TWI405418B - 傳輸裝置 - Google Patents

Description

傳輸裝置

本發明係關於一種傳輸裝置，特別是關於一種可在既有傳輸裝置上增加訊號傳輸的途徑的方法及裝置。

目前的乙太網路傳輸裝置，主機端與客戶端之間的資料傳輸，是利用一實體層電路來傳送與接收資料訊號。而隨著資訊的不斷發展，所需的傳輸資料種類、數量也越來越多，性質、功用亦趨多變。由於一般的實體層電路之間僅具有單一訊號傳輸路徑，當透過實體層電路來傳送與接收資料訊號卻發生網路狀態不穩定之問題時，將容易造成主機端與客戶端雙方的連線中斷，導致使用者常無法準確透過此路徑傳輸所需之訊息，無法精準的進行資料傳輸與控制，造成使用上之不便。

針對上述問題，本發明之目的之一在提供一種傳輸裝置，可在不增加線路的前提下增加訊號傳輸的途徑。

本發明之目的之一在提供一種傳輸裝置，可以不需透過實體層電路傳輸訊號。

本發明之目的之一再提供一種傳輸裝置，可以在不影響既有實體層信號傳輸的情形下，在同一傳輸媒介傳送額外的信號。

本發明之實施例提供了一種傳輸裝置，包含有一變壓器、一傳輸單元、以及一控制單元。

該變壓器具有一個一次側與一個二次側，用以對一次側與該二次側間的訊號進行訊號轉換。傳輸單元耦接變壓器之一次側，用以產生第一資料訊號至一次側或於一次側接收第一資料訊號，其中，第一資料訊號係操作於第一頻率範圍。而控制單元耦接變壓器之二次側，用以產生第二資料訊號至二次側或於二次側接收第二資料訊號，其中，第二資料訊號係操作於第二頻率範圍。第二頻率範圍與第一頻率範圍之頻帶不同，並且第二資料訊號與第一資料訊號同時透過同一傳輸媒介傳輸。

本發明實施例之傳輸裝置可以在現有的傳輸媒介，傳輸不同頻率的資料訊號，不僅可以讓主機端與遠端客戶端雙向通訊，亦可作為另一種訊號傳輸途徑，讓現有雙絞線之網路線達成更多功能。

第1A圖顯示本發明傳輸裝置一實施例之示意圖。本實施例中，該傳輸裝置100包含主機端10、客戶端11、以及傳輸媒介12。

主機端10包含有一變壓器101、傳輸單元102、以及一控制單元103。變壓器101具有一個一次側101a與一個二次側101b。變壓器101係用以將通過一次側101a之訊號轉換並輸出至二次側101b。

傳輸單元102耦接變壓器101之一次側101a，且將傳輸單元102產生之第一資料訊號S1傳輸至變壓器101之一次側101a。一實施例，第一資料訊號S1可為符合IEEE 802.3規範之信號，用以提供資料給客戶端11。而另一實施例第一資料訊號S1係操作於一第一頻率範圍F1，且實質上為一高頻訊號(High frequency signal)。

控制單元103耦接變壓器101之二次側101b，且控制單元103係用以產生一第二資料訊號S2，並傳輸至變壓器101之二次側101b。一實施例，第二資料訊號S2可為一控制訊號，用以控制客戶端11之動作。第二資料訊號S2係操作於一第二頻率範圍F2，且實質上為一低頻訊號(Low frequency signal)。需注意者，在本實施例中控制單元103或105係耦接於變壓器101或104二次側101b或104a之中心抽頭(Center tap)，但可視未來發展之應用，改變耦接於變壓器101或104二次側101b或104a之耦接方式或位置，故本發明不應以此為限。

一實施例，傳輸裝置100之傳輸單元102係可由一實體層電路(physical layer transceiver)所實現。須注意，本發明實施例之傳輸單元102可適用於現有的數據機(Modulator-demodulator，Modem)、IP分享器、路由器(Router)、網路卡...等或未來發展出之網路傳輸裝置。當然，本發明實施例傳輸單元102之實體層電路構造可由研發人員自行設計、或配合控制單元103來設計。

一實施例，傳輸媒介12可採用雙絞線(Twisted-Paired Wires)進行傳輸。例如，傳輸媒介12可為現有普及之CAT-6、CAT-5e、CAT-5規格的傳輸線。當然本發明不以此為限，傳輸媒介12可為目前現有或未來發展出之各種傳輸線。若傳輸媒介12以CAT-5規格的傳輸線為例，如第1B圖所示，其包含有四條雙絞線，每條雙絞線包含一第一傳輸路徑12a(如虛線處)與一第二傳輸路徑12b，該兩傳輸路徑12a、12b均會接收並傳輸第一資料訊號S1與第二資料訊號S2至客戶端11。而為了方便說明，於第1A圖中僅繪示一條雙絞線與其配置電路。

請同時參閱第1A、1C圖，第1C圖為第1A圖之訊號傳輸示意圖。須注意者，第1C圖雖然只顯示由主機端10傳輸至客戶端11之資料訊號S1、S2，相對地客戶端亦可傳輸資料訊號S1、S2至主機端10。

傳輸單元102產生之第一資料訊號S1可為一差動訊號。而一實施例中，控制單元103可為一旁帶訊號驅動器(Sideband signal driver)。控制單元103產生之第二資料訊號S2可為一單端訊號，且因控制單元103係耦接於二次側101b之中心抽頭，因此控制單元103產生之訊號的暫態(Transition)、或是控制單元103或傳輸媒介12被靜電(EMI)...等干擾時，干擾之雜訊會由傳輸媒介12之第一傳輸路徑12a與第二傳輸路徑12b分別傳輸，而兩傳輸路徑之訊號係實質上大小相等及實質上相位相同，且會因為兩路徑之訊號極性實質上相反而相互抵消。因此，控制單元103傳輸第二資料訊號S2在各種狀況下均不會影響到原本傳輸媒介12傳輸的第一資料訊號S1。須注意，另一實施例中，控制單元103產生之第二資料訊號S2亦可為一差動訊號。

再者，由於第一資料訊號S1係操作於第一頻率範圍F1，第二資料訊號S2操作於第二頻率範圍F2。在本發明之一實施例中，由於第一頻率範圍F1操作於一高頻率範圍，例如：1GHz，而第二頻率範圍F2所操作之頻率範圍遠小於第一頻率範圍F1，例如：10KHz，因此第一資料訊號S1與第二資料訊號S2可同時搭載並透過傳輸媒介12傳輸。舉例說明，在本實施例中，傳輸單元102傳輸為高頻訊號的第一資料訊號S1給變壓器101之一次側101a，經過電壓轉換後由二次側101b輸出，由傳輸媒介12傳送資料到客戶端11；而控制單元103傳輸為低頻訊號的第二資料訊號S2到變壓器101二次側101b的中心抽頭，並由傳輸媒介12傳送到客戶端11。須注意，由於變壓器101為交流耦合(AC couple)，因此輸入到二次側101b中心抽頭的低頻訊號，不會傳送到變壓器101的一次側101a，所以也不會影響到傳輸單元102與其原本傳輸的網路資料訊號。

依此方式，控制單元103可透過與網路資料訊號相同的路徑傳輸額外的訊號給客戶端，達成各種特殊功能，而不須另外佈線，可節省大量成本、並產生各種附加功效。例如，於習知技術中，網路訊號不穩定時，即可利用本發明實施例之傳輸裝置中的控制單元，透過與網路傳輸相同之路徑提供控制訊號給客戶端之控制單元，以對客戶端之傳輸單元進行溝通與控制。如此即可解決習知技術之問題。

再者，本發明實施例傳輸裝置100之客戶端11包含有一變壓器104、一控制單元105、以及一傳輸單元106。變壓器104具有一個二次側104a與一個一次側104b。變壓器104之二次側用以將由二次側104a接收之訊號轉換，並於一次側104b輸出，或將由一次側104b輸入之訊號轉換後由二次側104a輸出。控制單元105耦接變壓器104之二次側104a的中心抽頭(Center tap)，用以接收第二資料訊號S2。而傳輸單元106耦接變壓器104之一次側104b，用以接收或產生第一資料訊號S1。一實施例，客戶端11之控制單元105可為旁帶訊號接收器(Sideband signal receiver)所實現。而傳輸單元106可包含有實體層電路。再者，上述說明多敘述主機端10對客戶端11傳送訊號，而本發明實施例之主機端10與客戶端11係可進行雙向通訊，亦可由客戶端11對主機端10傳送訊號；而控制單元103與105亦可雙向通訊，利用控制單元產生之第二資料訊號S2溝通。

須注意，本發明實施例所述之第二資料訊號S2為一訊號(signal)，用以提供數位或類比訊號來協助主機端10與客戶端11的溝通，不為電源(Power)，不同於電源供應之技術。

由第1A圖與第1C圖之架構與訊號可知，當傳輸裝置100有兩個以上，且分屬於不同之操作頻率範圍之訊號需傳輸裝置100傳送時，可藉由同一條雙絞線來完成。舉例而言，當主機端10有一資料訊號S1(例如：符合IEEE 802.3規格之資料訊號)與一第二資料訊號S2(例如：可為一串列通訊訊號(I2C訊號))需傳送至客戶端11時，資料訊號S1可由主機端10之傳輸單元102將資料訊號S1輸出至變壓器101之一次側101a。而第二資料訊號S2可由主機端10之控制單元103輸出至變壓器101之二次側101b。接著，再透過傳輸媒介12將資料訊號S1與第二資料訊號S2同時傳送至客戶端11，由客戶端11之傳輸單元106與控制單元105分別接收。由於資料訊號S1之操作頻率約為百萬赫茲(Mega Hz)、第二資料訊號S2約為幾千赫茲(KHz)，訊號頻率範圍不同，因此本發明實施例之傳輸裝置100可於一條雙絞線上來傳輸兩種以上之訊號。

第2A圖顯示本發明另一實施例傳輸裝置200之示意圖。傳輸裝置200為開汲極(OPEN DRAIN)雙向訊號傳輸之設計。主機端10之控制單元203包含一接收器203a、一電阻203b、以及一電晶體203c。本實施例中電阻203b、205b為一升壓電阻(Pull-up resistor)。另一實施例中，如第2B圖所示，電阻203b、205b可為一降壓電阻(Pull-down resistor)。當然，本發明實施例之各電阻可由各種電晶體設計而成，另外上述電晶體可由目前現有或未來發展出之各種電晶體實施。

請參閱第2A圖，控制單元203中，電阻203b之一端耦接一電壓源Vdd，另一端耦接電晶體203c之汲極。電晶體203c之源極接地且連接傳輸單元102’變壓器的二次側中心抽頭，其汲極耦接傳輸單元102二次側中心抽頭，而其閘極用以接收控制單元203其他內部電路提供之一控制訊號。接收器203a可為一輸入/輸出(I/O)單元，其輸入端耦接傳輸單元102變壓器二次側之中心抽頭，且作為接收由客戶端11傳輸至主機端10之資料訊號S2的接收端，且接收器203a之輸出端用以將該資料訊號S2傳輸至控制單元203之其他內部電路。

接著，詳細說明第2A圖傳輸裝置200運作方式之一示例。當客戶端11須透過變壓器之中間抽頭提供一資料訊號S2給主機端10時，主機端10之控制單元203利用其接收器203a經由中間抽頭接收該資料訊號S2，且接收器203a將資料訊號S2提供給控制單元203之其他內部電路處理。而當主機端10須要控制客戶端11或與客戶端11溝通時，主機端10控制單元203之其他內部電路提供一控制訊號驅動電晶體203c之閘極，控制其導通狀態且同時與電阻203b配合，以提供一資料訊號S2經由變壓器中間抽頭、傳輸媒介、客戶端11變壓器中間抽頭至客戶端11之控制單元205，而達成控制或溝通之效果。

說明至此，熟悉本領域之技術者應能由圖示理解，客戶端11之動作原理、架構與主機端相同，接收器205a之輸入端為客戶端11接收主機端10資料訊號S2之輸入端，而電晶體205c之閘極為客戶端11控制單元205其他內部電路提資料訊號S2至主機端10的輸出端。依據此電路之結構，主機端10與客戶端11均可利用原來的網路資料傳輸路徑，傳輸額外的訊號進行雙向溝通。

請參閱第3A圖，第3A圖顯示本發明另一實施例之傳輸裝置300之示意圖。傳輸裝置300為一光耦合單向傳輸差動訊號之裝置。其主機端10控制單元303其接收器係採用本地電源，且輸出兩個極性相反的訊號至兩傳輸單元的二次側。而在客戶端11控制單元305透過傳輸媒介(兩條雙絞線)接收該兩訊號後輸出。客戶端11包含有一光耦合元件(Optical isolator)，其可在接收之第二資料訊號S2時，在主機端10與客戶端11之間具有良好的電氣隔離作用。須注意，圖中之光耦合元件為一紅外線發光二極體(Infrared LED)與一NPN光感測器(NPN silicon photo sensor)。而本發明實施例傳輸裝置之光耦元件可採用目前現有或未來發展出之各種具有電氣隔離功能之元件來實施。另外，如第3B圖所示本發明實施例之傳輸裝置300亦可採用單向單端傳輸之方式來運作，且可在光耦合元件之前端增加一電阻，提高傳輸的效能。

請參閱第4圖，第4圖為本發明另一實施例之傳輸裝置400之示意圖。傳輸裝置400為一ADC/DAC單向訊號傳輸之裝置，其主機端10控制單元403係由一數位類比轉換器(Digital-to-Analog Converter)所實施，而客戶端11之控制單元405由一類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter)所實現。依此方式，本發明實施例之傳輸裝置400可利用單一線路傳輸多個位元資料。

請參閱第5圖，第5圖為本發明另一實施例之傳輸裝置500之示意圖。傳輸裝置500為一單向訊號調變裝置，其主機端10之控制單元503可以一調變器(Modulator)來實施，調變器可為一頻率調變器(Frequency Modulator)、一振幅調變器(Amplitude Modulator)或一相位調變器(Phase Modulator)...等。而客戶端11之控制單元505可由相對應的解調變器(Demodulator)來實施，解調變器可為一頻率解調變器(Frequency Demodulator)、一振幅解調調變器(Amplitude Demodulator)或一相位解調變器(Phase Demodulator)來實施。

第6A圖顯示本發明另一實施例之傳輸裝置600之示意圖。此傳輸裝置600為一差動訊號(differential signal)單向傳輸之示例。主機端10之控制單元603與客戶端11之控制單元605均包含有一接收器。此圖中，傳輸之第二資料訊號S2為一差動訊號，且由主機端10透過兩組雙絞線傳輸至客戶端11。另一實施例中，訊號傳輸之方向亦可設計由客戶端11傳輸至主機端10。

須注意，如第6B圖所示，傳輸裝置600亦可設計為單端訊號(single-ended signal)單向傳輸之方式。其主機端與客戶端之接地方式為共接地(common ground)。熟悉本領域之技術者應能透過前述說明理解其運作方式，因此不再重覆贅述其細節。

第7圖顯示本發明另一實施例之傳輸裝置700之示意圖。傳輸裝置700為一訊號直通(pass-through signaling)之設計方式。傳輸裝置700在主機端與客戶端之間提供了一訊號傳導路徑，可供各種電路作各種可能的應用，增加電路應用的功能。

綜上所述，本發明實施例之傳輸裝置可以在現有的傳輸媒介下，另外傳輸一旁帶(sideband)的資料訊號，不僅可以讓主機端與遠端客戶端雙向通訊，亦可作為另一種訊號傳輸途徑，讓現有具有雙絞線之網路線具有多變性。例如，可達成提供一光耦合路徑給主機端與客戶端，用以傳輸或接收控制訊號、或傳輸或接收資訊，達成多種控制與通訊之功效。

100、200、300、400、500、600．．．傳輸裝置

10．．．主機端

11．．．客戶端

12、62．．．傳輸媒介

12a、12b．．．傳輸路徑

101、104．．．變壓器

101a、104b．．．一次側

101b、104a．．．二次側

102、106．．．傳輸單元

103、105、203、205、403、405、503、505、603、605．．．控制單元

203a、205a．．．接收器

203b、205b．．．電阻

203c、205c．．．電晶體

第1A圖顯示本發明傳輸裝置一實施例之示意圖。

第1B圖顯示本發明傳輸裝置一實施例之示意圖。

第1C圖顯示第1A圖之訊號傳輸示意圖。

第2A圖顯示本發明傳輸裝置一實施例之示意圖。

第2B圖顯示本發明傳輸裝置一實施例之示意圖。

第3A圖顯示本發明傳輸裝置一實施例之示意圖。

第3B圖顯示本發明傳輸裝置一實施例之示意圖。

第4圖顯示本發明傳輸裝置一實施例之示意圖。

第5圖顯示本發明傳輸裝置一實施例之示意圖。

第6圖顯示本發明傳輸裝置一實施例之示意圖。

100．．．傳輸裝置

10．．．主機端

11．．．客戶端

12．．．傳輸媒介

12a、12b．．．傳輸路徑

101、104．．．變壓器

101a、104b．．．一次側

101b、104a．．．二次側

102、106．．．傳輸單元

103、105．．．控制單元

Claims (23)

1. 一種傳輸裝置，包含：一變壓器(transformer)，具有一個一次側與一個二次側，用以對一次側與該二次側間的訊號進行訊號轉換；一傳輸單元，耦接該變壓器之該一次側，用以產生一第一資料訊號至該一次側或於該一次側接收該第一資料訊號，其中，該第一資料訊號係操作於一第一頻率範圍；以及一控制單元，耦接該變壓器之該二次側，用以產生一第二資料訊號至該二次側或於該二次側接收該第二資料訊號，其中，該第二資料訊號係操作於一第二頻率範圍；其中，該第一頻率範圍與該第二頻率範圍之範圍不同；以及該第二資料訊號與該第一資料訊號同時透過一傳輸媒介傳輸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸裝置，其中該第一資料訊號實質上為一差動訊號(Differential signal)，該第二資料訊號實質上為一單端訊號(Single-Ended signal)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸裝置，其中該控制單元傳輸之訊號不為電源。
4. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸裝置，其中該控制單元中設有光耦合元件。
5. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸裝置，其中該第一資料訊號實質上為一高頻訊號，該第二資料訊號實質上為一低頻訊號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸裝置，其中該控制單元係耦接該變壓器之二次側的中心抽頭(Center tap)。
7. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸裝置，其中該控制單元係耦接該變壓器之二次側的一預設位置。
8. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸裝置，其中該第一資料訊號之頻率大於該第二資料訊號之頻率。
9. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸裝置，其中該控制單元為一旁帶訊號驅動器(Sideband signal driver)。
10. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸裝置，其中該控制單元包含：一接收器，用以接收或輸出該第二資料訊號；一電阻，其一端耦接一第一電源另一端耦接該接收器之輸入端；以及一電晶體，第一端耦接該電阻之另一端，第二端耦接一第二電源，該電晶體用以依據一控制訊號產生資料訊號，其中該資料訊號之特性與該第二資料訊號相同，且該資料訊號之特性與該第一資料訊號不同。
11. 如申請專利範圍第10項所述之傳輸裝置，其中該電阻為一升壓電阻(Pull-up resistor)或一降壓電阻(Pull-down resistor)。
12. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸裝置，其中該控制單元為一類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter)或為數位類比轉換器(Digital-to-Analog Converter)。
13. 如申請專利範圍第1項所述之傳輸裝置，其中該控制單元為一調變器(Modulator)，或為解調變器。
14. 一種傳輸裝置，包含有：一主機端，包含：一第一變壓器，具有一個一次側與一個二次側，用以轉換該一次側與該二次側間的訊號；一第一傳輸單元，耦接至該第一變壓器之該一次側，用以產生一主機端第一資料訊號至該一次側，或接收一客戶端第一資料訊號，其中，該主機端第一資料訊號與該客戶端第一資料訊號係操作於一第一頻率範圍；以及一第一控制單元，耦接該第一變壓器之該二次側，用以產生一主機端第二資料訊號至該二次側，或接收一客戶端第二資料訊號，其中，該第主機端第二資料訊號與該客戶端二資料訊號係操作於一第二頻率範圍；至少一傳輸媒介，接收並同時傳輸該主機端第一資料訊號與該主機端第二資料訊號，或同時傳輸該客戶端第一資料訊號與該客戶端第二資料訊號；以及至少一客戶端，包含：一第二變壓器，具有一個一次側與一個二次側，用以轉換該一次側與該二次側間的訊號；一第二傳輸單元，耦接該第二變壓器之該一次側，用以接收該主機端第一資料訊號或產生該客戶端第一資料訊號；以及一第二控制單元，耦接該第二變壓器之該二次側，用以接收該主機端第二資料訊號或產生該客戶端第二資料訊號；其中，該第一頻率範圍與該第二頻率範圍之範圍不同。
15. 如申請專利範圍第14項所述之傳輸裝置，其中該主機端第一資料訊號與該客戶端第一資料訊號實質上為一差動訊號(Differential signal)，該主機端第二資料訊號與該客戶端第二資料訊號實質上為一單端訊號(Single-ended signal)。
16. 如申請專利範圍第14項所述之傳輸裝置，其中該主機端第一資料訊號與該客戶端第一資料訊號之頻率大於主機端第二資料訊號與該客戶端第二資料訊號頻率。
17. 如申請專利範圍第14項所述之傳輸裝置，其中該第一控制單元與該第二控制單元傳輸之訊號不為電源。
18. 如申請專利範圍第14項所述之傳輸裝置，其中該第一控制單元與該第二控制單元其中之一或兩者設有光耦合元件。
19. 如申請專利範圍第14項所述之傳輸裝置，其中該主機端第一資料訊號與該客戶端第一資料訊號實質上為一高頻訊號，該主機端第二資料訊號與該客戶端第二資料訊號實質上為一低頻訊號。
20. 如申請專利範圍第14項所述之傳輸裝置，其中該第一控制單元與該第二控制單元係耦接該第一變壓器與該第二變壓器之二次側的中心抽頭(Center tap)。
21. 如申請專利範圍第14項所述之傳輸裝置，其中該第一控制單元與該第二控制單元係耦接該第一變壓器與該第二變壓器之二次側的一預設位置。
22. 如申請專利範圍第14項所述之傳輸裝置，其中該第一控制單元為一類比數位轉換器(Analog-to-Digital Converter)，且該第二控制單元為一數位類比轉換器(Digital-to-Analog Converter)。
23. 如申請專利範圍第14項所述之傳輸裝置，其中該第一控制單元為一調變器(Modulator)，該第二控制單元為一解調變器。