TWI611671B

TWI611671B - 利用變壓器之共模在雙絞纜線上傳送控制訊號之系統

Info

Publication number: TWI611671B
Application number: TW105104032A
Authority: TW
Inventors: 立世柯
Original assignee: 韌硬軟機電股份有限公司
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2018-01-11
Also published as: TW201729550A

Abstract

一種用於在雙絞纜線上傳送控制系統之系統，包含一第一微控制器，其用以傳送一第一單端訊號及接收一第二單端訊號；一第一差動傳送器，用於自該第一微控制器接收該第一單端訊號並在一第一差動線及一第二差動線上將該第一單端訊號轉換成一差動訊號；一第一差動接收器，用於接收一第三差動線及一第四差動線並將該第三差動線及該第四差動線轉換成一差動接收器訊號，該差動接收器訊號耦合至該第二單端訊號；以及一第一變壓器，。該第一變壓器之共模用以在該第一處理器處在該雙絞纜線上傳送一第一控制訊號及接收複數控制訊號回應。

Description

利用變壓器之共模在雙絞纜線上傳送控制訊號之系統

本發明係關於一種用於在雙絞纜線上傳送控制訊號之系統。具體而言，本發明之系統係利用變壓器之共模在雙絞線上傳送控制訊號及接收控制訊號回應。

乙太網路已變為一種在區域網路上傳送資訊之普遍方法。乙太網路係為用以闡述連結層與實體層通訊標準之一常用術語。在實體層處，乙太網路常常利用10-BaseT、100-BaseT、1000BaseT或10GbaseT等各種標準在雙絞纜線上進行通訊。亦可利用HDBaseT標準及雙絞纜線來傳送乙太網路。HDBaseT亦能夠在傳統雙絞纜線(通常為Cat5e或Cat6纜線)上傳送音訊訊號及視訊訊號以及電源訊號及通用串列匯流排(universal serial bus；usb)訊號。然而，控制訊號之傳送傳統上需要一其他纜線。此會引起一個纜線斷裂而另一纜線仍然完好之問題：舉例而言，控制纜線斷裂，但視訊纜線仍然完好。利用多個類型之纜線會在具有多個通道之設施中引起問題：載送控制訊號之纜線可能會被錯誤地與錯誤之乙太網路纜線關聯於一起。

甚至在先前技術通訊系統係在同一纜線上傳達視訊訊號與控制訊號二者之情形下，此等系統(例如由Valens晶片供電之HDBaseT系統)亦要求使接收系統與傳送系統二者完全啟動並運行。因此，於利用HDBaseT在一電腦與一顯示器之間進行通訊之一顯示系統中，該顯示器與該電腦二者必須皆被接通電源。然而，顯示器經常不被接通電源，因此先前技術系統並不能夠對顯示器進行遠端接通或控制。使二個系統被不斷地接通電源以便於傳送及接收控制訊號係相當耗電的。

本發明之目的在於提供一種利用變壓器之共模在雙絞纜線上傳送控制訊號之系統及一種利用一組變壓器的共模在雙絞導線上傳達控制訊號之方法。

為達上述目的，本發明揭露一種用於在雙絞纜線上傳送控制系統之系統。該系統包含一第一處理器、一第一差動傳送器、一第一差動接收器以及一第一變壓器。該第一處理器，用於傳送一第一單端訊號及接收一第二單端訊號。該第一差動傳送器耦合至該第一微控制器，用於自該第一處理器接收該第一單端訊號並在一第一差動線及一第二差動線上將該第一單端訊號轉換成一差動訊號。該第一差動接收器耦合至該第一微控制器，用於接收一第三差動線及一第四差動線並將該第三差動線及該第四差動線轉換成一差動接收器訊號，該差動接收器訊號耦合至該第二單端訊號。該第一變壓器，具有一第一中心抽頭線圈、一第二中心抽頭線圈、一第三中心抽頭線圈及一第四中心抽頭線圈。該第一差動線耦合至該第一線圈之中心抽頭，該第二差動線耦合至該第四線圈之中心抽頭，該第三差動線耦合至該第二線圈之中心抽頭，該第四差動線耦合至該第三線圈之中心抽頭，其中該第一變壓器之共模用以在該第一處理器處在該雙絞纜線上傳送一第一控制訊號及接收複數控制訊號回應。

此外，本發明更揭露一種用於在雙絞導線上傳送控制訊號之系統。該系統包含一處理器、一轉換器以及一變壓器。該處理器具有一單端傳送訊號及一單端接收訊號。該轉換器耦合至該處理器，用於將該單端傳送訊號轉換成一差動傳送訊號以及將一差動接收訊號轉換成該單端接收訊號。該變壓器包含至少四個線圈，其中一第一組線圈將其各自之中心抽頭耦合至該差動傳送訊號且一第二組線圈將其中心抽頭耦合至該差動接收訊號，其中該變壓器之該至少四個線圈分別耦合至四個雙絞導線之一端。

此外，本發明更揭露一種利用一組變壓器的共模在雙絞導線上傳達控制訊號之方法。該方法包含：接收一第一單端傳送訊號；將該單端傳送訊號轉換成一差動傳送訊號；藉由該變壓器之該共模在該等雙絞導線其中之二者上傳送該差動傳送訊號；藉由該變壓器之該共模在該等雙絞導線其中之二者上接收一差動接收訊號；以及將該差動接收訊號轉換成一單端接收訊號。

在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，此領域技術具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。

100‧‧‧顯示系統

110‧‧‧圖形卡

112‧‧‧圖形處理單元

114‧‧‧視訊轉換器

116‧‧‧音訊/視訊傳送器

118‧‧‧變壓器

120‧‧‧RJ45連接器

122‧‧‧記憶體

124‧‧‧控制器

126‧‧‧串列埠

130‧‧‧區域網路

140‧‧‧顯示器轉接器

142‧‧‧RJ45連接器

144‧‧‧變壓器

146‧‧‧音訊/視訊接收器

148‧‧‧控制器

160‧‧‧顯示器

162‧‧‧記憶體

210‧‧‧DC-DC隔離轉換器

212‧‧‧UART-RS485轉換器

215‧‧‧差動傳送器

220‧‧‧差動接收器

222‧‧‧UART-RS485轉換器

225‧‧‧差動接收器

230‧‧‧差動傳送器

235‧‧‧電源供應器

240‧‧‧偏壓電路

250‧‧‧偏壓電路

A~D‧‧‧線圈

C1‧‧‧第一隔離電容器

C2‧‧‧第二隔離電容器

結合附圖閱讀以下詳細說明，將會最佳地理解本發明之態樣。應注意，根據業內標準慣例，各種特徵並非係按比例繪製。事實上，為清晰地進行論述，可任意地增大或減小各種特徵之尺寸。

第1圖係為某些實施例之一實例性顯示系統之方塊圖；以及第2圖係為某些實施例之傳送電路之更詳細電工圖(electrical drawing)。

以下揭露內容提供許多不同實施例或實例，以用於實施所提供標的物之不同特徵。為簡化本發明，下文闡述各組件及配置之特定實例。當然，此等僅係為實例，而並非意欲係為限制性的。另外，本發明可在各種實例中重複參考編號及/或字母。此重複係為了簡單及清晰起見，而本身並不決定所述之各種實施例及/或組態間之一關係。

本發明提供一種顯示系統及一種在雙絞纜線(例如，結合HDBaseT通訊所使用之纜線)上傳送控制資料之方法。在本詳細說明中，術語「轉接器」係指一外部顯示器伺服器鑰(dongle)、一內部伺服器鑰、一顯示器中之一控制器卡，或者被安裝或連接至一顯示器中之一控制器卡的一子卡。一圖形卡與一轉接器通訊，該轉接器與一顯示器通訊。該圖形卡係結合一電腦而使用。該圖形卡與該轉接器結合會使得電腦系統能夠藉由該轉接器將控制訊號傳送至一顯示器。例如利用消費型電子產品控制(「Consumer Electronics Control；CEC」)協定，含有圖形卡之主機系統可在一邊帶(side-band)訊號上向與轉接器通訊之一顯示器發送控制訊號，該邊帶訊號不需要使該顯示器被接通電源。該等控制訊號係為電性疊加於通訊訊號(在HDBaseT中，為脈衝振幅調變(「Pulse Amplitude Modulation；PAM」)訊號)上之差動訊號，該等通訊訊號充當一邊帶訊號。利用在各單獨線對上傳送之差動訊號，對控制訊號之雜訊與干擾影響得以最小化。

第1圖係為根據某些實施例，一實例性顯示系統之方塊圖。如第1圖所示，提供一顯示系統100。顯示系統100包含一圖形卡110、一顯示器160、及一顯示器轉接器140。圖形卡110可藉由例如一周邊組件互連快速介面(PCI Express Interface)111被插入至一個人電腦(personal computer；PC)之一母板(圖中未顯示)上。圖形卡110可包含一圖形處理單元(「graphics processing unit；GPU」)112、一視訊轉換器114、一音訊/視訊(「audio/video；A/V」)傳送器116、一變壓器118、一RJ45連接器120、一記憶體122及一控制器124。控制器124被連接至一串列埠，例如通用串列匯流排埠(USB port)126。圖形處理單元112被連接至視訊轉換器114(例如：一顯示埠(display port)轉高清晰度多媒體介面(High-Definition Multimedia Interface；HDMI)轉換器)。舉例而言，圖形處理單元112藉由一顯示埠介面向視訊轉換器114提供視訊資料。顯示埠係為由視電標準協會(Video Electronics Standards Association；VESA)開發之一數位顯示介面，且主要用於將一視訊源連接至一電腦顯示器，然而，顯示埠亦可用於載送音訊資料、通用串列匯流排資料及其他形式之資料。

替代實施例不包含一圖形處理單元112，而是在顯示埠轉高清晰度多媒體介面轉換器114處接收一顯示埠訊號、或者完全繞過顯示埠轉高清晰度多媒體介面轉換器114並在傳送器116處接收一高清晰度多媒體介面訊號。

視訊轉換器114之輸出被連接至音訊/視訊傳送器116，並被連接至一擴充顯示器辨識資料(Extended Display Identification Data；EDID)(電可抹除可程式化唯讀記憶體(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory；EEPROM))122。視訊轉換器114接收並藉由一高清晰度多媒體介面向音訊/視訊傳送器116輸出視訊資料。音訊/視訊傳送器116更被連接至變壓器118，並傳送音訊/視訊訊號。音訊/視訊傳送器及音訊/視訊接收器之現有技術實例係為：利用HDBaseT標準之Valens晶片組及使用基於IP之標準系統之Aptovision BlueRiver晶片組。熟習此項技術者在閱讀本發明後將瞭解，具有其他標準之其他晶片組亦可用作音訊/視訊傳送器116。該音訊/視訊訊號可係為HDBaseT。HDBaseT係為一種用於使用一標準連接器(RJ45)、經由一常見類別纜線(可使用普通Cat5，但Cat6e或更高類別纜線會達成更長所及範圍)來傳送未壓縮高清晰度視訊訊號、音訊訊號、電源訊號、家庭網路連結訊號、乙太網路訊號、通用串列匯流排訊號及某些控制訊號的消費型電子與商業連接標準。可看到的是，為對控制訊號使用Valens或Aptovision系統，所有系統皆須被開啟電源。可經由長度最高達100米或甚至更長之類別6a纜線或更高類別纜線、使用區域網路連接所常用類型之8P8C模組化連接器來傳送HDBaseT。變壓器118被設計及製造成符合適當標準，例如HDBaseT標準。

來自音訊/視訊傳送器116之視訊資料係利用RJ45連接器120而被發送至一區域網路130，例如乙太網路。舉例而言，HDBaseT藉由雙絞線而支援乙太網路之100Mbit/s版本，此稱為100BASE-T。此可提供網際網路存取、或者使電視機、立體聲設備、電腦及其他裝置能夠彼此進行通訊並存取在區域網路上所儲存之多媒體內容，包含視訊、圖像及音樂。

控制器124被連接至擴充顯示器辨識資料(電可抹除可程式化唯讀記憶體)122並被連接至變壓器118之二個側。控制器124可係為一數位訊號處理器、一處理器、一微處理器或一單晶片微電腦(microcomputer on a chip)。在某些實施例中，控制器124及控制器148皆係為低功率微處理器。控制器124經由邊帶通訊向通訊轉接器140上之一控制器148傳送控制資訊及從控制器148接收控制資訊。可利用消費型電子產品控制標準在新穎之差動訊號上傳送此控制資訊，該等差動訊號被疊加於在纜線130上發生之脈衝振幅調變通訊上。下文參照第2圖來闡述關於此種新穎電路之更多細節。在此種控制通訊發生時，與轉接器140通訊之顯示器160不需要被接通電源。

顯示器轉接器140包含一RJ45連接器142、一變壓器144、一音訊/視訊接收器146及控制器148。變壓器144被設計及製造成符合適當標準，例如HDBaseT標準。音訊/視訊接收器146利用RJ45連接器142及區域網路130而接收來自音訊/視訊傳送器116之視訊資料。

顯示器160藉由一高清晰度多媒體介面而被連接至顯示器轉接器140。即使顯示器160被關斷電源，為該顯示器160儲存一擴充顯示器辨識資料之一記憶體162(例如電可抹除可程式化唯讀記憶體)亦藉由該高清晰度多媒體介面被供電。控制器148可係為一數位訊號處理器、一處理器、一微處理器或一單晶片微電腦。顯示器轉接器140之控制器148與圖形卡110之控制器124通訊，以便於在顯示器162與圖形卡110之間傳遞控制訊號。

由於圖形卡控制器124與轉接器控制器148通訊，因此主機電腦可藉由串列埠126有效地向顯示器160發出命令或請求。舉例而言，控制器124及148可協作以利用消費型電子產品控制協定向顯示器160發出命令。利用消費型電子產品控制協定，該主機電腦可發出例如欲使複數個顯示器接通或關斷電源、調整對比度或亮度或調整色彩之命令。亦可使用消費型電子產品控制協定自顯示器查詢資訊，例如顯示器之型號、序列號及製造日期。

第2圖係為根據某些實施例，傳送電路之更詳細電工圖。此圖揭露一單個通道。控制器124利用單端通用異步接收器/傳送器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter；UART)傳送器(transmitter；TX)及接收器(receiver；RX)訊號與一UART-RS485轉換器212進行通訊。UART-RS485轉換器212在差動傳送器215處將TX自一單端UART訊號轉換成位於二個導線上之一差動訊號，且在差動接收器220處將傳入之RS485二導線訊號轉換成一單個UART訊號。因利用一二導線訊號而存在共模雜訊排斥(common mode noise rejection)。一旦訊號已被差動化，便利用變壓器118之共模將該訊號置於雙絞纜線上。在此實例性圖中，傳送訊號分別被置於線圈A之中心抽頭及線圈D之中心抽頭上。所接收訊號係分別自線圈B之中心抽頭及線圈C之中心抽頭被接收。線圈A、B、C及D之外側抽頭含有通訊訊號，例如HDBaseT脈衝振幅調變訊號。此乃因圖形卡110處之功率位準及地可不同於轉接器140處之功率位準及地。變壓器118及144提供電流隔離(galvanic isolation)。

+12伏之電源供應器235進入線圈A之中心抽頭中，且電源供應器之負側進入線圈B之中心抽頭中。因此，電源係在變壓器之共模上傳送。當然，可使用任一電壓。該電源係在雙絞纜線上被傳送至顯示器側。在顯示器側，電源係自各線圈之中心抽頭被擷取並進入至DC-DC隔離轉換器210，以在轉接器140側為需要電源之任一者提供電源。該電源供應器被嚴格保持於例如12伏，且隨著在雙絞線上所載送之脈衝振幅調變訊號而略微變化。因此，電源係在圖形卡110處以例如12伏被注入，且電源由轉接器140提取。

轉接器控制器148具有與先前段落中所述之組態類似之一組態。轉接器控制器148亦利用UART單端傳送(TX)及接收器(RX)UART訊號與UART-RS485轉換器222進行通訊。UART-RS485轉換器222在差動傳送器230處將TX自單端UART訊號轉換成位於二個導線上之一差動訊號，且在差動接收器225處將傳入之RS485二導線訊號轉換成一單個UART訊號。因利用一二導線訊號而存在共模雜訊排斥。一旦訊號已被差動化，便利用變壓器144之共模將該訊號置於雙絞纜線上。在此實例性圖中，接收訊號係分別自線圈A之中心抽頭及線圈D之中心抽頭被接收。傳送訊號係分別自線圈B之中心抽頭及線圈C之中心抽頭被傳送。線圈A、B、C及D之外側抽頭含有通訊訊號，例如HDBaseT脈衝振幅調變訊號。

在二個側上使用隔離電容器來將每一側上之電路與另一側上之電路隔離開。隔離電容器包含第一隔離電容器C1及第二隔離電容器C2。第一隔離電容器C1耦合於與差動接收器220連接之一導線及線圈B之中心抽頭之間。第二隔離電容器C2耦合與差動接收器220連接之另一導線及線圈C之中心抽頭之間。偏壓電路240包含第一上拉電阻器、第二電阻器及第三電阻器。第一上拉電阻器具有第一端及第二端，第一端耦合至第一隔離電容器C1與差動接收器220間之一節點，第二端耦合至一正電壓源。第二電阻器具有第一端及第二端，第一端耦合至第一隔離電容器C1與差動接收器220間之節點，第二端耦合至第二隔離電容器C2與差動接收器220間之一節點。第三電阻器具有第一端及第二端，第一端耦合至第二隔離電容器C2與差動接收器220間之節點，第二端耦合至地。偏壓電路240及250在原本浮動之接收器差動電路上提供電位。在一實例性實施例中，三個電阻器其中之每一者皆係為100,000歐姆。

因此，上述系統獨特地使用變壓器之共模，以將邊帶控制訊號自一圖形卡傳達至一轉接器。此等訊號被疊加於置於雙絞纜線上之標準通訊訊號上。結合上述電源供應器系統來利用邊帶通訊，即使顯示系統被關斷電源，亦可傳送及接收控制訊號。位於變壓器之主側上且顯示1.8伏之電源在系統被關斷電源時可係為0伏，但變壓器次側上之差動訊號仍將相同地工作。此外，通往變壓器次側之共模且顯示12伏之電源在系統被關斷電源時可係為0伏，但疊加於此等訊號上之差動訊號將繼續以一不同偏壓位準運行。

前文概述了若干實施例之複數個特徵，俾使熟習此項技術者可更佳地理解本發明之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其可容易地使用本發明作為一基礎來設計或修改其他過程及結構，以實施與本文所介紹實施例相同之目的及/或達成與本文所介紹實施例相同之優點。熟習此項技術者亦應認識到，此等等效構造並不背離本發明之精神及範圍，且其可對本文作出各種改變、替代及更改，此並不背離本發明之精神及範圍。