專利名稱：通過以太網(wǎng)鏈路連接兩個設(shè)備的裝置以及用于所述設(shè)備之一的對接底座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將兩個設(shè)備連接在一起的裝置。作為示例，一個設(shè)備是計算機(jī)單元，另一個設(shè)備是諸如鍵盤、鼠標(biāo)或觸摸板類型的指針設(shè)備之類的輸入外圍設(shè)備，或諸如外置硬盤或固態(tài)存儲器之類的大容量數(shù)據(jù)存儲器外圍設(shè)備。本發(fā)明還為這樣的設(shè)備提供對接底座。計算機(jī)系統(tǒng)一般是圍繞計算機(jī)單元(通常被稱為中央單元)構(gòu)建的，外圍設(shè)備與其連接。計算機(jī)單元包括一個或多個處理 器，以及用于存儲由處理器執(zhí)行的操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序的存儲器。外圍設(shè)備通過并聯(lián)或串聯(lián)鏈路連接到計算機(jī)單元。特別是使用通用串行總線(USB)類型協(xié)議的串聯(lián)鏈路在計算機(jī)系統(tǒng)中已經(jīng)變得非常廣泛，無論是對于消費(fèi)者還是對于工業(yè)界。該類型的鏈路還適用于將外圍設(shè)備彼此連接。盡管如此，該類型的串聯(lián)鏈路還存在一定數(shù)量的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)使得這樣的鏈路難以在某些高度約束的應(yīng)用中使用，特別是涉及靜電放電的應(yīng)用中。在這些缺點(diǎn)中，有一種是缺少電隔離，當(dāng)雷擊與其中一個元件相連接到的電絕緣時，這對于因此而被連接在一起的元件來說是非常有害。這種風(fēng)險在現(xiàn)代飛機(jī)中更大，由于越來越多地使用復(fù)合材料來制造機(jī)身，而這類材料是不良導(dǎo)體，因此，飛機(jī)機(jī)身越來越不能夠充當(dāng)法拉第筒。這使得必須求助于火花隙、閃電二極管或變阻器類型的非線性組件。需要承受的電平相對來說比較大(在100微秒(μ s)的時間段內(nèi)，為1500伏特(V)和500安培(A))，如此，這類組件被設(shè)計成將接受高應(yīng)力。作為示例，能夠?qū)⑿盘栂拗茷?4V的組件必須能夠在100 μ S內(nèi)吸收40千瓦(kW)，同時溫度下降60%。結(jié)果，這樣的組件非常龐大，會產(chǎn)生大量的寄生電容，導(dǎo)致信號快速衰減的問題。此外，僅通過使用昂貴的工具才能對使用這樣的組件的電路進(jìn)行測試，并且對于電路的組件以及對于這類工具的操作員都會有危險。另外，就電磁兼容性而言，至少對于低頻組件，復(fù)合材料的低導(dǎo)電性也妨礙使用硬件地線作為參考。與硬件地線的最大耦合電容也限于150毫微法拉(nF)，或者甚至小得多，因?yàn)樗梢孕∮?00皮法拉(pF)。此外，當(dāng)用于機(jī)載計算機(jī)系統(tǒng)中時，該類型的鏈路還存在其他缺點(diǎn)·鏈接只在短距離內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)，盡管計算機(jī)系統(tǒng)在飛機(jī)上可以分離以便優(yōu)化可用空間的使用，致使機(jī)載計算機(jī)系統(tǒng)的各種元件經(jīng)常彼此遠(yuǎn)離；以及·關(guān)于航空應(yīng)用中的這一類型的鏈路，缺少基于體驗(yàn)的反饋。結(jié)果，在這樣的應(yīng)用中，電源和通信功能是分離的。對于其他類型的各種鏈路，特別是下列類型的鏈路PS2，ARINC429、CAN總線等等，上文所提及的缺點(diǎn)中的全部或某些也存在，不管計劃的應(yīng)用是什么。本發(fā)明的目標(biāo)是在各電子設(shè)備之間提供鏈接裝置，該裝置沒有上文所提及的缺點(diǎn)或很少。為此，本發(fā)明提供了一種用于將主電子設(shè)備連接到外圍電子設(shè)備的連接裝置，其中每個設(shè)備都配備有相應(yīng)的、第一類型的外部連接端口，該連接裝置包括主連接單元和外圍連接單元，每個連接單元都配備有第一類型的外部連接端口，用于連接到相對應(yīng)的電子設(shè)備，并且這些連接單元還使用第二類型(即，以太網(wǎng)類型)的鏈路，通過電隔離而彼此連接，其中所述鏈路具有發(fā)射線路和接收線路，每個單元都包括連接到所述線路的第一類型/以太網(wǎng)接口，以及以共用模式安裝在發(fā)射線路和接收線路之間的電源模塊，以便通過鏈路發(fā)射或接收AC。如此，本發(fā)明的裝置能夠使得第一類型的鏈路被在各設(shè)備之間建立的以太網(wǎng)鏈路所替代，以便以可靠并且文件的方式起作用，傳輸數(shù)據(jù)信號和電源電流兩者，同時還確保各設(shè)備之間的電隔離。以太網(wǎng)鏈路還使得能夠在相對來說比較長的距離內(nèi)進(jìn)行通信。優(yōu)選地，主連接單元的電源模塊包括調(diào)節(jié)器部件，該調(diào)節(jié)器部件被配置為對均方根(rms)電壓值和由電源模塊輸出的電流波形執(zhí)行伺服控制。這使得能夠優(yōu)化外圍設(shè)備的電源參數(shù)。有利地，外圍連接單元的電源模塊包括二極管電橋和電容器。
通過二極管電橋和電容器對AC進(jìn)行整流具有簡單、可靠并且便宜的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明還提供了用于外圍設(shè)備的對接底座，該對接底座包括外殼，用于容納由本發(fā)明所提供的連接裝置類型的外圍連接單元。在閱讀了下面的對特定的、非限制性的本發(fā)明的實(shí)施例之后，本發(fā)明的其他特征以及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。參考各個附圖
，其中·圖I是根據(jù)本發(fā)明的裝置的電路示意圖；以及·圖2是以符號方式示出的圖，尤其示出了電源模塊。參考附圖，根據(jù)本發(fā)明的連接裝置使主電子設(shè)備(這里，可指計算機(jī)系統(tǒng)的中央單元100)能連接到外圍電子設(shè)備(這里，可指用于將數(shù)據(jù)輸入到中央單元的部件，具體而言，可指鍵盤101)。盡管如此，本發(fā)明可以用于任何類型的設(shè)備，諸如鼠標(biāo)或觸摸板指針，諸如硬盤或FLASH型的固態(tài)存儲器之類的大容量存儲器，打印機(jī)等等。中央單元100和輸入部件101具有第一類型(這里可以是USB類型)的外部連接端□。本發(fā)明的連接裝置賦有總的參考標(biāo)號1，包括主連接單元10. I和外圍連接單元
10.2，這些連接單元通過第二類型的鏈接2而被連接在一起，具體而言，所述第二類型可指以太網(wǎng)類型，鏈接2包括發(fā)射線路2a和接收線路2b。發(fā)射線路2a和接收線路2b各自都由以太網(wǎng)電纜22 (這里，可以是Quadrax類型的電纜)中的一對導(dǎo)體構(gòu)成。主連接單元10. I具有USB/以太網(wǎng)接口 11. 1，該接口擁有用于連接到中央單元100的外部USB連接端口 12. I，并且通過相應(yīng)的隔離變壓器13. I和14. I連接到發(fā)射線路2a和接收線路2b。主連接單元10. I還包括以共用模式安裝在發(fā)射線路2a和接收線路2b之間的電源模塊15. 1，以便通過電隔離，在鏈路上傳輸交流電。電隔離通過隔離變壓器16. I來提供，隔離變壓器16. I的次級線圈連接到變壓器13. I的次級線圈的中點(diǎn)以及變壓器14. I的初級線圈。電源模塊15. I被配置為提供某一頻率下的電力，該頻率低得足以避免干擾通信，有高得足以限制變壓器16. I的尺寸。在此示例中，推薦的頻率范圍是2千赫(kHz)到IOOkHz，或者2kHz到IOkHz。優(yōu)選地，在此示例中，變壓器被配置為提供超過1500V的電隔離(DC，低頻AC，以及高頻)。如此，電源模塊15. I包括被隔離的DC/AC轉(zhuǎn)換器，該DC/AC轉(zhuǎn)換器用于通過鏈路2傳輸電能，并且與調(diào)節(jié)器部件相關(guān)聯(lián)。調(diào)節(jié)器部件被配置為對均方根電壓執(zhí)行伺服控制，對電源模塊15. 2插座處的電流的(正弦)波形執(zhí)行伺服控制。實(shí)現(xiàn)波形伺服控制以限制任何電磁干擾風(fēng)險。這使得能夠避免諸如開關(guān)噪聲(假信號)之類的電源錯誤，其中所述電源錯誤是輸入部件101可能不能夠承受的并且必將致使在外圍連接單元10. 2處提供龐大的過濾元件。外圍連接單元10. 2還包括以共用模式安裝在發(fā)射線路2a和接收線路2b之間的電源模塊15. 2，以便通過電隔離，在鏈路上接收AC。電隔離通過隔離變壓器16. 2來提供，隔離變壓器16. 2的初級線圈連接到變壓器13. 2的初級線圈的中點(diǎn)以及變壓器14. 2的次級線圈。電源模塊15. 2被隔離，如此，通過鏈路2傳輸電能。 外圍連接單元的電源模塊15. 2具有整流電路，該整流電路賦有總的參考標(biāo)號18，包括二極管電橋和電容器。在此示例中，連接單元10. 2被包含在對接底座的外殼17中，而外殼17被配置為容納鍵盤101。USB外部連接端口 12. 2通向外殼21的外部，以便使鍵盤101能連接到連接單元10. 2的USB/以太網(wǎng)接口 11. 2。USB/以太網(wǎng)接口 11. 2可以具有多個外部連接端口，以便充當(dāng)集線器，并允許多個外圍設(shè)備被連接。在此示例中，在連接模塊之間使用了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)100基T接口。本發(fā)明的設(shè)備允許電源電壓作為交流信號以共用模式在發(fā)射線路和接收線路上傳輸(V+通過以太網(wǎng)電纜22的成對線路中的一對傳輸，V-通過其他對來傳輸)。在航空應(yīng)用中，假設(shè)最大可傳輸功率是30伏特-安培(VA)(在IOkHz到IOOkHz的范圍內(nèi)，28V S和至少一個1A S)。使用兩個參數(shù)來調(diào)節(jié)電源信號均方根電壓和電流的波形。在源處，測量均方根電壓(電路19)，對發(fā)生器進(jìn)行伺服控制(伺服控制部件20)，以提供預(yù)先確定的電壓，例如，28V，不管電流波形如何。此外，還對電流波形執(zhí)行伺服控制(伺服控制部件21)。更具體而言，如上文所提及的，這是獲取正弦波的伺服控制。這通過限制電磁干擾來簡化接收器部分。具體而言，限制或者甚至消除了由于整流電路18中二極管電橋的多個二極管所導(dǎo)致的開關(guān)噪聲，無需求助于龐大的濾波器元件。為信號所選擇的頻率，這里優(yōu)選地在2kHz到IOOkHz的范圍內(nèi)，其低得足以避免干擾通信，但有高得足以最小化變壓器的尺寸。對于DC，由變壓器來提供隔離，而對于AC，由于存在前部安裝的變壓器，而使電容耦合最小化。電容耦合在耦合變壓器中是低的，并可以在每一線路2a，2b上添加串聯(lián)的共用模式電感器，以便補(bǔ)償高頻率下電容耦合的阻抗的下降。本發(fā)明使得有可能限制設(shè)備中各部件輸入端/輸出端的數(shù)量。在一特定實(shí)施例中，主電子設(shè)備和外圍電子設(shè)備兩者都是計算機(jī)或計算機(jī)單元。因此，外圍電子設(shè)備的計算機(jī)由主電子設(shè)備供電。結(jié)果，只有主電子設(shè)備需要有電源，從而減輕計算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)并簡化維護(hù)。應(yīng)該注意到，通過以太網(wǎng)鏈路傳輸電能的常規(guī)解決方案對于高頻AC獲得的隔離是不足的，因?yàn)樗鼈兯玫某Ｒ?guī)DC/DC轉(zhuǎn)換器與所連接的設(shè)備中的電子功能塊對接，這些常規(guī)的轉(zhuǎn)換器表現(xiàn)出大量的電容耦合，可使高頻電流流動。自然，本發(fā)明不僅限于所描述的各實(shí)施例，而是涵蓋了如權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)的任何變形。具體而言，外部連接端口可以是任何類型，例如，USB、PS2、ARINC429、CAN總線等等。電源模塊15. 2可以是數(shù)字模塊，并可包括功率因數(shù)校正(PFC)裝置。一個或多個連接單元可包括多個USB端口。
權(quán)利要求
1.一種用于將主電子設(shè)備(10. I)連接到外圍電子設(shè)備(10. 2)的連接裝置(I )，其中每個設(shè)備都配備有相應(yīng)的、第一類型的外部連接端口，所述連接裝置包括主連接單元和外圍連接單元，每個連接單元都配備有第一類型的外部連接端口，用于連接到相對應(yīng)的電子設(shè)備，并且所述連接單元還使用第二類型(即，以太網(wǎng)類型)的鏈路，通過電隔離而彼此連接，其中所述鏈路具有發(fā)射線路和接收線路，每個單元都包括連接到所述線路的第一類型/以太網(wǎng)接口，以及以共用模式安裝在發(fā)射線路和接收線路之間的電源模塊，以便通過所述鏈路發(fā)射或接收AC。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述主連接單元的所述電源模塊包括DC/AC轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述主連接單元的所述電源模塊包括調(diào)節(jié)器部件，所述調(diào)節(jié)器部件被配置為對均方根電壓值和由所述電源模塊輸出的電流波形執(zhí)行伺服控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述外圍連接單元的所述電源模塊包括二極管電橋和電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述連接單元中的至少一個包括多個USB端口。
6.用于輸入數(shù)據(jù)設(shè)備的對接底座，所述對接底座包括外殼，所述外殼包含根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的連接裝置的所述外圍連接單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于將主電子設(shè)備連接到外圍電子設(shè)備的連接裝置，其中每個電子設(shè)備都配備有第一類型的外部連接端口，該連接裝置包括主連接單元和外圍連接單元，每個連接單元都配備有第一類型的外部端口，用于連接到相對應(yīng)的電子設(shè)備，并且連接單元還使用第二類型(即，以太網(wǎng)類型)的鏈路，通過電隔離彼此連接，其中所述鏈路具有發(fā)射線路和接收線路，每個單元都包括連接到所述線路的第一類型/以太網(wǎng)接口，以及以共用模式安裝在發(fā)射線路和接收線路之間的電源模塊，以便通過所述鏈路發(fā)射或接收交流電。本發(fā)明還涉及用于外圍設(shè)備的對接底座，該對接底座包括這樣的裝置。
文檔編號H04L12/10GK102668446SQ201080057199
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者F·吉約, N·多姆布里茲 申請人:薩甘安全防護(hù)公司