数据线供电检测及分类方案制造技术

本申请案涉及一种数据线供电检测及分类方案。PoDL系统包含经由线对连接到PD的PSE，其中差分数据及DC电力是通过所述相同线对而传输。一般来说，当所述系统的每一次加电时，需要低电压/电流检测及分类例程以允许所述PD将其PoDL需求传达到所述PSE。描述简化或消除此类启动例程或使所述PoDL系统具有增加的灵活性的各种技术。此类技术包含：指定特定PD操作电压的方法；在此类例程期间禁用所述PD的UVLO电路的方法；针对所述两个例程使用相反极性电压；使用电压限制器或浪涌保护器以传达PoDL信息；检测回路电阻；使用PSE存储器来存储所述例程的先前结果；及使用所述线对为PD通信电路供电，同时PD负载由替代电源供电。

【技术实现步骤摘要】
相关申请案的交叉参考本申请案基于2013年11月26日由杰弗里·希斯(JeffreyHeath)等人申请的序列号为61/909,232的美国临时申请案且主张其优先权，所述临时申请案以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及数据线供电(PoDL)系统，其中来自供电设备(PSE)的电力通过单线对(其也用于传导差分数据信号，一般是以太网信号)传输到被供电装置(PD)，且其中在施加全PoDL电压到所述线对之前执行握手例程。
技术介绍
已知通过数据线传输电力以便对远程设备供电。以太网供电(PoE)为一种此类系统的实例。在PoE中，有限的电力从以太网交换机传输到以太网连接设备(例如，VoIP电话、WLAN发射器、监控摄像机等等)。来自交换机的DC电力通过标准CAT-5缆线中的两个绞合线对而传输。由于DC共模电压不影响数据，因此线对中的一或两者也传输差分数据信号。以这种方式，可消除为被供电装置(PD)提供外部电源的需要。针对PoE的标准在IEEE802.3(其以引用的方式并入本文中)中陈述。在PoE中，尽管沿线对的电压降未知，但供电设备(PSE)为每一类型的PD供应相同的标准化电压，足以确保PD接收至少37V。一种更新的技术为数据线供电(PoDL)，其中电力通过单个绞合线对与差分数据一起被传输。到本专利技术公开时，IEEE正在征询意见以开发作为IEEEP802.3bu的PoDL标准。PoDL与PoE相比可更为灵活且(由于PoDL需要少一个线对)有可能成为流行技术(尤其在汽车中)。设想PoDL的大多数未来应用将需要在由PSE施加全功率/电压到数据线之前在PSE与PD之间进行某种握手。这是因为不同类型的PD可需要不同的电压电平、不同的最大功率电平或不是PoDL兼容的。在所述握手期间也可传达其它信息。此握手可由由PSE在线对上产生的低电力/电压信号组成，且PD可以特征性的方式来响应以向PSE识别所述PD为PoDL兼容的(通常称作检测签名)，以及识别电压及功率需求(通常称作分类签名)等信息。例如，在PoDL的汽车应用中，PSE及PD的类型可由汽车制造商严格管制。这就允许将各种创新及定制的技术用于检测及分类方案。因此，所需要的是可应用于不同应用的各种可能的PoDL检测及分类方案。
技术实现思路
本文揭示针对PoDL系统的各种检测及分类技术。最佳选择将取决于特定应用。所描述的技术的实例包含：传达PD具有PoDL能力的技术。将识别待供应到PD的电压电平的电压签名从所述PD传达到所述PSE的技术。允许所述PSE供应广泛范围的电压到不同类型的PD的技术。将最大功率签名从所述PD传达到所述PSE的技术。在检测/分类测试电压超过UVLO阈值电压的情况下防止所述PD中的欠压锁定(UVLO)电路将数据线上的进线电压耦合到PD负载的技术。允许检测电压极性与分类电压极性相反以隔离两种方案且避免来自其它电路的干扰的技术。基于经箝位电压(高于电压阈值时的低阻抗)产生PD的检测或分类签名的技术，经箝位电压由PD中的箝位电路产生，其中箝位电路可兼作ESD保护电路。基于PD中的浪涌抑制器的阈值电压(高于电压阈值时的高阻抗)产生PD的检测或分类签名的技术，其中浪涌抑制器可兼作ESD保护电路。自动识别PSE与PD之间的回路电阻使得PSE可调整其输出电压以传递经调节电压到PD的技术。检测PD是否仍耦合到PSE(即使当PD不汲取电力时)或检测PD是否已断开连接且被替换的技术。将检测及分类信息存储于在PSE处的存储器中使得无需在每次加电时执行握手的技术。允许主要PD负载由PD侧的替代电源供电，同时也允许PSE经由数据线将电力供应到PD的前端(“物理层”)以使PD在替代电源被禁用时能够通信的技术。描述各种其它实施例。贯穿本专利技术的术语PSE及PD用以识别供应电力的设备及接收电力的设备，且此类设备/装置不限于以太网设备/装置，除非另有指定。附图说明图1说明启用通过单线对的以太网通信及电力传输的PoDL系统，其中PSE可取决于经检测的PD电压需求为PD供应可变电压。图2A说明在握手电压超过UVLO阈值的情况下在足以执行握手的时间内禁用PD中的UVLO电路。图2B为描述图2A的操作的流程图。图3A说明使用相反电压极性来执行检测及分类方案以有效地隔离检测电路及分类电路。图3B为描述图3A的操作的流程图。图4A说明由齐纳二极管或PD中的其它箝位电路的箝位电压量值来传达关于PD的PoDL信息的电路。图4B说明由图4A的箝位电路产生的电压降。图4C为描述在使用箝位电路检测PoDL信息时图4A的操作的流程图。图4D为描述在使用图4A中的箝位电路来确定PSE与PD之间的回路电阻(例如，用于调整PSE的输出电压)时图4A的操作的流程图。图5A说明使用PD中的浪涌抑制器来传达关于PD的PoDL信息以及保护PD免受电压浪涌的影响。图5A还展示在浪涌抑制器已被触发之后传达其它PoDL信息的电阻器。图5B为描述图5A的操作的流程图。图5C说明图5A的浪涌抑制器如何在输入电压达到阈值电平时变成高阻抗。图6A说明关于PD的检测/分类信息如何可存储于在PSE侧的存储器中，且由PSE在加电时存取以避免需要全握手例程从而减少启动时间。图6A还说明传达PD是否仍连接到PSE的在PD中的“维持电力签名”电阻器。图6B为描述关于“维持电力签名”电阻器的图6A的操作的流程图。图6C为描述关于将检测/分类信息存储于存储器中的图6A的操作的流程图。图7A说明使用在PD侧的替代电源为主要PD负载供应电力，同时由PSE为PD的前端供应电力，以使PD在替代电源被禁用的情况下仍能够通信。图7B为描述图7A的操作的流程图。相同或等效元件用相同数字标记。具体实施方式所展示的各种电路表示PoDL系统的相关方面，例如，在何处单个绞合线对承载以太网数据以及检测/分类信息及电力。涉及差分数据路径的PoDL系统的部分独立于本发明且可为常规的。因此，不描述数据路径。在未来PoDL系统中，与标准化PoE系统不同，不同的PD可具有不同的输入电压需求。举例来说，一类型的PD可需要通过线对的经调节5V输入，无需PD电压调节器，而另一PD可需要至少24V且包含用于为PD负载供电的电压调节器。因此，如果PSE必须能够支持各种类型的PD(其可经由线对连接到PSE)，那么PSE必须知道PD的“电压分类”且必须能够产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据线供电PoDL系统，其包括：供电设备PSE，其经由线对耦合到被供电装置PD，其中差分数据信号及DC电力通过所述相同线对而传输；所述PSE中的可变电压转换器，其经耦合以接收输入电压及输出经调节电压，其中所述经调节电压的量值由控制信号控制；所述PD中的分类电路，其耦合到所述线对；所述PSE中的PSE控制器电路，其经配置以产生通过所述线对的分类信号，所述分类信号由所述PD中的所述分类电路接收且由所述分类电路转换以提供通过所述线对的分类签名，其中所述PSE控制器电路检测所述分类签名，且其中所述分类签名识别所述PD的特定电压需求；其中所述PSE控制器经配置以控制所述可变电压转换器从而输出对应于由所述分类签名识别的所述PD的所述特定电压需求的电压；以及PD负载，其耦合到所述线对，接收来自所述可变电压转换器的电力。

【技术特征摘要】
2014.11.24 US 14/552,1641.一种数据线供电PoDL系统，其包括：
供电设备PSE，其经由线对耦合到被供电装置PD，其中差分数据信号及DC电
力通过所述相同线对而传输；
所述PSE中的可变电压转换器，其经耦合以接收输入电压及输出经调节电压，
其中所述经调节电压的量值由控制信号控制；
所述PD中的分类电路，其耦合到所述线对；
所述PSE中的PSE控制器电路，其经配置以产生通过所述线对的分类信号，所
述分类信号由所述PD中的所述分类电路接收且由所述分类电路转换以提供通过所
述线对的分类签名，
其中所述PSE控制器电路检测所述分类签名，且其中所述分类签名识别所述PD
的特定电压需求；
其中所述PSE控制器经配置以控制所述可变电压转换器从而输出对应于由所述
分类签名识别的所述PD的所述特定电压需求的电压；以及
PD负载，其耦合到所述线对，接收来自所述可变电压转换器的电力。
2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：
所述PD中的欠压锁定UVLO电路，其经配置以检测所述线对上的DC电压及确
定所述电压是否在阈值电压之上；
所述UVLO电路包括具有超时周期的定时器电路；以及
所述PSE控制器经配置以在分类阶段期间执行与所述PD的握手例程，在所述分
类阶段中所述PD的PoDL特性被传输到所述PSE，其中至少一些由所述PSE产生
的所述分类信号超过所述UVLO电路的所述阈值电压，
其中所述定时器电路经配置以在所述握手例程期间被启用以阻止所述UVLO电
路在所述超时周期中将所述线对上的所述DC电压施加到所述PD负载，使得所述
PD负载在所述握手例程期间与所述线对解除耦合，尽管所述分类信号超过所述阈
值电压。
3.一种数据线供电PoDL系统，其包括：
供电设备PSE，其经由线对耦合到被供电装置PD，其中差分数据信号及DC电
力通过所述相同线对而传输；
所述PD中的检测电路，其耦合到所述线对，其中所述检测电路响应于来自所述
PSE的检测测试信号而产生检测签名；以及
所述PD中的分类电路，其耦合到所述线对，其中所述分类电路响应于来自所述
PSE的分类测试信号而产生分类签名；
其中所述PSE经配置以产生所述线对上的具有第一电压极性的所述检测测试信
号，及产生所述线对上的具有与所述第一极性相反的第二电压极性的所述分类测试
信号，
其中所述检测电路响应于具有所述第一电压极性的所述检测测试信号而产生所
述检测签名，且其中所述分类电路响应于具有所述第二电压极性的所述分类测试信
号而产生所述分类签名。
4.根据权利要求3所述的系统，其进一步包括：
第一二极管网络，其将所述检测电路耦合到所述线对，仅允许由所述检测电路接
收所述第一电压极性信号；以及
第二二极管网络，其将所述分类电路耦合到所述线对，仅允许由所述分类电路接
收所述第二电压极性信号。
5.一种数据线供电PoDL系统，其包括：
供电设备PSE，其经由线对耦合到被供电装置PD，其中差分数据信号及DC电
力通过所述相同线对而传输；
所述PD中的存在电路，其耦合到所述线对，其中所述存在电路响应于来自所述
PSE的检测测试信号而产生存在签名，所述存在电路包括将跨越所述存在电路的电
压限制到特定量值的电压限制电路；
所述PSE中的电流源，其耦合到所述线对，用于通过所述电压限制电路传导电
流以导致所述电压限制电路产生所述PD的所述存在签名；以及
所述PSE中的第一检测器，其耦合到所述线对且经配置以检测所述线对上的所
述存在签名。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述存在签名包括所述经限制电压的所述量值，

\t所述系统进一步包括：
所述PSE中的处理电路，其经配置以将所述分类签名与所述PD的某些PoDL特
性相关联；以及
所述PSE中的电源，其由所述PSE响应于所述分类签名而控制以经由与所述分
类签名一致的所述线对为所述PD供应电力。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述电流源产生固定电流，且其中所述电压限制
电路为跨越所述线对而耦合的齐纳二极管。
8.根据权利要求6所述的系统，其进一步包括：
所述PSE中的所述处理电路，其经配置以控制所述电流源以将第一电流I1施加
到所述线对；
所述PSE中的所述第一检测器，其经配置以响应于所述第一电流I1而检测跨越
所述线对的电压V1，同时所述电压限制电路限制跨越所述线对的所述电压；
所述PSE中的所述处理电路，其经配置以控制所述电流源以也将第二电流I2施
加到所述线对；
所述PSE中的所述第一检测器，其经配置以响应于所述第二电流I2而检测跨越
所述线对的电压V2，同时所述电压限制电路限制跨越所述线对的所述电压；
所述处理电路，其经配置以使用V1、V2、I1及I2来计算所述线对的电阻R；
所述处理电路，其经配置以通过Vd＝I*R来计算在任何电流I下沿所述线对的电
压降Vd；以及
所述PSE中的电源，其由所述PSE控制以在所述线对上供应用于为所述PD供
电的电压，其中所述电源经调整以当在所述线对上供应所述电压时考虑到沿所述线
对的所述电压降。
9.一种数据线供电PoDL系统，其包括：
供电设备PSE，其经由线对耦合到被供电装置PD，其中差分数据信号及DC电
力通过所述相同线对而传输；
所述PD中的分类电路，其耦合到所述线对，其中所述分类电路响应于来自所述
PSE的分类测试信号而产生分类签名，所述分类电路包括浪涌电压保护器电路，其
中所述浪涌电压检测器包括：与所述线对中的线串联的至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·希思，戴维·德韦利，
申请(专利权)人：凌力尔特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US