CN103066683A - 以太网供电系统中的导体对切换 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以太网供电系统中的导体对切换和一种经由电缆向受电设备（PD）供电的技术，所述电缆具有第一和第二组双绞线对，诸如信号对和备用对，供电设备（PSE）电路经由第一开关被耦合到所述第二组，例如所述备用对。开关控制电路关闭所述第一开关，使得所述PSE电路在只经由所述第一组，例如所述信号对与所述PD连接时执行规定操作，以及所述开关控制电路打开所述第一开关，以使所述PSE电路在经由所述第一组和所述第二组与所述PD连接时执行所述规定操作。

Description

以太网供电系统中的导体对切换

本申请要求于2011年10月24日提交的美国临时专利申请61/550,655的优选权，其全部公开通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及供电系统，更具体地，涉及一种使用四对导体进行供电的以太网供电（PoE）系统。

背景技术

在IEEE标准定义的PoE系统内，供电设备（PSE）经由具有两组双绞线对的CAT-5电缆向受电设备（PD）供电。第一组包括两个导体的“信号”对，以及第二组包括两个导体的“备用”对。PoE系统通常经由在CAT-5电缆内的一组对——“信号”对或“备用”对将电从PSE供应到PD。一些更高功率的PoE系统同时在所有四对导体上供电。

例如，如图1所示出的，LTPoE++TM系统通过将信号对和备用对的中心抽头绑在一起来供电。这种系统包括耦合到输出电路的PSE电路12，所述输出电路由信号对电源线14、备用对电源线16、信号对回流线18和备用对回流线20组成。信号对电源线14被连接到备用对线16，而信号对回流线18被连接到备用对回流线20.

如图2所示例的，线14、16、18和20的每个经由各自的以太网变压器的中心抽头被连接到以太网电缆内的各对导体，所述以太网电缆具有四对导体——两个信号对和两个备用对。特别地，信号对电源线14和信号回流线18被连接到以太网电缆的信号对22和24上，以及备用对电源线16和备用对回流线20被连接到以太网电缆的备用对26和28。以太网变压器将导体对连接到以太网物理层PHY。

通过与图1中的系统相比较，思科的通用以太网供电（UPoE）系统使用两个PSE通道：一个用于信号对，一个用于备用对。如图3所示出的，UPoE系统包括独立的PSE电路120和140。PSE电路120经由信号对电源线14和信号对回流线18供电，而PSE电路140经由备用对电源线16和备用对回流线20供电。备用对回流线20被连接到信号对回流线18。

如果使用标准IEEE检测和分类方案，则用于高功率输送的这两种技术将不能彼此协作。因此，需要一种新技术，该新技术可以在不同的高功率PoE系统之间提供可协作性。

发明内容

根据一个方面，本发明提供一种经由电缆向受电设备（PD）供电的系统，所述电缆具有第一和第二组双绞线对，诸如一组信号对以及一组备用对。该系统具有供电设备（PSE）电路，以及将所述PSE电路耦合到所述第二组的第一开关，例如耦合到备用对组。开关控制电路关闭所述第一开关，从而使所述PSE电路在只经由所述第一组（例如经由信号对组）与所述PD连接时执行规定操作，以及打开所述第一开关，从而使所述PES电路在经由所述第一组和所述第二组与所述PD连接时执行所述规定操作。

特别地，所述第一开关可以被关闭，从而使所述PSE电路只经由所述第一组检测所述PD和/或向所述PD供电，以及所述第一开关可以被打开，从而使所述PSE电路经由所述第一组和所述第二组来检测所述PD和/或向所述PD供电。

所述第一组可以包括在所述电缆内的第一和第二对导体，并且所述第二组可以包括在所述电缆内的第三和第四对导体。

所述PSE电路可以被构造为经由分别耦合到所述第一、第二、第三和第四对导体的第一、第二、第三和第四电源线中的至少一对电源线来供电。

所述第一开关可以被构造为将所述PSE电路耦合到所述第一、第二、第三和第四电源线中的一个。

例如，所述第一开关在检测所述PD后但在向所述PD供电前被打开，从而使所述PSE只经由所述第一组来执行对所述PD的检测，并且经由所述第一组和所述第二组两者向所述检测到的PD供电。

还有，所述第一开关可以被关闭，从而使所述PD只经由所述第一组来提供来自所述PSE电路的电，并且在经由所述第一组供电后，所述第一开关可以被打开，从而使所述PD经由所述第一组和所述第二组两者供电。

在一个可选实施例中，所述系统可以包括用于将所述PSE电路耦合到所述第一组的第二开关。

所述第一开关可被打开，并且所述第二开关可被关闭，从而使所述PSE只经由所述第二组来检测所述PD和/或向所述PD供电。所述第一开关可以被关闭，并且所述第二开关可以被打开，从而使所述PSE只经由所述第一组来检测所述PD和/或向所述PD供电。还有，所述第一开关和所述第二开关都可被打开，从而使所述PSE能够都经由所述第一组和所述第二组两者来检测所述PD和/或向所述PD供电。

在一个示例性实施例中，所述第一开关和所述第二开关可以被控制，从而使所述PSE电路执行一系列的检测操作，以便将与单个PD特征（signature）电路关联的PD以及与一对PD特征电路关联的PD区别开来，或者确定有效的PD是否耦合到所述第一组和第二组两者。

根据本公开的一种方法，所述第一开关和所述第二开关可以通过以下方式进行控制：

打开所述第一开关和关闭所述第二开关，以执行只经由所述第二组来检测所述PD的第一检测操作；

关闭所述第一开关和打开所述第二开关，以执行只经由所述第一组来检测所述PD的第二检测操作；

打开所述第一开关和打开所述第二开关，以执行经由所述第一组和所述第二组两者来检测所述PD的第三检测操作。

如果所述PD的有效特征值在所述第一、第二和第三检测操作中的每个操作期间被检测到，则所述PD就可以被认为是连接到所述第一和第二组两者并与单个特征电路关联的有效PD。

如果所述PD的有效特征值在所述第一和第二检测操作中的每个操作期间被检测到，并且所述有效特征值的一半在所述第三检测操作期间被检测到，则所述PD可被认为与一对特征电路相关联。

通过以下详细的描述，本公开另外的优点和方面对本领域的技术人员来说将变得显而易见，其中，简单地通过预期用于实现本公开的最佳模式的图示来显示和描述本公开的实施例。如将要描述的，本公开可以具有其它的及不同的实施例，并且它的一些细节允许在多个明显方面的修改，而所有修改都不背离本公开的精神。因此，附图和说明书本质上被认为是示例性的而不是限制性的。

附图说明

当结合以下附图阅读时，本公开的实施例的以下详细描述可以最好地被理解，其中没有必要地按比例绘制特征，而是绘制成能最好地图示相关特性，其中：

图1图示了成对绑在一起的高功率PoE系统，诸如LTPoE++TM系统。

图2显示了输出PSE线到以太网电缆的双绞线对的连接。

图3图示了双PSE高功率PoE系统，诸如思科UPoE系统。

图4图示了本公开的示例性PoE系统。

图5图示了本公开的PoE系统的可选实施例。

图6图示了与单个PD特征电路相关联的PD。

图7图示了与一对PD特征电路相关联的PD。

图8图示了本公开的示例性开关控制过程。

具体实施方式

本公开将通过使用以下所呈现的具体示例来说明。然而，将变得显而易见的是，本公开的宗旨适用于任何经由四对导体供电的PoE系统。

图4显示了本公开的示例性PoE系统，包括耦合到输出电路的PSE电路220，所述输出电路具有信号对电源线14、备用对电源线16、信号对回流线18和备用对回流线20。所述输出电路被提供为经由具有四对导体的以太网电缆将电从所述PSE电路220提供到PD。信号对电源线14、备用对电源线16、信号对回流线18以及备用对回流线20可以以图2所示例的方式连接到以太网电缆内的导体对上。

PSE线路220经由诸如MOSFET装置的电源开关240耦合到输出线14、16、18和20中的一个。例如，电源开关240可以提供在PSE电路220和备用对电源线16之间。电源开关240通过开关控制电路260控制，开关控制电路260可以提供在所述PSE电路内或可以是在所述PSE电路的外部。备用对回流线20连接到信号对回流线18。

PSE电路220可以是PSE装置，该PSE装置包括需要执行由IEEE 802.3PoE标准所规定的PSE操作的所有电路。特别地，其可以包括检测电路、可选的分类电路、电源、开关和浪涌（inrush）电流控制电路。

当电源开关240关闭时，PSE电路220只供电到信号对22和24（图2），做为完全依从IEEE的PSE来运行。可选地，当电源开关240打开时，PSE电路220经由以太网电缆所有的四对供电，并因此能够提供比当只经由两对供电时的可能的功率电平还高的功率电平，或与只经由两对供电相比，通过降低环路电阻减少了功率损耗。

例如，当自PSE电路220供应的电被移除时，电源开关240可以被切换。在这种情况下，当开关240关闭时，PSE电路220内的PSE检测和分类电路被允许经由在以太网电缆内的两对导体执行PD的检测和分类。当开关240被打开时，所述PD可以经由四对导体被检测和分类。

电源开关240允许PSE电路220经由两对来执行检测和分类，但经由所有的四对来施加电。在这种情况下，在检测和分类阶段的期间，开关240被关闭，并在检测和分类阶段之后被打开。

在来自PSE电路220的电施加给所述PD后切换电源开关240，允许PSE电路220不是经由两对导体就是经由四对导体来对PD上电。例如，如果只经由两对向PD供电，则电源开关240可以打开，从而添加额外的导体对以供电。如果经由四对导体向PD供电，则电源开关240可以关闭，以便将从供电线路中移除两对。

图5图示了根据本公开的PoE系统的另一个实例。PSE电路220经由第一电源开关240连接到备用对电源线16，并经由第二电源开关280连接到信号对电源线14。第二电源开关280以与第一电源开关240相同的方式操作，但是当所述开关中的一个打开另外一个关闭时，允许PSE电路220不是向信号对供电就是向备用对供电。当两个开关240和280都打开时，可向所有四对一起供电。

当所述开关240和280控制为所述PSE电被移除时，这种构造特别有用，允许单个PSE单独地或成系列地经由信号对和备用对来执行PD检测或分类。这一过程允许所述PSE检测各对内的IEEE PoE检测特性，这是一些高功率PD的明显特征。

还有，图5中的双开关方案提供的PSE电路220具有不是经由信号对组就是经由备用对组为PD上电、并且在上电后添加其他对组的能力。如果PD经由全部的四个导体对来上电，则开关240和280就使PSE电路220与所述对组中的任何一个组断开。

例如，图5中的开关控制电路260可以执行开关控制过程，以便确定是否一个或两个PD特性电路出现在经由以太网电缆内的四对导体连接到PSE电路220的PD中。如图6和7所示例的，经由四个导体对连接到PSE电路220上的PD300可以与单个PD特性电路302（图6）或与一对PD特性电路304和306（图7）关联。

各PD特性电路被构造为为PSE电路220提供依从IEEE PoE标准的检测特性。如果在由IEEE PoE标准规定的检测测试期间，PSE电路220检测到有效的PD特性值，即由IEEE PoE标准所指定的特性值，则连接到以太网电缆的PD300就被视为有效的PD并可以被供电。

图6中的单个PD特性电路302可以经由包括两个二极管电桥的标准PD二极管网络308连接到以太网电缆的两个信号对和两个备用对。通过比较，在图7的PD布置内，PD特性电路304经由二极管电桥310连接到两个信号对，而PD特性电路306则经由二级管电桥320连接到两个备用对。思科UPoE PD装置是图7中的布置的一个实例。

开关控制电路260允许PSE电路220执行检测测试，从而检测PD特性，以便确定PD300是否是具有一个或两个特性电路的有效PD。如图8所示出的，PSE电路220可以执行一系列的检测测试402、404和406，从而确定在各测试中的每个测试期间PD300的检测特性。在执行第一检测测试402之前，开关控制电路260打开开关240并关闭开关280，从而使PSE电路220只经由备用对26和28来检测PD300（图2）。在开关240关闭并且开关280关闭时执行第二检测测试404，，从而只经由信号对22和24检测PD300。当开关240和280都打开时执行第三检测测试406，从而经由所有的四对22、24、26和28来检测PD300。

在PSE电路220中的数据处理电路可以分析所有的3个检测测试402、404和406的结果，以便确定PD300何时是有效的PD装置。特别地，如果在各测试402、404和406中检测到相同的有效PD特性值，例如25kOhm，，则PSE电路220就可以假定其已经检测到与具有单个特性电路的PD的有效的四对连接（如图6中的布置）。

如果第一和第二检测测试402和404检测到相同的有效的PD特性值，例如25kOhm，并且第三检测测试406报告了等于在测试402和404中所检测到的PD特性值的一半的PD特性值（例如12.5kOhm），则PSE电路220就可以假设检测到了两个独立的特性电路，其中一个连接到导体的信号对，另外一个连接到导体的备用对。这两个特性电路并联连接造成了第三次测试406的12.5kOhm结果。

这两个特性电路可以与单个有效的PD300相关联，该PD300连接到在以太网电缆内的四个导体对（如图7的布置）。可选地，在测试402、404和406中检测到的两个独立的特性电路可以与PD关联，该PD由两个独立的有效的PD单元组成：一个连接到所述信号对，另外一个连接到所述备用对。

如果第一检测测试或者第二检测测试报告了无效的PD特性，则第三检测测试就可以被跳过。在这种情况下，PSE电路220就可以假定有效的PD没有连接到以太网电缆的所有的四对上。

然而，如果第一检测测试402检测到有效的PD特性值，但第二检测测试404报告了无效的特性值，则PSE特性电路就可以假定有效的PD被连接到导体的备用对，而未连接到信号对。类似地，如果第一检测测试402检测到无效的PD特性值，但第二检测测试404报告了有效的特性值，则PSE特性电路220就可以假定有效的PD连接到导体的信号对，而未连接到备用对。

本公开的PoE系统可以构造为完全IEEE-依从的PSE，或其可以被构造为与任何一个诸如图1中LTPoE-h-TM系统的多个对绑在一起的高功率PoE系统交互操作，或者与诸如图3中的UPoE系统的双-PSE高功率PoE系统交互操作。

以上的描述示例并描述了本发明的各方面。此外，本公开只显示和描述了优选的实施例，但是如以上所提出的，应该理解的是，本发明可以在各种其他的组合、修改和实施中使用，并且可以在如这里所表达的、与以上教导和/或相关领域的技术或知识相应的发明构思的范围内进行变化或修改。

上述实施例意图进一步解释实践本发明的已知的最佳模式，并使本领域的其他技术人员能够以这些或其他实施例并通过由本发明的具体应用或使用所要求的各种修改来利用本发明。因此，这里的描述并不意图将本发明限制在这里所公开的形式内。

Claims (18)

1.一种经由电缆向受电设备（PD）供电的系统，所述电缆具有第一和第二组双绞线对，所述系统包括：

供电设备（PSE）电路；

第一开关，用于将所述PSE电路耦合到所述第二组；和

开关控制电路，所述开关控制电路用于关闭所述第一开关，从而使所述PSE电路在只经由所述第一组与所述PD连接时执行规定操作，以及用于打开所述第一开关，从而使所述PES电路在经由所述第一组和所述第二组与所述PD连接时执行所述规定操作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一开关被关闭，从而使所述PSE电路只经由所述第一组检测所述PD，并且所述第一开关被打开，从而使所述PSE电路经由所述第一组和所述第二组检测所述PD。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一开关被关闭，从而使所述PSE电路只经由所述第一组向所述PD供电，并且所述第一开关被打开，从而使所述PSE电路经由所述第一组和所述第二组向所述PD供电。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一组包括在所述电缆内的第一和第二对导体，并且所述第二组包括在所述电缆内的第三和第四对导体。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述PSE电路被构造为经由分别耦合到所述第一、第二、第三和第四对导体的第一、第二、第三和第四电源线中的至少一对电源线来供电。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一开关被构造为将所述PSE电路耦合到所述第一、第二、第三和第四电源线中的一个。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一开关在检测所述PD后但在向所述PD供电前打开，从而使所述PD经由所述第一组执行对所述PD的检测，并且经由所述第一组和所述第二组两者向所述检测到的PD供电。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一开关被关闭，从而使所述PD只经由所述第一组来供电，并且在经由所述第一组供电后，所述第一开关被打开，从而使所述PD经由所述第一组和所述第二组两者供电。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括用于将所述PSE电路耦合到所述第一组的第二开关。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一开关被打开并且所述第二开关被关闭，从而使所述PSE只经由所述第二组来检测所述PD。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一开关被打开，以及所述第二开关被关闭，从而使所述PSE只经由所述第二组来向所述PD供电。

12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关都被打开，从而使所述PSE经由所述第一组和所述第二组两者来检测所述PD。

13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关都被打开，从而使所述PSE经由所述第一组和所述第二组两者来向所述PD供电。

14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关被控制，从而使所述PSE电路能够执行一系列的检测操作，以便将与单个PD特征电路关联的PD以及与一对PD特征电路关联的PD区别开。

15.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关被控制使得所述PSE电路执行一系列的检测操作，以便确定有效PD是否耦合到所述第一组和所述第二组两者。

16.在具有电缆的以太网供电（PoE）系统内，所述电缆具有第一和第二组双绞线对，并且PSE电路经由第一开关耦合到所述第二组且经由第二开关耦合到所述第一组，控制所述第一开关和所述第二开关的方法包括以下步骤：

打开所述第一开关和关闭所述第二开关，以执行经由所述第二组来检测PD的第一检测操作；

关闭所述第一开关和打开所述第二开关，以执行经由所述第一组来检测所述PD的第二检测操作；

打开所述第一开关和打开所述第二开关，以执行经由所述第一组和所述第二组两者来检测所述PD的第三检测操作。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，如果所述PD的有效特征值在所述第一、第二和第三检测操作中的每个操作期间被检测到，所述PD被认为是连接到所述第一和第二组两者并与单个特征电路关联的有效PD。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，如果所述PD的有效特征值在所述第一和第二检测操作中的每个操作期间被检测到，并且所述有效特征值的一半在所述第三检测操作期间被检测到，所述PD被认为与一对特征电路相关联。

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