DE202018101132U1

DE202018101132U1 - Gleichtaktstörungsdämpfungstechniken für ein verdrilltes Drahtpaar

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Publication number: DE202018101132U1
Application number: DE202018101132.4U
Authority: DE
Original assignee: Linear Technology LLC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2018-03-01
Publication date: 2018-06-04
Anticipated expiration: 2028-03-02
Also published as: US20180254931A1; US10404502B2

Abstract

System zum Filtern von AC-Gleichtaktsignalen von einem Paar von Drähten, das Differenzdaten führt, das Folgendes aufweist:ein Physische-Verbindungsschicht-Gerät (PHY), das einen Transceiver für Gegentaktdaten bzw. Differenzmodus-Daten aufweist, wobei das PHY einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist;einen Autotransformator mit einer ersten Wicklung, einer zweiten Wicklung und einem Mittelabgriff zwischen der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung, wobei der Autotransformator einen mit dem ersten Anschluss des PHY gekoppelten dritten Anschluss und einen mit dem zweiten Anschluss des PHY gekoppelten vierten Anschluss aufweist, wobei der Mittelabgriff durch eine Niederimpedanz mit Masse verbunden ist; undeine Gleichtaktdrossel (CMC) mit einem mit dem dritten Anschluss des Autotransformators gekoppelten fünften Anschluss und einem mit dem vierten Anschluss des Autotransformators gekoppelten sechsten Anschluss, wobei die CMC auch einen mit einem ersten der Drähte gekoppelten siebten Anschluss und einen mit einem zweiten der Drähte gekoppelten achten Anschluss aufweist,wobei die CMC und der Autotransformator die Übertragung von Gleichtaktstörungen zwischen dem Paar von Drähten und dem PHY signifikant dämpfen, wohingegen die Übertragung von Gegentaktdatensignalen zwischen dem Paar von Drähten und dem PHY nicht signifikant gedämpft wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der vorläufigen United States Patentanmeldungen mit den Seriennummern 62/465,737 , eingereicht am 1. März 2017; 62/465,745, eingereicht am 1. März 2017 und 62/467,036, eingereicht am 3. März 2017, von Andrew J. Gardner, wobei alle Anmeldungen hiermit durch Bezugnahme aufgenommen werden.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Die Erfindung betrifft Kommunikationssysteme, die Differenzdaten über ein verdrilltes Drahtpaar verwenden, insbesondere Techniken zum Verbessern der Gleichtakteinfügedämpfungscharakteristik.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Eine Gleichtaktdrossel (common mode choke - CMC) entfernt Gleichtaktstörungen von einem Differenzdrahtpaar und das Ausmaß des Ausfilterns der Gleichtaktstörungen wird als Gleichtakteinfügedämpfung (common mode insertion loss) bezeichnet. In Datenübertragungsanwendungen, die ein nichtabgeschirmtes verdrilltes Kabelpaar bzw. Twisted-Pair-Kabel bzw. UTP-Kabel (unshielded twisted pair - UTP) verwenden, ist die Gleichtakteinfügedämpfung der durch die Physische-Verbindungsschicht-Datengeräte (PHYs) verwendeten CMC an jedem Ende des Kabels kritisch für das Bewahren der Integrität der Datenkommunikationsverbindungsstrecke bei Anwesenheit von Gleichtaktstörungen.
Gleichtakteinfügedämpfung wird durch einige Einschränkungen für die CMC begrenzt, wie etwa Grundfläche, Zwischenwicklungskapazität, Leckinduktivität, die DCR der Wicklungen und Kernverluste. Zusätzlich muss die CMC eine niedrige Einfügedämpfung und eine hohe Echodämpfung aufweisen, wie es für die zwischen den PHYs übermittelten Differenzdaten erforderlich ist. Für UTP-Kabel verwendende Anwendungen, die sehr geringe Bitfehlerraten in störungshaltigen Umgebungen erreichen müssen, ist es für eine herkömmliche CMC möglicherweise nicht machbar, die benötigte Gleichtakteinfügedämpfung zu erreichen. Die Lösung für diese Sackgasse besteht üblicherweise darin, dass das UTP-Kabel und die UTP-Stecker durch relativ teure abgeschirmte Kabel und Stecker ersetzt werden.
Bessere Techniken werden benötigt, um Gleichtaktstörungen von einem Differenzdaten führenden Drahtpaar zu entfernen.
KURZDARSTELLUNG
Verschiedene Techniken zum Abschließen eines Differenzdrahtpaars wurden beschrieben, die Kombinationen von CMCs, Transformatoren, Autotransformatoren, Gegentaktdrosseln (differential mode choke - DMCs) und AC-Koppelkondensatoren verwenden. Die Techniken verbessern die AC-Gleichtakteinfügedämpfung ohne die Differenzdatensignale signifikant zu dämpfen, während die Anforderungen an die CMC erleichtert werden.
Figurenliste

1 zeigt eine Art von Kommunikationsstrecke zwischen zwei PHYs unter Verwendung eines UTP-Kabels.
2 veranschaulicht eine Schaltung, die ein AC-gekoppeltes PHY mit einer Nebenschluss-Gegentaktdrossel (differential mode choke - DMC) und einer CMC.
3 veranschaulicht eine weitere Schaltung, die mit der Nebenschluss-DMC gekoppelt ist, um die Drähte abzuschließen und die AC-Gleichtaktsignale zu eliminieren.
4 veranschaulicht eine Kombination eines AC-gekoppelten PHY mit zwei Serien-CMCs und einer Nebenschluss-DMC in einer T(„tee“)-Ausgestaltung.
5 zeigt eine Art eines Abschlusses für ein Differenzdatenkommunikationssystem, bei dem ein PHY angewiesen ist auf eine CMC, um Gleichtaktsignale in einer symmetrischen Twisted-Pair-Kabelanwendung zu behindern, und auf Nebenschluss-AC-gekoppelte Widerstände an der MDI, um die Gleichtaktsignale abzuschließen.
6 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, die einen Mittelabgriff-Autotransformator als eine Nebenschluss-DMC verwendet, bei der der Mittelabgriff mit Masse AC-gekoppelt ist.
7 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der der Mittelabgriff des Autotransformators über eine Spannungsquelle mit Masse DC-gekoppelt ist.
8 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der der Mittelabgriff-Autotransformator durch einen Transformator ersetzt ist und die MDI-seitige Wicklung des Transformators mittelabgegriffen wird und über eine Spannungsquelle mit Masse DC-gekoppelt ist.
9 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Positionen der CMC und der DC-Sperrkondensatoren im Vergleich mit der in 8 gezeigten Ausführungsform vertauscht sind.
10 veranschaulicht eine Variante der Ausführungsform von 9, bei der DC-Koppelinduktivitäten zu den PHY-seitigen Anschlüssen der CMC hinzugefügt sind, um durch die Spannungsquelle erzeugte DC-Spannung auf die zwei Leiter des symmetrischen Twisted-Pair-Kabels zu diplexen.
11 veranschaulicht eine zu 10 alternative Ausführungsform, bei der der Mittelabgriff-Transformator mit einem Mittelabgriff-Autotransformator ersetzt ist und bei der der Mittelabgriff des Autotransformators über einen Kondensator mit Masse AC-gekoppelt ist.
12 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung für ein Zwei-Paar-PHY. Eine Gleichtakt-DC-Spannung ist über die Mittelabgriffe der Autotransformatoren gelegt, um eine Gleichtaktspannung an den zwei Leitern von jedem des symmetrischen Twisted-Pair-Kabels bereitzustellen.
13 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform, bei der die Autotransformatoren von 12 durch Transformatoren ersetzt sind und die PHY-Anschlüsse gegenüber der MDI galvanisch getrennt sind.
14 veranschaulicht eine Schaltung, bei der ein Drahtpaar-Ethernet mit Strom-über-Datenleitungen (Power over Data Lines - PoDL) mit symmetrischen Twisted-Pair-Kabeln verwendet wird.
15 veranschaulicht eine Stromkopplungsschaltung für ein Ein-Draht-Paar-Ethernet-PHY, die Übertragung von sowohl Differenzdaten und DC-Strom über ein Koaxialkabel ermöglicht.

Elemente, die dieselben oder äquivalente sind, sind mit derselben Elementnummer bezeichnet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Mehrere Techniken zum Verringern von Gleichtaktstörungen in einem Differenzdatenkommunikationssystem sind gezeigt.
Gleichtaktdrossel- und Gegentaktdrossel-Kombination für Datenübertragung über ein verdrilltes Drahtpaar
1 zeigt eine Kommunikationsstrecke unter Verwendung eines UTP-Kabels 14 zwischen zwei PHYs 10 und 12. CMCs 16 und 18 werden verwendet, um Gleichtaktstörungen auszufiltern. AC-Koppelkondensatoren C1-C4 filtern DC aus, so dass die PHYs 10 und 12 nur AC-gekoppelte Differenzdaten empfangen. Die PHYs 10 und 12 können auch AC-gekoppelte Differenzdaten übertragen. Die PHYs 10 und 12 enthalten Transceiver und Signalaufbereitungsschaltungen und deren Parameter sind typischerweise durch IEEE-Normen spezifiziert.
Eine CMC weist zwei gekoppelte Wicklungen auf und ist mit dem verdrillten Drahtpaar in Serie geschaltet. Wie durch die Punkte auf den CMC-Wicklungen gezeigt ist, weisen die Wicklungen dieselbe Polarität für Gleichtaktsignale auf, so dass sich das durch ein Gegentaktsignal erzeugte Magnetfeld im Wesentlichen auslöscht. Somit präsentiert die CMC wenig Induktivität oder Impedanz für Gegentaktströme. Gleichtaktströme sehen allerdings aufgrund der nichtausgelöschten gekoppelten Induktivität der Wicklungen eine hohe Impedanz.
Die CMC eliminieren idealerweise HF-Gleichtaktstörungen oder dämpfen diese stark, während geringer Verlust für die Gegentaktspannungssignale eingebracht wird. CMCs weisen allerdings Einschränkungen auf, welche deren Fähigkeit zum Verhindern von Gleichtaktsignalen beschränken. Solche Einschränkungen beinhalten Zwischenwicklungskapazität, DC-Widerstand (DCR) der Wicklungen und Kernverlust. Die CMCs müssen auch gegenüber Gegentaktdaten eine geringe Eingangsdämpfung und eine hohe Echodämpfung aufweisen.
Kombinationen einer Gegentaktdrossel (DMC) und einer oder mehreren CMCs werden hier vorgeschlagen, die substantiell Gleichtakteinfügedämpfung verbessern während die erforderliche Gegentaktechodämpfung und -einfügedämpfung bewahrt werden. In den folgenden Figuren wird aus Einfachheitsgründen nur ein PHY gezeigt und die Schaltungsanordnung kann an beiden Enden des Drahtpaars symmetrisch sein.
2 veranschaulicht eine Schaltung, die ein AC-gekoppeltes PHY 10 mit einer Nebenschluss-DMC 20 und einer Serien-CMC 22 kombiniert. Diese Ausgestaltung der CMC 22 und der DMC 20 ist derart, dass die Übertragung eines AC-Gleichtaktsignals zwischen der medienabhängigen Schnittstelle (MDI) 24 und dem PHY 10 substantiell erschwert wird, wohingegen die Übertragung eines Gegentaktsignals nicht substantiell erschwert wird und die Übertragung eines Gleichtaktsignals zwischen den gemeinsamen Verbindungen der CMC 22 und der DMC 20 mit Masse nicht substantiell erschwert wird, wohingegen die Übertragung eines AC-Gegentaktsignals substantiell erschwert wird. Die Nebenschlussverbindungen der DMC 20 mit Masse sind durch die Kondensatoren 26 und 27 AC-gekoppelt.
Auf diese Weise werden die Anforderungen an die CMC 22 stark verringert, da jegliche AC-Gleichtaktstörung, die durch die CMC 22 hindurchgeht, durch die an Masse gekoppelten AC-Koppelkondensatoren 26 und 27 über die DMC 20 abgeleitet werden.
Eine weitere Schaltung, die mit der DMC 20 gekoppelt ist, um die Drähte abzuschließen und die AC-Gleichtaktsignale zu eliminieren, ist in 3 gezeigt. In 3 ist ein Anschluss des DMC 20 über einen AC-Koppelkondensator 27 an Masse gekoppelt und der zweite Anschluss der DMC 20 ist an einen Kondensator 30 gekoppelt, welcher mit dem Kondensator 27 verbunden ist. Diese Ausführungsform ist allgemein der 2 äquivalent.
4 veranschaulicht eine Kombination eines AC-gekoppelten PHY 10 mit zwei Serien-CMCs 22 und 32 und einer Nebenschluss-DMC 20 in einer T(„tee“)-Ausgestaltung. Diese Ausgestaltung ist derart, dass Übertragung eines Gleichtaktsignals zwischen dem PHY 10 und den gemeinsamen Verbindungen von sowohl beiden CMCs 22/32 als auch der DMC 20 substantiell erschwert wird, wohingegen die Übertragung eines Gegentaktsignals nicht substantiell erschwert wird. Die Übertragung eines Gleichtaktsignals zwischen den gemeinsamen Verbindungen der CMCs 22/32 und der DMC 20 zu Masse wird nicht substantiell erschwert, wohingegen die Übertragung eines Gegentaktsignals zur Masse substantiell erschwert wird. Die Übertragung eines Gleichtaktsignals zwischen den gemeinsamen Verbindungen der CMCs 22/32 und der DMC 20 zu der MDI 24 wird substantiell erschwert, wohingegen die Übertragung eines Gegentaktsignals zwischen der MDI 24 und den gemeinsamen Verbindungen nicht substantiell erschwert wird. Die Nebenschlussverbindungen der DMC 20 mit Masse sind AC-gekoppelt. Zusätzliche Ausführungsformen zum Koppeln der Nebenschluss-DMC mit Masse sind vorgesehen. Die hinzugefügte CMC 32 an den AC-Koppelkondensatoren C1 und C2 verringert weiter die AC-Gleichtaktstörungen während die Anforderungen an die DMC 20 und die CMC 22 erleichtert werden, da die AC-Gleichtaktstörungen durch die CMC 22 für eingehende Signale auf dem Drahtpaar 14 gedämpft werden, bevor sie die DMC 20 erreichen, und die auf Seiten des PHY 10 (in einem abgehenden Signal) erzeugten AC-Gleichtaktstörungen durch die CMC 32 gedämpft werden, bevor sie die DMC 20 erreichen. Somit kann das PHY 10 aufgrund der CMC 32 eine hohe AC-Gleichtaktimpedanz sehen. Da die DMC 20 an ihrem Eingang symmetrische CMCs 22/32 aufweist, ist die AC-Gleichtaktstörungsverringerung für das PHY 10 symmetrisch für Übertragung und Empfang, welches die Anforderungen an die DMC 20 und die CMCs 22/32 erleichtern kann.
SCHALTUNGSTECHNIKEN FÜR VERBESSERTE GLEICHTAKTDROSSELLEISTUNGSFÄHIGKEIT VON SYMMETRISCHEN TWISTED-PAIR-KABEL-PHYs
In Datenübertragungsanwendungen, die ein symmetrisches Twisted-Pair-Kabel verwenden, ist die Leistungsfähigkeit der durch die Physische-Verbindungsschicht-Datengeräte (PHYs) verwendeten Gleichtaktdrossel (CMC) an jedem Ende des Kabels kritisch für das Bewahren der Integrität der Datenkommunikationsverbindungsstrecke bei Anwesenheit von Gleichtaktstörungen.
5 zeigt einen Abschluss für ein Differenzdatenkommunikationssystem, bei dem ein PHY 10 angewiesen ist auf eine CMC 60, um Gleichtaktsignale in einer symmetrischen Twisted-Pair-Kabelanwendung zu behindern. Die AC-Koppelkondensatoren 62 und 63 erlauben es den AC-Differenzdaten, hindurchzugehen. Die Widerstände 66 und 68 und Kondensatoren 70 und 71 aufweisenden RC-Schaltungen liefern einen AC-gekoppelten Impedanzabgleich für Gleichtaktsignale.
Gleichtakteinfügedämpfung wird durch eine Anzahl von Einschränkungen für die CMC begrenzt, wie etwa Grundfläche, Zwischenwicklungskapazität, die DCR der Wicklungen und Kernverluste. Zusätzlich muss die CMC eine niedrige Eingangsdämpfung und eine hohe Echodämpfung aufweisen, wie es für die übermittelten Gegentaktdaten erforderlich ist. Für symmetrische, Twisted-Pair-Kabel verwendende Anwendungen, die sehr geringe Bitfehlerraten in störungshaltigen Umgebungen erreichen müssen, ist es für eine herkömmliche CMC möglicherweise nicht machbar, die benötigte Gleichtakteinfügedämpfung zu erreichen. Die Lösung für diese Sackgasse kann Verwendung von relativ teuren geschirmten Kabeln und Verbindern sein, um die Anforderungen an die CM abzumildern oder die Anforderung nach einer CMC gänzlich zu eliminieren.
Eine Kombination eines Mittelabgriff-Autotransformators oder eines Transformators mit einer mittelabgegriffenen Sekundärwicklung und einer CMC wird hier vorgeschlagen, die substantiell die mit einer simplen CMC machbare Gleichtakteinfügedämpfung in PHY-Anwendungen, die symmetrische Twisted-Pair-Kabel verwenden, verbessert.
6 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, die einen Mittelabgriff-Autotransformator 74 verwendet. Ein Autotransformator ist ein Transformator mit nur einer Wicklung. In einem Autotransformator wirken Teile derselben Wicklung sowohl als die Primär- als auch als die Sekundärseite des Transformators. Es ist möglich, zwei identische gekoppelte Induktivitäten als einen Mittelabgriff-Autotransformator auszugestalten, indem die Induktivitäten mit deren Polaritäten aufaddierend in Serie verbunden werden. Im Gegensatz dazu weist ein gewöhnlicher Transformator eine Primär- und eine Sekundärwicklung auf, die galvanisch getrennt sind.
Das PHY 10 ist über eine CMC 76 und DC-Sperrkondensatoren 78 und 80 mit der MDI 24 gekoppelt. Der Mittelabgriff-Autotransformator 74 ist im Nebenschluss zwischen die zwei Anschlüsse des PHY 10 geschaltet. Der Mittelabgriff des Autotransformators 74 ist über den Kondensator 82 mit der Gleichtaktmasse AC-gekoppelt. Die zwei Verbinderanschlüsse des MDI 24 weisen über die aus den Widerständen 66/68 und Kondensatoren 70/72 bestehende RC-Schaltungen AC-gekoppelte Gleichtaktabschlüsse zur Gleichtaktmasse auf. Die Gleichtaktstörabschlüsse minimieren Reflexionen von Gleichtaktsignalen, die an der MDI 24 eintreffen.
Die CMC 76 behindert AC-Gleichtaktsignale substantiell, behindert allerdings Gegentaktsignale nicht substantiell. Gleichtaktsignale, die an den zwei mit den Anschlüssen des PHY 10 gemeinen Anschlüssen des Autotransformators 74 angelegt sind, sehen einen Niederimpedanzpfad zur Gleichtaktmasse, aufgrund der angedeuteten Polaritäten der Wicklungen, wohingegen die Gegentaktsignale des PHY 10 eine relativ hohe AC-Impedanz sehen. Folglich werden AC-Gegentaktsignale zwischen der MDI 24 und dem PHY 10 mit geringem Verlust übertragen, wohingegen AC-Gleichtaktsignale mit einem Verlust übertragen werden, der substantiell größer ist als das, was unter Verwendung der simplen in 5 gezeigten Serien-CMC-Ausgestaltung erreicht werden kann. Die Verwendung des Autotransformators 74 zusammen mit der CMC 76 verringert die Anforderungen an die CMC 76 und verbessert die Gleichtaktstörunterdrückung im Vergleich mit der Ausgestaltung der 5, mit kleiner oder keiner nachteiligen Auswirkung auf die Gegentaktdaten.
Eine weitere CMC kann zwischen den Autotransformator 74 und das PHY 10 eingesetzt werden, so dass das PHY 10 eine hohe Gleichtaktimpedanz sieht. Die zusätzliche CMC kann die Übertragung von Gleichtaktstörungen weiter jenseits dessen, was mit einer einzigen CMC machbar ist, verringern.
Ein Mittelabgriff-Autotransformator, wie in 6 gezeigt, kann auch die DMC 20 in 4 ersetzen.
7 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der unter Verwendung einer Spannungsquelle 86 eine DC-Spannung an dem Mittelabgriff des Autotransformators 74 angelegt wird. Die Spannungsquelle 86 wird als eine geringe Impedanz für Ableiten der AC-Gleichtaktstörungen zu Masse aufweisend angenommen. Eine Verwendung der Ausführungsform von 7 besteht im Zuliefern einer DC-Spannung (relativ zur Systemmasse) auf dem Drahtpaar 14 zum Bestromen einer an dem anderen Ende verbundenen bestromten Vorrichtung (powered device - PD).
8 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der der Mittelabgriff-Autotransformator durch einen Transformator 87 ersetzt ist und die MDI-seitige Wicklung des Transformators 87 mittelabgegriffen wird und mit der Gleichtaktmasse verbunden ist. Diese Ausführungsform stellt eine zusätzliche Trennung des PHY 10 auf Kosten von etwas Wirkungsgrad bereit.
9 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Positionen der CMC 76 und der DC-Sperrkondensatoren 88 und 90 im Vergleich mit der in 8 gezeigten Ausführungsform vertauscht sind.
10 veranschaulicht eine Variante der Ausführungsform von 9, bei der DC-Koppelinduktivitäten 92 und 94 zu den PHY-seitigen Anschlüssen der CMC 76 hinzugefügt sind, um durch die Spannungsquelle 96 erzeugte DC-Spannung auf die zwei Leiter des symmetrischen Twisted-Pair-Kabels 14 zu diplexen. Die DC-Spannung wird zum Bestromen einer Last an dem anderen Ende der Drähte 14 in einem Strom-über-Datenleitungen-Netzwerk bzw. PoDL-Netzwerk (Power over Data Lines - PoDL) verwendet.
11 veranschaulicht eine zu 10 alternative Ausführungsform, bei der der Mittelabgriff-Transformator mit einem Mittelabgriff-Autotransformator 74 ersetzt ist und bei der der Mittelabgriff des Autotransformators 74 über den Kondensator 98 mit Masse AC-gekoppelt ist. Die Vorteile der Verwendung eines Autotransformators wurden zuvor mit Bezugnahme auf 6 erläutert.
12 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung für ein Zwei-Paar-PHY 100.
Eine durch die Spannungsquelle 102 erzeugte Gleichtakt-DC-Spannung ist über die Mittelabgriffe der Autotransformatoren 104 und 106 angelegt, um eine Gleichtaktspannung an den zwei Leitern von jedem des symmetrischen Twisted-Pair-Kabels 14A und 14B bereitzustellen. DC-Sperrkondensatoren 108-112 trennen die Anschlüsse des PHY 100 von der auf den Leitern der symmetrischen Twisted-Pair-Kabel 14A und 14B vorhandenen DC-Spannung. Da die Abschlüsse der Kabel 14A und 14B identisch sind, werden die entsprechenden Komponentenpaare als A und B gekennzeichnet.
Diese Ausgestaltung wird für ein Strom-über Ethernet-System (Power over Ethernet system) verwendet, bei dem ein Drahtpaar ein DC-Potential (die Plus-Spannung der Spannungsquelle 102) leitet und das andere Drahtpaar ein weiteres DC-Potential (die Minus-Spannung der Spannungsquelle 102) leitet und die Differenz der Potentiale verwendet wird zum Bestromen einer Last an dem anderen Ende des Drahtpaars.
13 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform, bei der die Autotransformatoren von 12 durch Transformatoren 116 und 118 ersetzt sind und die Anschlüsse des PHY 100 gegenüber den MDIs 24A und 24B galvanisch getrennt sind. Eine durch die Spannungsquelle 102 erzeugte DC-Spannung ist über die Mittelabgriffe der Transformatoren 116 und 118 angelegt, um eine Gleichtaktspannung an den zwei Leitern von jedem der symmetrischen Twisted-Pair-Kabel 14A und 14B bereitzustellen.
Bei den Ausführungsformen von 6-13 werden Gleichtaktsignale, die die Integrität eines Differenzsignals eines PHY verschlechtern können, durch die niedrige Gleichtaktimpedanz eines Mittelabgriff-Transformators oder eines Autotransformators auf Seiten des PHY einer CMC auf Masse abgeleitet. Das PHY kann direkt mit den Anschlüssen der CMC verbunden sein, durch DC-Sperrkondensatoren verbunden sein, durch eine Transformatorschnittstelle verbunden sein oder durch eine Serienkombination von sowohl einer Transformatorschnittstelle als auch von DC-Sperrkondensatoren verbunden sein. Die der MDI zugewandten Anschlüsse der CMC können direkt mit der MDI oder über DC-Sperrkondensatoren verbunden sein. Gleichtaktabschlüsse können an der MDI vorhanden sein, um unerwünschte Reflexionen von an der MDI eintreffenden Gleichtaktsignalen zu verhindern. Eine DC-Spannung kann an den Leitern des symmetrischen Twisted-Pair-Kabels, unter Verwendung von Koppelinduktivitäten für ein Paar von PHYs, oder dem Mittelabgriff eines Transformators oder Autotransformators für PHYs, die von zwei oder mehr symmetrischen Twisted-Pair-Kabeln für die Übertragung von Daten abhängen, angelegt sein.
Ein-Paar-Ethernet mit Strom-über-Datenleitungen (PoDL) für Koaxialkabel
Ein-Draht-Paar-Ethernet mit Strom-über-Datenleitungen (PoDL) wird typischerweise mit symmetrischen Twisted-Pair-Kabeln 120 verwendet, wie in 14 gezeigt ist. In 14 ist eine DC-Spannungsquelle 122 mit dem Eingang der CMC 22 über DC-Koppelinduktivitäten L1 und L2 gekoppelt. Die Induktivitäten L1 und L2 behindern AC-Differenzsignale. Die CMC 22 behindert die DC-Spannung nicht, da sie kein Gleichtakt-AC-Signal ist.
In manchen Fällen kann es allerdings nützlich sein, Ein-Draht-Paar-Ethernet-Daten mit DC-Strom über ein Koaxialkabel zu senden, wie etwa in einer sehr störhaltigen Umgebung.
Eine Stromkopplungsschaltung für ein Ein-Draht-Paar-Ethernet-PHY mit PoDL, die Übertragung von sowohl Differenzdaten und DC-Strom über ein Koaxialkabel ermöglicht, ist nachfolgend unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. 15 ist der Schaltung von 3 in der US Veröffentlichung 20160308683, der Broadcom Corporation zugewiesen, ähnlich, mit der Ausnahme, dass ein DC-Sperrkondensator 124 zu der Schaltung hinzugefügt wurde. Die Broadcom-Schaltung würde ohne den Kondensator 124 nicht funktionieren und somit ist die Broadcom-Offenbarung für diese Schaltung nicht befähigend.
Die Schaltung der vorliegenden 15 verwendet einen Balun 126 zum Transformieren der symmetrischen Differenzschnittstelle des PHY 10 in die unsymmetrische Schnittstelle des Koaxialkabels 128. Die äußere Abschirmung des Koaxialkabels 128 ist mit Masse verbunden, um den Mitteldraht vor äußeren Störungen abzuschirmen. Der DC-Sperrkondensator 124 isoliert die MDI-seitige Wicklung des Baluns 126 von der zwischen den zwei Leitern des Kabels 128 vorhandenen DC-Spannung. Eine Induktivität L1 wird zum Koppeln der DC-Stromquelle 130 oder der Last (an das andere Ende des Kabels 128 gekoppelt) in die zwei Leiter des Kabels 128 verwendet. Zusätzliche Schemata zum Isolieren der MDI-seitigen Wicklung des Baluns 126 von der zwischen den zwei Leitern des Kabels 128 vorhandenen DC-Spannung sind vorgesehen.
Obgleich bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, wird es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich sein, dass Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dieser Erfindung in ihren breiteren Aspekten abzuweichen und daher sollen die angehängten Ansprüche alle solche Änderungen und Modifikationen, die sich innerhalb des wahren Wesens und des Schutzumfangs dieser Erfindung befinden, innerhalb von deren Schutzumfang eingeschlossen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/465737 [0001]

Claims

System zum Filtern von AC-Gleichtaktsignalen von einem Paar von Drähten, das Differenzdaten führt, das Folgendes aufweist: ein Physische-Verbindungsschicht-Gerät (PHY), das einen Transceiver für Gegentaktdaten bzw. Differenzmodus-Daten aufweist, wobei das PHY einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist; einen Autotransformator mit einer ersten Wicklung, einer zweiten Wicklung und einem Mittelabgriff zwischen der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung, wobei der Autotransformator einen mit dem ersten Anschluss des PHY gekoppelten dritten Anschluss und einen mit dem zweiten Anschluss des PHY gekoppelten vierten Anschluss aufweist, wobei der Mittelabgriff durch eine Niederimpedanz mit Masse verbunden ist; und eine Gleichtaktdrossel (CMC) mit einem mit dem dritten Anschluss des Autotransformators gekoppelten fünften Anschluss und einem mit dem vierten Anschluss des Autotransformators gekoppelten sechsten Anschluss, wobei die CMC auch einen mit einem ersten der Drähte gekoppelten siebten Anschluss und einen mit einem zweiten der Drähte gekoppelten achten Anschluss aufweist, wobei die CMC und der Autotransformator die Übertragung von Gleichtaktstörungen zwischen dem Paar von Drähten und dem PHY signifikant dämpfen, wohingegen die Übertragung von Gegentaktdatensignalen zwischen dem Paar von Drähten und dem PHY nicht signifikant gedämpft wird.
System nach Anspruch 1, wobei die CMC mit dem Paar von Drähten AC-gekoppelt ist über einen zwischen den siebten Anschluss der CMC und den ersten der Drähte gekoppelten ersten Kondensator und einen zwischen den achten Anschluss der CMC und den zweiten der Drähte gekoppelten zweiten Kondensator.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mittelabgriff des Autotransformators mit Masse DC-gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Mittelabgriff des Autotransformators mit Masse AC-gekoppelt ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine mit dem Mittelabgriff des Autotransformators gekoppelte Spannungsquelle aufweist, zum Zuführen eines DC-Potentials zu dem Paar von Drähten in einem Strom-über-Ethernet-Netzwerk bzw. PoE-Netzwerk.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dritte Anschluss des Autotransformators mit dem ersten Anschluss des PHY über einen ersten Kondensator AC-gekoppelt ist und der vierte Anschluss des Autotransformators mit dem zweiten Anschluss des PHY über einen zweiten Kondensator AC-gekoppelt ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine mit dem Paar von Drähten gekoppelte Abschlussschaltungsanordnung, die eine den ersten der Drähte mit Masse koppelnde erste Widerstand-Kondensator-Schaltung und eine den zweiten der Drähte mit Masse koppelnde zweite Widerstand-Kondensator-Schaltung aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das PHY mit dem Paar von Drähten AC-gekoppelt ist über einen in Serie zwischen den ersten Anschluss und den ersten der Drähte gekoppelten ersten Kondensator und einen zwischen den zweiten Anschluss und den zweiten der Drähte gekoppelten zweiten Kondensator.
System zum Filtern von AC-Gleichtaktsignalen von einem Paar von Drähten, das Differenzdatensignale führt, das Folgendes aufweist: einen ersten Port mit zwei an einen Transceiver, der die Differenzdatensignale empfängt, gekoppelten ersten Anschlüssen; einen zweiten Port mit zwei mit dem Paar von Drähten gekoppelten zweiten Anschlüssen; einen dritten Port mit zwei mit einer AC-Abschlussschaltungsanordnung verbundenen dritten Anschlüssen; eine Gleichtaktdrossel (CMC), die zwischen den zweiten Port und den ersten Port geschaltet ist, wobei die CMC einen ersten Transformator mit zwei Wicklungen, die dieselbe Polarität aufweisen, aufweist; und eine Gegentaktdrossel (DMC), die zwischen den ersten Port und den dritten Port geschaltet ist, wobei die DMC einen zweiten Transformator mit zwei Wicklungen, die entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, aufweist, wobei die CMC AC-Gleichtaktsignale auf dem Paar von Drähten dämpft und die Differenzdatensignale im Wesentlichen durchlässt, und wobei die DMC die AC-Gleichtaktsignale, die durch die CMC von dem Paar von Drähten durchgehen, im Wesentlichen durchlässt und die AC-Gleichtaktsignale an die Abschlussschaltungsanordnung anlegt, um die AC-Gleichtaktsignale vor dem Empfangen durch den Transceiver weiter zu dämpfen.
System nach Anspruch 9, wobei die CMC eine erste CMC ist, das System ferner eine mit der ersten CMC in Serie geschaltete und mit der ersten CMC an einem ersten Knoten verbundene zweite CMC aufweist, wobei die DMC zwischen den ersten Knoten und den dritten Port geschaltet ist.
System nach Anspruch 9 oder 10, wobei die AC-Abschlussschaltungsanordnung einen zwischen einen der dritten Anschlüsse und eine Referenzspannung geschalteten ersten Kondensator und einen zwischen einen anderen der dritten Anschlüsse und die Referenzspannung geschalteten zweiten Kondensator aufweist.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die AC-Abschlussschaltungsanordnung einen zwischen die zwei dritten Anschlüsse und eine Referenzspannung geschalteten ersten Kondensator aufweist.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die AC-Abschlussschaltungsanordnung die mit einer Referenzspannung verbundenen zwei dritten Anschlüsse aufweist.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 13, ferner aufweisend eine mit dem Paar von Drähten über eine DC-Kopplungsschaltung gekoppelte DC-Spannungsquelle, wobei die DC-Spannungsquelle auch als die AC-Abschlussschaltungsanordnung fungiert.
System nach Anspruch 14, wobei die DC-Kopplungsschaltung eine oder mehrere Induktivitäten aufweist.
System nach Anspruch 14 oder 15, wobei die DC-Kopplungsschaltung die DMC aufweist und die DC-Spannung mit dem dritten Port gekoppelt ist.
System nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei der Transceiver ein mit dem ersten Port über eine AC-Kopplungsschaltungsanordnung gekoppeltes PHY aufweist.
System nach Anspruch 17, wobei die AC-Kopplungsschaltungsanordnung Kondensatoren in Serie mit den zwei ersten Anschlüssen und dem PHY aufweist.
System zum Filtern von AC-Gleichtaktsignalen von einem Paar von Drähten, das Differenzdaten führt, das Folgendes aufweist: ein Physische-Verbindungsschicht-Gerät (PHY), das einen Transceiver für Gegentaktdatensignale aufweist, wobei das PHY einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist; einen Transformator aufweisend eine über den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss gekoppelte Primärwicklung, wobei der Transformator auch eine erste Sekundärwicklung, eine zweite Sekundärwicklung und einen Mittelabgriff zwischen der ersten Sekundärwicklung und der zweiten Sekundärwicklung aufweist, wobei der Mittelabgriff durch eine Niederimpedanz mit Masse verbunden ist; und eine Gleichtaktdrossel (CMC), aufweisend einen mit der ersten Sekundärwicklung gekoppelten dritten Anschluss und aufweisend einen mit der zweiten Sekundärwicklung gekoppelten vierten Anschluss, wobei die CMC auch einen mit einem ersten der Drähte gekoppelten fünften Anschluss und einen mit einem zweiten der Drähte gekoppelten sechsten Anschluss aufweist, wobei die CMC und der Transformator die Übertragung von Gleichtaktstörungen zwischen dem Paar von Drähten und dem PHY signifikant dämpfen, wohingegen die Übertragung von Gegentaktdatensignalen zwischen dem Paar von Drähten und dem PHY nicht signifikant gedämpft wird.
System nach Anspruch 19, das ferner eine mit dem Mittelabgriff des Transformators gekoppelte Spannungsquelle aufweist, zum Zuführen eines DC-Potentials zu dem Paar von Drähten in einem Strom-über-Ethernet-Netzwerk bzw. PoE-Netzwerk.
Kommunikationssystem, das Folgendes aufweist: ein Physische-Verbindungsschicht-Gerät (PHY), das einen Transceiver für Gegentaktdatensignale bzw. Differenzmodus-Datensignale aufweist, wobei das PHY einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist; einen Transformator-Balun, aufweisend einen mit dem ersten Anschluss gekoppelten dritten Anschluss und aufweisend einen mit dem zweiten Anschluss gekoppelten vierten Anschluss, wobei der Balun auch einen mit einer Referenzspannung gekoppelten fünften Anschluss aufweist und einen sechsten Anschluss aufweist; eine DC-Sperrvorrichtung, die mit dem sechsten Anschluss gekoppelt ist; eine DC-Spannungsquelle; eine AC-Sperrvorrichtung, die die DC-Spannungsquelle an die DC-Sperrvorrichtung koppelt; und ein Koaxialkabel, aufweisend einen mit der Referenzspannung gekoppelten Abschirmleiter und aufweisend einen mit der AC-Sperrvorrichtung gekoppelten Mittelleiter.
System nach Anspruch 21, wobei die DC-Sperrvorrichtung einen Kondensator aufweist.
System nach Anspruch 21 oder 22, wobei die AC-Sperrvorrichtung eine Induktivität aufweist.