[发明专利]一种单双绞线TSN无源耦合器及设计方法

权利要求书

1.一种单双绞线TSN无源耦合器的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，实现双线以太网通信；

步骤二，实现双线以太网供电；

步骤三，供电中继接入；

步骤四，实现三端口TSN交换；

步骤五，对普通以太网接口的兼容；

步骤六，建立基于门控的时间调度机制；

步骤七，划分数据优先级；

步骤八，实施多节点混合组网；

步骤九，实现集中式的网络配置。

2.如权利要求1所述的单双绞线TSN无源耦合器的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，实现双线以太网通信：

设计双线电路实现双线以太网通信，双线电路设计步骤如下：

步骤S11，使用双线PHY芯片和3端口TSN交换芯片互联，该互联分为数据互联和控制互联；所述的数据互联用于实现高速网络数据通信；所述的控制互联则使用低速接口，用于实现对物理层参数的配置；

步骤S12，信号通过连接器往双线上传输之前需经过变压器进行隔离和消除干扰；

步骤二，实现双线以太网供电：

双线供电装置放置于变压器和双线网络连接器之间，所述的双线供电装置分为电源装置和隔离两大装置；

所述的电源装置用于从一个节点向另一个节点供电，所述的电源装置包括电源、供电端、受电端和负载组成；

所述的隔离装置用于将信号和电源隔离开，保证信号和电源能够在同一介质传播；所述的隔离装置包括隔离变压器、电容及电感组成；

步骤三，供电中继接入：

多节点互联时需要设计供电中继，供电中继接入时，为避免上级耦合器电源与中继电源冲突，在每个耦合器上设计后级供电控制电路，使用切换开关能够断开对后级的供电；

步骤四，实现三端口TSN交换：

在长距离的分布式控制系统中，节点之间直接互联，实现这种节点间互联功能，需要一个具有三端口交换功能的网络设备，所述的三端口分别为P1端口、P2端口和P3端口；其中2个端口分别用于上行通信和下行通信，第3个端口用于给待接入网络的设备提供接口；

步骤五，对普通以太网接口的兼容：

在P3端口上设计2种物理接口，一种物理接口为双线双线接口，用于连接双线设备，另一种物理接口为普通的以太网8线接口，用于实现普通设备接入本分布式网络；

步骤六，建立基于门控的时间调度机制：

为交换输出端口建立基于门控的时间调度机制，对网络流量进行整形，给每一个交换端口设计8个队列，记为Q0～Q7，这8个队列发送数据的权限由一个门控开关控制，门控开关打开则该队列能够发送数据，门控开关关闭则则该队列可以发送数据；

把普通以太网数据使用Q0进行发送，用于实时控制的关键数据使用Q7进行发送，能够实现不通业务数据混合传输；

步骤七，划分数据优先级：

所述的8个队列中，将Q7设置为最高优先级队列，Q0为最低优先级队列；

步骤八，实施多节点混合组网：

在多节点组网时，将耦合器使用双线进行首尾互联，即使用P1端口和P2端口，要入网的通信节点，通过P3端口接入，所述的多节点为双线节点或普通8线网络节点；

步骤九，实现集中式的网络配置：

所述的集中式的网络配置的方式为：

配置计算机使用耦合器接入网络，根据实际应用需求进行网络规划，生成配置文件，然后提供网络将配置文件下发到每个节点，包括每个节点的门控开启时间、门控调度表、消息优先级以及是否对后级供电等信息；

节点接收到配置文件并正确配置自身参数后，向配置计算机返回状态信息，配置计算机根据返回状态确认每个节点是否正确配置，配置完成后，配置计算机退出网络，各网络节点能够自行运行。

3.如权利要求2所述的单双绞线TSN无源耦合器的设计方法，其特征在于，步骤二中，所述的隔离变压器用于使交流信号提供，而阻断直流电源，使直流电源只存在于变压器次级线圈和双线介质中，既能实现双线介质传输电能，又不影响网络交流信号通过，从而实现双线通信介质上的网络供功能。

4.如权利要求2所述的单双绞线TSN无源耦合器的设计方法，其特征在于，步骤三中，所述的切换开关使用IO接入TSN芯片，进而接入网络。