KR101890533B1 - 하이브리드 공통 모드 초크 및 켈빈 전압 감지를 사용하는 통신 시스템 - Google Patents

하이브리드 공통 모드 초크 및 켈빈 전압 감지를 사용하는 통신 시스템 Download PDF

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Abstract

한 쌍의 와이어를 통해 차동 데이터를 전달하는 통신 시스템에서, AC 공통 모드 잡음은 시끄러운 환경에서 와이어에 바람직하지 않게 결합된다. 하이브리드 공통 모드 초크(HCMC)는 차동 데이터를 PHY로 전달하면서 AC 공통 모드 잡음을 감쇠시킨다. HCMC는 CMC(동일 극성의 권선) 및 차동 모드 초크(반대 극성의 권선)를 포함한다. CMC는 AC 공통 모드 잡음을 감쇠시키고, DMC는 감쇠된 AC 공통 모드 잡음을 종단 회로에 전달하여 이를 제거한다. 또한, PoDL 시스템에서, 보다 정확한 측정을 제공하기 위해, DC 전류를 전달하지 않는 와이어 상의 전압을 검출함으로써 한 쌍의 와이어에서 DC 전압을 켈빈 감지하는 기술이 개시된다.

Description

하이브리드 공통 모드 초크 및 켈빈 전압 감지를 사용하는 통신 시스템{COMMUNICATIONS SYSTEM USING HYBRID COMMON MODE CHOKE AND KELVIN SENSING OF VOLTAGE}
관련 출원에 대한 상호참조
본 출원은 앤드류 제이 가드너(Andrew J. Gardner)에 의해 2016년 7월 25일자로 출원된 미국 가출원 제 62/366,308 호를 기초로 하며 이의 우선권을 주장하고, 또한 앤드류 제이 가드너에 의해 2017년 2월 13일자로 출원된 미국 가출원 제 62/458,522 호를 기초로 하며 이의 우선권을 주장하는데, 이들 두 출원 모두는 참조에 의해 본원에 통합된다.
발명의 분야
하나의 발명은 꼬인 와이어 쌍(twisted wire pair)을 통한 차동 데이터를 이용하는 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 공통 모드 및 차동 모드 손실 특성을 개선하기 위한 기술에 관한 것이다. 다른 발명은 시스템 내에서 보다 정확한 전압 측정을 가능하게 하고 일반적으로 이더넷 신호인 차동 데이터 신호를 전달하기 위해서도 사용되는 단일 와이어 쌍을 통해 전력 공급 장비(Power Sourcing Equipment: PSE)로부터의 전력이 전력 수급 디바이스(powered device: PD)에 전송되는 PoDL(Power Over Data Lines) 시스템에 관한 것이다.
원격 장비에 전력을 공급하기 위해 데이터 라인을 통해 전력을 전송하는 것은 공지되어 있다. 이러한 방식에서는, 전력 수급 디바이스(PD)에 외부 전원을 제공할 필요가 제거될 수 있다. 이런 기술의 한 가지 형태는 전력이 차동 데이터와 함께 단일 꼬인 와이어 쌍을 통해 전송되는 PoDL(Power Over Data Lines)이다. PoDL은 특히 자동차에서 인기있는 기술이 될 것 같다.
도 1은 US 2016/0308683으로부터 복사된 PoDL 시스템의 공지된 구성을 나타낸다. 미디어 의존 인터페이스(media dependent interface: MDI) 접속기(160)는 차동 데이터 및 DC 전압을 모두 전달하는 꼬인 와이어 쌍(미도시)에 결합된다. PoDL 시스템의 양단에 대한 결합은 동일할 수 있다.
PHY(150)는 MDI 접속기(160), 공통 모드 초크(CMC)(210) 및 AC 결합용 커패시터(C1 및 C2)를 통해 차동 데이터를 수신하고 차동 데이터를 출력한다. PHY(150)는 OSI 모델의 물리적 계층을 나타내며, 다음 스테이지에 비트를 제시하는 신호 조절 및 디코딩 회로를 일반적으로 포함하는 송수신기이다. PHY란 용어는 기술 용어이며 특정 애플리케이션에 따라 다양한 IEEE 표준에 의해 정의된다. PHY는 일반적으로 집적 회로이다. PHY(150)에는 데이터를 처리하기 위해 디지털 프로세서(미도시)가 결합된다.
도 1의 회로가 PSE 측에 있는 경우, 전원(140)으로부터의 DC 전압은 개별 인덕터(142)에 의해 와이어에 결합된다. 인덕터(142)는 AC를 차단하고 DC를 통과시킨다.
MDI 접속기(160)로부터의 와이어는 반사를 최소화하기 위해 레지스터(R1 및 R2) 및 커패시터(C3 및 C4)에 의해 종단된다.
도 2는 차동 데이터가 꼬인 와이어 쌍(12)을 통해 전송되고 공통 모드 잡음이 CMC1 및 CMC2에 의해 필터링되는 다른 종래기술의 회로를 도시한다. 어떠한 DC 전압도 전달되지 않으므로 AC 결합 커패시터는 필요하지 않을 수 있다.
CMC는 꼬인 와이어 쌍과 직렬의 2개의 권선을 갖는 인라인 변압기(in-line transformer)이다. CMC 권선 상의 점들에 의해 도시된 바와 같이, 권선은 동일한 극성을 가지므로, 차동 모드 신호에 의해 생성된 자기장은 실질적으로 상쇄된다. 따라서, CMC는 차동 모드 전류에 대해 인덕턴스 또는 임피던스를 거의 제공하지 않는다. 그러나, 공통 모드 전류는 권선의 결합 인덕턴스로 인해 높은 임피던스를 경험한다.
두 구성에서, CMC는 차동 또는 DC 전압 신호에 손실을 주지 않으면서 공통 모드 RF 잡음을 이상적으로 제거하거나 크게 감쇠시킨다. 그러나, CMC는 이상적인 성능을 저해하는 제약을 갖는다. 이러한 제약은 권선 간 커패시턴스, 권선의 DC 저항(DCR) 및 코어 손실을 포함한다. 또한, CMC는 차동 데이터에 낮은 삽입 손실 및 높은 반사 손실을 제공해야 한다.
몇몇 애플리케이션은 공장과 같은 시끄러운 환경에서 매우 낮은 비트 오류율을 달성해야 한다. 기존의 CMC만으로는 차동 데이터 삽입 손실을 증가시키지 않고 이를 달성할 수 없다. 사용자는 비차폐형 꼬인 와이어 쌍(일반적으로 이더넷 CAT-5 케이블)을 차폐형 케이블로 교체할 수도 있지만, 이로 인해 상당한 비용이 추가된다.
공통 모드 잡음을 필터링하기 위해 더 강력한 기술을 제공하는 차동 데이터 통신용 종단 기술이 요구된다.
또한, 몇몇 PoDL 애플리케이션에서는 사용자가 시스템 내의 특정 노드에서의 실제 전압을 알아야 한다. 몇몇 애플리케이션에서 MDI 접속기의 전압은 특정된다. 그러나, 이 전압은, DC 전류의 변동이 권선을 통한 손실을 변화시키는 CMC의 다운스트림에서 권선의 직류 저항(DCR)으로 인해 측정될 수 없다. MDI에 더 많은 접속을 추가하는 것(아마도 더 높은 PoDL 전류를 전달할 수 있음)은 추가적인 기생 캐패시턴스 로딩을 초래할 수 있으므로 바람직하지 않다. MDI에 직접 어떠한 접속도 추가하지 않으면서 PD 또는 PSE에서 MDI 전압을 감지하는 것이 바람직하다. PSE 또는 PD에서 MDI 전압을 정확하게 검출하는 기술이 요구된다.
본 명세서에는 2개의 발명이 개시되어 있다. 하나의 발명은 꼬인 와이어 쌍에서 AC 공통 모드 RF 잡음의 제거를 증가시키는 차동 데이터 꼬인 와이어 쌍에 대한 종단 기술이다. 다른 발명은 PoDL 시스템에서 꼬인 와이어 쌍을 통해 전송되는 DC 전압을 정확하게 측정하기 위한 기술이다.
3개의 포트를 갖는 하이브리드 공통 모드 초크(hybrid common mode choke: HCMC)가 개시는데, 각 포트는 2개의 단자로 구성된다. 제 1 포트는 PHY에 결합된다. 제 2 포트는 공통 모드 초크(common mode choke: CMC)의 제 1 단부이며, 여기서 권선은 동일한 극성(동일 단부 상의 점)을 갖는다. 제 3 포트는 극성이 반대인(반대 단부 상의 점) 권선을 갖는 차동 모드 초크(differential mode choke: DMC)의 제 1 단부이다. CMC 및 DMC의 제 2 단부는 제 1 포트에 결합된다. 제 3 포트는 AC 공통 모드 잡음에 대해 적합한 종단에 결합된다. HCMC는 단일 모듈일 수 있다.
CMC는 2개의 포트 사이에서 큰 공통 모드 임피던스 및 낮은 차동 모드 임피던스를 갖는다. 제 1 포트와 제 2 포트 사이에서 AC 공통 모드 신호의 전송은 CMC에 의해 실질적으로 방해되는 반면, 차동 모드 신호의 전송은 CMC에 의해 실질적으로 방해되지 않는다. 반대로, AC 공통 모드 신호의 DMC를 통한 제 3 포트로의 전송은 DMC에 의해 실질적으로 방해받지 않는 반면, AC 차동 모드 신호의 전송은 DMC에 의해 실질적으로 방해된다. 따라서, DMC는 이미 CMC를 통과한 원치 않는 AC 공통 모드 잡음 신호만을 제 3 포트로 전달한다. 따라서, CMC는 AC 공통 모드 잡음을 실질적으로 차단하고 DMC는 임의의 남아있는 AC 공통 모드 잡음을 제거한다(AC 공통 모드 잡음을 제 3 포트로 우회시킴).
DMC가 AC 공통 모드 제거를 향상시키기 때문에, CMC 권선은 더 낮은 인덕턴스 값을 가질 수 있고, 이는 CMC 권선의 DCR을 줄이고, CMC의 차동 모드 반사 손실을 증가시킴으로써 시스템의 전반적 효율을 향상시킬 수 있다. 대안적으로, CMC 인덕턴스는 동일하게 유지될 수 있으며, 전반적 AC 공통 모드 제거는 DMC의 션트 동작(shunting action)에 의해 증가될 수 있다.
이는 시끄러운 환경에서, 더 비싼 차폐형 케이블이 아닌 종래의 꼬인 와이어 쌍(예를 들어, CAT-5 케이블)의 사용을 허용한다.
제 3 포트는 반사를 줄이기 위해 접지(꼬인 와이어 쌍에 의해 DC가 전달되고 있지 않은 경우) 또는 접지에 접속된 커패시터와 같은 AC 공통 모드 RF 잡음에 대한 적절한 종단에 접속될 수 있고, 아니면 제 3 포트 단자는 함께 결합되어, 접지에 접속된 단일 커패시터에 접속될 수 있다.
하이브리드 CMC는 높은 차동 모드 반사 손실 및 낮은 차동 모드 삽입 손실을 달성하면서 종래 기술의 공통 모드 삽입 손실을 실질적으로 개선한다(즉, 공통 모드 잡음을 감소시킨다).
또한, PoDL 시스템에서 꼬인 와이어 쌍에서 DC 전압을 정확하게 측정하기 위한 기술이 개시된다. 종래의 시스템에서는, PSE로부터의 전압이 PSE의 출력에서 검출되지만, 높은 DC 전류는 예컨대 권선이 직류 저항(DCR)을 갖는 CMC 양단에서 전압 강하를 발생시킨다. 따라서, 측정된 전압은 꼬인 와이어 쌍의 단부에 실제로 인가되고 있는 전압보다 더 높다.
PoDL 애플리케이션에서, HCMC의 제 2 포트는 종래의 MDI(media dependent interface) 접속기에 결합되고, 이 접속기는 꼬인 와이어 쌍에 결합된다. 꼬인 와이어 쌍에 인가된 전압을 정확하게 측정하기 위해 MDI 접속기에 추가 와이어를 접속하고 MDI 접속기에서 직접 전압을 측정하는 것은 때로는 비실용적이다. 해결책은 MDI 접속기의 입력에 AC 결합된 종단 저항을 제공하고 저항과 그에 연관된 커패시터 사이의 전압을 측정하는 것이다. 접지에 대한 AC 결합된 종단 저항은 신호 반사를 감소시키며 접지에 대한 AC 결합으로 인해 실질적으로 DC 전류가 전달되지 않는다. 따라서, 저항 양단에는 전압 강하가 존재하지 않는다. 따라서, DC 전류를 전달하는 도선 상에서 전압 감지가 수행되지 않기 때문에, 전압 감지는 매우 정확한 켈빈 감지(Kelvin sensing)를 사용한다. 켈빈 감지는 고전류 와이어가 아닌 매우 낮은 전류 전달 와이어에서 전압 검출이 행해지는 것을 말한다. 전압 감지는 PSE 또는 PD에서 종래의 전압 센서에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 단일 와이어 쌍을 통한 이더넷 통신 및 전력 전송을 가능하게 하는 종래의 PoDL 시스템의 한 단부를 도시한다. 다른 단부는 PSE 또는 PD를 제외하고는 동일하다.
도 2는 공통 모드 잡음을 필터링하기 위해, PHY와 꼬인 와이어 쌍 사이에서 차동 데이터 신호를 전달하는 CMC를 도시한다.
도 3은 AC 공통 모드 삽입 손실을 개선하기 위해 DMC 단자(제 3 포트)를 접지에 결합함으로써 와이어를 종결하는데 사용되는 하이브리드 CMC를 도시한다.
도 4는 AC 결합 커패시터를 통해 DMC 단자(제 3 포트)를 접지에 결합함으로써 와이어를 종결하는데 사용되는 하이브리드 CMC를 도시한다.
도 5는 DMC 단자(제 3 포트)를 함께 결합한 다음 AC 결합 커패시터를 통해 접지에 결합함으로써 와이어를 종단시키기 위해 사용되는 하이브리드 CMC를 도시한다.
도 6은 MDI 접속기와 CMC 사이에서 저항 및 AC 결합 커패시터에 의해 와이어가 종단되는 PoDL 시스템에서의 하이브리드 CMC를 도시한다.
도 7은 MDI 접속기에서 DC 전압을 정확하게 측정하기 위해 도 7의 회로에 적용된 기술을 도시한다.
도 8은 MDI 접속기에서 DC 전압을 정확하게 측정하기 위한 다른 기술을 도시한다.
다양한 도면 내에서 동일하거나 등가의 요소는 동일한 숫자로 라벨링된다.
도 3은 하이브리드 공통 모드 초크(hybrid common mode choke: HCMC)(16)의 사용을 도시한다. HCMC(16)는 3개의 포트를 가지는데, 각 포트는 2개의 단자로 구성된다. 제 1 포트(18)는 CMC(20)의 제 1 단부이고, 제 2 포트(22)는 CMC(20)의 다른 단부이다. HCMC(16)가 PoDL 시스템에 통합되는 경우, 제 1 포트(18)와 PHY(150)(송수신기) 사이에는 AC 결합 캐패시터가 결합될 수 있다. 차동 데이터를 전달하는 꼬인 와이어 쌍(12)은 제 2 포트에 결합될 수 있다. MDI 접속기는 제 2 포트(22)와 꼬인 와이어 쌍(12) 사이를 접속하기 위해 사용될 수 있다. CMC(20)의 2개의 권선은 동일 극성을 가지므로, CMC(20)는 공통 모드 잡음 신호를 방해한다(크게 감쇠시킨다). CMC(20)의 제 1 단부는 반대 극성(반대 단부에 도트)을 갖는 권선을 갖는 변압기인 차동 모드 초크(DMC)(24)에 또한 결합된다. DMC(24)의 다른 단부는 제 3 포트(26)이다. 제 3 포트(26)는 반사를 최소화하기 위해 적절한 AC 종단에 결합될 수 있다.
DMC(24)는 권선의 반대 극성 때문에, PHY(150) 및 와이어 쌍(12)에 의해 생성된 AC 차동 신호를 차단한다.
HCMC(16)는 높은 차동 모드 반사 손실(반사를 감쇠시킴) 및 낮은 차동 모드 삽입 손실을 달성하면서 와이어 쌍(12) 상의 공통 모드 잡음을 실질적으로 감소시킨다.
CMC(20)는 동일한 극성을 갖는 자신의 권선으로 인하여 큰 공통 모드 임피던스를 가지므로, 와이어 쌍(12) 상의 공통 모드 잡음은 차단된다. CMC(20)는 동일한 극성을 갖는 자신의 권선으로 인해 2개의 포트 사이에서 낮은 차동 모드 임피던스를 가지므로, 차동 데이터는 자유롭게 통과한다. CMC(20)는 또한 PoDL 시스템에서 PSE 전압원으로부터의 임의의 DC 전압을 자유롭게 통과시킨다. PoDL 시스템이 사용되면, DC 전압은 도 1의 인덕터(142)를 사용하여 꼬인 와이어 쌍(12)에 접속될 수 있거나, 또는 DC 전압은 제 3 포트(26)에 접속될 수 있는데, 여기서 전원은 DMC(24)를 통과하는 AC 공통 모드 잡음을 흡수한다.
반대로, DMC(24)의 동작에 의해, CMC(20)와 제 3 포트(26) 사이의 AC 공통 모드 신호의 전송은 DMC(24)에 의해 실질적으로 방해받지 않지만, AC 차동 모드 신호의 전송은 DMC(24)에 의해 실질적으로 방해받는다. 이러한 방식으로, 제 3 포트(26)에 접속된 회로는 CMC(20)를 통과한 임의의 AC 공통 모드 신호를 실질적으로 제거하기 위해 사용될 수 있다. 시스템이 PoDL 시스템이 아니라고 가정하면, 제 3 포트(26)에 접속된 이러한 회로는 도 3에 도시된 바와 같이 접지를 포함할 수 있다.
와이어를 종단시키고 AC 공통 모드 신호를 제거하기 위해 제 3 포트(28)에 결합된 상이한 회로가 도 4 및 도 5에 도시된다. 도 4는 와이어를 종단시키고 AC 공통 모드 신호를 제거하기 위해 제 3 포트(26)가 AC 결합 캐패시터(30 및 32)를 통해 접지에 접속되는 것을 도시한다. 도 5는 와이어를 종단시키고 AC 공통 모드 신호를 제거하기 위해 제 3 포트(26)의 2개의 단자가 함께 접속된 후에 AC 결합 커패시터(34)를 통해 접지에 접속되는 것을 도시한다.
DMC(24)는 AC 공통 모드 제거를 향상시키기 때문에, CMC(20) 권선은 보다 낮은 인덕턴스 값을 가질 수 있으며, 이는 CMC(20)의 DCR을 낮추고 시스템의 전체 효율을 향상시킨다. 코어 손실 또한 감소된다. 이는 또한 시끄러운 환경에서, 더 비싼 차폐형 케이블이 아닌 종래의 꼬인 와이어 쌍(12)(예를 들어, CAT-5 케이블)의 사용을 허용한다.
이제, 꼬인 와이어 쌍의 전압을 정확하게 측정하기 위한 기술을 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 종래의 시스템에서, PSE로부터의 DC 전압은 PSE의 출력에서 검출되지만, 높은 DC 전류는 예컨대 권선이 직류 저항(DCR)을 갖는 CMC 양단에서 전압 강하를 발생시킨다. 따라서, 측정된 전압은 꼬인 와이어 쌍의 단부에서 실제로 인가되고 있는 전압보다 더 높다. 몇몇 애플리케이션에서는 꼬인 와이어 쌍에 인가된 전압의 정확한 측정이 필요하다.
도 6은 AC 결합 종단 저항(40 및 41)이 MDI 접속기(160)의 단자에 결합되어 꼬인 와이어 쌍(12) 상의 반사를 제거하는 PoDL 시스템을 도시한다. PSE(48)는 DMC(24)를 통해 꼬인 쌍에 DC 전압을 제공한다. DC를 차단하는 커패시터(42 및 43)로 인해 저항(40 및 41)을 통해 어떠한 DC 전압도 흐르지 않는다. 따라서, 저항(40, 41) 양단에는 DC 전압 강하가 존재하지 않는다.
MDI 접속기(160)에서의 DC 전압이 측정될 필요가 있는 경우에, 꼬인 와이어 쌍(12)에 인가된 전압을 정확하게 측정하기 위해, MDI 접속기(160)에서 추가의 와이어를 접속하고(아마도 높은 전류를 전달할 수 있음) MDI 접속기(160)에서 직접 전압을 측정하는 것은 때로는 비실용적이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 저항(40 및 41)과 그에 연관된 커패시터(42 및 43) 사이의 노드에는 도선(49)이 접속된다. 도선(49)은 PSE(48) 내의 종래의 DC 전압 감지 디바이스로 안내한다. 전압 감지 디바이스는 전압을 식별하는 아날로그 또는 디지털 신호를 생성할 수 있거나, 또는 감지된 전압이 시스템의 적절한 동작을 결정하기 위해 사용된다. 일 실시예에서, 전압 감지 디바이스는 아날로그 전압에 대응하는 디지털 신호를 생성하는 아날로그-디지털 변환기이다.
따라서, DC 전류를 전달하는 도선에서는 감지가 수행되지 않기 때문에, 전압 감지는 매우 정확한 켈빈 감지(Kelvin sensing)를 사용한다. 켈빈 감지는 고전류 와이어가 아닌 매우 낮은 전류 전달 와이어 상에서 전압 검출이 행해지는 것을 말한다.
동일한 켈빈 감지는 도 7에 도시된 PD 측에서 수행되는데, PD(50)는, 예컨대 시스템이 특정 요건을 충족시키는지 여부를 판정하기 위해, DC 전압 감지 디바이스를 포함한다. DC 전압은 커패시터(54 및 55)를 통해 접지에 접속된 AC 결합 된 저항(52 및 53)으로부터 도선(56)를 사용하여 획득된다.
따라서, 꼬인 와이어 쌍(12)의 내부 및 외부의 전압은 MDI 접속기 단자에서 켈빈 감지를 사용하여 PSE 또는 PD에서 정확하게 측정된다.
PSE(48) 및 PD(50)의 DC 전압 단자 양단의 커패시터는 DC 전압을 평활화한다.
도 8은 켈빈 감지의 다른 실시예를 도시하는데, 여기서는 DC 전압이 커패시터(61 및 62)를 통해 접지에 접속된 AC 결합 저항(58 및 59)의 노드로부터 획득된다. 저항(58 및 59)을 통해 어떠한 DC 전류도 흐르지 않기 때문에, 전압 강하는 존재하지 않는다. 따라서, 꼬인 와이어 쌍(12)의 단부에서의 DC 전압이 정확하게 측정된다.
도 8에서, AC 결합 커패시터(C1 및 C2)는 AC 차동 데이터를 PHY(150)에 결합시키고, PHY(150)의 입력에서 CMC(66)는 AC 공통 모드 잡음 신호를 제거한다.
PSE(48)는 CMC(68) 및 DMC(70)를 통해 꼬인 와이어 쌍(12)에 DC 전압을 제공한다. 이들 둘은 AC 전압이 차단되는 동안 DC 전압을 통과시킨다. 꼬인 와이어 쌍(12)에서의 전압을 측정하기 위해 동일한 구성이 PD 측에 제공된다.
본 발명의 특정 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본 발명에서 벗어나지 않고 더 넓은 측면에서 변경 및 수정이 이루어질 수 있음이 당업자에게 명백할 것이며, 따라서 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 있는 그런 모든 변경 및 수정을 포함하는 것이다.

Claims (12)

  1. PoDL(Power over Data Lines) 시스템 및 전압 측정 시스템으로서,
    차동 데이터 및 DC 전압을 전달하는 한 쌍의 와이어와,
    DC 결합 회로를 통해 상기 한 쌍의 와이어에 상기 DC 전압을 제공하는 전력 공급 장비(Power Sourcing Equipment: PSE)와,
    상기 한 쌍의 와이어와 송수신기 사이에 결합된 공통 모드 초크(common mode choke: CMC) － 상기 CMC는 동일한 극성의 2개의 권선을 갖는 제 1 변압기를 포함하며, 상기 CMC는 상기 한 쌍의 와이어 상의 AC 공통 모드 신호를 감쇠시키고 상기 차동 데이터를 실질적으로 통과시킴 － 와,
    상기 CMC와 상기 한 쌍의 와이어 사이에 결합된 종단 회로 － 상기 종단 회로는 상기 한 쌍의 와이어 중 제 1 와이어에 결합된 제 1 저항을 포함하고, 상기 제 1 저항은 제 1 캐패시터를 통해 접지에 결합되고, 상기 종단 회로는 상기 한 쌍의 와이어 중 제 2 와이어에 결합된 제 2 저항을 더 포함하고, 상기 제 2 저항은 제 2 커패시터를 통해 접지에 결합됨 － 와,
    상기 제 1 저항과 상기 제 1 커패시터 사이의 제 1 노드에 결합된 제 1 도선과,
    상기 제 2 저항과 상기 제 2 커패시터 사이의 제 2 노드에 결합된 제 2 도선을 포함하되,
    상기 제 1 도선 및 상기 제 2 도선은 상기 한 쌍의 와이어에 인가된 상기 DC 전압을 검출하는 전압 센서에 결합되는
    시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 와이어에 DC 전압을 결합시키는 전력 공급 장비(PSE)를 더 포함하되, 상기 PSE는 DC 결합 회로를 통해 상기 CMC와 상기 송수신기 사이에 결합되는
    시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 DC 결합 회로는 하나 이상의 인덕터를 포함하는
    시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 DC 결합 회로는 상기 CMC와 상기 송수신기 사이에 결합된 차동 모드 초크(differential mode choke: DMC)를 포함하고, 상기 DMC는 반대 극성의 2개의 권선을 갖는 제 2 변압기를 포함하며, 상기 DMC는 상기 한 쌍의 와이어로부터 상기 CMC를 통과하는 상기 AC 공통 모드 신호를 실질적으로 통과시키는
    시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 송수신기에 의해 수신되기 전에 상기 AC 공통 모드 신호를 더 감쇠시키기 위해, 상기 DMC는 상기 AC 공통 모드 신호를 AC 종단 회로에 인가하는
    시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전압 센서는 상기 PSE 내에 위치하는
    시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 센서는 아날로그-디지털 변환기를 포함하는
    시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 와이어에 인가된 DC 전압을 검출하기 위해, 상기 제 1 도선 및 상기 제 2 도선은 상기 한 쌍의 와이어에 켈빈 접속기(Kelvin connector)를 제공하는
    시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 와이어에 DC 전압을 결합시키는 전력 공급 장비(PSE)를 더 포함하되, 상기 PSE는 DC 결합 회로를 통해 상기 한 쌍의 와이어에 결합되는
    시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 DC 결합 회로는 하나 이상의 인덕터를 포함하는
    시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 DC 결합 회로는 상기 PSE와 상기 한 쌍의 와이어 사이에 결합된 차동 모드 초크(DMC)를 포함하고, 상기 DMC는 반대 극성의 두 개의 권선을 갖는 제 2 변압기를 포함하는
    시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 DC 전압은 상기 CMC를 통해 상기 한 쌍의 와이어에 결합되지 않는
    시스템.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10135626B2 (en) * 2015-04-14 2018-11-20 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Power coupling circuits for single-pair ethernet with automotive applications
EP3503417B1 (en) * 2017-12-21 2020-10-28 Nxp B.V. Transceiver and system for electromagnetic emission detection
EP3503418A1 (en) 2017-12-21 2019-06-26 Nxp B.V. Transceiver and method of adjusting the tx signal of the transceiver for weakening emi
US10333742B1 (en) * 2018-03-15 2019-06-25 Linear Technology Holding Llc Termination for wire pair carrying DC and differential signals using isolation transformer with split primary and secondary windings
US10425237B1 (en) 2018-03-15 2019-09-24 Linear Technology Holding Llc Termination for wire pair carrying DC and differential signals
US10382216B1 (en) * 2018-03-15 2019-08-13 Linear Technology Holding Llc Termination for wire pair carrying DC and differential signals
US10652050B2 (en) 2018-05-01 2020-05-12 Linear Technology Holding Llc Power over data lines system using split or coupled CMCs and DMCs for coupling DC voltage and attenuating common mode noise
FR3082075A1 (fr) * 2018-05-30 2019-12-06 Fogale Nanotech Dispositif de communication, dispositif de detection capacitive et equipement muni d'un tel dispositif de detection
WO2020012794A1 (ja) * 2018-07-13 2020-01-16 株式会社村田製作所 バイアスｔ回路および信号伝送装置
US11290291B2 (en) * 2018-07-31 2022-03-29 Analog Devices International Unlimited Company Power over data lines system with combined dc coupling and common mode termination circuitry
US10594367B1 (en) * 2018-11-07 2020-03-17 Linear Technology Holding Llc Power over data lines system with accurate and simplified cable resistance sensing
US11309804B2 (en) * 2019-05-08 2022-04-19 Analog Devices International Unlimited Company PoDL powered device with active rectifier bridge and shunting switch
JP7346941B2 (ja) * 2019-07-01 2023-09-20 株式会社村田製作所 バイアスｔ回路、及び、電力重畳回路
US11418369B2 (en) * 2019-08-01 2022-08-16 Analog Devices International Unlimited Company Minimizing DC bias voltage difference across AC-blocking capacitors in PoDL system
JP7310659B2 (ja) * 2020-03-09 2023-07-19 株式会社オートネットワーク技術研究所 通信装置
US11606074B2 (en) * 2020-05-22 2023-03-14 Baker Hughes Oilfield Operations Llc Communication on two power supply channels
US11903123B1 (en) * 2021-03-10 2024-02-13 Marvell Asia Pte Ltd Common-mode filtering for converting differential signaling to single-ended signaling
JP2022179027A (ja) * 2021-05-21 2022-12-02 日立Astemo株式会社 差動伝送基板および電力重畳差動データ通信装置
DE102021119786A1 (de) * 2021-07-29 2023-02-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Koppelschaltung zum Einspeisen oder zum Abgreifen eines Gleichspannungsanteils an einem elektrischen Leitungsdraht eines Datenübertragungskabels sowie Messgerät zum Untersuchen einer Datenübertragung sowie Signalverarbeitungseinheit und System
CN115460025A (zh) * 2022-08-23 2022-12-09 智道网联科技(北京)有限公司 单对以太网供电通信电路及模块

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010107808A (ja) 2008-10-31 2010-05-13 Epson Imaging Devices Corp 電気光学装置、駆動回路および電子機器
JP2015012234A (ja) 2013-07-01 2015-01-19 株式会社村田製作所 コモンモードチョークコイルおよびその製造方法
JP2016100900A (ja) 2013-11-26 2016-05-30 リニアー テクノロジー コーポレイションＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ パワーオーバーデータラインの検出および分類スキーム

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3175139B2 (ja) * 1994-12-19 2001-06-11 横河電機株式会社 二線式のパルス信号伝送装置
US6804351B1 (en) * 2000-11-09 2004-10-12 Cisco Technology, Inc. Method and apparatus for detecting a compatible phantom powered device using common mode signaling
US6492880B1 (en) * 2001-02-21 2002-12-10 Cisco Technology, Inc. Common mode termination
JP2003046655A (ja) * 2001-08-03 2003-02-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd ２線式給電通信装置
JP2003174787A (ja) * 2001-12-06 2003-06-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd モータ制御装置
US7636363B2 (en) * 2003-07-28 2009-12-22 International Business Machines Corporation Adaptive QoS system and method
US7430291B2 (en) 2003-09-03 2008-09-30 Thunder Creative Technologies, Inc. Common mode transmission line termination
JP2007116416A (ja) * 2005-10-20 2007-05-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 信号伝送回路
US7743174B2 (en) 2007-12-28 2010-06-22 Cisco Technology, Inc. Dual utilization of a physical port of an electronic device
US20110055598A1 (en) * 2009-09-02 2011-03-03 Broadcom Corporation AC Disconnect of Power Over Ethernet Devices
US8670250B2 (en) * 2010-09-13 2014-03-11 Futurewei Technologies, Inc. Common mode noise reduction apparatus and method
US9634844B2 (en) * 2014-01-30 2017-04-25 Linear Technology Corporation Detection scheme for four wire pair Power Over Ethernet system
US9780974B2 (en) * 2014-04-09 2017-10-03 Linear Technology Corporation Broadband power coupling/decoupling network for PoDL
MY190436A (en) 2014-08-20 2022-04-21 Bel Fuse Macao Commercial Offshore Ltd Power over ethernet for 10gbase-t ethernet
US9851772B2 (en) * 2014-08-22 2017-12-26 Linear Technology Corporation 1-wire bus PD detection and classification scheme for ethernet PoDL
US9973343B2 (en) * 2015-04-09 2018-05-15 Sercomm Corporation Power supply system, power sourcing equipment, and ethernet Y cable
US10135626B2 (en) 2015-04-14 2018-11-20 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Power coupling circuits for single-pair ethernet with automotive applications

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010107808A (ja) 2008-10-31 2010-05-13 Epson Imaging Devices Corp 電気光学装置、駆動回路および電子機器
JP2015012234A (ja) 2013-07-01 2015-01-19 株式会社村田製作所 コモンモードチョークコイルおよびその製造方法
JP2016100900A (ja) 2013-11-26 2016-05-30 リニアー テクノロジー コーポレイションＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ パワーオーバーデータラインの検出および分類スキーム

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