CN203135904U - 使电力在单导线对上传送至用电装置的系统、网络装置 - Google Patents

使电力在单导线对上传送至用电装置的系统、网络装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种能使电力在单导线对上传送至用电装置的系统和一种网络装置。该能使电力在单导线对上传送至用电装置的系统，包括：数据变压器，其具有第一端和第二端；第一直流阻隔元件，其具有耦接至所述变压器的第一端的第一侧以及耦接至所述单导线对的第一导线的第二侧；第二直流阻隔元件，其具有耦接至所述变压器的第二端的第一侧以及耦接至所述单导线对的第二导线的第二侧；以及以太网电力模块，其经由二极管和齐纳二极管对耦接至所述单导线对的所述第一导线和所述第二导线。

Description

使电力在单导线对上传送至用电装置的系统、网络装置
技术领域
本实用新型总体上涉及以太网系统，更具体地，涉及使电力在单导线对上传送至用电装置的系统和网络装置。
背景技术
以太网供电（也被称为馈线供电或幻象供电）规范（诸如IEEE 802.3af和802.3at）提供了以太网线缆上的输电架构。各种类型的装置可在以太网线缆上供电，包括IP语音（VoIP）电话、无线LAN接入点、蓝牙接入点、网络摄像机、计算装置等。
通常，以太网供电规范被设计为使用一对变压器在两对线缆上工作。以太网供电最坏情况下能在3类双绞线以太网线缆上运行的距离为100米，且功率较高装置最坏情况下能在5类双绞线以太网线缆上运行的距离为100米。
实用新型内容
本实用新型提供了一种能使电力在单导线对上传送至用电装置的系统，包括：数据变压器，其具有第一端和第二端；第一直流阻隔元件，其具有耦接至所述变压器的第一端的第一侧以及耦接至所述单导线对的第一导线的第二侧；第二直流阻隔元件，其具有耦接至所述变压器的第二端的第一侧以及耦接至所述单导线对的第二导线的第二侧；以及以太网电力模块，其经由二极管和齐纳二极管对耦接至所述单导线对的所述第一导线和所述第二导线。
上述系统中，所述第一直流阻隔元件和所述第二直流阻隔元件是电容器。
上述系统中，所述以太网电力模块是在所述单导线对上发送电力的供电设备。
上述系统中，所述以太网电力模块是在所述单导线对上接收电力的用电装置。
上述系统中，所述单导线对是双绞线。
上述系统中，所述单导线对是同轴电缆。
上述系统中，所述以太网电力模块的第一端经由所述二极管耦接至所述第一导线，以及所述以太网电力模块的第二端经由所述齐纳二极管耦接至所述第二导线。
上述系统中，所述以太网电力模块的第一端耦接至所述二极管的第一端，所述二极管的第二端耦接至所述齐纳二极管的第一端，以及所述齐纳二极管的第二端耦接至所述单导线对的所述第一导线。
本实用新型提供了一种网络装置，包括：数据变压器，其具有第一端和第二端，所述数据变压器能使所述网络装置经由单导线对与链路伙伴装置发送和接收数据；直流阻隔元件，其具有耦接至所述变压器的所述第一端的第一侧以及耦接至所述单导线对的第一导线的第二侧；以及以太网电力模块，其经由二极管耦接至所述单导线对的所述第一导线，其中，所述以太网电力模块能使电力在所述单导线对上传输。
上述网络装置中，所述以太网电力模块经由齐纳二极管耦接至所述单导线对的所述第二导线。
附图说明
为描述可获得本实用新型以上列举的和其他优点及特征的方式，将参照附图中示出的其具体实施方式来给出对以上简述的本实用新型的更具体描述。应理解，这些附图仅示出本实用新型的典型实施方式，且因此不应被视为对本实用新型范围的限定，将通过使用附图用附加特征和细节来描述和说明本实用新型，其中：
图1示出了两对以太网供电系统的实施方式。
图2示出了使用电感器的单对以太网供电系统的一个实例。
图3至图8示出了使用二极管和齐纳二极管的单导线对传输系统供电的示意性实施方式。
具体实施方式
以下将详细论述本实用新型的各种实施方式。尽管论述具体实施方式，但应当理解，这样做仅是用于说明的目的。相关领域技术人员将认识到，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，可使用其他组件或配置。
提供了一种用于在单对导线以太网传输系统中供电的方法。以太网供电（PoE）模块（诸如供电设备（PSE）或用电设备（PD））经由阻止数据传输信号干扰以太网电力模块的频率不敏感耦接组件耦接至单对导线。耦接组件的频率不敏感特性确保了低频信号（诸如在物理层装置（PHY）之间的自动协商期间使用的信号）不会传递至以太网电力模块。在一种实施方式中，频率不敏感组件基于背对背二极管和齐纳二极管对。
图1示出了两对PoE系统的一个实例。如图所示，两对PoE系统包括经由两个导线对（诸如双绞线对）输电至PD 140的PSE 120。由PSE 120传送至PD 140的电力通过施加在跨以太网线缆内带有的耦接至发送（TX）线对的第一数据变压器112与耦接至接收（RX）线对的第二数据变压器114的中心分接的两端上的电压来提供。PD 140在耦接至TX线对的第三数据变压器132和耦接至RX线对的第四数据变压器134的中心分接处接收由PSE 120发送的电力。
进一步如图1所示，PD 140包括PoE模块142。PoE模块142包括能使PD 140根据PoE规范（诸如IEEE 802.3af、802.3at、传统PoE传输、或任何其他类型的PoE传输）与PSE 120通信的电子装置。PD 140还包括控制器144（例如，脉宽调制DC:DC控制器），该控制器144控制功率晶体管146（例如，FET或双极管），晶体管146转而提供恒定功率至负载150。
在图1的说明中，由PSE 120经由两个导线对通过在PSE侧连接至数据变压器112和114的中心分接以及在PD侧连接至数据变压器132和134的中心分接来将功率传送至PD 140。随着大量安装包括单对布线，单对PoE系统也需要满足这些潜在市场。
图2示出了将PoE应用于单对以太网系统的实例。该单对以太网系统的一个实例是博通公司（Broadcom）的BroadR-Reach技术，其支持100米传统以太网服务和需要单个导线对上长于100米覆盖或操作的其他应用。在各种实例中，扩展的覆盖扩大了线缆安装的范围且可用于新的IP服务和应用，诸如宽带接入、IP语音、无线接入点和监控摄像头。
对于单对安装，PSE和PD处仅使用单个数据变压器。如图所示，单个数据变压器201用在PSE侧，而单个数据变压器211用在PD侧。在该单对安装中，通过在PSE侧引入电容元件202、204以及在PD侧引入电容元件212、214能实现数据变压器201、211的DC隔离。在一个实例中，单对以太网可用于使自动以太网收发器便利，该自动以太网收发器使用单对无屏蔽双绞（UTP）线缆来支持数据传输（例如，100Mbps）。应理解，使用有利于该应用的导电介质可支持各种其他类型的PD。
如图所示，在隔断电容器202、204之后，由PSE 230将电力注入单导线对上。类似地，在隔断电容器212、214之前，由PD 240从单导线对提取电力。在该配置中，PSE侧的电容器202、204和PD侧的电容器212、214被设计为阻止或防止由PSE 230注入的DC电流流入数据变压器201、211中。从而防止了通过将电力注入单对导线上而导致的数值变压器201、211的饱和。明显地，当AC电流通过电容器202、204、212、214时，PSE侧的电容器202、204以及PD侧的电容器212、214不影响PHY之间的数据传输。
当经由单对以太网传输系统引入电力时，PoE模块可能影响由PHY所需的差分阻抗，这可能导致回波损耗问题、信号失真等。为避免对传输系统的这种不利影响，可使用高阻抗电感器L1、L2、L3和L4来将PSE 230和PD 240耦接至单导线对。更具体地，可使用电感器L1和L2将PSE 230耦接至单导线，而可使用电感器L3和L4将PD 240耦接至单导线对。
在某些应用中，PoE系统操作的空间有限。这种空间约束应用的一个实例是自动数码相机应用。在该实例环境下，由于需要支持经由单对导线输电的组件以遵循更严格的空间约束，所以空间限制甚至更加明显。因此，在这些或其他空间约束应用中，将需要尺寸非常小的电感器。缩减电感器的尺寸可能存在各种问题。
首先，当具有相同额定电流时，尺寸较小的电感器通常具有较低电感值。由于电感器的阻抗被定义为XL＝jωL，其中，ω=2πf，所以较低电感也将产生较低阻抗。因此，尺寸较小的电感器可能无法满足隔离的要求。其次，阻抗XL具有随频率变化的值，从而当频率很低时，阻抗XL将很低。这种频率依赖性在PHY之间的自动协商期间，由于自动协商信号的频率非常低，可能会产生其他问题。这里，尺寸较小的电感器可能不足以阻挡频率较低的自动协商信号传入以太网电力模块中从而导致自动协商过程失败。最后，尺寸小的电感器具有较高DC电阻。由于电感器自身会消耗更多电力，所以该较高DC电阻将引起跨电感器两端的更大DC电压降。该电力消耗在以太网供电应用中尤其重要，因为它将减少由PSE经由单对导线可传送至PD的电量。
在本实用新型中，应当意识到，可使用频率不敏感的耦接组件通过将PoE模块耦接至单对导线来缓解这些或其他附带问题。图3示出了可应用于单对以太网供电系统的频率不敏感的耦接组件的实例性实施方式。
如实例性实施方式所示，PSE 330和PD 340均经由频率不敏感的二极管和齐纳二极管对耦接至单对导线。更具体地，PSE 330经由二极管D1和齐纳二极管D2耦接至单对导线，而PD 340经由二极管D3和齐纳二极管D4耦接至单对导线。在本实用新型中，应当意识到，二极管/齐纳二极管对可用于实现以太网电力模块与单导线对上的数据传输的AC隔离。这里，二极管D1将仅允许电流在其正偏方向上流动，而齐纳二极管D2将仅允许电流在其反偏方向上流动（或反向击穿模式）。
图3示出了流过正偏二极管D1、D3和反偏齐纳二极管D2、D4的电流方向。从DC电流的观点来看，二极管D1、D3和齐纳二极管D2、D4将允许DC电流通过，且将不会限制PSE 330经由单导线对将DC电传送至PD 340。
本实用新型的一个特征在于，AC阻挡机制对频率不敏感，且将不会影响由数据传输系统所需的差分阻抗。此外，二极管可被实施为低正向电压二极管，以及齐纳二极管可被实施为低反向电压齐纳二极管，这将减小跨二极管和齐纳二极管两端的电压降。这将不会明显减少由PSE经由单对导线可传送至PD的电量。在一种实例性实施方式中，齐纳二极管可被实施为1.5V 1W的齐纳二极管，与可使用的可比较电感器相比，其将具有相等或更低的电压降。该实例性齐纳二极管还将具有较低功耗。
将理解，二极管和齐纳二极管相对于PSE和PD耦接至单导线对的具体位置可改变。如图4和图5所示，二极管和齐纳二极管可背对背放置在PSE或PD耦接至单导线对的一侧。
如上所述，二极管/齐纳二极管对可用于为单个以太网电力模块提供AC隔离。在以太网电力模块自身不产生可能潜在中断单对导线上的数据传输的显著低频噪声的情况下，可去除齐纳二极管。图6示出了PSE 630产生很小乃至没有低频噪声的实例性实施方式。在该实例性情景下，可去除PSE侧的齐纳二极管D2。该实例性实施方式表示PSE 630产生很小乃至没有低频噪声而PD 640产生显著低频噪声（例如，由开关稳压器产生的噪声）的典型应用。
在PSE和PD均不产生显著低频噪声的情况下，可去除PSE和PD侧的齐纳二极管。图7示出了这种实施方式的一个实例。如图所示，齐纳二极管D2已从PSE 730到单对导线的耦接中去除，以及齐纳二极管D4已从PD 740到单对导线的耦接中去除。这里，应当注意，保留二极管D1和二极管D3将能实现隔离数据传输信号进入以太网电力模块。最后，图8示出了低噪声环境的又一实施方式，其中，齐纳二极管D2已从PSE 830侧去除，以及二极管D3已从PD 840侧去除。
如上已述，二极管/齐纳二极管架构可用于提供频率不敏感机制以在单对以太网传输系统中实现AC隔离，且可用在空间约束应用中作为对电感器的替代。应当注意，在一种实施方式中，可将本实用新型的原理应用于无数据变压器的单对应用，其中，使用集成电路来仿效数据变压器。
应当理解，本实用新型的原理可应用于所有类型的双绞线缆，包括2类、3类、5类、6类、7类等。本实用新型的原理也可应用于双导线电缆，诸如RG6同轴电缆。一般地，本实用新型的原理可用于经由单对数据接口来实施供电和/或高速通信（例如，10Mb/s、100Mb/s、1Gb/s以太网等）的所有传输系统。这适用于标准以太网连接或跨度大于100米的BroadR-Reach连接。
在以上描述中，参考了IEEE标准修正案的802.3af和802.3at规范。应当理解，本实用新型的原理也将适用于结合这些修正案以及将来对IEEE标准的修正案的基本IEEE标准。
对于本领域技术人员而言，通过回顾之前的详细描述，本实用新型的这些和其他方面将变得显而易见。尽管以上已描述了本实用新型的多种显著特征，但本实用新型可具有以对于本领域普通技术人员而言在阅读所公开的实用新型之后将是显而易见的各种方式实践或执行的其他实施方式，因此，以上描述不应被视为排除了这些其他实施方式。同时，应当理解，本文所使用的措辞和术语是用于描述的目的且不应被视为限定。

Claims (10)

1.一种能使电力在单导线对上传送至用电装置的系统，包括：
数据变压器，其具有第一端和第二端；
第一直流阻隔元件，其具有耦接至所述变压器的第一端的第一侧以及耦接至所述单导线对的第一导线的第二侧；
第二直流阻隔元件，其具有耦接至所述变压器的第二端的第一侧以及耦接至所述单导线对的第二导线的第二侧；以及
以太网电力模块，其经由二极管和齐纳二极管对耦接至所述单导线对的所述第一导线和所述第二导线。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一直流阻隔元件和所述第二直流阻隔元件是电容器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述以太网电力模块是在所述单导线对上发送电力的供电设备。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述以太网电力模块是在所述单导线对上接收电力的用电装置。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述单导线对是双绞线。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述单导线对是同轴电缆。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述以太网电力模块的第一端经由所述二极管耦接至所述第一导线，以及所述以太网电力模块的第二端经由所述齐纳二极管耦接至所述第二导线。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述以太网电力模块的第一端耦接至所述二极管的第一端，所述二极管的第二端耦接至所述齐纳二极管的第一端，以及所述齐纳二极管的第二端耦接至所述单导线对的所述第一导线。
9.一种网络装置，包括：
数据变压器，其具有第一端和第二端，所述数据变压器能使所述网络装置经由单导线对与链路伙伴装置发送和接收数据；
直流阻隔元件，其具有耦接至所述变压器的所述第一端的第一侧以及耦接至所述单导线对的第一导线的第二侧；以及
以太网电力模块，其经由二极管耦接至所述单导线对的所述第一导线，其中，所述以太网电力模块能使电力在所述单导线对上传输。
10.根据权利要求9所述的网络装置，其中，所述以太网电力模块经由齐纳二极管耦接至所述单导线对的所述第二导线。
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