TWI638545B

TWI638545B - 乙太網供電之偵測電路及其偵測電流產生方法

Info

Publication number: TWI638545B
Application number: TW105138184A
Authority: TW
Inventors: 劉凱尹; 黃惠敏
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-10-11
Also published as: US20180143225A1; TW201820821A

Abstract

乙太網供電之偵測電路及偵測電流產生方法。乙太網供電之偵測電路設置於一供電端，用來於一第一偵測模式產生一第一偵測電流以針對一第一種類之受電端進行偵測，以及於一第二偵測模式產生一第二偵測電流以針對一第二種類之受電端進行偵測，該偵測電路包含：一第一電流源群組，包含至少一第一電流源，用來於該第一偵測模式產生部分該第一偵測電流；以及一第二電流源群組，包含複數第二電流源，用來於該第一偵測模式產生部分該第一偵測電流，以及於該第二偵測模式產生該第二偵測電流。該第一電流源群組在該第二偵測模式不產生電流。

Description

乙太網供電之偵測電路及其偵測電流產生方法

本發明是關於乙太網供電，尤其是關於乙太網供電之偵測電路及其偵測電流產生方法。

乙太網供電（power over Ethernet, POE）的系統中包含供電端（power sourcing equipment, PSE）及受電端（power device, PD）。受電端具有不同的種類。在國際電機電子工程師學會（Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE）制訂乙太網供電的相關標準（例如IEEE 802.3af）之前所製造的受電端（以下稱為非標準受電端）允許較大的電容，而在該標準制訂之後所製造的受電端（以下稱為標準受電端）的電容較小。供電端可依需求決定是否對非標準受電端進行偵測並供電，若要偵測非標準受電端則需要一較大電流來進行偵測。如何在提供大電流的同時不增加供電端之偵測電路的電路面積則是此領域的重要課題。

鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種乙太網供電之偵測電路及其偵測電流產生方法，以減少電路面積。

本發明揭露一種乙太網供電之偵測電路，設置於一供電端，用來於一第一偵測模式產生一第一偵測電流以及於一第二偵測模式產生一第二偵測電流，以偵測一受電端之種類，包含：一輸出埠；一第一電流源，用來於該第一偵測模式產生一第一電流；一第二電流源，用來於該第二偵測模式選擇性地產生一第二電流；一第三電流源，用來於該第二偵測模式選擇性地產生一第三電流；以及一控制單元，耦接該第一、第二及第三電流源，用來於該第一偵測模式控制該第一電流輸出至該輸出埠，以使該第一偵測電流包含該第一電流，以及於該第二偵測模式控制該第一電流停止輸出至該輸出埠，並且控制該第二電流及該第三電流的至少其中之一輸出至該輸出埠，以使該第二偵測電流包含該第二電流及該第三電流的至少其中之一。

本發明另揭露一種乙太網供電之偵測電路，設置於一供電端，用來於一第一偵測模式產生一第一偵測電流以針對一第一種類之受電端進行偵測，以及於一第二偵測模式產生一第二偵測電流以針對一第二種類之受電端進行偵測，該偵測電路包含：一第一電流源群組，包含至少一第一電流源，用來於該第一偵測模式產生部分該第一偵測電流；以及一第二電流源群組，包含複數第二電流源，用來於該第一偵測模式產生部分該第一偵測電流，以及於該第二偵測模式產生該第二偵測電流。該第一電流源群組在該第二偵測模式不產生電流。

本發明另揭露一種乙太網供電之偵測電流產生方法，應用於一乙太網供電之供電端，用來於一第一偵測模式產生一第一偵測電流以針對一第一種類之受電端進行偵測，以及於一第二偵測模式產生一第二偵測電流以針對一第二種類之受電端進行偵測，該方法包含：於該第一偵測模式利用一第一電流源群組產生部分該第一偵測電流，該第一電流源群組包含至少一第一電流源；於該第一偵測模式利用一第二電流源群組產生部分該第一偵測電流，該第二電流源群組包含複數第二電流源；於該第二偵測模式控制該第一電流源群組不產生電流；以及於該第二偵測模式利用該第二電流源群組產生該第二偵測電流。

本發明之乙太網供電之偵測電路及其偵測電流產生方法能夠提供大電流且避免增加電路面積。相較於習知技術，本發明之乙太網供電之偵測電路能夠以較小的電路面積產生所需的偵測電流，以供乙太網供電之供電端進行非標準受電端的偵測及標準受電端的偵測。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。

以下說明內容之技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。

本發明之揭露內容包含乙太網供電之偵測電路及其偵測電流產生方法。由於本發明之乙太網供電之偵測電路所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下說明對於已知元件的細節將予以節略。此外，本發明之偵測電流產生方法可以是軟體及/或韌體配合硬體之形式，並且可藉由本發明之乙太網供電之偵測電路或其等效裝置來執行，在不影響該方法發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下方法發明之說明將著重於步驟內容而非硬體。

圖1係本發明之乙太網供電系統的示意圖。乙太網供電系統100包含一個供電端110及三個受電端120-1、120-2及120-3，三個受電端分別連接供電端110的連接埠1~3（圖未示）。在此假設受電端120-1為標準受電端，受電端120-2及120-3為非標準受電端。為了能夠對受電端120-1~120-3正確供電，供電端110在供電之前會先透過連接埠1~3偵測受電端120-1~120-3的種類。因為受電端可分為標準受電端及非標準受電端兩種，所以供電端110包含標準受電端偵測模式及非標準受電端偵測模式。兩種模式會在連接埠提供不同的偵測電流。更詳細地說，進行非標準受電端的偵測時，供電端110輪流在每個連接埠提供第一偵測電流，以分別對受電端進行偵測；而進行標準受電端的偵測時，供電端110可以同時在每個連接埠提供第二偵測電流，以同時對所有連線的受電端進行偵測。一般而言，因為非標準受電端可能包含大電容，所以第一偵測電流大於第二偵測電流。在一個實施例中，第一偵測電流在偵測過程中實質上維持固定，其等級例如是100μA~2mA，第二偵測電流在偵測過程中可能改變，其等級例如是100μA~900μA。

圖2係供電端110之內部的偵測電路的局部電路圖。偵測電路200包含第一電流源群組210、第二電流源群組220、輸出埠230及控制單元240。第一電流源群組210包含至少一個電流源，第二電流源群組220包含複數個電流源。每個電流源連接於輸出埠230與參考電壓Vref（例如接地）之間。此實施例中第一電流源群組210包含電流源212，第二電流源群組220包含電流源222-1~222-n，n為正整數。第一電流源群組210與第二電流源群組220並聯，亦即電流源212及222-1~222-n皆並聯。第一電流源群組210用來於非標準受電端偵測模式提供部分該前述的第一偵測電流，第二電流源群組220主要用來於標準受電端偵測模式提供前述的第二偵測電流。一般而言，第一電流源群組210的電流總和大於第二電流源群組220的電流總和，亦即I ₁＞I ₂₁+I ₂₂+…+I _2n。電流源212及電流源222-1~222-n可以由電晶體實作（例如以互補式金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS）的製程方式），並基於電流鏡（current mirror）的技術來產生所需的電流。通常產生的電流愈大，電流源所占的電路面積也愈大。因此電流源212為所有電流源當中占最大面積者。只要減小電流源212的面積，便可有效地減少偵測電路200整體的電路面積。其中一個方法為提高電流源212之電流鏡的不匹配（mismatch）程度（不匹配程度愈低，產生的電流愈準確，但需要較大的電路面積）以縮小電路面積。但此方法卻會造成電流I ₁無法達到第一偵測電流的目標值。因此本發明在縮小電流源212的電路面積的同時，採用了以下的電流補償方法。

設計第一電流源群組210時，刻意將其電流（或電流的總和）設計為較第一偵測電流的目標值低，不足的部分藉由第二電流源群組220的電流補足。舉例來說，假設第一偵測電流的目標值為2mA，且第二電流源群組220包含4個電流源222-1~222-4，則第一電流源群組210的電流（在圖2的實施例中即為電流源212的電流）可以設計為2mA-K，K可以是電流I ₂₁~I ₂₄之組合的中間值。更詳細地說，假設電流I ₂₁~I ₂₄分別為240μA、120μA、60μA及30μA，則電流源222-1~222-4共可在輸出埠230貢獻16種電流值，範圍可由0μA（全部關閉）至450μA（全部開啟），而且因為電流源222-1~222-4的不匹配程度較低，所以第二電流源群組220的輸出電流相對準確。因此，在此範例中，電流I ₂₁~I ₂₄之組合的中間值為240μA（只有電流I ₂₁通過輸出埠230）或是210μA（電流I ₂₂、I ₂₃、I ₂₄通過輸出埠230），K值便可以選為240μA或210μA以方便之後進行補償。電流源群組220的複數電流源的電流比值可以是二的冪次關係，例如上述的例子中，I ₂₁:I ₂₂:I ₂₃:I ₂₄=8:4:2:1，但不以此為限。

圖3為本發明之電流校正的流程圖，可由控制單元240執行，控制單元240例如是數位的邏輯電路，藉由發送控制訊號Ctrl控制電流源是否輸出電流。承上例，假設K值選為240μA，第一電流源群組210的電流便設定為2mA-240μA（亦即第一電流源群組210之電流的標稱值（nominal value）為2mA-240μA）。一開始先令第一電流源群組210的電流源（本例中只有電流源212）的電流通過輸出埠230，並同時令第二電流源群組220中至少一電流源的電流通過輸出埠230（步驟S310）。更詳細地說，此步驟選取第二電流源群組220中對應K值的電流源（此例為電流源222-1）的電流通過輸出埠230。理想上，此時通過輸出埠230的電流總和Io應為第一電流源群組210之電流的標稱值（即2mA-240μA）與電流源222-1的電流（即240μA）的總和（等於2mA）。但因為電流源212本身的不匹配程度高，所以可能有些許誤差。因此接下來量測輸出埠230的電流Io以得到量測結果R（步驟S320），控制單元240再根據量測結果R判斷通過輸出埠230的電流Io是否等於第一偵測電流的目標值，或者兩者的差值小於一預設值（步驟S330），控制單元240再依據判斷結果決定是否調整第二電流源群組220的組態。

如果步驟S330判斷為否，表示通過輸出埠230的電流Io與第一偵測電流的目標值相差仍大於該預設值，此時控制單元240切換第二電流源群組220的電流源（步驟S340），藉由調整第二電流源群組220的輸出電流來補償第一電流源群組210的電流。切換完後再次進行步驟S320及步驟S330，直到步驟S330判斷為是，此時便可決定偵測電路200之電流源的組態（步驟S350）。舉例來說，假設I ₁+I ₂₁為2mA-30μA（亦即I ₁+I ₂₁較第一偵測電流的目標值少30μA），則經過上述的校正程序後，偵測電路200對應輸出電流Io=2mA的電流源組態為：電流源212、222-1及222-4開啟，並且電流源222-2及222-3關閉。在將來進行非標準受電端的偵測時，控制單元240使電流源212、222-1及222-4的電流通過輸出埠230，以使輸出電流Io達到或趨近第一偵測電流的目標值。

請注意，在不同的實施例中，假設第一電流源群組210的電流最初設計為2mA-210μA（即K=210μA），則在步驟S310中，便會選取第二電流源群組220中對應K=210μA的電流源（即電流源222-2、222-3及222-4，因為三者的電總和為210μA）的電流通過輸出埠230。並且假設I ₁+I ₂₂+I ₂₃+I ₂₄同樣為2mA-30μA（亦即較第一偵測電流的目標值少30μA），則在步驟S340中控制單元240控制第二電流源群組220的輸出電流增加（例如致能電流源222-1且不致能電流源222-2~222-4）。最後步驟S350將決定電流源的組態為：電流源212及222-1開啟，並且電流源222-2~222-4關閉。

以下以供電端110先進行標準受電端之偵測再進行非標準受電端之偵測為例，說明供電端110之偵測電路200如何產生偵測電流，但偵測順序不以此為限。在標準受電端之偵測模式，控制單元240控制第一電流源群組210不輸出電流，並且控制第二電流源群組220在輸出埠230產生前述的第二偵測電流，第二偵測電流由連接埠輸出至受電端。在一個實施例中，為了縮短偵測時間，偵測電路200可以包含與供電端110之連接埠相同個數的第二電流源群組220（亦即本實施例中偵測電路200包含三組第二電流源群組220，另兩組圖未示），以同時在三個連接埠輸出第二偵測電流。偵測期間，控制單元240不斷地切換電流源222-1~222-n，以使第二輸出電流得到不同的電流值（至多有2 ⁿ種變化）。控制單元240可以依據第二偵測電流在受電端產生的跨壓大小及/或電壓隨時間變化的情形得知受電端是否為標準受電端。以不同的第二偵測電流進行偵測可以得知跨壓的偏移量（offset），進而提高偵測的準確度。如圖1的實施例所示，標準受電端之偵測模式結束後，供電端110可得知受電端120-1為標準受電端。

在非標準受電端之偵測模式，控制單元240控制第一電流源群組210輸出電流，並且控制第二電流源群組220依據前述的校正結果（亦即步驟S350所決定的電流源組態）輸出電流，也就是說第一偵測電流由第一電流源群組210及第二電流源群組220的輸出電流組成。第一偵測電流經由輸出埠230提供至連接埠，再輸出至受電端。在一個實施例中，供電端110輪流經由該些連接埠輸出該第一偵測電流，也就是說，所有連接埠可共用第一電流源群組210。當第一偵測電流由連接埠2輸出時，由第一電流源群組210提供第一偵測電流的一部分，並由對應連接埠2之第二電流源群組220依據前述的電流源組態提供第一偵測電流的其他部分，對於其他連接埠同理，不再贅述。承上例，由於受電端120-1已在標準受電端之偵測模式中確認是標準受電端，所以在非標準受電端之偵測模式中供電端110只需輪流由連接埠2及連接埠3輸出第一偵測電流即可。

前述的第一電流源群組可以包含不只一個電流源。圖4係供電端110之內部的偵測電路的局部電路圖的另一實施例。偵測電路400包含第一電流源群組410、第二電流源群組220、輸出埠230及控制單元240。第一電流源群組410包含m個並聯的電流源（412-1~412-m），m為正整數。在校正及偵測程序中，第一電流源群組410的所有電流源同時輸出或同時不輸出電流。也就是說，第一電流源群組410的電流源412-1~412-m可以等效為第一電流源群組210的單一電流源212。

除前述之偵測電路外，本發明亦相對應地揭露了一種偵測電流產生方法，應用於乙太網供電之供電端，以用於標準受電端及非標準受電端的偵測程序。本方法由前述的偵測電路或其等效裝置執行。圖5為本方法其中一實施例的流程圖，包含下列步驟：步驟S510：於標準受電端偵測模式利用第二電流源群組產生第二偵測電流，以進行標準受電端的偵測。如圖2及圖4之實施例所示，第二電流源群組包含複數個電流源，第二偵測電流由該些電流源所產生的電流組合而成。此步驟中令第一電流源群組不產生電流，或是令其產生的電流無法輸出至偵測電路的輸出埠；以及步驟S520：於非標準受電端偵測模式利用第一及第二電流源群組產生第一偵測電流，以進行非標準受電端的偵測。在此偵測模式，第一電流源群組及第二電流源群組皆輸出電流。第一偵測電流主要由第一電流源群組（可包含一個或一個以上的電流源）提供，第二電流源群組所提供的電流作為補償之用，目的在於使第一偵測電流達到目標值。

由於本技術領域具有通常知識者可藉由圖1、圖2及圖4之裝置發明的揭露內容來瞭解圖3及圖5之方法發明的實施細節與變化，因此，為避免贅文，在不影響該方法發明之揭露要求及可實施性的前提下，重複之說明在此予以節略。請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸、比例以及步驟之順序等僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，非用以限制本發明。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

100 乙太網供電系統 110 供電端 120-1~120-3 受電端 200 偵測電路 210、410 第一電流源群組 212、222-1~222-n、412-1~412-m 電流源 220 第二電流源群組 230 連接埠 240 控制單元 400 偵測電路 S310～S350、S510~S520 步驟

［圖1］為本發明之乙太網供電系統的示意圖；［圖2］為供電端110之內部的偵測電路的局部電路圖；［圖3］為本發明之電流校正的流程圖；［圖4］為供電端110之內部的偵測電路的局部電路圖的另一實施例；以及［圖5］為本發明偵測電流產生方法其中一實施例的流程圖。

Claims

一種乙太網供電之偵測電路，設置於一供電端，用來於一第一偵測模式產生一第一偵測電流以及於一第二偵測模式產生一第二偵測電流，以偵測一受電端之種類，包含：一輸出埠；一第一電流源，用來於該第一偵測模式產生一第一電流；一第二電流源，用來於該第二偵測模式選擇性地產生一第二電流；一第三電流源，用來於該第二偵測模式選擇性地產生一第三電流；以及一控制單元，耦接該第一、第二及第三電流源，用來於該第一偵測模式控制該第一電流輸出至該輸出埠，以使該第一偵測電流包含該第一電流，以及於該第二偵測模式控制該第一電流停止輸出至該輸出埠，並且控制該第二電流及該第三電流的至少其中之一輸出至該輸出埠，以使該第二偵測電流包含該第二電流及該第三電流的至少其中之一；其中該第一偵測電流係用來偵測一第一種類之受電端，該第二偵測電流係用來偵測一第二種類之受電端，該第一種類之受電端的電容大於該第二種類之受電端的電容，該第一電流的標稱值(nominal value)為該第一偵測電流的理想值減去該第二電流的電流值，且該第二電流大於該第三電流。
如申請專利範圍第1項所述之偵測電路，其中該控制單元更於該第一偵測模式控制該第二電流及該第三電流的至少其中之一輸出至該輸出埠，以使該第一偵測電流包含該第一電流以及該第二電流與該第三電流的至少其中之一。
一種乙太網供電之偵測電路，設置於一供電端，用來於一第一偵測模式產生一第一偵測電流以針對一第一種類之受電端進行偵測，以及於一第二偵測模式產生一第二偵測電流以針對一第二種類之受電端進行偵測，該偵測電路包含：一第一電流源群組，包含至少一第一電流源，用來於該第一偵測模式產生部分該第一偵測電流；一第二電流源群組，包含複數第二電流源，用來於該第一偵測模式產生部分該第一偵測電流，以及於該第二偵測模式產生該第二偵測電流；以及一第三電流源群組，包含複數第三電流源，用來於該第一偵測模式產生部分該第一偵測電流，以及於該第二偵測模式產生該第二偵測電流；其中，該第一電流源群組在該第二偵測模式不產生電流；其中該供電端包含用來連接不同受電端之一第一連接埠及一第二連接埠，該第一連接埠及該第二連接埠係共用該第一電流源群組；其中在該第二偵測模式，該第二電流源群組產生該第二偵測電流至該第一連接埠以及該第三電流源群組產生該第二偵測電流至該第二連接埠。
如申請專利範圍第3項所述之偵測電路，其中，在該第一偵測模式該第一偵測電流實質上維持固定，在該第二偵測模式該些第二電流源產生不同的第二偵測電流。