TWI389502B - 乙太網供電方法 - Google Patents

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Description

乙太網供電方法
本發明涉及網路佈線系統的方法，更具體地說，涉及一種發現乙太網供電(PoE)應用的電纜類型的系統和方法。
IEEE 802.3af PoE標準提供用於通過乙太網佈線將功率從電源設備(PSE)傳輸到用電設備(powed device，簡稱PD)的框架。在這個PoE處理中，首先執行有效的設備檢測。這個檢測過程識別電源設備是否與一個有效設備連接以確保該功率並未提供給非-PoE可用設備。
在發現有效PD之後，PSE可選擇地執行功率分類。IEEE 802.3af為PD設備定義了五種功率類別。功率分類處理的完成可使PSE管理這些將要傳輸到與該PSE相連的各個PD的功率。如果識別特定的功率級可用於特定的PD，接著PSE可為該PD分配適當的功率。如果沒有執行功率分配，接著可使用默認分類，其中，PSE將向特定埠提供全部的15.4W的功率。
對於PSE的有效運行，管理分配到與其相連的各個PD的功率預算是非常重要的。在PoE的高覆蓋率(Broad Reach)應用中(其中，PD與使用大於100米(舉例來說，300-500米)的乙太網電纜的PSE相連)，功率預算的管理更加重要。通常，可分配到各個PD的總功率量受到PSE容量的限制。因此，需要這樣一種機制，使得PSE可識別每個埠應預算的精確功率量。
本發明提供了一種用於控制傳輸給用電設備的功率的系統和/或方法，結合至少一幅附圖進行了充分的展現和描述，並在權利要求中得到了更完整的闡述。
根據本發明的一個方面，一種乙太網供電系統，包括：用電設備檢測元件，用於檢測用電設備的存在，所述用電設備通過乙太網電纜與電源設備相連；電纜檢測元件，用於測量所述乙太網電纜的電學特徵；以及功率控制器，用於基於所述測量的電學特徵指出的所述乙太網電纜的類型，控制所述電源設備埠的功率分配。
優選地，所述電纜檢測元件測量所述乙太網電纜的插入損耗。
優選地，所述電纜檢測元件測量所述乙太網電纜的串話。
優選地，所述電纜檢測元件測量所述乙太網電纜的長度。
優選地，所述功率控制器基於所述乙太網電纜的類型和長度控制功率分配。
優選地，所述功率控制器基於使用所述乙太網電纜的所述類型確定的所述乙太網電纜的電阻，控制所述功率分配。
優選地，所述功率控制器基於所述乙太網電纜的驗證控制功率分配。
優選地，所述功率控制器識別分配到所述埠的功率預算。
根據本發明的一個方面，一種乙太網供電方法包括：一旦通過乙太網電纜將用電設備連接到電源設備埠，就根 據測量的電學特徵確定所述乙太網電纜的類型；以及分配功率預算到所述電源設備埠，所述分配的功率預算是基於所述乙太網電纜的所述確定的類型。
優選地，所述確定包括測量所述乙太網電纜的插入損耗。
優選地，所述確定包括測量所述乙太網電纜的串話。
優選地，所述類型確定包括確定所述乙太網電纜是否是第3類乙太網電纜。
優選地，所述分配功率預算是基於所述乙太網電纜的所述確定的類型和所述確定的長度。
優選地，所述方法進一步包括使用所述乙太網電纜的所述確定的類型和所述測量的長度確定所述乙太網電纜的電阻。
根據本發明的一個方面，一種乙太網供電方法包括：基於測量的所述乙太網電纜的電學特徵確定連接供電設備和用電設備的乙太網電纜的類型；以及基於所述確定的類型確定是否向所述用電設備提供功率。
優選地，所述功率確定是針對大於100米的乙太網佈線。
優選地，所述功率確定是針對在乙太網供電附加應用中使用第3類電纜佈線。
優選地，所述功率確定是基於所識別的所述乙太網電纜的長度。
以下詳細討論了本發明的各種實施例。需要瞭解的是，具體實施方式的討論僅僅出於描述的目的。本領域技術人員知悉，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以使用其他的元 件和配置。
圖1示出了乙太網供電(PoE)系統的實施例。如圖所示，PoE系統包括向用電設備(PD)140傳輸功率的電源設備(PSE)120。PSE向PD傳輸的功率是由應用跨接在變壓器的中心支路間的電壓提供的，該中心支路與乙太網電纜內攜帶的發射(TX)線對和接收(RX)線對相連。兩個TX和RX對用於乙太網PHY 110和130之間的資料通信。
如圖1進一步所示，PD 140包括802.3af模組142。該模組包括可使PD 140與PSE 120根據IEEE 802.3af標準通信的電子元件。PD 140還可包括用於控制功率FET 146的脈衝帶寬調製(PWM)DC：DC控制器144，進而向負載150提供恒定功率。通常，有兩種類型的負載：純電阻性負載(舉例來說，燈)和由DC：DC功率控制器供給的恒定功率負載。本申請主要涉及DC：DC功率控制器供給的恒定功率負載。
從PSE 120到負載150的功率傳輸可以被圖2A中的電路作為模型。如圖所示，電源向電路提供電壓VPSE ，該電路包括第一並聯電阻對(R1 、R2 )，負載電阻RLOAD ，以及第二並聯電阻對(R3 、R4 )。在此，第一並聯電阻對R1 、R2 代表TX線對的電阻，而第二並聯電阻對R3 、R4 代表RX線對的電阻。
電阻R1 、R2 、R3 和R4 的阻值由乙太網電纜的類型和長度決定。特別地，電阻R1 、R2 、R3 和R4 具有由乙太網電纜類型(舉例來說，第3、5、6類等)決定的某個電阻值/長度。例如，對於第3類乙太網電纜，電阻R1 、R2 、R3 和R4 的阻值約為0.2 Ω/米。這樣，對於100米的第3類乙 太網電纜，電阻R1 、R2 、R3 和R4 中的每一個的阻值為20 Ω。在這個例子中，並聯電阻R 1、R 2的阻值相當於10 Ω，而並聯電阻R 3、R 4的阻值也相當於10 Ω。總的來說，乙太網電纜的總電阻(Rcable )值為10 Ω+10 Ω=20 Ω。簡化的PoE電路模型可包括圖2B中所示的單個電纜電阻值Rcable 。
在IEEE 802.3af標準中，PSE可選擇性執行識別PD的功率分類的分類步驟。下表1示出了IEEE 802.3af標準支援的5個PD分類。
如圖所示，類別0(默認)和類別3的PD分類規定PSE的最小輸出功率為15.4W。對於更低功率的PD如類別1和類別2的設備，PSE的最小輸出功率為分別規定為4.0W和7.0W。然而可選的，正確的PD功率分類的識別使得PSE僅僅預算在每個埠所需的功率。這有效地增加了PSE向一組與其相連的PD提供功率的能力。
本發明的一個特徵是，可使用乙太網電纜的一個或多個特徵的測量來影響PoE系統的操作。在一個實施例中，測量的特 徵可用於識別乙太網電纜的類型和/或長度。接著，可將識別到的乙太網電纜的類型和/或長度用於估計乙太網電纜的電阻。進而使用乙太網電纜的電阻估計值評估電纜中的功率損耗，該功率損耗影響分配到特定PSE埠的功率預算。
參考圖3的流程圖，可瞭解本發明的一般過程。如圖所示，該過程始於步驟302，在此測量乙太網電纜的一個或多個特徵。在一個實施例中，該測量步驟可作為乙太網電纜的電學性能的PHY分析的一部分執行。例如，測量步驟可作為PHY執行的回波清除收斂過程(echo cancellation convergence process)的一部分來執行。
在一個實施例中，可在步驟302測量的那些乙太網電纜的一個或多個特徵，該特徵是可使PoE系統更好地估計乙太網電纜的電阻的那些特徵。在此，實際電纜電阻的估計可使PoE系統估計電纜的實際功率損耗。在一個實施例中，PHY可設計為用於測量可確定乙太網電纜的插入損耗、串話和長度特徵。
在步驟304中，完成對乙太網電纜的一個或多個特徵的測量之後，接著PoE系統可確定乙太網電纜的類型和長度。在一個實施例中，可基於測量到的乙太網電纜的插入損耗、串話和長度確定乙太網的電纜類型。對乙太網電纜的這些測量可使得PoE系統確定，例如乙太網電纜是否是第3、5、6或7類乙太網電纜。
應瞭解，不同的電纜類型具有不同的相關阻值。例如，第3類乙太網電纜的阻值約為0.2 Ω/米，而第5類乙太網電纜的阻值約為0.1 Ω/米。一旦在步驟304確定了乙太網電纜的類型和長度，接著PoE系統可在步驟306確定它對PoE系統的影 響。
以下將詳細介紹電纜的類型和長度資訊對PoE系統的特定影響，該影響可隨著應用而變化。在此本發明的一個特徵是，PoE系統可在動態的設置或操作過程中使用電纜的類型和長度資訊。例如，可使用識別的乙太網電纜的類型和長度診斷乙太網電纜，確定是否可向PD供應功率，確定調節特定PSE埠的功率預算等等。
為了描述已識別的乙太網電纜的類型和長度影響PoE系統的多種方式，慮及了與傳統的PoE系統相關的第一應用，所述PoE系統由IEEE 802.3af規範支援。在這個應用中，電纜的類型和長度的確定可用於識別電阻R cable(參見圖2B)。在圖2B中的電路模型中，在此PD包括DC：DC轉換器，負載RL 可接收恒定功率PL ，且可見電壓VL 位於其輸入端。因為負載的PL 是固定的，P L=I*VL ，在此I是通過整個電路的電流。電纜的功率損耗可為Ploss =I 2 *Rcable 。
在指定PSE的15.4W的最小輸出功率時，IEEE 802.3af規範假定PD與使用100m的第3類電纜的PSE相連。100米的第3類電纜的電阻約為20 Ω。當電流限制為350mA時，歸因於最差情況的功率損耗P loss=(350mA)2 *20 Ω=2.45W。該2.45W的最差情況功率損耗是PSE的最小輸出功率和PD獲取的最大功率之間的差值(也就是，15.4W-12.95W=2.45W)。
根據本發明，可基於乙太網電纜類型的確定來調節分配給PSE埠的最差情況功率預算。特別地，在沒有PoE系統的其他 附加資訊的情況下，乙太網電纜類型的識別可獲得精確的功率損耗估計。例如，假設測量特徵指出PD是使用第5類電纜與PSE相連而不是使用第3類電纜與PSE相連。即使使用電纜長度為100m和電流為350mA的最差情況假設，電纜的阻值將被估計為第5類電纜的10 Ω，而不是第3類電纜的20 Ω。這個電阻減少一半的確定將導致功率損耗降低一半到1.225W，相應地，節約的1.225W功率接著可用於減少分配到該埠的功率預算，因此有效地增加PSE的容量。
通過將電纜的長度確定與其類型確定相結合，可獲得更加精確的功率損耗估計。使用附加的電路長度資訊，可將電纜的電阻從最差情況的100m進一步減少。例如，假設電纜的類型確定為第5類，且電纜的長度進一步確定為50m。在這個例子中，第5類電纜的阻值可進一步減少一半到5 Ω。這50m的第5類電纜的功率損耗接著為Pl oss=(350mA)2 *5 Ω=0.6125W。相應地，節約的2.45W-0.6125W=1.8375的功率接著可用於減少分配到該埠的功率預算。應瞭解，單獨的電纜長度的確定可提供如上所述的功率節約的優勢。雖然傳統系統已經構思了在典型的PoE應用(舉例來說，低於100米)中使用電纜長度確定，但在大於100米的PoE應用中使用電纜長度確定是本發明的區別特徵。
在上述的例子中，單獨的電纜類型的確定或結合乙太網電纜長度的確定可用於減少分配到PSE埠的功率預算。因此電纜類型的識別提供了比單獨的電路長度的識別更顯著的優勢。令人期待地是，這些優勢的獲得並不需要系統的任何其他資訊。如果其他資訊對於系統來說可用的話，可生成更詳細的功率損 耗計算。
跨接在電纜上的壓降(voltage drop)可定義為V PSE-V L=I*R cable。這個等式可用於進行如下計算獲得PD處允許的電壓V L：VPSE -VL =I＊ Rcable
VPSE -VL =(PL /VL )＊ Rcable
VPSE ＊ VL -VL 2 =PL ＊ Rcable
VL 2 -VPSE ＊ VL +PL ＊ Rcable =0
VL =[VPSE +/-SQRT(VPSE 2 -(4＊ PL ＊ Rcable ))]/2
如果V PSE已知為48V，PL 是12.95W(所有PD允許的最大功率)，且R cable確定為5 Ω(50米的第5類電纜的電阻)，接著V L=(48+/-SQRT(48 2-4*12.95*5))/2=(48+/-45.22)/24=46.61V。接著可使用VPSE -VL =I*Rcable 計算電流，這樣48V-46.61V=I*5 Ω，得到I=0.278A。PSE的總的功率輸出為12.95W加上電纜中的功率損耗。這種情況下電纜中的功率損耗是I 2 *Rcable =(0.278A)2 *5 Ω=0.39W。在這個例子中，PSE埠的總功率為12.95W+0.39W=13.34W。節約的功率預算為15.4W-13.34W=2.06W。
如該例子進一步所述，IEEE 802.3af標準對100m的第3類電纜(其最差情況的電纜阻值為20 Ω)的最差情況估計將導致分配到埠的功率預算有不必要的浪費。當合計所有的PSE的埠時，功率預算上的浪費將不必要地降低PSE的實際功率容量 。
本發明原理的第二應用可應用在如由未來IEEE 802.3at規範支援的PoE+應用。PoE+應用可設計為支援更高功率的PD並假定使用第5類或更高類的乙太網電纜。高達30W的PD可看作是兩對PoE+系統，而高達56W的PD可看作是四對PoE+系統。應瞭解，同一原則可適用於兩對或四對系統。通常，可支援具有PoE+的更高功率的PD，使得如WiMAX發射器、可變焦帶雲台相機(pan-tilt-zoom camera)、可視電話、精簡型電腦(thin clients)成為可能。
在這個應用中，本發明的原理首先可用作診斷工具，用於驗證與PSE埠相連的乙太網電纜。在一個實施例中，診斷工具將識別乙太網電纜類型並使用該識別確定怎樣控制PoE+PD設備。
在一個實施例中，如果乙太網電纜被確定為第3類電纜，接著PSE可拒絕為該埠的PoE+PD設備提供功率。在另一個實施例中，該診斷工具可用於擴展PoE+PSE的潛在應用。例如，即使如果該診斷工具已確定該PoE+PD設備使用第3類電纜與PSE相連，該診斷工具將繼續確定是否該PoE+PD設備依舊通過第3類電纜獲得功率。例如，診斷工具可用於驗證該埠以確定其是否可適應PoE+PD設備，即使是在該埠是通過第3類電纜與該PSE連接。這個驗證可基於電纜的實際特徵(舉例來說，長度)，而不是簡單地依賴於電纜的類型(舉例來說，第3、5類等)。
即使第3類電纜的電阻大約為第5類電纜的電阻的兩倍，在某些情況下第3類電纜也可在PoE+應用中使用。PSE可使 用如第3類電纜的長度、VPSE 、V L和PoE+PD的功率等資訊對是否將功率運用於特定埠以及向該埠分配多少的功率預算做出明智的決定。有效地，這個明智的決定的做出使PSE識別附加埠布設，該附加埠布設可從PoE+獲益，而不依靠對安裝的乙太網電纜的特徵作過寬的限制。
例如，考慮這樣一種情況，其中VPSE 為50V，PL 是15W，且Rcable 確定為15 Ω(75米的第3類電纜的電阻)。通過這組運行參數，可計算VL =(50+/-SQRT(50 2-4*15*15))/2=(50+/-40)/2=45V。接著可使用VPSE -VL =I*Rcable 計算電流，這樣50V-45V=I*15 Ω，得到I=0.333A。電纜中的功率損耗是I 2 *Rcable =(0.333A)2 *15 Ω=1.66W。在這個例子中，PSE埠的總功率預算為15W+1.66W=16.66W。當這組運行條件是第3類電纜的允許運行條件時，PSE可選擇向第3類電纜上的PoE+PD提供功率。
在另一種情況下，如果V PSE為50V ，PL 是20W，且Rcable 確定為20 Ω(100米的第3類電纜的電阻)，接著可計算VL =(50+/-SQRT(50 2-4*20*20))/2=(50+/-30)/2=40V。接著可使用VPSE -VL =I*Rcable 計算電流，這樣50V-40V=I*20 Ω，得到I=0.5A。不管功率損耗(I 2 *Rcable =(0.5A)2 *20 Ω=5W)是否可接受，500mA的電流I已高於第3類電纜的極限值電流350mA。在這種情況下，PSE可選擇不向第3類電纜上的PoE+PD提供功率。
在又一實施例中，假定PL 是15W，且Rcable 確定為20 Ω(100米的第3類電纜的電阻)，且VL 已知為43V。應瞭解，可使用多種通信方式，如層2通信的某些形式，將VL 從 PD傳送到PSE。在這種情況下，可使用I=PL /VL =15W/43V=0.349A計算電流。在這種情況下，PSE可選擇通過第3類電纜向PoE+PD提供功率。
如這些例子所示，PSE可對是否通過第3類電纜向PoE+PD提供功率做出明智的決定。這個動態過程是意義重大的，整個第3類布設的分類不能從支援的PoE+PD中分類排除。雖然以上只提供了很少的例子，應瞭解的是，PoE+系統可使用其可用的任意數量的資訊，檢測潛在的第3類電纜布設。通常，可用的資訊越多，驗證第3類電纜可用於PoE+使用的可能性越大。
基於第5類電纜的傳統的PoE+布設也可從本發明的原理中獲益。當考慮到分配到PoE+PSE埠的功率預算時更是這樣。
對於傳統的802.3af布設，電纜的最差情況功率損耗為P loss=(350mA)2 *20 Ω=2.45W。這個最差情況功率損耗基於每個PD的350mA的電流限制，該電流限制是由於電纜和插線面板限制以及第3類乙太網電纜的20 Ω電阻。在可雙倍電流的PoE+應用中，例如第5類電纜的功率損耗可為Ploss ，=(700mA)2 *10 Ω=4.9W=2*Ploss 。如該簡要計算所示，PoE+布設中的功率損耗/米可以是傳統的802.3af布設的兩倍，甚至使電纜電阻下降50%。因為這個理由，在減少埠的最差情況功率損耗的過程中，第5類電纜長度的識別可導致更顯著的功率預算節約。例如，如果電纜的長度被確定為25m，接著可計算電流為700mA的功率損耗是1.225W。這明顯低於當假定第5類電纜的長度為100米時的4.9W的功率損耗。當然 ，當使用如關於上述的VPSE 、PL 和Rcable 估計實際電流時，這個電纜中的估計的功率損耗可進一步減少。
另外，功率損耗計算也可從PoE+布設中獲得的電纜類型資訊中獲益。在此，確定乙太網類型是否優於第5類電纜(舉例來說，第6或7類電纜)將用於降低電纜的電阻估計，因此進一步降低估計的功率損耗。
本發明原理的第三應用是PoE高覆蓋率(PoE-BR)應用。在PoE-BR應用中，PD可與具有100m以上乙太網電纜的PD連接。例如，可定義PoE-BR應用以支援高達500m或更遠的距離。
在PoE-BR應用中，確定乙太網電纜類型將在擴展現有的PoE應用中提供簡單的益處。考慮到，例如通過超過100m的第3類電纜上的PD提供功率的最差情況的802.3af應用。在這個最差情況應用中，電纜的電阻約為20 Ω。如果用第5類電纜代替，那麽在符合電阻為20 Ω的條件下，較低電阻的第5類電纜可允許更長的長度。例如，假定最差情況的第5類電纜包括位於媒介相關介面(MDI)鏈路中部的連接器。如圖4所示，位於媒介相關介面(MDI)鏈路中部的連接器可通過交叉連接系統的內含物、壁裝電源插座或類似物引入到MDI鏈路的中部。這種情況下，乙太網電纜的電阻可約為12.5 Ω。根據這個估計，在符合20 Ω的電阻的情況下，第5類電纜的長度可擴展到100m*20/12.5=160m。這樣，即使沒有PoE系統的任何運行資訊，電纜類型的簡單識別可導致向距離大於100m的PD提供功率。
通常，PSE和PD之間距離的增加(舉例來說，高達500m) 引起了PoE-BR系統中更大範圍的潛在運行。這個運行範圍使得使用最差情況運行參數來提供系統規範變得更加困難。例如，假定PoE-BR規範支援第3類電纜。當處於這種情況時，電纜的電阻可指定為20 Ω-100 Ω。明顯的，在識別如表1所列的功率預算時，假定100 Ω最差情況的電纜電阻是不切實際的。由於電纜的電阻被指定為10 Ω-50 Ω時，也需要容許第5類電纜規範。
因此本發明的特徵是，可至少部分基於特定的埠布設，為PoE-BR應用中的PD提供功率。例如，假定V PSE為51V ，PD將消耗恒定的12.95W，且PD的電壓為37V ，這種情況下，可這樣計算電流I=PL /VL =12.95W/37V =0.34A。接著可這樣計算電纜的最大電阻R cable=(V PSE-VL )/I=(51V -37V )/0.34A=41 Ω。
具有最大電阻R cable=41 Ω，PoE-BR系統接著可確定特定的埠是否適應這樣的布設。例如，如果確定使用的是第3類電纜，接著可對距離長達205米的PD提供功率。類似地，如果確定使用的是第5類電纜，接著可對距離長達410米的PD提供功率。
電纜長度資訊可用於確定電纜的功率損耗。例如，如果確定第5類電纜為400米，假定其電阻率為10 Ω/米，那麼電纜的電阻約為40 Ω。接著可這樣計算功率損耗Ploss =(340mA)2 *40 Ω=4.62W。那麽該埠的總功率預算為12.95W+4.62W=17.57W。
由上所知，由於PoE-BR應用所服務的距離範圍，其埠的功率預算可作較大的變化。例如，如果使用的是120米的第5 類電纜，那麼電纜的電阻約為12 Ω。可這樣計算功率損耗Ploss =(340mA)2 *12 Ω=1.39W。該埠的總功率預算為12.95W+1.39W=14.34W。在這兩種情況下，功率預算的3.23W(也就是，17.57W-14.34W)差異表明了對電纜的類型和/或長度進行觀察而不是依賴於基本的最差情況假設帶來的獲益。
由於PoE-BR應用中電纜電阻的較大範圍，PD的最低電壓可相對于傳統的802.3af PoE有所降低。例如，假定PD的最小電壓低至30V 。當電纜類型和長度已知時，這個30V 的值可用於驗證給定埠的布設。應瞭解，與最低電壓相比，針對開機電壓，PD有更高的要求。在開機的過程中，可能出現PD不能獲取全部的功率，這樣PD的電壓幾乎與PSE相同。
假設V PSE=50V，PL =12.95W，且Rcable =45 Ω(450米的第5類電纜的電阻)。對於這組運行參數，可計算VL =(50+/-SQRT(50 2-4*12.95*45))/2=(48+/-30)/2=30.5V。在計算VL 之後，那麽PoE-BR系統可根據最低電壓確定計算的電壓VL 是否可用。在這種情況下，VL =30.5V高於最小極限值，因此PoE-BR系統可在這些運行條件下驗證該埠。關於分配到該埠的功率預算，PoE-BR系統可使用VPSE -VL =I*R cable計算電流，這樣50V -30.5V =I*45 Ω獲得I=0.433A。電纜中的功率損耗可這樣計算I 2 *R cable=(0.433A)2 *45 Ω=8.44W。那麽，這個例子中PSE埠的總功率預算為12.95W+8.44W=21.39W。
使用本發明的原理，可最小化在PoE-BR鏈路中使用最差情況電阻的過度負面效應。首先，節約了分配到特定埠的功率預算，因此增加了PSE的總容量。其次，當使用電纜電阻的最 差情況估計時，PSE可驗證被排除的埠布設。
由上可知，測量乙太網電纜的一個或多個特徵使得PoE系統估計乙太網電纜的電阻，並最終估計乙太網電纜的實際功率損耗。為了便於這樣的估計，PoE系統可測量乙太網電纜的這樣一些特徵，如插入損耗、串話、長度等。乙太網電纜的插入損耗、串話、長度的測量是用於估計電纜電阻並進而估計電纜中的功率損耗的特徵的例子。
通常，不同的電纜類型在一定的頻率範圍符合其自身的標準定義插入損耗。在電纜上傳送的電信號根據電纜的類型發生不同的衰減。插入損耗是頻率和電纜長度的函數，對每個電纜類型都很好定義。為了確定電纜類型，PoE系統可發送具有預定頻率分量的一個、多個或連續脈衝到電纜中。在接收端，PoE系統可測量衰減量級(magnitude attenuation)和相位失真，接著將這些資訊與電纜長度組合以確定電纜類型。
在一個實施例中，可關閉鏈結夥伴(link partner)，並將電纜對從變壓器的線路側或相反(收發器)側斷開。這種情況下，幾乎所有的附帶脈衝都可回射到具有相同極性的發射端，並且這些脈衝將經歷對應於兩倍的電纜長度的插入損耗。圖8示出了可用於測量100m的第3類電纜和第5類電纜的插入損耗的例子。
在另一實施例中，可關閉鏈路夥伴，並將電纜對從變壓器的線路側或相反(收發器)側縮短。如圖5所示，在此A+短於A-。這種情況下，幾乎所有的附帶脈衝都可回射到具有相反極性的發射端，並且這些脈衝將經歷對應於兩倍的電纜長度的插入損耗。
在另一實施例中，可關閉鏈結夥伴，並將兩電纜對從另一對斷開並縮短，以構成一個回路(舉例來說，A+縮短到B+且A-縮短到B-)。這可在變壓器的線路側或相反(收發器)側實現。這種情況下，幾乎所有的附帶脈衝都可回發到不同對的發射端，並且這些脈衝將經歷對應於兩倍的電纜長度的插入損耗。
在另一實施例中，可暫時性開啟鏈結夥伴以發送預定脈衝。這種情況下，這些脈衝將經歷對應于電纜長度的插入損耗。串話類似於插入損耗，不同的電纜類型在一定頻率範圍內符合其自身定義的串話標準。在電纜上傳輸的電信號根據電纜的類型注入不同的雜訊到相鄰的線對。串話是頻率和電纜長度的函數，對每種電纜類型都很好定義。為了確定電纜類型，系統可發送具有預定頻率分量的一個、多個或連續脈衝到電纜中。在接收端，系統可測量表減量級和相位失真，接著將這些資訊與電纜長度組合以確定電纜類型。
已有兩種類型的串話：近端串話(NEXT)和遠端串話(FEXT)。對於NEXT，雜訊注入來自一個或多個本地發射器，而對於FEXT雜訊注入來自一個或多個遠端發射器，無論是NEXT或FEXT或它們的組合都可用於確定電纜類型。圖9示出了可用於測量第3類電纜和第5類電纜的示例。
在一個實施例中，可使用時域反射計(TDR)直接確定電纜長度。在一個可選實施例中，可基於使用注入信號的往返路程在插入損耗的測量過程中生成的資料，來間接確定電纜長度。在此，發送和接收上述脈衝的時間間隔與電纜長度呈線性比例。通過將傳播速度和時間間隔相乘就可計算電纜長度，接著將 其除以2以計算往返延時。
如上所述，可使用各種電纜特徵確定電纜類型，並進而確定電纜的電阻和功率損耗。應瞭解，以上描述之外的其他特徵也可用於使PoE系統確定電纜的阻值和功率損耗。不考慮使用的測量資料，PoE系統可使用該資料動態地調節PoE系統的配置或運行的某些方面是意義重大的。如上所示，本發明的這個特徵可用在各種應用中。
圖6示出了可實施本發明原理的PoE環境600的實施例。如圖所示，環境600包括PHY 630-1到630-N，每個PHY均可連接到乙太網開關620。每個PHY可包括一個或多個乙太網收發器，圖中僅示出僅一個收發器的配線與PHY 630-N相連。每個PHY也可與CPU 610連接，為了簡明起見，僅僅示出了從CPU 610到PHY 630-N的單個連接。在一個實施例中，CPU 610與乙太網開關620和PHYs 630-1到630-N集成在單個晶片上。在另一實施例中，乙太網開關620和PHYs 630-1到630-N集成在單個晶片上並與CPU 610分開，並可通過串列介面與CPU 610通信。PoE環境600中還示出了通過示出的變壓器的中央支路提供功率的PSE 640。如圖所示，PSE 640通過用於絕緣分界的光絕緣體650與CPU 610相連。
為了描述PoE環境600在執行本發明的原理過程中的運行，可參考圖7示出的流程圖。如圖所示，圖7的流程始於步驟702，在此，PHY 630-N中的收發器測量與PHY 630-N相連的乙太網電纜的線路特徵。在一個實施例中，所述測量可用於在CPU 610控制的回波抵消器模組執行的回波抵消會聚過程中，確定採用的對插入損耗、串話和電纜長度。在步驟704中， 將收發器獲得的線路特徵測量值發送到CPU 610。
接下來，在步驟706中，CPU 610使用線路特徵測量資料來確定電纜類型和長度。在一個實施例中，在步驟708中隨後將電纜類型和長度資訊提供給PSE 640。在此，應注意，可設置PSE以使用線路特徵測量資料確定電纜的類型和長度。
在步驟710，不管何處確定的電纜類型和長度，PSE 640可利用它來確定其對PoE系統配置和/或運行的影響。這個影響確定可考慮電纜類型和長度，進而考慮電纜的電阻和其他PoE系統參數如VPSE 、PL 、VL 等的結合。應瞭解，這個影響分析可由任何這樣的系統元件實現，該系統元件可用於診斷乙太網電纜，確定是否可向PD供應功率，確定調節特定PSE 埠的功率預算等。通常，這個影響分析可基於可由合適的系統元件傳送、發現或假設的一個或多個參數，如電纜電阻、電纜電流、VPSE 、PL 、VL 。例如，一個或多個參數可基於系統規範(舉例來說，IEEE 802.3af)，使用測量資料獲取一個和多個計算值(舉例來說，從確定的電纜類型和長度獲取電纜電阻)，或從具有該參數資訊的其他的系統元件接收(舉例來說，PD 傳送到PSE的VL )。
根據對前述的描述的回顧，本發明的各個方面對本領域技術人員來說是顯而易見。雖然以上公開了本發明的多個顯著特徵，在閱讀了公開的本發明之後，對於本領域技術人員來說，本發明可以多種方式實現或執行將是顯而易見的，因此，上述描述不應看作是對其他實施例的排除。同樣地，應瞭解，在此使用的術語和措辭是以說明為目的的，而不應看作是對本發明的限制。
120‧‧‧電源設備(PSE)
110、130‧‧‧乙太網PHY
140‧‧‧用電設備(PD)
142‧‧‧802.3af模組
144‧‧‧脈衝帶寬調製(PWM)DC：DC控制器
146‧‧‧控制功率FET
150‧‧‧負載
600‧‧‧環境
610‧‧‧CPU
620‧‧‧乙太網開關
630-1、630-N‧‧‧PHY
640‧‧‧電源設備(PSE)
650‧‧‧光絕緣體
圖1示出了乙太網供電(PoE)系統的實施例的示意圖；圖2A和2B示出了以該PoE系統為模型的電路框圖；圖3示出了PoE處理的流程圖；圖4示出了媒介相關介面鏈路(medium dependent interface link)中部的連接器的示意圖；圖5示出了可在變壓器的線路側和收發器側縮短的電纜對；圖6示出了可實現從PHY向PSE傳輸電纜特徵資訊的PoE系統的示意圖；圖7示出了從PHY向PSE傳輸電纜特徵資訊的過程的流程圖；圖8示出了用於第3和5類電纜的插入損耗測量的實施例的示意圖；圖9示出了用於第3類和第5類電纜的近端串音測試的示意圖
120‧‧‧電源設備(PSE)
110、130‧‧‧乙太網PHY
140‧‧‧用電設備(PD)
142‧‧‧802.3af模組
144‧‧‧脈衝帶寬調製(PWM)DC：DC控制器
146‧‧‧控制功率FET
150‧‧‧負載

Claims (12)

  1. 一種乙太網供電方法，包括：識別將用電設備連接到電源設備之乙太網電纜的類型；確定該識別之乙太網電纜的類型是符合乙太網供電的規範，而為能在該乙太網電纜上傳輸功率的類型；以及若確定該識別之乙太網電纜的類型不支援該乙太網供電的規範而能進行功率傳輸，然後基於該用電設備與該乙太網電纜的埠布設(port installation)的電學特徵，驗證該不支援乙太網供電規範的乙太網電纜，以由該電源設備供電給該用電設備。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的乙太網供電方法，其中該乙太網規範係為IEEE802.3的規範，且該識別步驟係包括識別第3類乙太網電纜。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的乙太網供電方法，其中該埠布設係包括該用電設備及/或該電源設備的電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的乙太網供電方法，其中該埠布設之特徵係包括該用電設備的功率。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的乙太網供電方法，其中該埠布設之特徵係包括該乙太網電纜的電阻。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的乙太網供電方法，其中 該識別步驟係包括識別該乙太網電纜的類型及長度。
  7. 一種乙太網供電方法，包括：識別將用電設備連接到電源設備之乙太網電纜的長度；確定該識別之乙太網電纜的長度是否大於100公尺；以及若確定該識別之乙太網電纜的長度是大於100公尺，然後基於該用電設備與該乙太網電纜的埠布設(port installation)的電學特徵，確認該乙太網電纜支援該乙太網供電規範而進行功率傳輸，且該埠布設包括該乙太網電纜及該用電設備，驗證由該電源設備經該乙太網電纜供電給該用電設備。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的乙太網供電方法，其中，該乙太網規範係為IEEE802.3的規範，且該識別步驟係包括識別第3類乙太網電纜。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的乙太網供電方法，其中該埠布設係包括該用電設備及/或該電源設備的電壓。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的乙太網供電方法，其中該埠布設之特徵係包括該用電設備的功率。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的乙太網供電方法，其中該埠布設之特徵係包括該乙太網電纜的電阻。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的乙太網供電方法，其中該識別步驟係包括識別該乙太網電纜的類型及長度。
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