TWI504196B - 用於網路供電系統的方法及其實體層裝置 - Google Patents

用於網路供電系統的方法及其實體層裝置 Download PDF

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Description

用於網路供電系統的方法及其實體層裝置
本發明總的來說涉及網路供電系統和方法，並且更具體地，涉及根據乙太網路磁性元件發熱供電的實體層裝置自動調節。
乙太網路供電(PoE)提供了用來通過乙太網路電纜上從供電設備(PSE)向受電裝置(PD)傳送電力的框架。存在多種PD，包括IP語音(VoIP)電話、無線LAN存取點、藍芽存取點、網路相機、計算裝置等。
在例如在IEEE 802.3af(現在是IEEE802.3版本及其修改的一部分)和802.3at規範中描述的PoE應用中，PSE可以通過多個線對向PD傳輸電力。根據IEEE 802.3af，PSE可以通過兩個線對向單個PD傳送高達15.4 W的功率。另一方面，根據IEEE 802.3at，PSE可以通過兩個線對向單個PD傳送高達30 W的功率。其他專有解決方案可以潛在地向PD傳輸更高或不同等級的電力。PSE還可以被配置為使用四個線對向PD傳送電力。
根據本發明的一個方面，提供了一種方法，包括：在實體層裝置中，接收由乙太網路供電模組產生的資訊，所述資訊表示通過多個雙絞線對傳輸的電流準位，所述多個雙絞線對經由對應的多個資料轉換器耦接至所述實體層裝置，所述乙太網路供電模組被耦接至所述多個資料轉換器的中心抽頭；以及回應於由所述乙 太網路供電模組產生的所述資訊，通過所述實體層裝置調節傳輸特性。
優選地，所述方法進一步包括根據由所述乙太網路供電模組產生的所述資訊，確定資料轉換器的電感變化。其中，所述確定包括：根據所述電流準位，確定資料轉換器的發熱準位。
優選地，所述調節包括：調節所述實體層裝置的傳輸電壓波封。
優選地，所述調節包括：調節所述實體層裝置的傳輸電流波封。
優選地，所述調節包括：調節通過所述實體層裝置輸出的波形。
根據本發明的又一個方面，提供了一種方法，包括：在實體層裝置中，接收表示資料轉換器的發熱準位的資訊，所述資料轉換器將所述實體層裝置耦接至雙絞線對，其中，所述資料轉換器的中心抽頭被耦接至乙太網路供電模組，所述乙太網路供電模組便於通過所述雙絞線對傳輸電力；以及回應於表示所述資料轉換器的發熱準位的所述資訊，通過所述實體層裝置來調節傳輸特性。
優選地，所述方法進一步包括：根據表示資料轉換器的發熱準位的所述資訊，確定資料轉換器的電感變化。
優選地，表示資料轉換器的發熱準位的所述資訊為溫度感測器讀數。
優選地，表示資料轉換器的發熱準位的所述資訊為通過所述資料轉換器的電流準位。
優選地，所述調節包括：調節所述實體層裝置的傳輸電壓波封。
優選地，所述調節包括：調節所述實體層裝置的傳輸電流波封。
優選地，所述調節包括：調節通過所述實體層裝置輸出的波形。
優選地，所述乙太網路供電模組為通過所述雙絞線對傳輸電力的電源設備。
優選地，所述乙太網路供電模組為通過所述雙絞線對接收電力的受電裝置。
根據本發明的又一個方面，提供了一種實體層裝置，包括：介面，使得所述實體層裝置接收表示資料轉換器的操作條件的資訊，所述資料轉換器將所述實體層裝置耦接至雙絞線對，其中，所述資料轉換器的中心抽頭被耦接至乙太網路供電模組，所述乙太網路供電模組便於通過所述雙絞線對傳輸功率；以及控制器，回應於表示所述資料轉換器的操作條件的所述資訊，通過所述實體層裝置調節傳輸特性。
優選地，所述控制器調節所述實體層裝置的傳輸電壓波封。
優選地，所述控制器調節所述實體層裝置的傳輸電流波封。
優選地，所述控制器調節通過所述實體層裝置輸出的波形。
340‧‧‧PSE
112、114、134‧‧‧資料轉換器
120‧‧‧PD
110、130、210、310-1~310-N‧‧‧PHY
142‧‧‧PoE模組
144、214‧‧‧控制器
146‧‧‧功率電晶體
150‧‧‧負載
212‧‧‧發射和接收資料的收發器
216‧‧‧資料介面
220‧‧‧磁性元件
230‧‧‧RJ-45連接器
320‧‧‧乙太網路開關
330‧‧‧主機
350‧‧‧光隔離器
S402~S408‧‧‧步驟
圖1顯示了通過資料傳輸系統使用的線對傳輸電力的乙太網路供電系統的範例性實施方式。
圖2顯示了回應於磁性元件的操作條件的資訊反映的實體層裝置中的控制機制的範例性實施方式。
圖3顯示了乙太網路供電模組和資料傳輸系統之間的通信操作資訊的範例性實施方式。
圖4顯示了根據本發明的範例性處理的流程圖。
以下詳細描述了本發明的各實施方式。儘管討論了具體的實施方式，但是應當理解的是，這僅用於範例性目的。本領域普通技術人員將認識到的是，在不背離本發明的精神和範圍的情況 下，可以使用其他部件和配置。
通過乙太網路連接的資料通信假設線上的特定和最小電感。在例如由10GBASE-T支援的較高頻率處，資料轉換器的電感要低得多，以允許可製造的磁性元件。在乙太網路供電(PoE)應用中，在資料轉換器中可能出現電流失衡，其可以導致在PoE電流路徑中在資料轉換器上存在偏電流。隨著由於較高電力的PoE應用而導致的施加至網路電纜的電流增高，導致資料轉換器的電感的相應減小。這些減小可能導致對線上的電感準位敏感的資料傳輸系統的增大的誤碼率(BER)。
在本發明的一個實施方式中，使得由PoE模組產生的表示通過網路電纜的PoE操作的資訊(例如，電流準位、發熱等)對實體層裝置(PHY)是可用的。該資訊將使得PHY能夠推斷線上的電感準位的變化。作為回應，PHY然後可以調節PHY的傳輸特性。在各實施方式中，PHY可以調節傳輸電壓波封、傳輸電流波封、傳輸波形、回聲消除等。
PoE可被用來通過用於資料傳輸的線對來傳輸功率。PoE可以應用於各種情況，並且可以和例如10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T、10GBASE-T、40GBASE-T的資料傳輸標準或更高的資料率傳輸系統一起使用。除了隔離之外，所使用的資料轉換器還可以通過開路電感(OCL)來表徵。
在100BASE-TX規範中，在發送引腳處測量的最小電感應當大於或等於350 H且注入了在0-8 mA之間的DC偏電流。一般地，發送側上的資料轉換器的最小電感的100BASE-TX規範被設計為呈現足夠電感，其將克服導致基線漂移的殺手模式從而使得接收器能夠恢復。該指定的最小電感準位確保了與期望看到通道上的有效電感的PHY接收器的相容性，從而使得鏈路的信號品質和BER不受影響。
因為電感要求是以實現為導向的方法，因此較新的 1000BASE-T、10GBASE-T、40GBASE-T規範可以識別發射器的下垂測試要求。下垂測試要求是信號特徵要求並且與資料轉換器的OCL相關。借助於下垂測試要求，已經允許較新的PHY實現(例如，1000BASE-T、10GBASE-T、40GBASE-T等)使用能夠滿足指定的信號特徵的較低電感資料轉換器。
在本發明中，認識到在用於支援PoE應用時，較新的PHY中使用的較低電感資料轉換器可以根據資料轉換器的操作條件(例如，溫度、偏電流等)而有顯著變化。當考慮能夠支援通過資料轉換器的近1A電力的傳送的較高功率PoE應用時，尤其如此。當通過用於資料傳輸的線對傳輸這樣的高電平電力時’資料轉換器的電感的對應變化可以極大地影響資料傳輸系統性能。
在描述本發明的細節之前，首先參照圖1，圖1顯示了通過由資料傳輸系統使用的兩個線對傳輸電力的PoE系統的範例性實施方式。如圖所示，PoE系統包括通過還用於資料傳輸的兩個線對向PD 120傳輸電力的PHY 110。正如將會理解的，例如1000BASE-T和10GBASE-T的PY規範被配置為使用四個線對。此外，一些PoE系統可以配置為通過四個線對傳送電力。為了範例的目的，為簡單起見，在圖1中僅顯示了兩個線對。
通過在資料轉換器112和資料轉換器114的中心抽頭的兩端施加電壓來提供由PHY 110向PD 120傳輸電力，其中，資料轉換器112耦接至乙太網路電纜中的發射(TX)線對，資料轉換器114耦接至接收(RX)線對。在網路鏈路的另一端，PD 140通過資料轉換器132和資料轉換器134的中心抽頭來接收電力。
一般地，PD 140可以包括PoE模組142，其含有將使得PD 140根據IEEE 802.3af、802.3at、傳統PoE傳輸、或任何其他類型的PoE傳輸與PHY 110通信的電子。PD 140還包括控制功率電晶體146(例如，場效應電晶體(FET))的控制器144(例如，脈衝寬度調製DC：DC控制器)，功率電晶體146向負載150提供 恒定功率。
根據IEEE 802.3at，PHY 110和PHY 130之間的資料通信一般被設計為用不必考慮高電平電源的影響越來越大的資料轉換器和/或信號規範進行操作。具體地，沒有考慮由於以能夠到達1 A的負載電流通過網路電纜傳輸高電平的DC電力而導致的資料轉換器中的DC電流失衡的增大。一般地，隨著通過資料轉換器的DC偏電流增大，資料轉換器的OCL將減小。另外，隨著資料轉換器的溫度對於給定DC偏電流增大，資料轉換器的OCL將減小。因此，能夠通過將PoE施加至網路電纜而產生的增大的DC偏電流和增大的溫度的影響，能夠顯著降低資料轉換器的OCL。由於PHY假定了線上的特定和最小電感，因此資料轉換器的OCL的減小可以導致資料傳輸系統中的BER增大。
在本發明中，認識到資料轉換器可以表示印刷電路板上的資料傳輸系統的固定部分。這樣，本發明的特徵在於，通過調節PHY的傳輸操作，可以補償由於將PoE施加至網路電纜中的相關線對而導致的資料轉換器的OCL中的變化。在一個實施方式中，可以通過修改PHY的驅動強度來調節PHY的傳輸操作，以補償資料轉換器的OCL的變化。在各實例中，驅動強度的調節可以通過對傳輸電壓波封、傳輸電流波封、輸出波形等的調節來表徵。應當理解，用以調節PHY的驅動強度的特定機制將是依賴於實現的。這裏，可以以能夠最好地解決線上的電感的已知或推斷的變化的方式來實現驅動強度的調節。調節處理還可以依賴於PHY運行的特定操作模式(例如，10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T、10GBASE-T、40GBASE-T等)。在另一實施方式中，可以通過修改回波消除處理來調節PHY的傳輸操作。
PHY的傳輸操作的調節根據反映資料轉換器磁性元件的操作條件的資訊。圖2顯示了回應於這種資訊的PHY中的控制機制的範例實施方式。如圖所示，PHY 210經由介質相關介面(MDI) 耦接至磁性元件220。磁性元件220耦接至RJ-45連接器230，RJ-45連接器230便於PHY 210耦接至雙絞線對(twisted pair)乙太網路電纜傳輸介質。
如圖2中進一步顯示的，PHY 210包括經由MDI發射和接收資料的收發器(TX/RX)212。收發器212的傳輸操作由控制器214控制，控制器214回應於經由資料介面216接收的操作資訊。一般地，操作資訊根據磁性元件220的操作條件，並且在配置或控制收發器212的傳輸操作中由控制器214所使用。
在一個實施方式中，操作資訊可以包括反映磁性元件220的操作條件的資訊。在一個實例中，測量資訊表示通過磁性元件220的PoE電流準位。在另一個實例中，測量資訊表示可以從電流測量導出的溫度資訊、使用靠近磁性元件220的溫度感測器測量的溫度資訊等。在另一實例中，測量資訊可以表示從操作條件資訊導出或測量的磁性元件220的電感資訊。一般地，測量資訊可以表示使得控制器214能夠確定修改收發器212的需要以補償磁性元件220的OCL變化的任何資訊。
在另一實施方式中，操作資訊可以包括回應於磁性元件220的操作條件而產生的操作控制信號。這裏，操作控制信號可以由PHY 210外部的系統或模組來產生，其中，操作控制信號經由介面216被提供至PHY 210。在該實施方式中，經由介面216的操作控制信號的接收可以在配置或控制收發器212的傳輸操作中由控制器214使用。
如將會理解的，提供至PHY 210的特定類型的操作資訊可以改變。具有重要意義在於，從磁性元件220的操作條件導出的操作資訊在配置或控制收發器212的傳輸操作中由PHY 210使用，以補償磁性元件220中的電感變化。
圖3顯示了乙太網路供電模組和開關之間的通信操作資訊的範例性實施方式。如圖所示，開關可以包括均耦接至開關(SW) 模組320的PHY 310-n。為了清楚說明起見，僅顯示了單對資料轉換器耦接至每個PHY 310-n。
每個PHY 310-n還連接至主機330。在一個實施方式中，主機330和乙太網路開關320和PHY 310-n結合在單個晶片上。在另一實施方式中，乙太網路開關320和PHY 310-n結合在獨立於主機330的單個晶片上，其中，經由串列介面來實現與主機330的通信。在圖3中還顯示了PSE 340，其通過資料轉換器的中心抽頭來供電。如圖所示，PSE 340也耦接至主機330。在一個實施方式中，PSE 340經由便於隔離邊界的光隔離器350耦接至主機330。
在圖3的範例性實施方式中，PSE 340可以被配置為監控資料轉換器的操作條件。在一個實例中，PSE 340可以監控通過資料轉換器的中心抽頭傳輸的電流準位。在另一實施方式中，PSE 340可以根據電流資訊或者通過位於資料轉換器附近的溫度感測器來確定資料轉換器的發熱。
由PSE 340測量或確定的操作資訊可以被提供到主機330。在一個實例中，主機330可以經由主機330和PHY 310-n之間的資料介面，將資料轉換器的操作資訊轉發到耦接至資料轉換器的相關PHY 310-n。根據這種操作資訊，PHY然後可以確定如何調節收發器，以補償由轉發的操作資訊表示的電感變化。在另一實例中，主機330可以處理資料轉換器的操作資訊，以導出可以由相關PHY使用的控制信號。在該實例中，控制信號可以通過資料介面傳輸到相關PHY，並且由PHY用於調節收發器，以補償電感變化。如將會理解的，傳輸到PHY的特定類型的操作資訊將依賴於用於監控資料轉換器的操作條件、任何居間處理模組的能力以及PHY本身的能力的機制。
已經描述了將資料轉換器操作資訊傳送到PHY的範例性實施方式，現在參照圖4的流程圖，圖4顯示了根據本發明的範例 性處理。如圖所示，該處理在步驟S402開始，在步驟S402，確定資料轉換器磁性元件的操作資訊。如上所述，用於確定操作資訊的特定機制可以根據實現而變化。在以上參照圖3描述的實例中，PoE子系統可以被設計為測量或確定操作資訊。PoE子系統然後將操作資訊傳輸到主機模組，所述主機模組進一步被配置為確定將被傳輸至PHY的操作資訊(例如，控制信號)。不管特定實現如何，操作資訊最終在步驟S404由PHY接收。
響應於接收的操作資訊，PHY然後在步驟S406調節PHY的傳輸操作的一個或多個特徵。如將會理解的，用以修改傳輸操作(例如，驅動強度的改變、回聲消除的改變等)的特定機制將是依賴於實現的。重要的是，由於偏電流、發熱等的變化而引起的資料轉換器中的電感變化的識別，可以由PHY用於調節通信通道中的電感的變化。
這裏，應當注意的是，可以根據所確定的操作資訊，在通道的兩端來執行變化。在一個實施方式中，調節處理可以考慮在鏈路的遠端的PHY的類型。例如，當PHY耦接至通過自動導航處理確定的遠端100BASE-TX PHY時，本地傳輸系統將知道遠端資料轉換器將具有350μH的OCL。在確定通信通道的電感變化的調節中，遠端PHY的基線OCL的該知識是有用的。在對PHY的傳輸操作進行了特定的調節後，然後在步驟S408可以開始PHY的操作。由於該操作被設計為補償由於偏電流或發熱的變化而導致的資料轉換器的電感變化，因此將產生較低的BER。
本發明的另一實施方式可以提供機器和/或電腦可讀記憶體和/或介質，具有儲存在其上的機器代碼和/或電腦程式，所述電腦程式具有可由機器和/或電腦執行的至少一個代碼部分，從而使得機器和/或電腦執行這裏描述的步驟。
通過回顧前面的詳細的描述，本發明的這些和其他方面對於本領域普通技術人員來說將變得顯而易見。儘管上面已經描述了 本發明的一些顯著的特徵，但是本發明可以具有其他實施方式，並且可以以在閱讀所公開的本發明之後對本領域普通技術人員來說顯而易見的多種方式來實踐和執行，因此，以上說明書不應認為排除了這些其他實施方式。此外，應當理解的是，這裏所使用的措辭和術語是用於描述目的而不應看作是限制。
S402~S408‧‧‧步驟

Claims (6)

  1. 一種用於乙太網路供電的方法，包括：在實體層裝置中，接收表示資料轉換器的發熱準位的資訊，所述資料轉換器將所述實體層裝置耦接至雙絞線對，其中，所述資料轉換器的中心抽頭被耦接至乙太網路供電模組，所述乙太網路供電模組便於通過所述雙絞線對傳輸電力；以及回應於表示所述資料轉換器的發熱準位的所述資訊，通過所述實體層裝置來調節傳輸特性。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，進一步包括：根據表示資料轉換器的發熱準位的所述資訊，確定資料轉換器的電感變化。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，表示資料轉換器的發熱準位的所述資訊為溫度感測器讀數。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，表示資料轉換器的發熱準位的所述資訊為通過所述資料轉換器的電流準位。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，所述調節包括：調節所述實體層裝置的傳輸電壓波封。
  6. 一種實體層裝置，包括：介面，使得所述實體層裝置接收表示資料轉換器的發熱準位的資訊，所述資料轉換器將所述實體層裝置耦接至雙絞線對，其中，所述資料轉換器的中心抽頭被耦接至乙太網路供電模組，所述乙太網路供電模組便於通過所述雙絞線對傳輸電力；以及控制器，回應於表示所述資料轉換器的發熱準位的所述資訊，通過所述實體層裝置調節傳輸特性。
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