用于在数据传输线缆的电导线上馈入或截取直流电压分量的耦合电路以及用于检查数据传输的测量设备以及信号处理单元和系统的制作方法

本发明涉及一种耦合电路，其不仅可以用于在数据传输线缆的电导线中馈入直流电压分量而且可以用于在数据传输线缆的电导线中截取直流电压分量。这种直流电压分量可以存在于poc(同轴线缆供电)和podl(数据线供电)应用中，用于将电功率从提供功率的信号处理单元(pse-供电设备)传输到消耗功率的信号处理单元(pd-受电设备)。本发明还包括这些信号处理单元和具有两个这种信号处理单元(pse和pd)的系统。

背景技术：

1、用于馈入和截取电功率的常见解决方案是用于相应信号处理单元(pse、pd)的所谓的远程馈电电路或bias t电路(“bias tee偏置器”)。在bias t电路中，电容器元件(例如单个电容器或多个并联的电容器)通过第一电容器端口与数据传输线缆的导线电连接并且通过第二电容器端口与信号处理单元电连接。待传输电功率的直流电压分量dc以及数据信号的交流电压分量hf施加于第一电容器端口上。通过电容器元件，仅交流电压分量hf也在第二电容器端口上可用(pd)，或者相反地，交流电压分量从那里传输到第一电容器端口(pse)。

2、根据现有技术，直流电压分量dc通过电感从电压源的直流电压供应端口在第一电容器端口上被馈入(pse)或从那里通过电感被传输到直流电压供应端口(pd)。

3、为了充分分离直流电压分量dc和交流电压分量hf的信号，可能需要通过多个线圈的串联连接来实现电感，这可使得根据base-t原理的耦合电路在技术上变得复杂。

4、在此情况下，也已知使用共模扼流器(cmc)。图5为此示出本身已知的podl设计方案、即通过数据传输线缆dl传输电功率p的设计方案。在发送的信号处理单元s中，可以由一个用于对称传输的信号处理电路phy将交流电压分量hf通过电容器c1、c2和共模扼流器cmc1馈入到数据传输线缆dl中。可以由电源pse通过两个电感l1、l2使直流电压分量dc通过共模扼流器cnc1馈入到数据传输线缆dl中。在接收的信号处理单元e中，一个信号处理电路phy可以通过两个电容器c3、c4将交流电压分量hf从数据传输线缆dl耦出，但为此交流电压分量hf也必须被引导通过共模扼流器cnc2。直流电压分量dc可以通过两个电感l3、l4耦出并且在消耗器电路pd、例如电源件中被使用。

5、在该电路中不利的是，交流电压分量hf也必须被引导通过共模扼流器cmc1、cmc2的电感，这可能会导致不希望的损耗。

6、尤其是在为了检查数据传输而应会连接在发送的信号处理单元和接收的信号处理单元之间的测量设备中，用于明确的信号分离的耗费可能非常大，因为在这种测量设备中必须实现对直流电压分量的截取和馈入，以便在测量期间不干扰信号处理单元的运行，也就是说，测量设备“透明地”连接到数据传输线缆中或代替该数据传输线缆。

7、所描述的直流电压分量dc的传输尤其是用于根据poc(同轴线缆供电)的电路中和podl(数据线供电)、如poe(以太网供电)应用中。

技术实现思路

1、本发明的任务是在数据传输时提供用于馈入或用于截取直流电压分量的耦合电路，所述耦合电路能够以技术上较小的耗费实现功率传输的直流电压分量dc和数据传输的高频分量hf的良好分离。

2、该任务通过独立权利要求的技术方案来解决。有利的扩展方案通过从属权利要求、下述说明和附图来描述。

3、作为一个解决方案，本发明包括一种用于在数据传输线缆的电导线上馈入或截取直流电压分量的耦合电路。以所描述的方式，电容器元件通过第一电容器端口与所述导线(信号分量：dc+hf)接线并且通过第二电容器端口与信号处理单元的信号处理电路(信号分量：仅hf)接线并且电容器元件在第一和第二电容器端口之间传输数据传输的交流电压分量hf、即数据信号，使得交流电压分量hf在电容器元件两侧存在于第一和第二电容器端口上。“第一电容器端口”因此是“导线侧电容器端口”并且“第二电容器端口”是耦合电路所属的或耦合电路在其上游的那个信号处理单元的“设备侧电容器端口”。

4、当前描述的实施方式涉及一种例如可以集成在信号处理单元中的耦合电路。如果耦合电路应集成在测量设备中，则电容器元件通过第一电容器端口与第一设备端口的端口触点接线并且通过第二电容器端口与第二设备端口的端口触点接线。信号处理单元或数据传输线缆可以连接到相应设备端口上。这例如可以涉及同轴端口或插接端口。

5、现在为了将直流电压供应端口与第一电容器端口并且因此与导线电连接，与在bias-t电路中不同，不设置简单的电感。取而代之，耦合电路包括提供共模扼流器。众所周知，在共模扼流器中，第一输入端口通过第一电感与第一输出端口耦合并且第二输入端口通过第二电感与第二输出端口耦合。第二电感在此与第一电感例如借助共同的铁磁芯磁耦合以用于共模抑制。共模扼流器的另一名称是cmc(common mode choke)。第一输入端口现在与第一电容器端口电连接并且第二输入端口与第二电容器端口电连接并且第一输出端口与直流电压供应端口电连接或流电(galvanisch)连接(用于传输直流电流)，并且第二输出端口通过电容器与直流电压供应端口接线或第二输出端口与电压测量电路的(高欧姆)测量输入端接线。“高欧姆”尤其是指大于1千欧姆、尤其是大于10千欧姆的电阻。

6、因此，数据信号的交流电压分量hf同时施加于共模扼流器的两个输入端口上，使得在共模扼流器的输出端口上该交流电压分量hf作为共模信号被抑制。这在此不仅是通过共模扼流器的两个电感基于其电感效应引起的，而且附加地通过根据共模抑制原理的磁耦合相互作用引起。由此，与在使用简单的线圈作为电感的情况下相比，以更少的电路耗费、即以共模扼流器的两个电感实现对直流电压扼流器的输出端口上和因此直流电压供应端口上的交流电压分量的更强抑制。相反(在pd的情况下)，直流电压分量仅施加于第一输入端口上并且因此在第一输出端口上可用，而不会基于共模抑制出现衰减或扼流。因此，直流电压分量可以从第一电容器端口传输直至直流电压供应端口，而没有或仅有无关紧要的衰减或损耗。这同样适用于在pse的情况下直流电压分量从直流电压供应端口至第一电容器端口的传输。因为应注意，直流电压供应端口可以具有两个可能的功能之一。在将直流电压分量馈入发送的信号处理单元(pse)中的情况下，可以将直流电压分量的直流电压源连接到直流电压供应端口上。在于接收的信号处理单元(pd)上截取直流电压分量的情况下，直流电压供应端口构成用于信号处理单元的接头或供电线路。在此“发送”和“接收”涉及通过直流电压分量dc的功率传输并且独立于数据信号传输，所述数据信号传输例如可以是双向的。

7、本发明还包括其特征提供附加技术优点的扩展方案。

8、一种扩展方案包括，共模扼流器的第一和第二输入端口分别通过相应的附加电感与相应的电容器端口连接。因此，不仅第一而且第二输入端口在对称的接线中通过附加电感与其相应的电容器端口(第一输入端口与第一电容器端口，第二输入端口与第二电容器端口)接线。这引起数据信号的交流电压分量的附加的有利衰减。

9、一种扩展方案包括，在所述共模扼流器中其电感分别与相应的电阻元件并联。由此可以衰减否则可能通过一方面共模扼流器的电感和另一方面电容器元件根据谐振电路原理引起的振荡或者谐振。

10、一种扩展方案包括，在所述共模扼流器中，所述第一和第二输入端口通过附加电容器彼此连接。因此，所述附加电容器与电容器元件并联。由此得到的优点是，可以与现有电容器元件无关地确保共模扼流器的两个输入端口上的交流电压分量的均衡。

11、一种扩展方案包括，耦合电路的直流电压供应端口与直流电压源接线，所述直流电压供应端口通过第一输出端口并且通过第一输入端口将直流电流馈入到所述导线中。由此得到发送的信号处理单元。

12、一种替代的扩展方案包括，所述直流电压供应端口与电消耗器电路或信号处理电路接线，所述消耗器电路或信号处理电路通过第一输出端口和第一输入端口从所述导线获得直流电流。以所描述的方式，电消耗器电路可以是接收的信号处理单元的组成部分。消耗器电路通过从导线获得的直流电流运行，该直流电流通过直流电压分量运行或引起。这种消耗器电路的另一名称也是phy。直流电压分量dc为此例如可以关于接地电位被施加或被截取。

13、作为信号处理单元例如可以分别设置控制器，其例如可以设置在机动车中。作为数据传输线缆例如可以设置同轴线缆或双绞线。数据传输例如可以涉及以太网或can总线(can-控制器局域网)。数据信号(即交流电压分量hf)的频率可以大于5千赫兹、尤其是大于100千赫兹。

14、一种扩展方案包括，所述第二输出端口与电压跟随器电路的测量输入端接线，该电压跟随器电路在电压跟随器输出端上再现在第二输出端口上测得的直流电压。换言之，电压跟随器电路在测量输入端处检测如在共模扼流器上检测的直流电压分量。在测量输入端处，测量尤其是高欧姆地进行，即，这涉及上述意义中的电压测量电路。电压跟随器电路本身由现有技术已知。电压跟随器电路在测量输入端处检测待测量直流电压的相应当前电压值并且在电压跟随器输出端处生成或再现同一电压值或相对于其经缩放的电压值，但具有低欧姆的内阻，“低欧姆”尤其是指小于电压源的1千欧姆、尤其是小于100欧姆的电阻值。通过电压跟随器电路得到的优点是，在测量或检测直流电压分量时的损耗不导致在数据传输线缆中或在供应接收的信号处理单元的消耗器电路时直流电压分量发生变化。

15、一种扩展方案包括，所述电压跟随器输出端通过至少一个电感和/或通过至少一个共模扼流器与第一电容器端口接线，以便在第一电容器端口上馈入或再现在第二电容器端口上确定的直流电压分量。由此可以以有利的方式例如在测量设备中在第二电容器端口处进行测量并且在第一电容器端口处再次馈入测得的直流电压分量，在此可以补偿在传输直流电压分量时的测量损耗和/或欧姆损耗。因此，测量设备对于信号处理单元来说保持透明，所述信号处理单元通过数据传输线缆执行数据传输(rf)和功率传输(dc)。

16、一种扩展方案包括，在所述共模扼流器和直流电压供应端口之间串联有至少一个另外的共模扼流器。换言之，可以设置由至少两个共模扼流器构成的串联电路。由此可以增强或增大对直流电压供应端口上的交流电压分量的抑制。

17、一种扩展方案包括，在作为信号处理单元的实施方式的情况下，所述数据传输线缆的另一电导线通过另一电容器元件与信号处理电路接线并且所述另一电容器元件的第一电容器端口和第二电容器端口与(所描述类型的)另一共模扼流器接线。在作为测量设备的实施方式的情况下，取而代之，第一设备端口的另一端口触点通过另一电容器元件与第二设备端口的另一端口触点接线。

18、此外，该扩展方案包括，所述另一共模扼流器的第一输出端口与接地电位(gnd)连接。换言之，不仅在引导直流电压分量的导线上而且也在提供接地电位或与其连接的另一导线上，该连接可以以相同的方式借助共模扼流器产生。这附加地增强了对不希望的交流电压分量的抑制。

19、数据传输线缆的导线可以被提供为铜线或铝线或铜网或铝网，这仅是用于传输数据信号或接地电位的导电导线的示例。

20、作为另一解决方案，本发明包括一种用于检验在发送的信号处理单元和接收的信号处理单元之间的数据传输的测量设备。所述测量设备为了中间连接在发送的信号处理单元与接收的信号处理单元之间而具有用于连接接收的信号处理单元的第一设备端口和用于连接发送的信号处理单元的第二设备端口。与信号处理单元的连接也可以分别通过数据传输线缆(作为连接延伸装置)实现，如果例如空间上的设备间距需要如此的话。设备端口可以以本身所描述的方式具有端口触点。

21、所述测量设备具有根据本发明的耦合电路的至少一种实施方式。在此耦合电路的第一电容器端口与第一设备端口电连接并且耦合电路的第二电容器端口与第二设备端口电连接，尤其是与相应设备端口的相应端口触点电连接。因此，测量设备尤其是能够一起读取或测量两个信号处理单元之间的数据传输。测量设备在此一方面通过电容器元件将数据信号的交流电压分量在其两个设备端口之间引导通过测量设备并且另一方面通过根据本发明的耦合电路的一种实施方式截取直流电压分量，使得可以测量或分析该直流电压分量。测量设备可以构造为所谓的记录器。

22、一种扩展方案包括，所述耦合电路的共模扼流器的第二输出端口与电压测量电路电连接并且所述共模扼流器的第一输出端口与电压源电连接。因此，可以测量由发送的信号处理单元馈入到数据传输线缆中的直流电压分量并且同时可以给接收的信号处理单元供应来自测量设备的电压源的直流电压分量。由此，尽管中间连接有测量设备，所述两个信号处理单元的运行仍可以继续进行或不受干扰地执行。因此，测量设备可以一起读取或测量在两个信号处理单元之间的数据传输，而不干扰数据传输。

23、一种扩展方案包括，所述电压源构造为电压跟随器电路并且设置用于在耦合电路的共模扼流器的第一输出端口上设定与电压测量电路在第二输出端口上测得的电压值相对应的电压。借助电压跟随器电路可以在第一设备端口上复制例如在第二设备端口上测得的直流电压分量的时间变化曲线。由此，也可以以有利的方式为接收的信号处理单元复制例如可以由发送的信号处理单元引起的直流电压分量的变化。

24、作为另一解决方案，本发明包括具有信号处理电路的信号处理单元(通常用名称物理端口层phy表示)，所述信号处理单元具有至少一个用于连接数据传输线缆的相应导线的信号端口，所述信号端口与根据本发明的耦合电路的一种实施方式的电容器元件的第一电容器端口电连接并且信号处理电路与耦合电路的电容器元件的第二电容器端口电连接，利用耦合电路的共模扼流器的第一输出端口提供信号处理单元的电压源以用于将直流电压分量馈入到导线中(实施为发送的信号处理单元pse)或提供消耗器电路以用于从导线截取直流电压分量(实施为接收的信号处理单元pd)。“发送”和“接收”在此是指作为供电功率的直流电压分量。消耗器电路可以是接收的信号处理单元pd的信号处理电路。

25、作为另一解决方案，本发明包括一种系统，其具有通过数据传输线缆连接的发送的信号处理单元和接收的信号处理单元，其中，所述相应的信号处理单元根据本发明设计。

26、本发明的其它特征由权利要求、附图和附图说明得出。以上在说明书中提到的特征和特征组合以及以下在附图说明中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以以分别给出的组合、而且也可以以其它组合或单独地使用。