TWI641217B - 具備同軸纜線供電功能的電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種具備同軸纜線供電功能的電子裝置，其包括傳輸埠、低通濾波電路、動態阻抗電路及切換式電源轉換電路。傳輸埠耦接同軸纜線。低通濾波電路耦接傳輸埠以接收來自同軸纜線的混合信號，且對混合信號進行濾波以取得第一電源。動態阻抗電路耦接低通濾波電路以接收並儲存第一電源，並據以提供第二電源。切換式電源轉換電路耦接動態阻抗電路以接收第二電源，且將第二電源轉換為工作電源。動態阻抗電路反應於第二電源的電流量變化而動態地改變動態阻抗電路的阻抗，以防止切換式電源轉換電路的雜訊反饋至傳輸埠。

Description

具備同軸纜線供電功能的電子裝置
本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種具備同軸纜線供電功能的電子裝置。
在纜線供電(Power over Coax，簡稱PoC)系統中，主設備可透過其內部的電源電路及低通電路提供電源，且可透過其內部的收發電路及高通電路提供通信資料。主設備可將通信資料載於電源並透過同軸纜線(coaxial cable)傳送至遠端設備。而遠端設備可透過其內部的低通電路對同軸纜線的信號進行低通濾波以取得電力，且透過其內部的高通電路對同軸纜線的信號進行高通濾波以取得通信資料。如此一來，主設備可透過同軸纜線而達到對遠端設備進行供電及通信的目的。
一般來說，主設備的低通電路與遠端設備的低通電路通常須採用特定的多個RLC電路的串聯組合以達到彼此匹配的效果，從而避免影響資料通信頻段(高頻段)的阻抗特性，以及防止電源的雜訊透過低通電路傳導至同軸纜線而影響通信資料的信號品質。一旦通信資料的信號品質受到影響，將會導致主設備與遠端設備之間的通信失敗。因此主設備的低通電路與遠端設備的低通電路的匹配至關重要，其乃是影響主設備及遠端設備產品品質的關鍵所在。
然而，主設備與遠端設備中的低通電路採用特定的多個RLC電路會使電路的設計複雜化。除此之外，當遠端設備進行小型化設計時，多個RLC電路也會因為其元件的密集排列而造成元件之間產生信號干擾，導致電路設計的困難度變高。特別是，若遠端設備採用切換式電源轉換電路來對電源進行處理，則切換式電源轉換電路的開關切換時所產生的雜訊仍有可能透過此些RLC電路而反饋至同軸纜線，從而干擾通信資料。
有鑑於此，本發明提供一種具備同軸纜線供電功能的電子裝置，藉以解決先前技術中所述及的問題。
本發明的電子裝置包括傳輸埠、低通濾波電路、動態阻抗電路以及切換式電源轉換電路。傳輸埠用以耦接同軸纜線以進行電源及資料傳輸運作。低通濾波電路耦接傳輸埠以接收來自同軸纜線的混合信號，且對混合信號進行濾波以取得第一電源。動態阻抗電路耦接低通濾波電路以接收並儲存第一電源，並據以提供第二電源。切換式電源轉換電路耦接動態阻抗電路以接收第二電源，且對第二電源的電壓進行轉換以產生電子裝置運作所需的工作電源。動態阻抗電路反應於第二電源的電流量變化而動態地改變動態阻抗電路的阻抗，以防止切換式電源轉換電路的雜訊反饋至傳輸埠。
在本發明的一實施例中，當第二電源的電流反應於切換式電源轉換電路的切換運作而大於或等於參考電流值時，動態阻抗電路調高阻抗以將擷取自第一電源的電流維持在參考電流值，以防止切換式電源轉換電路切換運作時所產生的雜訊反饋至傳輸埠。
在本發明的一實施例中，動態阻抗電路包括限流器以及電容器。限流器耦接在低通濾波電路與切換式電源轉換電路之間，用以傳輸第一電源，且限制擷取自第一電源的電流。電容器耦接在限流器與接地端之間，用以根據第一電源進行儲能，以及與限流器協同運作以提供第二電源。
在本發明的一實施例中，當第二電源的電流小於參考電流值時，限流器將第一電源做為第二電源，以對電容器充電及對切換式電源轉換電路供電。
在本發明的一實施例中，當第二電源的電流大於或等於參考電流值時，限流器與電容器提供第二電源以對切換式電源轉換電路供電，且限流器限制第一電源的電流於參考電流值。
在本發明的一實施例中，低通濾波電路為電感器。
在本發明的一實施例中，動態阻抗電路包括雙載子接面電晶體及電容器。雙載子接面電晶體的射極端耦接低通濾波電路。雙載子接面電晶體的集極端耦接切換式電源轉換電路。雙載子接面電晶體的基極端接收參考電壓以使雙載子接面電晶體為導通狀態。電容器耦接在雙載子接面電晶體的集極端與接地端之間，用以根據第一電源進行儲能，以及與雙載子接面電晶體協同運作以提供第二電源。
在本發明的一實施例中，動態阻抗電路包括場效電晶體及電容器。場效電晶體的源極端耦接低通濾波電路。場效電晶體的汲極端耦接切換式電源轉換電路。場效電晶體的閘極端接收參考電壓以使場效電晶體為導通狀態。電容器耦接在場效電晶體的汲極端與接地端之間，用以根據第一電源進行儲能，以及與場效電晶體協同運作以提供第二電源。
在本發明的一實施例中，動態阻抗電路包括低壓降穩壓器及電容器。低壓降穩壓器耦接在低通濾波電路與切換式電源轉換電路之間，用以傳輸第一電源，且限制擷取自第一電源的電流。電容器耦接在低壓降穩壓器與接地端之間，用以根據第一電源進行儲能，以及與低壓降穩壓器協同運作以提供第二電源。
基於上述，在本發明實施例所提出的電子裝置中，動態阻抗電路可防止切換式電源轉換電路切換時所產生的雜訊反饋至同軸纜線，以避免干擾同軸纜線上的通信資料。因此，電子裝置中的低通濾波電路無須採用多個RLC電路的串聯組合來與同軸纜線另一端的主裝置的低通濾波電路匹配。如此一來，不僅可降低電子裝置的電路設計的困難度及複雜度，更有利於電子裝置實現小型化。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
為了使本發明之內容可以被更容易明瞭，以下特舉實施例做為本發明確實能夠據以實施的範例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件，係代表相同或類似部件。
以下請參照圖1，圖1是依照本發明一實施例所繪示的具備同軸纜線供電功能的電子裝置100的應用及電路方塊示意圖。如圖1所示，主裝置900耦接在同軸纜線500的一端，而電子裝置100耦接在同軸纜線500的另一端。主裝置900可透過同軸纜線500對電子裝置100供電。除此之外，主裝置900與電子裝置100可透過同軸纜線500進行通信(信號傳輸)。詳細來說，主裝置900可將所欲傳輸的資料信號與電源進行混合，以產生並輸出混合信號MS至同軸纜線500。
如圖1所示，電子裝置100可包括傳輸埠110、低通濾波電路120、動態阻抗電路130、切換式電源轉換電路140、高通濾波電路150以及收發電路160，但本發明不限於此。傳輸埠110可例如是同軸纜線接頭，用以耦接同軸纜線500以與主裝置900進行電源及資料傳輸運作。低通濾波電路120耦接傳輸埠110以接收來自同軸纜線500的混合信號MS，且對混合信號MS進行濾波以取得第一電源PW1。
動態阻抗電路130耦接低通濾波電路120以接收並儲存第一電源PW1，並據以提供第二電源PW2。切換式電源轉換電路140耦接動態阻抗電路130以接收第二電源PW2，且對第二電源PW2的電壓進行轉換以產生電子裝置100運作所需的工作電源PWS。
高通濾波電路150耦接傳輸埠110以接收來自同軸纜線500的混合信號MS，且對混合信號MS進行高通濾波以取得資料信號DS。收發電路160耦接高通濾波電路150以接收資料信號DS，並傳輸資料信號DS至電子裝置100的後端電路(未繪示)以進行後續的信號處理。
特別的是，動態阻抗電路130可反應於第二電源PW2的電流量變化而動態地改變動態阻抗電路130的阻抗，以防止切換式電源轉換電路140的雜訊反饋至傳輸埠110及同軸纜線500。如此一來，可避免混合信號MS中的資料信號DS被干擾而導致主裝置900與電子裝置100之間通信失敗的情況發生。
更進一步來說，當切換式電源轉換電路140自第二電源PW2所擷取的電流I2小於參考電流值Ir時，動態阻抗電路130內部的阻抗為低阻抗狀態，因此動態阻抗電路130將第一電源PW1做為第二電源PW2以對切換式電源轉換電路140供電。此時第一電源PW1的電流I1小於參考電流值Ir。
當切換式電源轉換電路140進行切換運作而從第二電源PW2所擷取的電流I2大於或等於參考電流值Ir時，動態阻抗電路130可調高內部的阻抗而將擷取自第一電源PW1的電流I1維持在參考電流值Ir，以防止切換式電源轉換電路140進行切換運作時所產生的雜訊反饋至傳輸埠110及同軸纜線500。換句話說，在切換式電源轉換電路140中的開關被切換且自第二電源PW2擷取的電流I2發生巨大變化的情況下，第一電源PW1的電流I1並不會超過參考電流值Ir，如此一來，可避免第一電源PW1的電流I1產生巨大變化而在傳輸埠110上產生突波雜訊。
在本發明的一實施例中，低通濾波電路120可例如是電感器，但本發明不限於此。
在本發明的一實施例中，切換式電源轉換電路140可例如是升壓式電源轉換電路或降壓式電源轉換電路。關於上述各種電源轉換電路的架構與運作方式均屬本發明相關領域具有通常知識者所熟識的技術，因而在此並不再加以贅述。
在本發明的一實施例中，高通濾波電路150可採用常見的高通濾波器來實現，而收發電路160則可採用已知的傳送接收電路來實現，但本發明不限於此。
以下請合併參照圖1及圖2，圖2是依照本發明一實施例所繪示的動態阻抗電路130的電路方塊示意圖。動態阻抗電路130可包括限流器232以及電容器234，但本發明並不於此。限流器232耦接在低通濾波電路120(示於圖1)與切換式電源轉換電路140(示於圖1)之間，用以傳輸第一電源PW1，且限制擷取自第一電源PW1的電流I1。電容器234耦接在限流器232與接地端GND之間，用以根據第一電源PW1進行儲能，以及與限流器232協同運作以提供第二電源PW2。
以下將針對電子裝置100汲取電力的運作進行更詳細的說明。請合併參照圖1、圖3A及圖3B，圖3A及圖3B是依照本發明實施例所繪示的電子裝置100汲取電力時的等效電路示意圖。由於主設備900(示於圖1)所提供的電力為直流電或低頻交流電而無法通過高通濾波電路150，故就電力的觀點來說，高通濾波電路150可被視為斷路狀態。相對地，電力可通過低通濾波電路120以做為第一電源PW1，故就電力的觀點來說，低通濾波電路120可被視為導通狀態。另外，限流器232可等效為一可控電流源，其所提供的電流I1的最大值為參考電流值Ir。
如圖3A所示，當第二電源PW2的電流I2小於參考電流值Ir時，限流器232可將第一電源PW1做為第二電源PW2，以同時對電容器234充電(透過電流I3)及對切換式電源轉換電路140供電(透過電流I2)。
相對地，如圖3B所示，當第二電源PW2的電流I2大於或等於參考電流值Ir時，限流器232將限制第一電源PW1的電流I1於參考電流值Ir，且限流器232與電容器234將提供第二電源PW2以對切換式電源轉換電路140供電。也就是說，限流器232與電容器234分別透過電流I1及I3’對切換式電源轉換電路140進行並聯供電。可以理解的是，由於限流器232限制了擷取自第一電源PW1的電流I1，故限流器232的限流特性實質上可視為提高了動態阻抗電路130的阻抗。
以下請合併參照圖1及圖4，圖4是依照本發明另一實施例所繪示的動態阻抗電路430的電路方塊示意圖。動態阻抗電路430可包括低壓降穩壓器(Low Dropout Regulator，簡稱LDO)432以及電容器434，但本發明並不於此。低壓降穩壓器耦接在低通濾波電路120(示於圖1)與切換式電源轉換電路140(示於圖1)之間，用以傳輸第一電源PW1，且限制擷取自第一電源PW1的電流I1。電容器434耦接在低壓降穩壓器432與接地端GND之間，用以根據第一電源PW1進行儲能，以及與低壓降穩壓器432協同運作以提供第二電源PW2。低壓降穩壓器432可採用已知的具有限流功能的穩壓積體電路來實現。由於低壓降穩壓器432具備穩壓及限流的功能，故可防止切換式電源轉換電路140切換時所產生的雜訊反饋至同軸纜線500。
以下請合併參照圖1及圖5，圖5是依照本發明又一實施例所繪示的動態阻抗電路530的電路方塊示意圖。動態阻抗電路530可包括雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistor，簡稱BJT)532以及電容器534，但本發明並不於此。雙載子接面電晶體532的射極端耦接低通濾波電路120，雙載子接面電晶體532的集極端耦接切換式電源轉換電路140，雙載子接面電晶體532的基極端接收參考電壓Vref以使雙載子接面電晶體532為導通狀態。電容器534耦接在雙載子接面電晶體532的集極端與接地端GND之間，用以根據第一電源PW1進行儲能，以及與雙載子接面電晶體532協同運作以提供第二電源PW2。可以理解的是，由於雙載子接面電晶體532本身具有動態阻抗及限電流的特性，故可防止切換式電源轉換電路140切換時所產生的雜訊反饋至同軸纜線500。附帶一提的是，雖然圖5實施例所繪示的雙載子接面電晶體532為pnp型雙載子接面電晶體，但本發明不限於此，在本發明的其他實施例中，圖5的雙載子接面電晶體532也可採用npn型雙載子接面電晶體來實現。
以下請合併參照圖1及圖6，圖6是依照本發明又一實施例所繪示的動態阻抗電路630的電路方塊示意圖。動態阻抗電路630可包括場效電晶體(Field-Effect Transistor，簡稱FET)632以及電容器634，但本發明並不於此。場效電晶體632的源極端耦接低通濾波電路120，場效電晶體632的汲極端耦接切換式電源轉換電路140，場效電晶體632的閘極端接收參考電壓Vref以使場效電晶體632為導通狀態。電容器634耦接在場效電晶體632的汲極端與接地端GND之間，用以根據第一電源PW1進行儲能，以及與場效電晶體632協同運作以提供第二電源PW2。可以理解的是，由於場效電晶體632本身具有動態阻抗及限電流的特性(例如飽和區的特性)，故可防止切換式電源轉換電路140切換時所產生的雜訊反饋至同軸纜線500。附帶一提的是，雖然圖6實施例所繪示的場效電晶體632為P型金氧半場效電晶體(P-type Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，縮寫：PMOS），但本發明不限於此，在本發明的其他實施例中，圖6的場效電晶體632也可採用各種不同類型的場效電晶體來實現。
綜上所述，在本發明實施例所提出的電子裝置中，動態阻抗電路可防止切換式電源轉換電路切換時所產生的雜訊反饋至同軸纜線，以避免干擾同軸纜線上的通信資料。因此，電子裝置中的低通濾波電路無須採用多個RLC電路的串聯組合來與同軸纜線另一端的主裝置的低通濾波電路匹配。如此一來，不僅可降低電子裝置的電路設計的困難度及複雜度，更有利於電子裝置實現小型化。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧傳輸埠
120‧‧‧低通濾波電路
130、430、530、630‧‧‧動態阻抗電路
140‧‧‧切換式電源轉換電路
150‧‧‧高通濾波電路
160‧‧‧收發電路
232‧‧‧限流器
234、434、534、634‧‧‧電容器
432‧‧‧低壓降穩壓器
500‧‧‧同軸纜線
532‧‧‧雙載子接面電晶體
632‧‧‧場效電晶體
900‧‧‧主裝置
DS‧‧‧資料信號
GND‧‧‧接地端
MS‧‧‧混合信號
I1、I2、I3、I3’‧‧‧電流
Ir‧‧‧參考電流值
PW1‧‧‧第一電源
PW2‧‧‧第二電源
PWS‧‧‧工作電源
Vref‧‧‧參考電壓
下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。 圖1是依照本發明一實施例所繪示的具備同軸纜線供電功能的電子裝置的應用及電路方塊示意圖。 圖2是依照本發明一實施例所繪示的動態阻抗電路的電路方塊示意圖。 圖3A及圖3B是依照本發明實施例所繪示的電子裝置汲取電力時的等效電路示意圖。 圖4是依照本發明另一實施例所繪示的動態阻抗電路的電路方塊示意圖。 圖5是依照本發明又一實施例所繪示的動態阻抗電路的電路方塊示意圖。 圖6是依照本發明又一實施例所繪示的動態阻抗電路的電路方塊示意圖。

Claims (9)

  1. 一種具備同軸纜線供電功能的電子裝置，包括： 一傳輸埠，用以耦接一同軸纜線以進行電源及資料傳輸運作； 一低通濾波電路，耦接該傳輸埠以接收來自該同軸纜線的一混合信號，且對該混合信號進行濾波以取得一第一電源； 一動態阻抗電路，耦接該低通濾波電路以接收並儲存該第一電源，並據以提供一第二電源；以及 一切換式電源轉換電路，耦接該動態阻抗電路以接收該第二電源，且對該第二電源的電壓進行轉換以產生該電子裝置運作所需的工作電源， 其中該動態阻抗電路反應於該第二電源的電流量變化而動態地改變該動態阻抗電路的一阻抗，以防止該切換式電源轉換電路的一雜訊反饋至該傳輸埠。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中當該第二電源的電流反應於該切換式電源轉換電路的切換運作而大於或等於一參考電流值時，該動態阻抗電路調高該阻抗以將擷取自該第一電源的電流維持在該參考電流值，以防止該切換式電源轉換電路切換運作時所產生的該雜訊反饋至該傳輸埠。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該動態阻抗電路包括： 一限流器，耦接在該低通濾波電路與該切換式電源轉換電路之間，用以傳輸該第一電源，且限制擷取自該第一電源的電流；以及 一電容器，耦接在該限流器與一接地端之間，用以根據該第一電源進行儲能，以及與該限流器協同運作以提供該第二電源。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電子裝置，其中： 當該第二電源的電流小於一參考電流值時，該限流器將該第一電源做為該第二電源，以對該電容器充電及對該切換式電源轉換電路供電。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的電子裝置，其中： 當該第二電源的電流大於或等於一參考電流值時，該限流器與該電容器提供該第二電源以對該切換式電源轉換電路供電，且該限流器限制該第一電源的該電流於該參考電流值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該低通濾波電路為一電感器。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該動態阻抗電路包括： 一雙載子接面電晶體，該雙載子接面電晶體的射極端耦接該低通濾波電路，該雙載子接面電晶體的集極端耦接該切換式電源轉換電路，該雙載子接面電晶體的基極端接收一參考電壓以使該雙載子接面電晶體為導通狀態；以及 一電容器，耦接在該雙載子接面電晶體的該集極端與一接地端之間，用以根據該第一電源進行儲能，以及與該雙載子接面電晶體協同運作以提供該第二電源。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該動態阻抗電路包括： 一場效電晶體，該場效電晶體的源極端耦接該低通濾波電路，該場效電晶體的汲極端耦接該切換式電源轉換電路，該場效電晶體的閘極端接收一參考電壓以使該場效電晶體為導通狀態；以及 一電容器，耦接在該場效電晶體的該汲極端與一接地端之間，用以根據該第一電源進行儲能，以及與該場效電晶體協同運作以提供該第二電源。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的電子裝置，其中該動態阻抗電路包括： 一低壓降穩壓器，耦接在該低通濾波電路與該切換式電源轉換電路之間，用以傳輸該第一電源，且限制擷取自該第一電源的電流；以及 一電容器，耦接在該低壓降穩壓器與一接地端之間，用以根據該第一電源進行儲能，以及與該低壓降穩壓器協同運作以提供該第二電源。
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