專利名稱：一種共模信號抑制電路及交換機的制作方法
技術領域：
本發明涉及電子領域，特別涉及一種共模信號抑制電路。
背景技術：
在一般的以太網交換機中，信號一般經由RJ45連接器，隔離變壓器進而傳輸到物 理層芯片，RJ45連接器是連接MDI接口 (IEEE802. 3定義的一種接口 )和網線的一種連接 器。參閱圖1所示，RJ45連接器與物理層芯片之間的線路是在電路印制板(Print Circuit Board,PCB)板上實現的，這段線路即是上述的MDI接口 。通過RJ45連接器以及網線，可以 實現不同交換機內的物理層芯片之間的互聯。 參閱圖2所示，物理層芯片1和物理層芯片2通過上述方式實現了互聯(圖中省 略了兩隔離變壓器之間的RJ45連接器及網線)。以物理層芯片1是發送端，而物理層芯片 2是接收端為例，當兩芯片進行信號交互時，物理層芯片1采用電流源的形式向外面發送信 號，在這個過程中，物理層芯片1向外發送信號所需要的電流由外部電源VCC提供，假設VCC =1.8V，其供應電流的方式具體為外接電源VCC連接在隔離變壓器初級線圈的中間(也 稱為隔離變壓器初級中心抽頭)，物理層芯片l輸出信號為1時，外部電源VCC提供驅動電 流，物理層芯片1輸出信號為0時，外部電源VCC不輸出驅動電流。這樣，如圖2所示，當外 部電源VCC輸出驅動電流時，在隔離變壓器上產生的電流II經由兩個串聯的50歐姆的電 阻傳輸至物理層芯片1 "-"線一端，形成回路，而物理層芯片1 " + "線一端沒有電流，同時， 在隔離變壓器上產生的電源12經由線路直接傳輸至傳輸至物理層芯片1 "-"線一端，形成 回路。實際應用中，這種電流供應方式使得I1和I2的電流大小大致形成1 : 3的比例，而 當物理層芯片1輸出信號"1"向"0"轉換時，11和I2的電流變化率也大致呈現1 : 3的 比例，且變化方向相同；隔離變壓器在"+ "線和"-"線上通常存在的漏感，所謂漏感，即是指 由繞線技術所導致的磁通泄漏而形成的電感，參閱圖3所示，實際應用中，雖然繞線電感借 助磁芯的作用會將大部分的磁通限制在磁芯內部，但是還是會有少量的磁通泄露于磁芯之 外，由此形成了漏感。而外部電源VCC會隨著物理層芯片l輸出信號的變換而切換電源供 應方式，相應地，線路中的電流也會隨之變化。而隔離變壓器"+ "線和"-"線上存在的漏感 在遇到電流變化時會形成電壓突變，并且由于II和12的電流變化方向相同，導致"+ "線和 "_"線上的電壓突變方式一致，即"+ "線和"_"線上的電壓突變會進行疊加，從而產生很多 共模信號(通常為"+ "線路和"-"線路上電壓之和的一半)。共模信號不僅會造成嚴重的 電磁場干擾(electromagneticinterference， EMI)，同時也會嚴重影響發送信號和接收信 號的信號質量問題。

發明內容
本發明實施例提供一種共模信號抑制電路，用于保證物理層芯片之間交互信號的質量。 本發明實施例提供的具體技術方案如下
—種共模信號抑制電路，用于抑制第一芯片與第二芯片進行信號交互時的共模信
號，所述第一芯片為發送端，所述共模信號抑制電路包括隔離變壓器，其中 所述隔離變壓器初級線圈的兩端用于分別與所述第一芯片差分對的正負極相連
接，所述初級線圈的驅動電流由所述第一芯片差分對在輸出設定信號時提供； 所述隔離變壓器次級線圈的兩端用于分別與所述第二芯片差分對的正負極相連
接，所述初級線圈和次級線圈的線圈比為1比1。 —種信號交互電路，包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片為發送端，所述信號 交互電路中還包括共模信號抑制電路，該共模信號抑制電路包括隔離變壓器，其中
所述隔離變壓器初級線圈的兩端分別與所述第一芯片差分對的正負極相連接，所 述初級線圈的驅動電流由所述第一芯片差分對在輸出設定信號時提供； 所述隔離變壓器次級線圈的兩端分別與所述第二芯片差分對的正負極相連接，所 述初級線圈和次級線圈的線圈比為1比1。 —種交換機，包括第一芯片，所述第一芯片作為發送端與另一交換機內的第二芯 片進行信號交互，所述交換機中還包括共模信號抑制電路，該共模信號抑制電路包括隔離 變壓器，其中 所述隔離變壓器初級線圈的兩端分別與所述第一芯片差分對的正負極相連接，所 述初級線圈的驅動電流由所述第一芯片差分對在輸出設定信號時提供； 所述隔離變壓器次級線圈的兩端分別與所述第二芯片差分對的正負極相連接，所 述初級線圈和次級線圈的線圈比為1比1。 采用本發明實施例提供的設計電路，可以消除由隔離變壓器漏感引起的電壓突變 所造成的共模信號，減小了電磁場干擾所帶來的隱患。也提高了發送端和接收端之間交互 信號的質量。另一方面，也可以節省驅動電流，降低了電路整體的功耗。


圖1為現有技術下RJ45連接器、隔離變壓器和物理層芯片連接關系示意圖； 圖2為現有技術下物理層芯片供電方式示意圖； 圖3為現有技術下繞線電感示意圖； 圖4為本發明實施例中物理層芯片第一種供電方式示意圖； 圖5為本發明實施例中共模信號抑制效果示意圖； 圖6為本發明實施例中物理層芯片第二種供電方式示意圖。
具體實施例方式
本發明實施例提供一種了用于抑制MDI線路上共模信號的電路，消除了共模信號 帶來的不利影響，同時能以更小的功耗來實現信號傳輸，尤其適合于通信領域的單板設計。 上述共模信號抑制電路用于抑制第一芯片與第二芯片進行信號交互時的共模信號，所述第 一芯片為發送端，所述共模信號抑制電路包括隔離變壓器，其中所述隔離變壓器初級線圈 的兩端用于分別與所述第一芯片差分對的正負極相連接，所述初級線圈的驅動電流由所述 第一芯片差分對在輸出設定信號時提供；所述隔離變壓器次級線圈的兩端用于分別與所述 第二芯片差分對的正負極相連接，所述初級線圈和次級線圈的線圈比為1比1。
本實施例中，可以將上述共模信號抑制電路應用于信號交互電路，以及通過該信 號交互電路，實現交換機之間的互聯，如， 一交換機包括第一芯片，該第一芯片作為發送端 與另一交換機內的第二芯片進行信號交互，所述交換機中還包括共模信號抑制電路，該共 模信號抑制電路包括隔離變壓器，其中所述隔離變壓器初級線圈的兩端分別與所述第一 芯片差分對的正負極相連接，所述初級線圈的驅動電流由所述第一芯片差分對在輸出設定 信號時提供；所述隔離變壓器次級線圈的兩端分別與所述第二芯片差分對的正負極相連 接，所述初級線圈和次級線圈的線圈比為1比1。 下面結合附圖對本發明優選的實施方式進行詳細說明。本實施例中，將第一芯片 差分對的正極和負極稱為"+ "線和"_"線 參閱圖4所示，本發明實施例中，將兩個電阻串聯后跨接在物理層芯片1的"+ "線 和"-"線之間，并且放置在物理層芯片1附近，用于將電流信號轉換成電壓信號，較佳地，兩 個電阻的取值一般為50歐姆；當然，實際應用中，跨接電阻的數量也可以為3個、4個等等， 其阻值也可以根據實際應用環境而設定，采用兩個50歐姆的串聯跨接電阻僅為舉例。
將一接地的電容連接在上述兩個50歐姆的串聯電阻之間，用于泄放共模信號到 地； 在隔離變壓器的初級中心抽頭連接一個接地的電容，用于泄放共模信號； 隔離變壓器的次級中心抽頭連接一個電容，該電容通過一個電阻連接到地，用于
泄放共模信號，并提供端接電阻，較佳地，該端接電阻的取值為75歐姆； 在作為接收端的物理層芯片2處，也采用兩個電阻串聯后跨接在"+ "線和"_"線
之間，并且放置在物理層芯片2附近，用于將電流信號轉換成電壓信號，較佳地，上述兩個
串聯電阻的取值通常為50歐姆； 本實施例中，隔離變壓器的初級中心抽頭不需要連接外部電源VCC，而是由物理層 芯片l直接提供驅動電流，其具體實現方式為物理層芯片1的"+ "線在輸出信號為"l"時， 向外部提供一定值的驅動電流，如圖4所示，該驅動電流包括II和12兩部分，II通過兩個 串聯電阻后，回流至物理層芯片1的"-"線一端，I2通過隔離變壓器的初級線圈后，回流至
物理層芯片1的"-"線一端。當物理層芯片1的輸出信號為"o"時，其"+ "線一端不輸出電流。 采用上述電路設計后，可以推導出11、12和13的關系如下 發送端一側由兩個50歐姆電阻和隔離變壓器初級線圈構成的回路，假設初級線 圈的電感為L，如圖所示，由于采用的是線圈比為1 : 1的隔離變壓器，因此，次級線圈上的 電感也為L，由此可以得到以下關系式
jwLIfli (50+50) _jwMI3 = 0 公式1 接收端一側由隔離變壓器的次級線圈和兩個50歐姆電阻構成的回路，那么，可以 得到以下關系式 jwLI3_jwMI2+I3 (50+50) = 0 公式2 在上述公式1和公式2中的M為隔離變壓器初級線圈和次級線圈的互感參數， M = VZ^Z =丄，w為MDI線路上傳輸的信號頻率
通過上述公式1和公式2可以推斷得出
I! = 13 公式3
再將公式3代入公式l，可以得出 jwLIA (50+50) -jwM^ = 0 j<formula>formula see original document page 6</formula> jwLI2 = lOOI,jwL工i 由此得到以下關系式，推出 <formula>formula see original document page 6</formula> 通常情況下，隔離變壓器的線圈電感L取值為150uH， MDI線路上傳輸的信號頻率
通常為幾十MHz，因此公式4中的一丁 A—項可以認為是零而忽略不計，那么，可以得到以 <formula>formula see original document page 6</formula>
下關系式 公式5 基于上述原理，物理層芯片1輸出信號為"l"時，其"+ "線一端輸出的驅動電流為 20mA，則II = 10mA， 12 = 10mA， 13 = 10mA，此時物理層芯片1在"-"線一端流入的電流為 20mA。而當物理層芯片1輸出信號為"O"時，物理層芯片1的"+ "線一端不輸出驅動電流。
在兩個50歐姆電阻和隔離變壓器初級線圈之間的回路上，當輸出信號由"l"轉換 為"0"時，"+ "線和"_"線上的電流變化率相同，且變化方向相反，這樣，隔離變壓器在"+ " 線和"-"線上的漏感受到電流突變的影響所產生的突變電壓幅度對稱，且突變方向相反，那 么，突變壓突變相加后會相互抵消，從而消除了共模信號，參閱圖5所示，共模信號已經消 除到了u級了， uV= 10*e_6V。顯然，采用本發明實施例提供的設計電路，可以消除由隔離 變壓器漏感引起的電壓突變所造成的共模信號，減小了電磁場干擾所帶來的隱患。也提高 了發送端和接收端之間交互信號的質量 另一方面，參閱圖4所示，由于I1 = 10mA，在發送端兩個50歐姆的電阻上產生了 IV的電壓，那么，物理層芯片1總共只需要提供20mA的驅動電流即可滿足整個回路的使用 需求，而若采用如圖2所示的原設計圖中，因為隔離變壓器初級線圈上的電流呈1 : 3關 系，因此，若需要令II = 10mA，則外部電源VCC需要提供40mA的電流才能滿足整個回路的 使用需求，顯然，相較于現有技術，本發明實施例中設計的電路可為節省驅動電流，降低了 電路整體的功耗。 區別于上述實施例，物理層芯片1還可以采用另外一種方式提供驅動電流，參閱 圖6所示，物理層芯片l輸出信號為"-l"時，其"-"線一端向初級線圈提供驅動電流，而當 物理層芯片l輸出信號為"O"時，物理層芯片1的"-"線一端不輸出驅動電流。在兩個50
歐姆電阻和隔離變壓器初級線圈之間的回路上，當輸出信號由"-i"轉換為"o"時，"-"線
和"+ "線上的電流變化率相同，且變化方向相反，這樣，隔離變壓器在"-"線和"+ "線上的
漏感受到電流突變的影響所產生的突變電壓幅度對稱，且突變方向相反，那么，突變壓突變
相加后也會相互抵消，從而消除了共模信號。顯然，采用第二種方式提供驅動電流，同樣可
以消除由隔離變壓器漏感引起的電壓突變所造成的共模信號，減小了電磁場干擾所帶來的
隱患。也提高了發送端和接收端之間交互信號的質量，在此不再贅述。 顯然，本領域的技術人員可以對本發明中的實施例進行各種改動和變型而不脫離
本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明實施例中的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明中的實施例也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
一種共模信號抑制電路，用于抑制第一芯片與第二芯片進行信號交互時的共模信號，所述第一芯片為發送端，其特征在于，所述共模信號抑制電路包括隔離變壓器，其中所述隔離變壓器初級線圈的兩端用于分別與所述第一芯片差分對的正負極相連接，所述初級線圈的驅動電流由所述第一芯片差分對在輸出設定信號時提供；所述隔離變壓器次級線圈的兩端用于分別與所述第二芯片差分對的正負極相連接，所述初級線圈和次級線圈的線圈比為1比1。
2. 如權利要求1所述的電路，其特征在于，還包括第一電容，連接在所述初級線圈上 的初級中間抽頭和地之間。
3. 如權利要求1所述的電路，其特征在于，還包括第二電容、連接該第二電容的端接 電阻，所述第二電容與端接電阻連接在所述次級線圈上的次級中間抽頭和地之間。
4. 如權利要求3所述的電路，其特征在于，所述端接電阻的阻值為75歐姆。
5. 如權利要求1所述的電路，其特征在于，還包括以串聯形式跨接在所述第一芯片差 分對的正負極之間的第一電阻和第二電阻，所述第一電阻和第二電阻之間連接一接地的第 三電容。
6. 如權利要求5所述的電路，其特征在于，所述第一電阻和第二電阻均為50歐姆。
7. 如權利要求l-6任一項所述的電路，其特征在于，所述第一芯片差分對在輸出設定 信號時提供驅動電流，包括在輸出信號為1時，由所述差分對的正極向外提供驅動電流， 在輸出信號為0時，停止向外提供驅動電流。
8. 如權利要求l-6任一項所述的電路，其特征在于，所述第一芯片差分對在輸出設定信號時提供驅動電流，包括在輸出信號為-1時，由所述差分對的負極向外提供驅動電流，在輸出信號為0時，停止向外提供驅動電流。
9. 一種信號交互電路，包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片為發送端，其特征在 于，所述信號交互電路中還包括如權利要求1 8任一所述的共模信號抑制電路。
10. —種交換機，包括第一芯片，所述第一芯片作為發送端與另一交換機內的第二芯片 進行信號交互，其特征在于，所述交換機中還包括如權利要求1 8任一所述的共模信號抑 制電路。
全文摘要
本發明涉及電子領域，公開了一種共模信號抑制電路，用于抑制第一芯片與第二芯片進行信號交互時的共模信號，所述第一芯片為發送端，所述共模信號抑制電路包括隔離變壓器，其中所述隔離變壓器初級線圈的兩端用于分別與所述第一芯片差分對的正負極相連接，所述初級線圈的驅動電流由所述第一芯片差分對在輸出設定信號時提供；所述隔離變壓器次級線圈的兩端用于分別與所述第二芯片差分對的正負極相連接，所述初級線圈和次級線圈的線圈比為1比1。這樣，可以消除由隔離變壓器漏感引起的電壓突變所造成的共模信號，減小了電磁場干擾所帶來的隱患。也提高了發送端和接收端之間交互信號的質量。本發明還公開了一種信號交互電路及交換機。
文檔編號H04B3/04GK101795119SQ20091025946
公開日2010年8月4日 申請日期2009年12月22日 優先權日2009年12月22日
發明者彭澤林 申請人:福建星網銳捷網絡有限公司