DE102019118015A1

DE102019118015A1 - Ein System und Verfahren zur Übertragung von Strom und Signalen

Info

Publication number: DE102019118015A1
Application number: DE102019118015.5A
Authority: DE
Inventors: Michael-John McNulty
Original assignee: Connaught Electronics Ltd
Current assignee: Connaught Electronics Ltd
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2021-01-07

Abstract

Ein System zur Übertragung von Strom und Signalen umfasst einen ersten Sendeempfänger, einen zweiten Sendeempfänger und ein geschirmtes Differenzialkabel, das den ersten Sendeempfänger an den zweiten Sendeempfänger koppelt, wird beschrieben. Das geschirmte Differenzialkabel umfasst ein Differenzialpaar von Leitern, das einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfasst, und eine Schirmung, die den ersten Leiter und den zweiten Leiter umschließt. Ferner koppelt ein Strom-über-geschirmt-Differenzialfilter ein Stromquellenelement an das Differenzialpaar von Leitern und die Schirmung. Das Verfahren zum Übertragen von Strom über ein Differenzialpaar von Leitern, die Signale transportieren, und eine Schirmung, die die Differenzialleiter umschließen, umfasst das Übertragen von Signalen über das Differenzialpaar unter Verwendung eines Sendeempfängers und das Übertragen von Strom durch Koppeln einer Stromquelle an das Differenzialpaar und die Schirmung, die das Differenzialpaar umschließt, über ein impedanzangepasstes Netzwerk.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System und ein Verfahren zur Übertragung und zum Empfang von Strom und Signalen. Insbesondere betrifft die Offenbarung die Übertragung von Strom und Signalen zu einer Kamera oder einer Bildgebungsvorrichtung und deren Empfang.
Hintergrund
Strom über Ethernet oder PoE beschreibt jeden von mehreren Standards oder Ad-hoc-Systemen, die elektrischen Strom zusammen mit Daten/Signalen auf einer Twisted-Pair-Ethernet-Verkabelung (Übertragungsleitung) übermitteln. Dies erlaubt es, dass Vorrichtungen sowohl eine Datenverbindung als auch elektrischer Strom über ein einzelnes Kabel bereitgestellt werden.
Da PoE ein Twisted-Pair für die Übertragung sowohl von Signalen als auch von Strom verwendet, können Datensignale durch das Rauschen der Stromversorgung, die an das Twisted-Pair gekoppelt ist, beeinträchtigt werden. Ferner sind, um eine akzeptable Übertragung von Signalen zu erreichen, komplexe Filter erforderlich, um das Rauschen der Stromversorgung zu reduzieren. Außerdem sind komplexe Schaltungen erforderlich, um den Strom und die Signale an die Twisted-Pair-Ethernet-Verkabelung (Übertragungsleitung) zu koppeln bzw. zu entkoppeln.
Ferner bewirkt PoE aufgrund des Rauschens, das durch die Stromversorgung eingeführt wird, eine wesentliche Einschränkung der Übertragungsgeschwindigkeit oder der Bandbreite der Übertragungsleitung.
Daher besteht ein ungelöstes Erfordernis an einem System und einem Verfahren zur Übertragung und zum Empfang von Strom und Signalen über eine Übertragungsleitung, die gegenüber dem Rauschen der Stromversorgung immun ist, die eine wesentlich größere Bandbreite bzw. größere Übertragungsgeschwindigkeiten auf der Übertragungsleitung erlaubt und gleichzeitig die Komplexität und die Anzahl von Komponenten der Schaltungen zum Koppeln von Strom an die Übertragungsleitung bzw. zum Entkoppeln reduziert.
Eine Aufgabe besteht darin, ein verbessertes System und Verfahren für das System zur Übertragung von Strom und Signalen bereitzustellen.
Kurzdarstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Übertragung und zum Empfang von Strom und Signalen, wie in den angehängten Ansprüchen definiert. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zur Übertragung und zum Empfang von Strom und Signalen unter Verwendung eines geschirmten Differenzialpaarkabels als Übertragungsleitung.
Das System zur Übertragung von Strom und Signalen umfasst einen ersten Sendeempfänger, einen zweiten Sendeempfänger und ein geschirmtes Differenzialkabel, das den ersten Sendeempfänger an den zweiten Sendeempfänger koppelt. Das geschirmte Differenzialkabel umfasst ein Differenzialpaar von Leitern, das einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfasst, und eine Schirmung, die den ersten Leiter und den zweiten Leiter umschließt. Ferner koppelt ein Strom-über-geschirmt-Differenzialfilter ein Stromquellenelement an das Differenzialpaar von Leitern und die Schirmung. Es versteht sich, dass ein geschirmtes Twisted-Pair verwendet werden kann, das einem geschirmten Differenzialpaarkabel technisch äquivalent ist.
Das Verfahren zum Übertragen von Strom über ein Differenzialpaar von Leitern, die Signale transportieren, und eine Schirmung, die die Differenzialleiter umschließen, umfasst das Übertragen von Signalen über das Differenzialpaar unter Verwendung eines Sendeempfängers und das Übertragen von Strom durch Koppeln einer Stromquelle an das Differenzialpaar und die Schirmung, die das Differenzialpaar umschließt, über ein impedanzangepasstes Netzwerk.
Das System zum Empfang von Strom und Signalen umfasst einen ersten Sendeempfänger, einen zweiten Sendeempfänger und ein geschirmtes Differenzialkabel, das den ersten Sendeempfänger an den zweiten Sendeempfänger koppelt. Das geschirmte Differenzialkabel umfasst ein Differenzialpaar von Leitern, das einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfasst, und eine Schirmung, die den ersten Leiter und den zweiten Leiter umschließt. Ferner koppelt ein Strom-über-geschirmt-Differenzialfilter ein Stromsenkenelement an das Differenzialpaar von Leitern und die Schirmung.
Das Verfahren zum Empfangen von Strom über ein Differenzialpaar von Leitern, die Signale transportieren, und eine Schirmung, die die Differenzialleiter umschließen, umfasst das Empfangen von Signalen über das Differenzialpaar unter Verwendung eines Sendeempfängers und das Empfangen von Strom durch Koppeln einer Stromsenke an das Differenzialpaar und die Schirmung, die das Differenzialpaar umschließt, über ein impedanzangepasstes Netzwerk.
Figurenliste
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform davon, die nur als Beispiel gegeben ist, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen klarer verstanden, in denen:-

1 ein Funktionsdiagramm des Systems zur Übertragung von Strom und Signalen beispielhaft darstellt und
2 ein Funktionsdiagramm des Strom-über-geschirmt-Differenzialfilters beispielhaft darstellt.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Übertragung und zum Empfang von Strom und Signalen. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zur Übertragung und zum Empfang von Strom und Signalen unter Verwendung eines geschirmten Differenzialpaarkabels als Übertragungs leitung.
1 stellt beispielhaft ein Funktionsdiagramm des Systems zur Übertragung von Strom und Signalen dar.
Das System zur Übertragung von Strom und Signalen umfasst einen ersten Sendeempfänger 103, einen zweiten Sendeempfänger 104 und ein geschirmtes Differenzialkabel, das den ersten Sendeempfänger 103 an den zweiten Sendeempfänger 104 koppelt. Das geschirmte Differenzialkabel umfasst ein Differenzialpaar von Leitern, das einen ersten Leiter 101 und einen zweiten Leiter 102 umfasst, und eine Schirmung 106, die den ersten Leiter 101 und den zweiten Leiter 102 umschließt. Ferner koppelt ein Strom-über-geschirmt-Differenzialfilter 105a die Stromquelle an den ersten Leiter 101 und den zweiten Leiter 102 und die Schirmung 106. Ein anderer Strom-über-geschirmt-Differenzialfilter 105b koppelt die Stromsenke an den ersten Leiter 101 und den zweiten Leiter 102 und die Schirmung 106.
Das Verfahren zum Übertragen von Strom über das Differenzialpaar von Leitern 101, 102, die Signale transportieren, und eine Schirmung 106, die die Differenzialleiter 101, 102 umschließen, umfasst das Übertragen von Signalen über das Differenzialpaar 101, 102 unter Verwendung des Sendeempfängers 103 und das Übertragen von Strom durch Koppeln einer Stromquelle an das Differenzialpaar 101, 102 und die Schirmung 106, die das Differenzialpaar 101, 102 umschließt, über ein impedanzangepasstes Netzwerk.
Das System zum Empfang von Strom und Signalen umfasst einen ersten Sendeempfänger 103, einen zweiten Sendeempfänger 104 und ein geschirmtes Differenzialkabel, das den ersten Sendeempfänger 103 an den zweiten Sendeempfänger 104 koppelt. Das geschirmte Differenzialkabel umfasst ein Differenzialpaar von Leitern, das einen ersten Leiter 101 und einen zweiten Leiter 102 umfasst, und eine Schirmung 106, die den ersten Leiter 101 und den zweiten Leiter 102 umschließt. Ferner koppelt der Strom-über-geschirmt-Differenzialfilter 105b ein Stromsenkenelement an das Differenzialpaar von Leitern 101, 102 und die Schirmung 106.
Das Verfahren zum Empfangen von Strom über ein Differenzialpaar 101, 102 von Leitern, die Signale transportieren, und eine Schirmung 106, die die Differenzialleiter 101, 102 umschließen, umfasst das Empfangen von Signalen über das Differenzialpaar 101, 102 unter Verwendung des Sendeempfängers 104 und das Empfangen von Strom durch Koppeln einer Stromsenke an das Differenzialpaar 101, 102 und die Schirmung 106, die das Differenzialpaar 101, 102 umschließt, über ein impedanzangepasstes Netzwerk.
2 stellt beispielhaft ein Funktionsdiagramm des Strom-über-geschirmt-Differenzialfilters 105 dar. Der Strom-über-geschirmt-Differenzialfilter 105 ist in einer Sternauslegung mit dem Differenzialpaar von Leitern 101, 102 und der Schirmung 106 verbunden. Ein erstes Impedanzelement Z1a koppelt die Dreiwegeanbindung 202 der Sternauslegung an den ersten Leiter 101. Ein zweites Impedanzelement Z1b koppelt die Dreiwegeanbindung 202 der Sternauslegung an den zweiten Leiter 102. Das Stromquellen-/-senkenelement 203 wirkkoppelt die Dreiwegeanbindung 202 der Sternauslegung und die Schirmung 106.
Das Stromquellen-/-senkenelement 203 ist mit einem dritten Impedanzelement Z2 und einem vierten Impedanzelement Z3 in Reihe gekoppelt und ein fünftes Impedanzelement Z4 ist mit dem Stromquellenelement und der vierten Impedanz in Reihe parallel geschaltet. Mit anderen Worten ein Ende des Impedanzelements Z4 ist mit der Erde verbunden und ein anderes Ende ist mit dem Knoten 201 verbunden. Ferner ist die Stromquelle/-senke 203 an einem Ende geerdet. Das andere Ende der Stromquelle/-senke 203 ist in Reihe mit dem dritten Impedanzelement Z2 und dem vierten Impedanzelement Z3 an die Dreiwegeanbindung 202 der Sternauslegung gekoppelt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die kombinierte Impedanz des ersten Impedanzelements Z1a und des zweiten Impedanzelements Z1b wesentlich höher als die Differenzialimpedanz der Übertragungsleitung zwischen dem Differenzialpaar von Leitern. Ferner würde es sich für einen Fachmann verstehen, dass das erste Impedanzelement Z1a, das zweite Impedanzelement Z1b, das dritte Impedanzelement Z2, das vierte Impedanzelement Z3 und das fünfte Impedanzelement Z4 auf Basis eines Frequenzgangs der Schnittstelle zwischen Strom und Übertragungsleitung ausgewählt werden. Es versteht sich, dass zusätzliche Impedanzelemente verwendet werden können.
Für einen Fachmann würde es sich verstehen, dass das oben offenbarte System und Verfahren die im Stand der Technik existierenden Probleme überwindet und die folgenden Vorteile aufweist.
Das oben offenbarte System und Verfahren beseitigt das Erfordernis, Strom separat zu leiten, wenn zwei Anordnungen, die eine Differenzialschnittstelle gemeinsam verwenden, verbunden werden.
Darüber hinaus kann der Differenzialeingangsbereich der Empfangsausrüstung viel kleiner sein und braucht keine DC-Stromversorgung im Differenzialspannungsbereich zu beinhalten. Ferner wird der Strom zwischen den zwei Differenzialpaar(DP)-Leitern in gleichem Maße gemeinsam verwendet, wodurch die Stromzuführung verbessert wird, und das Differenzialsignal wird durch das Stromversorgungsrauschen nicht verschlechtert oder beeinträchtigt. Außerdem kann die Impedanz von Komponenten ausgewählt werden, um die nützliche Bandbreite des Gesamtlinks zu optimieren.
Ferner leitet das obige System und Verfahren Strom unter Verwendung der existierenden Differenzialleiter. Außerdem reduziert das obige Verfahren und System die Anzahl von Komponenten des Strom-über-geschirmt(PoS)-Filters und vereinfacht dadurch das Hardwaredesign.
In der Beschreibung werden die Begriffe „umfassen, umfasst“ oder jede Variante davon und die Begriffe „beinhalten, beinhaltet“ oder jede Variante davon als völlig austauschbar betrachtet und ihnen sollte die weitestmögliche Auslegung gewährt werden und umgekehrt.
Für einen Fachmann würde es sich verstehen, dass die obige Erfindung eine robuste und wirtschaftliche Lösung für die beim Stand der Technik identifizierten Probleme bereitstellt.
Die Erfindung ist nicht auf die hier vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann sowohl hinsichtlich Konstruktion als auch Detail variiert werden.

Claims

System zur Übertragung von Strom und Signalen, das Folgendes umfasst: einen ersten Sendeempfänger; einen zweiten Sendeempfänger; ein geschirmtes Differenzialkabel, das den ersten Sendeempfänger an den zweiten Sendeempfänger koppelt, wobei das geschirmte Differenzialkabel Folgendes umfasst: ein Differenzialpaar von Leitern, das einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfasst, und eine Schirmung, die den ersten Leiter und den zweiten Leiter umschließt; und einen Strom-über-geschirmt-Differenzialfilter, der ein Stromquellenelement an das Differenzialpaar von Leitern und die Schirmung koppelt.
System nach Anspruch 1, wobei der Strom-über-geschirmt-Differenzialfilter in einer Sternauslegung mit dem Differenzialpaar von Leitern und der Schirmung verbunden ist, wobei: ein erstes Impedanzelement (Zla) die Dreiwegeanbindung der Sternauslegung an den ersten Leiter koppelt; ein zweites Impedanzelement (Z1b) die Dreiwegeanbindung der Sternauslegung an den zweiten Leiter koppelt und das Stromquellenelement an die Dreiwegeanbindung der Sternauslegung und an die Schirmung wirkgekoppelt ist.
System nach Anspruch 2, wobei das Stromquellenelement mit einem dritten Impedanzelement (Z2) und einem vierten Impedanzelement (Z3) in Reihe gekoppelt ist und wobei ein fünftes Impedanzelement (Z4) mit dem Stromquellenelement und dem vierten Impedanzelement (Z3) in Reihe parallel geschaltet ist.
System zum Empfang von Strom und Signalen, das Folgendes umfasst: einen ersten Sendeempfänger; einen zweiten Sendeempfänger; ein geschirmtes Differenzialkabel, das den ersten Sendeempfänger an den zweiten Sendeempfänger koppelt, wobei das geschirmte Differenzialkabel Folgendes umfasst: ein Differenzialpaar von Leitern, das einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter umfasst, und eine Schirmung, die den ersten Leiter und den zweiten Leiter umschließt; und einen Strom-über-geschirmt-Differenzialfilter, der ein Stromsenkenelement an das Differenzialpaar von Leitern und die Schirmung koppelt.
System nach Anspruch 4, wobei der Strom-über-geschirmt-Differenzialfilter in einer Sternauslegung mit dem Differenzialpaar von Leitern und der Schirmung verbunden ist, wobei: ein erstes Impedanzelement (Zla) die Dreiwegeanbindung der Sternauslegung an den ersten Leiter koppelt; ein zweites Impedanzelement (Z1b) die Dreiwegeanbindung der Sternauslegung an den zweiten Leiter koppelt und das Stromsenkenelement an die Dreiwegeanbindung der Sternauslegung und an die Schirmung wirkgekoppelt ist.
System nach Anspruch 5, wobei das Stromsenkenelement mit einem dritten Impedanzelement (Z2) und einem vierten Impedanzelement (Z3) in Reihe gekoppelt ist und wobei ein fünftes Impedanzelement (Z4) mit dem Stromsenkenelement und dem vierten Impedanzelement (Z3) in Reihe parallel geschaltet ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine kombinierte Impedanz des ersten Impedanzelements (Zla) und des zweiten Impedanzelements (Z1b) wesentlich höher als die Differenzialimpedanz der Übertragungsleitung zwischen dem Differenzialpaar von Leitern ist.
System nach einem der obigen Ansprüche, wobei das erste Impedanzelement (Z1a), das zweite Impedanzelement (Z1b), das dritte Impedanzelement (Z2), das vierte Impedanzelement (Z3) und das fünfte Impedanzelement (Z4) auf einem Frequenzgang der Schnittstelle zwischen Strom und Übertragungsleitung basieren.
Verfahren zum Übertragen von Strom über ein Differenzialpaar von Leitern, die Signale transportieren, und eine Schirmung, die die Differenzialleiter umschließt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Übertragen von Signalen über das Differenzialpaar unter Verwendung eines Sendeempfängers und Übertragen von Strom durch Koppeln einer Stromquelle an das Differenzialpaar und die Schirmung, die das Differenzialpaar umschließt, über ein impedanzangepasstes Netzwerk.
Verfahren zum Empfangen von Strom über ein Differenzialpaar von Leitern, die Signale transportieren, und eine Schirmung, die die Differenzialleiter umschließt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen von Signalen über das Differenzialpaar unter Verwendung eines Sendeempfängers und Empfangen von Strom durch Koppeln einer Stromsenke an das Differenzialpaar und die Schirmung, die das Differenzialpaar umschließt, über ein impedanzangepasstes Netzwerk.