KR20170120037A

KR20170120037A - 중복 전원 연결을 이용한 데이터 라인 시스템에서 전원 공급

Info

Publication number: KR20170120037A
Application number: KR1020170050257A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 엠 드웰리; 앤드류 제이 가드너
Original assignee: 리니어 테크놀러지 엘엘씨
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2017-10-30
Also published as: KR101974713B1; EP3236615B1; US10313139B2; CN107306187B; CN107306187A; JP2017195763A; JP6381161B2; US20170310491A1; EP3236615A1

Abstract

일 실시예에서, 마스터 장치는 제1 포트 및 제2 포트를 가지며 초기에는 제1 포트에만 DC 전압을 인가한다. 각각이 제3 포트 및 제4 포트를 갖는 복수의 슬레이브 장치가 컨덕터를 통해 링 내의 마스터 장치에 직렬 연결되고, 제1 포트에서 시작하여 제2 포트에서 종료된다. 컨덕터는 DC 전압과 차동 데이터를 동시에 전달한다. 각각의 슬레이브 장치는 검출 루틴을 수행한 후, 링 주위의 제1 방향으로 인접한 다운스트림 슬레이브 장치에 DC 전압을 순차적으로 인가한다. 마스터가 자신의 제2 포트에서 DC 전압의 존재를 검출하지 않으면, 마스터 장치는 제1 포트 및 제2 포트 모두에 DC 전압을 인가하여 슬레이브 장치의 링 주의로 양 방향으로 슬레이브 장치를 순차적으로 파워 업한다.

Description

중복 전원 연결을 이용한 데이터 라인 시스템에서 전원 공급{POWER OVER DATA LINES SYSTEM WITH REDUNDANT POWER CONNECTIONS}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 데이비드 엠 드웰리(David M. Dwelley) 등에 의해 2016 년 4 월 20 일자로 출원된 미국 가출원 번호 제 62/325,364 호에 대해 우선권을 주장하며, 본 출원의 참조로서 본 명세서에 포함된다.

발명의 분야

본 발명은 PoE(Power Over Ethernet) 및 PoDL(Power over Data Lines)과 같은 시스템에 관한 것으로, 여기서 DC 전력은 차동 데이터 라인(differential data lines)을 통해 전송되고 루틴은 전체 전압이 데이터 라인에 인가되기 전에 수행된다. 본 발명은 특히 시스템의 신뢰성을 향상시키도록 리던던트 전력 및 데이터 경로를 사용하는 상호 연결된 전원 공급 장치(PSE) 및 전원 장치(PD)의 시스템에 관한 것이다.

원격 장비에 전원을 공급하기 위해 데이터 라인을 통해 전원을 송신하는 기법이 알려져 있다. PoE(Power over Ethernet)는 그러한 시스템 중 하나의 예이다. PoE에서, 제한된 전력은 이더넷 스위치로부터 이더넷 연결 장비(예를 들어, VoIP 전화, WLAN 송신기, 보안 카메라 등)로 전송된다. 이더넷 스위치의 DC 전력은 표준 CAT-5 케이블의 2 세트의 연선(twisted pair wire)을 통해 전송된다. DC 공통 모드 전압이 데이터에 영향을 미치지 않기 때문에 동일한 2 세트의 연선이 차동 데이터 신호를 전달할 수도 있다. 이러한 방식으로, 전원공급 장치(PD)를 위해 임의의 외부 전원을 제공할 필요가 없다. PoE에 대한 표준은 본 명세서에 참조로 포함되는 IEEE 802.3에 개시되어 있다. CAT-5 케이블에는 4 개의 연선이 있으며 두 개의 연선은 일반적으로 사용되지 않는다.

보다 최신의 개발 기술은 PoDL(Power over Data Lines)이라고 불리며, 이 기술에서는 단 하나의 연선이 차동 이더넷 데이터와 DC 전력을 모두 전달한다. 또한, 그러한 시스템은 PSE 및 PD를 사용한다. PoDL은 최소 배선만을 필요로 하기 때문에 자동차에서 특히 유용하다. 모든 전자 장치는 PoDL 시스템에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 자동차에서 연선에 의해 송신되는 DC 전압은 대개 12 볼트이다. IEEE는 PoDL에 대한 802.3bu 표준을 개발했다.

PoE 및 PoDL 모두에서, 전체 DC 전압이 와이어에 적용되기 전에 수행되는 저전력 검출 단계가 존재한다. 검출 단계에서는 PD가 PoE 또는 PoDL과 호환됨을 나타내는 서명(signature)을 PD에서 찾는다. PD의 전력 요구 사항이 전달되는 검출 단계 다음에 저전력 분류 단계(low power classification phase)가 존재할 수 있다. 이후에, PSE는 필요한 전원을 공급할 수 있다고 판단한 후 전원과 와이어 사이에 연결된 스위치를 닫아 전체 DC 전압을 공급한다. 다양한 루틴을 수행하고 스위치를 닫아 와이어에 전체 DC 전압을 적용하고 오류를 검출할 수 있는 PoE용 컨트롤러 IC가 상용화되어 있다.

PoE 및 PoDL은 PSE에서 각 PD로 이어지는 배선 감소로 인해 자동차(및 다른 응용예)에서 사용하기에 유리하지만, 신뢰성을 향상시키면서 요구되는 배선을 추가로 줄이는 것이 바람직하다.

일 실시예에서, 전력 데이터 통신 시스템은 PoDL 시스템인 것으로 가정된다. 모든 DC 전압은 DC 커플링 인덕터를 통해 와이어에 연결되며, 모든 PHY(차동 이더넷 데이터 처리를 위한 물리 계층 장치)는 직렬 커패시터를 통해 와이어에 AC 커플링된다. DC 전압은 MOSFET과 같은 스위치를 통해 와이어에 선택적으로 연결된다.

마스터 PSE는 자동차 배터리와 같은 전원으로부터 DC 전압을 수신한다. 마스터 PSE는 제1 연선에 연결하기 위한 제1 포트를 갖고 제2 연선에 연결하기 위한 제2 포트를 갖는다. 슬레이브 PD의 연속 링(series ring)은 마스터 PSE의 제1 포트에 연결된 엔드 슬레이브 PD와 마스터 PSE의 제2 포트에 연결된 다른 엔드 슬레이브 PD를 포함한다. 각 슬레이브 PD는 동일한 포트 쌍을 가지며, 각 포트는 데이터 및 DC 전력을 송수신할 수 있다. 하나의 포트는 업스트림 슬레이브 PD에 연결되고 다른 포트는 다운스트림 슬레이브 PD에 연결된다.

일 실시예에서, 시스템이 어떠한 고장 없이 동작하고 있고 DC 전력이 슬레이브 PD의 링 주위로 시계 방향으로 흐르고 있다고 가정하면, 마스터 PSE는 마스터 PSE의 제1 포트에 연결된 "우측" 엔드 슬레이브 PD 에 대한 저전력 검출 루틴을 수행한다. 서명이 검출되면 마스터 PSE는 "우측" 스위치를 닫아 전체 DC 전압을 "우측" 엔드 슬레이브 PD에 연결한다. 이어서, 슬레이브 PD는 전원을 켜고 인접한 슬레이브 PD에 대한 검출 루틴을 실행한다. 서명이 검출되면, "우측" 엔드 슬레이브 PD는 스위치를 닫아서 전체 DC 전압을 인접한 슬레이브 PD에 연결한다. 이러한 순차적인 검출 및 파워 업 프로세스는 모든 슬레이브 PD가 파워 업될 때까지 링 내의 모든 슬레이브 PD에 대해 수행된다. 효과적으로, 각 슬레이브 PD는 PD와 PSE 둘 다로서 동작하는데, 이는 다운스트림 슬레이브 PD가 올바른 서명을 전달한 후에 검출 루틴을 수행하고 그 스위치를 닫기 때문이다. 서명은 와이어에 걸쳐 25k Ohm의 저항이 될 수 있다. 모든 슬레이브 PD에 대한 전체 검출 및 시작 프로세스는 관련 슬레이브 PD의 수에 따라 1초에서 몇 초 정도 걸릴 수 있다.

"좌측" 엔드 슬레이브 PD는 마스터 PSE에 인접해 있으며 이의 제2 포트에 연결되어 있다. "좌측" 엔드 슬레이브 PD는 파워 업되는 마지막 엔드 슬레이브 PD이며, 마스터 PSE의 제2 포트에서 마스터 PSE 상에서 검출 루틴을 수행한 후 마스터 PSE의 제2 포트로 이어지는 와이어에 DC 전압을 연결한다. 이러한 방식으로, 마스터 PSE는 또한 PD로서 작용하는데, 이는 인접한 슬레이브 PD에 서명(예를 들어, 25k Ohm)을 제공하여 슬레이브 PD가 마스터 PSE의 제2 포트에 DC 전압을 연결하는 것을 알 수 있게 하기 때문이다.

그런 다음 마스터 PSE는 자신의 제2 포트에서 DC 전압의 존재를 검출하고 링에 고장이 없음을 알게 된다. 이후에 시스템은 정상적인 방식으로 작동된다.

링을 따라 개방 회로 또는 단락 회로가 있는 경우, 마스터 PSE는 소정 시간 내에 자신의 제2 포트에서 DC 전압을 수신하지 않을 것이고, 뒤이어 자신의 제1 포트 및 제2 포트 모두에 전력을 공급하여 DC 전압이 순차적으로 시계 방향 및 시계 반대 방향 모두로 슬레이브 PD에 인가된다. 슬레이브 PD와 마스터 PSE 각각에는 동일한 포트가 2세트 있으므로 DC 전력과 데이터는 링을 따라 어느 방향으로든 흐를 수 있다.

링에 있는 두 개의 슬레이브 PD 사이에 단락 또는 개방 회로가 있으면 검출 루틴이 실패하고, 검출 루틴을 수행하는 슬레이브 PD는 자신의 스위치를 계속 개방시켜 DC 전압이 고장난 배선(wiring)에 연결되지 않도록 한다. 유사하게, 고장 와이어의 다른 쪽에 있는 슬레이브 PD는 다른 방향에서 오는 DC 전압에 의해 전원이 켜질 것이고, 또한 인접한 다운스트림 슬레이브 PD에 대한 검출 루틴을 수행한다. 이러한 검출 루틴도 또한 실패할 것이고 슬레이브 PD는 자신의 스위치를 계속 열어 두어 고장이 있는 와이어에 DC 전압을 공급하지 않도록 한다. 이러한 방식으로, 오픈 스위치에 의해 슬레이브 PD 사이의 고장부분이 격리되고, DC 전력은 모든 슬레이브 PD에 시계 방향 및 반 시계 방향으로 제공된다.

관련 실시예에서, PD는 링으로 연결되지 않고 제1 마스터 PSE와 제2 마스터 PSE 사이에 직렬로 연결된다. 이러한 프로세스는 전술한 프로세스와 유사하며, 제1 마스터 PSE가 모든 슬레이브 PD에 한 방향으로 DC 전압을 공급한다. 각 슬레이브 PD는 다운스트림 슬레이브 PD에 DC 전압을 연결하기 전에 검출 루틴을 수행한다. 제2 마스터 PSE가 DC 전압이 모든 슬레이브 PD에 순차적으로 적용되었음을 검출하면, 시스템은 정상적으로 작동한다. 제2 마스터 PSE가 규정 시간 내에 모든 슬레이브 PD에 DC 전압이 적용되었음을 검출하지 못하면 검출 루틴을 수행한 후 인접한 슬레이브 PD에 DC 전압을 공급할 것이다. 이러한 방식으로 두 개의 슬레이브 PD간에 와이어 고장부가 격리되나 모든 슬레이브 PD는 두 방향 중 하나의 방향에서 오는 DC 전압에 의해 계속 전력이 공급된다.

본 발명은 PoE 시스템, PoDL 시스템 및 다른 관련 시스템에 적용될 수 있다.

도 1은 슬레이브 PD/PSE의 링에 연결된 마스터 PD/PSE를 도시하며, 마스터 PD/PSE에는 고장이 없으며 각각의 슬레이브 PD/PSE가 검출 루틴을 수행하고 스위치를 닫아 DC 전압을 다운스트림 슬레이브 PD/PSE에 연결한 후 시계 방향으로 모든 슬레이브 PD/PSE에 DC 전압이 순차적으로 인가되게 한다.
도 2는 도 1의 시스템을 도시하고, 이 시스템에는 배선 고장이 존재하고, 마스터 PD/PSE는 모든 슬레이브 PD/PSE에 전원이 공급 될 수 있도록 시계 방향 및 반 시계 방향으로 DC 전압을 공급하고 고장 부분은 개방 스위치로 분리된다.
도 3(a) 및 도 3(b)는 각각 정상 동작 및 배선 고장 동안에 도 1 및 도 2의 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.
도 4는 본질적으로 서로의 미러 이미지인 2 개의 포트를 갖는 단일 슬레이브 PD/PSE의 예를 도시하며, 이 예에서 슬레이브 PD/PSE 컨트롤러 IC는 어느 한 포트에 대한 검출 루틴을 수행하고 MOSFET 스위치를 제어하여 어느 한 포드에 연결된 와이어에 DC 전압을 연결한다.
도 5는 도 4의 슬레이브 PD/PSE 컨트롤러 IC 내의 특정 기능 블록을 도시한다.
도 6은 마스터 PD/PSE의 예를 나타낸 것으로, 외부의 소스(예를 들어, 배터리)로부터 연선을 통하지 않고 DC 전력을 수신하는 것을 제외하고는 슬레이브 PD/PSE와 유사하다.
도 7은 2 개의 마스터 PSE 사이에 슬레이브 PD/PSE가 접속된 본 발명의 다른 실시예를 도시한다.
도 8은 도 7의 시스템을 도시하나 두 개의 슬레이브 PD/PSE 사이에 배선 오류가 있는 경우이다.
도 9(a) 및 9(b)는 각각 정상 동작 중 및 와이어 고장이 있는 경우의 도 7 및 도 8의 시스템의 동작을 설명하는 흐름도이다.
동일하거나 동등한 요소에는 동일한 번호로 레이블이 지정된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PoDL 시스템을 도시한다. 도 1 및 도 2의 시스템에 의해 수행되는 방법은, 도 3(a) 및 도 3(b)의 흐름도를 참조하여 설명된다. "PD/PSE" 또는 "PSE/PD"라는 용어의 용법은, 와이어 고장이 없고 DC 전압이 링 주위로 시계 방향으로 순차적으로 인가될 때 각 장치의 일 측(PD 측)은 업스트림 장치로부터 전력을 수신하고 각 장치의 다른 측(PSE 측)은 DC 전력을 다운스트림 장치로 전달한다는 것을 의미한다.

도 1에서, 도 6에 더 상세하게 도시된 마스터 PD/PSE(12)는 전압원(14)으로부터 전압을 수신한다. 전압원(14)은 배터리일 수 있다. 마스터 PD/PSE(12)는 제1 포트(16) 및 제2 포트(18)를 갖는다. 각각의 포트는 연선(20) 내의 제1 와이어에 대한 제1 단자 및 연선(20)의 제2 와이어에 대한 제2 단자를 포함한다. 연선(20)은 전압원(14)으로부터의 DC 전압뿐만 아니라 전 이중 차동 이더넷 데이터(full-duplex differential Ethernet data)를 전달한다. 상세히 후술되는 것과 같이, 마스터 PD/PSE(12) 및 슬레이브 PD/PSE는 AC 커플링/디커플링 및 DC 커플링/디커플링 컴포넌트를 사용하여 AC 데이터 및 DC 전압을 연선(20)으로 그리고 연선으로부터 연결한다. 마스터 PS/PSE(12)는 외부 전압원(14)으로부터의 DC 전압을 연선(20)을 통한 전송을 위해 마스터 PD/PSE(12)의 DC/DC 변환기를 통해 더 적절한 전압으로 추가 변환할 수 있다.

슬레이브 PD/PSE는 #1 내지 #n으로 라벨링되고 연선(20)을 통해서만 전력을 수신한다는 점을 제외하고는 마스터 PD/PSE(12)와 유사하다. 슬레이브 PD/PSE의 세부내용이 도 4에 도시된다. 각각의 슬레이브 PD/PSE는 두 개의 동일한 포트를 가지며, 하나의 포트는 데이터 및 DC 전압의 방향에 따라 인접한 슬레이브 PD/PSE (또는 마스터 PD/PSE)로부터 연선(20)상의 AC 및 DC 신호를 수신하고 다른 포트는 AC 및 DC 신호를 자신의 다른 인접한 슬레이브 PD/PSE(또는 마스터 PD/PSE(12))로 전달한다.

각각의 슬레이브 PD/PSE 및 마스터 PD/PSE(12)는 와이어에 연결된 2 개의 개별적으로 제어 가능한 하이브리드 PSE/PD 인터페이스를 갖는다. PSE 인터페이스로 구성된 경우, 하이브리드 인터페이스 중 하나는 좌측 스위치를 통해 좌측의 인접한 슬레이브 PD/PSE에 DC 전압을 공급할 수 있으며 다른 하이브리드 인터페이스는 우측 스위치를 경유하여 우측의 인접한 슬레이브 PD/PSE로부터 DC 전압을 수신하기 위해 PD로 구성될 수 있다. 이는 마스터 PD/PSE(12) 및 슬레이브 PD/PSE가 DC 전압이 슬레이브 PD/PSE의 링 주위를 시계 방향으로 이동할지 또는 반 시계 방향(와이어 고장 시)으로 이동할지 여부를 결정하게 할 수 있다.

도 1의 시스템에 의해 수행되는 방법을 설명하기 전에, 도 4 내지 6을 참조하여 슬레이브 PD/PSE 및 마스터 PD/PSE(12)의 추가 세부사항이 설명될 것이다.

도 4는 슬레이브 PD/PSE(#1 내지 #n) 중 임의의 하나를 도시한다. 좌측 포트(16) 및 우측 포트(18)는 인접한 슬레이브 PD/PSE 또는 마스터 PD/PSE(12)의 포트에 연결되는 연선(20)(도 1) 세그먼트에 연결된다. 좌측 및 우측 회로가 동일하며, 중복을 피하기 위해 주로 좌측 회로를 설명할 것이다.

포트(16, 18)에서, 명목상 25k Ohm인 연선(20)의 양단에 연결된 서명 저항(미도시)이 존재할 수 있다. 인접한 장치가 PoDL과 호환되는지 여부를 검출하기 위해 핸드셰이킹 루틴(handshaking routine)을 수행하는 경우에 이러한 서명 저항은 인접한 슬레이브 PD/PSE 또는 마스터 PD/PSE(12)에 의해 검출된다. 핸드셰이킹 루틴은 약 25k Ohms의 지정된 범위 내에 서명 임피던스가 있는지 여부를 검출하는 저전력 루틴을 포함한다. 이러한 검출 루틴은 잘 알려져 있으며, IEEE에 의해 설정된 PoE에 대한 검출 루틴과 유사할 수 있다. 핸드셰이킹 루틴은 또한 슬레이브 PD/PSE의 필요한 전력 사용 및 다른 특성을 검출하는 저전력 분류 루틴을 수행할 수 있다. 이러한 분류는 제너 다이오드 또는 그 값이 동작 특성을 전달하는 다른 구성 요소와 같은 와이어를 가로지르는 특정 구성 요소(도시되지 않음)에 의해 전달될 수 있다. 본 발명에 대해 다른 검출 및 분류 기술이 구상될 수 있으나 필요하지 않을 수 있다.

슬레이브 PD/PSE 컨트롤러(26)는 상태 머신과 같은 프로그램된 마이크로 프로세서 또는 프로그램된 펌웨어를 사용하여 다양한 루틴을 수행하는 IC일 수 있다.

인접한 슬레이브 PD/PSE 또는 마스터 PD/PSE가 데이터 및 DC 신호를 송신하는 경우, 매칭된 AC 커플링 커패시터 쌍(28)은 차동 이더넷 데이터만을 PHY(30)로 통과시키고, 데이터는 미디어 액세스 컨트롤러와 함께 마이크로 컨트롤러를 포함하는 슬레이브 PD/PSE의 데이터 처리 유닛(34)에 의해 처리된다. 데이터 처리 유닛(34)은 통상적인 것일 수 있다. 연선상의 DC 전압은 한 쌍의 정합된 인덕터(36)를 통해 슬레이브 PD/PSE 컨트롤러(26)의 입력 및 슬레이브 PD/PSE 부하(35)(데이터 처리 유닛(34)을 포함함)의 나머지 부하에 DC 결합된다. 슬레이브 PD/PSE 모드 선택 컨트롤러(37) 및 좌측 및 우측 PSE/PD 하이브리드 인터페이스(38)를 포함하는 PD/PSE 컨트롤러(26)가 도시되어 있다.

저전력 핸드셰이킹 루틴 및 연선상의 DC 전압의 검출은 스위치(40)를 바이패스하는 컨덕터(39)를 통해 수행된다.

슬레이브 PD/PSE가 자신의 우측의 인접한 슬레이브 PD/PSE 또는 마스터 PD/PSE(12)로부터 DC 전력을 수신한다고 가정하면, 슬레이브 PD/PSE 컨트롤러(26)는 연선상의 DC 전압이 임계치를 초과한다는 것을 감지하고(컨덕터(42)를 통해) 자신의 우측 스위치(44)를 닫는다. 이제, 슬레이브 PD/PSE는 파워 업되고 인접한 슬레이브 PD/PSE에 대한 핸드셰이킹 루틴을 수행한다. 슬레이브 PD/PSE가 핸드셰이킹 루틴 후에 좌측 슬레이브 PD/PSE가 PoDL- 호환가능하다고 판정하면, 슬레이브 PD/PSE는 좌측 스위치(40)를 닫아 DC 전압을 연선(20)으로 전송하여 좌측의 인접한 슬레이브 PD/PSE를 파워 업한다. 본질적으로, 양 스위치(40 및 44)를 닫는 것은 인덕터(36)를 통해 좌측 연선(20)을 우측 연선(20)에 연결한다. PSE/PD 하이브리드 인터페이스(38)의 PSE 입력 포트는 어느 한 쪽에서 모든 슬레이브 회로에 전원을 공급하기 위한 스위치(40/44) 중 어느 하나를 통해 DC 전압을 수신한다. PSE/PD 하이브리드 인터페이스(38)의 PD 출력 포트는 관련 스위치(40 또는 44)를 통해 연선(20)의 일 측에서 다른 측으로 들어오는 DC 전압을 연결한다. PoE를 위한 PD 및 PSE 컨트롤러는 잘 알려져 있으며, PoDL 루틴을 수행하기 위한 PoE 컨트롤러 소프트웨어 및 하드웨어를 적용하는 것은 당업자에 의해 쉽게 수행될 수 있다.

일반적인 미디어 종속 인터페이스(MDI)는 연선을 슬레이브 PD/PSE에 연결한다.

좌우측 회로가 동일하기 때문에, 슬레이브 PD/PSE는 양측으로부터 DC 전력을 수신할 수 있으며, 순차적으로 전력을 공급하는 것이 그 특정 슬레이브 PD/PSE에 대해 시계 방향인지 또는 시계 반대 방향인지에 따라 어느 한쪽의 슬레이브 PD/PSE로 DC 전력을 전달할 수 있다.

도 5는 슬레이브 PD/PSE 컨트롤러(26) 내의 다양한 기능 유닛을 도시한다. 연선에 의해 공급된 공칭 12 볼트(자동차 응용예를 가정함)는 DC/DC 컨버터(50)에 의해 슬레이브 PD/PSE 부하에 적합한 전압으로 변환된다. 프로그램된 마이크로 프로세서(52) 또는 펌웨어 장치는 다양한 루틴을 수행하고 다양한 스위치를 제어한다. 검출기/드라이버(54)는 입력 신호를 검출하고 스위치를 제어하기 위해 사용되는 다양한 구성 요소를 포함한다. 검출기/드라이버(54)는 또한, 전류가 임계값(고장을 나타냄)을 초과하는 경우, PSE/PD 하이브리드 인터페이스(38)의 상태 포트에서 제어 신호를 사용하여 전류를 검출하고 스위치(40/44)를 턴 오프할 수 있다. 스위치(40 및 44)는 컨트롤러(26) IC의 내부 또는 외부에 있을 수 있다.

마스터 PD/PSE(12)는 도 6에 도시되고, 마스터 PD/PSE(12)는 연선(20)이 아닌 마스터 PD/PSE(12)의 전원 입력 단자에 접속된 외부 DC 전압원(14)에 의해 전력이 공급되는 점 및 마스터 PD/PSE(12)의 소프트웨어를 제외하고는 슬레이브 PD/PSE와 유사할 수 있다. 그러므로 슬레이브 PD/PSE의 컴포넌트를 식별하기 위해 사용된 동일한 번호가 마스터 PD/PSE(12)의 유사한 컴포넌트를 식별하는 데에도 사용된다. 마스터 PD/PSE(12)는 링 내의 모든 슬레이브 PD/PSE에 전원을 공급하는 일련의 프로세스를 시작한다. 마스터 PD/PSE 컨트롤러(58)는 그 소프트웨어를 제외하고는 도 5의 슬레이브 PD/PSE 컨트롤러(26)와 유사할 수 있다.

도 1의 예에서, 와이어 고장이 없는 것으로 가정한다(예를 들어, 링 둘레의 연선(20)에 단선 또는 개방 와이어가 없음). 마스터 PD/PSE(12) 내의 마스터 컨트롤러 내의 소프트웨어(또는 펌웨어)는 DC 전압이 시계 방향으로 링 둘레로 전파되어야 하고 마스터 PD/PSE(12)와 우측의 인접한 슬레이브 PD/PSE #1 사이의 연선(20)에만 DC 전압을 공급하도록 "우측 스위치"(44)(도 6)를 닫아야 한다고 결정한다. 도 6에서, PSE/PD 하이브리드 인터페이스(38)의 PSE 입력 포트는 관련 연선(20)에 결합된다. 스위치(40 또는 44)를 닫는 것은 전압원(14)을 좌측 또는 우측 연선(20) 또는 이들 모두에 연결한다.

도 3(a)의 흐름도는 배선 고장이 없는 경우의 방법을 설명한다. 도 3(a)의 단계(60)에서, 마스터 PD/PSE(12)는 DC 전압 소스(14)로부터 전압을 수신하고 파워 업한다.

단계(62)에서, 마스터 PD/PSE(12)가 슬레이브 PD/PSE에 시계 방향으로 순차적으로 전력을 공급하는 것으로 가정하면, 우측의 인접한 슬레이브 PD/PSE #1에 대한 연선(20)을 통해 저전력 검출 루틴(및 선택적으로 분류 루틴)을 수행한다. 대안적으로, 마스터 PD/PSE(12)는 반 시계 방향의 슬레이브 PD/PSE 전력 상승 루틴을 개시할 수 있다. 검출 단계 동안, 마스터 PD/PSE(12)는 연선(20)을 통해 고정 간격 동안 제1 전류 제한 전압을 슬레이브 PD/PSE #1에 인가하고, 이어서 고정 간격 동안 제2 전류 제한 전압을 인가하고, 결과 전류를 검출함으로써 슬레이브 PD/PSE #1(약 25k Ohms)의 특성 임피던스를 찾는다.

단계(64)에서, 올바른 서명 임피던스가 검출되면, 마스터 PD/PSE(12)는 슬레이브 PD/PSE #1이 PoDL-호환가능하다고 가정하고 그 우측 스위치(44)(도 6)를 닫음으로써 슬레이브 PD/PSE #1은 DC 커플링 인덕터(36)(도 4)를 통해 전체 DC 전압을 수신한다. 슬레이브 PD/PSE 컨트롤러(26)는 전압이 소정의 임계값 이상인 것을 검출한 후 그 좌측 스위치(40)를 닫아 슬레이브 PD/PSE 컨트롤러의 DC/DC 컨버터(50)(도 5)에 전체 DC 전압을 연결하여 슬레이브 PD/PSE #1을 완전히 파워 업한다. 슬레이브 PD/PSE #1은 이제 자신의 PHY(30)를 통해 이더넷 데이터를 수신하고 전송할 수 있다.

단계(66)에서, 새롭게 파워 업된 슬레이브 PD/PSE #1은 자신의 다운스트림 슬레이브 PD/PSE #2에서 동일한 검출 루틴을 자동으로 수행한다. 서명 임피던스가 검출되면, 슬레이브 PD/PSE #1은 우측 스위치(44)를 닫아 DC 전압을 슬레이브 PD/PSE #2에 연결한다. 슬레이브 PD/PSE #2는 DC 전압이 임계값을 초과하는지를 검출한 후, 자신의 좌측 스위치(40)를 닫아 완전히 파워 업한다.

단계(68)에서 모든 슬레이브 PD/PSE #3 내지 #n에 의해 연달아 동일한 프로세스 수행되어 모든 슬레이브 PD/PSE가 파워 업된다. 파워 업 시간은 링의 슬레이브 PD/PSE 수에 따라 1-2초 정도 가 될 수 있다.

단계(70)에서, 마스터 PD/PSE 컨트롤러(58)(도 6)는 슬레이브 PD/PSE #n이 규정 시간(가령 1 내지 4초) 내에 마스터 PD/PSE(12)의 좌측 포트(16)에서 DC 전압을 제공한 것을 검출하고, 이로써 모든 슬레이브 PD/PSE가 파워 업되고 와이어 고장이 없다고 결정한다. 동일한 기술은 슬레이브 PD/PSE를 순차적으로 반 시계 방향으로 파워 업함으로써 수행될 수 있다.

도 2 및 도 3(b)는 슬레이브 PD/PSE #4와 #n-1 사이의 세그먼트에 단락 또는 개방 와이어와 같은 와이어 고장이 존재하는 상황을 도시한다. 도 2에서, 마스터의 신원은 그 기능이 포트(16 및 18) 모두에 DC 전력을 제공하는 것이기 때문에 마스터 PSE/PSE(12)로서 도시되어 있다. 유사하게, 고장(faule) 동안의 좌측의 슬레이브 장치를 기술하는 경우, 자신의 우측 포트(18)로부터 전력을 수신하고 자신의 좌측 포트(16)에 전력을 공급하는 것을 나타내도록 "PD "및 "PSE"의 순서가 반전된다.

도 3(b)의 단계(76)에서, 전술한 바와 같이 슬레이브 PD/PSE #4가 와이어 고장으로 인해 슬레이브 PD/PSE #n-1에서 서명 임피던스를 검출할 수 없을 때까지 파워 업 시퀀스는 시계 방향으로 진행한다. 따라서, 슬레이브 PD/PSE #4는 자신의 우측 스위치(44)를 닫지 않을 것이다.

단계(78)에서, 마스터 PSE/PSE(12)는 규정 시간 내에 DC 전압이 좌측 포트(16)에 인가되지 않았음을 검출하여 링의 어딘가에 고장이 있다는 것을 표시한다.

마스터 PSE/PSE(12)가 그 좌측으로부터 DC 전압을 검출하지 못하는 것에 응답하여, 마스터 PSE/PSE(12)는 제2 루틴을 개시하고, 이에 의해 전술한 동일한 검출/스위칭 시퀀스가 마스터 PSE PSE(12)의 좌측에서 시작하여 개시된다. 슬레이브 PSE/PD #n으로 시작하는 슬레이브 PSE/PD는 와이어 고장이 발생할 때까지 다양한 스위치(40 및 44)를 닫음으로써 순차적으로 시계 반대 방향으로 파워 업된다. 이 때에서, 마스터 PSE/PSE(12)로부터의 DC 전압이 시계 방향 및 반시계 방향으로 인가되기 때문에 모든 슬레이브 PD/PSE (및 PSE/PD)가 파워 업된다.

단계(84)에서, 와이어 고장은 좌측 및 우측의 개방 스위치(40 또는 44)에 의해 절연된다. 슬레이브 PD/PSE #4 또는 슬레이브 PSE/PD #n-1은 이더넷 데이터 신호를 통해 마스터 PSE/PSE(12)에 연선(20)을 통해 고장의 위치를 확인시킬 수 있고, 알람이 트리거되어 문제를 확인할 수 있다.

전술한 프로세스는 높은 신뢰성을 위해 파워 리던던시(power redundancy)가 중요한 시스템에 특히 유용한다. 슬레이브 PD/PSE의 닫힌 스트링을 나타내는 데 "ring"이라는 단어가 사용되었지만 링의 모양은 중요하지 않으며 뱀 모양, 직사각형, 원형 또는 기타 모양일 수 있다.

도 7 내지 9(b)는 링 대신에, 슬레이브 PD/PSE가 2개의 동일한 마스터 PD/PSE(90 및 92) 사이에서 직렬로 접속되는 동일한 마스터 PD/PSE(12) 및 슬레이브 PD/PSE의 다른 구성을 도시한다. 마스터 PD/PSE(90 및 92)는 그들의 전력 단자에서 (자신들의 포트(16 및 18)를 통하지 않고) 각자의 전압원(14 및 93)으로부터 DC 전력을 수신한다. 마스터 PD/PSE(90, 92) 및 슬레이브 PD/PSE의 기능은 와이어 고장의 유무에 따라 달라지므로, 도 7 및 도 8에서 라벨 PD 및 PSE가 변경되어 동일한 회로의 각 측면의 상이한 기능을 반영한다.

도 7은 와이어 고장이 없다고 가정하고, 도 9(a)의 흐름도를 적용한다. 단계가 3(a) 및 도 3(b)에서 설명된 단계와 매우 유사하기 때문에 흐름도가 생략된다.

도 9(a)의 단계(96)에서, 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 마스터 PSE(90)는 자신의 검출 루틴을 수행하고 슬레이브 PD/PSE #1이 PoDL-호환가능한 것으로 검출되면 다운스트림 슬레이브 PD/PSE #1를 파워 업하도록 자신의 우측 스위치(44)를 닫는다.

단계(98)에서, 각각의 연속적인 슬레이브 PD/PSE는 동일한 검출 루틴을 수행하고 그 우측 스위치(44)를 닫아 모든 슬레이브 PD/PSE에 순차적으로 전력을 공급한다.

단계 100에서, 엔드 마스터 PD(92)는 규정 시간 내에 그 좌측 포트(16)에 DC 전압의 인가를 검출하고 와이어 고장이 없다고 판정한다.

도 8 및 도 9(b)는 슬레이브 PD/PSE #1과 슬레이브 PSE/PD #2 사이에 와이어 고장이 있다고 가정한다. 도 9(b)의 단계(104)에서, 마스터 PSE(90)는 자신의 검출 루틴을 수행하고 다운스트림 슬레이브 PD/PSE #1이 PoDL-호환가능으로 검출되면 슬레이브 PD/PSE #1을 파워 업시키기 위해 그 우측 스위치(44)를 닫는다.

단계(106)에서, 각각의 연속적인 슬레이브 PD/PSE는 동일한 검출 루틴을 수행하고 그 우측 스위치(44)를 닫아 모든 슬레이브 PD/PSE를 순차적으로 와이어 고장의 좌측으로 파워 업한다.

단계(108)에서, 엔드 마스터 PSE(92)는 규정 시간 내에 그 좌측 포트(16)에서 DC 전압을 검출하지 않으면 와이어 고장이 존재한다고 결정한다.

이에 응답하여, 단계(110)에서, 엔드 마스터 PSE(92)는 슬레이브 PSE/PD #n에 대한 검출 루틴을 수행하고 그 좌측 스위치(40)를 닫아 슬레이브 PSE/PD #n에 DC 전압을 인가한다.

단계(112)에서, 모든 슬레이브 PD/PSE가 파워 업되고 와이어 고장이 그 양측에서 개방 스위치(40 및 44)에 의해 격리될 때까지 동일한 방식으로 나머지 슬레이브 PSE/PD가 우측에서 좌측으로 순차적으로 파워 업된다.

마스터 PSE/PD(90 및 92)(라벨은 그 기능에 의존함)는 단지 하나의 포트만을 사용하기 때문에, 도 6에 도시된 다른 포트가 선택적으로 제거되어 장치의 크기를 감소시킬 수 있다. 도 7의 마스터 PSE/PD의 소프트웨어 또는 펌웨어는 서로 다른 구성 및 방법으로 인해 도 1의 마스터 PSE/PD의 소프트웨어 또는 펌웨어와 다르나, 하드웨어 회로는 도 6에 도시된 것과 동일할 수 있다.

DC 전력이 2 이상의 연선에 적용되고 차동 데이터가 2 개의 연선을 통해 전력공급되는 PoE 시스템에도 동일한 기술이 적용될 수 있다. 와이어는 연선(twisted pair), 동축 케이블(coax cable)을 포함하거나 자동차의 금속 몸체까지도 포함하는 포함하는 임의의 유형의 컨턱터일 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 도시되고 기술되었지만, 본 발명의 보다 넓은 측면에서 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변경 및 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명할 것이며, 따라서 첨부된 청구범위는 자신의 범주에 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 있는 이러한 모든 변경 및 수정을 포괄한다.

Claims

전력 데이터 통신 시스템(powered data communications system)으로서,
제1 포트 및 제2 포트를 갖는 마스터 장치 - 상기 마스터 장치는 전압원으로부터 상기 제1 포트로 DC 전압을 인가하도록 구성됨 - 와,
복수의 슬레이브 장치 - 상기 복수의 슬레이브 장치의 각 슬레이브 장치는 제3 포트와 제4 포트를 가짐 - 와,
상기 슬레이브 장치의 상기 제3 포트와 상기 제4 포트를 통해 상기 슬레이브 장치를 상기 마스터 장치의 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에서 링 내의 상기 마스터 장치에 직렬로 연결하는 컨덕터 - 제1 엔드 슬레이브 장치는 상기 마스터 장치의 상기 제1 포트에 연결되고, 제2 엔드 슬레이브 장치는 상기 마스터 장치의 상기 제2 포트에 연결되며, 상기 컨덕터는 상기 DC 전압 및 데이터를 동시에 전달하도록 구성됨 -
를 포함하되,
상기 복수의 슬레이브 장치는, 상기 슬레이브 장치의 스위치를 닫아 상기 링 주위의 제1 방향으로 인접한 다운스트림 슬레이브 장치에 상기 DC 전압을 순차적으로 인가함으로써, 상기 제1 엔드 슬레이브 장치로 시작하여 상기 제2 엔드 슬레이브 장치로 종료하도록 순차적으로 파워 업되도록 구성되며,
상기 마스터 장치는 상기 마스터 장치의 상기 제2 포트에서 상기 DC 전압의 존재를 검출함으로써 상기 슬레이브 장치 모두에 상기 DC 전압이 순차적으로 인가되었는지 여부를 검출하도록 구성되고, 상기 마스터 장치가 상기 제2 포트에서 상기 DC 전압의 존재를 검출하지 않으면 상기 마스터 장치는 상기 제1 포트 및 상기 제2 포트 모두에 상기 DC 전압을 인가하여 상기 슬레이브 장치의 상기 링 주위의 상기 제1 방향 및 제2 방향 모두로 상기 슬레이브 장치를 순차적으로 파워 업하도록 구성되는
시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 슬레이브 장치 및 상기 마스터 장치는 상기 인접한 다운스트림 슬레이브 장치에 상기 DC 전압을 인가하기 전에, 상기 인접한 다운스트림 슬레이브 장치상에서 검출 루틴을 수행하도록 구성되는
시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 슬레이브 장치는 상기 인접한 다운스트림 슬레이브 장치 내의 서명 임피던스의 존재를 검출하고 그 후 상기 인접한 다운스트림 장치에 상기 DC 전압을 인가함으로써, 상기 검출 루틴을 수행하도록 구성되는
시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 마스터 장치는 상기 DC 전압을 상기 제1 포트에 연결된 컨덕터에 연결하기 위해 상기 제1 포트에 결합된 제1 스위치와, 상기 DC 전압을 상기 제2 포트에 연결된 상기 컨덕터에 연결하기 위해 상기 제2 포트에 결합된 제2 스위치를 포함하는
시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 마스터 장치는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 개폐를 제어하여 상기 제1 포트 및 상기 제2 포트에 각각 상기 DC 전압을 인가하도록 구성된 마스터 컨트롤러를 포함하는
시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 슬레이브 장치는 관련 슬레이브 장치를 파워 업하도록 상기 DC 전압을 상기 관련 슬레이브 장치에 연결하기 위해 상기 제3 포트에 결합된 제3 스위치를 포함하며,
상기 슬레이브 장치는 상기 다운스트림 슬레이브 장치에 전력을 공급하도록 상기 DC 전압을 상기 컨덕터에 연결하기 위해 상기 제4 포트에 결합된 제4 스위치를 더 포함하는
시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 슬레이브 장치는 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치의 개폐를 제어하여 상기 관련 슬레이브 장치로의 그리고 상기 관련 슬레이브 장치로부터의 상기 DC 전압을 전달하도록 구성되는 슬레이브 컨트롤러를 포함하는
시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 DC 전압은 인덕터를 통해 상기 컨덕터에 연결되는
시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 슬레이브 장치 각각은 AC 커플링 컴포넌트를 통해 상기 컨덕터상에서 차동 데이터를 수신하기 위한 PHY를 포함하는
시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 컨덕터는 상기 DC 전압 및 차동 데이터 모두를 전달하는 연선(twisted wire pair)을 포함하는
시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템은 PoDL(Power over Data Lines) 시스템인
시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 시스템은 PoE(Power over Ethernet) 시스템인
시스템.
전력 데이터 통신 시스템에 의해 수행되는 방법으로서,
마스터 장치에 의해 상기 마스터 장치의 제1 포트에 DC 전압을 제공하는 단계 - 상기 마스터 장치는 또한 제2 포트를 구비하고, 각각의 슬레이브 장치가 제3 포트 및 제4 포트를 구비한 복수의 슬레이브 장치가 상기 DC 전압 및 데이터를 동시에 전달하도록 구성된 컨덕터를 통해 링 내의 상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에 직렬로 연결되며, 제1 엔드 슬레이브 장치는 상기 마스터 장치의 상기 제1 포트에 결합되고, 제2 엔드 슬레이브 장치는 상기 마스터 장치의 제2 포트에 결합됨 - 와,
상기 슬레이브 장치 내의 스위치를 닫아 상기 링 주위의 제1 방향으로 인접한 다운스트림 슬레이브 장치에 상기 DC 전압을 순차적으로 인가함으로써, 상기 제1 엔드 슬레이브 장치에서 시작하여 상기 제2 엔드 슬레이브 장치로 종료하도록 상기 복수의 슬레이브 장치를 순차적으로 파워 업하는 단계와,
상기 마스터 장치의 상기 제2 포트에서 상기 DC 전압의 존재를 검출하여 상기 모든 슬레이브 장치에 상기 DC 전압이 순차적으로 인가되었는지 여부를 상기 마스터 장치가 검출하는 단계와,
상기 마스터 장치가 상기 제2 포트에서 상기 DC 전압의 존재를 검출하지 않으면, 상기 마스터 장치는 상기 제1 포트 및 상기 제2 포트 모두에 상기 DC 전압을 인가하여 상기 슬레이브 장치를 상기 슬레이브 장치의 링 주위의 제1 방향 및 제2 방향 모두로 순차적으로 파워 업하는 단계
를 포함하는
방법.
제 13 항에 있어서,
상기 링 주위의 상기 제1 방향으로 인접한 다운스트림 슬레이브 장치에 상기 DC 전압을 인가하기 전에, 상기 인접한 다운스트림 슬레이브 장치상에서 검출 루틴을 수행하는 단계를 더 포함하는
방법.
전력 데이터 통신 시스템으로서,
제1 포트를 갖는 제1 마스터 장치 - 상기 제1 마스터 장치는 DC 전압을 공급하고 상기 제1 포트에 상기 DC 전압을 인가하도록 구성됨 -와,
제2 포트를 갖는 제2 마스터 장치 - 상기 제2 마스터 장치는 상기 DC 전압을 공급하고 상기 제2 포트에 상기 DC 전압을 인가하도록 구성됨 -와,
상기 제1 마스터 장치와 상기 제2 마스터 장치 사이에 직렬로 접속되고, 각각이 제3 포트와 제4 포트를 구비한 복수의 슬레이브 장치와,
상기 제1 마스터 장치의 상기 제1 포트와 상기 제2 마스터 장치의 상기 제2 포트 사이에서 상기 슬레이브 장치의 상기 제3 포트 및 상기 제4 포트를 통해 상기 슬레이브 장치를 직렬로 연결하는 컨덕터 - 제1 엔드 슬레이브 장치는 상기 제1 마스터 장치의 제1 포트에 결합되고, 제2 엔드 슬레이브 장치는 상기 제2 마스터 장치의 제2 포트에 연결되며, 상기 컨덕터는 DC 전압 및 데이터를 동시에 전달하도록 구성됨 -
를 포함하되,
상기 복수의 슬레이브 장치는, 상기 슬레이브 장치의 스위치를 닫아 제1 방향으로 인접한 다운스트림 슬레이브 장치에 상기 DC 전압을 순차적으로 인가함으로써 상기 제1 엔드 슬레이브 장치에서 시작하여 상기 제2 엔드 슬레이브 장치로 종료하도록 순차적으로 파워 업되도록 구성되고,
상기 제2 마스터 장치는, 상기 제2 마스터 장치의 상기 제2 포트에서 상기 DC 전압의 존재를 검출함으로써 상기 슬레이브 장치 모두에 상기 DC 전압이 순차적으로 인가되었는지 여부를 검출하고, 상기 제2 마스터 장치가 상기 제2 포트에서 상기 DC 전압의 상기 존재를 검출하지 않으면 상기 제2 마스터 장치는 상기 제2 포트에 상기 DC 전압을 인가하여 제2 방향으로 상기 슬레이브 장치를 순차적으로 파워 업하도록 구성되는
시스템.
제 15 항에 있어서,
상기 슬레이브 장치 및 상기 제1 마스터 장치는 인접한 다운스트림 슬레이브 장치에 상기 DC 전압을 인가하기 전에, 상기 인접한 다운스트림 슬레이브 장치상에서 검출 루틴을 수행하도록 구성되는
시스템.
제 15 항에 있어서,
상기 제1 마스터 장치는 상기 DC 전압을 상기 제1 포트에 연결된 컨덕터에 연결하기 위해 상기 제1 포트에 결합된 제1 스위치를 포함하고,
상기 제2 마스터 장치는 상기 DC 전압을 상기 제2 포트에 연결된 컨덕터에 연결하기 위해 상기 제2 포트에 결합된 제2 스위치를 포함하는
시스템.
제 17 항에 있어서,
상기 제1 마스터 장치는 상기 제1 스위치의 개폐를 제어하여 상기 제1 포트에 상기 DC 전압을 인가하도록 구성되는 제1 마스터 컨트롤러를 포함하고,
상기 제2 마스터 장치는 상기 제2 스위치의 개폐를 제어하여 상기 제2 포트에 상기 DC 전압을 인가하도록 구성되는 제2 마스터 컨트롤러를 포함하는
시스템.
제 18 항에 있어서,
상기 슬레이브 장치는 관련 슬레이브 장치를 파워 업하도록 상기 관련 슬레이브 장치에 상기 DC 전압을 연결하기 위해 상기 제3 포트에 결합된 제3 스위치를 포함하고,
상기 슬레이브 장치는 다운스트림 슬레이브 장치를 파워 업하도록 상기 컨덕터에 상기 DC 전압을 연결하기 위해 상기 제4 포트에 결합된 제4 스위치를 더 포함하는
시스템.
제 19 항에 있어서,
상기 슬레이브 장치는 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치의 개폐를 제어하여 상기 관련 슬레이브 장치로의 및 상기 슬레이브 장치로부터의 상기 DC 전압을 전달하도록 구성되는 슬레이브 컨트롤러를 포함하는
시스템.