JP2018019398A - ハイブリッドコモンモードチョークと電圧のＫｅｌｖｉｎ感知とを使用する通信システム - Google Patents
ハイブリッドコモンモードチョークと電圧のＫｅｌｖｉｎ感知とを使用する通信システム Download PDFInfo
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Abstract
【課題】ツイストワイヤペアを介して差動データを使用する通信システムを提供すること。【解決手段】１対のワイヤを介して差動データを伝導する通信システムにおいて、ＡＣコモンモードノイズが、ノイズのある環境においてワイヤに不必要に結合される。ハイブリッドコモンモードチョーク（ＨＣＭＣ）は、ＡＣコモンモードノイズを減衰させる一方で、差動データをＰＨＹまで通過させる。ＨＣＭＣは、ＣＭＣ（同じ極性を有する巻き線）と、差動モードチョーク（反対極性を有する巻き線）とを含む。ＣＭＣは、ＡＣコモンモードノイズを減衰させ、ＤＭＣは、減衰されたＡＣコモンモードノイズを排除するためにそれを終端回路まで通過させる。ＰｏＤＬシステムにおいて、ＤＣ電流を搬送しないワイヤ上の電圧を検出することによって１対のワイヤにおいてＤＣ電圧を感知し、それにより、より正確な測定を提供するＫｅｌｖｉｎについての技術もまた、開示される。【選択図】図７
Description
（関連出願に対する相互参照）
本願は、Ａｎｄｒｅｗ Ｊ． Ｇａｒｄｎｅｒによって２０１６年７月２５日に出願された米国仮出願第６２／３６６，３０８号に基づき、その出願からの優先権を主張し、本願はまた、Ａｎｄｒｅｗ Ｊ． Ｇａｒｄｎｅｒによって２０１７年２月１３日に出願された米国仮出願第６２／４５８，５２２号に基づき、その出願からの優先権を主張し、両方の出願は、参照により、本明細書に援用される。
本願は、Ａｎｄｒｅｗ Ｊ． Ｇａｒｄｎｅｒによって２０１６年７月２５日に出願された米国仮出願第６２／３６６，３０８号に基づき、その出願からの優先権を主張し、本願はまた、Ａｎｄｒｅｗ Ｊ． Ｇａｒｄｎｅｒによって２０１７年２月１３日に出願された米国仮出願第６２／４５８，５２２号に基づき、その出願からの優先権を主張し、両方の出願は、参照により、本明細書に援用される。
（発明の分野）
ある発明は、ツイストワイヤペアを介して差動データを使用する通信システムに関し、より具体的には、コモンモードおよび差動モードの損失特性を改善するための技術に関する。別の発明は、電力が給電機器（ＰＳＥ）から単一のワイヤペアを介して受電デバイス（ＰＤ）に送信されるパワーオーバーデータライン（ＰｏＤＬ）システムに関し、単一のワイヤペアは、差動データ信号（典型的には、イーサネット（登録商標）信号）を伝導するためにも使用され、そのシステムにおける電圧のより正確な測定を可能にする。
ある発明は、ツイストワイヤペアを介して差動データを使用する通信システムに関し、より具体的には、コモンモードおよび差動モードの損失特性を改善するための技術に関する。別の発明は、電力が給電機器（ＰＳＥ）から単一のワイヤペアを介して受電デバイス（ＰＤ）に送信されるパワーオーバーデータライン（ＰｏＤＬ）システムに関し、単一のワイヤペアは、差動データ信号（典型的には、イーサネット（登録商標）信号）を伝導するためにも使用され、そのシステムにおける電圧のより正確な測定を可能にする。
（背景）
遠隔機器を給電するためにデータラインを介して電力を伝送することは公知である。このようにして、受電デバイス（ＰＤ）のための任意の外部電源を提供する必要性が排除されることが可能である。この技術の１つの形態は、差動データとともに単一のツイストワイヤペアを介して電力が伝送されるパワーオーバーデータライン（ＰｏＤＬ）である。ＰｏＤＬは、特に自動車において一般的な技術となる可能性がある。
遠隔機器を給電するためにデータラインを介して電力を伝送することは公知である。このようにして、受電デバイス（ＰＤ）のための任意の外部電源を提供する必要性が排除されることが可能である。この技術の１つの形態は、差動データとともに単一のツイストワイヤペアを介して電力が伝送されるパワーオーバーデータライン（ＰｏＤＬ）である。ＰｏＤＬは、特に自動車において一般的な技術となる可能性がある。
図１は、ＵＳ２０１６／０３０８６８３号からコピーされたＰｏＤＬシステムの公知の構成を示す。媒体依存インターフェース（ＭＤＩ）コネクタ１６０が、差動データとＤＣ電圧との両方を搬送するツイストワイヤペア（図示せず）に結合される。ＰｏＤＬシステムの両端についての結合は、同一であり得る。
ＰＨＹ１５０が、差動データを出力し、ＭＤＩコネクタ１６０とコモンモードチョーク（ＣＭＣ）２１０とＡＣ結合コンデンサＣ１およびＡＣ結合コンデンサＣ２とを介して差動データを受信する。ＰＨＹ１５０は、ＯＳＩモデルにおける物理層を表し、次の段階へのビットを提示するための信号調整および複合回路を典型的に含む送受信器である。用語ＰＨＹは、専門用語であり、特定の用途に応じて様々なＩＥＥＥ標準によって規定される。ＰＨＹは、典型的には、集積回路である。デジタルプロセッサ（図示せず）が、データを処理するためにＰＨＹ１５０に結合される。
図１の回路がＰＳＥ側にある場合、電源１４０からのＤＣ電圧は、別個のインダクタ１４２によってワイヤに結合される。インダクタ１４０は、ＡＣをブロックし、ＤＣを通過させる。
ＭＤＩコネクタ１６０からのワイヤは、反射を最小化するために、抵抗器Ｒ１および抵抗器Ｒ２ならびにコンデンサＣ３およびコンデンサＣ４によって終端させられる。
図２は、別の先行技術回路を示し、ここで、差動データがツイストワイヤペア１２を通して伝送され、かつコモンモードノイズがＣＭＣ１およびＣＭＣ２によってフィルタリングされる。ＤＣ電圧がまったく伝導されないため、ＡＣ結合コンデンサは、必要とされないことがある。
ＣＭＣは、ツイストワイヤペアと直列に２つの巻き線を有するインライン変圧器である。ＣＭＣ巻き線上の点によって示されるように、巻き線は同じ極性を有しているので、差動モード信号によって生成される磁場は、実質的に相殺される。従って、ＣＭＣは、差動モード電流に対してほとんどインダクタンスまたはインピーダンスを提示しない。しかしながら、コモンモード電流は、巻き線の合成インダクタンスに因って高インピーダンスを経験する。
両方の構成において、ＣＭＣは、コモンモードＲＦノイズを理想的には除去または非常に減衰させる一方で、差動信号またはＤＣ電圧信号に損失をまったく提供しない。しかしながら、ＣＭＣは、ＣＭＣの理想的なパフォーマンスを妨げる制約を有する。そのような制約は、巻き線間電気容量、巻き線のＤＣ抵抗（ＤＣＲ）、およびコア損失を含む。ＣＭＣは、低挿入損失および高リターン損失を差動データに提示しなければならない。
いくつかの用途は、ノイズのある環境（例えば、工場）において非常に低いビット誤り率を達成する必要がある。従来のＣＭＣは、単独で、差動データ挿入損失を増大させることなくこれを成し遂げることをできない。ユーザは、シールドのないツイストワイヤペア（典型的には、イーサネット（登録商標）ＣＡＴ−５ケーブル）をシールド付きケーブルと交換することが可能であるが、これは、かなり多い費用を追加する。
必要なのは、コモンモードノイズをフィルタリングするためのよりロバストな技術を提供する差動データ通信のための終端技術である。
加えて、いくつかのＰｏＤＬ用途において、ユーザは、システム内のあるノードにおける実際の電圧を知ることを要求する。いくつかの用途において、ＭＤＩコネクタにおける電圧が特定される。しかしながら、巻き線の直流抵抗（ＤＣＲ）に因ってＣＭＣの下流のこの電圧は、測定されることができず、ここで、ＤＣ電流における変動が、巻き線を通して損失を変動させる。（場合によっては高ＰｏＤＬ電流を搬送する）ＭＤＩへのさらなる接続を追加することは、この追加が追加の寄生容量負荷をもたらし得るため、望ましくない。ＭＤＩにおける直接的な任意の接続なしにＰＤまたはＰＳＥにおいてＭＤＩ電圧を検出することが、より良い。必要なのは、ＰＳＥまたはＰＤにおいてＭＤＩ電圧を正確に検出するための技術である。
本明細書において、２つの発明が開示される。１つの発明は、ツイストペア上のＡＣコモンモードＲＦノイズの除去を増大させる差動データツイストワイヤペアについての終端技術である。他の発明は、ＰｏＤＬシステムにおいてツイストワイヤペア上で伝送されるＤＣ電圧を正確に測定するための技術である。
３つのポートを有するハイブリッドコモンモードチョーク（ＨＣＭＣ）が開示され、各ポートは、２つの終端部から成る。第１のポートは、ＰＨＹに結合される。第２のポートは、巻き線が同じ極性を有する（点（複数）が同じ端部上にある）コモンモードチョーク（ＣＭＣ）の第１の端部である。第３のポートは、反対極性を有する（点（複数）が反対端部にある）巻き線を有する差動モードチョーク（ＤＭＣ）の第１の端部である。ＣＭＣおよびＤＭＣの第２の端部は、第１のポートに結合される。第３のポートは、ＡＣコモンモードノイズに適した終端部に結合される。ＨＣＭＣは、単一のモジュールであり得る。
ＣＭＣは、その２つのポートの間で、大きいコモンモードインピーダンスと、低差動モードインピーダンスとを有する。第１のポートと第２のポートとの間でのＡＣコモンモード信号の伝送は、ＣＭＣによって実質的に妨げられる一方で、差動モード信号の伝送は、ＣＭＣによって実質的に妨げられない。逆に、ＤＭＣを通して第３のポートへのＡＣコモンモード信号の伝送は、ＤＭＣによって実質的に妨げられない一方で、ＡＣ差動モード信号の伝送は、ＤＭＣによって実質的に妨げられる。それ故、ＤＭＣは、ＣＭＣを既に通過した不要なＡＣコモンモード信号のみを第３のポートへ通過させる。それ故、ＣＭＣは、ＡＣコモンモードノイズを実質的にブロックし、ＤＭＣは、任意の残りのＡＣコモンモードノイズを取り除く（ＡＣコモンモードノイズを第３のポートへそらす）。
ＤＭＣが、ＡＣコモンモードノイズ除去を改善するため、ＣＭＣの巻き線は、より低いインダクタンス値を有することが可能であり、これは、ＣＭＣの巻き線のＤＣＲを低減させ、ＣＭＣの差動モードリターン損失を増大させることによってシステムの全体効率を改善する。代替的には、ＣＭＣインダクタンスは同じままであることが可能であり、全体的なＡＣコモンモード除去がＤＭＣの分流作用によって増大させられ得る。
これは、ノイズのある環境において、より高価なシールド付きケーブルではなく、従来のツイストワイヤペア（例えば、ＣＡＴ−５ケーブル）の使用を可能にする。
第３のポートは、反射を低減するために、ＡＣコモンモードＲＦノイズに適した終端部（例えば、（ＤＣがツイストワイヤペアによってまったく伝導されない場合には）アース）に、または、アースに接続されたコンデンサに接続されることが可能であるか、または、第３のポート終端部は、共に結ばれてアースへの単一のコンデンサに接続されることが可能である。
ハイブリッドＣＭＣは、先行技術のコモンモード挿入損失を実質的に改善する（すなわち、コモンモードノイズを低減させる）と同時に、高差動モードリターン損失と低差動モード挿入損失とを達成する。
ＰｏＤＬシステムにおけるツイストワイヤペアにおいてＤＣ電圧を正確に測定するための技術もまた開示される。従来のシステムにおいて、ＰＳＥからの電圧は、ＰＳＥの出力において検出されるが、高ＤＣ電流が、（例えば、巻き線が直流電流抵抗（ＤＣＲ）を有するＣＭＣを横断する）電圧降下を引き起こす。それ故、測定される電圧は、ツイストワイヤペアの端部に実際に印加されている電圧より高い。
ＰｏＤＬ用途において、ＨＣＭＣの第２のポートは、ツイストワイヤペアに結合される従来の媒体依存インターフェース（ＭＤＩ）コネクタに結合される。ツイストワイヤペアに印加される電圧を正確に測定するために、ＭＤＩコネクタにおいて追加のワイヤを接続し、ＭＤＩコネクタにおいて直接電圧を測定することが、時々、実現困難である。解決策は、ＭＤＩコネクタの入力においてＡＣ結合終端抵抗器を提供し、抵抗器とそれに関連付けられるコンデンサとの間の電圧を測定することである。アースされているＡＣ結合終端抵抗は、信号反射を低減し、ＡＣ結合に因り、アースへ伝導されるＤＣ電流は実質的に存在しない。それ故、抵抗器を横断する電圧降下は存在しない。従って、電圧感知は、ＤＣ電流を搬送する導体上で感知が実行されないため、高度に正確なＫｅｌｖｉｎ感知を使用する。Ｋｅｌｖｉｎ感知は、高電流ワイヤではなく超低電流搬送ワイヤ上でなされる電圧検出を指す。電圧感知は、ＰＳＥまたはＰＤ内の従来の電圧センサによって実行され得る。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
パワーオーバーデータライン（ＰｏＤＬ）システムおよび電圧測定システムであって、
差動データおよびＤＣ電圧を搬送する１対のワイヤと、
ＤＣ結合回路を介して前記１対のワイヤにＤＣ電圧を提供する給電機器（ＰＳＥ）と、
前記１対のワイヤと送受信器との間に結合されるコモンモードチョーク（ＣＭＣ）であって、前記ＣＭＣは、同じ極性を有する２つの巻き線を有する第１の変圧器を備え、前記ＣＭＣは、前記１対のワイヤ上のＡＣコモンモード信号を減衰させかつ前記差動データを実質的に通過させる、ＣＭＣと、
前記ＣＭＣと前記１対のワイヤとの間に結合される終端回路であって、前記終端回路は、前記ワイヤのうちの第１のワイヤに結合される第１の抵抗器を備え、前記第１の抵抗器は、第１のコンデンサを介してアースに結合され、前記終端回路は、前記ワイヤのうちの第２のワイヤに結合される第２の抵抗器をさらに備え、前記第２の抵抗器は、第２のコンデンサを介してアースに結合される、終端回路と、
前記第１の抵抗器と前記第１のコンデンサとの間の第１のノードに結合される第１の導体と、
前記第２の抵抗器と前記第２のコンデンサとの間の第２のノードに結合される第２の導体と
を備え、
前記第１の導体および前記第２の導体は、前記１対のワイヤに印加されるＤＣ電圧を検出するための電圧センサに結合される、システム。
（項目２）
ＤＣ電圧を前記１対のワイヤに結合する給電機器（ＰＳＥ）をさらに備え、前記ＰＳＥは、前記ＣＭＣと前記送受信器との間でＤＣ結合回路を介して結合される、上記項目に記載のシステム。
（項目３）
前記ＤＣ結合回路は、１つまたは複数のインダクタを備える、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目４）
前記ＤＣ結合回路は、前記ＣＭＣと前記送受信器との間で結合される差動モードチョーク（ＤＭＣ）を備え、前記ＤＭＣは、反対極性を有する２つの巻き線を有する第２の変圧器を備え、前記ＤＭＣは、前記１対のワイヤから前記ＣＭＣを通過する前記ＡＣコモンモード信号を実質的に通過させる、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目５）
前記ＤＭＣは、前記送受信器によって受信される前に前記ＡＣコモンモード信号をさらに減衰させるために、前記ＡＣコモンモード信号をＡＣ終端回路に印加する、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目６）
前記電圧センサは、前記ＰＳＥ内に位置する、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目７）
前記電圧センサは、アナログ−デジタル変換器を備える、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目８）
前記第１の導体および前記第２の導体は、前記１対のワイヤに印加されるＤＣ電圧を検出するために、前記１対のワイヤにＫｅｌｖｉｎコネクタを提供する、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目９）
ＤＣ電圧を前記１対のワイヤに結合する給電機器（ＰＳＥ）をさらに備え、前記ＰＳＥは、ＤＣ結合回路を介して前記１対のワイヤに結合される、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目１０）
前記ＤＣ結合回路は、１つまたは複数のインダクタを備える、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目１１）
前記ＤＣ結合回路は、前記ＰＳＥと前記１対のワイヤとの間で結合される差動モードチョーク（ＤＭＣ）を備え、前記ＤＭＣは、反対極性を有する２つの巻き線を有する第２の変圧器を備える、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目１２）
前記ＤＣ電圧は、前記ＣＭＣを通して前記１対のワイヤに結合されない、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（摘要）
１対のワイヤを介して差動データを伝導する通信システムにおいて、ＡＣコモンモードノイズが、ノイズのある環境においてワイヤに不必要に結合される。ハイブリッドコモンモードチョーク（ＨＣＭＣ）は、ＡＣコモンモードノイズを減衰させる一方で、差動データをＰＨＹまで通過させる。ＨＣＭＣは、ＣＭＣ（同じ極性を有する巻き線）と、差動モードチョーク（反対極性を有する巻き線）とを含む。ＣＭＣは、ＡＣコモンモードノイズを減衰させ、ＤＭＣは、減衰されたＡＣコモンモードノイズを排除するためにそれを終端回路まで通過させる。ＰｏＤＬシステムにおいて、ＤＣ電流を搬送しないワイヤ上の電圧を検出することによって１対のワイヤにおいてＤＣ電圧を感知し、それにより、より正確な測定を提供するＫｅｌｖｉｎについての技術もまた、開示される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
パワーオーバーデータライン（ＰｏＤＬ）システムおよび電圧測定システムであって、
差動データおよびＤＣ電圧を搬送する１対のワイヤと、
ＤＣ結合回路を介して前記１対のワイヤにＤＣ電圧を提供する給電機器（ＰＳＥ）と、
前記１対のワイヤと送受信器との間に結合されるコモンモードチョーク（ＣＭＣ）であって、前記ＣＭＣは、同じ極性を有する２つの巻き線を有する第１の変圧器を備え、前記ＣＭＣは、前記１対のワイヤ上のＡＣコモンモード信号を減衰させかつ前記差動データを実質的に通過させる、ＣＭＣと、
前記ＣＭＣと前記１対のワイヤとの間に結合される終端回路であって、前記終端回路は、前記ワイヤのうちの第１のワイヤに結合される第１の抵抗器を備え、前記第１の抵抗器は、第１のコンデンサを介してアースに結合され、前記終端回路は、前記ワイヤのうちの第２のワイヤに結合される第２の抵抗器をさらに備え、前記第２の抵抗器は、第２のコンデンサを介してアースに結合される、終端回路と、
前記第１の抵抗器と前記第１のコンデンサとの間の第１のノードに結合される第１の導体と、
前記第２の抵抗器と前記第２のコンデンサとの間の第２のノードに結合される第２の導体と
を備え、
前記第１の導体および前記第２の導体は、前記１対のワイヤに印加されるＤＣ電圧を検出するための電圧センサに結合される、システム。
（項目２）
ＤＣ電圧を前記１対のワイヤに結合する給電機器（ＰＳＥ）をさらに備え、前記ＰＳＥは、前記ＣＭＣと前記送受信器との間でＤＣ結合回路を介して結合される、上記項目に記載のシステム。
（項目３）
前記ＤＣ結合回路は、１つまたは複数のインダクタを備える、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目４）
前記ＤＣ結合回路は、前記ＣＭＣと前記送受信器との間で結合される差動モードチョーク（ＤＭＣ）を備え、前記ＤＭＣは、反対極性を有する２つの巻き線を有する第２の変圧器を備え、前記ＤＭＣは、前記１対のワイヤから前記ＣＭＣを通過する前記ＡＣコモンモード信号を実質的に通過させる、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目５）
前記ＤＭＣは、前記送受信器によって受信される前に前記ＡＣコモンモード信号をさらに減衰させるために、前記ＡＣコモンモード信号をＡＣ終端回路に印加する、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目６）
前記電圧センサは、前記ＰＳＥ内に位置する、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目７）
前記電圧センサは、アナログ−デジタル変換器を備える、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目８）
前記第１の導体および前記第２の導体は、前記１対のワイヤに印加されるＤＣ電圧を検出するために、前記１対のワイヤにＫｅｌｖｉｎコネクタを提供する、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目９）
ＤＣ電圧を前記１対のワイヤに結合する給電機器（ＰＳＥ）をさらに備え、前記ＰＳＥは、ＤＣ結合回路を介して前記１対のワイヤに結合される、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目１０）
前記ＤＣ結合回路は、１つまたは複数のインダクタを備える、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目１１）
前記ＤＣ結合回路は、前記ＰＳＥと前記１対のワイヤとの間で結合される差動モードチョーク（ＤＭＣ）を備え、前記ＤＭＣは、反対極性を有する２つの巻き線を有する第２の変圧器を備える、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（項目１２）
前記ＤＣ電圧は、前記ＣＭＣを通して前記１対のワイヤに結合されない、上記項目のいずれかに記載のシステム。
（摘要）
１対のワイヤを介して差動データを伝導する通信システムにおいて、ＡＣコモンモードノイズが、ノイズのある環境においてワイヤに不必要に結合される。ハイブリッドコモンモードチョーク（ＨＣＭＣ）は、ＡＣコモンモードノイズを減衰させる一方で、差動データをＰＨＹまで通過させる。ＨＣＭＣは、ＣＭＣ（同じ極性を有する巻き線）と、差動モードチョーク（反対極性を有する巻き線）とを含む。ＣＭＣは、ＡＣコモンモードノイズを減衰させ、ＤＭＣは、減衰されたＡＣコモンモードノイズを排除するためにそれを終端回路まで通過させる。ＰｏＤＬシステムにおいて、ＤＣ電流を搬送しないワイヤ上の電圧を検出することによって１対のワイヤにおいてＤＣ電圧を感知し、それにより、より正確な測定を提供するＫｅｌｖｉｎについての技術もまた、開示される。
様々な図面における同じまたは同等の要素は、同じ数字を用いてラベル付けされる。
（詳細な説明）
図３は、ハイブリッドコモンモードチョーク（ＨＣＭＣ）１６の使用を示す。ＨＣＭＣ１６は、３つのポートを有し、各ポートは、２つの終端部から成る。第１のポート１８は、ＣＭＣ２０の第１の端部であり、第２のポート２２は、ＣＭＣ２０の他端部である。ＨＣＭＣ１６がＰｏＤＬシステムに組み込まれる場合、ＡＣ結合コンデンサは、第１のポート１８とＰＨＹ１５０（送受信器）との間に結合され得る。差動データを搬送するためのツイストワイヤペア１２は、第２のポート２２に結合され得る。ＭＤＩコネクタは、第２のポート２２とツイストワイヤペア１２との間を接続するために使用され得る。ＣＭＣ２０の２つの巻き線は、同じ極性を有する（点（複数）が第２のポート端部にある）ので、ＣＭＣ２０は、コモンモードノイズ信号を妨げる（非常に減衰させる）。ＣＭＣ２０の第１の端部は、巻き線が反対極性を有する（点（複数）が両方の端部にある）変圧器である差動モードチョーク（ＤＭＣ）２４にも結合され得る。ＤＭＣ２４の他端部は、第３のポート２６である。第３のポート２６は、反射を最小化するために適したＡＣ終端部に結合され得る。
図３は、ハイブリッドコモンモードチョーク（ＨＣＭＣ）１６の使用を示す。ＨＣＭＣ１６は、３つのポートを有し、各ポートは、２つの終端部から成る。第１のポート１８は、ＣＭＣ２０の第１の端部であり、第２のポート２２は、ＣＭＣ２０の他端部である。ＨＣＭＣ１６がＰｏＤＬシステムに組み込まれる場合、ＡＣ結合コンデンサは、第１のポート１８とＰＨＹ１５０（送受信器）との間に結合され得る。差動データを搬送するためのツイストワイヤペア１２は、第２のポート２２に結合され得る。ＭＤＩコネクタは、第２のポート２２とツイストワイヤペア１２との間を接続するために使用され得る。ＣＭＣ２０の２つの巻き線は、同じ極性を有する（点（複数）が第２のポート端部にある）ので、ＣＭＣ２０は、コモンモードノイズ信号を妨げる（非常に減衰させる）。ＣＭＣ２０の第１の端部は、巻き線が反対極性を有する（点（複数）が両方の端部にある）変圧器である差動モードチョーク（ＤＭＣ）２４にも結合され得る。ＤＭＣ２４の他端部は、第３のポート２６である。第３のポート２６は、反射を最小化するために適したＡＣ終端部に結合され得る。
ＤＭＣ２４は、巻き線の反対極性に因り、ＰＨＹ１５０によって生成された、ワイヤペア１２からのＡＣ差動信号をブロックする。
ＨＣＭＣ１６は、ワイヤペア１２上のコモンモードノイズを実質的に低減させる一方で、（反射を弱める）高差動モードリターン損失と、低差動モード挿入損失とを達成する。
ＣＭＣ２０は、同じ極性を有するＣＭＣ２０の巻き線に因って大きなコモンモードインピーダンスを有するので、ワイヤペア１２上のコモンモードノイズは、ブロックされる。ＣＭＣ２０は、ＣＭＣ２０の巻き線が同じ極性を有することに因って、ＣＭＣ２０の２つのポートの間に低差動モードインピーダンスを有するので、差動データは、自由に通過する。ＣＭＣ２０は、ＰｏＤＬシステム内のＰＳＥ電圧源からの任意のＤＣ電圧をも自由に通過させる。ＰｏＤＬシステムが使用される場合、ＤＣ電圧は、図１におけるインダクタ１４２を使用してツイストワイヤペア１２に接続され得るか、または、ＤＣ電圧は、第３のポート２６に接続され得、電力供給器がＤＭＣ２４を通過するＡＣコモンモードノイズを吸収する。
逆に、ＤＭＣ２４の作動によって、ＣＭＣ２０と第３のポート２６との間でのＡＣコモンモード信号の伝送は、ＤＭＣ２４によって実質的に妨げられない一方で、ＡＣ差動モード信号の伝送は、ＤＭＣ２４によって実質的に妨げられる。このように、第３のポート２６に接続された回路は、ＣＭＣ２０を通過した任意のＡＣコモンモード信号を実質的に排除するために使用されることが可能である。システムがＰｏＤＬシステムではないと仮定して、第３のポート２６に接続されたそのような回路は、図３に示されるように、アースを含み得る。
ワイヤを終端させるためおよびＡＣコモンモード信号を排除するために第３のポート２６に結合された他の回路が、図４および図５に示される。図４は、第３のポート２６が、ワイヤを終端させるためおよびＡＣコモンモード信号を排除するためにＡＣ結合コンデンサ３０およびＡＣ結合コンデンサ３２を介してアースに接続されていることを示す。図５は、第３のポート２６の２つの終端部が、共に接続され、次いで、ワイヤを終端させるためおよびＡＣコモンモード信号を排除するためにＡＣ結合コンデンサ３４を介してアースに接続されていることを示す。
ＤＭＣ２４が、ＡＣコモンモード除去を改善するため、ＣＭＣ２０の巻き線は、低インダクタンス値を有することが可能であり、ＣＭＣ２０のＤＣＲの低下と、システムの全体効率の改善とをもたらす。コア損失もまた低減させられる。これはまた、ノイズのある環境において、より高価なシールド付きケーブルではなく、従来のツイストワイヤペア１２（例えば、ＣＡＴ−５ケーブル）の使用を可能にする。
ここで、ツイストワイヤペアにおいて電圧を正確に測定するための技術が、図６〜図８を参照して説明される。従来のシステムにおいて、ＰＳＥからのＤＣ電圧は、ＰＳＥの出力において検出されるが、高ＤＣ電流は、（例えば、巻き線が直流電流抵抗（ＤＣＲ）を有するＣＭＣを横断する）電圧降下を引き起こす。従って、測定される電圧は、ツイストワイヤペアの端部において実際に印加される電圧より高い。いくつかの用途は、ツイストワイヤペアに印加される電圧の正確な測定を要求する。
図６は、ツイストワイヤペア１２上の反射を排除するためにＡＣ結合終端抵抗器４０およびＡＣ結合終端抵抗器４１がＭＤＩコネクタ１６０の終端部に結合されているＰｏＤＬシステムを示す。ＰＳＥ４８は、ＤＭＣ２４を介してツイストペア上にＤＣ電圧を提供する。コンデンサ４２およびコンデンサ４３がＤＣをブロックしていることに因り、ＤＣ電圧は、抵抗器４０および抵抗器４１を通してまったく流れない。それ故、抵抗器４０および抵抗器４１を横断するＤＣ電圧降下は存在しない。
ツイストワイヤペア１２に印加される電圧を正確に測定するために、ＭＤＩコネクタ１６０におけるＤＣ電圧が測定される必要がある場合、（場合によっては高電流を搬送する）ＭＤＩコネクタ１６０において追加のワイヤを接続し、ＭＤＩコネクタ１６０において直接電圧を測定することが、時々、実現困難である。
図７に示されるように、導体４９が、抵抗器４０および抵抗器４１とそれらの抵抗器に関連付けられるコンデンサ４２およびコンデンサ４３との間のノードにおいて、接続される。導体４９は、ＰＳＥ４８内の従来のＤＣ電圧感知デバイスに通じている。電圧感知デバイスは、電圧を識別するアナログ信号またはデジタル信号を生成し得るか、または、他の態様では、感知された電圧が、システムの適切な動作を決定するために使用される。１つの実施形態において、電圧感知デバイスは、アナログ電圧に対応するデジタル信号を生成するアナログ−デジタル変換器である。
従って、電圧感知は、ＤＣ電流を搬送する導体上で感知が実行されないため、高度に正確なＫｅｌｖｉｎ感知を使用する。Ｋｅｌｖｉｎ感知は、高電流ワイヤではなく超低電流搬送ワイヤ上でなされる電圧検出を指す。
同じＫｅｌｖｉｎ感知が、（図７に示される）ＰＤ側でなされ、ここで、ＰＤ５０が、（例えば、システムがある要件を満たしているかどうかを決定するための）ＤＣ電圧感知デバイスを含む。ＤＣ電圧は、導体５６を使用して、コンデンサ５４およびコンデンサ５５を介してアースに接続されるＡＣ結合抵抗器５２およびＡＣ結合抵抗器５３から取り出される。
従って、ツイストワイヤペア１２の中および外の電圧が、ＭＤＩコネクタ終端部におけるＫｅｌｖｉｎ感知を使用してＰＳＥまたはＰＤにおいて正確に測定される。
ＰＳＥ４８およびＰＤ５０のＤＣ電圧終端部を横断するコンデンサは、ＤＣ電圧を平滑化する。
図８は、コンデンサ６１およびコンデンサ６２を介してアースに接続されるＡＣ結合抵抗器５８およびＡＣ結合抵抗器５９のノードからＤＣ電圧が取り出されるＫｅｌｖｉｎ感知の別の実施形態を示す。ＤＣ電流が抵抗器５８および抵抗器５９を通してまったく流れないため、電圧降下が存在しない。それ故、ツイストワイヤペア１２の端部におけるＤＣ電圧が、正確に測定される。
図８において、ＡＣ結合コンデンサＣ１およびＡＣ結合コンデンサＣ２は、ＡＣ差動データをＰＨＹ１５０に結合し、ＰＨＹ１５０の入力におけるＣＭＣ６６は、ＡＣコモンモードノイズ信号を取り除く。
ＰＳＥ４８は、ＣＭＣ６８およびＤＭＣ７０を介してツイストワイヤペア１２にＤＣ電圧を提供する。両方は、ＤＣ電圧が通過することを可能にする一方で、ＡＣ電圧がブロックされる。ツイストワイヤペア１２における電圧を測定するために、同一の構成がＰＤ側に提供される。
本発明の特定の実施形態が示されて説明されたが、本発明のより広い局面において本発明から逸脱することなく変化および改変がなされ得、それ故、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の精神および範囲内であるすべてのそのような変化および改変を特許請求の範囲の範囲内に含むものであることは、当業者に明らかである。
Claims (12)
- パワーオーバーデータライン（ＰｏＤＬ）システムおよび電圧測定システムであって、
差動データおよびＤＣ電圧を搬送する１対のワイヤと、
ＤＣ結合回路を介して前記１対のワイヤにＤＣ電圧を提供する給電機器（ＰＳＥ）と、
前記１対のワイヤと送受信器との間に結合されるコモンモードチョーク（ＣＭＣ）であって、前記ＣＭＣは、同じ極性を有する２つの巻き線を有する第１の変圧器を備え、前記ＣＭＣは、前記１対のワイヤ上のＡＣコモンモード信号を減衰させかつ前記差動データを実質的に通過させる、ＣＭＣと、
前記ＣＭＣと前記１対のワイヤとの間に結合される終端回路であって、前記終端回路は、前記ワイヤのうちの第１のワイヤに結合される第１の抵抗器を備え、前記第１の抵抗器は、第１のコンデンサを介してアースに結合され、前記終端回路は、前記ワイヤのうちの第２のワイヤに結合される第２の抵抗器をさらに備え、前記第２の抵抗器は、第２のコンデンサを介してアースに結合される、終端回路と、
前記第１の抵抗器と前記第１のコンデンサとの間の第１のノードに結合される第１の導体と、
前記第２の抵抗器と前記第２のコンデンサとの間の第２のノードに結合される第２の導体と
を備え、
前記第１の導体および前記第２の導体は、前記１対のワイヤに印加されるＤＣ電圧を検出するための電圧センサに結合される、システム。 - ＤＣ電圧を前記１対のワイヤに結合する給電機器（ＰＳＥ）をさらに備え、前記ＰＳＥは、前記ＣＭＣと前記送受信器との間でＤＣ結合回路を介して結合される、請求項１に記載のシステム。
- 前記ＤＣ結合回路は、１つまたは複数のインダクタを備える、請求項２に記載のシステム。
- 前記ＤＣ結合回路は、前記ＣＭＣと前記送受信器との間で結合される差動モードチョーク（ＤＭＣ）を備え、前記ＤＭＣは、反対極性を有する２つの巻き線を有する第２の変圧器を備え、前記ＤＭＣは、前記１対のワイヤから前記ＣＭＣを通過する前記ＡＣコモンモード信号を実質的に通過させる、請求項２に記載のシステム。
- 前記ＤＭＣは、前記送受信器によって受信される前に前記ＡＣコモンモード信号をさらに減衰させるために、前記ＡＣコモンモード信号をＡＣ終端回路に印加する、請求項４に記載のシステム。
- 前記電圧センサは、前記ＰＳＥ内に位置する、請求項５に記載のシステム。
- 前記電圧センサは、アナログ−デジタル変換器を備える、請求項１に記載のシステム。
- 前記第１の導体および前記第２の導体は、前記１対のワイヤに印加されるＤＣ電圧を検出するために、前記１対のワイヤにＫｅｌｖｉｎコネクタを提供する、請求項１に記載のシステム。
- ＤＣ電圧を前記１対のワイヤに結合する給電機器（ＰＳＥ）をさらに備え、前記ＰＳＥは、ＤＣ結合回路を介して前記１対のワイヤに結合される、請求項１に記載のシステム。
- 前記ＤＣ結合回路は、１つまたは複数のインダクタを備える、請求項９に記載のシステム。
- 前記ＤＣ結合回路は、前記ＰＳＥと前記１対のワイヤとの間で結合される差動モードチョーク（ＤＭＣ）を備え、前記ＤＭＣは、反対極性を有する２つの巻き線を有する第２の変圧器を備える、請求項９に記載のシステム。
- 前記ＤＣ電圧は、前記ＣＭＣを通して前記１対のワイヤに結合されない、請求項１１に記載のシステム。
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