KR102078682B1 - 디지털 평면 인터페이스를 갖는 통신 노드 - Google Patents

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Abstract

통신 노드에 사용될 수 있는 해법이 제공된다. 연결부를 통하여 제2 회로 기판에 연결되는 제1 회로 기판을 지지하는 케이스가 제공된다. 제1 회로 기판은 집적 회로 모듈을 지지하고, 제2 회로 기판은 PHY 모듈을 지지한다. 변압기 박스가 제1 회로 기판 상에 장착되고, 정합 커넥터와의 결합을 위한 단자들을 지지한다. 제2 회로 기판에 평행하고, 단자들에 제공된 신호의 종단이 제2 회로 기판과 상이한 회로 기판 상에서 일어날 수 있도록 변압기 박스 상에 장착된 제3 회로 기판이 제공될 수 있다. 제3 회로 기판은 또한 파워 오버 이더넷(power over Ethernet, POE) 회로를 제공할 수 있다.

Description

디지털 평면 인터페이스를 갖는 통신 노드
관련 출원
본 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되고 2016년 8월 25일자로 출원된 미국 가출원 제62/209,448호에 대한 우선권을 주장한다.
기술분야
본 발명은 네트워크 스위치 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 개선된 성능 및 감소된 비용을 가능하게 하는 구조에 관한 것이다.
상이한 컴퓨팅 디바이스들 사이에 통신을 제공하기 위하여 스위치 및 라우터(router) 및 다른 통신 디바이스(본 명세서에서 총괄적으로 통신 노드로 지칭될 수 있음)가 통상 사용된다. 다양한 형태를 취할 수 있는 컴퓨팅 디바이스들은 서버의 랙 내에 위치될 수 있거나, 또는 동일한 서버 룸 내의, 동일한 건물 내의, 또는 어딘가 전적으로 다른 장소의 분산된 위치에 위치될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스의 위치와 무관하게, 통신 노드는 케이블들이 통신 노드를 다양한 컴퓨팅 디바이스들에 연결하는 것을 허용하는 복수의 포트들을 포함할 것이다.
도 1은 전형적인 통신 노드(10)를 도시한다. 통신 노드(10)는 복수의 포트들(18)을 갖는 면(15)을 구비한 케이스(14)를 포함한다. 포트들은 여러 상이한 구성들, 예컨대, 제한 없이, QSFP 리셉터클, SFP 리셉터클, 8P8C(본 명세서에서 사용될 용어인 RJ45로 통상 알려짐) 또는 다른 바람직한 구성일 수 있고, 적층될 수 있거나, 집단화될 수 있거나, 단일 포트 구성일 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 포트들이 면(15) 상에 있는 것으로 나타나 있지만, 이들은 또한, 필요한 경우에, 케이스(14)의 다른 (그리고 심지어 다수의) 면들 상에 있을 수 있다.
케이스(14)는 회로 기판(30)(때때로 모기판으로 지칭됨)을 지지하고, 이어서, 집적 회로(IC) 모듈(35)을 지지한다. IC 모듈(35)은 당업계에 알려진 바와 같이 다양한 처리 및 메모리 구성요소들을 포함할 수 있고, 통신 모드를 이용하려는 목적 및 응용에 따라 원하는 레벨의 기능이 좌우될 것이다. 회로 기판(30)은 또한 PHY 모듈(45)을 지지한다. PHY 모듈(45)은 링크 계층(매체 액세스 제어 또는 MAC로 지칭될 수 있음) 디바이스를 구리 케이블 또는 광 섬유와 같은 물리적 매체에 연결하도록 구성된다. 따라서, PHY 모듈(45)은 IC 모듈(35)로부터 디지털 신호를 취하고, 이러한 신호를 케이블 및 광 섬유를 통하여 전송될 수 있는 아날로그 신호로 변환한다. PHY 모듈(45)은 또한 아날로그 신호를 수신하고, 이러한 신호를 IC 모듈(35)에 제공될 수 있는 디지털 신호로 변환한다. 이해될 수 있는 바와 같이, PHY 모듈(45)은, 지원되는 특정 프로토콜(들)을 지원하기 위하여 필요에 따라 조합될 수 있는 다수의 기능성 회로들을 포함할 수 있다.
이해될 수 있는 바와 같이, 회로 기판(30)은 그가 메모리 및 다른 원하는 회로뿐만 아니라 (다수의 상이한 ASIC들의 조합일 수 있는) IC 모듈(35)을 지지할 필요가 있기 때문에 비교적 큰 경향이 있고, 이는 또한 (IC 모듈(35)과 통신할 필요가 있는) PHY 모듈(45)을 지지하고 그 위에 위치된 다양한 ASIC들이 냉각되는 것을 허용하기에 충분한 공간을 가질 필요가 있다(이는 대응하는 ASIC 상에 히트 싱크가 장착될 필요가 있을 수 있다). 회로 기판은 또한 포트들(60)을 지지한다.
포트들(60)은 다양한 구성으로, 예컨대, 제한 없이, 회로 기판(30) 상에 장착되는 하나 이상의 산업 표준 리셉터클들의 조합으로 제공될 수 있다. 가능한 표준 설계의 예에는 SFP, QSFP, CXP, CFP, OCULINK 또는 임의의 다른 바람직한 커넥터 구성이 포함되지만 이에 제한되지 않는다. 더 이해될 수 있는 바와 같이, 포트들이 특정 산업 표준을 위하여 구성될 필요는 없다.
현재 구조에서 존재하는 한 가지 문제는 그가 구현을 위해서 고비용인 경향이 있다는 것이다. PHY 모듈(45)은 아날로그 신호를 이용하여 포트들(80)과 통신하는 한편, PHY 모듈(45)은 디지털 신호를 이용하여 IC 모듈(35)과 통신한다(따라서, PHY 모듈(45)은 통신 채널의 디지털 부분과 아날로그 부분 사이의 변환(transition)을 제공한다). 이는 많은 문제를 야기한다. 한 가지 문제는 IC 모듈(35)을 구성하는 다양한 회로들 사이에 적절한 개수의 통신 채널들을 제공하기 위하여 통신 채널의 디지털 측이 더 많은 층들의 회로 기판을 필요로 하는 경향이 있다는 것이다. 이는 더 많은 개수의 층들을 갖는 회로 기판을 야기할 수 있고, 이는 전체 시스템의 비용을 증가시킨다. 결과적으로, 특정 개인들이 통신 노드(10)의 구성에 있어서 추가 개선을 인식할 것이다.
통신 노드로서 작동하도록 구성된 디바이스들에 사용하기 위한 구조가 개시되어 있다. 제1 및 제2 회로 기판을 지지하는 케이스가 제공된다. 제1 회로 기판은, 디지털 신호를 전송하고 집적 회로(IC) 모듈을 지지하도록 구성된다. 제2 회로 기판은 디지털 신호 및 아날로그 신호 둘 모두를 지원하도록 구성된다. 제1 회로 기판은 하나 이상의 커넥터를 통하여 제2 회로 기판에 연결된다. 제2 회로 기판은 하우징의 일 면 상에 제공되는 복수의 포트들을 포함하는 포트 모듈을 지지한다. 2개의 회로 기판을 사용함으로써 복수의 포트들과 IC 모듈 사이에 디지털 평면 인터페이스를 가능하게 한다.
변압기 박스(transformer box)가 제2 회로 기판 상에 장착될 수 있고, 정합 커넥터와 결합하도록 구성된 제1 단자 세트를 포함할 수 있다. 변압기가 사용되어 변압기의 라인 측 상의 제1 단자 세트를 변압기의 칩(chip) 측 상의 트레이스들에 결합할 수 있다. 제3 회로 기판이 제2 회로 기판에 평행한 배향으로 변압기 박스 옆에 정렬될 수 있고, 신호 종단(signal termination)이 제2 회로 기판 상에서 일어날 수 있다. 제3 회로 기판은 파워 오버 이더넷(power over Ethernet, POE)을 제1 단자 세트에 제공하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 일례로서 예시되며, 동일한 참조 번호가 유사한 요소를 나타내는 첨부 도면에 한정되지 않는다.
도 1은 종래 기술의 통신 노드의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2는 종래 기술의 통신 노드의 개략도를 도시한다.
도 3a는 통신 노드의 일 실시예의 개략도를 도시한다.
도 3b는 통신 노드의 일 실시예의 다른 개략도를 도시한다.
도 3c는 통신 노드의 일 실시예의 다른 개략도를 도시한다.
도 4는 통신 노드의 일 실시예의 다른 개략도를 도시한다.
도 5는 통신 노드의 일 실시예의 다른 개략도를 도시한다.
도 6은 포트 모듈 및 복수의 회로 기판들의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 7은 도 6에 도시된 실시예의 다른 사시도를 도시한다.
도 8은 도 6에 도시된 실시예의 분해 사시도를 도시한다.
도 9는 도 6에 도시된 실시예의 단순화된 사시도를 도시한다.
도 10은 도 9에 도시된 실시예의 다른 사시도를 도시한다.
도 11은 도 9에 도시된 실시예의 단순화된 사시도를 도시한다.
도 12는 도 11에 도시된 실시예의 확대 사시도를 도시한다.
도 13은 도 12에 도시된 실시예의 부분 분해 사시도를 도시한다.
도 14는 회로 기판 상에 장착된 변압기 박스의 일 실시예의 분해 사시도를 도시한다.
도 15는 도 12에 도시된 실시예의 단순화된 사시도를 도시한다.
도 16은 도 15에 도시된 실시예의 선 16-16을 따라 취한 단면 사시도를 도시한다.
도 17은 도 16에 도시된 실시예의 부분 분해 사시도를 도시한다.
도 18은 변압기의 일 실시예의 개략도를 도시한다.
도 19는 변압기 박스의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 20은 도 19에 도시된 실시예의 다른 사시도를 도시한다.
도 21은 도 19에 도시된 실시예의 다른 사시도를 도시한다.
도 22는 포트 모듈 및 복수의 회로 기판들의 일 실시예의 단순화된 사시도를 도시한다.
후속하는 상세한 설명은 예시적인 실시예들을 설명하고, 개시된 특징부들은 명시적으로 개시된 조합(들)으로 제한되게 하려는 것이 아니다. 그러므로, 달리 언급하지 않는 한, 본 명세서에 개시된 특징부들은 간결성을 위해 달리 도시되지 않은 추가의 조합들을 형성하기 위해 함께 조합될 수 있다.
도 3a 내지 도 5는 통신 노드(100)의 실시예들을 개략적으로 도시한다. 도 3a 내지 도 5에 도시된 개략도는 케이스 내에 위치되도록 하려는 것이고, 그에 따라서, 적어도 통신 노드가 서버 랙에 장착되게 하고 다른 디바이스와 통신하게 하는 외부 인터페이스에 대해, 종래의 통신 노드 구조와 호환될 것으로 예상된다는 것에 유의하여야 한다.
도면들을 검토하면, (전도성 재료로 형성될 수 있는) 케이스(114)가 제1 회로 기판(130)을 지지하고, 이는 이어서 IC 모듈(135)을 지지한다. 일 실시예에서, 회로 기판(130)은 케이스(114) 위에 회로 기판을 지지하는 각부(leg)들(195)에 의해 지지된다. 회로 기판(130)은 전형적으로 6개 이상의 층을 가질 것이고, 필요한 경우 24개 이상의 층을 포함할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, IC 모듈(135)은 서로 통신 상태에 있는 디지털 프로세서, 디지털 신호 프로세서 회로, 메모리, 암호화 회로 등을 포함하여 다수의 개별 구성요소들을 포함할 수 있다. 따라서, IC 모듈(135)은 원하는 기능을 제공하는 ASIC들의 임의의 바람직한 세트에 의해 임의의 바람직한 방식으로 구성될 수 있고, 이들 구성요소는 본 명세서에서 총괄적으로 IC 모듈로 지칭되고 있다.
케이스(114)는 또한 제2 회로 기판(140)을 지지한다(도시된 바와 같이, 제2 회로 기판(140)은 각부들(195)에 의해 지지되지만 다른 기계적 구조에 의해 또한 지지될 수 있다). 제2 회로 기판(140)은, 아날로그 신호를 수신 및 송신하고 디지털 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 PHY 모듈(145)을 지지한다. PHY 모듈(145)은 제1 회로 기판(130)(및 그에 따른 IC 모듈(135))과, 이들 사이의 통신을 위한 다수의 채널들을 제공할 수 있는 커넥터(180) 및/또는 커넥터(181)를 통하여, 통신 상태에 있다. 일 실시예에서, 커넥터(들)는 40개 초과의 통신 채널을 제공할 수 있다. PHY 모듈(145)과 IC 모듈(135) 사이의 신호가 디지털이기 때문에, PHY 모듈(145)은 필요한 경우에 유의한 거리(예컨대, 13 cm 초과)만큼 IC 모듈(135)로부터 이격될 수 있다.
PHY 모듈(145)은 또한 하나 이상의 원하는 구성을 갖는 복수의 포트들일 수 있는 포트 모듈(160)과 통신 상태에 있다. 포트 모듈(160)은 PHY 모듈(145)이 외부 구성요소와 통신하게 하는 인터페이스를 제공한다.
회로 기판(140)이 회로 기판(130)으로부터 분리되어 있음에 따라, 회로 기판(140) 상에 제공되는 층들의 개수는 회로 기판(130) 상의 층들의 개수와 상이할 수 있다. 일 실시예에서, 회로 기판(140)이 약 6개의 층을 가질 수 있는 한편, 회로 기판(130)은 8개 이상의 층을 가질 수 있다.
도시된 양분된 회로 기판 설계의 한 가지 추가 이점은 회로 기판(140)이 더 높은 성능의 재료로 제조될 수 있다는 것이다. 주지된 바와 같이, 높은 데이터 속도를 지원하는 경우에, 10 ㎓ 이상에 근접하는 신호 주파수를 사용하는 것이 종종 필요하다. 예를 들어, (예를 들어, NRZ 인코딩이 사용되는 경우에) 50 Gbps 채널은 25 ㎓에서의 신호전달의 사용을 필요로 할 수 있다. FR4와 같은 전형적인 회로 기판 재료는 그러한 높은 주파수에 그다지 적합하지 않고 약 10 ㎓의 주파수에서 상당한 삽입 손실을 생성한다. 아날로그 회로에서 통상적인 높은 주파수에 더 적합한 다른 재료들이 존재하지만 실질적으로 더 고가인 경향이 있다. NELCO-N4000과 같은 재료는, 예를 들어, 높은 주파수로 매우 더 낮은 손실을 제공한다.
결과적으로, 도시된 설계는 재료의 선택적인 사용을 가능하게 한다. PHY 모듈이 더 높은 주파수로 작동하는 응용예의 경우에, 디지털 회로를 위하여 FR4를 계속 사용하면서 FR4가 제공하는 것보다 25% 이상만큼 더 낮은 손실을 갖는 회로 기판(140)을 위한 다른 재료를 사용하는 것이 가능하다(이는 아날로그 회로에서 존재하는 사안들이 결코 문제가 되지 않는 디지털 회로에 FR4가 종종 적합하기 때문이다). 이는, 응용예의 요건에 기초하여, 더 많은 층들 또는 더 고가의 재료들을 이들이 필요하지 않는 곳에 사용하지 않고서, 재료의 선택적인 사용을 가능하게 한다. 그리고, 회로 기판(130)이 모든 통신 채널들을 운영하기 위하여 더 많은 수의 층들을 필요로 하는 상황에서, 회로 기판(140)은 약간 더 적은 수의 층들(전형적으로, 6개 이하의 층이 필요할 것임)로 제조될 수 있고, 그에 따라서 회로 기판(140)의 전체 표면에 걸쳐 확장되는 비용 절감을 제공할 수 있다.
이해될 수 있는 바와 같이, 2개의 회로 기판이 도시되어 있지만, 추가의 회로 기판들이 추가될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 디지털 신호로 작동하기 위한 제1 회로 기판이 하우징 내에 위치될 수 있고 제2 회로 기판 및 상이한 제3 회로 기판에 결합될 수 있고, 제2 회로 기판 및 제3 회로 기판은 아날로그 신호를 제공하도록 구성된다. 제2 회로 기판 및 제3 회로 기판은 서로 인접하게 위치될 수 있고, 제1 회로 기판의 상이한 2개의 측부 상에 또한 위치될 수 있다. 따라서, 도시된 실시예는 실질적인 구조적 가요성을 제공한다.
도 3b는 통신 노드 내로 포함될 수 있는 추가 특징부들을 도시한다. 구체적으로, 이는 신호 통신 조립체(190)를 통하여 회로 기판(140) 상의 PHY 모듈(145)과 통신하는 회로 기판(130)에 의해 지지되는 IC 모듈(135)을 포함한다. 그러한 시스템 내의 (커넥터 및 케이블일 수 있는) 신호 통신 조립체(190)를 사용함으로써, 신호 통신 조립체(190)가 회로 기판 재료를 사용하는 경우보다 더 낮은 손실을 갖는 경향이 있을 것이기 때문에, 회로 기판(130)과 회로 기판(140) 사이의 손실을 상당히 감소시킬 것으로 예상된다. 이는 상당한 거리를 가로질러 신호를 전달하는 것에 대해 걱정할 필요 없이 원하는 기능을 회로 기판(130)이 제공하는 것을 허용할 것이다.
추가 특징부는 (케이블 및 커넥터를 또한 포함할 수 있는) 전력 전달 조립체(191)에 의해 전력을 회로 기판(140)에 제공할 수 있는 전원(134)을 포함한다. 도 3a에서와 같이, 포트 모듈(160)이 제공되어 통신 노드가 외부 디바이스와 통신하게 한다. 전원(134)에 의해 제공되는 전력이 적합하게 제어되는 (이는, 소정 상황에서, 포트 모듈이 더 효율적으로 작동하게 할 것임) 것을 보장하기 위하여 PHY 모듈(145)과 함께 전력 조절기가 포함될 수 있다. 추가의 통신 조립체(192)가 사용되어 PHY 모듈(140)이 의도된 방식으로 작동하고 있는 것을 보장하기 위하여, 원하는 바와 같이, 다양한 통신, 제어 및 타이밍 신호들을 제공함으로써 PHY 모듈(140)의 작동을 제어하는 것을 도울 수 있다.
도 3c는, 도 3b에 도시된 실시예와 유사하지만 각각이 포트 모듈(145a 내지 145d)을 각각 지지하는 개별 회로 기판들(140a 내지 140d)을 포함하는 다른 실시예를 도시한다. 각각의 회로 기판(140a 내지 140d)은 또한 각각의 PHY 모듈(145a 내지 145d) 및 각각의 포트 모듈(160a 내지 160d)을 지지한다. 전력 전달 조립체(191) 및 신호 통신 조립체(190)가 또한 포함되지만, 개별 경로가 회로 기판들(140a 내지 140d)의 각각에 제공되도록 구성될 수 있다. 2개의 회로 기판들(140a 내지 140d) 사이에서 또는 회로 기판(130)과 회로 기판들(140a 내지 140d) 중 하나 사이에서 연장될 수 있는 제어 통신 조립체들(192a 내지 192d) 또는 이들의 일부 조합이 원하는 바와 같이 통신, 제어 및 타이밍 신호들을 PHY 모듈들(145a 내지 145d)에 제공하는 것을 허용한다.
도 4는 도 3a에 도시된 특징부들의 개략도를 도시하고, 가능한 물리적 배향을 도시한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 포트 모듈(160)이 케이스(114)의 일 면(115) 상에 위치되도록 케이스(114) 내에서 회로 기판들(130, 140)을 지지하기 위하여 지지부들(195)이 사용될 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, (케이블 조립체 또는 기판 대 기판 커넥터와 같은 임의의 원하는 유형의 커넥터 시스템일 수 있는) 하나 이상의 커넥터(180)가 회로 기판들(130, 140) 사이에 신호 경로를 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
도 5는, 조합된 포트 모듈(160)과 PHY 모듈(145)의 특징부들을 포함하지만 특정 물리적 구성에서는 소정 응용예에 이로운 것으로 밝혀진 구성을 갖는 실시예의 개략도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제1 회로 기판(202)이 제1 측부 상에 (그리고, 도시된 바와 같이, 선택적으로 제2 측부 상에) 접점(contact) 및 자성체(magnetics) 조립체(201)를 지지하도록 구성되고, 제1 회로 기판은 또한 신호 변조 회로(206)(신호 변조 회로는 전형적으로 PHY 모듈(145)의 일부임)를 지지한다. 통신 연결부(205)가 신호 변조 회로(206)가 디지털 방식으로 ASIC와 통신하는 것을 허용하는 한편 전압 연결부(208)가 신호 변조 회로(206)를 지지하도록 제공된다.
접점 및 자성체 조립체(201)는 자성체(221)에 연결된 (전형적으로 포트 모듈의 일부이고, RJ45 커넥터 또는 일부 다른 바람직한 인터페이스일 수 있는) 라인 인터페이스(220)를 포함한다. 자성체(221)는 종래의 방식으로 기능하고, 일부 전기적 절연을 제공하면서 라인 인터페이스(220)와 디바이스 인터페이스(222) 사이에 신호의 통신을 허용한다. 도시된 바와 같이, 라인 인터페이스(220)는 임의의 원하는 종단 회로일 수 있는 종단 회로(204)를 통하여 제2 회로 기판(203)으로 종단된다. 디바이스 인터페이스(222)는 제1 회로 기판(202)에 그리고 그에 따라서 신호 변조 회로(206)에 연결된다. 그러므로, 이해될 수 있는 바와 같이, 라인 인터페이스(220)는, 신호 변조 회로(206)가 자성체(222)를 통하여 라인 인터페이스(220)에 신호를 제공하도록 구성되더라도, 제1 회로 기판(202)으로부터 전기적으로 절연될 수 있다.
도시된 구성의 한 가지 이점은, (개별 회로 기판이 IC 모듈을 위하여 사용된 시스템 내의 제3 회로 기판일 것인) 제2 회로 기판(203)이 전력 연결부(207)를 통한 종단부 내로의 전력 투입(power injection)을 포함할 수 있고, 일 실시예에서, 제1 회로 기판(202)과 제2 회로 기판(203) 사이에 우수한 전기적 절연이 존재하는 것을 보장하면서 전력이 종단 회로(204)와 같은 종단 회로를 통하여 꼬임 쌍(twisted pair) 내로 삽입될 수 있다는 것이다(도시된 실시예로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 2개의 제2 회로 기판들(203)이 존재할 수 있다). 이는 절연 커패시터에 대한 필요성을 잠재적으로 감소시킬 수 있고, 절연 커패시터가 사용되더라도, 개선된 성능을 허용할 수 있는데, 이는 제1 회로 기판(202)이 전기적 절연을 보상할 필요 없이 신호 성능에 대해 최적화되고/되거나 더 작게 제조될 수 있기 때문이다.
제2 회로 기판(203)은 또한 통신 연결부(205) 및 조정 회로(209)를 포함한다. 각각의 회로가 다른 구성요소와의 연결부를 포함할 수 있고 그에 따라서 도시된 구성은 와이어/케이블이 예시된 회로에 대해 연결되게 한다는 것에 유의하여야 한다.
이해될 수 있는 바와 같이, 제2 회로 기판(203)은 제1 회로 기판의 2개의 측부 상에 위치될 수 있다. 파워 오버 이더넷(POE)의 제공을 위한 전력은 제2 회로 기판들(203) 상에 제공될 수 있고 그에 따라서 POE 전력은 제1 회로 기판(202)으로부터 분리 유지될 수 있다. 다수의 이점이 도시된 구성에 의해 제공될 수 있다.
도 6 내지 도 22는 도 5에 개략적으로 나타낸 실시예의 예시적인 구성을 도시한다. 사용된 특정 회로가 사용되는 최종 조립체 및 칩(들)의 원하는 기능 및 능력뿐만 아니라 회로 기판 상에 장착된 칩들에 의존할 것이기 때문에 간결성을 위하여 도시된 실시예가 모든 회로를 도시하지는 않은 것에 유의하여야 한다. 회로는 임의의 바람직한 구성을 포함하려는 것이고, 제한 없이 FPGA 칩, PHY 모듈, 송수신기, 또는 구성요소들과 집적 회로들의 임의의 바람직한 조합일 수 있다 것에 또한 유의하여야 한다.
도시된 전방 모듈 조립체(325)는 하우징(361)을 포함하는 포트 모듈(360)을 포함하고, 상기 하우징은 하우징(361)의 주연부 둘레에 적어도 부분적으로 연장된 케이지(cage)(362)를 갖는다. 포트 모듈(360)은 상부 포트들(360a) 및 하부 포트들(360b)을 한정한다. 전형적인 전방 모듈 조립체는 (도시된 바와 같은) 적층되고 집단화된 구성의 복수의 포트들을 포함할 것이고, 포트 모듈이 도시된 6개보다 많거나 적은 포트들을 용이하게 포함할 수 있고 대안적인 실시예에서 그러한 구성이 적층된 포트들을 포함하지 않을 수도 있다는 것에 유의하여야 한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 적층된 구성의 한 가지 이점은, 아래에서 더 논의되는 바와 같이, 순수한 집단화된 구성과 비교하여 비용을 절감할 수 있는 능력이다.
도시된 전방 모듈 조립체(325)는 제1 회로 기판(312) 및 2개의 제2 회로 기판(313)을 포함한다. 제1 회로 기판(312)은 신호를 수신 및 송신하는 회로(316)를 포함할 수 있고 그에 따라서 회로(316)는 전형적으로, 수신 및 송신된 신호를 필터링 및 수정하기 위해서, 게다가 시스템의 디지털 부분과 통신하기 위해서 사용되는 (매체 독립적 인터페이스 칩 또는 마이크로제어기와 같은) 다른 바람직한 칩 및 구성요소뿐만 아니라 PHY 모듈을 포함할 것이다. 도시된 구성에서, 제1 회로 기판은 파워 오버 이더넷(POE) 요소를 포함하지 않고, 그 대신, (종래의 POE 회로일 수 있는) 전력 삽입 회로 및 임의의 원하는 종단 회로(예컨대, Bob-Smith 종단부로 알려진 종단부)가 제2 회로 기판(313) 상에 포함될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 그러한 구성은 전력 삽입 구성요소 및 더 높은 전압 접촉 구성요소가 제2 회로 기판(313) 상에 제공되게 하고, 그에 따라서 제1 회로 기판(312) 상에 더 단순한 레이아웃을 허용한다. 도 3c에 도시된 전력 통신 조립체(191)와 같은 케이블 연결부(미도시)가 제2 회로 기판(313)에 전력을 제공하기 위하여 원하는 바와 같이 포함될 수 있다. 간결성을 위하여 도시되지는 않았으나, 제1 회로 기판(312)은 제1 회로 기판(312)이 다른 회로 기판 상에 제공된 프로세서와 통신하는 것을 허용하도록 신호 통신 조립체(190)를 또한 포함할 것이다.
이해될 수 있는 바와 같이, 제1 회로 기판(312)은 변압기 박스(340)를 지지한다. 집단화된 구성에서, 복수의 변압기 박스들(340)은 제1 회로 기판(312) 상에 나란히 위치될 수 있다. 집단화된 구성에서, 변압기 박스들(340)은 제1 회로 기판의 2개의 면 상에 위치될 수 있다(예컨대, 도 9에 도시됨). 각각의 변압기 박스(340)는 변압기 하우징(340a), 및 제1 단자 세트(341a, 341b)를 지지하는 단자 프레임(343)을 포함하고, 변압기 박스들은, 필요한 경우, 제1 회로 기판(312)의 양 면들 상에 동일하게 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 단자 세트(341a, 341b)는 단자들(342)의 행을 제공하고 단자 프레임(343)은 변압기 하우징(340a)과 일체이다. 일 실시예에서, 단자들(342)의 행은 하우징(361)에 의해 제공되는 콤(comb)(364) 내에 위치되지만, 그러한 구성이 요구되지는 않는다. 변압기 박스(340)는 하나 이상의 광 파이프(359)를 선택적으로 지지할 수 있고, 대응하는 발광 다이오드(LED)는 LED가 변압기 박스(340)에 의해 덮이도록 회로 기판(312) 상에 위치될 수 있다.
변압기 박스(340)는 제1 단자 세트(341a, 341b)로부터 수신된 신호를 (라인 측으로부터) 회로 기판(312) 상의 칩(예컨대, PHY 모듈 내의 칩)에 연결될 수 있는 제2 단자 세트(344)로 (예컨대, 칩 측으로) 전달하기 위하여 사용되는 복수의 변압기들(346)을 지지한다. 제1 단자 세트(341a)는 와이어들에 연결될 수 있는 미부들(343a)을 포함한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 변압기 박스(340)는 내부(345)를 포함하고, 제1 단자 세트(341a, 341b)의 미부들(343a)에 연결되는 신호 와이어들을 제2 단자 세트(344)의 미부들(344a)에 연결되는 신호 와이어들에 자기적으로 결합시키는 (페라이트 코어(347a) 및 권선부(347b)를 포함하는) 변압기(346)를 제공하는 것으로 도시되어 있다. 제2 단자 세트(344)는 또한, 회로 기판(312)에 솔더링될 수 있는 솔더 미부들(344b)을 포함한다. 변압기 박스(340)는 또한, 변압기 박스(340)를 각각의 회로 기판들(312, 313)에 고정하는 데 사용될 수 있는 기판 보유 부재들(348a, 348b)을 포함한다.
필요한 경우, 변압기 박스(340)는 크기가 증가될 수 있고, 또한 하나 이상의 필터링 구성요소를 지지하는 데 사용될 수 있다. 변압기 박스(340)는 또한, 제2 회로 기판(313) 내의 비아들(355)과 결합하도록 구성된 종단 핀들(349)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 종단 핀들(349)은 각 쌍의 와이어들의 센터탭(centertap)에 연결될 수 있고, 제2 회로 기판(313) 상에 조합하여 (앞서 언급된 바와 같은) Bob-Smith 종단부 또는 일부 다른 바람직한 종단부를 제공할 수 있다. 따라서, 종단 핀들(349)은 (센터탭(CT)에 전압을 인가함으로써 변압기 내로의 전력 삽입을 자연스럽게 허용하는) 도 18의 센터탭(CT)에 연결될 수 있다. 알려진 바와 같이, 그러한 전압은 (칩 측 상에 있는) 센터탭(CT')로부터 전기적으로 분리되고, 따라서 칩 측(S'+, S'-, CT')은 (예컨대, 2 ㎸ 커패시터에 의해 제공될 수 있는) 높은 전압 분리를 필요로 하지 않는다. POE 표준과 양립할 수 있는 신호 커플링 및 전력 삽입을 위한 변압기의 사용은 공지되어 있기 때문에, 본 명세서에서 추가 논의는 제공되지 않을 것이다. 이해될 수 있는 바와 같이, 도시된 구성은 (PHY 모듈에 대한 최종 연결을 위하여) 제1 회로 기판 상의 트레이스에 제공/전달되도록 신호가 변압기를 통과하는 동안에 라인 측 신호의 종단이 제2 회로 기판(313) 상에서 이루어지는 것을 허용한다. 자연스럽게, 제2 기판이 제공되지 않으면, 종단이 또한 제1 회로 기판(312) 상에서 일어날 수 있지만, 그러한 구성은 제1 회로 기판(312) 상에 더 큰 공간을 필요로 할 수 있다.
도시된 변압기 박스(340)는 전방 개구부(352) 및 후방 개구부(353)를 포함한다. 전방 및 후방 개구부(352, 353)를 포함시키는 것은 변압기 박스(340)를 형성하는 데 유리한 것으로 밝혀졌는데, 이는 그것이 제1 단자 세트(341a) 및 제2 단자 세트(344)가 변압기 하우징(340a) 내로 삽입 성형되는 것을 허용하기 때문이다(개구부가 단자들을 원하는 위치에 보유하는 경로를 제공함). 일 실시예에서, 제1 및 제2 단자 세트의 각각은 그들 각각의 미부들을 갖는데, 미부들은 대응하는 미부들의 세트와 정렬되는 개구부로부터 멀리 만곡/연장된다. 원하는 경우, 변압기 박스는 또한, 미부들(344a)과 정렬된 위치에서 변압기 하우징(340a)을 통한 무선 통신 채널을 허용하기 위하여 노치(354)를 포함할 수 있다. 이는, 예를 들어, 미부들(344a)이 또한 회로 기판(312)에 솔더링된 경우에, 바람직할 수 있다. 일단 변압기 박스(340)의 내부 구성요소들이 서로 전기적으로 연결되면, 내부 구성요소들은 제자리에서 에폭시 접착되거나 포팅(potting)되어, 원하는 기능을 제공하기 위하여 사용되는 와이어/페라이트 코어를 고정 및 보호하는 것을 도울 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
도 22로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 제1 회로 기판(312) 및 제2 회로 기판(313)은, 제1 회로 기판이 제1 평면(371)을 한정할 수 있고 제2 회로 기판(313)이 제2 평면(372)을 한정할 수 있고 변압기(346)가 제3 평면(373)을 한정할 수 있도록 변압기(346)의 반대 측부 상에 위치되는데, 제3 평면(373)은 변압기(346)의 중심과 정렬되고, 평면들(371 내지 373)의 각각은 서로 평행하고 제3 평면(373)은 제1 평면(371)에 평행하고 제1 평면(371)과 제2 평면(372) 사이에 있다. 변압기(346)는 제1 단자 세트(341)에 전기적으로 연결되는 라인 측을 포함하고, 단자 세트(344)에 전기적으로 연결되는 칩 측을 포함한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 전력이 제2 평면(372) 내에 삽입될 수 있고, 그에 따라서, 제3 평면(373)은 전력이 제1 단자 세트(341a)에 공급될 수 있도록 제2 평면(372)을 제1 평면(371)과 전기적으로 연결한다. 단자 세트(344)는 제1 평면(371) 상에 위치되고 제1 단자 세트(341a)로부터 전기적으로 절연된다. 따라서, 라인 측 상에서, 전력이 제2 평면(372)에 제공될 수 있고, 제1 평면(371) 상의 칩 측으로부터 절연된 상태를 유지하면서, 제3 평면(373)을 통하여 제1 평면(371)으로 전달될 수 있다.
본 명세서에 제공된 개시 내용은 그의 바람직하고 예시적인 실시예에 관한 특징부들을 설명한다. 첨부된 청구범위의 범주 및 사상 내에 있는 많은 다른 실시예들, 수정들 및 변형들이 본 발명의 검토로부터 당업자에게서 일어날 것이다.

Claims (11)

  1. 제1 면을 갖는 케이스;
    상기 케이스에 의해 지지되고, 집적 회로(IC) 모듈을 지지하는 제1 회로 기판;
    상기 케이스에 의해 지지되고 또한 상기 제1 회로 기판으로부터 분리되어 위치하는, PHY 모듈을 지지하는 제2 회로 기판;
    상기 제2 회로 기판에 의해 지지되고, 상기 제2 회로 기판을 통하여 상기 PHY 모듈과 통신 상태에 있고, 상기 제1 면에 복수의 포트들을 제공하는 포트 모듈; 및
    상기 제2 회로 기판에 상기 제1 회로 기판을 전기적으로 연결하는 커넥터를 포함하고,
    상기 PHY 모듈은 상기 제2 회로 기판, 상기 커넥터 및 상기 제1 회로 기판을 통하여 상기 IC 모듈과 디지털 신호를 이용한 통신 상태에 있는, 통신 노드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 회로 기판은 제1 개수의 층들을 갖고, 상기 제2 회로 기판은 제2 개수의 층들을 갖고, 상기 제1 개수는 상기 제2 개수보다 큰, 통신 노드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 면은 상기 IC 모듈로부터 적어도 13 cm의 거리에 있는, 통신 노드.
  4. 전방 면을 갖는 케이스;
    상기 케이스 내에 위치된 제1 회로 기판;
    상기 제1 회로 기판에 의해 지지되는 집적 회로(IC) 모듈;
    상기 케이스 내에 위치되고 또한 상기 제1 회로 기판으로부터 분리되어 위치하는, 제1 측부 및 제2 측부를 갖는 제2 회로 기판;
    상기 제2 회로 기판에 의해 지지되는 PHY 모듈;
    상기 IC 모듈과 상기 PHY 모듈 사이에 디지털 신호를 이용한 통신을 제공하도록 구성된 커넥터;
    상기 제1 측부 상에 장착된 제1 변압기 박스; 및
    상기 제2 측부에 장착된 제2 변압기 박스를 포함하고,
    상기 제1 변압기 박스 및 제2 변압기 박스는 각각 내부를 갖는 하우징을 갖고, 상기 하우징들은 각각 제1 단자 세트 및 제2 단자 세트를 지지하고, 각각의 제1 단자 세트는 정합 커넥터와 결합하도록 구성되고, 상기 제2 단자 세트는 상기 제2 회로 기판 상의 트레이스들에 연결되도록 구성되고, 각각의 변압기 박스 내의 상기 제1 단자 세트 및 제2 단자 세트는 상기 각각의 변압기 박스 내에 제공된 변압기를 통하여 결합되고, 상기 제1 단자 세트 및 제2 단자 세트 둘 모두는 상기 각각의 변압기 박스의 내부 내로 연장되는, 통신 노드.
  5. 제4항에 있어서, 제3 회로 기판이 상기 제1 변압기 박스 상에 장착되고, 상기 제3 회로 기판은 상기 제1 변압기 박스를 위한 종단부를 포함하는, 통신 노드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 단자 세트는 상기 제1 회로 기판에 평행한 제1 평면과 정렬되고, 상기 종단부는 상기 제1 평면에 평행한 제2 평면 상에 제공되고, 상기 제1 평면 및 제2 평면은 이격되고, 상기 제1 평면에 평행한 제3 평면이 상기 각각의 변압기의 중심을 통하여 연장되는 것으로 정의될 수 있고, 상기 제3 평면은 상기 제1 평면과 상기 제2 평면 사이에 위치되는, 통신 노드.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제3 회로 기판은 파워 오버 이더넷(power over Ethernet, POE) 회로를 포함하고 상기 제1 단자 세트에 전력을 제공하도록 구성된, 통신 노드.
  8. 제4항에 있어서, 상기 제1 단자 세트 및 제2 단자 세트는 상기 하우징 내로 삽입 성형되는, 통신 노드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 하우징은 상기 제1 단자 세트의 미부(tail)들과 정렬된 제1 개구부를 포함하고 상기 제2 단자 세트의 미부들과 정렬된 제2 개구부를 추가로 포함하는, 통신 노드.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 단자 세트의 미부들은 상기 제1 개구부로부터 멀리 연장되도록 만곡되는, 통신 노드.
  11. 제4항에 있어서, 상기 제1 회로 기판은 제1 개수의 층들을 갖고, 상기 제2 회로 기판은 제2 개수의 층들을 갖고, 상기 제1 개수는 상기 제2 개수보다 큰, 통신 노드.
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