数据线供电检测及分类方案的制作方法
【专利说明】数据线供电检测及分类方案
[0001 ] 相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案基于2013年11月26日由杰弗里.希斯(Jeffrey Heath)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。
技术领域
[0003]本发明涉及数据线供电(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。
【背景技术】
[0004]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，Vo IP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IEEE 802.3 (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ro供应相同的标准化电压，足以确保ro接收至少37V。
[0005]—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。到本发明公开时，IEEE正在征询意见以开发作为IEEE P802.3bu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)。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
【发明内容】
[0010]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。
[0011]所描述的技术的实例包含:
[0012]传达ro具有PoDL能力的技术。
[0013]将识别待供应到ro的电压电平的电压签名从所述ro传达到所述pse的技术。
[0014]允许所述PSE供应广泛范围的电压到不同类型的ro的技术。
[0015]将最大功率签名从所述ro传达到所述PSE的技术。
[0016]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ro负载的技术。
[0017]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。
[0018]基于经箝位电压(高于电压阈值时的低阻抗)产生ro的检测或分类签名的技术，经箝位电压由H)中的箝位电路产生，其中箝位电路可兼作ESD保护电路。
[0019]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ro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。
[0020]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至_的技术。
[0021]检测ro是否仍耦合到PSE(即使当ro不汲取电力时)或检测ro是否已断开连接且被替换的技术。
[0022]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。
[0023]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ro的前端(“物理层”)以使ro在替代电源被禁用时能够通信的技术。
[0024]描述各种其它实施例。
[0025]贯穿本发明的术语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】
[0026]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ro电压需求为ro供应可变电压。
[0027]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。
[0028]图2B为描述图2A的操作的流程图。
[0029]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。
[0030]图3B为描述图3A的操作的流程图。
[0031]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。
[0032]图4B说明由图4A的箝位电路产生的电压降。
[0033]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。
[0034]图4D为描述在使用图4A中的箝位电路来确定PSE与H)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。
[0035]图5A说明使用PD中的浪涌抑制器来传达关于H)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。
[0036]图5B为描述图5A的操作的流程图。
[0037]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。
[0038]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H)中的“维持电力签名”电阻器。
[0039]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。
[0040]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。
[0041 ]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ro在替代电源被禁用的情况下仍能够通信。
[0042]图7B为描述图7A的操作的流程图。
[0043]相同或等效元件用相同数字标记。
【具体实施方式】
[0044]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。
[0045]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ro可需要通过线对的经调节5V输入，无需ro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ro(其可经由线对连接到pse)，那么pse必须知道ro的“电压分类”且必须能够产生可变电压以通过线对供应所需要的电压。
[0046]假定PSE必须能够为一些类型的PD供应低至5V的电压，且为其它类型的PD供应高得多的电压，且所连接的PD的类型最初对于PSE来说是未知的，检测/分类测试必须使用低电压以确保将不对ro造成损坏。
[0047]图1说明根据本发明的一实施例的PoDL系统中的相关功能单元。所展示的PSE10及PD 12经由任何长度的单个数据线对14而耦合。线对14可传导由电容器16过滤的以太网差分数据信号，其中线对14进一步通过变压器22及24与相应差分数据处理电路18及20进行DC隔离。电路的以太网数据部分可为常规的且与本发明不相关。通过电容器16及变压器22及24的作用，由PSE 10为H) 12供应的任何DC电力与差分数据处理电路18及20阻隔开。
[0048]PSE控制器26接收线对14上的AC信号及DC信号两者且可经由线对14将AC信号及DC信号两者传输到PD控制器281SE控制器26可为在处理器或固件的控制下执行各种例程的IC13PSE控制器26与H)控制器28执行握手例程以检测H) 12具有PoDL能力，且从H) 12获取传达ro 12的PoDL需求的进一步信息(例如，分类签名)JD控制器28可为在处理器或固件的控制下执行各种例程的1C。
[0049]为了使PSE10为H) 12供应直到最大功率电平(在分类签名中所界定)的合适电压及电力，ro控制器28响应于PSE控制器26的信号来执行握手例程以传达其所需PoDL信息。
[0050]当系统加电时，PSE控制器26在线对14上提供有限的电流或电压(例如，5V)以测试识别ro 12具有PoDL能力的来自ro 12的签名响应。可使用各种检测签名技术。在一实施例中，定值电阻器(例如，25K ohm)跨越H) 12中的线对14，且此签名电阻值由PSE控制器26通过检测所得电压或电流来检测。在另一实施例中，电容器、齐纳二极管或其它电路元件连接到ro 12中的线对14，所得电压的斜坡(如果使用电容器)或有限电压的量值(如果使用齐纳二极管)传达PD是否具有PoDL能力。如果未检测到此签名信号，那么PSE控制器26不继续握手过程且不通过线对14提供电力。
[0051]如果检测签名由PSE控制器26识别，那么在分类阶段期间由PSE控制器26产生额外低电流或电压信号以识别关于H) 12的PoDL需求的细节。随后参考图式描述各种分类