УСТРОЙСТВО СОЕДИНЕНИЯ ДВУХ ПРИБОРОВ ЧЕРЕЗ ЛИНИЮ СВЯЗИ ETHERNET И ПРИЕМНЫЙ ДОК ОДНОГО ИЗ ЭТИХ ПРИБОРОВ
DEVICE FOR CONNECTION OF TWO DEVICES VIA ETHERNET LINK AND RECEIVING DOCK OF ONE SAID DEVICES

Настоящее изобретение относится к устройству соединения двух электронных приборов, например компьютерных устройств, таких как сервер и терминал или периферийное устройство.
Известно соединение электронных приборов при помощи устройства соединения, применяющего связь ETHERNET. Устройство соединения содержит два интерфейса ETHERNET, соединенные между собой через восходящую линию и нисходящую линию и выполненные, каждый, с возможностью соединения с одним из приборов для передачи данных в дифференциальном режиме. Это обеспечивает передачу данных с высокой скоростью, обычно составляющей в настоящее время от 100 до 1000 Мбит/с.
В некоторых приложениях необходимо предусмотреть защищенную линию связи для передачи чувствительных данных. Однако по своему принципу классические линии связи ETHERNET вышеупомянутого типа имеют относительно низкий уровень защиты, если не предусматривать сложных изменений интерфейсов и ограничения пропускной способности. Как правило, в этом случае предусматривают вторую линию связи между приборами, при этом упомянутую линию связи устанавливают при помощи второго устройства соединения, связанного с приборами. Однако в авиационных бортовых приложениях применение второго устройства соединения приводит к увеличению веса.
Кроме того, необходимо предусматривать соединение приборов с электрической сетью, осуществляемое при помощи проводов, вес которых добавляется к весу устройств соединения.
Изобретение призвано предложить средство связи между электронными приборами, которое не имеет или практически не имеет вышеупомянутых недостатков.
В связи с этим объектом изобретения является устройство соединения первого электронного прибора со вторым электронным прибором, содержащее два интерфейса типа ETHERNET, соединенные друг с другом через восходящую линию и нисходящую линию и выполненные, каждый, с возможностью соединения с одним из приборов и с возможностью передачи данных в дифференциальном режиме, два модуля питания, связанные, каждый, с одним из приборов и установленные обычным образом между восходящей и нисходящей линиями связи для передачи несущего сигнала питания переменного тока, и два вспомогательных модуля передачи, связанные, каждый, с одним из модулей питания и выполненные с возможностью обеспечения передачи данных посредством модуляции несущего сигнала питания.
Таким образом, устройство в соответствии с изобретением обеспечивает связь типа ETHERNET для передачи данных в дифференциальном режиме через восходящую и нисходящую линии и связь для передачи данных в обычном режиме через исходящую и входящую линии. Кроме того, устройство соединения обеспечивает питание одного из приборов через другой прибор. Это дает выигрыш в массе и в объеме. Кроме того, связь ETHERNET позволяет осуществлять передачу на относительно большие расстояния.
Предпочтительно вспомогательный модуль передачи первого прибора выполнен с возможностью осуществления фазовой модуляции.
Этот вариант модуляции наиболее адаптирован для передачи данных во второй прибор.
Предпочтительно вспомогательный модуль передачи второго прибора выполнен с возможностью передачи данных посредством модуляции потребляемого тока, и предпочтительно модуляцию потребляемого тока синхронизируют с восходящим потоком данных для кодирования данных в зависимости от положения во времени пиков потребляемого тока относительно восходящего потока данных.
Это позволяет упростить передачу данных в первый прибор.
Согласно двум альтернативным вариантам двухсторонней связи:
- модули передачи выполнены с возможностью обеспечения одновременной дуплексной передачи,
- модули передачи выполнены с возможностью обеспечения поочередной дуплексной передачи.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания частных неограничительных примеров выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 дана схема устройства в соответствии с изобретением;
фиг. 2 - временная схема передачи данных.
Показанное на чертежах устройство соединения в соответствии с изобретением предназначено для обеспечения соединения первого электронного прибора 100, в данном случае главного прибора типа компьютерного сервера, со вторым электронным прибором 101, в данном случае подчиненным электронным прибором типа компьютерного терминала. Вместе с тем, изобретение можно применять для других сообщающихся друг с другом электронных приборов.
Оба прибора 100 и 101 оборудованы портом внешнего соединения типа ETHERNET.
Устройство соединения в соответствии с изобретением, обозначенное общей позицией 1, содержит главный соединительный блок 10.1 и подчиненный соединительный блок 10.2, которые представляют собой интерфейсы ETHERNET, связанные друг с другом через линию передачи 2.а и через линию приема 2.b. Линия передачи 2.а и линия приема 2.b образованы, каждая, парой проводов кабеля ETHERNET.
Главный соединительный блок 10.1 имеет порт внешнего соединения с прибором 100 и связан с линией передачи 2.а и с линией приема 2.b через развязывающий трансформатор 13.1, 14.1 соответственно.
Подчиненный соединительный блок 10.2 имеет порт внешнего соединения с прибором 101 и связан с линией передачи 2.а и с линией приема 2.b через развязывающий трансформатор 13.2, 14.2 соответственно.
Кроме того, главный соединительный блок 10.2 связан с модулем питания 15.1, установленным в общем режиме между линией передачи 2.а и линией приема 2.b для передачи через гальваническую развязку переменного тока питания в линию связи. Гальваническую развязку обеспечивает развязывающий трансформатор 16.1, вторичная обмотка которого соединена со средней точкой вторичной обмотки трансформатора 13.1 и со средней точкой первичной обмотки трансформатора 14.1.
Модуль питания 15.1 выполнен с возможностью выдачи тока, имеющего частоту, достаточно низкую, чтобы не создавать помех для связи, и достаточно высокую, чтобы ограничить размер трансформатора 16.1. В данном случае необходимый диапазон частот находится в пределах от 2 кГц до 100 кГц и даже от 2 кГц до 10 кГц. В данном случае предпочтительно трансформатор выполнен с возможностью гальванической развязки (постоянный ток, переменный ток низкой и высокой частоты), превышающей 1500 В.
Так, модуль питания 15.1 содержит изолированный преобразователь постоянного тока в переменный, обеспечивающий передачу мощности на линию связи 2 и связанный с устройством регулирования. Устройство регулирования выполнено с возможностью автоматического регулирования по эффективному значению напряжения и автоматического регулирования по эффективному значению тока (по синусу) на выходе модуля питания 15.1, связанного с подчиненным соединительным блоком 10.2. Автоматическое регулирование по форме волны осуществляют для ограничения риска электромагнитных помех. Это позволяет избежать нарушений питания, таких как коммутационные шумы ("glitches"), которые прибор 101 может не выдерживать, что может привести к необходимости применения габаритных элементов фильтрации на уровне прибора 101.
Соединительный блок 10.2 связан с модулем питания 15.2, который установлен в общем режиме между линией передачи 2.а и линией приема 2.b для приема через гальваническую развязку переменного тока питания по линии связи. Гальваническую развязку обеспечивает развязывающий трансформатор 16.2, первичная обмотка которого соединена со средней точкой первичной обмотки трансформатора 13.2 и со средней точкой вторичной обмотки трансформатора 14.2. Модуль питания 15.2 является изолированным и обеспечивает прием мощности из линии связи 2.
Модуль питания 15.2 периферийного соединительного блока содержит выпрямляющую схему, обозначенную общей позицией 18, которая содержит диодный мост и конденсатор.
Устройство в соответствии с изобретением обеспечивает передачу напряжения питания в виде несущего переменного сигнала питания в общем режиме в линию передачи и в линию приема (V+ передается по одной из пар кабеля ETHERNET, а V- передается по другой паре). В авиационном приложении максимальной передаваемой мощностью считается 30ВА (28 В эффективного напряжения и, по меньшей мере, 1 В эффективного напряжения между 10 кГц и 100 кГц). Регулирование сигнала питания производят по двум параметрам: эффективное напряжение и форма волны тока. На уровне источника измеряют эффективное напряжение, происходит автоматическое регулирование генератора для выдачи заранее определенного напряжения, например, 28 В, при любой форме тока. Затем, происходит автоматическое регулирование по форме волны тока. В частности, речь идет об автоматическом регулировании по форме в виде синуса, как было указано выше. Это позволяет упростить приемную часть и одновременно ограничить электромагнитные возмущения. В частности, можно ограничить и даже устранить коммутационные шумы диодов диодного моста выпрямляющей схемы 18, не прибегая к использованию габаритных фильтрационных элементов. Предпочтительно частота, выбранная для сигнала, в данном случае в пределах от 2 кГц до 100 кГц, является достаточно низкой, чтобы не нарушать связь, и достаточно высокой, чтобы минимизировать размер трансформатора.
При постоянном токе развязку обеспечивают трансформаторы, а при переменном токе емкостная связь минимизируется за счет присутствия трансформаторов, установленных фронтально. В трансформаторах связи емкостные связи являются слабыми, и в каждую линию 2.а, 2.b можно добавить катушки индуктивности в общем режиме с последовательной установкой, чтобы компенсировать снижение их общего сопротивления на высокой частоте.
Таким образом, вычислительное устройство подчиненного электронного прибора получает питание от главного электронного прибора. Источник питания имеется только в главном электронном приборе, что облегчает структуру компьютерной системы и упрощает ее обслуживание.
С каждым модулем питания 15.1, 15.2 связан вспомогательный модуль передачи 17.1, 17.2, выполненный с возможностью передачи данных посредством модуляции несущего сигнала питания.
Вспомогательный модуль передачи 17.1 содержит управляющую схему 18 типа микроконтроллера или FPGA, связанную, с одной стороны, с выключателями 19 силового моста 20, соединенного с первичной обмоткой трансформатора 16.1 для передачи данных, и, с другой стороны, с элементом измерения передаваемого тока для приема данных.
Вспомогательный модуль передачи 17.2 связан с линиями 2.а, 2.b через развязывающий трансформатор 21 для приема данных. Развязывающий трансформатор 21 имеет первичную обмотку, соединенную со средней точкой первичной обмотки трансформатора 13.2 и со средней точкой вторичной обмотки трансформатора 14.2, и вторичную обмотку, соединенную с вспомогательным модулем передачи 17.2. Кроме того, вспомогательный модуль передачи 17.2 соединен с выключателем 22, установленным между выходными ветвями диодного моста последовательно с резистором 23.
Во время работы вспомогательный модуль передачи 17.1 преобразует данные А в двухфазный поток В (двойная фаза L) и управляет выключателями 19 для соответствующей модуляции напряжения несущего сигнала питания.
Вспомогательный модуль передачи 17.2 синхронизирован по двухфазному потоку В и преобразует указанный поток для получения передаваемых данных.
Для передачи этих данных вспомогательный модуль передачи 17.2 использует тактовый генератор приема данных, передаваемых вспомогательным модулем передачи 17.1, чтобы синхронизировать тактовый генератор передачи при помощи цепи фазовой синхронизации, позволяющей создать команду потребления на передаваемом потоке. Действуя на выключатель 21, команда потребления приводит к скачкам или пикам потребления, положение которых во времени в каждой ячейке соответствует одной данной. Из примера, представленного на фиг. 2, видно, что потребляемый ток С имеет пики потребления: пик потребления в начале ячейки равен 0, тогда как пик потребления в конце ячейки равен 1. Таким образом, вспомогательный модуль передачи второго прибора выполнен с возможностью передачи данных посредством модуляции потребляемого тока С, при этом модуляцию потребляемого тока С синхронизируют с исходящим потоком данных для кодирования данных D в зависимости от положения во времени пиков потребляемого тока относительно исходящего потока данных.
В режиме приема вспомогательный модуль передачи 17.1 отслеживает пики потребления тока. На основании измерения тока после дискретизации можно вычислить среднее значение потребляемого тока С и выявить пики потребления при помощи дифференциатора в ячейках или временных окнах, в которых они расположены. Отсюда определяют данные D.
Таким образом происходит одновременная дуплексная передача данных.
Хотя это и не показано на чертежах, предусмотрены средства фильтрации, в данном случае типа полосно-пропускающих фильтров, чтобы предупредить возмущение потока данных ETHERNET при передаче данных через вспомогательные модули передачи 17.1, 17.2.
Разумеется, изобретение не ограничивается описанными вариантами выполнения и охватывает любую версию в пределах объема изобретения, определенного формулой изобретения.
В частности, модуль питания 15.2 может быть цифровым модулем и может содержать устройство коррекции коэффициента мощности или PFC.
В варианте модули передачи выполнены с обеспечением поочередной дуплексной передачи.