CN101124773A - 在通过通信链路供电的系统中提供供电设备和用电设备之间的数据通信 - Google Patents

在通过通信链路供电的系统中提供供电设备和用电设备之间的数据通信 Download PDF

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Abstract

一种新型的电路和方法，用于在通过通信链路供电的系统中提供供电设备和用电设备之间的数据通信。所述供电设备，例如通过以太网供电的设备，接收来自用电设备的用于检测用电设备的检测信息和用于确定用电设备的功率水平的分级信息。可以提供信息电路，用于处理除所述检测和分级信息之外的由用电设备提供的信息。

Description

在通过通信链路供电的系统中提供供电设备和用电设备之间的数据通信
本申请要求美国临时专利申请号60/646,509的优先权，该申请的申请日为2005年1月25日，发明名称为″支持先进的以太网供电系统的系统和方法(SYSTEMAND METHOD FOR SUPPORTING ADVANCED POWER OVER ETHERNETSYSTEM)″。
技术领域
[0001]本发明涉及供电系统，更具体地讲，涉及在通过通信链路供电的供电设备和用电设备之间提供数据通信的电路和方法。
背景技术
[0002]在过去若干年中，以太网已成为局域网络最常用的方法。IEEE 802.3组，以太网标准的发起人，业已开发了该标准的延伸形式，称作IEEE 802.3af，定义通过以太网电缆供电。IEEE 802.3af标准定义以太网供电(PoE)系统，涉及通过非屏蔽双绞线将电力从供电设备(PSE)传输到位于链路相对侧的用电设备(PD)。传统上，网络设备诸如IP电话，无线LAN接入点，个人计算机和网络摄像机需要两个连接：一个连至LAN，而另一个连至供电系统。PoE系统消除了需要额外的插口和配线，以向网络设备供电。取而代之的是，通过用于数据传输的以太网电缆供电。
[0003]如IEEE 802.3af标准中所定义的，PSE和PD是非数据实体，允许网络设备利用与用于数据传输同类的电缆供电和获得电力。PSE是在物理连接点电连接至电缆的设备，它向链路供电。PSE通常与以太网开关，路由器，网络集线器或其他网络交换设备或中跨供电设备相连。PD是获得供电或请求供电的设备。PD可以与诸如数字IP电话，无线网络接入点，PDA或笔记本电脑扩展坞，移动电话充电器和HVAC恒温器等设备相连。
[0004]PSE的主要功能是为请求供电的PD搜索链路，可选地对PD进行分级，如果检测到PD则向所述链路供电，监测链路上的供电，并且在不再请求或者需要时切断电源。PD通过呈现有效或无效的检测信号来参与PD检测过程，以请求供电并且指示已接收到供电。所述PD检测信号具有通过PSE测定的电学特征。
[0005]通过以太网的传统数据传输是以差模方式在以太网双绞线之间进行的，其中，一对用于将数据从第一节点传输到第二节点，而另一对用于接收从第二节点传送到第一节点的数据。在PoE系统中，PSE和PD之间的电力是以共模方式作为两个以太网双绞线之间的电压，通常通过向用于将以太网数据信号连接至导线的隔离变压器的中心抽头供电来进行传输。由于以太网数据是以差动方式传送，在以太网传输对和接收对之间以共模方式输电不影响以差模方式传输以太网数据。
[0006]尽管PSE和PD是非数据实体，不涉及传输以太网数据，希望在PSE和PD之间传达信息。例如，可能希望PD请求的功率水平大于原来IEEE 802.3af规范允许的功率水平，所述规范给予PD向PSE呈现分级信号的选择，以表明在上电时它会提取多少电力。PD可被分级为级别0到级别4。级别1的PD要求PSE提供至少4.0W，级别2的PD要求PSE提供至少7.0W，级别0，3或4的PD要求至少15.4W。根据PD的确定级别，PSE向PD提供所需的电力。
[0007]目前，PD不能够超出这个分级协议与PSE进行通信。因此，需要支持PSE和PD之间信息交换的通信方案。
发明内容
[0008]本发明提供了一种新型的电路和方法，用于在通过通信链路供电的系统中提供供电设备和用电设备之间的数据通信。
[0009]根据本发明的一个方面，所述供电设备，例如以太网供电设备，从用电设备接收用于检测用电设备的检测信息，和用于确定用电设备的功率水平的分级信息。可以提供信息电路，用于处理除检测和分级信息之外的由用电设备提供的信息。所述其他信息可以在供电设备向用电设备供电之后或供电之前提供。
[0010]所述供电设备可以包括检测电路，用于检测与由用电设备提供的其他信息相关的事件。具体地讲，所述检测电路可以检测对应其他信息的用电设备的预定电学参数。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述检测电路可以检测由用电设备提取的预定量的电流来响应预定事件和/或在预定时间来呈现所述其他信息。
[0012]例如，所述用电设备可以被设置以提取预定量的电流来响应由供电设备提供的电力。
[0013]所述供电设备可以包括确认事件发生器，用于产生确认事件，以确认收到由用电设备提供的其他信息。供电设备可以改变向用电设备施加的电源信号，以产生所述确认事件。
[0014]根据本发明的一个实施例，施加在用电设备上的电源电压可以降低到预定水平计一预定时间，以确认收到所述其他信息。
[0015]所述检测电路可以在产生所述确认事件之后对应由用电设备提供的其他信息检测更多事件。所述更多事件可由关注事件伴随，所述关注事件是在提供所述其他信息之前由用电设备产生。可以在供电设备中提供关注事件检测器，用于检测关注事件。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述关注事件检测器可以检测对应关注事件的过电流状态。
[0017]所述供电设备可以被设置用于向用电设备提供信息。例如，所述供电设备可以将施加在用电设备的电源电压降低到预定水平计一预定时间，以向用电设备呈现信息。
[0018]根据本发明的另一方面，用于从供电设备通过以太网接收供电的用电设备可以被设置用于向供电设备提供除检测和分级信息之外的信息。
[0019]所述用电设备可以具有信息源，被设置以提供给定的电学参数作为其他信息。
[0020]根据本发明的一个实施例，所述信息源可以使得用电设备能够在一预定时间提取预定量的电流。可以提取所述预定量的电流来响应来自供电设备的供电。
[0021]在用电设备中可以提供关注事件发生器，用于在提供其他信息之前向供电设备提供关注事件。
[0022]根据本发明的另一方面，PoE系统中的供电设备被设置用于从用电设备接收按照IEEE 802.3af标准的用于检测用电设备的检测信息和用于确定用电设备的功率水平的分级信息。提供信息电路，用于处理除按照IEEE 802.3af标准的检测和分级信息之外由用电设备提供的其他信息。
[0023]具体地讲，所述信息电路可以从PD获得功率要求信息。
[0024]根据本发明的一种方法，可以执行以下步骤：
-检测连接至所述通信链路的用电设备，
-检测所述检测到的用电设备的功率要求，
-向用电设备供电，和
-在检测到功率要求之后，检测由用电设备提供的信息。
[0025]按照本发明的另一方面，局域网(LAN)包括多个节点，网络集线器，和将节点连接至网络集线器用于进行数据通信的通信电缆。所述网络集线器包括供电设备，用于通过通信电缆向负载供电。所述供电设备被设置用于检测除与检测负载和检测负载的功率要求相关的信息之外由负载提供的信息。
[0026]通过以下详细说明，本领域技术人员可以更方便地理解本发明的其他优点和方面，其中，示出并且披露了本发明的实施例，仅以说明用于实施本发明的最佳方式的形式提供。正如所披露的，本发明能够以其他的和不同的实施例实施，并且它的若干细节能够以各种显而易见的方式进行改进，所有这样的改进都没有偏离本发明的精神。因此，附图和说明被视为说明性的，而不是限制性的。
附图说明
[0027]以下对本发明实施例的详细说明通过结合以下附图能够得到最佳的理解，其中，特征不一定是按比例绘制的，而是以能够最好说明相关特征的形式绘制的，其中：
[0028]图1是示意图，示出本发明的以太网供电系统。
[0029]图2是示意图，示出用于支持供电设备和用电设备之间的数据通信的电路的示例性结构。
[0030]图3是流程图，示出用于在供电设备和用电设备之间进行数据通信的示例性程序。
具体实施方式
[0031]下面将利用以太网供电(PoE)系统为例说明本发明。不过，显而易见，本文所披露的构思可应用于通过通信链路供电的任何系统。例如，本发明的系统可用于提供局域网(LAN)中供电设备和负载之间的通信，所述局域网具有多个节点，网络集线器，和将节点连接至网络集线器用于提供数据通信的通信电缆。所述网络集线器可以包括供电设备，并且所述通信电缆可用于从供电设备向负载供电。
[0032]图1示出了简化方框图，示出PoE系统10包括供电设备(PSE)12，它具有多个端口1-4，可通过相应链路连接到用电设备(PD)1-4，所述相应链路各自可以利用以太网电缆中2或4组双绞线提供。尽管图1示出了PSE 12的四个端口，本领域技术人员会认识到，可以提供任意数量的端口。
[0033]PSE 12可以按照IEEE 802.3af标准与每个PD相互作用。具体地讲，PSE 12和PD参与PD检测程序，在此期间，PSE 12探查链路以检测PD。如果检测到PD，PSE 12检查PD检测信号，以确定它是有效还是无效的。有效和无效的检测信号在IEEE 802.3af标准中进行了定义。有效的PD检测信号表示PD处于会接受供电的状态，而无效的PD检测信号表示PD处于不会接受供电的状态。
[0034]如果所述信号有效，PD可以选择向PSE呈现分级信号，以指示在上电时会提取多少电力。例如，PD可被分级成级别0-级别4。级别1的PD要求PSE提供至少4.0W，级别2的PD要求PSE提供至少7.0W，而级别0，3或4的PD要求至少15.4W。根据PD的确定级别，PSE向PD提供所需的电力。
[0035]PSE和PD是非数据实体，不涉及以太网数据的传输。不过，可能希望在PSE和PD之间进行信息通信。例如，PD可能需要请求与标准IEEE 802.3af水平不同的特定工作功率水平，或者供电系统可能涉及向PSE传输系统序列号，该序列号唯一地识别PD。
[0036]根据本发明的示例性实施例，PoE系统10可以在检测和分级信号之后采用由PD提供的预定第三信号，用于从相应的PD向PSE 12传送其他信息。具体地讲，如图2所示，PSE 12可包括控制器102，用于控制PSE工作，支持与PD的数据交换；信号检测器104，检测预定信号，用于传送PD信息呈现给PSE；确认事件发生器106，用于产生确认收到PD信号的事件；和关注事件检测器108，用于检测由PD产生的关注事件，以将PSE 12的关注导向随后提供的信号。
[0037]能够向PSE 12提供第三信号的PD可以包括控制器110，用于控制PD工作，支持与PSE 12的数据交换；信号源112，产生预定信号，用于向PSE 12提供信息；确认事件检测器114，用于检测由PSE 12产生的确认事件；和关注事件发生器116，用于产生可由PSE 12检测的关注事件。本领域技术人员会认识到，图2所示PSE和PD的元件仅仅用于说明本发明的构思，并且可以多种不同方式实现。
[0038]参见图3，示出了根据本发明的示例性实施例的数据交换操作，PSE 12可以探查PoE链路，以检测连接到该链路的PD(方框202)。如果检测到PD，PSE 12检查PD检测信号，以确定它是有效的还是无效的。如果所述信号是有效的，PD可以呈现分级信号，以表示在上电时它会提取多少电力。PD可以提供对应级别0-4的任何一个的信号，该信号是任何PSE都会识别的。例如，可以提供级别4的信号。PSE执行分级程序，以检测分级信号并确定PD属于哪一级别(方框204)。所述检测和分级程序可以按照IEEE 802.3af规范进行。
[0039]然后，PSE 12可以向PD施加48V电源电压，以向它提供所需的电力(方框206)。为了响应电源电压，PD可以任何方式提供第三信号，该信号携带PD希望与PSE通信的信息。该信息可以请求，例如，与标准IEEE 802.3af水平不同的特定工作功率水平，或者提供唯一识别PD的系统序列号。第三信号可以通过PD的信号源112产生，并且通过PSE的信号检测器104检测。尽管本发明披露了提供第三信号来响应对PD的供电，本领域技术人员会认识到，可以在向PD供电之前或在供电后经过某段时间之后提供第三信号。
[0040]根据本发明的示例性实施例，当向PD提供48V的电源电压时，信号源112通过提取预定量的电流计一预定时间，例如，持续100ms，来提供第三信号。所提取电流的量可以表示要提供的特定信息。例如，信号源112可以包括由控制器110控制的电流源，以在预定时间提取预定的电流。另外，第三信号可以由PD以特定电阻，电压或功率负载在设定的时间段和/或响应设定的电刺激提供。另外，第三信号可以作为数据流在PoE系统的共模或差模通道上传输来提供。
[0041]第三信号可以包括单条或比特信息，或者可以包括通过调节PD的相应参数产生的多条或比特。例如，由PD提取的电流量可被调节以表示多比特的信息。
[0042]第三信号由PSE检测，所述PSE被设计以识别通过第三信号表示的其他信息(方框208)。PSE的信号检测器104可被设置以检测用作第三信号的任何PD的特征。例如，信号检测器104可以包括电流传感器和计时器，用于在预定的时间段检测由PD提取的预定电流。信号检测器104可以由控制器102控制，以在PSE施加48V电源电压时观察提取的电流。
[0043]信号检测器104可以利用PSE的常规电流感测机构，它包括与输电线串联的感测电阻。可以采用任何阻抗电路，例如二极管电路，来取代感测电阻。
[0044]如果信号检测器104检测到预定信号，它可以向控制器102发送相应的信号，对由第三信号表示的信息进行解码。另外，控制器102可以分析由信号检测器104测量的电流，以确定是否收到第三信号，并对所提供的信息进行解码。
[0045]当检测到第三信号时，控制器102可以控制确认事件发生器106，以产生预定的确认事件，确认收到来自PD的信息。另外，确认事件可被控制器用于接受或拒绝由PD作出的请求。所述确认事件可以是PD识别的任何事件。例如，确认事件发生器106可以将由PSE提供的48V电源电压降低到较低的水平计一预定时间，并然后使电源电压恢复到满48V水平(方框210)。例如，为了确认收到来自PD的信息，可以将48V电源电压降低到低于30V的水平计10ms。
[0046]另外，可以利用PSE的任何其他特征产生确认事件，例如，通过中断或改变对PD的供电一段预定时间或通过改变供电的时间选择。另外，可以通过PoE系统的共模或差模通道向PD回送数据流来产生确认事件。
[0047]如果预定的第三信号没有被PSE检测到，它就假设传统的、符合802.3af标准的PD连接至其端口。因此，PSE会继续由802.3af标准规定的工作。
[0048]所述确认事件可以通过PD的确认事件检测器114检测，它能够识别预定的确认事件。例如，确认事件检测器114可以包括电压检测器和计时器，以检测电源电压降低到预定水平计一预定时间。
[0049]如果PD没有检测到预定的确认事件，在经过预定时间段后它可以重复第三信号。如果仍然没有收到确认，PD就假定PSE不能够识别预定信号。因此，PD会继续由802.3af标准规定的工作。
[0050]根据确认事件或没有确认事件，PD可以提供与终端用户的通信，例如，指示PD能够改变它的行为。该通信可以通过视觉或声频反馈给用户进行，或数据传输给主机系统。
[0051]为了响应所述确认事件，PD可以启动与PSE的另一数据通信对话，例如，提供另一条信息或提供数据通信系统的可靠性。所述数据通信对话能够以与起始对话相同的方式或不同的方式处理。例如，PD可以在预定的时间段提取预定量的电流(方框212)，其中电流量可以表示被提供的信息。另外，所述信息可以表示为PD的另外预定特征，如特定的电阻，电压或功率负载；或作为数据流通过PoE的共模或差模通道传输给PSE。
[0052]PSE可以通过提供确认事件来响应所提供的信息，例如，通过将电源电压降低到预定水平计预定时间(方框214)。
[0053]在正常供电作业期间(方框216)，当请求的电力从PSE输送到PD，PD仍然能够向PSE进行信息通信。例如，如果PD改变其功率要求，它可以向PSE提出相应的请求。
[0054]为了将PSE的关注导向要提供的信息，PD的关注事件发生器116可以产生PSE可检测到的关注事件。例如，PD可以通过提取超过允许限定的电量计一段短时间，例如10ms，来产生短期过电流状态。
[0055]PSE的关注事件检测器108可以检测关注事件，并且指示控制器102新信息将由PD提供(方框218)。例如，关注事件检测器108可在检测到过电流时由PSE的电流感测机构触发。关注事件检测器108可以使用计时器，以确定检测到的过电流状态的持续时间。如果过电流状态的持续时间对应关注事件所定义的时间，关注事件检测器108指示过电流状态表示关注事件，随后是由PD提供的信息。所述过电流状态不超过由IEEE 802.3af标准设立的过载时限，以防止PSE切断电源来响应过电流状态。
[0056]在提供关注事件之后，PD可以向PSE提供新信息，例如，通过提取预定量的电流计预定时间。当PSE检测到新的信息(方框220)，它可以产生确认事件，以确认收到新的信息，例如，通过将电源电压降到预定水平持续预定时间(方框222)。该数据交换可以在每次PD需要向PSE提供信息时重复。
[0057]类似地，在正常供电作业期间，PSE能够与PD通信。例如，当PSE可用的电量有限时，PSE可以要求PD限制其功率消耗。当有更多的电力可用时，PSE可以建议PD恢复到较高的功率消耗模式。
[0058]PSE可以通过改变它的任何参数来向PD提供信息。例如，它可以将电源电压降到预定水平计预定时间。降低水平的电源电压可以表示被提供的信息。PD可以通过改变它的任何参数确认收到来自PSE的信息。例如，PD可以通过提取预定量的电流持续预定的时间来产生确认事件。
[0059]以上说明解释和披露了本发明的各个方面。另外，所示出和披露的内容仅是优选实施例，不过如上所述，应当理解，本发明能够使用各种其他组合，改进，和环境，并且能够在本文所体现的发明构思范围内进行改变或改进，与上述教导，和/或相关领域的技能或知识匹配。
[0060]例如，本发明披露了在完成检测和分级程序之后通过PD提供信息来响应来自PSE的电源电压。不过，PD的信息可以在PSE向PD施加电源电压之前提供。具体地讲，PD可以通过改变它的由IEEE 802.3af标准定义的检测和/或分级信号来提供信息，以便保持所述信号有效。例如，PD可以进行在分级间隔期间提供的电流级别的时间和/或幅度调节，以便将所述级别电流保持在相应级别的有效范围内。例如，符合IEEE 802.3af的级别3的PD在级别测试期间必须将电流保持在26mA-30mA。因此，PD可以在，例如27mA和29mA之间快速切换电流，以向PSE提供其他信息，能够识别该信息。在这里，PS会保持有效的符合IEEE 802.3af的级别3的PD。
[0061]上述实施例还可用于解释已知用于实施本发明的最佳方式，并且使得本领域技术人员能够以上述或其他实施例的方式利用，并且根据本发明的具体应用或用途的要求进行各种改进。
[0062]因此，本说明书不是要将本发明局限于本文所披露的形式。另外，希望将所附权利要求书理解成包括可选实施例。

Claims (32)

1.一种通过通信链路供电的系统，包括：
供电设备，用于通过所述通信链路向用电设备供电，所述供电设备被设置用于接收来自用电设备的用于检测用电设备的检测信息和用于确定用电设备的功率水平的分级信息，和
信息电路，用于处理除了所述检测和分级信息之外的由所述用电设备提供的其他信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信息电路被设置用于在从供电设备向用电设备供电之后处理所述其他信息。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述供电设备被设置用于通过以太网向所述用电设备供电。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述供电设备包括检测电路，用于检测与由所述用电设备提供所述其他信息相关的事件。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述检测电路被设置用于检测所述用电设备的预定电学参数，对应所述其他信息。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述检测电路被设置用于检测由所述用电设备提取的预定量的电流，以提供所述其他信息。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述预定量的电流由所述用电设备提取，来响应从供电设备向用电设备的供电。
8.根据权利要求4所述的系统，其中，所述供电设备包括确认事件发生器，用于产生确认事件，以确认收到由所述用电设备提供的其他信息。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述供电设备被设置用于改变施加在用电设备的电源信号，以确认收到所述其他信息。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述供电设备被设置用于减少施加在用电设备的电源电压，以确认收到所述其他信息。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述检测电路被设置用于在产生所述确认事件之后，检测另一事件，对应由所述用电设备提供的其他信息。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述供电设备包括关注事件检测器，用于在呈现所述其他信息之前检测由所述用电设备提供的关注事件。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述关注事件检测器被设置用于检测过电流状态，对应所述关注事件。
14.一种用于通过以太网向用电设备供电的供电设备，包括信息检测电路，用于在向用电设备供电之后检测由用电设备提供的信息。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述检测电路被设置用于检测由所述用电设备提取的预定量的电流，以提供所述其他信息。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述预定量的电流由所述用电设备提取，来响应向所述用电设备的供电。
17.根据权利要求14所述的设备，其中，所述供电设备还包括向所述用电设备提供信息的电路。
18.一种用于通过以太网接收来自供电设备供电的用电设备，所述用电设备被设置用于向供电设备提供除了按照IEEE 802.3af标准的检测和分级信息之外的其他信息。
19.根据权利要求18所述的设备，包括信息源，设置以提供给定的电学参数作为其他信息。
20.根据权利要求19所述的设备，其中，所述信息源被设置以提取预定量的电流。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，提取所述预定量的电流来响应来自供电设备的供电。
22.根据权利要求19所述的设备，还包括关注事件发生器，用于在提供所述其他信息之前向所述供电设备提供关注事件。
23.一种通过通信链路供电的方法，包括以下步骤：
检测连接至通信链路的用电设备，
检测所述检测到的用电设备的功率要求，
向所述用电设备供电，和
在检测到功率要求之后检测由所述用电设备提供的信息。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述信息是在供电之后由所述用电设备提供的。
25.根据权利要求23所述的方法，其中，所述检测信息的步骤包括检测所述用电设备的预定电学特征。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述检测信息的步骤包括检测由所述用电设备提取的预定量的电流。
27.根据权利要求23所述的方法，还包括确认所述检测到的信息的步骤。
28.根据权利要求23所述的方法，还包括在提供所述信息之前检测由所述用电设备提供的关注事件的步骤。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述关注事件包括提供预定时间的过电流状态。
30.一种局域网(LAN)，包括：
多个节点，
网络集线器，和
通信电缆，将所述节点连接至所述网络集线器，用于提供数据通信；
所述网络集线器包括供电设备，用于通过通信电缆向负载供电；
所述供电设备被设置用于检测除与检测负载和检测负载的功率要求相关的信息之外的由所述负载提供的信息。
31.一种以太网供电(PoE)系统，包括：
供电设备，用于向用电设备供电，所述供电设备被设置用于接收来自用电设备符合IEEE 802.3af标准的用于检测用电设备的检测信息和用于确定用电设备的功率水平的分级信息，和
信息电路，用于处理除按照IEEE 802.3af标准提供的所述检测和分级信息之外的由所述用电设备提供的其他信息。
32.根据权利要求31所述的PoE系统，其中，所述信息电路被设置用于从PD获得功率要求信息。
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