PHY耦合跨越在隔离变压器的分离初级绕组之间，用于PHY之间的差分数据传输和接收以及用于DC隔离。DC电源的正和负低阻抗端子耦合到变压器的第一和第二次级绕组作为变压器的分离中心抽头。线对中的线的相应端部耦合到次级绕组的另一端。因此，电源通过次级绕组传导直流电流，而差分数据信号也流过次级绕组，从而在PHY的输入端产生相应的差分数据信号。变压器也衰减共模噪声。因此，该电路多次使用隔离变压器，从而允许更少的元件用于直流耦合、接线端子和共模噪声消除。
Line pair termination of DC and differential signals using isolation transformers with separate primary and secondary windings
【技术实现步骤摘要】
使用具有分离初级和次级绕组的隔离变压器进行直流和差动信号的线对终止相关申请的交叉引用本申请是2018年9月10日提交的美国申请序列号16/126,843的部分继续申请，其基于并要求2018年6月22日提交的16/016,301的优先权，基于并要求由GiteshBhagwat于2018年3月15日提交的美国临时专利申请序列号62/643,390的优先权，基于并要求2018年10月1日提交的16/148,698的优先权，通过引用并入本文。
本专利技术涉及通过绞合线对来传导差分数据和DC功率的通信系统，特别是涉及使用中心抽头隔离变压器将直流电耦合到线对的技术。
技术介绍
已经公开了许多用于将直流电和差分信号耦合到绞合线对的方法。直流电用于为连接到线对的另一端的设备供电，而差分数据则允许线对的两端设备相互通信。这种系统有时被称为数据线上电(PoDL)系统。各种端接元件应具有低差分数据插入损耗、高共模噪声插入损耗和高差模返回损耗(入射功率/反射功率)。转让给本受让人的美国公布2018/0026525描述了各种终止技术并且可以提供更多背景信息。图1从美国公布2018/0026525复制。在图1中，介质相关接口(MDI)连接器160耦合到承载差分数据和直流电压的绞合线对(未示出)。除了用电装置侧没有自己的电源之外，PoDL系统两端的耦合可以是相同的。PHY150输出差分数据并通过MDI连接器160，共模流圈(CMC)210和AC耦合电容器C1和C2接收差分数据。CMC210衰减来自线对的共模RF噪声。PHY150表示OSI模型中的物理层，并且是收发器，其通常包括用于向下一级呈现比特的信号调节和解码电路。术语PHY是这样的术语，并且由各种IEEE标准定义，这取决于特定应用。PHY通常是集成电路。数字处理器(未示出)耦合到PHY150以处理数据。由于图1的电路在供电设备(PSE)侧，因此来自电源140的直流电压通过单独的电感器142耦合到导线。电感器142阻挡AC并通过DC。来自MDI连接器160的导线由电阻器R1和R2以及电容器C3和C4终止，以使反射最小化。在PoDL系统中，必须保护PHY免受直流电的影响。此外，必须衰减耦合到线对的共模RF噪声，以便不干扰差分数据的检测。有时希望使用变压器提供PHY的DC隔离以保护PHY免受DC短路和其他条件的影响，但是这增加了额外的组件并增加了尺寸和成本。期望提供这样的特征而没有过度加载会不利地影响差分数据的信号完整性。还希望最小化成本和尺寸的组件数量。所需要的是在使用变压器的PHY的DC隔离的PoDL系统中改进的终端电路，其中该电路具有用于减小尺寸和成本的低组件数量，PHY上的低负载、低差分数据插入损耗、高共模噪声插入损耗和高差模回波损耗。专利技术概述描述了用于PoDL系统的各种改进的终止技术。在一个实施例中，PHY被AC耦合到线对。隔离变压器的初级(PHY侧)绕组耦合到PHY，用于差分数据的发送和接收。DC电源的正端子耦合到第一次级(线路侧)绕组的一端，并且第一次级绕组的另一端耦合到线对中的一根线。DC电源的负端子耦合到第二次级(线路侧)绕组的一端，并且该第二次级绕组的另一端耦合到线对中的另一根线。因此，电源被连接成使得DC电流被注入一根线上并且在另一根线上返回到连接到线对的另一端的电力设备。这可以被认为是次级绕组的分离中心抽头。因此，电源通过次级绕组传导直流电流，而差分数据信号也流过次级绕组，从而在PHY的输入端产生相应的差分数据信号。相反，来自PHY的传输使得通过初级组的AC电流在由线对发送的次级绕组中产生差分电压。电源在其正极和负极之间提供低阻抗，因此在变压器的分离中心抽头连接之间存在低差模阻抗。共模流动圈(CMC)串联连接在线对和次级绕组之间，以衰减线对上的共模RF噪声。在另一个实施例中，CMC位于隔离变压器的初级部分和PHY之间。在另一个实施例中，如果隔离变压器充分地衰减共模RF噪声，则消除CMC。RC终端电路还耦合在线对和地之间，用于衰减噪声并提供合适的终端阻抗以最小化反射。所公开的电路通过向线对提供DC耦合来多次使用隔离变压器，同时电源在其端子之间提供低阻抗，用于通过相应的次级绕组有效地传导差分信号，并且同时在变压器的次级端子分流共模信号。因此，CMC可以是可选的。因此，当PHY上的负载低，差分数据插入损耗低，共模噪声插入损耗高以及高差模返回损耗时，元件数量较少。DC电源是PoDL系统的供电设备(PSE)侧的一部分。线对的另一端耦合到用电装置(PD)，其也可包括CMC、RC终端和隔离变压器。PD隔离变压器的绕组可以具有耦合在差分信号和地之间的端部，或者通过PD负载中的低阻抗路径耦合到地，因为PD中没有使用电源。在其他实施例中，隔离变压器的初级组也是分开的，其中一个分离初级组生成或接收来自PHY的一个差分信号，而另一个分离初级组生成或接收来自PHY的另一个差分信号。通过使用分离初级绕组和分离次级绕组，绕组具有对称性和可能的容易性，以及在初级绕组中使用分离用于各种终止方案的能力。两个初级组合也可以耦合在一起并且在各种方案中参考。这提供了若干优点，例如PHY的额外DC隔离和减少的共模(CM)反射等。附图简述图1示出了现有技术的PoDL系统。图2示出了PoDL系统中的PSE的第一实施例，其使用隔离变压器将电源DC耦合到线对，提供耦合以传导差分信号的次级绕组的低阻抗接地端接，并且还衰减共模噪声信号。图3是图2的第一变型，其中CMC已经移动到变压器的PHY侧，以便不承载DC电流。图4是图2的第二变型，其中CMC由于变压器提供的足够的共模(CM)噪声衰减而被移除。然而，由于通过电源的低阻抗路径，现在CM阻抗大大降低。图5是图2的第三变型，其中RCCM终端方案被修改。此外，在变压器的电源和次级绕组之间添加CMC，以便保留CM终端。图6是图2的第四变形，具有改进的CM终止方案。图7示出了使用分离初级绕组并使用耦合到分离初级绕组和分离次级绕组的CMC的PSE的变型。一个CMC有助于降低CM噪声，而另一个有助于保持CM终端。图8示出了图7的第一变型，其中电容器串联连接在初级绕组之间。图9示出了图7的第二变型，其中电容器连接到每个初级绕组并经由电阻器耦合到地。图10示出了图7的第三变型，其中单个电容器连接到初级绕组并通过电阻器耦合到地。图11示出了图7的第四变型，其中在变压器和PHY或电源之间没有串联耦合的CMC。图12示出了图7的第五变型，其中初级绕组的端部耦合到接地或非接地参考电压。专利技术详述描述了PSE中的终端电路的五个实施例，其将PHY与系统的其余部分DC隔离，将电源DC耦合到线对，衰减线对上的RF共模噪声，并提供出色的插入和回波损耗，同时具有较低的组件数。在图2中，供电设备(PSE)10经由绞合线对14向用电装置(PD)12供应直流电。PSE10和PD12中的PHY还使用差分数据(例如以太网数据)进行通信。PSE10中的PHY16表示OSI模型中的物理层，并且包括收发器，该收发器通常包括用于向下一级呈现比特的信号调节和解码电路。术语PHY是术语，并且由各种IEEE标准定义，这取决于特定应用。PHY16通常是集成电路。数字处理器(未示出)耦合到PHY16以处理数据。在P本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于在线对上提供差分数据和DC功率的电力和通信系统，包括：具有正电压端子和负电压端子的DC电源；隔离变压器，具有初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，其中所述电源的正电压端子耦合到所述第一次级绕组的第一端，并且其中所述电源的负电压端子耦合到所述第二次级绕组的第一端，其中所述第一次级绕组的第一端和所述第二次级绕组的第一端形成所述变压器的次级绕组的分裂中心抽头；和收发器，耦合跨越所述初级绕组，用于通过所述变压器和所述线对来发送和接收差分数据信号，其中所述第一次级绕组的第二端被配置为耦合到所述线对的第一线，并且所述第二次级绕组的第二端被配置为耦合到所述线对的第二线，使得所述第一次级绕组和所述第二次级绕组将直流电传导入所述线对，并也传导差分数据信号。
【技术特征摘要】
2018.03.15 US 62/643,390;2018.06.22 US 16/016,301;1.一种用于在线对上提供差分数据和DC功率的电力和通信系统，包括：具有正电压端子和负电压端子的DC电源；隔离变压器，具有初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，其中所述电源的正电压端子耦合到所述第一次级绕组的第一端，并且其中所述电源的负电压端子耦合到所述第二次级绕组的第一端，其中所述第一次级绕组的第一端和所述第二次级绕组的第一端形成所述变压器的次级绕组的分裂中心抽头；和收发器，耦合跨越所述初级绕组，用于通过所述变压器和所述线对来发送和接收差分数据信号，其中所述第一次级绕组的第二端被配置为耦合到所述线对的第一线，并且所述第二次级绕组的第二端被配置为耦合到所述线对的第二线，使得所述第一次级绕组和所述第二次级绕组将直流电传导入所述线对，并也传导差分数据信号。2.权利要求1所述的系统，还包括在所述电源端子与所述变压器的第一次级绕组和第二次级绕组之间串联的共模扼流圈(CMC)或一对匹配电感器。3.权利要求1所述的系统，还包括：RC终端电路，耦合在所述电源和所述变压器的次级侧之间，所述RC终端电路包括：电阻器，具有耦合到参考电压的第一端；第一电容器，耦合在所述第一次级绕组的第一端和所述电阻器的第二端之间；和第二电容器，耦合在所述第二次级绕组的第一端和所述电阻器的第二端之间。4.权利要求1所述的系统，其中所述收发器包括耦合到所述初级绕组的PHY。5.权利要求4所述的系统，其中PHY通过在所述初级绕组的一端和PHY之间串联的第一电容器和在所述初级绕组的另一端与...
【专利技术属性】
技术研发人员：哥特式·巴哈瓦特，
申请(专利权)人：凌力尔特科技控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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