JP4614603B2 - 電力線データネットワークフィルタ - Google Patents

Description

【０００１】
［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Ｖ_s1、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Ｖ_s2、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Ｖ_s3、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Ｖ_s1、Ｖ_s2、Ｖ_s3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Ｖ_s1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Ｖ_s1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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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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