见附图5，PHY芯片U1的32脚REGOUT网络通过连接外部2.2uH的电感L1，输出+1.1V的电源，用DVDD10网络供给PHY芯片U1，省去了外部的降压电路，节省空间，降低成本。C12-C17为滤波电容。
参见附图6，25MHz的无源晶振X1、电容C10、C11组成时钟电路，XTAL_IN、XTAL_OUT连接PHY芯片U1的45、46脚，给PHY芯片U1提供25MHz的外部时钟。
另外，本实施中，在PHY芯片U1外围还配置了2.49K电阻R3，其一端接地，一端通过RSET网络连接PHY芯片U1的48脚，用于给PHY芯片提供一个内部偏置基准电流。以及4.7K电阻R2和10uF电容C30构成的阻容复位电容，通过PHYRSTB网络连接至PHY芯片U1的13脚，用于给PHY芯片U1提供上电后延迟复位。
参见附图7，本实施例中，电口电路单元至少包括网络变压器U2。网络变压器U2的一端通过四对差分线连接PHY芯片U1的MDI电口，另一端通过另外四对差分线连接需要转换的以太网交换芯片的MDI电口。PHY芯片侧的四个变压器中间抽头连接到0.1uF的去耦电容C28，电容另一端接地。如果以太网交换芯片侧的电口为电压型，那么这侧的四个变压器中间抽头连接到0.1uF的去耦电容C29，电容另一端接地。如果以太网交换芯片侧的电口为电流型，在如上的基础上，电容C29的变压器抽头侧网络还需要根据以太网交换芯片的内部设计上拉至对应电压的电源。网络变压器U29用于隔离两端电口的直流分量，互通传输以太网电口的交流信号。
参见附图8，本实施例中，光口电路单元至少包括SFP接口U3和耦合电容C18、C19、C20、C21。两对耦合电容通过差分线TX+/TX-、RX+/RX-、HSIP/HSIN、HSOP/HSON一端连接SFP接口，另一端光电口转换电路单元的以太网光口，分别用于接收SFP接口的信号，传输给光电口转换电路单元的以太网光口，以及接收光电口转换电路单元的以太网光口的信号，传输给SFP接口。耦合电容可以隔开两边的直流分量，传输交流信号。SFP接口连接+3.3V电源供电，磁珠L2、L3和滤波电容C22-C27可以使电源更稳定。SFP接口用于外部插入百兆速率或千兆速率SFP光模块，再通过光纤传输光信号数据。
本实施例的自适应光电口转换电路针对工业级交换机的扩展设计，使用了PHY芯片，无交换缓存，可以保证原设计链路的瞬时高密度网络帧的及时传输不丢包，避免了更换交换芯片方案带来的细节参数变化引起的网络问题。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
Claims (6)
1.一种适用于工业级交换机扩展的百千兆自适应光电口转换电路，其特征在于，包括：
依次耦接的电口电路单元、光电口转换电路单元和光口电路单元；
所述电口电路单元至少包括网络变压器，一端连接光电口转换电路单元的以太网电口，另一端用于连接需要转换的以太网交换芯片的电口；
所述光电口转换电路单元至少包括PHY芯片，所述PHY芯片具有支持百千兆速率自适应的以太网光口和以太网电口；
所述光口电路单元至少包括SFP接口和耦合电容，所述耦合电容的两端分别连接SFP接口和光电口转换电路单元的以太网光口，所述SFP接口用于连接外部百兆速率或千兆速率SFP光模块。
2.根据权利要求1所述的适用于工业级交换机扩展的百千兆自适应光电口转换电路，其特征在于，所述光电口转换电路单元包括PHY芯片U1，型号为RTL8211FSI；所述PHY芯片U1的HSIP/N、HSOP/N为光口，连接光口电路单元传输光口信号，该光口支持100base-FX和1000base-X自适应；所述PHY芯片U1的MDI接口为电口，连接电口电路单元的网络变压器传输电口信号，该电口支持10/100/1000M速率，且根据光口的速率自动跟随。
3.根据权利要求2所述的适用于工业级交换机扩展的百千兆自适应光电口转换电路，其特征在于，所述PHY芯片U1通过耦接其23、24、25脚的电阻配置电路将其CFG_MODE[2:0]配置为3’b110，使所述PHY芯片U1工作于电口与光口自动转换模式。
4.根据权利要求2所述的适用于工业级交换机扩展的百千兆自适应光电口转换电路，其特征在于，所述光电口转换电路单元还包括耦接所述PHY芯片U1的电源转换电路、时钟电路和复位电路；其中，电源转换电路部分由PHY芯片U1的32脚REGOUT网络通过连接外部电感L1，输出+1.1V的电源，用DVDD10网络供给PHY芯片；时钟电路部分由25MHz的无源晶振X1、电容C10、C11组成，无源晶振X1的XTAL_IN、XTAL_OUT连接PHY芯片的45、46脚，给PHY芯片U1提供25MHz的外部时钟；复位电路包括由电阻R2和电容C30构成的阻容复位电容，通过PHYRSTB网络连接至PHY芯片U1的13脚，用于给PHY芯片U1提供上电后延迟复位。
5.根据权利要求2-4任一项所述的适用于工业级交换机扩展的百千兆自适应光电口转换电路，其特征在于，所述电口电路单元包括网络变压器U2，所述网络变压器U2的一端通过四对差分线连接PHY芯片U1的MDI电口，另一端通过另外四对差分线连接需要转换的以太网交换芯片的MDI电口；PHY芯片侧的四个变压器中间抽头连接到去耦电容C28，电容另一端接地。
6.根据权利要求2-4任一项所述的适用于工业级交换机扩展的百千兆自适应光电口转换电路，其特征在于，所述光口电路单元包括SFP接口U3和耦合电容C18、C19、C20、C21；其中耦合电容C18、C19、C20、C21分别通过差分线TX+/TX-、RX+/RX-、HSIP/HSIN、HSOP/HSON一端连接SFP接口，另一端连接光电口转换电路单元的以太网光口，分别用于接收SFP接口的信号，传输给光电口转换电路单元的以太网光口，以及接收光电口转换电路单元的以太网光口的信号，传输给SFP接口。
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