针对IEEE标准802.3BT标准的堆叠多端口10GBASE-T中跨PSE的制作方法

针对ieee标准802.3bt标准的堆叠多端口10gbase-t中跨pse
1.本发明涉及以太网装置。更具体地讲，本发明涉及堆叠多端口10gbase-t中跨供电设备(pse)装置以及用于此类装置的连接器组件。


背景技术：

2.10base-t以太网装置通常包括用于接受以太网电缆的一个或多个rj45插孔。一些以太网装置包括多个rj45插孔，并且已提供诸如图1所示的模块化堆叠rj45插孔10以允许以太网装置的高效且节省空间的组装。使用销(这些销的一些销用附图标号12标识)形成到其上安装有模块化堆叠rj45插孔10的印刷电路板的连接。
3.一些以太网装置是pse装置，并且提供以太网供电(poe)以供应所连接的设备诸如相机所需的dc电力。诸如图1所示的模块化堆叠rj45插孔通常用于此目的，其中分别用附图标号14和16标识的多对插孔中的每一对的一个顶部插孔和一个底部插孔用作数据输入连接部和数据输出 poe电力连接部。
4.新的ieee标准802.3bt标准定义了形成链路的可支持10gbase-t操作的中跨pse。由于技术和机械问题，在市场上没有以该数据速率支持多端口中跨pse操作的可商购获得的解决方案。作为基本构建块，没有与由tia/eia-568定义的类别6a(cat 6a)兼容的可商购获得的堆叠模块化rj45插孔。因此，用于支持10gbase-t操作的多端口中跨pse的解决方案受到缺乏多端口中跨pse设计所需的基本构建块的挑战。
5.在提供堆叠模块化cat6a兼容的rj45插孔时遇到的困难之一是，需要在无源集成连接器磁件(icm)内部提供长度太长而不能满足cat6a的传输要求的信号迹线。这些相对长的内部信号迹线不能以100欧姆进行阻抗匹配以满足规格要求。这显著影响回波损耗、插入损耗和近端串扰(next)，达到可商购获得的模块化rj45插孔的本机械构型不允许构造满足中跨pse的ieee标准802.3bt标准要求的多端口中跨pse的程度。设备传输要求的标准特别定义了“要作为“连接器”或“电信插座”插入的中跨pse设备”应满足以下传输参数。这些参数应使用用于连接硬件的iso11801:2002或ansi/tia-568-c.2的测试程序来测量。用包括中跨pse的电缆替换工作区域或设备电缆不应改变电缆的要求。针对支持10gbase-t的最高phy速率(最高至500mhz的频率)，电线规格为：iso/iec 11801-1或ansi/tia-568-c.2中的类别6a电线。
6.可以通过使用单端口cat6a(1层rj45)连接器来满足标准。如果这些连接器中的两个连接器(一个用于输入数据，并且另一个用于输出数据和poe电力)彼此靠近安装，并且根据受控阻抗规则设计具有所需的磁件和数据电容器的pcb布局以匹配100欧姆，则可以获得1端口中跨的解决方案。此类布置在图2a中示出，其中一对单端口cat6a兼容的(1层rj45)连接器22和24安装在pcb 26上(通常以微带的形式)。连接器22被布置成接收数据输入，并且连接器24被布置成提供数据输出 功率，应当理解，该环境中的所有数据通信都是双向的。poe电路28(即，供应要添加到数据线上的电力的电路)、用于由poe电路28供应poe电力的emi滤波器30和emi电容器32、数据路径中的隔直流电容器(在虚线34内共同指示)以及封装的一组自耦变压器36紧邻rj45块22和24安装在pcb上。为了获得附加端口，可以增加该选
项，但这是昂贵且不切实际的解决方案，因为每个端口需要的pcb区域是堆叠rj45连接器的两倍。
7.现在参见图2b，示意图示出了emi滤波器30(示出为共模滤波器)和emi电容器32(两者均用于源自poe电路28(poe电路28未示出)的电力线)的典型配置，其中每个端口设置有emi滤波器30和emi电容器32，以及数据路径中的隔直流电容器34和封装的一组自耦变压器36。所有这些部件利用到poe电路28的适当连接部一起安装在pcb上，该poe电路类似地安装在pcb上。数据路径中的隔直流电容器34和自耦变压器36的组合允许数据通过而没有不可接受的劣化，同时允许添加电力，如授予darshan的美国专利8,195,965中所述，该专利的全部内容以引用方式并入本文。示出了从来自rj45输入连接器的指状物1至8到rj45输出连接器的指状物1至80的路径，其中针对每个连接，隔直流电容器34串联连接，还示出了本领域技术人员已知的从第一电源端口(表示为vport_pos 4_5至vport_neg 7_8)和第二电源端口(表示为vport_pos 3_6至vport_neg 1_2)的连接。
8.图3是安装在示出问题的pcb 26上的现有技术的模块化堆叠rj45插孔10的侧视图。顶对插孔14和底对插孔16包括导体46和48，需要这些导体形成从底部插孔的连接指状物42和顶部插孔的连接指状物44到导电迹线50和52的电连接，分别用于从poe 54通过安装在pcb上的数据/rf/emi电路56承载数据信号和poe dc电力，其中数据/rf/emi电路56表示emi滤波器30、emi电容器32以及隔直流电容器34和自耦变压器36的组合。如图3所示，用于将叠堆中的顶部连接器14的插孔连接指状物44连接到pcb上的迹线52的相对长的信号迹线48不能与信号路径进行阻抗匹配，该信号路径源自输入插孔16并驱动多端口中跨pse的输出插孔14。阻抗匹配的缺乏严重劣化了连接的回波损耗、插入损耗和next，使得多端口中跨pse不能满足ieee 802.3bt的要求。


技术实现要素：

9.根据本发明的一个方面，堆叠rj45模块化插孔组件包括：下部rj45插孔部分，该下部rj45插孔部分具有底表面并适于安装在印刷电路板上，该下部rj45插孔具有多个下部连接指状物1至8；上部rj45插孔部分，该上部rj45插孔部分设置在下部rj45插孔部分上方，该上部rj45插孔具有多个上部连接指状物1至8；和数据/rf部件块，该数据/rf部件块包括rf部件，该数据/rf部件块直接安装在堆叠rj45模块化插孔组件的后表面后面。
10.根据本发明的一个方面，数据/rf部件块包括连接到上部连接指状物和下部连接指状物的电容器和电感器。
11.根据本发明的一个方面，电容器包括多个隔直流电容器，该多个隔直流电容器直接安装在堆叠rj45模块化插孔组件的后表面后面，每个隔直流电容器连接在上部连接指状物和下部连接指状物中的对应的上部连接指状物和下部连接指状物之间，并且电感器包括多个自耦变压器线圈，该多个自耦变压器线圈直接安装在配对的端口堆叠rj45模块化插孔组件的后表面后面，第一自耦变压器线圈直接连接在上部连接指状物1和2之间，第二自耦变压器线圈直接连接在上部连接指状物3和6之间，第三自耦变压器线圈直接连接在上部连接指状物4和5之间，第四自耦变压器线圈直接连接在上部连接指状物7和8之间。
12.根据本发明的一个方面，电路组件包括印刷电路板、堆叠rj45模块化插孔组件以及emi部件电路，该emi部件电路安装在pcb上并且通过导电迹线连接到印刷电路板连接销
以用于rj45插孔部分上的多个上部连接指状物和多个下部连接指状物中的一者，该emi部件电路具有用于poe电源的连接部，该堆叠rj45模块化插孔组件安装在印刷电路板上并且包括：下部rj45插孔部分，该下部rj45插孔部分具有底表面并适于安装在印刷电路板上，该下部rj45插孔具有多个下部连接指状物1至8；上部rj45插孔部分，该上部rj45插孔部分设置在下部rj45插孔部分上方，该上部rj45插孔具有多个上部连接指状物1至8；数据/rf部件块，该数据/rf部件块包括rf部件，该数据/rf部件块直接安装在堆叠rj45模块化插孔组件的后表面后面。
13.根据本发明的一个方面，电路组件中的数据/rf部件块包括：多个电容器，该多个电容器直接安装在配对的端口堆叠rj45模块化插孔组件的后表面后面，每个数据电容器连接在上部连接指状物和下部连接指状物中的对应的上部连接指状物和下部连接指状物之间；和多个自耦变压器线圈，该多个自耦变压器线圈直接安装在配对的端口堆叠rj45模块化插孔组件的后表面后面，第一自耦变压器线圈直接连接在上部连接指状物1和2之间，第二自耦变压器线圈直接连接在上部连接指状物3和6之间，第三自耦变压器线圈直接连接在上部连接指状物4和5之间，第四自耦变压器线圈直接连接在上部连接指状物7和8之间，第一自耦变压器线圈至第四自耦变压器线圈中的每一者的中心抽头连接到端接于印刷电路板连接销中的一个印刷电路板连接销中的导体。
14.根据本发明的一个方面，提供了一种提供用于提供多端口10gbase-t中跨以太网供电的堆叠rj45模块化插孔的方法，该方法包括：提供堆叠rj45模块化插孔，该堆叠rj45模块化插孔具有上部rj45插孔部分和下部rj45插孔部分，该上部部分和该下部部分中的每一者具有连接指状物；以及将数据/rf部件块直接设置在堆叠rj45模块化插孔的上部部分和下部部分的连接指状物后面，包括rf部件的rf部件块连接到堆叠rj45模块化插孔的上部部分和下部部分的连接指状物中的多者。
15.根据本发明的一个方面，将rf部件块直接设置在堆叠rj45模块化插孔的上部部分和下部部分的连接指状物后面包括在堆叠rj45模块化插孔的上部部分和下部部分的连接指状物中的对应的多者之间连接隔直流电容器。
16.根据本发明的一个方面，该方法还包括在堆叠rj45模块化插孔的上部部分和下部部分中的一者的相邻对的连接指状物之间连接自耦变压器。
17.根据本发明的一个方面，用于提供堆叠多端口10gbase-t中跨以太网供电的方法包括：提供印刷电路板；在印刷电路板上通过电磁干扰滤波器提供dc电力连接部；在印刷电路板上提供堆叠rj45模块化插孔，该堆叠rj45模块化插孔具有上部rj45插孔部分和下部rj45插孔部分，并且具有到所提供的dc电力连接部的连接部；以及在上部rj45插孔部分和下部rj45插孔部分上的连接指状物之间连接堆叠rj45模块化插孔上的rf部件块。
18.根据本发明的一个方面，在上部rj45插孔部分和下部rj45插孔部分上的连接指状物之间连接堆叠rj45模块化插孔上的rf部件块包括提供rf电路块，该rf电路块具有匹配100欧姆特性阻抗的电路路径。
19.根据本发明的一个方面，在印刷电路板上提供具有到dc电力连接部的连接部的堆叠rj45模块化插孔包括在堆叠rj45模块化插孔的底表面上提供销，该销与印刷电路板上的孔配合，从而提供dc连接。
20.根据本发明的一个方面，在上部rj45插孔部分和下部rj45插孔部分上的连接指状
物之间连接堆叠rj45模块化插孔上的rf电路块包括将rf电路块安装在堆叠rj45模块化插孔的后表面，以及在rf电路块与堆叠rj45模块化插孔的上部rj45插孔部分和下部rj45插孔部分上的连接指状物之间形成电连接。
21.根据本发明的一个方面，多端口中跨供电设备装置包括印刷电路板、至少一个堆叠rj45模块化插孔组件和emi部件电路，该emi部件电路安装在pcb上，该emi部件电路连接到至少一个配对的端口组的rj45插孔中的每一者，该emi部件电路具有用于poe电源的连接部，该至少一个堆叠rj45模块化插孔组件安装在印刷电路板上并且包括至少一组rj45插孔，该至少一组rj45插孔中的每一者包括：下部rj45插孔部分，该下部rj45插孔部分具有底表面并适于安装在印刷电路板上，该下部rj45插孔具有多个下部连接指状物1至8；上部rj45插孔部分，该上部rj45插孔部分设置在下部rj45插孔部分上方，该上部rj45插孔具有多个上部连接指状物1至8；数据/rf部件块，该数据/rf部件块包括rf部件，该数据/rf部件块直接安装在堆叠rj45模块化插孔组件的后表面后面。
22.根据本发明的一个方面，安装在印刷电路板上的至少一个堆叠rj45模块化插孔组件包括多个堆叠rj45模块化插孔组件。
23.根据本发明的一个方面，pcb安装在1u机架壳体中。
24.根据本发明的一个方面，至少一个堆叠rj45模块化插孔组件包括至少四组rj45插孔。
附图说明
25.下面将参考实施方案和附图更详细地解释本发明，附图中示出：
26.图1是现有技术的模块化rj45插孔组件的等轴图；
27.图2a是示出可用于在现有技术的中跨以太网装置中提供poe的一对单rj45插孔的等轴图；
28.图2b是示出通常用于多端口中跨pse中的emi部件和数据部件的示意图；
29.图3是安装在pcb上的现有技术的模块化rj45插孔组件的剖视图，其示出了用于将插孔指状物连接到pcb的内部信号迹线；
30.图4是根据本发明的一个方面的安装在pcb上的模块化rj45插孔组件的剖视图，其示出了将插孔指状物连接到数据rf部件的内部信号迹线以及用于poe向下延伸到pcb的电力迹线；并且
31.图5是示出根据本发明的一个方面的示例性多端口中跨供电设备装置的顶视图和前视图的图示。
具体实施方式
32.本领域普通技术人员将认识到，以下描述仅是例示性的而非以任何方式进行限制。本领域技术人员将易于想到其他实施方案。
33.为了使连接到物理接口电路(mdi)的中跨供电设备(pse)满足来自模拟/数字数据端口的传导发射的要求(en 55032:2012 ac:2013，b类)，需要针对poe dc电力的电磁干扰(emi)滤波。用于此目的的emi滤波器通常包括共模扼流圈和电容器。除了该要求之外，由于中跨pse设备作为“连接器”或“电信插座”插入，并且针对10gbase-t，必须满足根据cat6a要
求的传输参数的事实，因此需要专用磁件(自耦变压器)、隔直流电容器以及用于信号路径中的这些部件的阻抗匹配。
34.为了满足这些要求，根据本发明，包括磁件(即，自耦变压器)和隔直流电容器的信号调节部件与emi滤波器部件(poe emi滤波器的共模扼流圈和电容器)分离，并且信号调节部件与rj45支腿相邻地被集成在堆叠rj45模块内部。这减小了数据信号承载迹线的长度，并且允许受控阻抗电路布局设计提供所需100欧姆的阻抗。仅dc电力线向下延伸到印刷电路板并且连接到保留在pcb上的emi滤波器和poe电路。由于emi滤波器和poe电路不再在高频信号的路径中，因此该组部件不需要受控阻抗电路布局设计。本发明的部件布局显著改善了传输性能，并且使针对10gbase-t的多端口中跨pse的开发成为可能。此外，本发明大大简化了集成解决方案并且降低了此类多端口中跨的pcb布局的成本。
35.现在参见图4，剖视图示出了根据本发明一个方面的安装在pcb 26上的模块化rj45插孔组件60，其示出了数据/rf部件块62，该数据/rf部件块直接安装在底部插孔16和顶部插孔14的连接指状物42和44后面并且分别电连接到这些连接指状物。数据/rf部件块62包括rf部件、隔直流电容器34和自耦变压器36，并且实现上文引用的us 8,195,965的信号调节器。从电路图的角度来看，本发明的模块化rj45插孔组件60中的数据信号路径包括安装在pcb上的与图2b中所示的下部rj45插孔14的相应下部连接指状物1至8与上部rj45插孔16的上部连接指状物1至8之间的数据信号路径相同的电路元件布置，但通过根据本发明的概念组织和布置这些部件，与现有技术相比，数据信号路径的长度显著减小。
36.导电迹线64和66分别仅承载从poe 54通过安装在pcb 26上的emi部件电路68递送的poe dc电力。经由pcb迹线70和72并且通过相应印刷电路板连接销74和76在模块化rj45插孔组件60中的导电迹线64和66与emi部件电路68之间形成连接。如图4所示，通过将隔直流电容器34和自耦变压器36放置在靠近rj45连接器14和16的插孔指状物42和44安装的数据/rf部件块62中，需要向下延伸到pcb的仅一些迹线是承载dc电力的poe电力迹线64和66。这消除了用于将插孔指状物42和44连接到图3所示现有技术布置中的数据/rf/emi部件块56的相对长的信号迹线46和48。通过本发明的模块化rj45插孔组件60的数据信号路径的高频性能显著改善，因为可以设计数据/rf部件块62的物理部件布局，以沿着从输入数据rj45插孔到输出数据和poe rj45插孔的信号路径提供所需的100欧姆阻抗。
37.本发明是具有集成连接器磁件(icm)的叠堆10gbase-t rj45连接器，其实现用于满足ieee802.3bt标准的中跨pse的poe。堆叠10gbase-trj45连接器在机械上基本上类似于现有的常规堆叠rj45连接器。另外，优选地，连接器支腿部署和模块尺寸与现有技术模块相同。
38.与常用于开关的其他具有icm的rj45连接器不同，其中磁件、共模部和终端具有到印刷电路板的、连接到phy的外部销，本发明消除了具有icm模块的rj45连接器与印刷电路板之间的高速10gbase-t信号迹线连接。整个传输段路径完全封闭在模块内，从而向中跨pse提供改善的性能。连接到印刷电路板的仅外部销是poe电路和emi滤波器所连接的dc电力线。
39.现在参见图5，图示示出了根据本发明的一个方面的示例性多端口中跨供电设备装置80的顶视图和前视图。本领域的普通技术人员将会观察到，图5中的多端口中跨供电设备装置80的描述并不示出此类装置的与本发明无关的特征部，并且这些技术人员将仍然认
识到图5中未示出的特征部将在根据本发明构造的任何实际多端口中跨供电设备装置产品中提供。
40.多端口中跨供电设备装置80包括安装在具有前面板84的壳体中的pcb 82。前面板84被示出为本领域已知的熟悉的1u机架安装单元。电源86和poe电路88设置在pcb 82上。
41.根据本发明构造的多个堆叠rj45模块化插孔组件90安装在pcb 82上。根据本发明构造的多个堆叠rj45模块化插孔组件90通常可包括介于四至六对之间的配对的端口rj45插孔。在图5所示的具体实施方案中，每个堆叠rj45模块化插孔组件90被示出为包括六对配对的端口rj45插孔(为了避免使附图不必要地过度复杂化，在图5的顶视图部分中用附图标号92来标识仅一个插孔)，这些配对的端口rj45插孔各自根据本发明构造。本领域的普通技术人员将会知道，图5所示的特定堆叠rj45模块化插孔组件90仅为示例性的而非限制性的，因为堆叠rj45模块化插孔组件具有除了六对之外的数量的多对rj45插孔92被设想为在本发明的范围内。
42.每组rj45插孔包括上部rj45插孔和下部rj45插孔(为了避免使附图不必要地过度复杂化，在图5的前视图部分中使用附图标号92a和92b来指定仅一对插孔)。堆叠rj45模块化插孔组件90中的每对rj45插孔92a和92b包括数据/rf部件块94，该数据/rf部件块包括图2b所示的隔直流电容器34和自耦变压器36。(为了避免使附图不必要地过度复杂化，在图5的顶视图部分中用附图标号94来标识仅一个数据/rf部件块)。在pcb 82上安装emi部件电路，该emi部件电路与每对rj45插孔相关联并且参考图2b和图4进行描述(为了避免使附图不必要地过度复杂化，在图5的顶视图部分中用附图标号96来标识仅一个emi部件电路)。
43.本发明使得多端口中跨pse满足ieee802.3bt标准要求成为可能，并且允许在1u可堆叠中跨pse中提供完整的24端口解决方案。本发明避免了采用单端口rj45 cat6a连接器的缺点。
44.虽然已经示出和描述了本发明的实施方案和应用，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本文的发明构思的情况下，可以进行比上述更多的修改。因此，除了所附权利要求的实质之外，本发明不受限制。