JP4614603B2 - 電力線データネットワークフィルタ - Google Patents
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Description
[発明の背景]
発明の分野
本発明はネットワークインターフェイシングに関し、より具体的には、屋内電力線を介して高速ネットワーク信号を伝送するための方法およびシステムに関する。
【0002】
関連技術の説明
ローカルエリアネットワークは、ネットワーク上のステーションをリンクさせるためにネットワークケーブルまたは他の媒体を用いる。各ローカルエリアネットワークアーキテクチャは、各ステーションにおけるネットワークインターフェイスカードが媒体へのアクセスを共有できるようにする媒体アクセス制御(MAC)を用いる。従来のローカルエリアネットワークアーキテクチャは、10 BASE−Tなどの所定のネットワーク媒体を用いて半二重または全二重イーサネット(R)(ANSI/IEEE規格802.3)プロトコルに従って動作する媒体アクセスコントローラを用いる。
【0003】
10 BASE−Tなどの既製のローカルエリアネットワーク媒体の代わりに従来の撚り線対電話線を用いてコンピュータ同士をリンク可能にするアーキテクチャを開発するための努力がなされている。たとえば、ホーム・フォンライン・ネットワーキング・アライアンス(HomePNA:Home Phoneline Networking Alliance)によって、電話線を用いた屋内ネットワークを実現させるための規格を採用する努力が行なわれている。しかしながら、ネットワーク媒体として電話線を用いることが望ましくないかもしれないという状況も起こり得る。
【0004】
発明の概要
10 BASE−Tなどの従来のネットワーク媒体または電話線媒体を必要とせずに屋内コンピュータネットワークを実現させるための代替的な手法を提供する構成が必要である。より具体的には、顧客家屋内の既存の電力線を用いて屋内ネットワークを実現可能にする構成が必要である。
【0005】
電力線に伴ういかなる問題も防ぐ(高電圧状況に対する保護も含む)、顧客家屋内の電力線を用いた屋内ネットワークの実現を可能にする構成も必要である。また、毎秒少なくとも1メガビット(1Mb/s)のデータレートで動作する屋内ネットワーク信号用に信号調整が最適化される、顧客家屋内の電力線を用いた屋内ネットワークの実現を可能にする構成も必要である。
【0006】
これらおよび他の要求は本発明により満たされ、本発明では、屋内ネットワーク信号を顧客家屋内の電力線からホストコンピュータへ伝達するためにフィルタが構成される。
【0007】
本発明の一局面によれば、電源線および中立線を有し、電力信号を供給するよう構成される顧客家屋内電力線からホストコンピュータへ屋内ネットワーク信号を伝達するために、フィルタが設けられる。このフィルタは、各々が入力端子側と出力端子側とを有する第1および第2のキャパシタを含み、これら第1および第2のキャパシタは、入力端子側で受けた電力信号をフィルタ処理し、電源線および中立線によってそれぞれ供給される屋内ネットワーク信号を出力端子側に伝達するように構成される。このフィルタはまた、キャパシタを通過して出力端子側にある残りの電力信号を短絡するように構成されたインダクタと、入力端子側における電力信号のエネルギを所定のしきい値限界に制限するように構成される保護回路とを含む。入力端子側における電力信号のエネルギを制限するためのこの保護回路を用いることにより、屋内ネットワークトランシーバ内のレシーバ回路を、電力線上に起こり得る過渡的な電圧スパイクから確実に保護できるようになる。さらに、このインダクタにより、屋内ネットワーク信号を維持したまま、第1および第2のキャパシタを通過した残りの電力信号はすべて確実に短絡されるようになる。したがって、このインダクタにより、その電力信号周波数でのフィルタの出力においてほぼゼロボルトの状態が維持できるようになり、これにより、ネットワークインターフェイスがフィルタから屋内ネットワーク信号を回復することが可能になる。
【0008】
本発明の別の局面によれば、電源線および中立線を有し、電力信号を供給するように構成された顧客家屋内の電力線からの屋内ネットワーク信号をフィルタ処理するための方法が提供される。この方法は、顧客家屋内電力線により供給された信号を、エネルギを所定の限界に制限するように構成された保護回路を介して伝達するステップと、保護回路を通過した電力信号を、それぞれ電源線および中立線上の電力信号をフィルタ処理するように構成された第1および第2の直列キャパシタを介してフィルタ処理し、屋内ネットワーク信号を伝達するステップと、第1および第2の直列キャパシタを通過した残りの電力信号をすべて短絡させ、屋内ネットワーク信号を伝達するステップとを含む。残りの電力信号を短絡させることにより、すべての高電圧電力信号が屋内ネットワーク信号から確実に除去され、ネットワークインターフェイス装置が安全に屋内ネットワーク信号を回復できるようになる。
【0009】
本発明のさらなる利点および新規な特徴は、以下の詳細な説明で部分的に述べられるので、以下を考察することによりある程度当業者には明らかになり、さらに本発明を実施することによりわかるようになる。本発明の利点は、前掲の請求項において特に示された手段および組合せによって実現および達成することができる。
【0010】
添付の図面を参照して、同じ参照番号で指定される要素は全体を通して同様の要素を表わしている。
【0011】
発明を実施するための最良の様態
図1は、本発明の一実施例に従った、顧客家屋内電力線12を用いて屋内環境において実現されるイーサネット(R)(IEEE802.3)ローカルエリアネットワーク10の図である。顧客家屋内電力線12a、12bおよび12cの各々は、主配電ボックス16に結合されて顧客家屋内ネットワークで用いられ得る、単相電力線である。たとえば、顧客家屋内電力線12aは電源線Vs1、中立線(N)および接地線(GND)を有し、顧客家屋内電力線12bは電源線Vs2、中立線(N)および接地線(GND)を有し、顧客家屋内電力線12cは電源線Vs3、中立線(N)および接地線(GND)を有する。当該技術分野で認められるように、電源線Vs1、Vs2、Vs3は別々の位相(たとえば120度分離)を有し得る。したがって、顧客家屋内電力線12a、12bおよび12cは各々、個々の共有ネットワーク媒体としての役割を果たすが、結合ネットワークによって位相結合されてもよい。
【0012】
各電力線12は、屋内ネットワーク信号を送受信するように構成された対応の組のノード14を供する。たとえば、ネットワークノード14aおよび14bは、電源線12aにわたって相互間で屋内ネットワーク信号を送受信するように構成される。同様に、ノード14c、14dおよび14eは、顧客家屋内電力線12bを介して屋内ネットワーク信号を互いに送るように構成される。ノード14fおよび14gは、電源線12cを介して互いに屋内ネットワーク信号を送受信するように構成される。当該技術分野で認められるように、各ノードは、コンピュータワークステーション、プリンタ、および高速インターネットアクセスを有するコンピュータなどとして実現され得る。これに代えて、ノード14のいずれか1つを、たとえば所与のデータレート内のビデオカムコーダ、デジタルビデオディスク(DVD)プレーヤーなどの、インテリジェント消費者電子機器として実現してもよい。
【0013】
各ノード14は、以下に記載のように、HomePNA型のネットワーク信号を伝達し、対応の電力線12上に供給された電力信号をフィルタ処理するよう構成される、フィルタ20を含む。屋内ネットワーク信号は、ホーム・フォンライン・ネットワーキング・アライアンス(HomePNA:Home Phoneline Networking Alliance)仕様1.0に従って屋内ネットワーク信号の送受信を行なうように構成される、物理層(PHY)トランシーバ22に供給される。屋内PHY22は屋内ネットワーク信号からデジタルパケットデータを回復させ、このパケットデータをメディア非依存性インターフェイス(MII:Media Independent Interface)を介してIEEE802.3に準拠した媒体アクセスコントローラ(MAC)24へ送信する。MAC24はIEEE802.3プロトコルに従ってデータパケットの送受信を行ない、受信したパケットをワークステーション14のオペレーティングシステム(OS)26へ進める。
【0014】
上述のように、物理層トランシーバ22がそのRJ−11型コネクタを用いて電力線12に接続され得るようにする代替的な構成が必要である。しかしながら、RJ−11型コネクタを主電力線に接続することにより、電力線12上に典型的に存在する危険な高電圧の問題が引起される。さらに、電源線12はデータの送受信用には構成されておらず、したがって、ネットワーク信号に関連する周波数で電磁的干渉を受けやすい。したがって、電力線12は、たとえば調光器、モータなどの接続されている器具により種々のスペクトル密度のノイズ電圧を有するおそれがあり、また物理層トランシーバ22を損傷し得るような高エネルギ遷移を有するおそれもある。
【0015】
開示された実施例によれば、フィルタ20は屋内PNAネットワーク信号からの電力信号を、またその電力信号のスペクトル範囲に存在し得るいかなる電圧スパイクまたは過渡的な信号をも、完全にフィルタ除去するように特定的に設計されている。
【0016】
図2は、本発明の一実施例に従った、図1のフィルタ20を詳細に示すブロック図である。フィルタ20は、各ノード14の各物理層トランシーバ22に対するフロントエンドとして実現される。さらに、フィルタ20を結合ネットワーク16内に加えて、対応の電力線12a、12bまたは12cへの屋内ネットワーク信号を分離し、ネットワークの安全性を確保することもできる。
【0017】
図2に示すように、フィルタ20は、2つの抵抗器R1およびR2と、トランシルダイオード回路30と、トランシルダイオード回路30と平行な抵抗器R3と、キャパシタC1およびC2と、チョーク型のインダクタ32とを含む。キャパシタC1およびC2は各々、入力端子側34と出力端子側36とを有する。同様に、抵抗器R1およびR2は、電圧供給線Vs1と中立線Nとにそれぞれ結合された入力端子側38を有する。抵抗器R1およびR2はまた、ノード34に結合された出力端も有する。
【0018】
抵抗器R1およびR2はフィルタ20の電流を制限し、ヒューズとして動作する。具体的には、約0.47オームの抵抗値を有する抵抗器R1およびR2は、過負荷状況において開回路状態を作り出すことで出火の懸念をなくす安全抵抗器として実現される。各抵抗器の定格出力は約1ワットであるので、電力が急増して1ワットを超えると抵抗器R1およびR2は開回路となる。抵抗器R1およびR2はまた、バイアス電流で以下に述べるトランシル回路30をバイアスし、トランシル回路30をその所定の動作範囲内で動作可能にする。
【0019】
トランシル回路30は高ピーク電力を放散するように特に設計され、かつ過渡的なエネルギを特定の電圧に制限するように特に構成される、1対のダイオードとして実現される。さらに、トランシルダイオード回路30は、1メガヘルツ(MHz)より上で動作する屋内PNAネットワーク信号の歪みを最小にする、実質的に低いキャパシタンスを有する。屋内PNAネットワーク信号は、たとえば7.5MHzで、電源線12に伝送される。したがって、トランシルダイオード回路30は110−240ボルトのAC電力線における過渡的エネルギを約250ボルトにクランピングし、物理層トランシーバ22の電力の急増を防ぐ。
【0020】
フィルタ20はまた、入力端子側34で電力信号をフィルタ処理し、電源線Vs1および中立線(N)により供給された屋内ネットワーク信号を出力端子側36に伝達するように構成される、キャパシタC1およびC2も含む。キャパシタC1およびC2は各々、電源主電圧に対して定められているX2型キャパシタである。さらに、キャパシタC1およびC2は約22ナノファラド(nF)のキャパシタンスを有し、これらのキャパシタにより、50−60Hzの主電力信号は除去され、典型的には1MHzより上の高周波屋内PNA信号は通過される。
【0021】
キャパシタC1およびC2は50−60Hzの主電力信号の大部分をフィルタ処理するが、出力ノード36にはなおも高電圧主信号の比較的小さな電流が残る場合がある。したがって、フィルタ20は、キャパシタC1およびC2を通過したもので出力端子側36に残っている電力信号を短絡させるように構成されたチョーク型のインダクタ32も含む。特に、このチョーク型インダクタ32は第1の巻線50および第2の巻線52を有する。各巻線50および52は、キャパシタC1およびC2のうち対応するものの出力端子36に接続される第1の端子側を有する。巻線50および52の第2の端子側は接地に接続され、各巻線50および52は約260マイクロヘンリー(μH)のインダクタンスを有する。したがって、インダクタ32は50−60Hzの周波数範囲の残りの電力信号を短絡させ、1MHzより上の屋内ネットワークPNA信号に高インピーダンス負荷を与えて、過電圧の危険性なく屋内PNAネットワーク信号を物理層トランシーバ22に安全に供給できるようにする。フィルタ回路20はまた、約1メガオームの抵抗を有する抵抗器R3を、入力端子側34にわたってトランシル回路30と平行に含む。この抵抗器R3は、電力線12からの電力信号の損失があった場合、キャパシタC1およびC2ならびにインダクタ32において蓄積されたエネルギを放散するように構成される。これにより、ユーザの安全性が確保される。
【0022】
上述のフィルタ20を用いた実験によると、1Mb/sのネットワークに対して10−20メータの範囲を有する主電力線12に結合される2つのネットワークノード間での屋内PNA型ネットワーク信号の伝送がうまく動作することがわかった。
【0023】
開示された実施例によれば、電力線フィルタは、50−60Hz範囲の電力線信号をフィルタ処理する一方、1MHzのオーダの屋内PNA型ネットワーク信号を通過させ、屋内PNA信号を主電力線を介して安全かつ確実に受信できるようにする。さらに、フィルタ20により、物理層トランシーバは、電力線12上に起こり得るスプリアスノイズおよび電圧スパイクから保護される。
【0024】
本発明は現在最も実用的で好ましい実施例であると考えられているものに関連して述べられてきたが、当然ながら、本発明は開示された実施例に限定されるのではなく、前掲の請求項の範囲内に含まれる種々の変形例および均等な構成を包含するよう意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に従った、ネットワーク媒体として電力線を用いて顧客家屋内のある場所で実現されるローカルエリアネットワークを表わすブロック図である。
【図2】 本発明の一実施例に従った、図1の電力線フィルタを詳細に示す図である。
Claims (18)
- 電源線および中立線を有し、電力信号を供給するように構成された顧客家屋内電力線からホストコンピュータへ屋内ネットワーク信号を伝達するためのフィルタであって、前記フィルタは、
各々が入力端子側および出力端子側を有する第1および第2のキャパシタを含み、前記第1および第2のキャパシタは、入力端子側で受信された電力信号をフィルタ処理し、かつ電源線および中立線によりそれぞれ供給される屋内ネットワーク信号を出力端子側へ伝達するように構成され、前記フィルタはさらに、
出力端子側にあり前記キャパシタを通過した残りの電力信号を短絡させるように構成されたインダクタと、
入力端子側での電力信号におけるエネルギを所定のしきい値限界に制限するように構成された保護回路とを含み、
入力端子側にわたって結合され、電力信号の損失に応答して第1および第2のキャパシタならびにインダクタにおいて蓄積されたエネルギを放散するように構成された第1の抵抗器をさらに含む、フィルタ。 - 前記保護回路が、
電力信号における過渡的エネルギを所定の電圧に制限するように構成されたダイオード回路を含み、前記ダイオード回路は、屋内ネットワーク信号の最小の歪みに対して実質的に低いキャパシタンスを有し、前記保護回路はさらに、
第1および第2のキャパシタの入力端子側と電源線および中立線との間にそれぞれ直列に接続された第2および第3の抵抗器を含み、前記第2および第3の抵抗器は、ダイオード回路においてバイアス電流を生成し、前記第2および第3の抵抗器の各々にわたる電力レベルを所定のしきい値に制限する、請求項1に記載のフィルタ。 - 前記第2および第3の抵抗器の各々が、対応の抵抗器における電力レベルが所定のしきい値を超えることに応じて回路を開く安全抵抗器として構成される、請求項2に記載のフィルタ。
- 所定のしきい値が約1ワットに相当する、請求項3に記載のフィルタ。
- 前記電力信号が約110−240VAC、50−60Hzの範囲を有し、前記ダイオード回路が過渡的エネルギを約250Vにクランピングする、請求項2に記載のフィルタ。
- 前記屋内ネットワーク信号が少なくとも1MHzの周波数を有する、請求項5に記載のフィルタ。
- 前記屋内ネットワーク信号が約7.5MHzの周波数を有する、請求項5に記載のフィルタ。
- 前記第2および第3の抵抗器の各々が、約0.47オームの抵抗を有する、請求項4に記載のフィルタ。
- 前記第1の抵抗器が約1メガオームの抵抗を有する、請求項1に記載のフィルタ。
- 前記第1および第2のキャパシタの各々が、約22ナノファラドのキャパシタンスを有するX2型キャパシタであり、前記インダクタが、各出力端子側と接地電位との間で約260マイクロヘンリーのインダクタンスを有する、請求項9に記載のフィルタ。
- 前記電力信号が約100−240VAC、50−60Hzの範囲を有し、前記屋内ネットワーク信号が少なくとも1MHzの周波数を有する、請求項10に記載のフィルタ。
- 前記第1および第2のキャパシタの各々が、約22ナノファラドのキャパシタンスを有するX2型キャパシタであり、前記インダクタが、各出力端子側と接地電位との間で約260マイクロヘンリーのインダクタンスを有する、請求項1に記載のフィルタ。
- 前記電力信号が約100−240VAC、50−60Hzの範囲を有し、屋内ネットワーク信号が少なくとも1MHzの周波数を有する、請求項12に記載のフィルタ。
- 電源線および中立線を有し、電力信号を供給するように構成された顧客家屋内電力線からの屋内ネットワーク信号をフィルタ処理する方法であって、
顧客家屋内電力線により供給された信号を、エネルギを所定の限界値に制限するように構成された保護回路を介して伝達するステップと、
前記保護回路を通過した電力信号を、電源線および中立線上の電力信号をそれぞれフィルタ処理するように構成された第1および第2の直列キャパシタを介してフィルタ処理し、屋内ネットワーク信号を伝達するステップと、
第1および第2の直列キャパシタを通過した残りの電力信号をすべて短絡させ、屋内ネットワーク信号を伝達するステップとを含み、
電力信号の損失に基づいて、前記第1および第2のキャパシタの入力端にわたって接続された抵抗器を用いて、第1および第2のキャパシタならびにチョーク型インダクタを放電するステップをさらに含む、方法。 - 前記短絡させるステップは、
前記第1および第2の直列キャパシタの出力端を、それぞれチョーク型インダクタの第1および第2の巻線の第1の端子側に接続するステップと、
前記第1および第2の巻線の第2の端子側を接地に接続するステップとを含み、前記チョーク型インダクタの各巻線が約260マイクロヘンリーのインダクタンスを有する、請求項14に記載の方法。 - 前記第1および第2の直列キャパシタの各々が、約22ナノファラドのキャパシタンスを有するX2型キャパシタである、請求項15に記載の方法。
- 前記保護回路が、電力信号における過渡的エネルギを所定の電圧に制限するように構成されたダイオード回路を含み、前記ダイオード回路は、屋内ネットワーク信号の最小の歪みに対して実質的に低いキャパシタンスを有し、前記保護回路はさらに、
第1および第2のキャパシタの入力端子側と電源線および中立線との間にそれぞれ直列に接続された第2および第3の抵抗器を含み、前記第2および第3の抵抗器は、前記ダイオード回路においてバイアス電流を生成し、各前記第2および第3の抵抗器にわたる電力レベルを所定のしきい値に制限する、請求項16に記載の方法。 - 前記電力信号が約100−240VAC、50−60Hzの範囲を有し、前記屋内ネットワーク信号が少なくとも1MHzの周波数を有する、請求項17に記載の方法。
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