JP4569394B2

JP4569394B2 - 受電機能を備えるデータ通信端末

Info

Publication number: JP4569394B2
Application number: JP2005173416A
Authority: JP
Inventors: 直樹松島; 実宮崎; 晃久芝本
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2025-06-14
Also published as: JP2006352308A

Description

本発明は、イーサネット（商標登録）の如きデータ通信ネットワークを介してデータ通信をなすと共に、該データ通信ネットワークから動作電力を受電するデータ通信端末に関し、特に、受電する電力量の範囲が内蔵されるクラス設定抵抗の抵抗値に従ってクラス分けされるデータ通信端末に関する。

従来から、ハブ等の集線装置を給電装置とし、これにイーサネットケーブルを介して接続される端末を受電装置として電力を供給する技術が知られている。かかる技術を用いることで、イーサネットケーブルに繋がる端末は電源装置を必要とすることなくネットワーク構築が可能となる。

ところで、その利用においては、給電装置が端末に対して受電機能を有無を問い合わせ、該問い合わせに対する端末からの応答に応じて電力供給を制御することが必要であった（特許文献１参照）。しかし、近年では、受電機能を有する端末の認証を規格化された動作条件及び動作手順により行う技術としてＰｏＥ（Power over Ethernet）が知られるようになってきた。

ＰｏＥ技術はｌＥＥＥ８０２．３ａｆ規格に定められている。該規格は、端末の受電機能の有無を認証する動作手順を規格化すると共に、端末毎の電力供給量の範囲を５つのクラスに分類して規格化している（図１参照）。給電側が受電側であるデータ通信端末にどのクラスの電力量を供給するかを決定する。その決定方法としては、「電流測定法」という方式が採られ、給電側がＰＤ側に所定電圧を与えて流れる電流量によってクラスを決定する。受電側の端末は、この決定に備えて予め該電流が流れる回路の抵抗、すなわちクラス設定抵抗の値を、当該端末動作に必要な電力量に対応する抵抗値に設定して置くことで、クラス決定後の給電時にあって適切な電力供給を受けることができる（非特許文献１〜３参照）。
特開２００３−１１０５８９号公報 http://www.teldevice.co.jp/tednews/Vol-79/market.html http://www.tomen-ele.co.jp/products/ten/ten114/Linear.pdf http://www.ednjapan.com/content/issue/2004/01/feature/feature02.html

しかしながら、かかる方式は、製品出荷後にも消費電流が変わらず、たとえ拡張基板を新たに取り付けたとしても消費電流が変わらない端末製品を前提としている。これらの製品はクラスｌ〜３の何れかに予め設定を行うことができる。しかし、出荷後に拡張基板などを実装した時に消費電流が大きく増加し、予め設定されたクラスを超えて電力を消費すると予定される製品は、メイン基板に予めクラス設定抵抗が内蔵されている必要があることから、当初から最大消費でのクラスに対応する設定ががなされることが求められる。その結果、かかる製品については、拡張基板が未だ取り付けられておらず現実には最小の消費電力であるにも関わらず、給電側は最大消費電力分を確保しなければならなくなる。

図２に示される形態はかかる状況を説明している。ここで、データ通信端末である製品Ａは、拡張基板を含まない最小構成時に消費電力３Ｗとし、拡張基板を取り付けた最大構成時に消費電力１２Ｗとする製品であるとする。この場合、製品Ａの全ては、拡張基板の取り付けに備えてクラス０または３に当初から設定される必要がある。その結果、すべての製品Ａが最小構成であって実際は９Ｗしか使用していないにも関わらず、最大供給能力６０Ｗの給電スイッチには製品Ａが３台しか接続できないことになる。もし実際の消費電力を基礎として製品Ａをクラスｌに設定することが可能であれば、製品Ａ１台当たり４Ｗを確保すれば足りることから現実には製品Ａを１５台接続することができるはずである。

本発明の目的は、拡張基板の追加による機能拡張が予定される場合にあっても、現在の消費電力に適合する給電電力量の割り当てを受けることができるデータ通信端末を提供することである。

本発明によるデータ通信端末は、データ通信ネットワークを介したデータ通信機能を奏すると共に、該データ通信ネットワークを介して供給される直流電流が通過するクラス設定抵抗を含むデータ通信端末であり、該データ通信機能に対する拡張機能を奏する少なくとも１つの拡張基板を着脱自在に取り付け得る拡張基板取付部と、該拡張基板が取り付けられた状態において、該拡張基板に含まれるクラス変更抵抗を該クラス設定抵抗に並列に接続する接続部とを含むことを特徴とする。

本発明によるデータ通信端末によれば、拡張基板の追加による機能拡張が予定される場合にあっても、現在の消費電力に適合する給電電力量の割り当てを受けることができる。

本発明の実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。

図３は、本発明の実施例であり、データ通信端末２０の構成を示している。ここで、データ通信端末２０は、少なくとも２対４線からなるＬＡＮケーブル２１を介して集線装置１０に接続されている。集線装置１０は、通常ハブと称され、データ通信端末２０のみならず、他の多数のデータ通信端末（図示せず）とルータの如き通信装置（図示せず）とによりデータ通信ネットワークを構成しＬＡＮ通信を可能とする中継装置である。集線装置１０は、また、通常のＰｏＥにおける電力供給をなす給電側（以下、ＰＳＥ（Power Sourcing Equipment）側と称する）を構成する装置である。従って、集線装置１０は、ＩＥＥＥ８０２.３ａｆ標準に従った受電側端末の認証機能、電力供給レベルを確定するクラス設定機能、並びに設定されたクラスに基づいて実際に電力を供給する電力供給機能を備える。

データ通信端末２０は、ＩＰ電話の如きＬＡＮ通信における端末であると共に、ＰＳＥ側から電力供給を受ける受電装置（以下、ＰＤ（Powered Device）側と称する）を構成する。データ通信端末２０は、また、その機能に対する機能拡張要求に従って任意の拡張基板３０を追加することを可能としている。データ通信端末２０をＩＰ電話端末であると想定すると、拡張基板３０としては、例えば、電話番号あるいは通信ログ等の情報を記憶する拡張メモリ機能やアナログ回線を収容するインタフェース基板が想定される。拡張基板３０は、多数の接続端子を備える拡張基板用コネクタを介してデータ通信端末２０のメイン基板に着脱自在に取り付けられる（図５参照）。取り付けられた拡張基板３０は、データ通信端末２０との間で、動作電力の受電を受けると共にその拡張機能のための通信信号入出力を行う。また、拡張基板３０は、クラス変更抵抗ＲＣ２を備え、データ通信端末２０への取り付けに応じてその両端がデータ通信端末２０に内蔵されるクラス設定抵抗ＲＣ１に並列接続されるようになっている。

データ通信端末２０は、２つの信号トランス２２及び２３を介して集線装置１０に接続されるＬＡＮ通信部２４と、２つの信号トランス２２及び２３の各々におけるＬＡＮケーブル２１側中間タップから引き出された給電ラインＬ１及びＬ２が接続されるＰＤ制御部２６と、同様に給電ラインＬ１及びＬ２が接続される電源部２５とを含む。

ＬＡＮ通信部２４は、２つの信号トランス２２及び２３の各々をトランシーバ側及びレシーバ側として通常のＬＡＮ通信を行う機能を有する。ＬＡＮ通信部２４の通信信号入出力は、例えば、ＩＰ電話の場合には、電話通信を司る回路（図示せず）に接続されてＩＰ電話機能を実現する。

電源部２５は、ＰＤ制御部２６から起動信号の応じてＤＣ−ＤＣコンバータ動作を行い、定電圧制御した電源供給をＬＡＮ通信部２４に行う。電源部２５は、また、拡張基板３０が取り付けられた場合に、拡張基板３０に対してその動作電源として電力供給を行う。

ＰＤ制御部２６は、ＰＳＥ側からの認証時において、データ通信端末２０自体がＰｏＥに対応する受電装置であることを認証してもらうための端末認証抵抗ＲＳ（２５ＫΩ）を、給電ラインＬ１及びＬ２に直列接続されるように制御する。また、ＰＤ制御部２６は、ＰＳＥ側からのクラス決定時において、設定抵抗ラインＬ３及びＬ４を介してクラス設定抵抗ＲＣ１の両端が給電ラインＬ１及びＬ２の各々に接続されるように制御する。さらに、ＰＤ制御部２６は、ＰＳＥ側からの過大電圧の供給からデータ通信端末２０全体を保護するための保護回路や、データ通信端末２０をＰＳＥ側から取り外した時の対処動作を行う回路を備えても良い。

尚、本実施例においては、ＰＳＥ側との接続は少なくとも２対４線のＬＡＮケーブルにより行うこととしたが、通常のカテゴリ５のツイストペアケーブルを前提とすると、４対８線のケーブルにおいてその送受信信号のための２対４線を通信手段と兼用して給電に用いることに代えて、予備としてある他の２対４線を給電のために用いることも可能である。

次に、クラス設定抵抗ＲＣ１及びＲＣ２の値の選択について説明する。先ず、データ通信端末２０が最小構成の時、すなわちメイン基板のみの時は、クラス設定抵抗ＲＣ１のみがクラス設定に関係する抵抗になる。このクラス設定抵抗ＲＣ１の値は、最小構成時に適したクラスに決定されるような抵抗値にする。例えば消費電力が３Ｗであれば、クラスｌに認証されるようにする。

一方、最大構成の時、すなわちメイン基板と共に拡張基板３０を含む場合には、クラス設定抵抗ＲＣ１とクラス変更抵抗ＲＣ２を並列接続した抵抗値がクラス決定に使用される抵抗値となる。このとき、拡張基板３０が搭載されることから、消費電力は必ず最小構成よりは大きくなる。クラス１〜クラス３の規格について見るとやはりクラスが大きい方が流す電流が大きくなる。このことから、クラス変更抵抗ＲＣ２がクラス設定抵抗ＲＣ１に並列接続されることで流す電流が大きくすれば（すなわち、ＲＣ１≧（ＲＣ１//ＲＣ２））、拡張基板３０の追加により増える消費電力に見合うクラスに決定されるようにできる。クラス変更抵抗ＲＣ２の値は、適したクラスに決定されるような合成抵抗値（ＲＣ１//ＲＣ２）になるように決定される。また、複数の拡張基板３０を取り付け可能とし、異なる種類の拡張基板３０ごとにクラス変更抵抗ＲＣ２の値を変更すれば、各拡張基板で任意のクラスに設定することもできる。

図４は、図３に示されるデータ通信端末２０の動作手順を示している。ここで、受電装置（ＰＤ側）であるデータ通信端末２０が、ＬＡＮケーブル２１により給電装置（ＰＳＥ側）である集線装置１０に手動により繋がれたとする。

データ通信端末２０は、集線装置１０からの電圧供給により、内蔵した端末認証抵抗（２５ｋΩ）を検出してもらうことで、自身がＰｏＥ対応端末であることを認証してもらう（ステップＳ０１）。ＰＳＥ側である集線装置１０は、ＬＡＮケーブル２１を介して所定範囲（２．８Ｖ〜１０Ｖ）の電圧を印加することで、データ通信端末２０に内蔵された端末認証抵抗ＲＳの存在を探索する。次いで、その値が略２５ｋΩであることを検知することにより、データ通信端末２０がＰｏＥ対応端末であることを認証する。

次に、データ通信端末２０は、集線装置１０により供給電力のクラス決定を受ける（ステップＳ０２）。集線装置１０は、データ通信端末２０の認証完了に引き続いて、データ通信端末２０であるＰＤ側に供給する電力量を割り当てるために電力クラス決定を実行する。すなわち、集線装置１０は、クラス決定動作手順に従って、データ通信端末２０に電圧や電流を強制的に印加してクラス設定抵抗を探し出す。このとき給電ラインＬ１及びＬ２には１５〜２０Ｖの電圧が印加される。電力クラス分けを行う間、ＰＤ側は定電流源として振る舞う。集線装置１０は、この電流値を測定し、その結果によってＰＤ側の電力クラスを決定する。これによって、集線装置１０は、その供給可能電力のうちからその１部を当該データ通信端末２０に供給する電力量（例えば、クラス２であれば最大７Ｗ）として割り当てる。

このクラス分けの決定に引き続いて、データ通信端末２０は、集線装置１０からの受電を開始する（ステップＳ０３）。これに際して、集線装置１０は、データ通信端末２０に電力を供給可能かどうかを判断し、データ通信端末２０に対して要求通りの電力を供給できると判断すれば電力供給を開始する。電力供給は４４Ｖの電圧が給電ラインＬ１及びＬ２に印加されることでなされる。データ通信端末２０に内蔵される電源部２５は、ＰＤ制御部２６からの起動信号に応じて動作を開始し、給電ラインＬ１及びＬ２上の４４Ｖの電圧を適正な動作電圧（例えば５Ｖ）に変換して、ＬＡＮ通信部２４に電力供給を開始する。また、拡張基板３０が取り付けられていれば、拡張基板３０にも電力供給を開始する。

これにより、データ通信端末２０は、集線装置１０から定常的に動作電力を受電しつつ、それ自体の定常的な通信機能の動作を行う（ステップＳ０４）。このとき、集線装置１０は、供給している電力の監視を定常的に行い、最少負荷電流や最大ピーク電流の異常に応じて適切な保護動作を行えるようにする。

図５は、図３に示された拡張基板の取り付けの様子を示している。データ通信端末のメイン基板２０Ｂは、拡張基板３０を取り付けるための拡張基板用コネクタ２９を備えている。拡張基板用コネクタ２９の複数の接続端子は、データ通信端末のデータ通信機能を司るメイン基板２０Ｂの拡張用信号ライン２７と拡張基板３０の信号ライン２８とを接続する。これにより、拡張基板３０に動作電力が供給されると共に拡張機能のための信号入出力が可能となる。さらに、拡張基板用コネクタ２９の複数の接続端子のうちの１対は、設定抵抗ラインＬ３及びＬ４に繋がれてメイン基板２０Ｂ上に備えられたクラス設定抵抗ＲＣ１に並列接続される。

一方、拡張基板３０において、設定抵抗ラインＬ３及びＬ４は、拡張基板用コネクタ２９の接続端子を介してクラス変更抵抗ＲＣ２に直列接続されている。これにより、拡張基板３０がメインボード２０Ｂに取り付けられた状態では、設定抵抗ラインＬ３及びＬ４の間のクラス設定抵抗の値は、クラス設定抵抗ＲＣ１の値から、クラス設定抵抗ＲＣ１及びクラス変更抵抗ＲＣ２の並列抵抗値に変更される。すなわち、拡張基板の追加等の構成変更に際して、メイン基板のクラス設定抵抗ＲＣ１を取り外して他の値のものと交換することなく、容易にクラス変更設定が可能となる。

以上の実施例において、本発明によるデータ通信端末によれば、メイン基板上のクラス設定抵抗と拡張基板上に設けられたクラス変更抵抗とを連携させてクラス設定抵抗値を決めるようにすることができる。これにより、データ通信端末は、その基本構成から拡張構成に至る多様な装置形態にあったクラスを持つことができる。また、ＰｏＥ給電側においても、その電力資源が無駄なく使用できるようになり、ＰｏＥ給電側の設備投資を効果的に行うことができるようになる。

尚、以上の実施例においては、１つの拡張基板を追加する形態について説明されたが、２枚以上の拡張基板を追加してクラス設定抵抗を決める形態も可能である。また、以上の実施例では、ＰＳＥ側の装置としてハブの如き集線装置を用いることが示されたが、本発明はかかる限定はなく、ＰＳＥ側の機能を実装し得る装置であれば、ルータ装置やＩＰ電話交換機の如く多様な通信装置であり得る。さらに、本発明によるデータ通信端末の例としてＩＰ電話装置について言及したが、本発明のデータ通信端末にはかかる限定はなく、ＰＤ側の機能を実装し得る多様な通信端末、例えば、無線ＬＡＮのためのアクセスポイント装置やＬＡＮ接続型のメモリカードリーダ等の多様な端末であり得る。

ＩＥＥＥ８０２.３ａｆ規格における受電クラスの電力分類表を示している図である。従来における端末製品台数の制約を説明している説明図である。本発明の実施例であり、データ通信端末２０の構成を示しているブロック図である。図３に示されたデータ通信端末の動作手順を示しているフローチャートである。図３に示された拡張基板の取り付けの様子を示している斜視図である。

符号の説明

１０集線装置
２０データ通信端末
２０Ｂメイン基板
２１ＬＡＮケーブル
２２、２３信号トランス
２４ＬＡＮ通信部
２５電源部
２６ＰＤ制御部
２７拡張用信号ライン
２８信号ライン
２９拡張基板用コネクタ
３０拡張基板
Ｌ１、Ｌ２給電ライン
Ｌ３、Ｌ４設定抵抗ライン
ＲＣ１クラス設定抵抗
ＲＣ２クラス変更抵抗
ＲＳ端末認証抵抗

Claims

データ通信ネットワークを介したデータ通信機能を奏すると共に、前記データ通信ネットワークを介して供給される直流電流が通過するクラス設定抵抗を含むデータ通信端末であって、
前記データ通信機能に対する拡張機能を奏する少なくとも１つの拡張基板を着脱自在に取り付け得る拡張基板取付部と、
前記拡張基板が取り付けられた状態において、前記拡張基板に含まれるクラス変更抵抗を前記クラス設定抵抗に並列に接続する接続部と、
を含むことを特徴とするデータ通信端末。
前記拡張基板取付部は、前記データ通信機能を司るメイン基板の拡張用信号ラインと、前記拡張基板の信号ラインとを接続するコネクタを含み、前記接続部は、前記コネクタと一体化されていることを特徴とする請求項１記載のデータ通信端末。