CN202872796U - 以太网供电系统中的抗低频噪声干扰 - Google Patents

以太网供电系统中的抗低频噪声干扰 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了以太网供电（PoE）系统中的抗低频噪声干扰。诸如供电设备（PSE）和/或受电设备（PD）的PoE设备经由串联高阻抗电感器件耦接至用于高数据速率传输的多个电线对上的数据变压器的中心抽头上。

Description

以太网供电系统中的抗低频噪声干扰
相关申请的交叉参考
本申请要求于2012年3月27日提交的美国临时专利申请第61/615,968号、2012年4月26日提交的美国实用申请第13/456,810号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本实用新型总体上涉及网络供电系统和方法，更具体地，涉及以太网供电系统中低频噪声抗干扰。
背景技术
以太网供电（PoE）提供用于通过以太网电缆将电力从电源设备（PSE）输送到受电设备（PD）。存在各种类型的PD，包括互联网语音（VoIP）电话、无线LAN接入点、蓝牙接入点、网络照相机、计算设备等。
在诸如在IEEE 802.3af(其是现在的IEEE 802.3修订和修正的一部分）和802.3at规范中描述的PoE应用程序中，PSE能够将电力经过多个电线对输送到PD。根据IEEE 802.3af，PSE能够经过两个电线对将高达15.4W的电力输送到单个PD。另一方面，根据IEEE 802.3at，PSE能够经由两个电线对将高达30W的电力输送到单个PD。其他的专有解决方案可能能够将更高或不同水平的电力输送到PD。PSE还可以被配置为使用四个电线对来向PD输送电力。
实用新型内容
根据本实用新型的一个实施方式，提供一种以太网供电设备，包括：第一数据变压器，耦接至网络电缆中的第一电线对；第二数据变压器，耦接至网络电缆中的第二电线对；以及以太网供电模块，耦接至所述第一数据变压器的中心抽头和所述第二数据变压器的中心抽头，所述以太网供电模块经由电感元件耦接至所述第一数据变压器的所述中心抽头。
在根据本实用新型实施方式的以太网供电设备的一个优选实施方案中，所述电感元件是电感器。
在根据本实用新型实施方式的以太网供电设备的一个优选实施方案中，所述电感元件是共模扼流圈。
在根据本实用新型实施方式的以太网供电设备的一个优选实施方案中，所述以太网供电模块经由第二电感元件耦接至所述第二数据变压器的所述中心抽头。
在根据本实用新型实施方式的以太网供电设备的一个优选实施方案中，所述以太网供电模块经由所述第一数据变压器的所述中心抽头和所述第二数据变压器的所述中心抽头传输电力。
在根据本实用新型实施方式的以太网供电设备的一个优选实施方案中，所述以太网供电模块是经由所述第一数据变压器的所述中心抽头和所述第二数据变压器的所述中心抽头接收电力的。
根据本实用新型的另一个实施方式，提供一种网络受电设备，包括：发送器，耦接至用于由所述发送器进行的数据传输的第一数据变压器，所述第一数据变压器耦接至第一铜双绞线对；接收器，耦接至用于由所述接收器进行的数据接收的第二数据变压器，所述第二数据变压器耦接至第二铜双绞线对；以及网络受电模块，经由所述第一铜双绞线对和所述第二铜双绞线对接收电力，所述网络受电模块经由第一电感元件耦接至所述第一数据变压器的中心抽头并且经由第二电感元件耦接至所述第二数据变压器的中心抽头。
在根据本实用新型实施方式的以太网受电设备的一个优选实施方案中，所述第一电感元件是电感器。
在根据本实用新型实施方式的以太网受电设备的一个优选实施方案中，所述第一电感元件是共模扼流圈。
附图说明
为了描述能够获得本实用新型的上述及其他优点和特征的方式，将通过参照附图中示出的其具体实施例来给出以上简要描述的本实用新型的更具体的描述。应理解，这些附图仅描述了本实用新型的典型实施例，因此不被认为限制本实用新型的范围，通过使用附图将更具体和详细地描述和说明本实用新型，附图中：
图1示出了以太网供电系统中低频噪声防止的示例性实施例。
图2示出了以太网供电系统中低频噪声防止的第二示例性实施例。
图3示出了以太网供电系统中低频噪声防止的第三示例性实施例。
图4示出了差分数据对的等效电路。
图5示出了以太网供电系统中低频噪声防止的的第四示例性实施例。
图6示出了差分数据对的第二等效电路。
具体实施方式
以下将详细地讨论本实用新型的各种实施例。虽然讨论了具体的实施方式，但应当理解，这样做仅用于说明性目的。本领域的普通技术人员将认识到，在不背离本实用新型的精神和范围的前提下，可使用其他组件和构造。
以太网供电（PoE）能够用于通过用于数据传输的电线对输送电力。PoE可以应用于各种背景下，并且可用于诸如1000BASE-T、10GBASE-T、40GBASE-T或更高数据速率传输系统的数据传输标准。与在10BASE-T和100BASE-TX系统中使用的数据变压器相比，在1000BASE-T和10GBASE-T系统中使用的数据变压器通常会具有更小的电感，由此具有较低的阻抗。在防止1000BASE-T或10GBASE-T数据传输信号受到来自PoE子系统的低频噪声干扰（例如，PoE设备上的开关调节器所产生的噪声）的影响，在数据变压器的中心引线（pin）上引入高阻抗器件，以隔离PoE设备所产生的低频噪声。
图1示出了PoE系统中低频噪声防止的示例性实施例。如图所示，PoE系统包括通过两个电线对输送电力到PD 120的PSE 110。通过在耦接至以太网电缆内的发送（TX）电线对的数据变压器T1和耦接至接收（RX）电线对的数据变压器T3的中心抽头两端施加电压，来提供由PSE 110输送到PD 120的电力。在网络链路的另一端，PD 120通过数据变压器T2和数据变压器T4的中心抽头接收电力。
通常，PD 120可以包括包含能够使PD 120根据IEEE 802.3af、802.3at、传统PoE传输或任何其他类型的PoE传输与PSE 110进行通信的电子装置的PoE模块（未示出）。PD 120还包括控制功率晶体管（例如，其反过来向负载提供恒定电力的场效应晶体管（FET））的控制器（例如，脉冲宽度调制DC：DC控制器）。
应注意，PoE应用于诸如1000BASE-T或10GBASE-T的数据传输系统的问题之一在于，来自PoE子系统的低频噪声干扰所产生的影响。例如，考虑在超过100米的以太网电缆中运行的10GBASE-T系统。该系统对PD产生的低频噪声特别敏感，使得经由10G网络链路中使用的多个电线对进行电力输送会妨碍以10G速率的数据成功传输。
在图1所示的示例性实施例中，附加的高阻抗电感元件（例如，电感器）用来隔离或衰减PoE设备所产生的低频噪声。具体地，PSE 110的高压轨通过由电感器L1和L2表示的串联高阻抗电感器件，而插入数据变压器T1和T3的中心引线上，PD 120通过由电感器L3和L4表示的串联高阻抗电感器件接收来自数据变压器T2和T4的中心引线的高DC电压。在操作中，由电感器L1-L4表示的高阻抗电感器件被配置为隔离由PSE和PD设备产生的低频噪声。
图1所示的示例性实施例被设计成隔离或衰减来自链路两端上的PoE设备的低频噪声。在其它实施例中，PoE设备之一可以是不产生能够干扰高数据速率传输信号的足够低频噪声的相对干净的设备。例如，在典型的安装中，PD更可能产生干扰高数据速率传输信号的低频噪声。在PoE设备是不产生重大的低频噪声的相对干净的设备的情况下，PoE设备可通过很少的串联高阻抗电感器件或不通过串联高阻抗电感器件耦接至数据变压器的中心抽头。
图2示出了以太网供电系统中低频噪声防止的第二示例性实施例。如图所示，高阻抗器件可以包括在网络链路的一端上。具体地，PD 220通过由电感器L3和L4表示的串联高阻抗电感器件接收来自数据变压器T2和T4的中心引线的高DC电压。在该示例中，不在PoE系统的PSE侧添加高阻抗电感器件。应理解，在PD是不产生能够干扰高数据速率传输信号的足够低频噪声的相对干净的设备的情况下，高阻抗电感器件可以添加到PSE侧而不是添加到PD侧。
图3示出了以太网供电系统中低频噪声防止的第三示例性实施例。如图所示，高阻抗电感器件可以包括在PoE设备的一端上。在该示例中，PSE310的高压轨通过由电感器L1表示的串联高阻抗电感器件插入数据变压器T1的中心引线上，并且PD 320通过由电感器L3表示的串联高阻抗电感器件接收来自数据变压器T2的中心引线的高DC电压。在操作中，由电感器L1和L3表示的高阻抗电感器件被配置为隔离由PoE设备产生的低频噪声。应理解，在不背离本实用新型的范围的前提下，能够使用将高阻抗电感器件添加到PSE设备的一侧的其他组合。
如已经描述的，串联高阻抗电感器件的一个示例是串联电感器。图4示出串联电感器的示例中的差分数据对的等效电路。如图所示，电流“Itx”流经两条数据电缆线，电流“Ins”流入数据变压器的中心引线并且通过接地路径返回。根据电感器的阻抗的公式（XL＝jωL，ω=2πf），阻抗XL将在电感器的值增加时增加。因此，当电感器的值L足够高时，它将提供PoE设备的低频噪声（“Ins”）的适当的衰减。
在本实用新型中，应认识到，用于防止低频噪声干扰的高阻抗器件的特定形式是以依赖方式实现的。在另一示例中，高阻抗器件能够实施为共模扼流圈。
图5示出了在串联高阻抗电感器件实施为共模扼流圈的情况下以太网供电系统中的低频噪声防止的第四示例性实施例。在图5所示的示例性实施例中，共模扼流圈L1、L2、L3和L4用于隔离或衰减来自PoE设备的低频噪声。具体地，PSE 510的高压轨通过共模扼流圈L1和L2插入到数据变压器T1和T3的中心引线上，并且PD 520通过共模扼流圈L3和L4接收来自数据变压器T2和T4的中心引线的高DC电压。在操作中，共模扼流圈L1-L4被配置为隔离PoE设备所产生的低频噪声。应理解，共模扼流圈不需要串联连接到每个数据变压器T1-T4的中心抽头，而是可以根据PoE系统所产生的低频噪声的起源选择性地设置。
图6示出了共模扼流圈的示例中差分数据对的第二等效电路。这里，低频噪声被视为施加至差分数据对的共模噪声（噪声1和噪声2）。电流“Itx”流经两条数据电缆线，电流“Ins1”和“Ins2”均流过一条数据电缆线，并通过接地路径返回。观察到，电流“Itx”流经两个绕组，但在相反的缠绕方向上，而电流“Ins1”和Ins2“均仅流经一个绕组，并且在相同的缠绕方向。接地路径不流经绕组。
绕组A的电感限制（降低）电流“Ins1”的流动（与图4中相比），从而降低了“Diff.Data-RX”两端的噪声电压。同样地，绕组B的电感限制（因此降低）电流“Ins2”的流动。绕组A和B具有相同的匝数。由流经绕组A的电流“Itx”（但不包括任何“Ins1”电流分量）产生的安匝数被由流经绕组B的电流“Itx”产生的相反的安匝数抵消。理想地，抵消导致零电感和对电流“Itx”的无限制（不减少）。“Itx”产生与负载“Diff.Data-RX”两端相同的电压。
如已经描述的，通过将高阻抗器件添加到数据变压器的中心抽头，能够实现防止数据传输信号受到来自PoE子系统的低频噪声的干扰的影响。将高阻抗器件添加在数据变压器的中心引线上可应用于可能受到PoE设备所产生的低频噪声的影响的数据传输系统。
本领域的技术人员通过查看前述详细描述，本实用新型的这些以及其它方面将变得显而易见。虽然上面已经描述了本实用新型大量显着特征，但本实用新型能够以对阅读公开的实用新型之后的本领域技术人员显而易见的各种方式实施或执行并且可以是其他实施例，因此，上面的描述不应被认为排除这些其他实施例。此外，应理解，本文所使用的措辞和术语用于说明的目的，并且不应被视为限制。

Claims (9)

1.一种以太网供电设备，包括：
第一数据变压器，耦接至网络电缆中的第一电线对；
第二数据变压器，耦接至网络电缆中的第二电线对；以及
以太网供电模块，耦接至所述第一数据变压器的中心抽头和所述第二数据变压器的中心抽头，所述以太网供电模块经由电感元件耦接至所述第一数据变压器的所述中心抽头。
2.根据权利要求1所述的以太网供电设备，其中，所述电感元件是电感器。
3.根据权利要求1所述的以太网供电设备，其中，所述电感元件是共模扼流圈。
4.根据权利要求1所述的以太网供电设备，其中，所述以太网供电模块经由第二电感元件耦接至所述第二数据变压器的所述中心抽头。
5.根据权利要求1所述的以太网供电设备，其中，所述以太网供电模块是经由所述第一数据变压器的所述中心抽头和所述第二数据变压器的所述中心抽头传输电力的。
6.根据权利要求1所述的以太网供电设备，其中，所述以太网供电模块是经由所述第一数据变压器的所述中心抽头和所述第二数据变压器的所述中心抽头接收电力的。
7.一种网络受电设备，包括：
发送器，耦接至用于由所述发送器进行的数据传输的第一数据变压器，所述第一数据变压器耦接至第一铜双绞线对；
接收器，耦接至用于由所述接收器进行的数据接收的第二数据变压器，所述第二数据变压器耦接至第二铜双绞线对；以及
网络受电模块，经由所述第一铜双绞线对和所述第二铜双绞线对接收电力，所述网络受电模块经由第一电感元件耦接至所述第一数据变压器的中心抽头并且经由第二电感元件耦接至所述第二数据变压器的中心抽头。
8.根据权利要求7所述的网络受电设备，其中，所述第一电感元件是电感器。
9.根据权利要求7所述的网络受电设备，其中，所述第一电感元件是共模扼流圈。
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