Электрический соединитель для подачи данных и электропитания
Изобретение относится к электрическому соединителю (1), в частности, для сетей (16) передачи данных, через который информационные устройства (18, 19, 20) соединяются посредством линий (7, 17) передачи данных, имеющему, по меньшей мере, два контакта (5) устройства на стороне информационного устройства, по меньшей мере, один контакт (8) сетевой розетки на стороне линии передачи данных, а также трансформатор (13), соединенный между, по меньшей мере, двумя контактами (5) устройства и, по меньшей мере, одним контактом (8) сетевой розетки. В соответствии с настоящим изобретением трансформатор (13) комбинирует поток (D+E) энергии-данных, представленный, по меньшей мере, на одном контакте (8) сетевой розетки, с потоком (Е) энергии на одном контакте (5) устройства и, по меньшей мере, с одним потоком (D, D+E) данных на другом контакте (5) устройства. За счет такого усовершенствования пропускная способность сети может использоваться более эффективно, при этом нет необходимости разделения линий данных и разделения проводов в линии передачи данных, а провод линии передачи данных одновременно передает сигнал данных и подает электроэнергию информационному устройству, что дает возможность уменьшения числа проводов в линии передачи данных и, таким образом, уменьшения стоимости материалов и монтажа. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к электрическому соединителю, в частности, для сети передачи данных, посредством которого обеспечивают соединения информационных устройств с помощью линий передачи данных, имеющему, по меньшей мере, два контакта на стороне информационного устройства и, по меньшей мере, один контакт сетевой розетки на стороне сети.
Такие соединители известны из предшествующего уровня техники и используются для передачи данных в сети. Модемные сети передачи данных используют для соединения различных информационных устройств, например компьютеров, телефонов, серверов и принтеров, например, в офисном здании. Сравнимые с сетью электроснабжения линии передачи данных прокладывают на большие расстояния, скрывают от внешнего обзора в стенах, фальшпотолках или кабельных каналах. В произвольных точках в здании предусматривают точки соединения, например, в виде штепсельных розеток в стенах или в полу, в которых информационные устройства могут быть подсоединены к сети передачи данных. Линии передачи данных для нескольких информационных устройств сходятся вместе в узловых точках. Узловые точки соединены с информационными устройствами, служащими в качестве источника данных, к которым имеют доступ остальные информационные устройства.
Большая часть устройств, соединенных с сетью передачи данных, например, принтеры и компьютеры, оборудованы своим собственным источником питания. Многие небольшие информационные устройства, тем не менее, приходится питать электроэнергией через саму сеть передачи данных или через сетевые линии электроснабжения. Такие информационные устройства включают в себя, например, камеры, устройства считывания с перфокарт и клавиатуры. Эти информационные устройства известны как пассивные информационные устройства, поскольку они не имеют собственного источника питания.
Пассивные информационные устройства соединяют с сетью передачи данных через стандартизированные соединители, имеющие, по меньшей мере, два контакта устройства для передачи данных в виде потока данных, проходящего через один контакт устройства, и передачи электроэнергии в виде потока энергии, проходящего через другой контакт устройства. Обмен данными между информационным устройством и сетью передачи данных осуществляется посредством потока данных, а подача электропитания к информационному устройству осуществляется благодаря потоку энергии. Поток энергии передается в этом случае в форме сигнала электропитания, который может быть конфигурирован как сигнал постоянного или переменного тока.
Поскольку подача электроэнергии осуществляется через сеть передачи данных, информационные устройства не нуждаются больше в соединении с сетевой подачей электроэнергии. Пассивные информационные устройства по этой причине могут использоваться гибко, независимо от сетевого электроснабжения, везде, где существует точка соединения с сетью передачи данных. Эффект повышенного использования пассивных информационных устройств привел, однако, к тому, что сети передачи данных быстро подходят к пределам их пропускной способности. Для того чтобы в этом случае увеличить пропускную способность сети передачи данных, часто нет другой альтернативы, как проложить новую линию сети при больших затратах. В случае технологий, используемых до настоящего времени, совершенно верно, что дополнительная подача электроэнергии через линии передачи данных при существующих сетях быстро приведет к использованию сетей до полной пропускной способности, поскольку подача электроэнергии частично осуществляется по внутренним линиям.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является усовершенствование электрического соединителя, упомянутого во введении, так, чтобы пропускная способность существующей сети могла быть использована более эффективно.
Эту задачу решают в соответствии с настоящим изобретением так, что соединитель имеет трансформатор, интегрированный между, по меньшей мере, двумя контактами устройства и, по меньшей мере, одним контактом сетевой розетки, причем трансформатор комбинирует поток энергии-данных, представленный, по меньшей мере, на одном контакте сетевой розетки, с потоком энергии на одном контакте устройства и, по меньшей мере, с одним потоком данных на другом контакте устройства.
Это решение имеет преимущество в том отношении, что нет необходимости разделения линий данных и разделения проводов в линии передачи данных, а провод линии передачи данных одновременно передает сигнал данных и подает электроэнергию информационному устройству. Это дает возможность уменьшения числа проводов, требуемых в линии передачи данных, и, таким образом, стоимости материалов и монтажа сети передачи данных.
Основным преимуществом этого решения является то, что можно использовать старые существующие сети передачи данных, например сети Ethernet, в которых по причинам, связанным с пропускной способностью, не имеется достаточно свободных проводов в линиях сети передачи данных для передачи отдельно потока энергии без дополнительных мер модификации, например замены сетевых кабелей или прокладки новых линий передачи данных. В этом случае провода существующих линий передачи данных, используемые прежде для передачи потока данных, используют для передачи комбинированного потока энергии-данных, то есть для одновременной подачи энергии и передачи данных. Придется только заменить старые соединители на соединители, соответствующие настоящему изобретению, а линии передачи данных останутся неизменными.
Электрический соединитель, соответствующий настоящему изобретению, может быть дополнительно модифицирован с помощью различных независимых конструкций, каждая из которых предпочтительна по своему. Ниже будут кратко описаны эти конструкции и соответствующие преимущества, связанные с этими конструкциями.
В одном предпочтительном варианте трансформатор может быть двунаправленной конструкции. Двунаправленность особенно возможна, когда комбинированный поток энергии-данных, поступающий на контакт сетевой розетки, преобразуется трансформатором в поток энергии на одном контакте устройства и в поток данных на другом контакте устройства; в то же самое время, трансформатор преобразует поток энергии, поступающий на один контакт устройства, и поток данных, поступающий на другой контакт устройства, в комбинированный поток энергии-данных на контакте сетевой розетки. Это имеет преимущество в том отношении, что один соединитель может быть использован как для совмещения потока энергии и потока данных в направлении от информационного устройства к сети, так и для разделения комбинированного потока энергии-данных на поток энергии и поток данных в направлении из сети к информационному устройству. Один соединитель может, следовательно, быть использован без модификации или другого вмешательства как точек соединения, так и узловых точек.
Кроме того, один контакт устройства, к которому направляется поток энергии, может быть конфигурирован как контакт электропитания, на котором сигнал данных отфильтровывается и по существу присутствует только сигнал электроснабжения. Благодаря этой мере устройство, снабжаемое энергией, не требует фильтра для отфильтровывания сигнала электроснабжения. Комбинированный поток данных-энергии может быть маршрутизирован по существу неизмененным к другому контакту устройства.
В предпочтительной разработке фактическая розетка соединителя может быть сконструирована с его контактами устройства в адаптере, удерживаемом с возможностью съема на соединителе. Это имеет то преимущество, что устройства, имеющие разные стандарты штекера, могут быть соединены с соединителем без изменения самого соединителя. Например, для того чтобы использовать соединитель, использованный ранее в качестве розетки стандарта Ethernet, в качестве розетки в системе USB или ISDN, в этой конструкции придется сменить только адаптер. В случае сетей передачи данных представляется возможным, в частности, сконструировать адаптер в качестве RJ45-гнезда, где передача данных осуществляется по кабелям Cat 3 или Cat 5.
Для замены трансформатора адаптером трансформатор может быть интегрирован в адаптер.
В предпочтительной разработке трансформатор может содержать мультиплексор для наложения потока данных на поток энергии. Для отделения потока энергии из комбинированного потока энергии-данных в трансформатор может быть интегрирован демультиплексор. При двунаправленной конструкции трансформатора в соединитель могут быть интегрированы как мультиплексор, так и демультиплексор.
Соединитель может быть использован в качестве штепсельной розетки для монтажа на стенах и полах, в качестве штепсельной розетки поверхностного монтажа, или в качестве утопленной заподлицо штепсельной розетки, или в качестве вставки для торцевого разъема в коммутационных панелях.
Настоящее изобретение описано ниже на примере со ссылкой на сопроводительные чертежи. Разные элементы могут быть скомбинированы независимо друг от друга, как уже было указано в связи с отдельными предпочтительными конструкциями.
На приведенных чертежах:
Фиг.1 - схематическое изометрическое изображение с пространственным разделением деталей варианта осуществления соединителя, соответствующего настоящему изобретению;
Фиг.2 - принципиальная электрическая схема варианта осуществления соединителя, соответствующего настоящему изобретению;
Фиг.3 - принципиальная электрическая схема другого варианта осуществления в схематическом представлении.
На фиг.1 иллюстрируется электрический соединитель 1, который выполнен в виде штепсельной розетки, монтируемой посредством держателя 3 на субстрате (подложке) 2, например стене, или полу, или коммутационной панели. Соединитель 1 содержит гнездо 4 со стороны устройства с контактами 5 устройства, с которыми могут быть соединены информационные устройства, например компьютеры, клавиатуры, считыватели с перфорационных карт, телефоны и камеры, посредством, как правило, стандартизированных штекеров 6 и линий 7 передачи данных, соединенных с ними.
При использовании контактов 8 сетевой розетки со стороны сети соединитель 1 может быть подсоединен к сети передачи данных. Контакты 8 сетевой розетки, как иллюстрируется на фиг.1, могут быть получены на заднем соединителе 9, который может быть вставлен в сетевую штепсельную розетку 10.
Соединитель 1 является частью адаптерной системы, так что один и подобный соединитель 1 может использоваться без конструктивных модификаций в качестве штепсельной розетки поверхностного монтажа, в качестве утопленной заподлицо штепсельной розетки и в качестве вставки для торцевого разъемов и штекерных панелей и в переключателях. Отдельные виды использования требуют только разных держателей 3.
Универсальность системы может быть дополнительно увеличена, если само гнездо 4 получено как часть адаптера 11, смонтированного с возможностью съема в соединителе. Если информационное устройство, использующее другой стандарт штекера, должно быть подсоединено при использовании этой конструкции, то придется использовать просто соответствующий адаптер. Например, сменой адаптера 11 гнездо стандарта Ethernet может быть заменено гнездом стандарта ISDN, или гнездом стандарта USB, или гнездом шины FireWire.
Замена адаптера 11 достигается в силу того, что при независимо используемом штекере адаптер обеспечивается стандартным корпусом и стандартным соединителем 12, который вставляют в соединитель 1. Корпус и соединитель 12 всегда одной конструкции, независимо от вида гнезда в случае разных адаптеров. Для удерживания адаптера 11 в соединителе 1 так, чтобы он был устойчивым против растягивающего усилия, адаптер 11 предусмотрен с удерживающими средствами 13', которые могут содержать захваты, зажимы или винтовые соединения. Удерживающие средства 13' препятствуют отделению гнезда 4 от соединителя 1 при удалении штекера 6 из гнезда 4.
Теперь со ссылкой на фиг.2 будет описана монтажная электрическая схема соединителя 1, соответствующая настоящему изобретению, причем элементы, работа и/или конструкция которых уже были описаны в связи с вариантом осуществления, иллюстрируемым на фиг.1, предусмотрены с такими же ссылочными номерами, что и на фиг.1.
Трансформатор 13, соединенный между контактами 5 устройства и контактами 8 сетевой розетки, интегрирован в электрический соединитель 1. В частности, трансформатор 13 может быть выполнен в виде сменного адаптера 11. Трансформатор 13 может работать в двух разных режимах.
В первом режиме работы чистый сигнал данных подается из информационного устройства, например сервера, соединенного с соединителем 1, через контакты 14 передачи данных, которые образуют часть контактов 5 устройства, в сеть и принимаются сетью. Как следует из фиг.2, может иметь место обмен данными, например, через все четыре контакта 14 передачи данных. Сигналы данных маршрутизируются из контактов 14 передачи данных через трансформатор 13 по существу неизменными к четырем контактам 8 сетевой розетки и оттуда в сеть передачи данных. Поток сигналов данных из сетевой розетки и в сетевую розетку через соединитель 1 в следующем описании назван потоком данных. На фиг.2 поток данных символически представлен стрелкой D. В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.2, число контактов 14 передачи данных соответствует числу контактов 8 сетевой розетки.
Для питания дополнительных информационных устройств электроэнергией через сетевой кабель электрическая энергия маршрутизируется в сетевом кабеле из устройства, которое соединено с контактами 5 устройства. Поток энергии через соединитель 1 ниже назван потоком Е энергии, представленным на фиг.2, например, стрелкой Е. Аналогично потоку данных и сигналу данных поток энергии генерируется сигналом электропитания, например сигналом постоянного тока или сигналом переменного тока. Потоки энергии, имеющие относительно небольшие номинальные значения в диапазоне 10-20 Вт, как правило, являются достаточными для энергоснабжения модемных информационных устройств. В частности, сигнал электропитания может исходить из источника постоянного тока, имеющего потенциал ±57 В.
Сигнал электропитания маршрутизируется из устройства, служащего в качестве источника питания, через контакты 5 устройства, конфигурированные как контакты 15 электропитания, к соединителю 1, и в трансформаторе 13 накладываются на сигналы данных, так что во всех контактах 8 сетевой розетки представлен совмещенный (комбинированный) сигнал данных-энергии. Таким образом, поток D данных и поток Е энергии комбинируются в первом режиме работы трансформатора 13 в совмещенном (комбинированном) потоке энергии-данных, показанном на фиг.2 стрелкой, обозначенной E+D.
Как дополнительно следует из фиг.2, используются все четыре контакта 15 электропитания, которые в гнезде 4 или адаптере 11 являются отдельной электрической конструкцией от контактов 14 передачи данных и электрически соединенными с контактами 14 передачи данных только через трансформатор 13. Два контакта электропитания в одно время могут быть непосредственно электрически соединены друг с другом перед трансформатором 13, так что на двух контактах 15 электропитания одновременно представлен один сигнал электропитания. При осуществлении электропитания посредством постоянного тока на одной паре контактов электропитания представлен отрицательный потенциал, составляющий -57 В, а на другой паре контактов электропитания - +57 В. Сигналы на контактах 15 электропитания используются только для электропитания и не имеют сигнала данных.
В варианте осуществления, иллюстрируемом на фиг.2, сигналы электропитания на соответствующих парах соединенных контактов электропитания имеют сигналы данных двух контактов передачи данных, наложенные на них. Комбинированный сигнал D+E данных-энергии, следовательно, представлен на всех четырех контактах 8 сетевой розетки, так что к гнезду RJ45 может быть осуществлена передача как электропитания, так и данных через стандартный кабель Cat 5.
Поскольку сигналы электропитания и сигналы данных были совмещены в трансформаторе 13, то представляется возможной маршрутизация как потока Е энергии, так и потока D данных через одинаковое число контактов 8 сетевой розетки, как было ранее использовано только для передачи данных. Пропускная способность существующих сетевых кабелей может быть, следовательно, использована для передачи как сигналов данных, так и электропитания.
В частности, трансформатор 13 может содержать мультиплексор. Электропитание трансформатора 13 может быть осуществлено непосредственно через сигнал электропитания.
Во втором режиме работы, эффективном в обратном направлении относительно первого режима работы, соединитель 1 может использоваться для разделения комбинированного потока D+E данных-энергии к контактам 8 сетевой розетки в трансформаторе 13 и для обеспечения электропитания Е на контактах 15 электропитания и потока D данных на контактах 14 передачи данных. Этот второй режим работы представлен на фиг.2 символически вторым пунктирным острием стрелки стрелок Е, D и D+E.
Для второго режима работы трансформатор 13 может быть выполнен в виде демультиплексора, который имеет конструкцию, соответствующую конструкции мультиплексора в точке ввода сигнала электропитания в сеть и который демультиплексирует (разуплотняет) комбинированный сигнал данных-энергии. Вместо ввода электроэнергии в сеть передачи данных и вместо отведения электроэнергии из сети передачи данных, то есть, где подключено пассивное оконечное устройство, могут быть использованы другие соответствующие однонаправленные конструкции трансформаторов 13, соответствующие двум разным режимам работы, причем каждый обеспечивает возможность потока энергии только в одном направлении, либо из контактов 5 устройства к контактам 8 сетевой розетки (указанном на фиг.2 острием стрелки, обозначенным сплошной линией), или в обратном направлении (указанном на фиг.2 острием стрелки, обозначенным пунктирной линией).
Однако более предпочтительным является использование двунаправленных трансформаторов 13, которые работают в обоих режимах работы независимо от направления потока энергии. Как мультиплексор, так и демультиплексор могут быть интегрированы в такой двунаправленный трансформатор 13 и могут функционировать как в первом, так и во втором режиме работы.
На фиг.3 приведена схематическая иллюстрация сети передачи данных, причем аналогичными ссылочными номерами, что и в предшествующих вариантах осуществления, обозначены элементы, конструкция и работа которых уже известна из двух предшествующих вариантов осуществления.
Сеть 16 передачи данных оборудована, например, системой с двумя штекерами типа RJ45 в соединителях 1 и обеспечивает возможность как обычной передачи данных через стандартный предварительно смонтированный сетевой кабель 17 типа Cat 5, имеющий восемь жил, так и электроснабжения пассивных информационных устройств в двух независимых двухштекерных штепсельных розетках на сетевой кабель 17.
Это очевидно ниже из примера организации защиты доступа в здание посредством устройства 18 считывания с перфокарт с интегрированной клавиатурой и камерой 19 в качестве периферийных устройств.
Устройство 18 считывания с перфокарт и камера 19 обмениваются данными с центральным компьютером 20. Устройство 18 считывания с перфокарт и камера 19 не имеют собственного источника питания и по этой причине обеспечиваются электроэнергией из соответственно оборудованного центрального компьютера 20 через соединитель 1 и сетевой кабель 17. Два периферийных устройства 18 и 19 имеют разные стандарты электроснабжения, оба из которых управляются трансформатором 13, как описано ниже.
Таким образом, устройство 18 считывания с перфокарт соединено с четырьмя контактами 5 устройства, в частности четырьмя контактами 14 передачи данных, и посредством комбинированного потока D+E энергии-данных снабжается как электроэнергией, так и данными через эти четыре контакта устройства. Поток энергии Е, отделенный трансформатором 13 в периферийном соединителе 1, со стороны устройства остается неиспользуемым. Поток Е энергии не отделяется от потока D данных до входа внутрь устройства 18 считывания с перфокарт.
Комбинированный поток D+E данных-энергии подается центральным компьютером 20 к контактам 14 передачи данных, а контакты 15 электропитания остаются неиспользованными,
Трансформатор 13 в соединителе 1, расположенном на стороне компьютера, сконструирован так, чтобы он всегда передавал сигнал данных неизмененным к контактам 14 передачи данных независимо от свойств сигнала. Если как следствие комбинированный сигнал энергии-данных маршрутизируется через контакты 14 передачи данных к трансформатору 13, то он подается в сетевой кабель 17 и делается доступным, неизмененным, на контактах передачи данных посредством соединителя 1 со стороны периферийного устройства без разделения на сигнал Е электропитания и сигнал D данных.
С другой стороны, камера 19 работает в соответствии со стандартом, как описано выше для варианта осуществления, иллюстрируемого на фиг.2: поток энергии маршрутизируется из компьютера 20 к контактам 15 электропитания, а отделенный поток D данных маршрутизируется к контактам 14 передачи данных. В трансформаторе 13 соединителя 1 поток D данных затем накладывается на поток Е энергии и комбинированный поток D+E данных-энергии маршрутизируется через сетевой кабель 17. Трансформатор 13 на стороне периферийного устройства снова отделяет поток Е энергии от потока D данных и передает сигнал Е электропитания к камере 19 и отделенный от него сигнал D данных, как символически показано отдельными стрелками D и Е.
Как очевидно из варианта осуществления, иллюстрируемого на фиг.3, при использовании соединителя 1, соответствующего настоящему изобретению, с трансформатором 13 становится возможным соответствие двух периферийных устройств двум разным стандартам для обеспечения энергией и данными через стандартные сетевые кабели 17, а именно, сначала потоком Е энергии и потоком D данных, разделенных в соединителе 1 на стороне периферийного устройства, как описано на примере камеры 19. Во-вторых, комбинированный сигнал D+E энергии-данных может быть обеспечен одновременно на контактах передачи данных соединителя 1 на стороне периферийного устройства, как описано на примере устройства 18 считывания с перфокарт. Безусловно то, что каждый из двух стандартов может быть использован на каждом из двух штекеров соединителя.
Путем простой модификации трансформатор 13 может быть сделан соответствующим двум стандартам, описанным на примере устройства 18 считывания с перфокарт, с одной стороны, и камеры 19, с другой стороны, только для того, чтобы трансформатору 13 подавался только сигнал через контакты 14 передачи данных неизмененным в сетевом кабеле 17 и выходил на противоположной стороне неизмененным к контактам 14 передачи данных не зависимо от того, представлен ли сигнал на контактах 15 электропитания или нет. В этом случае комбинированный сигнал D+E данных-энергии, подаваемый на контакты 14 передачи данных, является выходом, неизмененным на стороне периферийного устройства на контактах 14 передачи данных как комбинированный сигнал энергии-данных. В то же самое время сигнал Е энергии отделяется с помощью трансформатора 13 со стороны периферийного устройства и делается доступным на контактах 15 электропитания.
Могут быть также использованы другие периферийные устройства, чем устройство 18 считывания с перфокарт и камера 19. Вероятно, возможны другие модификации, например камера может работать через штекер стандарта USB без использования показанных штекеров RJ45. Как уже было описано со ссылкой на фиг.1, для этих целей в соединитель 1 только должен быть вставлен соответствующий адаптер 11.
1. Электрический соединитель (1), в частности, для сетей передачи данных, через который информационные устройства (18, 19, 20) соединены посредством линий (7, 17) передачи данных, имеющий, по меньшей мере, два контакта (5) устройства на стороне информационного устройства и, по меньшей мере, один контакт (8) сетевой розетки на стороне линии передачи данных, отличающийся тем, что соединитель (1) имеет трансформатор, интегрированный между, по меньшей мере, двумя контактами (5) устройства и, по меньшей мере, одним контактом (8) сетевой розетки, причем трансформатор комбинирует поток (D+E) энергии-данных, представленный, по меньшей мере, на одном контакте сетевой розетки, с потоком (Е) энергии на одном контакте (15) устройства и, по меньшей мере, с одним потоком (D) данных на другом контакте (14) устройства.
2. Электрический соединитель по п.1, отличающийся тем, что трансформатор (13) является трансформатором двунаправленной конструкции и предназначен как для преобразования комбинированного потока (D+E) энергии-данных, поступающего на контакты (8) сетевой розетки, в поток (Е) энергии на одном контакте (15) устройства и, по меньшей мере, один поток (D) данных на другом контакте (14) устройства, так и для преобразования потока энергии, поступающего на один контакт (15) устройства, и потока (D) данных, поступающего на другой контакт (14) устройства, в комбинированный поток (D+E) энергии-данных на контакте (8) сетевой розетки.
3. Электрический соединитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что он имеет, по меньшей мере, одно гнездо (4).
4. Электрический соединитель по п.3, отличающийся тем, что трансформатор (13) интегрирован в адаптер (11).
5. Электрический соединитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что он имеет два гнезда (4) RJ45.
6. Электрический соединитель по п.1, отличающийся тем, что трансформатор (13) содержит мультиплексор и/или демультиплексор.
7. Электрический соединитель по п.1, отличающийся тем, что число контактов (15) электропитания находится в большей половине числа контактов (5) устройства.
8. Электрический соединитель по п.1, отличающийся тем, что трансформатор (13) предназначен для обеспечения выхода сигнала (D) данных или комбинированного сигнала (D+E) энергии-данных, представленного на одном контакте (14) устройства, неизмененным, по меньшей мере, на одном контакте (8) сетевой розетки.
9. Сеть (16) передачи данных, имеющая, по меньшей мере, два соединителя (1), которые соединены сетевым кабелем (17), отличающаяся тем, что соединители (1) выполнены в соответствии с одним из предыдущих пунктов.
