TWI710213B

TWI710213B - 脈衝濾波器

Info

Publication number: TWI710213B
Application number: TW107134457A
Authority: TW
Inventors: 范雲光; 馮良民
Original assignee: 范雲光
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-11-11
Also published as: TW202013886A

Abstract

本發明係揭露一種脈衝濾波器，包括四第一磁環、四第一環形線圈、四第二磁環、四第二環形線圈、四第二中間抽頭連接線、四第三磁環、四第三環形線圈、四第三中間抽頭連接線，以及容置上述元件並提供隔絕保護的膠及殼體，用以連接RJ45連接器至網路積體電路，並提供脈衝濾波作用。尤其是，利用第一、第二、第三磁搭配所繞設的第一環形線圈、第二環形線圈以及第三環形線圈而分別當作變壓器、輸入阻抗、輸出阻抗，並特別設計成輸入阻抗及輸出阻抗是阻抗匹配，因而能大幅降低網路連接器及網路積體電路之間的傳輸損耗及波形失真，有效提高傳輸距離。

Description

脈衝濾波器

本發明係有關於一種脈衝濾波器，尤其是利用第一磁環、第二磁環、第三磁環搭配所繞設的第一環形線圈、第二環形線圈以及第三環形線圈而分別當作變壓器、輸入阻抗、輸出阻抗，並特別設計成輸入阻抗及輸出阻抗是阻抗匹配，因而能大幅降低網路連接器及網路積體電路之間的傳輸損耗及波形失真，有效提高傳輸距離，非常適用於以10Gbps傳輸速度運作的10G-BASE –T乙太網通訊網路或10G BASE-T網路接口的RJ45連接器。

乙太網路是一種使用非常普遍的網路，而眾所周知的是， PoE供電是一種可以在乙太網路中透過雙絞線來傳輸電力與資料到裝置上的技術，且通常也稱作RJ45的8P8C連接器是乙太網路中常用的雙絞線連線插頭，其中8P8C(8 position 8 contact)的8P是指8個位置(Position，即8個凹槽)，而8C是指8個觸點(Contact，即8個金屬接點)。

以100 Base-T4為例，RJ45連接器包含四組差動信號對，分別為TD1+引腳（傳送數據+）、TD1-引腳(傳送數據-）、TD2+引腳、TD2-引腳、TD3+引腳、TD3-引腳、TD4+引腳、TD4-引腳。

再者，百兆乙太網（Fast Ethernet、10/100M Ethernet）僅使用四根線，並使用差動訊號傳輸方式以減少電磁干擾，其中二條TX線是擰在一起，而二條 RX接收線也是擰在一起。因此，平行線就是兩端同為EIA-568-A或者EIA-568-B，而跳線就是一端使用EIA-568-A，另一端使用EIA-568-B的連線方法。

另外，在千兆以太網（Gigabit Ethernet、1000M Ethernet）或者乙太網供電（PoE, Power over Ethernet）中，全部的四對差動對都會使用到。

舉例而言，如第一圖及第二圖所示，習用技術中的RJ45連接器SK一般會使用容置在具有多個接腳11之殼體10內的二個磁環當作網路濾波器，分別為第一主磁環20、第二磁環30，藉以連接到網路積體電路IC，進而提供隔離式的差動訊號傳輸功能。進一步，第一磁環20主要作為變壓器，且差動訊號比為1:1，用以進行差動信號傳輸，並具有阻抗匹配、波形修復、信號雜波抑制和電壓隔離等等功能，能增加傳輸距離，同時，還可使所連接的網路積體電路IC保持與外部隔離，進一步增強抗干擾的能力。此外，第二磁環30的作用是在於當作輸入阻抗Rin，且顯而易見的是，習用技術只有輸入阻抗Rin，但並未配置輸出阻抗，因此，整個傳輸介面上的輸入阻抗與輸出阻抗是不匹配，造成傳輸電流I變大，增加傳輸功率，嚴重影響實際上的傳輸距離，大幅限制應用領域。

此外，第二磁環30所提供的輸入阻抗Rin雖然可以有效過濾RJ45連接器SK的共模雜訊，但是在網路積體電路IC所產生的高頻雜訊，會由於缺少高阻抗來過濾共模雜訊，造成波形失真而嚴重影響訊號的傳輸品質。

一般習用技術的實施手段可參考第三圖，為眾所周知的技術，因而不作進一步詳細說明。

因此，非常需要一種創新的脈衝濾波器，包含三個環形線圈，分別當作輸入阻抗、變壓器、輸出阻抗，皆內建於絕緣外殼中，並特別設計成輸入阻抗及輸出阻抗是相互匹配，讓整體線路的傳輸損耗降低到非常低，並有效提高傳輸距離，藉以解決上述習用技術的所有問題。

本發明之主要目的在於提供一種脈衝濾波器，包括四第一磁環、四第一環形線圈、四第二磁環、四第二環形線圈、四第二中間抽頭連接線、四第三磁環、四第三環形線圈、四第三中間抽頭連接線，以及容置上述元件並提供隔絕保護的的膠及殼體，可將RJ45連接器SK連接至網路積體電路IC，並具有脈衝濾波作用。

具體而言，每個第一環形線圈是繞設於相對應的第一磁環而構成變壓器，而每個第二環形線圈是繞設於相對應的第二磁環而構成輸入阻抗，且每個第三環形線圈是繞設於相對應的第三磁環而構成輸出阻抗。

殼體具有多個接腳，是連接至該等第二環形線圈以及該等第三環形線圈。再者，每個第二中間抽頭連接線是由第一環形線圈的側邊的中間抽頭而連接至對應的接腳，且每個第三中間抽頭連接線是由第一環形線圈的另一側邊的中間抽頭連接至相對應的接腳。

尤其是，相對應的第二環形線圈、第一環形線圈以及第三環形線圈是依序連接，並經由該等接腳而將網路連接器連接至網路積體電路。

整體而言，本發明是利用第一、第二、第三磁搭配所繞設的第一環形線圈、第二環形線圈以及第三環形線圈而分別當作變壓器、輸入阻抗、輸出阻抗，並特別設計成輸入阻抗及輸出阻抗是阻抗匹配，因而能大幅降低網路連接器及網路積體電路之間的傳輸損耗及波形失真，有效提高傳輸距離。

以下配合圖示及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

請參考第四圖及第五圖，分別為本發明第一實施例脈衝濾波器的示意圖及電路示意圖。如第四圖及第五圖所示，本發明第一實施例的脈衝濾波器包括殼體10、四第一磁環20、四第一環形線圈22、四第二磁環30、四第二環形線圈32、四第二中間抽頭連接線34、四第三磁環40、四第三環形線圈42以及四第三中間抽頭連接線44，用以將RJ45連接器SK連接至網路積體電路IC而具有脈衝濾波功能，其中所有的第一磁環20、第一環形線圈22、第二磁環30、第二環形線圈32、第二中間抽頭連接線34、第三磁環40、第三環形線圈42以及第三中間抽頭連接線44都是一起容置於殼體10中。

較佳的，第一磁環20、第二磁環30、第三磁環40是鐵芯磁性環，而第一環形線圈22、第二環形線圈32、第二中間抽頭連接線34、第三環形線圈42以及第三中間抽頭連接線44是兩相絞合的漆包線。

每個第一環形線圈22是繞設於相對應的第一磁環20，每個第二環形線圈32是繞設於相對應的第二磁環30，且每個第三環形線圈42是繞設於相對應的第三磁環40，因而構成四組脈衝濾波單元。此外，殼體10具有多個接腳11，係用以連接第一環形線圈32、第二中間抽頭連接線34、第三環形線圈42以及第三中間抽頭連接線44。

整體而言，本發明第一實施例的脈衝濾波器是配置在RJ45連接器SK以及網路積體電路IC之間，並經由該等接腳11連接RJ45連接器SK以及網路積體電路IC，藉以提供脈衝濾波功能，能降低整體線路的傳輸損耗，並有效的提高傳輸距離。

具體而言，每個第一環形線圈22是繞設於相對應的第一磁環20而構成變壓器，而每個第二環形線圈32是繞設於相對應的第二磁環30以構成輸入阻抗，且每個第三環形線圈42是繞設於相對應的第三磁環40而構成輸出阻抗，因此本發明可透過該等接腳11，將來自RJ45連接器SK的電氣信號是依序經由輸入阻抗、變壓器、輸出阻抗而雙向傳輸到網路積體電路IC。

進一步，本發明中所提及的RJ45連接器SK是除了包含四組差額信號對引腳(亦即TD1+引腳、TD1-引腳、TD2+引腳、TD2-引腳、TD3+引腳、TD3-引腳、TD4+引腳、TD4-引腳)以外，還進一步包含TCT1引腳、TCT2引腳、TCT3引腳、TCT4引腳，分別配置於每組差額信號對引腳，如第四圖的左側所示。此外，第四圖的右側所標示是網路積體電路IC的MCT1引腳、MX1-引腳、MX1-引腳、MCT2引腳、MX2-引腳、MX2-引腳、MCT3引腳、MX3-引腳、MX3-引腳、MCT4引腳、MX4-引腳、MX4-引腳，分別對應於RJ45連接器SK的TCT1引腳、TD1+引腳、TD1-引腳、TCT2引腳、TD2+引腳、TD2-引腳、TCT3引腳、TD3+引腳、TD3-引腳、TCT4引腳、TD4+引腳、TD4-引腳。

更加具體而言，第二環形線圈32是進一步連接於RJ45連接器SK以及第一環形線圈22之間，而第三環形線圈42是進一步連接於第一環形線圈22以及網路積體電路IC之間。再者，第二環形線圈32是連接第一環形線圈22的一側(圖中的左側邊)，而第三環形線圈42是連接第一環形線圈22的另一側(圖中的右側邊)，尤其，TCT1引腳、TCT2引腳、TCT3引腳、TCT4引腳是連接至第一環形線圈22的左側邊的中間抽頭，亦即第二中間抽頭連接線34，並穿繞第二磁環30，而MCT1引腳、MCT2引腳、MCT3引腳、MCT4引腳是連接至第一環形線圈22的右側邊的中間抽頭，亦即第三中間抽頭連接線44，並穿繞第三磁環40。

本質上，第二環形線圈32及第三環形線圈42在電路特性上是分別當作輸入阻抗Rin及輸入阻抗Rout，如第六圖的簡單等效電路所示。由於第二環形線圈32及第三環形線圈42是特別設計成輸入阻抗Rin及輸入阻抗Rout為相互匹配，比如50Ω，因此，流過本發明脈衝濾波器的傳導電流I可大幅降低而趨近於零電流，達到減少功耗的目的，進而增加有效的可傳輸距離。

由於該等第二中間抽頭連接線34是從TCT1引腳、TCT2引腳、TCT3引腳、TCT4引腳連接至第一環形線圈22的左側邊的中間抽頭且穿繞第二磁環30，而且該等第三中間抽頭連接線44是從MCT1引腳、MCT2引腳、MCT3引腳、MCT4引腳連接至第一環形線圈22的右側邊的中間抽頭且穿繞第三磁環40，所以第二磁環30及第三磁環40具有扼流圈的作用，可有效的過濾高頻雜訊，進一步改善信號傳輸品質。

為進一步了解本發明的特點，可參考第七圖，本發明第一實施例脈衝濾波器的詳細等效電路，並與第三圖相互比較，而顯而易見的是，本發明係同時具有輸入組抗及輸出阻抗，但是習用技術卻只有輸入阻抗而已。

進一步同時參考第七圖及第八圖，本發明第二實施例脈衝濾波器的示意圖及電路示意圖。要注意的是，本發明第二實施例的脈衝濾波器是類似於本發明第一實施例，並具有相同的元件，包含殼體10以及四組的第一磁環20、第一環形線圈22、第二磁環30、第二環形線圈32、第三磁環40以及第三環形線圈43，而其間的技術差異是在於第二實施例中由第一環形線圈22的左側邊的中間抽頭連接至TCT1引腳、TCT2引腳、TCT3引腳、TCT4引腳的該等第二中間抽頭連接線34是設計成繞過而未穿繞第二磁環30，同樣的，由第一環形線圈22的右側邊的中間抽頭連接至MCT1引腳、MCT2引腳、MCT3引腳、MCT4引腳的該等第三中間抽頭連接線44是設計成繞過而未穿繞第三磁環40。因此，第二實施例的脈衝濾波器未對傳輸信號提供扼流圈的作用。

綜上所述，本發明的特點在於利用三個環形線圈分別當作輸入阻抗、變壓器、輸出阻抗，並內建於絕緣外殼中以隔絕保護，不僅輸入阻抗可有效過濾來自RJ45連接器的共模雜訊，還可利用輸出阻抗過濾來自網路IC所產生的高頻雜訊，防止波形失真，且輸入阻抗及輸出阻抗是特別設計成阻抗匹配，因而整體線路的傳輸損耗降低到非常低，可有效達成信號傳輸、波形修復、信號雜波抑制和電壓隔離等等功能，進而增加傳輸距離，同時使晶片與外部隔離，增強抗干擾能力。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

10:殼體11:接腳20:第一磁環22:第一環形線圈30:第二磁環32:第二環形線圈34:第二中間抽頭連接線40:第三磁環42:第三環形線圈44:第三中間抽頭連接線I:傳導電流IC:網路積體電路Rin:輸入阻抗Rout:輸出阻抗SK:網路連接器

第一圖顯示習用技術中網路濾波器的示意圖。第二圖顯示習用技術中網路濾波器的簡單等效電路示意圖。第三圖顯示習用技術中網路濾波器的詳細等效電路。第四圖顯示依據本發明第一實施例脈衝濾波器的示意圖。第五圖顯示依據本發明第一實施例脈衝濾波器的電路示意圖。第六圖顯示依據本發明第一實施例脈衝濾波器的簡單等效電路示意圖。第七圖顯示依據本發明第一實施例脈衝濾波器的詳細等效電路。第八圖顯示依據本發明第二實施例脈衝濾波器的示意圖。第九圖顯示依據本發明第二實施例脈衝濾波器的電路示意圖。

10:殼體

11:接腳

20:第一磁環

22:第一環形線圈

30:第二磁環

32:第二環形線圈

34:第二中間抽頭連接線

40:第三磁環

42:第三環形線圈

44:第三中間抽頭連接線

IC:網路積體電路

SK:網路連接器

Claims

一種脈衝濾波器，係用以連接一網路連接器至一網路積體電路而提供一脈衝濾波作用，包括：四第一磁環；四第一環形線圈，且每個該第一環形線圈是繞設於相對應的該第一磁環而構成一變壓器；四第二磁環；四第二環形線圈，且每個該第二環形線圈是繞設於相對應的該第二磁環而構成一輸入阻抗；四第三磁環；四第三環形線圈，且每個該第三環形線圈是繞設於相對應的該第三磁環而構成一輸出阻抗；四第二中間抽頭連接線；四第三中間抽頭連接線；以及一殼體，係用以容置該等第一磁環、該等第一環形線圈、該等第二磁環、該等第二環形線圈、該等第三磁環以及該等第三環形線圈，且具有多個接腳，連接至該等第二環形線圈以及該等第三環形線圈，其中每個該第二中間抽頭連接線是由該第一環形線圈的一側邊的一中間抽頭而連接至對應的該接腳，每個該第三中間抽頭連接線是由該第一環形線圈的一另一側邊的一中間抽頭連接至相對應的該接腳，相對應的該第二環形線圈、該第一環形線圈以及該第三環形線圈係依序連接，並經由該等接腳而將該網路連接器連接至該網路積體電路；其中該第二中間抽頭連接線是由該第一環形線圈穿繞第二磁環而連接至對應的該接腳，且該第三中間抽頭連接線是由該第三環形線圈穿繞第三磁環而連接至對應的該接腳。
一種脈衝濾波器，係用以連接一網路連接器至一網路積體電路而提供一脈衝濾波作用，包括：四第一磁環；四第一環形線圈，且每個該第一環形線圈是繞設於相對應的該第一磁環而構成一變壓器；四第二磁環；四第二環形線圈，且每個該第二環形線圈是繞設於相對應的該第二磁環而構成一輸入阻抗；四第三磁環；四第三環形線圈，且每個該第三環形線圈是繞設於相對應的該第三磁環而構成一輸出阻抗；四第二中間抽頭連接線；四第三中間抽頭連接線；以及一殼體，係用以容置該等第一磁環、該等第一環形線圈、該等第二磁環、該等第二環形線圈、該等第三磁環以及該等第三環形線圈，且具有多個接腳，連接至該等第二環形線圈以及該等第三環形線圈，其中每個該第二中間抽頭連接線是由該第一環形線圈的一側邊的一中間抽頭而連接至對應的該接腳，每個該第三中間抽頭連接線是由該第一環形線圈的一另一側邊的一中間抽頭連接至相對應的該接腳，相對應的該第二環形線圈、該第一環形線圈以及該第三環形線圈係依序連接，並經由該等接腳而將該網路連接器連接至該網路積體電路；其中該第二中間抽頭連接線未穿繞第二磁環，而是直接由該第一環形線圈連接至對應的該接腳，且該第三中間抽頭連接線未穿繞第三磁環，而是直接由該第三環形線圈連接至對應的該接腳。
依據申請專利範圍第1或2項所述之脈衝濾波器，其中該網路連接器為一RJ45連接器，並包含一TCT1引腳、一TD1+引腳、一TD1-引腳、一TCT2引腳、一TD2+引腳、一TD2-引腳、一TCT3引腳、一TD3+引腳、一TD3-引腳、一TCT4引腳、一TD4+引腳以及一TD4-引腳，而該網路積體電路包含一MCT1引腳、一MX1-引腳、一MX1-引腳、一MCT2引腳、一MX2-引腳、一MX2-引腳、一MCT3引腳、一MX3-引腳、一MX3-引腳、一MCT4引腳、一MX4-引腳以及一MX4-引腳，是分別對應於該網路連接器的該TCT1引腳、該TD1+引腳、該TD1-引腳、該TCT2引腳、該TD2+引腳、該TD2-引腳、該TCT3引腳、該TD3+引腳、該TD3-引腳、該TCT4引腳、該TD4+引腳以及該TD4-引腳。
依據申請專利範圍第3項所述之脈衝濾波器，其中該第二中間抽頭連接線是經由該接腳而連接至該網路連接器的該TCT1引腳、該TCT2引腳、該TCT3引腳以及該TCT4引腳的其中之一，且該第三中間抽頭連接線是經由該接腳而連接至該網路積體電路的該MCT1引腳、該MCT2引腳、該MCT3引腳以及該MCT4引腳的其中之一。
依據申請專利範圍第1或2項所述之脈衝濾波器，其中該第一磁環、該第二磁環、該第三磁環是鐵芯磁性環。
依據申請專利範圍第1或2項所述之脈衝濾波器，其中該第一環形線圈、該第二環形線圈、該第二中間抽頭連接線、該第三環形線圈、該第三中間抽頭連接線是兩相絞合的漆包線。