ETHERCAT实时以太网信号光电转换器的制作方法

ethercat实时以太网信号光电转换器
技术领域
1.本实用新型属于光通讯技术领域，ethercat实时以太网信号光电转换器，具体来说是将ethercat实时以太网电信号转换为光信号，利用光纤长距离传输，再转换为电信号，实时以太网电信号实时传输的以太网信号光电转换器。


背景技术：

2.ethercat现场总线协议是由德国倍福公司在2003年提出的，该通讯协议拓扑结构十分灵活，数据传输速度快，同步特性好，可以形成各种网络拓扑结构。在2014年10月，ethercat现场总线成为gb/t 31230即中国认可的国家标准。ethercat物理层使用标准的以太网物理层器件，如传输介质通常使用100base-tx规范的5类utp线缆。ethercat通信是以主从通讯模式进行的。ethercat具有如下特性：
3.(1)完全符合以太网标准。ethercat是对传统的以太网协议进行修改，因此可以与其他以太网协议并存于统一总线。ethercat网络中也可以使用普通的以太网设备，例如以太网线、以太网卡、交换机、路由器等设备。
4.(2)传输速度高。ethercat数据传输速度可以达到100mbit/s，是最快的工业以太网技术。ethercat有效带宽利用率高，可达90％以上。ethercat数据帧处理的实时性高，数据刷新周期小于100us，满足对实时性要求高的场合。
5.(3)简单、低成本。ethercat结构简单，而无需交换机或集线器，复杂功能的节点设备或简单的i/o节点都可以用作ethercat从站。支持多种网络拓扑结构，如线型、星型、树型拓扑结构，以及各种拓扑结构的组合，从而使得设备连接非常灵活。
6.根据对比分析可以得出，ethercat实时工业以太网各方面性能都很突出：具有极小的循环时间、高同步性、易用性和低成本。这使其在机器人控制、数控机床等领域具有很大的应用价值。
7.采用双绞线传输以太网信号时，在恶劣的、嘈杂的工业环境中容易受电磁干扰，同时双绞线的传输距离被限制在100米以内。因此，为了提高抗电磁干扰的能力，同时能够将ethercat信号传输距离从100米提高到2000米，同时能将延时限制在10us之内，亟需设计一种ethercat实时以太网信号光电转换器。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是针对采用双绞线传输以太网信号时，容易受电磁干扰，且传输距离被限制在100米以内的问题，提出一种ethercat实时以太网信号光电转换器。本实用新型是将ethercat实时以太网电信号转换为光信号，利用光纤长距离传输，再转换为电信号，同时转换延时小于10us，同步误差小于1ns，能够满足ethercat实时以太网电信号实时传输的要求。
9.本实用新型的技术方案是：
10.本实用新型提供一种ethercat实时以太网信号光电转换器，它包括光电转换模块
f1、以太网tx/fx转换芯片u1和带变压器电接口p1，所述的光电转换模块f1的一端作为光电转换器的光信号端连接外部光纤，另一端连接以太网tx/fx转换芯片u1的一收发信号端，以太网tx/fx转换芯片u1的另一收发信号端与带变压器电接口p1双向连接，带变压器电接口p1的电信号收发端作为光电转换器的电信号端连接外部双绞线。
11.进一步地，它还包括实时时钟模块u2，所述的实时时钟模块u2与以太网tx/fx转换芯片u1的对应时钟信号端相连，用于同步ethercat实时以太网电信号和光信号。
12.进一步地，它还包括eeprom程序存储器，所述的eeprom程序存储器与以太网tx/fx转换芯片u1的对应存储信号端相连，用于存放该光电转换器的配置程序。
13.进一步地，它还包括电口信号指示灯led1和光口信号指示灯led2，前述指示灯分别与以太网tx/fx转换芯片u1的电信号显示口和光信号显示口连接。
14.进一步地，外部光纤的光接口采用fc、st、sc光接口，带变压器电接口p1采用rj45接口。
15.一种基于ethercat实时以太网信号光电转换器的安装结构，它包括两个ethercat实时以太网信号光电转换器，两个ethercat实时以太网信号光电转换器之间的光信号端通过光纤连接，两个ethercat实时以太网信号光电转换器的电信号端分别连接外部双绞线。
16.本实用新型的有益效果：
17.本实用新型对ethercat信号在物理层进行光电转换，采用光纤传输，可以减少使用金属电缆线路而产生的电磁干扰，同时提高传输距离；完全兼容标准ieee802.3u以太网协议，同时具有实时传输的特征，满足ehtercat信号实时传输的要求，极大提高了ehtercat信号在工业控制领域中的应用范围。
18.本实用新型的光纤传输距离可以提高到2公里，完全兼容标准以太网协议ieee802.3u的特点，大大减少了设备硬件更新和日常维护维护成本。
19.本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
20.通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
21.图1是本实用新型的原理框图；
22.图2是本实用新型的使用连接图。
具体实施方式
23.下面将参照附图更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然附图中显示了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。
24.本实用新型提供一种ethercat实时以太网信号光电转换器，它包括光电转换模块f1、以太网tx/fx转换芯片u1和带变压器电接口p1，所述的光电转换模块f1的一端作为光电转换器的光信号端连接外部光纤，另一端连接以太网tx/fx转换芯片u1的一收发信号端，以太网tx/fx转换芯片u1的另一收发信号端与带变压器电接口p1双向连接，带变压器电接口
p1的电信号收发端作为光电转换器的电信号端连接外部双绞线。
25.如图1所示，rj45电接口模块(p1)外面连接双绞线，ethercat信号通过rj45接口模块内的变压器，转换为tx/rx信号，连接到实时以太网tx/fx转换芯片(u1)。转换芯片(u1)完成tx/fx信号的转换，将100base-tx规范的信号转为100base-fx规范信号，连接到光电转换模块f1的fxtd/fxrd信号口，通过光电转换模块转换为光信号，光电转换模块f1外接光纤，输出光信号，完成了ethercat信号光电转换。
26.同步时钟芯片产生的本地25m时钟，连接到以太网tx/fx转换芯片(u1)osci接口，通过u1芯片内部的pll锁相环，与tx、fx接口的以太网信号的嵌入时钟锁相，保证光口和电口的实时同步。
27.eeprom程序存储器的程序和配置参数，在设备启动时调入u1的内部存储器中，控制系统芯片各个端口的信号转换、信号检查等工作。
28.以太网tx/fx转换芯片u1依据tx和fx接口的信号状态，向电口信号指示灯(led1)和光口信号指示灯(led2)发出指示信号，指示光口和电口的工作状态。
29.如图2所示，为光电转换器的安装连接图，2只ethercat实时以太网信号光电转换器成对使用，在一端利用该转换器将ethercat实时以太网电信号转为光信号，利用光纤长距离传输，在另一端将光信号接收后，转换为ethercat实时以太网电信号输出。同理，反方向传输的信号经过同样的方法传输。
30.本实用新型以太网光电转换模块包括光模块(可选用标准的100m光电模块，1*9或sfp结构)、实时以太网tx/fx转换芯片(u1)(可以选用ic plus corp公司的ip113a lf)、带变压器电接口p1(选用市场通用的100m带变压器的rj45接插件)，时钟芯片(选用表贴的25mhz时钟芯片，小于100ppm)，eeprom可以选用128k的通用存储器。
31.本实用新型的工作过程是：
32.所述的rj45电接口模块(p1)连接外面双绞线，ethercat信号通过rj45接口模块内的变压器，转换为ieee802.3u100base-tx规范的信号，连接到以太网tx/fx转换芯片(u1)tx/rx信号口。以太网tx/fx转换芯片(u1)的将ieee802.3u100base-tx规范的信号直接转化为符合ieee802.3u100base-fx信号，连接到光电转换模块(f1)的ftxd/frxd信号口，f1外接端口连接外部光纤，这样就完成了ethercat信号由电信号转换为了光信号。
33.以太网协议转换芯片同时输出两路指示灯，分别用于指示光口和电口的工作状态。
34.同步网络时钟采用25mhz的时钟芯片，连接以太网tx/fx转换芯片(u1)的时钟接口，在以太网tx/fx转换芯片(u1)内部进行光信号和电信号的时钟同步及锁相。
35.以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。