JP2008529362A - 通信ケーブルの抵抗を決定するための機構を有する、通信ケーブルを通じて電力を与えるためのシステム - Google Patents

Abstract

電源装置から受電側機器へ電力を与えるために用いられる少なくとも２対のワイヤを有する通信ケーブルにおいてワイヤの抵抗を決定するための新規なシステムおよび方法論を提供する。測定機構は、電源装置が通信ケーブルに電力を加える前にワイヤのＤＣ抵抗を決定できる。

Description

本願は、２００５年１月２５日に出願され、「進んだパワーオーバーイーサネット（登録商標）システムをサポートするためのシステムおよび方法（System And Method for Supporting Advanced Power Over Ethernet（登録商標）System）」と題された米国仮特許出願第６０／６４６，５０９号の優先権を主張する。

技術分野
この開示は電源システムに関し、より詳細には、通信ケーブルを通じて電力を与えるためのシステムにおいて通信ケーブルの抵抗を決定するための回路および方法論に関する。

背景技術
この数年にわたって、イーサネット（登録商標）はローカルエリアネットワーキングの最も一般的に用いられる方法となった。イーサネット（登録商標）規格の創始者であるＩＥＥＥ８０２．３グループは、イーサネット（登録商標）ケーブルを通じた電力供給を規定する、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆとして公知である拡張された規格を開発した。ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格は、アンシールドツイストペア線を通じてリンクの両端に位置する給電側機器（Power Sourcing Equipment）（ＰＳＥ）から受電側機器（Powered Device）（ＰＤ）へ電力を送達することを含むパワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）システムを規定する。伝統的に、ＩＰ電話、無線ＬＡＮアクセスポイント、パーソナルコンピュータおよびウェブカメラなどのネットワーク装置は、２つの接続を必要としてきた。１つはＬＡＮへ、もう１つは電源システムへの接続である。ＰｏＥシステムは、ネットワーク装置に電力供給するための付加的なコンセントおよび配線の必要性をなくす。その代わり、データ伝送に用いられるイーサネット（登録商標）ケーブルを通じて電力が供給される。

ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に規定されるように、ＰＳＥおよびＰＤは、ネットワーク装置が、データ伝送に用いられるのと同じ汎用ケーブルを用いて電力を供給し、引き込むことを可能にする非データエンティティである。ＰＳＥは、ケーブルへの物理的接続ポイントで電気的に特定される、リンクに電力を与える機器である。ＰＳＥは典型的にはイーサネット（登録商標）スイッチ、ルータ、ハブ、または他のネットワークスイッチング機器もしくはミッドスパン装置に関連付けられる。ＰＤは、電力を引き込むかまたは電力を要求する装置である。ＰＤは、デジタルＩＰ電話、無線ネットワークアクセスポイント、ＰＤＡ、またはノート型コンピュータドッキングステーション、携帯電話チャージャ、およびＨＶＡＣサーモスタットなどの装置に関連付けられ得る。

ＰＳＥの主な機能は、ＰＤが要求する電力を求めてリンクを探索すること、任意でＰＤを分類すること、ＰＤが検出されるとリンクに電力を供給すること、リンク上の電力をモニタすること、および、電力がもはや要求されず、必要とされなくなると、電力を切断することである。ＰＤは、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格によって規定されるＰｏＥ検出シグネチャを提示することにより、ＰＤ検出手順に参加する。

検出シグネチャが有効な場合、ＰＤは、電源が入った時にどれだけの電力を引き込むかを示すために、分類シグネチャをＰＳＥに提示するオプションを有する。決定したＰＤのクラスに基づいて、ＰＳＥは必要な電力をＰＤに加える。

ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格は、ＣＡＴ−５ケーブル内の２組のツイストペア間のコモンモード電圧を用いることによるイーサネット（登録商標）を通じた配電について記載する。現在、この仕様は、典型的にはアンシールドツイストペア（unshielded twisted pair）（ＵＴＰ）ＣＡＴ−５ケーブルに含まれる８本のワイヤのうち４本のワイヤを通じた１３Ｗまでの分配を要求する。しかしながら、ケーブルを通じて分配される電力は増加する可能性がある。安全規定のために、ケーブルを通じて送られる電圧を増大させることは困難である。したがって、現在の最大３５０ｍＡを上回って電流を増大させなければならない。電流が増大すると、ＣＡＴ−５ワイヤにおける抵抗はより多くのエネルギを吸収する。これは、ケーブルの加熱またはケーブルの端部での消費に利用可能な電力の低減に繋がる可能性がある。

ＣＡＴ−５ケーブルにおけるすべてのワイヤを用いることによりケーブル抵抗を低減できる。これはケーブル抵抗を半分に削減するはずである。これらのワイヤがすべて電力を送達するために用いられる場合、ケーブルにおけるすべての８本のワイヤの接続性および導電性を確保することが極めて重要になる。

ケーブルにおける電力損失を低減しかつケーブルが確実に電力を搬送できるようにするために、測定機構を作ってケーブルにおけるワイヤの抵抗を決定することが望ましいであろう。

ＰｏＥシステムは、一芯の導線と同一の変圧器巻線に接続された１対のワイヤを扱う。したがって、これらの対の各々のＤＣ抵抗を測定する必要がある。

さらに、ＰｏＥシステムは、変圧器の巻線を介して２本のワイヤ同士を接続する。したがって、ワイヤはＤＣ短絡をワイヤ間に形成する巻線と２つ１組で接続される。これらのワイヤのうち一方の抵抗が他方の抵抗よりもはるかに高い場合、変圧器は飽和することになり、イーサネット（登録商標）のデータ伝送を妨げる。したがって、ケーブルにおける各ワイヤの個々の抵抗を互いに独立して決定することが望ましいであろう。

開示の概要
この開示は、電源装置から受電側機器へ電力供給するために用いられる少なくとも２対のワイヤを有する通信ケーブルにおいてワイヤの抵抗を決定するための新規なシステムおよび方法論を提供する。

たとえば、この開示の測定機構は、イーサネット（登録商標）ケーブルを通じて受電側機器へ電力供給するためのシステムに設けられてもよい。

特に、測定機構はワイヤの対のＤＣ抵抗を決定できる。この抵抗は、電源装置が電力を通信ケーブルに加える前に決定され得る。

開示の一局面に従えば、測定機構は、第１の対のワイヤの抵抗を第２の対のワイヤの抵抗とは独立して決定できる。

この開示の別の局面に従えば、測定機構は、通信ケーブルにおける一方のワイヤの抵抗をケーブルにおける他方のワイヤの抵抗とは独立して決定できる。

この開示の実施例に従えば、通信ケーブルは第１および第２の組のワイヤを備えること
ができ、その各々は２対のワイヤから成っている。

測定機構は、測定手順が開始されたことを受電側機器に示すために表示信号を与えるための信号伝達回路を有し得る。受電側機器は、表示信号に応答して分路調整器をイネーブルにし得る。

さらに、測定機構は、第１の組のワイヤに予め定められた電流を与えるための電流強制回路を備え得る。この電流に応答して、分路調整器は受電側機器の入力電圧値を生成できる。

測定機構は、第１の組のワイヤ上の第１の電圧値および第２の組のワイヤの第２の電圧値を測定するための電圧測定回路を備え得る。第２の電圧値は、受電側機器の入力電圧値に対応し得る。

測定機構は、第１の電圧値と第２の電圧値との間の差および予め定められた電流の値に基づいて第１の組のワイヤの抵抗を決定できる。

さらに、測定機構は、一方の対のワイヤの個々の抵抗を他方の対の抵抗とは独立して決定するために通信ケーブルにおける任意の２対のワイヤの抵抗を決定できる。

この開示の別の実施例に従えば、測定機構は、２対のワイヤから成っているケーブルにおける第１および第２の対のワイヤに予め定められた電流を与えるための電流強制回路を備え得る。電圧測定回路は、予め定められた電流に応答してケーブルの電源装置側の第１および第２の対の両端間の第１の電圧値を測定し得る。

さらに、受電側機器の入力電圧は、予め定められた電流に応答して第１の対と第２の対との間に印加される。サンプルホールド回路は、入力電圧のサンプリングおよびホールドされた値を生成するために入力電圧のサンプリングおよびホールドをもたらし得る。

電圧測定回路は、予め定められた電流がオフにされたときにケーブルの電源装置側の第１および第２の対の両端間の第２の電圧値を測定できる。第２の電圧値は、入力電圧のサンプリングおよびホールドされた値に対応する。

第１および第２の対の抵抗は、第１の電圧値と第２の電圧値との間の差および予め定められた電流の値に基づいて決定されることができる。

この開示のさらなる実施例に従えば、電流強制回路は第１および第２の対に予め定められた電流を与える。この予め定められた電流に応答して、基準電圧値に比例する受電側機器の入力電圧値が第１の対と第２の対との間に加えられる。

電圧測定回路は、予め定められた電流に応答して電源装置側の第１の対と第２の対との間の第１の電圧値を測定し、予め定められた電流がオフにされたときに電源装置側の第１の対と第２の対との間の第２の電圧値を測定する。第２の電圧値は基準電圧値に対応する。

第１および第２の対の抵抗は、第１の電圧値と第２の電圧値に比例する入力電圧値との間の差および予め定められた電流の値に基づいている。

この開示のさらなる実施例に従えば、電力供給するためのシステムは、電源装置を通信ケーブルにおける１対のワイヤに結合するための分割された巻線を有する変圧器を備え得
る。分割された巻線の各々は、１対のワイヤのうちのワイヤに接続される。容量性素子は、分割された巻線間のＤＣ接続を防ぐために、分割された巻線間に設けられることができる。その結果、一方のワイヤの抵抗を、ケーブルにおける他方のワイヤの抵抗とは独立して決定できる。

この開示のさらなる局面に従えば、ローカルエリアネットワークは、少なくとも１対のネットワークノードと、ネットワークハブと、ネットワークノードをネットワークハブに接続してデータ通信を与えるための少なくとも第１および第２の対のワイヤを有する通信ケーブルとを備え得る。ネットワークハブは、通信ケーブルを通じて電力を負荷に与えるための電源装置を有する。ネットワークは、ワイヤの抵抗を決定するための測定機構を含む。

この開示の付加的な利点および局面は以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろう。そこではこの開示の実施のために考慮された最良の形態の単に例示として、この開示の実施例が示され、記載される。記載されるように、この開示は他の、および異なる実施例が可能であり、いくつかの詳細はさまざまな明白な観点から、開示の精神から全く逸脱することなく変更される余地がある。したがって、図面および説明はその性質上限定的なものではなく、例示的であるとみなされる。

この開示の実施例の以下の詳細な説明は、以下の図面に関連して読むと最も良く理解され得る。ここで特徴は必ずしも一定の比例に応じて描かれていないが、関連する特徴を最も良く図示するよう描かれている。

実施例の詳細な開示
この開示は、ＰｏＥシステムにおいてケーブル抵抗を決定するための測定機構の例を用いてなされる。しかしながら、本明細書に記載される概念はケーブルを通じて電力を与えるためのいずれのシステムにも適用可能であることが明らかになる。たとえば、この開示のシステムは、複数のノードと、ネットワークハブと、ノードをネットワークハブに接続してデータ通信を与えるための通信ケーブルとを有するローカルエリアネットワーク（local area network）（ＬＡＮ）に設けられてもよい。ネットワークハブは、通信ケーブルを通じて電力を負荷に供給するための電源装置を含み得る。この開示の測定機構は、通信ケーブルの抵抗を決定するために設けられることができる。

図１は、パワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）システム１０を示す簡略化されたブロック図であり、パワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）システム１０は、それぞれのリンクを介して受電側機器１４（ＰＤ１からＰＤ４）に接続可能な複数のポート１から４を有する給電側機器（ＰＳＥ）１２を含み、リンクの各々はイーサネット（登録商標）ケーブル１６内の２組または４組のツイストペアを用いて与えられ得る。図１はＰＳＥ１２の４つのポートを示すが、当業者はいかなるポート数も与えられ得ることを認識するであろう。

ＰＳＥ１２は、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に従って各ＰＤと相互作用することができる。特に、ＰＳＥ１２およびＰＤはＰＤ検出手順に参加し、その間ＰＳＥ１２はＰＤを検出するためにリンクを調査する。ＰＤが検出されると、ＰＳＥ１２は、それが有効か非有効かを決定するためにＰＤ検出シグネチャをチェックする。有効な検出シグネチャおよび非有効な検出シグネチャはＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格で規定されている。有効なＰＤ検出シグネチャはＰＤが電力を受取る状態であることを示す一方、非有効なＰＤ検出シグネチャはＰＤが電力を受取らない状態であることを示す。

シグネチャが有効な場合、ＰＤは、電源が入った時にどれだけの電力を引き込むかを示すために、分類シグネチャをＰＳＥに提示するオプションを有する。たとえば、ＰＤはクラス０からクラス４までに分類され得る。決定したＰＤのクラスに基づいて、ＰＳＥは必要な電力をＰＤに加える。

図２に示すように、電力は、ＰＳＥ１２の各ポートをそれぞれのＰＤ１４に接続するイーサネット（登録商標）ケーブル１６の４本のツイストペアを介して加えられることができる。ＰＳＥ１２は、変圧器２０、２２、２４および２６を用いてケーブル１６におけるワイヤの４本のツイストペアに結合されることができ、変圧器２０、２２、２４および２６は、それぞれのツイストペアと、イーサネット（登録商標）ネットワークにおいてデータ通信を与えるために配置されたイーサネット（登録商標）物理層（physical layer）（ＰＨＹ）装置との間に結合される。ＰＤ側では、ＰＤ１４は、変圧器３０、３２、３４および３６を用いてケーブル１６におけるワイヤの４本のツイストペアに結合されることができ、変圧器３０、３２、３４および３６は、それぞれのツイストペアとイーサネット（登録商標）ＰＨＹ装置との間に接続される。ＰＳＥ１２およびＰＤ１４をイーサネット（登録商標）ケーブル１６に接続するために、ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に規定されるＰｏＥインターフェイスを用いてもよい。

ケーブル１６へのＰｏＥインターフェイスは、ＰＤのシャーシおよびＰＳＥのシャーシの両方から電気的に絶縁され、したがって接地から電気的に絶縁される。ゆえに、ケーブル１６を通した電流提供は、ケーブルを通る送り経路および戻り経路を伴う。通常、ＰＳＥ１２からＰＤ１４へ電力供給するために２本のツイストペアが一緒に用いられ、一方は送り経路として、もう一方は戻り経路として用いられる。

ＰＳＥ１２は、ケーブル１６のＤＣ抵抗を決定するための測定機構２００を含むことができ、測定機構２００は制御回路２０２と信号伝達回路２０４と電流強制回路２０６と電圧測定回路２０８と多重化スイッチ２１０および２１２とを備える。回路２０４および２０６は、ワイヤの外側のツイストペアに接続された変圧器２０と２６との間に結合され得る。多重化スイッチ２１０および２１２は、電圧測定回路２０８を、外側のツイストペアに接続された変圧器２０および２６にまたはワイヤの内側のツイストペアに接続された変圧器２２および２４に接続し得る。

ケーブル抵抗測定手順をサポートするために、ＰＤ１４は制御回路２２０と信号受信機２２２と分路調整器２２４とスイッチ２２６、２２８、２３０および２３２とを含み得る。信号受信機２２２は、外側のツイストペアに接続された変圧器３０および３６に結合され得る。スイッチ２２６、２２８、２３０および２３２はそれぞれに、分路調整器２２４を変圧器３０、３２、３４および３６に接続し得る。たとえば、スイッチ２２６〜２３２としてＭＯＳＦＥＴが用いられてもよい。

制御回路２０２および２２０はそれぞれに、ケーブル抵抗測定手順にかかわるＰＳＥおよびＰＤ回路を制御し得る。特に、制御回路２０２は、ケーブル抵抗測定手順が開始されたことをＰＤに伝える表示信号を生成するように信号伝達回路２０４を制御し得る。表示信号は、制御回路２２０にそれぞれの信号を与える信号受信機２２２によって受信される。表示信号に応答して、制御回路２２０はスイッチ２２６、２２８、２３０および２３２を閉じて、変圧器３０、３２、３４および３６を介して分路調整器２２４をそれぞれのツイストペアに接続する。

表示信号を生成した後、制御回路２０２は電流強制回路２０６を制御して、予め定められた値の電流Ｉを、測定されているツイストペアに強制的に与える。たとえば、図１は、変圧器２０および２６に接続された外側のツイストペアのＤＣ抵抗が決定される場合を示
す。したがって、予め定められた電流Ｉは外側のツイストペアに強制的に与えられる。後により詳細に説明するように、測定機構１００は、各ツイストペアの抵抗を他のツイストペアの抵抗とは独立して決定するためにツイストペアのすべての起こり得る組合せのＤＣ抵抗を決定できる。

強制的に与えられる予め定められた電流Ｉは、ＰＤ側の外側のツイストペア間に一定の入力電圧Ｖ_INを作り出す分路調整器２２４を通って電流が流れるようにする。すべてのスイッチ２２６〜２３２が閉じられているので、入力電圧Ｖ_INは、変圧器３２および３４に接続された内側のツイストペア間でも生成される。

制御回路２０２は、多重化スイッチ２１０および２１２を制御して、電圧測定回路２０８がＰＳＥ側の外側のツイストペア間の電圧Ｖ₁およびＰＳＥ側の内側のツイストペア間の電圧Ｖ₂を測定できるようにする。電圧Ｖ₂は、ＰＤ側の内側のツイストペア間で生成される電圧Ｖ_INに等しい。

これらの電圧測定に基づいて、制御回路２０２は外側のツイストペアの往復ＤＣ抵抗（round trip DC resistance）ＲをＲ＝（Ｖ₁−Ｖ₂）／Ｉとして決定できる。

図２における構成は、ケーブル１６におけるワイヤの任意のツイストペアのＤＣ抵抗を決定するように変形されてもよい。特に、図３ａはこの開示の実施例を示し、そこでは、図２に示す素子に加えて、ケーブル１６のＤＣ抵抗を決定するための測定機構３００は４つの多重化スイッチ３０２、３０４、３０６および３０８をさらに含み、その各々は１つの入力および４つの出力を有する。多重化スイッチ３０２、３０４、３０６および３０８の各々は、ツイストペアのすべての起こり得る組合せの往復ＤＣ抵抗を決定するために制御回路２０２によって制御され得る。

図２に関連して上述したように、外側のツイストペアの往復ＤＣ抵抗を決定するために、電流強制回路２０６は、多重化スイッチ３０２および３０８を介して、外側のツイストペアに対応する変圧器２０および２６に接続され得る。その結果、電流強制回路２０６は、予め定められた電流Ｉを外側のツイストペアに強制的に与えることが可能である。さらに、予め定められた電流が強制的に与えられるツイストペア間の電圧Ｖ₁を測定するために、電圧測定回路２０８は、スイッチ２１０および３０２を介して、変圧器２０に結合された外側のツイストペアに接続されることができ、スイッチ２１２および３０８を介して、変圧器２６に結合された外側のツイストペアに接続されることができる。ＰＤ１４の入力電圧Ｖ_INに対応する電圧Ｖ₂を測定するために、電圧測定回路２０８は、スイッチ２１０および３０４を介して、変圧器２２に結合された内側のツイストペアに接続されることができ、スイッチ２１２および３０６を介して、変圧器２４に結合された内側のツイストペアに接続されることができる。

同様に、電流強制回路２０６は、測定されている任意の２本のツイストペアに予め定められた電流を強制的に与えるために、測定されている任意の２本のツイストペアに接続されてもよく、電圧測定回路２０８は、同一の２本のツイストペア間の電圧Ｖ₁を決定するために同一の２本のツイストペアに接続されてもよく、他の２本のツイストペア間の電圧Ｖ₂を決定するために他の２本のツイストペアに接続されてもよい。

したがって、ツイストペアＡ、Ｂ、ＣおよびＤから成っているケーブルでは、測定機構３００は、ペアＡとＢ、ペアＡとＣ、ペアＡとＤ、ペアＢとＣ、ペアＢとＤ、およびペアＣとＤの往復ＤＣ抵抗Ｒを上述の態様で決定できる。これらの往復抵抗に基づいて、制御回路２０２は、各々の個々のツイストペアＡ、Ｂ、ＣまたはＤのＤＣ抵抗をケーブルにおける他のツイストペアの抵抗とは独立して決定できる。

図３ｂは図３ａの構成と同様の構成を示す。しかしながら、ＰＤ１４はスイッチ素子２２６、２２８、２３０および２３２の代わりにダイオードブリッジ３１２および３１４を用いる。ダイオードブリッジ３１２および３１４の使用は、８０２．３ａｆのＰＤでは典型的である。ブリッジにおけるダイオードの極性のために、ＰＤ１４は入力電圧Ｖ_INのコピーを、測定されている対から測定されていない対に置くことができない。これを補償するために、ＰＳＥ１２はここで第２の電流強制回路３１６を含む。この回路は、ケーブルの両端間で大きな電圧降下を引起こす可能性が低い非常に小さな電流を、測定されていない対にかける。この小さな順方向電流は、ここでＶ_INのレプリカが測定されていない対にあるようにブリッジにおけるダイオードにバイアスをかける。他のすべての点で、測定は図３ａについて記載されたように進む。

ダイオードブリッジ３１２および３１４を加えることによって、ケーブル抵抗測定にはもう１つの複雑な問題が加わる。これはダイオードブリッジのダイオードの両端間の順方向電圧に関係し、この順方向電圧はシリコンダイオードでは典型的には約０．６Ｖであるが温度とともに変動する。ダイオードが物理的に近接して置かれている場合、ダイオードの温度はほぼ同じになり、したがって、電圧降下はほぼ同じになる。ダイオードの両端間の降下の唯一の違いは、ダイオードを通って流れる異なる電流に起因することになる。したがって、ダイオードの抵抗は測定されるケーブル抵抗に組入れられることになる。

本明細書に記載するすべてのケーブル抵抗測定方法では、ＰＤにはダイオードブリッジを図示せず、ＰＳＥには小型電流源を図示しないが、これらの素子を加えることによって、いずれの方法も、そうでなければＰＤにおけるダイオードの極性によって妨げられるであろうＰＤからの電圧を読み返すことが可能になる。

ＰＳＥが利用し得る図３ａの測定方法の別の変形例は、電流強制回路の電流を、ケーブルの両端間に比較的大きな電圧降下を生成するよう設計された大きな値から、ケーブルの両端間にほとんど降下を生成しないよう設計された比較的小さな値までの間で変化させるというものである。図３ｃは、これを行なう調節可能な電流強制回路３２０を含むＰＳＥ１２を示す。なお、ＰＳＥ１２は一度に２対のワイヤへの接続しか必要ではない。したがって、図３ｃの構成では、ＰＳＥ１２は図３ａおよび図３ｂに示す４つのスイッチ３０２、３０４、３０６および３０８の代わりに２つのスイッチ３２２および３２４のみを含む。これら２つの異なる電流でＰＳＥの出力における電圧を測定することには、上述したものと同じ効果がある。高電流での電圧はＶ₁であり、低電流では電圧はＶ₂である。これらを同一のＲ＝（Ｖ₁−Ｖ₂）／Ｉの式に入れることによって、ケーブル抵抗が得られる。今しがた記載したように、ＰＤ１４におけるダイオードの抵抗も結果として生じる抵抗Ｒに含まれる。

上述の測定手順の精度は電圧Ｖ₁およびＶ₂に依存し、その両方はＰＳＥにおける回路によって直接に測定される。これは、ＰＳＥに接続された特定のＰＤのパラメータへのいかなる依存も回避する。しかしながら、Ｖ₁およびＶ₂の同時測定はイーサネット（登録商標）ケーブルにおけるすべてのワイヤを利用し、この測定に必要な電圧および電流を通すためにスイッチ２２６から２３２を確実におよび安価に構築することは困難であり得るだろう。図３ｂおよび図３ｃにおけるダイオードブリッジを用いることによって、スイッチの問題は解決される。ＰＳＥの強制電流（図３ｃ）を調節する間、同時にすべての対を用いる必要がなくなる。

図４は、ＰＤ１４が電圧Ｖ₂をＰＳＥ１２に戻す手順を用いてイーサネット（登録商標）ケーブル１６における２本のツイストペアのＤＣ抵抗を決定するための測定機構４００を示す。これは、スイッチ２２６から２３２の必要性およびイーサネット（登録商標）ケ
ーブルにおけるすべてのワイヤの同時使用をなくす。たとえば、図４は、ＰＳＥ側で変圧器２２および２４に結合され、ＰＤ側で変圧器３２および３４に結合されたツイストペアのＤＣ抵抗の測定を示す。ＰＳＥ１２における測定機構４００は、電流強制回路４０４を制御する制御回路４０２と、変圧器２２と２４との間に接続された電圧測定回路４０６とを含み得る。測定をサポートするために、ＰＤ１４は、変圧器３２と３４との間に接続された負荷回路４１２、サンプルホールド回路４１４および駆動回路４１６を制御する制御回路４１０を含み得る。

測定手順は、ＰＳＥ１２の端子を介してツイストワイヤに強制的に与えられる予め定められた電流Ｉを生成するように電流強制回路４０４を制御する制御回路４０２によって開始される。ＰＤ１４の端子間に接続された負荷回路４１２に供給される予め定められた電流Ｉは、端子間の入力電圧Ｖ_INを引起こす。たとえば、負荷回路４１２は、抵抗器である場合もあれば、ＰＤ１４の端子間にインピーダンスを作り出す他の回路である場合もある。

入力電圧Ｖ_INが安定すると、制御回路４１０はサンプルホールド回路４１４を制御して、この電圧を取込む。同時に、制御回路４０２は、ＰＳＥ１２の端子間に接続された電圧測定回路４０６を制御して、これらの端子間の電圧Ｖ₁を測定する。

その後、制御回路４０２は、電流強制回路４０４をオフにして、電流Ｉがケーブル１６を通って流れることを防ぐ。応答して、制御回路４１０は駆動回路４１６を制御して、サンプルホールド回路４１４によって取込まれた電圧Ｖ_INをケーブル１６上へ駆動する。ＭＯＳＦＥＴ回路などのスイッチング回路が駆動回路４１６として用いられてもよい。

ＰＳＥ側では、電圧測定回路４０６は電圧Ｖ_INに対応する電圧Ｖ₂を測定し、制御回路４０２はツイストペアの往復ＤＣ抵抗ＲをＲ＝（Ｖ₁−Ｖ₂）／Ｉとして計算する。

図４における構成は、任意のツイストペアの個々のＤＣ抵抗を別のツイストペアの抵抗とは独立して決定するように変形されてもよい。特に、図５はこの開示の実施例を示し、そこでは、図４に示す素子に加えて、ケーブル１６のＤＣ抵抗を決定するための測定機構５００は、ＰＳＥ側に設けられた２つの多重化スイッチ５０２および５０４をさらに含む。さらに、２つの多重化スイッチ５１２および５１４がＰＤ側に設けられることができる。多重化スイッチ５０２、５０４、５１２および５１４の各々は１つの入力および４つの出力を有し得る。多重化スイッチ５０２および５０４は制御回路４０２によって制御され得るのに対して、多重化スイッチ５１２および５１４は制御回路４１０によって制御され得る。

それぞれの制御回路は、ケーブル１６における４本のツイストペアのすべての起こり得る組合せの抵抗を決定するためにスイッチ５０２、５０４、５１２および５１４を制御し得る。図５はこの図の明確さを保つために４本のツイストペアの接続部を示さないが、ツイストペアは図２における構成と同様の態様でＰＳＥ１２およびＰＤ１４に接続され得ることを当業者は認識するであろう。

ツイストペアＡ、Ｂ、ＣおよびＤを含むケーブルにおける２本の選択されたツイストペアＡおよびＢの往復ＤＣ抵抗を決定するために、制御回路４０２はスイッチ５０２および５０４を制御して、選択されたツイストペアＡおよびＢ間に電流強制回路４０４および電圧測定回路４０６を接続する。さらに、スイッチ５１２および５１４は、同一の選択されたツイストペアＡおよびＢ間に負荷電流４１２、サンプルホールド回路４１４および駆動回路４１６を接続し得る。選択されたツイストペアＡおよびＢの往復ＤＣ抵抗は、図４に関連して上述した態様で決定されることができる。

その後、制御回路は、ペアＡとＣ、ペアＡとＤ、ペアＢとＣ、ペアＢとＤ、およびペアＣとＤ間にそれぞれの素子を連続して接続して、上述の態様でこれらのペアの各々の往復ＤＣ抵抗を決定するようにスイッチを制御し得る。これらの往復抵抗に基づいて、制御回路４０２は各々の個々のツイストペアＡ、Ｂ、ＣまたはＤのＤＣ抵抗をケーブルにおける他のツイストペアの抵抗とは独立して決定できる。

図６は、イーサネット（登録商標）ケーブル１６における２本のツイストペアのＤＣ抵抗を決定するための機構の別の例示的な実施例を示す。たとえば、図６に示すツイストペアは、ＰＳＥ側では変圧器２２および２４に結合され、ＰＤ側では変圧器３２および３４に結合される。ＰＳＥ１２における測定機構６００は、電流強制回路６０４を制御する制御回路６０２と、変圧器２２および２４の間に接続された電圧測定回路６０６とを含み得る。測定をサポートするために、ＰＤ１４は精密分割器６１２、分路調整器６１４、基準回路６１６および駆動回路６１８を制御する制御回路６１０を含み得る。

測定手順は、ＰＳＥ１２の端子を介してツイストワイヤに強制的に与えられる予め定められた電流Ｉを生成するように電流強制回路４０４を制御する制御回路６０２によって開始される。強制的に与えられる電流Ｉに応答して、制御回路６２０は、ケーブル１６のＰＤ側のツイストペア間で生成される入力電圧Ｖ_INのうち予め定められた一部１／Ｎを与えるように精密分割器６１２を制御する。

分路調整器６１４は、誤差増幅器６２０と出力ＭＯＳＦＥＴドライバ６２２とを含む。誤差増幅器６２０は、精密分割器６１２によって生成された電圧Ｖ_IN／Ｎを、基準回路６１６の出力において与えられる予め定められた基準電圧Ｖ_REFと比較する。その結果、入力電圧Ｖ_IN＝Ｎ×Ｖ_REFが分路調整器６１４の出力において生成される。

制御回路６０２は、ケーブル１６のＰＳＥ側の電圧Ｖ₁を測定するように電圧測定回路６０６を制御する。この測定の間、分路調整器６１４は出力において電圧Ｖ_IN＝Ｎ×Ｖ_REFを維持する。同時に、ＰＤ１４は、エネルギ蓄積回路（図示せず）を満たすためにＰＤ１４を通って流れる電流のうちいくらかを用いることができる。

次いで、制御回路６０２は、電流強制回路６０４をオフにして、電流Ｉがケーブル１６を通って流れることを防ぐ。応答して、制御回路６１０は分路調整器６１４をオフにする。

その後、制御回路６１０は、基準回路６１６および駆動回路６１８の供給に、エネルギ蓄積回路に蓄積された電力を与える。ＭＯＳＦＥＴ回路などのスイッチング回路であり得る駆動回路６１８は、基準電圧Ｖ_REFをツイストペアに印加する。

制御回路６０２は、ＰＳＥ側のツイストペア間の電圧を測定するように電圧測定回路６０６を制御する。この電圧は基準電圧Ｖ_REFに等しい。この測定が完了すると、制御回路６０２はツイストペアの往復抵抗ＲをＲ＝（Ｖ₁−Ｖ_REF×Ｎ）／Ｉとして決定する。

図６における構成は、任意のツイストペアの個々のＤＣ抵抗を別のツイストペアの抵抗とは独立して決定するように変形されてもよい。特に、図７はこの開示の実施例を示し、そこでは、図６に示す素子に加えて、ケーブル１６のＤＣ抵抗を決定するための測定機構７００は、ＰＳＥ側に設けられた２つの多重化スイッチ７０２および７０４をさらに含む。さらに、２つの多重化スイッチ７１２および７１４がＰＤ側に設けられることができる。多重化スイッチ７０２、７０４、７１２および７１４の各々は１つの入力および４つの出力を有し得る。多重化スイッチ７０２および７０４は制御回路６０２によって制御され
得るのに対して、多重化スイッチ７１２および７１４は制御回路６１０によって制御され得る。

それぞれの制御回路は、ケーブル１６における４本のツイストペアのすべての起こり得る組合せの抵抗を決定するためにスイッチ７０２、７０４、７１２および７１４を制御し得る。図７はこの図の明確さを保つために４本のツイストペアの接続部を示さないが、ツイストペアは図２における構成と同様の態様でＰＳＥ１２およびＰＤ１４に接続され得ることを当業者は認識するであろう。

ツイストペアＡ、Ｂ、ＣおよびＤを含むケーブルにおける２本の選択されたツイストペアＡおよびＢの往復ＤＣ抵抗を決定するために、制御回路６０２はスイッチ７０２および７０４を制御して、選択されたツイストペアＡおよびＢ間に電流強制回路６０４および電圧測定回路６０６を接続する。さらに、スイッチ７１２および７１４は、同一の選択されたツイストペアＡおよびＢ間にＰＤケーブル測定回路を接続し得る。選択されたツイストペアＡおよびＢの往復ＤＣ抵抗は、図６に関連して上述した態様で決定されることができる。

その後、制御回路は、ペアＡとＣ、ペアＡとＤ、ペアＢとＣ、ペアＢとＤ、およびペアＣとＤ間にそれぞれのＰＳＥおよびＰＤケーブル測定回路を連続して接続して、上述の態様でこれらのペアの各々の往復ＤＣ抵抗を決定するようにスイッチを制御し得る。これらの往復抵抗に基づいて、制御回路６０２は各々の個々のツイストペアＡ、Ｂ、ＣまたはＤのＤＣ抵抗をケーブルにおける他のツイストペアの抵抗とは独立して決定できる。

さらに、図２〜図７における構成は、８本のワイヤケーブルにおける各ワイヤのＤＣ抵抗を測定するように変形されてもよい。図８に示すように、ケーブル１６におけるツイストペアを接続するために用いられる各変圧器は、ツイストペアにおける２本のワイヤに対応する２つの巻線に分割され得る。図の明確さを保つために、ＰＳＥ側の変圧器２２およびＰＤ側の変圧器３２のみを示している。しかしながら、図２に示す他の変圧器は同様に構成され得ることを当業者は認識するであろう。

キャパシタＣは、イーサネット（登録商標）データにＡＣ経路を与えるがＤＣ電流が巻線を通って流れることを防ぐために、各変圧器の分割された巻線の間に接続され得る。したがって、各ツイストペア内のワイヤはもはや互いにＤＣ接続されていない。したがって、各ワイヤのＤＣ抵抗を別個に測定することが可能である。

変圧器８０および８２を介して、変圧器２２および３２は多重化スイッチ８４および８６の出力に結合され得る。多重化スイッチ８４および８６の各々は、ＰＳＥケーブル測定回路およびＰＤケーブル測定回路をケーブル１６の８本のワイヤの中の選択されたワイヤに接続するために１つの入力および８つの出力を有する。同様の多重化スイッチの別の対（図示せず）がＰＳＥケーブル測定回路およびＰＤケーブル測定回路を別の選択されたワイヤに接続するために設けられてもよい。

図２〜図７に関連して上述したケーブル測定手順のいずれかと同様の態様でワイヤの各組合せの往復ＤＣ抵抗を決定するために、ＰＳＥ１２における制御回路はＰＳＥにおける多重化スイッチの各々を制御でき、ＰＤ１４における制御回路はＰＤにおける多重化スイッチの各々を制御でき、それぞれのＰＳＥおよびＰＤケーブル測定回路をケーブルにおける各ワイヤに連続して接続する。その結果、この開示のケーブル測定機構は、各ワイヤのＤＣ抵抗を他のワイヤの抵抗とは独立して決定できる。当業者が認識するであろうように、図８に示す変形例はいかなるケーブル抵抗測定構成にも適用可能であり、たとえば図２、図４および図６に示す構成に適用可能である。

先の説明は、この発明の局面を例示し、記載する。さらに、この開示は単に好ましい実施例を示し、記載するが、前述のように、この発明は、さまざまな他の組合せ、変更、および環境において用いることができ、上記の教示、および／または関連する技術のスキルまたは知識に対応して、本明細書に表現されるような発明概念の範囲内で変更または修正が可能であることが理解される。

上述の実施例は、この発明の実施について知られる最良の形態について説明することをさらに意図し、他の当業者がこのような、または他の実施例において、特定の適用例が必要とするさまざまな変更または発明の使用を伴ってこの発明を利用することを可能にする。

したがって、この説明は、この発明を本明細書に開示される形式に限定するようには意図されない。また、特許請求の範囲は代替的実施例を含めるよう解釈されることが意図される。

この開示のＰｏＥシステムを示す図である。 この開示の第１の例示的な実施例を示す図である。 この開示の第２の例示的な実施例を示す図である。 この開示の第３の例示的な実施例を示す図である。 この開示の第４の例示的な実施例を示す図である。 この開示の第５の例示的な実施例を示す図である。 この開示の第６の例示的な実施例を示す図である。 この開示の第７の例示的な実施例を示す図である。 この開示の第８の例示的な実施例を示す図である。 この開示の第９の例示的な実施例を示す図である。

Claims (37)

1. 少なくとも第１および第２の対のワイヤを有する通信ケーブルを通じて電力を与えるためのシステムであって、
   前記通信ケーブルを通じて電力を受電側機器に与えるための電源装置と、
   前記第１および第２の対のワイヤの抵抗を決定するための測定機構とを備える、システム。
2. 前記測定機構は、前記第１および第２の対のＤＣ抵抗を決定するよう構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記測定機構は、前記電源装置が電力を前記通信ケーブルに加える前に前記第１および第２の対の抵抗を決定するよう構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記測定機構は、前記第１の対の前記抵抗を前記第２の対の前記抵抗とは独立して決定するよう構成される、請求項１に記載のシステム。
5. 前記通信ケーブルは第１の組のワイヤおよび第２の組のワイヤを備え、前記第１および第２の組の各々は２対のワイヤから成っている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記測定機構は、測定手順が開始されたことを前記受電側機器に示すために表示信号を与えるための信号伝達回路を備える、請求項５に記載のシステム。
7. 前記受電側機器は、前記表示信号に応答して分路調整器をイネーブルにするよう構成される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記測定機構は、前記第１の組のワイヤに予め定められた電流を与えるための電流強制回路をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
9. 前記分路調整器は、前記受電側機器の入力電圧値を与えるよう構成される、請求項８に記載のシステム。
10. 前記測定機構は、前記第１の組のワイヤ上の第１の電圧値および前記第２の組のワイヤ上の第２の電圧値を測定するための電圧測定回路をさらに備え、前記第２の電圧値は前記受電側機器の前記入力電圧値に対応する、請求項９に記載のシステム。
11. 前記測定機構は、前記第１の電圧値と前記第２の電圧値との間の差および前記予め定められた電流の値に基づいて前記第１の組のワイヤの抵抗を決定するよう構成される、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記電流強制回路は、複数の異なる大きさの電流を与えるよう構成される、請求項８に記載のシステム。
13. 前記測定機構は、前記電流強制回路によって生成された前記異なる大きさの電流に対応する、前記ワイヤ上の電圧値を測定するための電圧測定回路をさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記測定機構は、一方の対のワイヤの個々の抵抗を他方の対の抵抗とは独立して決定するために前記通信ケーブルにおける任意の２対のワイヤの抵抗を決定するよう構成される、請求項５に記載のシステム。
15. 前記通信ケーブルは、前記第１の対のワイヤおよび前記第２の対のワイヤから成っている、請求項１に記載のシステム。
16. 前記測定機構は、前記第１および第２の対に予め定められた電流を与えるための電流強制回路を備える、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記測定機構は、前記予め定められた電流に応答して前記電源装置の端子の両端間の第１の電圧値を測定するための電圧測定回路をさらに備える、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記受電側機器は、前記予め定められた電流に応答して前記第１の対と前記第２の対との間に前記受電側機器の入力電圧を与えるよう構成される、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記受電側機器は、前記入力電圧のサンプリングおよびホールドされた値を生成するために前記入力電圧をサンプリングおよびホールドするよう構成される、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記電圧測定回路は、前記予め定められた電流がオフにされたときに前記電源装置の前記端子の両端間の第２の電圧値を測定するよう構成され、前記第２の電圧値は前記入力電圧の前記サンプリングおよびホールドされた値に対応する、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記測定機構は、前記第１の電圧値と前記第２の電圧値との間の差および前記予め定められた電流の値に基づいて前記第１および第２の対の抵抗を決定するよう構成される、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記測定機構は、前記第１および第２の対に予め定められた電流を与えるための電流強制回路を備える、請求項１５に記載のシステム。
23. 予め定められた電流に応答して、前記受電側機器は、基準電圧値に比例する入力電圧値を与えるよう構成される、請求項１５に記載のシステム。
24. 前記測定機構は、前記予め定められた電流に応答して前記電源装置の出力において前記第１の対と前記第２の対との間の第１の電圧値を測定するための電圧測定回路をさらに備える、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記電圧測定回路は、前記予め定められた電流がオフにされたときに前記電源装置の前記出力において前記第１の対と前記第２の対との間の第２の電圧値を測定するよう構成され、前記第２の電圧値は前記基準電圧値に対応する、請求項２４に記載のシステム。
26. 前記測定機構は、前記第１の電圧値と前記第２の電圧値に比例する前記入力電圧値との間の差および前記予め定められた電流の値に基づいて前記第１および第２の対の抵抗を決定するよう構成される、請求項２５に記載のシステム。
27. 前記測定機構は、前記通信ケーブルにおける一方のワイヤの抵抗を前記通信ケーブルにおける他方のワイヤの抵抗とは独立して決定するよう構成される、請求項１に記載のシステム。
28. 前記電源装置を前記通信ケーブルにおける１対のワイヤに結合するための分割された巻線を有する変圧器をさらに備え、前記分割された巻線の各々は前記１対のワイヤのうちのワイヤに接続される、請求項１に記載のシステム。
29. 前記分割された巻線間に設けられ、前記分割された巻線間のＤＣ接続を防ぐための容量性素子をさらに備える、請求項２８に記載のシステム。
30. イーサネット（登録商標）ケーブルを通じて電力を与えるためのシステムであって、
    前記イーサネット（登録商標）ケーブルの少なくとも第１および第２の対のワイヤを通じて電力を受電側機器（ＰＤ）に与えるための給電側機器（ＰＳＥ）を備え、
    前記ＰＳＥは、前記第１および第２の対の抵抗を決定するためにケーブル抵抗測定手順を制御するための制御回路を備える、システム。
31. 前記制御回路は、電力が前記イーサネット（登録商標）ケーブルに加えられる前に前記第１および第２の対のＤＣ抵抗を決定するよう構成される、請求項３０に記載のシステム。
32. 前記制御回路は、前記第１の対の抵抗を前記第２の対の抵抗とは独立して決定するよう構成される、請求項３０に記載のシステム。
33. 前記制御回路は、通信ケーブルにおけるワイヤの抵抗を前記通信ケーブルにおける他のワイヤの抵抗とは独立して決定するよう構成される、請求項３０に記載のシステム。
34. 前記第１および第２の対のＤＣ抵抗は、前記ＰＳＥが前記イーサネット（登録商標）ケーブルに電力を加える前に決定される、請求項３０に記載のシステム。
35. ローカルエリアネットワークであって、
    少なくとも１対のネットワークノードと、
    ネットワークハブと、
    前記ネットワークノードを前記ネットワークハブに接続してデータ通信を与えるための少なくとも第１および第２の対のワイヤを有する通信ケーブルとを備え、
    前記ネットワークハブは前記通信ケーブルを通じて電力を負荷に与えるための電源装置を有し、前記ネットワークは前記第１および第２の対のワイヤの抵抗を決定するための測定機構を含む、ローカルエリアネットワーク。
36. 前記測定機構は、前記第１の対の抵抗を前記第２の対の抵抗とは独立して決定するよう構成される、請求項３５に記載のネットワーク。
37. 前記測定機構は、前記通信ケーブルにおけるワイヤの抵抗を前記通信ケーブルにおける他のワイヤの抵抗とは独立して決定するよう構成される、請求項３５に記載のネットワーク。

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