TWI523422B - 視訊及音頻數位互動介面之電力傳輸系統 - Google Patents

Description

視訊及音頻數位互動介面之電力傳輸系統

本發明係有關於一種電力傳輸系統，尤指一種適用於視訊及音頻數位互動介面之電力傳輸系統。

視訊及音頻數位互動介面(Digital Interactive Interface For Video And Audio，DiiVA)係為一雙向音頻、視訊介面，其允許未壓縮之高清晰度視訊、多聲道音頻、高頻寬及雙向資料通過一單一電纜進行傳輸。DiiVA通過雙向混合資料通道以傳輸用戶資料，其包括但不限於：音頻資料、控制資料、乙太網資料，及大量資料。DiiVA允許用戶從數位電視或其他DiiVA節點連接、配置和控制複數個消費性電子裝置(包括但不限於：DVD播放機、數位視訊錄像機、機頂盒、個人電腦、攝像機、照相機及家庭立體音響系統等例)。

因此有需要提供方法及系統以可靠地傳送電源於DiiVA。

本發明係有關於一種於經由一串接鏈結連接之裝置的網路中傳送電力之系統，包括：一第一電線差動對及一第二電線差動對，該第一及第二電線差動對係包含於該串接鏈結中。該第一電線差動對係分別經由在一側之一第一高通濾波器、及在一相反側之一第二高通濾波器而雙重交流耦接。第二電線差動對係分別經由在一側之一第三高通濾波器、及在一相反側之一第四高通濾波器而雙重交流耦接。第一低通濾波器係連接該第一高通濾波器與該第二高通濾波器間之部分第一電線差動對至電壓源。一第二低通濾波器係連接該部分第一電線差動對至一負載。該系統更包含一第三電線差動對及一第四電線差動對。該第一、第二、第三、及第四電線差動對係設置於一單一電纜中，例如一CAT6電纜。該第一、第二、及第三電線差動對係用於視訊鏈結；該第四電線差動對係用於雙向混合鏈結。

一電力傳送電路其係用以傳輸電力至連接在一網路之多數個裝 置中之一或多數個裝置，該電力傳送電路包括一電壓源及一電力中繼開關，其關閉時係致使該電壓源所產生之電壓中繼至一個或多數個連接之裝置。該電路更包括一標示電阻，其係用以偵測來自該等連接之裝置之一的電力源。一負載偵測器係電性連接至該電力中繼開關，並用以讀取流經其之負載電流，據以偵測該等連接之裝置中之一負載，並根據該負載電流擷取該等連接之裝置之資訊。

105‧‧‧上行裝置

106‧‧‧下行裝置

110‧‧‧高通濾波器

120‧‧‧鐵氧體珠

VL0+、VL0-‧‧‧第一差動對電線

VL1+、VL1-‧‧‧第二差動對電線

VL2+、VL2-‧‧‧第三差動對電線

HL+、HL-‧‧‧第四差動對電線

VD0~VD3、VU0~VU3‧‧‧電壓水平

GND 1、GND 2‧‧‧接地

210‧‧‧電路

220‧‧‧電阻

230‧‧‧電源

PR0、PR1‧‧‧電力軌道

1~8‧‧‧銅線編號

401‧‧‧下行POD電路

402‧‧‧上行POD電路

410‧‧‧電壓源

420‧‧‧電力中繼開關

430‧‧‧標示電阻

450‧‧‧負載偵測器

505‧‧‧來源裝置

506‧‧‧接收裝置

510‧‧‧下行接口

515‧‧‧上行接口

532‧‧‧視訊鏈結

534‧‧‧雙向混合鏈結

610‧‧‧物理層展示

620‧‧‧鏈結層展示

S1、S2、S3‧‧‧POD客戶端

S4‧‧‧活化源裝置

TV‧‧‧電視機

圖1係為本發明一較佳實施例之經由一串接鏈結而連接之一上行裝置及一下行裝置的DiiVA之電力傳送示意圖。

圖2係本發明一較佳實施例之網路拓撲電力軌道分配予DiiVA源出(source)裝置之示意圖。

圖3係本發明一較佳實施例之網路拓撲電力軌道分配予DiiVA接收(sink)裝置之示意圖。

圖4係本發明一較佳實施例之典型POD(Power Over DiiVA，DiiVA供電)電路示意圖。

圖5係本發明一較佳實施例之DiiVA控制協定架構圖。

圖6係顯示本發明一較佳實施例之源出裝置S4、POD客戶端S1~S3及POD伺服器電視間之連接的物理展示及鏈結展示。

圖7所示係在一包括一源出裝置、一POD客戶端、及一接收裝置之菊鏈配置中的DiiVA電力傳送之示意圖。

本發明所揭露之技術，其方法和系統係提供電力予DiiVA。所舉之實施例將進行討論。其他的實施例係可用於增加或代替。

圖1所示為本發明一較佳實施例之系統架構圖，係顯示經由一串接鏈結而連接之一上行裝置及一下行裝置之間的DiiVA電力傳送。

在一實施例中，DiiVA實現串接鏈結技術，亦即以位元流格式發送信息。物理層裝置執行並聯至串聯之轉換，並經由一電纜發送串接位元。於一實施例中之電纜係由銅線構成。複數組裝置或節點係通過DiiVA連接為一菊鏈，其中第一裝置通過DiiVA連接至第二裝置，第二裝置通過DiiVA連接至第三裝置，依此類推，直至最後一個裝置，而無回送或網狀迴路。

在一實施例中，DiiVA用兩條電線以實現差動信號。當發送位元 「1」時，正電壓加至一電線，負電壓則加至另一電線，當發送位元「0」時，則極性反轉。

如圖1所示之實施例，上行裝置105係使用一條電纜通過串接鏈結而連接至下行裝置106。較佳地，本實施例之電纜係可為乙太網CAT 6電纜。其他實施例亦可使用不同類型的電纜，包含但不限於CAT 5電纜和CAT 7電纜。

於所述之實施例中，該電纜包括四個雙絞電線、或差動對電線。在目前的應用中，「差動對電線」係指兩條銅線。圖1中，第一對電線由VL0+和VL0-表示，其中VL代表視訊鏈結；第二對電線由VL1+和VL1-表示；第三對電線由VL2+和VL2-表示；第四對電線由HL+和HL-表示，其中HL代表混合鏈結。

如圖1所示，前三個差動對電線(即前六條銅線：VL0+和VL0-，VL1+和VL1-，VL2+和VL2-)是用來傳輸無壓縮之視訊串流資料，亦即用於視訊鏈結。由於視訊鏈結需要大量的頻寬，三個差動對電線係被指定用於視訊資料。第四個差動對電線，即HL+和HL-，係用於混合鏈結，由此以傳輸所有的用戶資料(包括但不限於：乙太網資料、USB資料、順向音頻資料、反向音頻資料和控制資料)。

由於本實施例所舉之DiiVA，其傳輸所有資料(包括但不限於所有視訊資料和用戶資料)僅用四對雙絞電線，DiiVA只需要八個接腳。經由使用一個廉價且容易取得的商用電纜(例如CAT 6)，只包含四個差動對電線以傳輸資料，成本效益明顯提高。

然而，傳統48伏特的電力傳輸係使用一變壓器以電感耦接，DiiVA所支援的例如每秒數十億位元(multi-Gpbs)信號之高速信號係無法通過該變壓器。如圖1所示之實施例，雙重交流耦接係用以傳送電力於DiiVA，而非使用電感耦合以耦接輸入信號。

在本實施例中，該串接鏈結連接之第一差動對(VL0+，VL0-)係由一第一高通濾波器連接一邊及一第二高通濾波器連接另一邊以雙重交流耦接。本實施例之該等高通濾波器係由數字110表示。為了簡潔，並非所有的高通濾波器皆標示數字。位於第一與第二高通濾波器間之部分第一差動對，其一邊係由一第一低通濾波器連接至一直流電壓源，另一邊則通過一第二低通濾波器連接至一負載。

在本實施例中，該串接鏈結連接之第二差動對係由一第三高通濾波器連接一邊及一第四高通濾波器連接另一邊以雙重交流耦接。位於第三與第四高通濾波器間之部分第二差動對，其一邊係由一第三低通濾波器連接至一接地(如圖1所示之GND 1)，另一邊則通過一第四低通濾波器連接至另一接地(如圖1所示之GND 2)。直流電壓源係供應足量之電流。

圖1所示之符號VD0、VD1、VD2、VD3代表下行接口相應差動對的電壓水平；圖1所示之符號VU0、VU1、VU2和VU3則代表上行接口相應差動對的電壓水平。

如圖1所示，當兩邊的差動對電線係如上所述雙重交流耦接時，其間之介質係處於一直流浮動狀態。於本實施例中，圖1所示以矩形成分表示之鐵氧體珠(ferrite beads)，係可用於執行偏壓。如此，直流電力部分可被傳輸而不會影響該主高速信號。本實施例之鐵氧體珠的一些範例於圖1中係由數字120表示。為了簡潔，並非所有的鐵氧體珠均標有數字。

圖2所示為本發明一較佳實施例之網路架構圖，其係用於一電力軌道以配接至一DiiVA源出(source)裝置。圖3所示為本發明一較佳實施例之網路架構圖，其係為一電力軌道以配接至一DiiVA接收(sink)裝置。圖2與3所示之結構相同，差別僅在於方向反向。

如圖2所示，該電力軌道PR0係對應至圖1之差動對VL0、VL1。如圖3所示，該電力軌道PR1係對應至圖1之差動對VL2、HL。於圖2及圖3中，電力係通過電力軌道(PR0和PR1)內之上差動對傳送至電路210，並且，返回或接地電流係通過電力軌道內之下差動對流向接地。圖2及圖3所示之實施例中，標示電阻220係用於檢測。

圖4係為本發明一較佳實施例之示範性POD(供電於DiiVA)電路概念示意圖。本發明所提供之一個或多個實施例中，DiiVA網路中支援POD的每個裝置均含有這種POD電路。如圖4所示，POD電路401係做為下行電力通道(發射端Tx至接收端Rx)，POD電路402係做為上行電力通道(接收端Rx至發射端Tx)。在本發明所提供之一個或多個實施例中，下行電力通道與上行電力通道係在兩信號對上具有一於5伏特中約500毫安培之電力輸送容量。其他的實施例係可具有不同的電力輸送容量。

在一些實施例(未列舉)中，下行電力通道和上行電力通道可進 行匯總，以提供更多同一方向的電力。

於圖4所顯示之POD電路中，數字1、2、3、4、5、6、7和8表示銅線編號：「1、2」和「3、4」係指串接鏈結之第一組兩個差動對電線，其係連接DiiVA網路中之裝置，而「5、6」和「7、8」係指串接鏈結之第二組兩個差動對電線。在本實施例中，一組差動對(「1、2」和「3、4」)係用來發送上行電力，而另一組差動對(「5、6」和「7、8」)係用於發送下行電力。在其他的實施例中，不同的電線安排係可用以發送電力上行、或下行。

概括地說，下行POD電路401包括：一電壓源410，其係用以產生一電壓(或稱之電力)；一電力中繼開關420，當其關閉(closed)時，係將電壓源410所產生的電壓中繼至一個或多個連接裝置；一標示電阻430，其係連接至電力中繼開關420，並根據一個或多個連接的裝置以進行電力源檢測；以及一負載偵測器450，其係連接至電力中繼開關420，係用以讀取流經其之負載電流，而檢測其中一連接裝置之負載，及根據負載電流讀取關於連接裝置之資訊。一控制器(圖未示)係控制電力中繼開關420之開(opening)與關(closing)。上行POD電路402係包含有安排於一對稱的相反配置中之相同的電路元件。

負載偵測器450所讀取的信息包括下列幾項但不限於此：關於連接裝置識別的資料、關於連接裝置是否供電或斷電的資料、以及連接裝置是否需要電源供應等。負載偵測器還可偵測自該網路移除之其中一裝置，及/或加入該網路之一新裝置。

當負載(通常是一個或多個負載電阻)連接到POD電路401或402時，該POD負載偵測器450係偵測所流經之電流，根據負載電阻值確定裝置是否連接，若有連接，則獲取有關該連接裝置之資訊。例如，POD負載偵測器450可接收來自連接裝置之訊息，表示該裝置係自我供電，因此不需要提供動力。另外，POD負載偵測器450還可接收來自連接裝置之訊息，表示裝置需要電力供應。

圖4所示之POD電路，係可執行許多功能，包含但不限於：檢測來自鄰近裝置之電力、檢測一鄰近裝置內之POD負載、檢測移除裝置及/或連接新裝置、檢測一熱插接、檢測一POD客戶端裝置、檢測一連接裝置之電力開啟(power-on)或關閉(power-off)狀態、以及中繼POD的電力，亦即將POD電流從一側中繼到另一側。

圖5提供本發明一較佳實施例之DiiVA控制協定示意圖，經由該控制協定，來源裝置505和一接收裝置506(或一顯示裝置)係可交換命令封包，其係可通過一雙向混合鏈結534之命令子通道進行交換。如圖5所示，視訊資料只在一個方向上傳輸，即通過視訊鏈結532由下行接口510下行至接收裝置506之上行接口515。

資料封包係通過雙向混合鏈結534，於來源裝置505與接收裝置506之間，在兩個方向上進行交換。因此，混合鏈結534係允許高頻寬雙向資料在連接至一菊鏈之來源裝置505與接收裝置506之間進行傳輸。由於一些介面係處於封包化狀態，該混合鏈結534所帶有的資料包括下列幾項但並不限於此：順向音頻、反向音頻、USB資料、乙太網資料和命令通道。

視訊鏈結532係為一點對點介面。在一些實施例中，視訊鏈結532帶有未壓縮高解晰度視訊資料，但它並不侷限於只攜帶未壓縮的視訊資料。視訊資料係經由一個或多個通道進行傳送。在DiiVA中，可能有一個、兩個或三個通道的資料。操作視訊鏈結的時脈係經由發射器嵌入在視訊資料中。單向視訊鏈結已如圖5所示，本發明之其他實施例仍可使用雙向視訊鏈結。

圖6係為在一菊鏈連接裝置的啟動序列之一實施例，所示分別為一物理層展示610及一鏈結層展示620，於菊鏈連接裝置的啟動序列中係包含有：一活化源裝置S4，POD客戶端S1、S2、S3，以及一POD伺服器或接收裝置，在本實施例中，其係為一電視機。

物理層係負責通過介質發送和接收資料。在一個或多個的實施例中，該介質係為工業標準的CAT-5電纜。然而，本發明係可使用不同類型的介質，並不限於此例。物理層中之資料流係可以8b-10b型格式進行編碼。

該鏈結層係負責優先排序及將所有形式的資料予以封包，並把它發送到物理層以進行傳輸。從物理層傳入的資料係解封包並轉發至適當的電路作進一步處理。

菊鏈中之該等裝置係可運作於一活化模式、一POD模式、或一關閉(off)模式中。在活化模式中，該裝置係完全開啟(turned on)，亦即就地供電並充分發揮作用。在這種模式下，所有的視訊和混合鏈結資料係使用本地電力以於晶片上處理。

在POD模式中，該視訊和混合鏈結資料係由該裝置處理並提供 服務。在這種模式中，發射器能通過POD模式裝置與整個接收器溝通。在關閉模式中，IC和所有的電路係處於關閉狀態(turned off)，沒有溝通產生。

在一實施例中，菊鏈中之每一裝置係支持一乒乓協定，通過該協定，該裝置係傳回所接收到之資料，並且將半雙工之混合鏈結的方向予以反向。每一通過DiiVA連接之裝置均支持這個乒乓協定。

在一些實施例中，混合鏈結係為一點對點半雙工介面，並設計為一乒乓或標記通過(token passing)介面。在乒乓介面中，一裝置係於發送其他訊息前先發送一訊息，而後等待一返回訊息(或一確認訊息、閒置封包)。此操作係可概括如下：裝置A有權發送並發送一封包；裝置B係接收一封包；裝置B檢查正確性(無鏈結錯誤)；及裝置B確認該封包。

於一實施例中，於DiiVA之電力傳送係為一系統進行，該系統包括：一源出裝置、一接收裝置、及至少一客戶裝置，其係連接於源出裝置與接收裝置之間，上述所有裝置係通過菊鏈相互連接。源出裝置係用以產生及傳輸數位視訊資料。接收裝置係通過視訊鏈結以接收來自源出裝置之數位視訊資料，並通過雙向混合鏈結與源出裝置交換用戶資料。在此一實施例中，當接收裝置電源導通時，係提供一足量電力予客戶裝置以使客戶裝置進入一模式，使得用戶資料係可流經客戶裝置。接收裝置係通過客戶裝置提供電力予源出裝置，以使源出裝置電源啟動。

圖7所示為一簡單菊鏈配置中之DiiVA電力傳送之一範例，包括一個源出裝置(如圖7之DVD播放機)，一個POD客戶端(如圖7之一安裝盒)，和一接收裝置(如圖7之電視)。在所示之實施例中，電視先發送電力至由菊鏈上之裝置。所有源出裝置未就地供電(即「打開(turned on)」)者，係由DiiVA電纜從電視來接收電力。該電視係是POD伺服器，源出裝置未就地供電者係POD客戶端。在POD模式之客戶端係於正常模式中運作該混合鏈結。所有裝置係通過一混合鏈結控制協定相互發現彼此。電視發送一命令至DVD播放器(源出裝置)以啟動自己。DVD播放機自行啟動，離開POD客戶模式，並傳送視訊信號至電視。

總而言之，上述實施例已提供DiiVA電力傳送之方法與系統。所述及之組成部分、步驟、特點、物件、優勢和特點只是舉例說明而已。它們及與它們有關的討論，並非用以限定所欲保護之權利範圍。雖然上述某些實施 例已提供涵蓋DiiVA電力傳送之方法和系統，這些實施例所隱含之概念係可使用在其他實施例。其他許多的實施例也被仔細考慮，包括具有較少、額外、及或不同組件、步驟、特點、物件、效益和優勢的實施例。這些組件和步驟也可不同地安排。所述及或展示者並無欲使任何組件、步驟、特點、物件、效益、或優勢等作為公眾使用。

除非有特別註明，本發明所提及的單數元件並不意味只有一個，而是指一個或多個。本發明所屬技術領域所習知之結構和功能上能等同之各實施例的元件，係明確地納入本發明做為參考。

105‧‧‧上行裝置

106‧‧‧下行裝置

110‧‧‧高通濾波器

120‧‧‧鐵氧體珠

VL0+、VL0-‧‧‧第一差動對電線

VL1+、VL1-‧‧‧第二差動對電線

VL2+、VL2-‧‧‧第三差動對電線

HL+、HL-‧‧‧第四差動對電線

VD0~VD3、VU0~VU3‧‧‧電壓水平

GND 1、GND 2‧‧‧接地

Claims (15)

1. 一種電力傳送電路，其係用以傳輸電力至連接在一網路之複數個裝置中之一或多個裝置，該電力傳輸電路包括：一電壓源，其係用以產生一電壓；一電力中繼開關，其關閉時係致使該電壓源所產生之電壓中繼至一或多個連接之裝置；一標示電阻，其係連接至該電力中繼開關，並用以偵測來自一或多個連接之裝置之一電力源；以及一負載偵測器，其係電性連接至該電力中繼開關，並用以讀取流經其之負載電流，據以偵測該等連接之裝置中之一負載，並根據該負載電流攫取該等連接之裝置之資訊；其中，該負載偵測器所攫取出之資訊包含有關於該等連接之裝置是否為電源開啟、或關閉之資訊，以及該等連接之裝置是否需要一電力供應之資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電力傳送電路，其中，更包含有一控制器以控制該電力中繼開關之斷路及導通。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電力傳送電路，其中，該等複數個裝置係經由一菊鏈彼此連接，以及，其中，該電力傳輸電路係包含於該菊鏈內之各裝置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電力傳送電路，其中，該負載偵測器所攫取出之資訊更包含有關於該等連接之裝置之識別資訊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電力傳送電路，其中，該負載偵測器更用於偵測自該網路移除該其中一裝置。
6. 如申請專利範圍第1項所述之一種電力傳送電路，其中，該負載偵測器更用於偵測加入一新裝置至該網路。
7. 一種用以傳輸電力至一菊鏈中之一或多個裝置之系統，包含： 一來源裝置，其係用以產生、及傳送數位視訊資料；一接收裝置，其係由一視訊鏈結以接收該來源裝置所產生之數位視訊資料，以及由一雙向混合鏈結與來源裝置交換使用者資料；以及至少一客戶裝置，其係連接於該來源裝置與該接收裝置之間；其中，該來源裝置、該客戶裝置、該接收裝置係經由一菊鏈連接；其中，當接收裝置電源開啟時，其係用以：讀取一負載電流，以偵測該客戶裝置中之一負載，並根據該負載電流攫取該客戶裝置之資訊，所攫取出之資訊包含有關於該客戶裝置是否為電源開啟、或關閉之資訊，以及該客戶裝置是否需要一電力供應之資訊，供予該客戶裝置一足夠電力，以致使該客戶裝置進入該使用者資料可流經該客戶裝置之模式，以及經由該客戶裝置供予該來源裝置電力，以允許該來源裝置被啟動。
8. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中，該使用者資料包括以下之一者或多者：控制資料、乙太網路資料、USB資料、音頻資料、及大量資料。
9. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中，從該客戶裝置所攫取出之資訊更包含有關於該客戶裝置之識別資訊。
10. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中，該接收裝置更用於偵測自該菊鏈移除一裝置。
11. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中，該接收裝置更用於偵測加入一新裝置至該菊鏈。
12. 一種傳送電力至以一菊鏈連接之複數個裝置之一裝置之方法，該方法包括：偵測該複數個裝置中之一第一裝置之一負載，包含偵測流經該負載之一負載電流；根據所偵測之該負載電流由該第一裝置攫取資訊；以及 根據所攫取之資訊中繼電力至該第一裝置；其中所攫取出之資訊包含有關於該第一裝置是否為電源開啟、或關閉之資訊，以及該第一裝置是否需要一電力供應之資訊。
13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，從該第一裝置所攫取之資訊更包含關於該第一裝置之識別資訊。
14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含：偵測移除該複數個裝置中之一裝置。
15. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含：偵測加入一新裝置至該複數個裝置。