DE102018006742B4

DE102018006742B4 - Stromversorgung über Ethernet unter Verwendung eines einzelnen abgeschirmten verdrillten Adernpaars

Info

Publication number: DE102018006742B4
Application number: DE102018006742.5A
Authority: DE
Inventors: Andrew J. Gardner; Heath Stewart
Original assignee: Analog Devices International ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2038-08-25
Also published as: CN109428730A; US10868680B2; US20190068385A1; JP6749373B2; DE102018006742A1; CN109428730B; JP2019041385A

Abstract

Stromversorgung über Ethernet bzw. Power-over-Ethernet-System (PoE), umfassend:eine Stromversorgungseinrichtung (Power Source Equipment, PSE), die über ein einzelnes Leitungs- bzw. Adernpaar und einen Abschirmungsleiter, der das Adernpaar umgibt, mit einer mit Strom versorgten Vorrichtung (Powered Device, PD) gekoppelt werden soll, wobei die PSE so ausgebildet ist, dass sie differentielle bzw. symmetrische Datensignale über das Adernpaar weiterleitet;erste Wechselstrom-Kopplungskomponenten, die zwischen einem ersten digitalen Kommunikationsschaltkreis in der PSE und dem Adernpaar angeschlossen sind, wobei die ersten Wechselstrom-Kopplungskomponenten Kondensatoren umfassen;eine erste Induktivität mit einem ersten Anschluss, der mit einer ersten Leitung bzw. Ader in dem Adernpaar gekoppelt ist;eine zweite Induktivität mit einem ersten Anschluss, der mit einer zweiten Leitung bzw. Ader in dem Adernpaar gekoppelt ist;wobei die erste Induktivität einen zweiten Anschluss aufweist, der mit einem zweiten Anschluss der zweiten Induktivität an einem ersten gemeinsamen Knoten gekoppelt ist, wobei die erste Induktivität und die zweite Induktivität einen Mittelabgriff-Auto- bzw. Spartransformator umfassen;wobei die PSE eine PSE-Steuereinrichtung umfasst, wobei die PSE-Steuereinrichtung zum Durchführen einer Niederleistungs-Handshakingroutine bzw. Schwachstrom-Quittierungsroutine über das Adernpaar und den Abschirmungsleiter zum Bestimmen von PoE-Anforderungen der PD ausgebildet ist, wobei die erste Ader und die zweite Ader Handshaking- bzw. Quittierungssignale über die erste Induktivität und die zweite Induktivität parallel leiten; undeinen ersten Netzschalter in der PSE, wobei die PSE-Steuereinrichtung zum Schließen des ersten Netzschalters nach der Quittierungsroutine ausgebildet ist, was dazu führt, dass ein erster Anschluss einer Gleichspannungsquelle mit dem ersten gemeinsamen Knoten gekoppelt wird und ein zweiter Anschluss der Spannungsquelle mit dem Abschirmungsleiter gekoppelt wird, so dass eine Gleichspannung zu der PD zum Versorgen der PD mit Strom zugeführt wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Stromversorgung über Ethernet (PoE)-Systeme, bei denen Strom von einer Stromversorgungseinrichtung (PSE) über Adern bzw. Drähte, die auch zum Leiten von differentiellen bzw. symmetrischen Datensignalen, typischerweise Ethernetsignalen, verwendet werden, zu einer mit Strom versorgten Vorrichtung (PD) übertragen wird, und bei denen eine Quittierungsroutine ausgeführt wird, bevor die volle PoE-Spannung an die Adern angelegt wird.
HINTERGRUND
Es ist bekannt, Strom über Datenleitungen für eine Stromversorgung von entfernt vorliegenden Geräten zu übertragen. Bei einer PoE wird ein beschränkter Strom zu Ethernet-verbundenen Geräten (z.B. VoIP-Telefonen, WLAN-Sendern, Sicherheitskameras, usw.) von einem Ethernet-Switch übertragen. Ein Gleichstrom von dem Switch wird bei der CAT-5- Standardverkabelung über zwei oder mehr verdrillte Adernpaare übertragen. Eines oder mehrere der Adernpaare kann oder können auch differentielle bzw. symmetrische Datensignale übertragen, da die Gleichtaktspannung die Daten nicht beeinflusst. Auf diese Weise kann ein Bedarf für die Bereitstellung einer externen Stromquelle für die mit Strom versorgten Vorrichtungen (PDs) ausgeschlossen werden. Die Standards für eine PoE sind in IEEE 802.3.
Eine PoE kann eine standardisierte Schwachstrom-Quittierungsroutine nutzen, um sicherzustellen, dass die PD mit einem Empfangen der PoE-Gleichspannung über die Adern kompatibel ist. Ein solches Quittieren kann aus einem Schwachstrom/Niederspannungssignal bestehen, das durch die PSE auf den Adernpaaren erzeugt wird, und die PD kann in einer charakteristischen Weise antworten, um der PSE mitzuteilen, dass die PD PoE-kompatibel ist (typischerweise als Erfassungssignatur bezeichnet). Eine solche Erfassungssignatur kann aus einem 25 kOhm-Widerstand über die Adernpaare bestehen. Nachdem die PSE die Erfassung durchgeführt hat, kann mittels der Adern eine Schwachstromroutine durchgeführt werden, um die Stromanforderungen der PD sowie andere Informationen zu identifizieren. Dies wird als Klassifizierung bezeichnet.
US 2016/0308683 A1 offenbart Leistungskopplungsschaltungen für Single-Pair-Ethernet mit Anwendungen im Automobilbereich.
US 2016/0054777 A1 offenbart ein 1-DRAHT-BUS-PD-Erkennungs- und Klassifizierungsschema für Ethernet PoDL (Power over Data Line / Stromversorgung über Datenleitung).
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist Aufgabe der vorliegenden Anmeldung eine verbesserte Stromversorgung über Ethernet mit einem einzelnen Leitungspaar bereitzustellen. Die beanspruchten Gegenstände sind in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Vorteilhafte Weiterbindungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Es ist ein PoE-System offenbart, bei dem nur ein verdrilltes Adernpaar für eine differentielle bzw. symmetrische Duplexdatenkommunikation zwischen einer PSE und der PD verwendet wird. Das verdrillte Adernpaar ist durch einen umgebenden Leiter zum Vermindern der Hintergrundrauschkopplung in das Adernpaar umgeben. Der Abschirmungsleiter kann am PSE-Ende geerdet sein.
Die Adern sind mit einem Mittelabgriff-Spartransformator in der PSE und der PD verbunden, wobei der Mittelabgriff eine Gleichstrom (und Niederfrequenz)-Verbindung für beide Adern gleichermaßen bereitstellt. Daher weisen beide Adern die gleichen Spannungen und Quellenströme während einer Schwachstrom-, Niederfrequenz-Quittierungsphase und während die PSE die volle PoE-Spannung der PD zuführt, auf. Der Abschirmungsleiter leitet den Rückstrom für die Quittierungsphase und die PoE-Stromübertragung.
In einer Ausführungsform, bei welcher die PSE nur die PD-PoE-Anforderungen während der Klassifizierungsphase bestimmen kann, präsentiert die PD eine Erfassungssignatur, wie z.B. einen 25 kOhm-Widerstand, zwischen den Adern (mittels des Spartransformators) und dem Abschirmungsleiter. Die PSE erfasst den Signaturwiderstand zum Bestimmen, dass die PD PoE-kompatibel ist. In einer weiteren Ausführungsform, bei der die PSE die PD-PoE-Anforderungen vor der Erfassungsphase bestimmen kann, prüft die PSE die PD mit einem Erfassungsstrom und die PD präsentiert eine Erfassungssignatur, wie z.B. einen Konstantspannungsnebenschluss mit einer Strombeschränkung zwischen den Adern (mittels des Spartransformators) und dem Abschirmungsleiter. Die PSE erfasst die nachfolgende Signaturspannung zum Bestimmen, ob die PD eine Klassifizierung vor dem Anlegen einer vollen Spannung erfordert.
Als nächstes kann die PSE die PD-PoE-Stromanforderungen während einer SchwachstromKlassifizierungsroutine über das Adernpaar (mittels des Spartransformators) und den Abschirmungsleiter bestimmen. In Ausführungsformen, bei denen die PSE die PD-PoE-Stromanforderungen vor der Erfassungsphase bestimmt haben kann, kann die PSE die Klassifizierungsphase überspringen und zu der Einschaltphase fortfahren.
Sobald die Quittierungsphase vorüber ist, schließt die PSE einen Netzschalter zum Koppeln einer PoE-Spannungsquelle zwischen dem Abschirmungsleiter (typischerweise Erdung) und beiden Adern in dem Adernpaar. Beide Adern in dem Adernpaar leiten folglich den PD-Strom parallel, was das Leiten von relativ hohen Strömen ermöglicht. Der Rückstrom wird durch den Abschirmungsleiter geleitet, der typischerweise einen höheren Strom leiten kann als eine Ader in dem Adernpaar. Die Gleichstromleiter weisen deshalb einen niedrigen Widerstand auf, so dass ein geringerer Spannungsabfall auftritt. Die Abschirmung des verdrillten Adernpaars vermindert die Hintergrundrauschkopplung stark. Diese Technik ermöglicht eine Länge des Kabels zwischen der PSE und der PD bis zu etwa einem Kilometer, und zwar im Unterschied zu der typischen Grenze von 100 m für eine Standard-PoE.
Wechselstrom-Kopplungs/Entkopplungsschaltkreise werden bei der PSE und der PD verwendet, um nur differentielle bzw. symmetrische Ethernet-Datensignale zu digitalen Kommunikationsschaltkreisen (z.B. einer PHY) nur mittels des Adernpaars zu leiten.
Verschiedene weitere Ausführungsformen werden beschrieben.
Die Begriffe PSE und PD werden in dieser Beschreibung verwendet, um Geräte, die Strom zuführen, und Geräte, die den Strom aufnehmen, zu bezeichnen, und solche Geräte/Vorrichtungen sind nicht auf Ethernetgeräte/vorrichtungen beschränkt, falls nichts anderes angegeben ist.
Figurenliste

1 zeigt ein PoE-System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei dem ein abgeschirmtes verdrilltes Adernpaar zum Leiten aller Quittierungssignale, der vollen PoE-Gleichspannung und der differentiellen bzw. symmetrischen Ethernetsignale verwendet wird.
2 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte zeigt, die durch das System von 1 ausgeführt werden.

Elemente, die identisch oder äquivalent sind, sind mit dem identischen Zeichen versehen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die 1 zeigt relevante funktionelle Einheiten in einem PoE-System gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Eine PSE 10 und eine PD 12 sind so gezeigt, dass sie mittels eines einzelnen verdrillten Adernpaars 14 gekoppelt sind, das durch einen Abschirmungsleiter 16 umgeben ist. Der Abschirmungsleiter ist geerdet und vermindert Hintergrundrauschsignale, die in das Adernpaar 14 eingekoppelt werden, stark.
Das Adernpaar 14 leitet differentielle bzw. symmetrische Ethernetdatensignale. Die Kondensatoren C1 bis C4 leiten die symmetrischen Datensignale weiter und blockieren Gleichstromsignale. Eine PHY 20 auf der PSE-Seite und eine PHY 22 auf der PD-Seite umfassen herkömmliche analoge und digitale Verarbeitungsschaltkreise für die Datenkommunikation zwischen der PSE 10 und der PD 12. Das Adernpaar 14 leitet die Signale bidirektional (Duplexkommunikation). Der Ethernetdatenabschnitt des Schaltkreises kann herkömmlich sein und ist für die vorliegende Erfindung nicht relevant. In einer weiteren Ausführungsform werden Wechselstromkopplungskondensatoren nicht verwendet und die PHYs 20 und 22 werden mittels Transformatoren wechselstromgekoppelt, die Gleichtaktsignale (wie z.B. Gleichstromsignale) an dem Adernpaar 14 blockieren.
Induktivitäten L1 bis L4 leiten im Wesentlichen nur Gleichstromsignale (und Niederfrequenzsignale) und blockieren Wechselstromsignale (z.B. Ethernetdaten). Da L1 und L2 einen gemeinsamen Knoten aufweisen und L3 und L4 einen gemeinsamen Knoten aufweisen, leiten die Adern in dem Adernpaar 14 dieselbe Gleichspannung, die an den gemeinsamen Knoten der Induktivitäten L1 und L2 angelegt wird. Die Hälfte des PD-Stroms fließt durch jede der vier Induktivitäten L1 bis L4. Die Induktivitäten L1 und L2 bilden einen Mittelabgriff-Spartransformator und die Induktivitäten L3 und L4 bilden einen weiteren Mittelabgriff-Spartransformator. Typischerweise ist der Abschirmungsleiter 16 mit einer Bezugsspannung, wie z.B. einer Erdung, gekoppelt.
Eine PSE-Steuereinrichtung 26 empfängt sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromsignale an dem Adernpaar 14 und ist mit dem Abschirmungsleiter 16 verbunden. In einer Ausführungsform kann die PSE-Steuereinrichtung 26 sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromsignale an die PD-Steuereinrichtung 28 mittels des Adernpaars 14 und des Abschirmungsleiters 16 übertragen. Die PSE-Steuereinrichtung 26 kann ein IC sein, der verschiedene Routinen unter der Kontrolle eines Prozessors, von Firmware, einer Zustandsmaschine, usw., ausführt. Die PSE-Steuereinrichtung 26 führt eine Quittierungsroutine mit der PD-Steuereinrichtung 28 aus, um zu erfassen, dass die PD 12 eine PoE durchführen kann, und um weitere Informationen (z.B. eine Klassifizierungssignatur) von dem PD 12 zu erhalten, welche die PoE-Anforderungen der PD 12 weiterleiten. Die PD-Steuereinrichtung 28 kann ein IC sein, der die verschiedenen Routinen unter der Kontrolle eines Prozessors, von Firmware, einer Zustandsmaschine, usw., ausführt.
Die PD-Steuereinrichtung 28 führt die Quittierungsroutine als Reaktion auf Signale durch die PSE-Steuereinrichtung 26 durch, so dass deren erforderlichen PoE-lnformationen weitergeleitet werden, wodurch die PSE 10 die geeignete Spannung und den geeigneten Strom zu der PD 12 bis zu einem maximalen Stromniveau (in der Klassifizierungssignatur festgelegt) zuführen kann.
Nach dem Einschalten des Systems stellt die PSE-Steuereinrichtung 26 einen begrenzten Strom oder eine begrenzte Spannung (z.B. 5 V) mittels des Adernpaars 14 (das parallel leitet) und des Abschirmungsleiters 16 bereit, um einen Test bezüglich einer Signaturreaktion von der PD 12 durchzuführen, der zeigt, dass die PD 12 eine PoE ausführen kann. Dies wird als die Erfassungsphase bezeichnet. Verschiedene Erfassungssignaturtechniken können verwendet werden, wie z.B. das Anschließen eines 25 kOhm-Widerstands zwischen dem Adernpaar 14 und dem Abschirmungsleiter 16. Die Signaturvorrichtung innerhalb der PD-Steuereinrichtung 28 ist zwischen dem gemeinsamen Knoten der Induktivitäten L3 und L4 und dem Abschirmungsleiter 16 angeschlossen. Die Eigenschaften der Signaturvorrichtung werden durch die PSE-Steuereinrichtung 26 durch Erfassen einer resultierenden Spannung oder eines resultierenden Stroms mittels des gemeinsamen Knotens der Induktivitäten L1 und L2 und des Abschirmungsleiters 16 erfasst. In Ausführungsformen, bei denen die PD-PoE-Anforderungen nur durch die Klassifizierungsphase erhalten werden können und ein gültiger Signaturwiderstand nicht erfasst wird, kann die PSE-Steuereinrichtung 26 nicht mit dem Quittierungverfahren fortfahren und führt die Option aus, keinen Strom über das Adernpaar 14 und den Abschirmungsleiter 16 zuzuführen. In Ausführungsformen, bei denen die PD-PoE-Anforderungen der PSE vor der Erfassungsphase bekannt sind, kann die PSE-Steuereinrichtung 26 auf die Erfassung einer gültigen Signaturspannung durch Fortfahren zu der Einschaltphase und Überspringen der Klassifizierungsphase reagieren.
In Ausführungsformen, bei denen die PD-PoE-Anforderungen nur in der Klassifizierungsphase bestimmt werden können und ein geeigneter Signaturwiderstand durch die PSE-Steuereinrichtung 26 festgestellt wird, werden zusätzliche Schwachstrom- oder Niederspannungssignale durch die PSE-Steuereinrichtung 26 während der Klassifizierungsphase erzeugt, so dass Details bezüglich der PoE-Anforderungen der PD 12 festgestellt werden. In Ausführungsformen, bei denen die PoE-Anforderungen der PD der PSE bereits vor der Erfassungsphase bekannt sind und die geeignete Signaturspannung durch die PSE festgestellt wird, kann die PSE die Klassifizierungsphase überspringen und zu der Einschaltphase fortfahren.
Für Ausführungsformen, bei denen die PD-PoE-Anforderungen nur in der Klassifizierungsphase bestimmt werden können, erhöht die PSE-Steuereinrichtung 26 die Spannung zu der PD-Steuereinrichtung 28 mittels des Adernpaars 14 (die Adern leiten dieselbe Spannung oder denselben Strom parallel) und des Abschirmungsleiters 16 während der Klassifizierungsphase. Dieser Schwachstrom wird verwendet, um die PD-Steuereinrichtung 28 auf dieser Stufe mit Strom zu versorgen. Die PSE-Steuereinrichtung 26 erzeugt entweder einen Puls (was zeigt, dass sie eine Typ 1-PSE ist) oder zwei Pulse (was zeigt, dass sie eine Typ 2-PSE ist). Die PD-Steuereinrichtung 28 reagiert auf die Klassifizierungspulse mit bestimmten Stromniveaus, um festzustellen, ob die PD 12 vom Typ 1 oder vom Typ 2 ist. Eine Typ 1-PD erfordert weniger als 13 W. Eine Typ 2-PD erfordert bis zu maximal 25,5 W. Verschiedene Klassen (z.B. fünf Klassen), die jeweils mit einem maximalen durchschnittlichen Stromniveau und einem maximalen momentanen Stromniveau zusammenhängen, innerhalb dieser Typen können ebenfalls festgestellt werden. IEEE-Standards legen Details der Routinen fest. Andere Klassifizierungsroutinen können verwendet werden. Die PSE-Steuereinrichtung 26 kann diese Stromanforderungsinformationen zum Bestimmen nutzen, ob die PSE 10 der PD 12 den erforderlichen Strom zuführen kann, und die PD-Steuereinrichtung 28 nutzt die Informationen zum Bestimmen, ob die PD 12 vollständig mit der PSE 10 betrieben werden kann. Es gibt maximale Zeitfenster für die Erfassungs- und Klassifizierungsphasen (z.B. 500 ms). Bis zu diesem Punkt wird jedwede Niederleistungs-Handshaking bzw. Schwachstromquittierung (engl.: low power handshaking) durch das Adernpaar 14 (bei dem die zwei Adern dieselbe Spannung und denselben Strom leiten) und die Abschirmungsleiter 16 durchgeführt.
Für Ausführungsformen, bei denen die PD-PoE-Anforderungen vor der Erfassungsphase bestimmt werden können und die PSE eine ungültige Signaturspannung erfasst hat, pulst die PSE die Spannung zwischen dem Adernpaar 14 und dem Abschirmungsleiter 16 zu der PD-Steuereinrichtung 28 auf einen niedrigen Wert, um die Klassifizierungsphase zu initiieren. Die PD wird durch Gleichrichten der Spannung zwischen dem Adernpaar 14 und dem Abschirmungsleiter 16 mit Strom versorgt. Die PD kann auf den PSE-Puls auch durch vorübergehendes Pulsieren der Spannung zwischen dem Adernpaar 14 und dem Abschirmungsleiter 16 zu der PSE-Steuereinrichtung 26 auf einen niedrigen Wert reagieren, um zu zeigen, dass sie vorliegt. Die PSE kann auf den Puls bezüglich des Vorliegens der PD durch Senden einer Reihe von kurzen und langen niedrigen Pulsen zum Leiten von seriellen Informationen zu der PD reagieren. Anschließend an die geleiteten seriellen Informationen kann die PD die Spannung zwischen dem Adernpaar 14 und dem Abschirmungsleiter 16 auf einen niedrigen Wert einstellen oder nicht, um der PSE-Steuereinrichtung 26 als Reaktion der PSE zu signalisieren, die Spannung zu der PD-Steuereinrichtung 28 auf einen niedrigen Wert einzustellen. Wenn die Kombination der empfangenen Pulse von der PD zu der PSE eine gültige und kompatible PD repräsentiert, kann die PSE zu der Einschaltphase fortfahren.
Andere Typen von Erfassungs- und Klassifizierungsroutinen können zukünftig standardisiert und implementiert werden.
Nach dem Abschluss der Erfassungs- und Klassifizierungsphasen schließt die PSE-Steuereinrichtung 26 den Netzschalter 30 zum Koppeln der vollen PSE-Spannung (VPSE) von der Spannungsquelle 32 zwischen dem Adernpaar 14 (mittels der Induktivitäten L1 und L2) und dem Abschirmungsleiter 16.
Sobald die PD-Steuereinrichtung 28 erfasst hat, dass die endgültige Unterspannungsausschaltungs (UVLO)-Schwelle überschritten worden ist, schließt die PD-Steuereinrichtung 28 einen Netzschalter 34 zum Koppeln des Gleichstroms mit der PD-Last 36. Das Schließen des Schalters 34 versorgt auch die PHY 22 und andere digitale Kommunikationsschaltkreise. Die PD-Last 36 kann jedwede Last sein, wie z.B. eine Kamera, Sensoren, usw. An diesem Punkt beginnt die PD 12 normal zu arbeiten. Eine Ethernetkommunikation wird zwischen der PSE 10 und der PD 12 mittels des Adernpaars 14 durchgeführt (der Abschirmungsleiter 16 ist nicht an der Datenkommunikation beteiligt), während ein Gleichstrom unter Verwendung des Adernpaars 14 und des Abschirmungsleiters 16 geleitet wird.
Da beide Adern in dem Adernpaar 14 den PoE-Quellenstrom leiten und der Abschirmungsleiter 16 den Rückstrom leitet, können durch die PD 12 hohe Ströme gezogen werden. Ferner blockiert der Abschirmungsleiter 16, der ein Drahtnetz sein kann, welches das Adernpaar 14 umgibt, ein Hintergrundrauschen, das auf das Adernpaar 14 gekoppelt wird. Dies ermöglicht es, dass die PSE 10 und die PD 12 über einen Kilometer (abhängig von der Datenrate) entfernt sein können, und zwar anstatt der typischen maximalen Trennung von 100 Metern für ein ungeschirmtes verdrilltes Adernpaar. Die Schwachstromquittierung nutzt das Adernpaar 14 und den Abschirmungsleiter 16 zum Leiten der Niederfrequenz-Spannungen und -Ströme und auch der volle Gleichstrom wird durch das Adernpaar 14 und den Abschirmungsleiter 16 geleitet.
Wenn die PSE-Steuereinrichtung 26 und die PD-Steuereinrichtung 28 keinerlei Signale über die Adern in dem Adernpaar 14 senden oder empfangen müssen, kann die direkte Verbindung der Steuereinrichtungen 26 und 28 zu den Adern (wie es in der 1 gezeigt ist) aufgehoben werden, so dass nur eine Gleichstrom (oder Niederfrequenz)-Verbindung zwischen den Steuereinrichtungen 26 und 28 und dem Adernpaar 14 mittels der Induktivitäten L1 bis L4 vorliegt. In einer Ausführungsform sind die Steuereinrichtungen 26 und 28 direkt mit den Adern verbunden, wie es in der 1 gezeigt ist, jedoch wird nur eine der Adern in dem Adernpaar 14 zusammen mit dem Abschirmungsleiter 16 zum Leiten der Schwachstromsignale während der Quittierungsroutine verwendet. In einer weiteren Ausführungsform sind die Steuereinrichtungen 26 und 28 direkt mit den Adern verbunden, wie es in der 1 gezeigt ist, wobei alle Schwachstromsignale während der Quittierungsroutine durch die zwei Adern geleitet werden und der Abschirmungsleiter 16 nicht zum Leiten der Quittierungssignale verwendet wird (der Abschirmungsleiter 16 wird nach wie vor zum Leiten der vollen PoE-Spannung verwendet).
Die 2 zeigt verschiedene Schritte, die in einer Ausführungsform der Erfindung durchgeführt werden, bei der die PSE nur die PD-PoE-Anforderungen während der Klassifizierungsphase bestimmen kann. Weitere Routinen würden für weitere Typen von Erfassungs- und Klassifizierungsverfahren gelten, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
Im Schritt 50 beginnt die Inbetriebsetzung des Systems, wobei das System eine PSE und eine PD umfasst, die mittels eines abgeschirmten verdrillten Adernpaars verbunden sind. Mittelabgriff-Spartransformatoren werden zum Koppeln der Gleichstromsignale und von Niederfrequenz-Quittierungssignalen zu der PSE- und der PD-Steuereinrichtung verwendet.
Im Schritt 52 präsentiert die PD-Steuereinrichtung einen Signaturwiderstand über dem Adernpaar und dem Abschirmungsleiter zum Feststellen, dass die PD PoE-kompatibel ist.
Im Schritt 54 erfasst die PSE-Steuereinrichtung den Signaturwiderstand.
Im Schritt 56 führt die PSE-Steuereinrichtung dann eine Schwachstromklassifizierungsroutine unter Verwendung des Adernpaars und des Abschirmungsleiters durch, wobei beide Adern in dem Adernpaar den Strom parallel leiten.
Im Schritt 58 schließt die PSE-Steuereinrichtung einen Netzschalter zum Koppeln der Gleichspannung zwischen dem Adernpaar und dem Abschirmungsleiter mittels des Spartransformators.
Im Schritt 60 erfasst die PD-Steuereinrichtung die Spannung und wenn diese über einer Schwelle liegt, schließt sie einen Netzschalter zum Koppeln der Gleichspannung mit der PD-Last und digitalen Schaltkreiskomponenten.
Während spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass Veränderungen und Modifizierungen durchgeführt werden können, ohne von dieser Erfindung in ihren breiteren Aspekten abzuweichen, und daher sollen die beigefügten Ansprüche innerhalb ihres Umfangs alle derartigen Veränderungen und Modifizierungen umfassen, die innerhalb des Wesens und Umfangs dieser Erfindung liegen.

Claims

Stromversorgung über Ethernet bzw. Power-over-Ethernet-System (PoE), umfassend: eine Stromversorgungseinrichtung (Power Source Equipment, PSE), die über ein einzelnes Leitungs- bzw. Adernpaar und einen Abschirmungsleiter, der das Adernpaar umgibt, mit einer mit Strom versorgten Vorrichtung (Powered Device, PD) gekoppelt werden soll, wobei die PSE so ausgebildet ist, dass sie differentielle bzw. symmetrische Datensignale über das Adernpaar weiterleitet; erste Wechselstrom-Kopplungskomponenten, die zwischen einem ersten digitalen Kommunikationsschaltkreis in der PSE und dem Adernpaar angeschlossen sind, wobei die ersten Wechselstrom-Kopplungskomponenten Kondensatoren umfassen; eine erste Induktivität mit einem ersten Anschluss, der mit einer ersten Leitung bzw. Ader in dem Adernpaar gekoppelt ist; eine zweite Induktivität mit einem ersten Anschluss, der mit einer zweiten Leitung bzw. Ader in dem Adernpaar gekoppelt ist; wobei die erste Induktivität einen zweiten Anschluss aufweist, der mit einem zweiten Anschluss der zweiten Induktivität an einem ersten gemeinsamen Knoten gekoppelt ist, wobei die erste Induktivität und die zweite Induktivität einen Mittelabgriff-Auto- bzw. Spartransformator umfassen; wobei die PSE eine PSE-Steuereinrichtung umfasst, wobei die PSE-Steuereinrichtung zum Durchführen einer Niederleistungs-Handshakingroutine bzw. Schwachstrom-Quittierungsroutine über das Adernpaar und den Abschirmungsleiter zum Bestimmen von PoE-Anforderungen der PD ausgebildet ist, wobei die erste Ader und die zweite Ader Handshaking- bzw. Quittierungssignale über die erste Induktivität und die zweite Induktivität parallel leiten; und einen ersten Netzschalter in der PSE, wobei die PSE-Steuereinrichtung zum Schließen des ersten Netzschalters nach der Quittierungsroutine ausgebildet ist, was dazu führt, dass ein erster Anschluss einer Gleichspannungsquelle mit dem ersten gemeinsamen Knoten gekoppelt wird und ein zweiter Anschluss der Spannungsquelle mit dem Abschirmungsleiter gekoppelt wird, so dass eine Gleichspannung zu der PD zum Versorgen der PD mit Strom zugeführt wird.
Schaltkreis nach Anspruch 1, bei dem der erste digitale Kommunikationsschaltkreis eine Ethernet-PHY mit einem Adernpaar umfasst.
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die PSE-Steuereinrichtung zum Erfassen einer Signatur der PD als Teil der Quittierungsroutine ausgebildet ist, um zu bestimmen, ob die PD PoE-kompatibel ist, wobei die PD eine Signaturkomponente, die über dem Adernpaar und dem Abschirmungsleiter gekoppelt ist, zum Erfassen der Signaturkomponente durch die PSE-Steuereinrichtung umfasst.
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Quittierungsroutine, die durch die PSE durchgeführt wird, die Stromanforderungen der PD klassifiziert.
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner die PD umfasst, wobei die PD umfasst: zweite Wechselstrom-Kopplungskomponenten, die zwischen dem zweiten digitalen Kommunikationsschaltkreis in der PD und dem Adernpaar angeschlossen sind; eine dritte Induktivität mit einem ersten Anschluss, der mit der ersten Ader in dem Adernpaar gekoppelt ist; eine vierte Induktivität mit einem ersten Anschluss, der mit der zweiten Ader in dem Adernpaar gekoppelt ist; wobei die dritte Induktivität einen zweiten Anschluss aufweist, der mit einem zweiten Anschluss der vierten Induktivität an einem zweiten gemeinsamen Knoten gekoppelt ist; und die PD eine PD-Steuereinrichtung umfasst, wobei die PD-Steuereinrichtung zum Durchführen der Schwachstrom-Quittierungsroutine im Zusammenhang mit der PSE-Steuereinrichtung mittels des Adernpaars und des Abschirmungsleiters ausgebildet ist, um die PoE-Anforderungen der PD zu bestimmen, wobei die erste Ader und die zweite Ader die Quittierungssignale mittels der dritten Induktivität und der vierten Induktivität parallel leiten.
Schaltkreis nach Anspruch 5, bei dem die PD-Steuereinrichtung eine Signaturkomponente umfasst, die über dem Adernpaar und dem Abschirmungsleiter zum Erfassen der Signaturkomponente durch die PSE-Steuereinrichtung als Teil der Quittierungsroutine gekoppelt ist, um zu bestimmen, ob die PD PoE-kompatibel ist.
Schaltkreis nach Anspruch 5 oder 6, der ferner einen zweiten Schalter in dem PD umfasst, der zwischen dem zweiten gemeinsamen Knoten und einer PD-Last zum Zuführen der Gleichspannung zu der PD-Last gekoppelt ist, wenn der zweite Schalter geschlossen ist.
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die PSE-Steuereinrichtung mit der ersten Ader und der zweiten Ader in dem Adernpaar zum Weiterleiten von Wechselstromsignalen über das Adernpaar gekoppelt ist.
Schaltkreis nach Anspruch 8, wobei die PSE-Steuereinrichtung auch mit dem ersten gemeinsamen Knoten der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität gekoppelt ist und auch mit dem Abschirmungsleiter gekoppelt ist.
Schaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schwachstrom-Quittierungsroutine die Stromanforderungen der PD bestimmt.
Verfahren, das in einem Stromversorgung über Ethernet (PoE)-System durchgeführt wird, wobei das System eine Stromversorgungseinrichtung (PSE), die über ein einzelnes Adernpaar und einen Abschirmungsleiter, der das Adernpaar umgibt, mit einer mit Strom versorgten Vorrichtung (PD) gekoppelt ist, wobei die PSE so ausgebildet ist, dass sie differentielle bzw. symmetrische Datensignale über das Adernpaar weiterleitet, wobei das System erste Wechselstrom-Kopplungskomponenten aufweist, die zwischen einem ersten digitalen Kommunikationsschaltkreis in der PSE und dem Adernpaar angeschlossen sind, wobei die ersten Wechselstrom-Kopplungskomponenten Kondensatoren umfassen, wobei das System auch eine erste Induktivität mit einem ersten Anschluss umfasst, der mit einer ersten Ader in dem Adernpaar gekoppelt ist, und eine zweite Induktivität mit einem ersten Anschluss umfasst, der mit einer zweiten Ader in dem Adernpaar gekoppelt ist, wobei die erste Induktivität einen zweiten Anschluss aufweist, der mit einem zweiten Anschluss der zweiten Induktivität an einem ersten gemeinsamen Knoten gekoppelt ist, wobei die erste Induktivität und die zweite Induktivität einen Mittelabgriff-Auto- bzw. Spartransformator umfassen, wobei das Verfahren umfasst: Durchführen einer Niederleistungs-Handshakingroutine bzw. Schwachstrom-Quittierungsroutine über das Adernpaar und den Abschirmungsleiter unter Verwendung einer PSE-Steuereinrichtung zum Bestimmen der PoE-Anforderungen der PD, wobei die erste Ader und die zweite Ader Handshaking- bzw. Quittierungssignale über die erste Induktivität und die zweite Induktivität parallel leiten; und Betreiben eines ersten Netzschalters in der PSE durch die PSE-Steuereinrichtung, wobei die PSE-Steuereinrichtung den ersten Netzschalter nach der Quittierungsroutine schließt, was dazu führt, dass ein erster Anschluss einer Gleichspannungsquelle mit dem ersten gemeinsamen Knoten gekoppelt wird, und ein zweiter Anschluss der Spannungsquelle mit dem Abschirmungsleiter gekoppelt wird, so dass der PD eine Gleichspannung zum Versorgen der PD mit Strom zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: Weiterleiten der differentiellen bzw. symmetrischen Datensignale über das Adernpaar zwischen dem ersten digitalen Kommunikationsschaltkreis in der PSE und dem zweiten digitalen Kommunikationsschaltkreis in der PD.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Schwachstrom-Quittierungsroutine umfasst: Erfassen einer Signaturkomponente in der PD, die über das Adernpaar und den Abschirmungsleiter gekoppelt ist, zum Erfassen der Signaturkomponente durch die PSE-Steuereinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, bei dem die Quittierungsroutine, die durch die PSE durchgeführt wird, Stromanforderungen der PD klassifiziert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, bei dem die PD eine dritte Induktivität mit einem ersten Anschluss, der mit der ersten Ader in dem Adernpaar gekoppelt ist, und eine vierte Induktivität mit einem ersten Anschluss, der mit der zweiten Ader in dem Adernpaar gekoppelt ist, umfasst, wobei die dritte Induktivität einen zweiten Anschluss aufweist, der mit einem zweiten Anschluss der vierten Induktivität an einem zweiten gemeinsamen Knoten gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst: Schließen eines zweiten Schalters in der PD, der zwischen dem zweiten gemeinsamen Knoten und einer PD-Last gekoppelt ist, zum Zuführen der Gleichspannung zu der PD-Last nach der Quittierungsroutine.