本实用新型涉及以太网技术领域，特别涉及一种无网络变压器的PoE设备。
背景技术：
业界关于PoE的标准主要有IEEE 802.3af和IEEE802.3at，支持最大PD 功耗25.5w。另外，还有Linear公司提出的非标LTPoE++，应用广泛，支持高达90w的PD功耗。PoE网络变压器连接于PHY端口和RJ45连接器之间，其一用于实现带PHY功能的芯片与外界的电气隔离，防雷保护，避免带PHY 功能的芯片受雷击损坏；其二用于共模抑制，耦合差模成分，使信号无失真地进行传输，支持长达100m的远距离通信；其三支持PoE供电输出或受电输入，同时进行数据通信，隔离PoE高压与带PHY功能的芯片。鉴于上述原因，现行常见的PoE设备没有脱离PoE网络变压器的使用。随着市场对大功耗PD 负载的需求，PoE网络变压器必须满足支持大电流输出的能力，定制成本高，且体积变大，不利于设备的小型化设计和应用推广。并且，所有PoE设备的对接，都经过带PHY功能的芯片—PoE网络变压器—RJ45连接器—网线— RJ45连接器—PoE网络变压器—带PHY功能的芯片这样的通信链路，包含至少两个PoE网络变压器，特别对于路由器或者集线器这种类似需要提供多个外接端口的PoE设备，成本较高，占用大量布板面积。
技术实现要素：
本实用新型通过提供一种无网络变压器的PoE设备，解决了现有技术中 PoE设备采用网络变压器导致的成本高、占用空间大，若不用网络变压器将导致低压区域的信号处理电路和带PHY功能的芯片被高压击穿的技术问题。采用无网络变压器的PoE设备，降低了成本及布板空间，便于实现PoE设备的推广应用及其它扩展功能，经过高压隔离处理可避免低压区域的信号处理电路和带PHY功能的芯片被高压击穿。
本实用新型提供了一种无网络变压器的PoE设备，包括带PHY功能的芯片、信号处理模块、高压隔离电路及RJ45连接器；
所述带PHY功能的芯片通过所述信号处理模块与所述高压隔离电路连接；
所述高压隔离电路与所述RJ45连接器连接；
所述高压隔离电路与PoE供电设备的电源输入或者受电设备的电源输出连接，所述RJ45连接器与PoE供电或者受电设备连接。
进一步地，所述信号处理模块包括：耦合电路；
所述带PHY功能的芯片内设置P线端口及N线端口，所述P线端口及所述N线端口构成数据差分线对，根据连接速率需求选择接入差分对数量；
所述信号处理模块包括第一P线输入与输出端口、第一N线输入与输出端口、第二P线输入与输出端口及第二N线输入与输出端口；所述第一P线输入与输出端口及所述第一N线输入与输出端口构成数据差分线对，所述第二P线输入与输出端口及所述第二N线输入与输出端口构成数据差分线对；所述信号处理模块可根据连接速率需求选择接入差分对数量；
所述RJ45连接器包括第一网络端口及第二网络端口；
所述P线端口与所述第一P线输入与输出端口连接，所述第一P线输入与输出端口与所述耦合电路连接；所述耦合电路与所述第二P线输入与输出端口连接；所述第二P线输入与输出端口通过所述高压隔离电路与所述第一网络端口连接；
所述N线端口与所述第一N线输入与输出端口连接，所述第一N线输入与输出端口与所述耦合电路连接；所述耦合电路与所述第二N线输入与输出端口连接；所述第二N线输入与输出端口通过所述高压隔离电路与所述第二网络端口连接。
进一步地，所述信号处理模块还包括：雷击防护电路；
所述耦合电路通过所述雷击防护电路与所述第二P线输入与输出端口及所述第二N线输入与输出端口连接。
进一步地，所述信号处理模块还包括：共模滤波电路；
所述共模滤波电路与所述第二P线输入与输出端口及所述第二N线输入与输出端口连接。
进一步地，所述耦合电路为交流耦合电路，所述耦合电路包括：第一电容及第二电容；
所述第一电容的一端与所述第一P线输入与输出端口连接，所述第一电容的另一端通过所述雷击防护电路与所述第二P线输入与输出端口连接；
所述第二电容的一端与所述第一N线输入与输出端口连接，所述第二电容的另一端通过所述雷击防护电路与所述第二N线输入与输出端口连接。
进一步地，所述雷击防护电路至少为一级。
进一步地，所述雷击防护电路包括：第一级雷击防护电路及第二级雷击防护电路；所述第一级雷击防护电路包括：第一电阻、第二电阻及第一瞬态电压抑制二极管；所述第二级雷击防护电路包括：第三电阻、第四电阻及第二瞬态电压抑制二极管；
所述第一电阻的一端与所述第一电容连接，所述第一电阻的另一端通过所述第三电阻与所述第二P线输入与输出端口连接；
所述第二电阻的一端与所述第二电容连接，所述第二电阻的另一端通过所述第四电阻与所述第二N线输入与输出端口连接；
所述第一瞬态电压抑制二极管的一端连接在所述第二电阻与所述第四电阻之间，所述第一瞬态电压抑制二极管的另一端连接在所述第一电阻与所述第三电阻之间；
所述第二瞬态电压抑制二级管的一端与所述第二P线输入与输出端口连接，所述第二瞬态电压抑制二极管的另一端与所述第二N线输入与输出端口连接。
进一步地，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻及所述第四电阻的阻值大于或等于0。
进一步地，所述共模滤波电路包括：第一电感、第二电感、第五电阻、第三电容及第四电容；
所述第一电感的一端与所述第二P线输入与输出端口连接，所述第一电感的另一端通过所述第二电感与所述第二N线输入与输出端口连接；
所述第五电阻的一端连接在所述第一电感与所述第二电感之间，所述第五电阻的另一端通过所述第三电容接地；所述第四电容与所述第三电容并联连接。
进一步地，所述高压隔离电路包括：第五电容、第六电容、第三电感及第四电感；
所述第五电容的一端与所述第二P线输入与输出端口连接，所述第五电容的另一端与所述第一网络端口连接；
所述第六电容的一端与所述第二N线输入与输出端口连接，所述第六电容的另一端与所述第二网络端口连接；
所述第三电感的一端与所述第一网络端口连接，所述第三电感的另一端通过所述第四电感与所述第二网络端口连接；
所述第三电感与所述第四电感的连接端与PoE供电设备的电源输入或者受电设备的电源输出连接。
进一步地，所述耦合电路为直流耦合电路，所述耦合电路包括：第六电阻及第七电阻；
所述第六电阻的一端与所述第一P线输入与输出端口连接，所述的第六电阻的另一端通过所述雷击防护电路与所述第二P线输入与输出端口连接；
所述第七电阻的一端与所述第一N线输入与输出端口连接，所述第七电阻的另一端通过所述雷击防护电路与所述第二N线输入与输出端口连接。
本实用新型提供的一种或多种技术方案，至少具备以下有益效果或优点：
本实用新型提供的无网络变压器的PoE设备，由于带PHY功能的芯片通过信号处理模块及高压隔离电路与RJ45连接器连接，该通信电路不含有网络变压器，仅有信号处理模块包括分立电子器件，布局布线灵活，降低了成本及布板空间，有利于产品小型化、便携式设计和用户体验，可以在一些空间受限或者现代化智能化建筑的应用场景中使用，便于实现设备的推广应用。本实用新型提供的无网络变压器的PoE设备，高压隔离电路用于隔离低压区域与高压区域，高压隔离电路将PoE设备高压隔离在信号处理电路和带PHY 功能的芯片之外，避免低压区域的信号处理电路和带PHY功能的芯片被高压击穿。
本实用新型提供的无网络变压器的PoE设备，不含网络变压器，该通信电路与现有的以太网设备对接，链路中仅有对接设备一个变压器，可充分利用现有资源，实现距离长达至少80m的数据通信和PoE供电或受电。当然，对于背对背的数据传输，含有本设计的设备间也可对接通信和PoE供电或受电。
本实用新型提供的无网络变压器的PoE设备，包括耦合电路、雷击防护电路及共模滤波电路，支持至少差模500V、共模1KV雷击浪涌，整体通信质量不逊于传统含变压器的以太网口应用电路。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的标准以太网及快速以太网上无网络变压器的PoE设备结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的千兆以太网上无网络变压器的PoE设备结构示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例通过提供一种无网络变压器的PoE设备，解决了现有技术中PoE设备采用网络变压器导致的成本高、占用空间大以及低压区域的信号处理电路和带PHY功能的芯片被高压击穿的技术问题。采用无网络变压器的PoE设备，降低了成本及布板空间，便于实现PoE设备的推广应用及其它扩展功能，经过高压隔离处理可避免低压区域的信号处理电路和带PHY功能的芯片被高压击穿。
本实用新型实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
参见图1，本实用新型实施例提供了一种无网络变压器的PoE设备，包括带PHY功能的芯片1、信号处理模块2、高压隔离电路3及RJ45连接器4。带PHY功能的芯片1通过信号处理模块2与高压隔离电路3连接；高压隔离电路3与RJ45连接器4连接；隔离电路与PoE供电或者受电设备的电源连接， RJ45连接器4与PD受电设备连接。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
本实施例提供了一种无网络变压器的PoE设备，参见图1，该无网络变压器的PoE设备包括：带PHY功能的芯片1、信号处理模块2、高压隔离电路3及RJ45连接器4。其中，带PHY功能的芯片1包括P线端口TRD_P及 N线端口TRD_N，一P线端口TRD_P及一N线端口TRD_N构成数据差分线对，根据连接速率的需求选择接入数据差分线对数量，比如，连接速率为 10Mbps时，采用两对数据差分线对；连接速率为1000Mbps时，采用四对数据差分线对。本实施例中，连接速率为10Mbps，含PHY功能的芯片1包括两组差分数据线端口，每组差分数据线端口包括一P线端口TRD_P及一N线端口TRD_N。信号处理模块2包括第一P线输入与输出端口SI0_P、第一N线输入与输出端口SI0_N、第二P线输入与输出端口SO0_P及第二N线输入与输出端口SO0_N；第一P线输入与输出端口SI0_P及第一N线输入与输出端口SI0_N构成数据差分线对，第二P线输入与输出端口SO0_P及第二N线输入与输出端口SO0_N构成数据差分线对。RJ45连接器4包括四组网络端口 LAN1～LAN8，对于标准以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)仅使用2对数据线，即LAN1、LAN2、LAN3和LAN6，本实施例中，一组差分数据线端口对应一组输入与输出端口及一组网络端口。下面以一组差分数据线端口、一组输入端口、一组输出端口及一组网络端口为例对该无网络变压器的以太网口通信电路进行说明：
参见图1，信号处理模块2包括：耦合电路、雷击防护电路及共模滤波电路。其中，耦合电路包括：第一电容C1及第二电容C2，构成AC耦合电路。本实施例包括两级雷击防护电路，第一级雷击防护电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2及第一瞬态电压抑制二极管TVS1；第二级雷击防护电路包括：第三电阻R3、第四电阻R4及第二瞬态电压抑制二极管TVS2。共模滤波电路包括：第一电感L1、第二电感L2、第五电阻R5、第三电容C3及第四电容 C4。P线端口TRD_P与第一P线输入与输出端口SI0_P连接，第一电容C1 的一端与第一P线输入与输出端口SI0_P连接，第一电容C1的另一端通过第一电阻R1与第三电阻R3连接，第三电阻R3与第二P线输入与输出端口SO0_P 连接，第二P线输入与输出端口SO0_P通过高压隔离电容C5与第一网络端口LAN1连接。N线端口TRD_N与第一N线输入与输出端口SI0_N连接，第二电容C2的一端与第一N线输入与输出端口SI0_N连接，第二电容C2的另一端通过第二电阻R2与第四电阻R4连接，第四电阻R4与第二N线输入与输出端口SO0_N连接，第二N线输入与输出端口SO0_N通过高压隔离电容C6与第二网络端口LAN2连接。第一瞬态电压抑制二极管TVS1的一端与连接在第二电阻R2与第四电阻R4之间，第一瞬态电压抑制二极管TVS1的另一端连接在第一电阻R1与第三电阻R3之间；第二瞬态电压抑制二级管 TVS2的一端与第二P线输入与输出端口SO0_P连接，第二瞬态电压抑制二极管TVS2的另一端与第二N线输入与输出端口SO0_N连接。第一电感L1的一端与第二P线输入与输出端口SO0_P连接，第一电感L1的另一端通过第二电感L2与第二N线输入与输出端口SO0_N连接。第五电阻R5的一端连接在第一电感L1与第二电感L2的中间，第五电阻R5的另一端通过第三电容C3 接地；第四电容C4与第三电容C3并联连接。
信号处理模块2是由分立电子器件构成的电路，以图1中的其中一对差分数据为例，数据从信号处理模块2的第一P线输入与输出端口SI0_P及第一 N线输入与输出端口SI0_N进入后，经过第一电容C1及第二电容C2进行AC 耦合，用于优化输出及输入信号，消除两端设备电平差异对信号的影响，滤除差模干扰，以便实现长距离信号通信，再从信号处理模块2的第二P线输入与输出端口SO0_P及N线输出端SO0_N输出至高压隔离电路3。经过信号处理后的数据直接通过RJ45连接器4输出，通过网线与常用的以太网设备对接，支持长达80m的数据通信，整个通信链路仅有常用以太网设备上的一个网络变压器。当然，对于背对背的数据传输，含有本设计的设备间也可对接通信和PoE供电或受电。
参见图1，为了同时实现相应的防雷等级，第三电阻R3、第四电阻R4和第二瞬态电压抑制二极管TVS2构成第一级雷击防护，当雷击大电压从RJ45 连接器4进来之后，经过第二瞬态电压抑制二极管TVS2吸收瞬间大电流，并将两端电压钳制在第二瞬态电压抑制二极管TVS2预定的电压上，再通过第三电阻R3和第四电阻R4限流，保护后级电路。第一电阻R1、第二电阻R2和第一瞬态电压抑制二极管TVS1构成第二级雷击防护，将经过第一级雷击防护后的残压用瞬态电压抑制二极管TVS1限制在更小的预定电压上，在经过第一电阻R1、第二电阻R2限流后，通过用于AC耦合的第一电容C1、第二电容 C2隔离直流电压，最后至带PHY功能的芯片1。第二P线输入与输出端口 SO0_P及第二N线输入与输出端口SO0_N间串联第一电感L1及第二电感L2，并在第一电感L1和第二电感L2的连接处，接入第五电阻R5，与并联电容第三电容C3及第四电容C4后串联接地GND，用于滤除共模信号，解决RE (Radiated Emission，辐射)和CE(Conduction Emission，传导)问题。在应用中，可以根据实际需求增删多级雷击防护电路，也可以有其它一些防护器件，例如热敏电阻、压敏电阻、气体放电管等保护器件中的一种或者多种构成，根据实际应用场景和设备差异有所不同，用于防止差模、共模雷击浪涌，避免雷击通过PHY端口1损坏芯片，可支持至少差模500V、共模1KV雷击浪涌。
参见图1，高压隔离电路3包括：第五电容C5、第六电容C6、第三电感 L3及第四电感L4。第五电容C5的一端与第二P线输入与输出端口连接，第五电容C5的另一端与第一网络端口LAN1连接；第六电容C6的另一端与第二N线输入与输出端口连接，第六电容C6的另一端与第二网络端口LAN2 连接。第三电感L3的一端与第一网络端口LAN1连接，第三电感L3的另一端通过第四电感L4与第二网络端口LAN2连接；第三电感L3与第四电感L4 的连接端与PoE供电设备的电源输入或者受电设备的电源输出连接。
参见图1，高压隔离电路3用于加载供电或者受电电压的同时进行数据传输，隔离低压区域与高压区域，避免低压区域的信号处理电路2和带PHY功能的芯片1被高压击穿。经过信号处理的差分信号通过高压隔离电路3后与 PoE电压加载在一起进入RJ45连接器4，第三电感L3和第四电感L4之间作为PoE电源接入端口VCCP的接入点。需要说明的是，根据实际需要，第三电感L3和第四电感L4之间也可作为PoE电源接入端口VCCN的接入点。当含有本实用新型的PoE供电或者受电设备的电源与PoE电源接入端口VCCP 和VCCN连接时，电压隔离电路将PoE高压隔离在信号处理电路2和带PHY 功能的芯片1之外。对于电源路径，电流从VCCP通过第三电感L3和第四电感L4至第一网络端口LAN1和第二网络端口LAN2，由于第三电感L3和第四电感L4通直流、阻交流的特性，第一网络端口LAN1和第二网络端口LAN2 线上的电势相等，都是VCCP，不存在电位差，电流不会流过高压隔离电路3、信号处理电路和带PHY功能的芯片1而损坏器件，即不会影响功能，也不会产生额外的功耗。所以第一网络端口LAN1和第二网络端口LAN2上的电流通过RJ45连接器4，再经过网线至对端设备再返回进入VCCN，同理，由于第五电感L5和第六电感L6通直流、阻交流的特性，第三网络端口LAN3和第六网络端口LAN6线上的电势相等，都是VCCN，不存在电位差，电流不会流过高压隔离电路3、信号处理电路和带PHY功能的芯片1。对于数据通信路径，信号到达高压隔离电路3内的第五电容C5与第三电感L3的结点时，由于电感具有通直流、阻交流的特性，电容具有通交流、阻直流的特性，信号直接进入第五电容C5及第六电容C6，第五电容C5和第六电容C6滤除高压，数据进入信号处理电路进行信号优化处理至带PHY功能的芯片1，或者与高压加载一起进入RJ45连接器4，而不进入第三电感L3及第四电感L4，所以数据不会因为流经电感到达电源而干扰电源或者失真。通过网线与常用的PoE设备对接，支持长达80m的数据通信和供电，整个通信链路仅有常用 PoE设备上的1个PoE网络变压器，也支持与含有本设计的PoE设备对接。对于大功耗负载的需求，仅需选择合适额定电流的第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5和第六电感L6，支持任意大功率设备接入。对于不同速率的数据通信，也仅需选择合适感值的第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5和第六电感L6以及合适容值的第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8，达到数据信号不经过第三电感L3、第四电感L4、第五电感L5和第六电感L6产生失真或者影响电源，同时数据信号最大限度无失真通过第五电容 C5、第六电容C6、第七电容C7和第八电容C8的目的。
实施例二
实施例二与实施例一提供的无网络变压器的PoE设备基本相同，其不同之处在于：不含有雷击防护电路，此时，电阻R1及电阻R2仍可根据需要设置在无网络变压器的以太网口通信电路中配合使用。
实施例三
实施例三与实施例一提供的无网络变压器的PoE设备基本相同，其不同之处在于：耦合电路中的第一电容C1用第六电阻R6代替，第二电容C2用第七电阻R7代替，构成DC耦合电路。
实施例四
参见图2，实施例四与实施例一提供的无网络变压器的PoE设备基本相同，其不同之处在于：无网络变压器的PoE设备应用于千兆以太网 (1000Mbit/s)，使用4对数据线。此处第一网络端口LAN1/第二网络端口LAN2，第三网络端口LAN3/第六网络端口LAN6加载VCCP；第四网络端口LAN4/ 第五网络端口LAN5，第七网络端口LAN7/第八网络端口LAN8加载VCCN。也可以是第一网络端口LAN1/第二网络端口LAN2加载VCCP(或VCCN)，第三网络端口LAN3/第六网络端口LAN6加载VCCN(或VCCP)。如图2 所示，第四网络端口LAN4/第五网络端口LAN5和第七网络端口LAN7/第八网络端口LAN8不加载电压，第四网络端口LAN4/第五网络端口LAN5和第七网络端口LAN7/第八网络端口LAN8可以不设置电感；第四网络端口 LAN4/第五网络端口LAN5加载VCCP(或VCCN)，第七网络端口LAN7/ 第八网络端口LAN8记载VCCN(或VCCP)，第一网络端口LAN1/第二网络端口LAN2和第三网络端口LAN3/第六网络端口LAN6不加载电压，即第一网络端口LAN1/第二网络端口LAN2和第三网络端口LAN3/第六网络端口 LAN6可以不设置电感。
参见图1及图2，本实用新型实施例提供的一种或多种技术方案，至少具备以下有益效果或优点：
本实用新型实施例提供的无网络变压器的PoE设备，由于带PHY功能的芯片1通过信号处理模块2及高压隔离电路3与RJ45连接器4连接，该通信电路不含有网络变压器，仅有信号处理模块2包括分立电子器件，布局布线灵活，降低了成本及布板空间，有利于产品小型化、便携式设计和用户体验，可以在一些空间受限或者现代化智能化建筑的应用场景中使用，便于实现设备的推广应用。本实用新型提供的无网络变压器的PoE设备，高压隔离电路 3用于隔离低压区域与高压区域，高压隔离电路将PoE设备高压隔离在信号处理电路和带PHY功能的芯片1之外，避免低压区域的信号处理电路和带 PHY功能的芯片1被高压击穿。
本实用新型实施例提供的无网络变压器的PoE设备，不含网络变压器，该通信电路与现有的以太网设备对接，链路中仅有对接设备一个变压器，可充分利用现有资源，实现距离长达至少80m的数据通信，同时支持长距离供电或者受电。对于无长距离需求的应用，也可以含有该通信电路的以太网设备对接。
本实用新型实施例提供的无网络变压器的PoE设备，包括耦合电路、雷击防护电路及共模滤波电路，支持至少差模500V、共模1KV雷击浪涌，整体通信质量不逊于传统含变压器的以太网口应用电路。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。