CN1969471A - 具有电源供电以太网和利用以太网接通电源的能力的收发器装置和方法 - Google Patents

具有电源供电以太网和利用以太网接通电源的能力的收发器装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于在电力线和网络接口单元之间提供连接的收发器装置，所述的收发器装置包括电力线调制解调器，该电力线调制解调器用于在电力线和网络接口单元之间传送和接收数据，包括连接到电力线调制解调器上的电源电路，该电源电路适于将DC电源信号递送到网络接口单元。

Description

具有电源供电以太网和利用以太网接通电源的能力 的收发器装置和方法
技术领域
本申请是美国申请号为10/871,361，申请日为2004年6月8日的申请的后续申请。上述申请的全部教导在此被并入本申请作为参考。
背景技术
随着互联网的广泛应用，越来越多的人们开始购买多个个人计算机(PC)为多个家庭成员所使用。这些多个PC机可以在家庭中被一起“网络化”，这样可以共享和访问诸如打印机、文件和互联网接入设备(例如，xDSL和电缆调制解调器)等公共资源。一种已知的已经帮助促进网络的发展的技术是基于以太网(被涉及通常如IEEE 802.3x的多个标准所规范)的局域网(LAN)的发展，所述的以太网已经成为成熟的LAN基础设施标准。
目前，能够在家庭网络中得到应用的现有的以太网技术具有多种类型，其中每种类型都具有其自身的标准以保证在各种不同的设备供应商之间的互用性。第一种类型是电力线通信(PLC)应用，该技术利用在HomePlug(家庭插电)标准下的电源供电网络(EoP)，其允许通过公共的家庭电力线布线配送/基础设施产生标准的10Mbps以太网(IEEE802.3)和100Mbps快速以太网(IEEE802.3u)。“HomePlug电力联盟”( www.homeplug.org)协调在HomePlug兼容的收发器装置的各个厂商之间的互用性。第二种类型是被称为遵循IEEE802.3af标准的以太网供电(PoE)，其允许通过标准的10Mbps以太网(IEEE802.3u)和100Mbps快速以太网(IEEE802.3u)布线传输DC电能。PoE的根本目标在于，支持联网就绪的辅助装置或组件仅通过单个连接方便地实现数据传输与供能。802.3af标准在15.4w最大持续负载上为单个电缆连接提供低压数据线(种类5，5E，或者更高的等级)安装，以及48v(-10％，+20％)额定DC电压。
发明内容
基于EoP和PoE的现存的以太网技术应用的两种类型中的每一种都有它们自身的标准，所述的标准保证在不同的设备供应商中的互用性。然而，所述的互用性被限定于分开的和独立的标准的设备。需要一种能够有效地将EoP方法电力线网络与PoE方法的流线型的连通结合起来的能力。
根据本发明的原理，一种用于连接电力线和网络接口单元的收发器装置包括电力线调制解调器，该电力线调制解调器用于在电力线和网络接口单元之间传送和接收数据，还包括电源电路，该电源电路适于将DC电能信号输送到网络接口单元。
根据一个方面，所述的电力线调制解调器可能包括用于连接网络接口单元的连接器接口，电源电路被连接到连接器接口上。连接器接口可能是RJ-45连接器，所述的DC电能信号被连接到RJ-45连接器的非数据管脚上。
根据另一个方面，电力线调制解调器可能包括与连接器接口连接的PHY接口，其中电源电路被连接到PHY接口上。PHY接口可能包括使传送数据与连接器接口的传送数据管脚连通的传送数据变压器，使接收数据与连接器接口的接收数据管脚连通的接收数据变压器。DC电能信号的一条支线可能被连接到传送变压器的中心抽头上，DC电能信号的另一条支线可能被连接到接收变压器的中心抽头上，用以在传送和接收数据管脚上形成幻象DC电路。
根据另一个方面，电源电路可能被连接到PHY接口和连接器接口两者上。电源电路可能包括提供48VDC功能信号的主DC供电电源，发现电路和负载路径控制电路。所述的发现电路连接到传送变压器的中心抽头和PHY接口的接收变压器的中心抽头上，并且适于确定所附的网络接口的类型。所述的负载路径控制电路适于转换48VDC供能信号，用以根据所确定的类型将DC电能信号或者提供给PHY接口，或者提供给连接器接口。
根据仍然另一个方面，电源电路可能进一步包括电流负载感应开关，其连接在DC供电电源和负载路径控制电路之间。电源过载感应逻辑电路适于监控经过负载路径控制电路的电能负载，以便一旦检测到电能过载则关闭电流负载感应开关。
在其它的实施方案中，可调DC输出电路可能通过使用可选开关被连接到负载路径控制电路和连接器接口之间用于选择DC输出电压以便电能输送给连接器接口。DC输出可能被连接到可调DC输出电路的输出端用于连接网络接口单元，而不是通过电力线调制解调器的连接器接口进行连接。
根据另一个方面，设备可能包括封装电力线调制解调器和电源电路的外壳。在实施方案中，所述的外壳可能包括顶面、底面和至少两个侧面，所述的底面带有至少一个通风槽用于空气流入，所述的侧面带有至少一个通风槽用于空气流入和至少一个通风槽用于空气流出。侧面的通风槽可能是凹入式的以便于改善冷却气流的传送以及使设备中的灰尘减少到最小。
根据另一个方面，一种在电力线和网络接口单元之间相互通信的方法包括在电力线和网络接口单元之间传送和接收数据，将DC电能信号输送到网络接口单元。动作传送和接收可能通过使用电力线调制解调器，该电力线调制解调器包括用于连接网络接口单元的连接器接口。动作输送可能包括将DC电能信号连接到连接器接口上。
本发明的优点在于以太网的两种截然不同类型的应用集中到单个设备上，该设备能够通过彻底地简化网络具有不同的电力和连接需要的各种类型的设备的能力以进一步加强实现以太网网络化的目的。因此，本发明的实施方案能够向家庭网络提供“灵巧的”应用使其无缝合地和高效地网络化。
附图说明
通过接下来对本发明优选地实施方案更加具体的描述，本发明前面所述的以及其它的目标、特征和优点将会更加的明显。在附图中，相同的参考数字在全部附图中代表相同的部件。附图并没有按照比例所绘，其重点在于描述本发明的原理。
图1是根据本发明的原理收发器的实施方案的结构示意图。
图2是图1所示的设备的可调DC电源电路的电路示意图。
图3A示出根据本发明的外壳的实施方案的前视图。
图3B示出图3A的实施方案的横截面视图。
图4示出根据本发明的用于壁挂式安装的另一个外壳的实施方案。
具体实施方式
图1是示出本发明原理的方框图。所示的收发器装置100被连接在电力线172和NIU(网络接口单元)156之间。设备100经过AC插销170被连接到电力线172上。电力线172通常被配置提供家庭布线用于传输AC电能和数据信号，优选的是遵从由HomePlug电力联盟所制定的电源供电网络(EoP)标准。该装置通过电源接口装置154(例如，种类5，5E，或者更高的电缆等级)被连接到NIU 156上。
装置100包括电力线调制解调器102和电源电路104。通常，电源电路104被配置用于将DC电能信号连接到电力线调制解调器102上以传送到NIU 156。
电力线调制解调器102包括模拟模块106；模数转换器(ADC)108A和数模转换器(DAC)108B；HomePlug MAC/PHY装置114；以太网主接口116；PHY接口118；以及介质相关接口(MDI)连接器接口120(例如，RJ-45连接器)。模拟模块106是家用电力线插口170前端的电力线接口。模块106提供对通过电力线172所传送和被接收的信号进行必要的绝缘和过滤。ADC108A将进入符合HomePlug标准的MAC/PHY装置114的输入数据进行模拟到数字的转换。提供接口用于外部LED 110和EEPROM 112。从MAC/PHY装置114输出的经过处理过的数据信号被以太网主接口116作进一步的处理，随后，以太网主接口116将该数据信号转换成符合IEEE802.3以太网信号，该信号终止于PHY接口118并接在RJ-45插座120的管脚1(Tx+)和管脚2(Tx-)上以便于经过第5类或更高速率的电缆154传输到所附的NIU 156上。
类似地，来自NIU156的输入数据信号在RJ-45插座的管脚3(Rx+)和管脚6(Rx-)上被接收，并终止于PHY接口118。信号经过以太网主接口116和HomePlug MAC/PHY装置114处理后被DAC 108B将其从数字信号转换成模拟信号，通过模拟模块106被发送到电力线接口172上。
目前有很多的芯片制造商能够提供上面所提到的一些或全部电路以提供符合HomePlug电力联盟标准的电力线调制解调器。因此，并没有对于这样的一种电力线调制解调器的操作作进一步的描述，因为这些细节对于本领域技术人员来讲是能够理解的。
电源电路104适于将DC电能传送给PHY接口118(被称为“中心抽头”供电)或者传送给MDI连接器接口120(被称为“中跨”供电)，或者传送到两者，这要取决于连接到装置110上的NIU 156的类型。所述的“中心抽头”和“中跨”供电方法在此将作进一步的描述。
在PoE装置中，操作电能和存取电能两者都是经过两个分开的电源所提供。一个提供所需要的DC电压用以为转换器/集线器逻辑电路提供电能，典型的是，两者是5VDC和3VDC。然后，具有更高的电能负载能力的附加电源为在PoE应用中所需要的每个RJ-45MDI端口供以电能，所述的端口对于每个转换器/集线器装置可能从4个到24个变化不等。IEEE802.3af标准要求具有350mA持续最大负载的-10％到20％的范围(最大15.4w持续电能)的48VDC电源，该电能被要求从数据终端设备电源供电设备(DTE PSE)经过第5类或更高额定的或者屏蔽的或者非屏蔽的双绞线电缆提供给PD(受电源设备)。
上面所提到的电能可以通过两种方法被输送到PD NIU，这要取决于PD NIU的性能。
一种应用于网络产业中由供应商特定的并且不是必要的遵循IEEE802.3af标准的传统的方法要求“中跨”供电设备。在这种方法中，外部独立的DC电源输入电能并经过中间电能输入接口，该中间电能输入接口将电能“补入”RJ-45连接器“没有被使用”的管脚中。+VDC被接入管脚4和管脚7，-VDC被接入管脚5和管脚8。所提供的DC电能随后能够通过临近NIU的“电能恢复接口”装置的使用而被恢复。
一种作为“中跨”供电设备的替代是使用相同的布线在相同的屏蔽或非屏蔽的双绞线上结合电能和数据。并不像前面所提到的那样将电能输入到“没有被使用”的一对线上，电能是被输送到PHY接口变压器的“中心抽头”上，借此在数据电缆对上提供“幻象”DC电路。在这种情况下，+VDC通过相连的管脚1和2分别被接到+Tx和-Tx对的中心抽头上。-VDC通过相连的管脚3和6分别被接到+Tx和-Tx对的中心抽头上。这时电能可以通过“电能分离电路”被内在收回，用以向内部现有的网络辅助NIU设备供以电能。
电源电路104包括主DC电源122，该电源将48VDC经过复位开关124输送给次级DC电源126和电流负载感应开关134。次级DC电源提供较低的操作电压(例如，5VDC，3VDC)，用于操作设备100的电路。复位开关的运行允许设备100的冷启动。
从主DC电源122输出的48VDC电源信号经过电流负载感应开关134转换和调节到负载路径控制电路132。负载路径控制电路132测定电能信号是被发送到PHY接口118还是被发送到MDI连接器接口120。这样的负载路径测定是基于从发现电路130所接收到的发现信号DISC进行的。发现电路检查所接的NIU是何种类型的，借此测定NIU是否符合IEEE802.3af标准。所提供的LED 128用以示出相应的匹配状态。
IEEE802.3af标准指定方法从DTE PSE通过具有“发现”电路的“PD检测信号”技术标识所附着的设备为PD NIU提供电能。应用“测试电压”以测定PD NIU的负载性能。通过DTE PSE所检测到的PD信号将会测定将被提供的电能的量是否合适。
发现电路130被配置能够直接地或间接地控制“浪涌”电流急冲限制，用以通过“过载/短路”提供保护，并且如果检测到非匹配的PD装置则断开电源或者移开以防止设备出现任何损坏的可能。IEEE802.3af发现被指定作为性能阻抗感应容量的方法：名义上被限定为25K(19K到26.5K)的具有28V到10V电压范围内的少于0.1微法(uf)的平行电容。
位于负载路径控制电路132内部的电能过载感应逻辑电路136通过控制电路132监控和操纵电能加载，并且在检测到过载状况时能够借助控制线137禁止电流加载感应开关134。
如果发现电路130确定NIU与IEEE802.3af中心抽头PHY兼容，则通过负载路径控制电路132将电能切换到PHY接口118的变压器的中跨上，并且LED 128被激活。
一旦发现电路130检测到与IEEE802.3af兼容的中跨NIU，则电能被负载路径控制电路132切换到中跨结构上用以将电能输入到MDI连接器接口120的管脚4、5、7和8上，以及LED128据此被激活。然而，一旦发现NIU不与IEEE802.3af兼容，负载路径控制电路132可能仍然会为中跨应用提供电能，但是通过电能过载传感器136会非常仔细地监控和操纵电能加载。电能过载/断开传感器136据此接通或者禁止电流加载感应开关134，以及LED128据此被激活或者未被激活。
电源电路104可能进一步包括可调DC输出电路138用以为中跨应用提供可调输出电压。来自可调DC输出电路的可调输出电压允许旧型设备但是不是必须需要兼容IEEE802.3af标准的辅助设备被供以电能。这种电能通过负载路径控制电路132变为有效。由于在市场上存在那些由已经选择直流电压用于供能的各种不同设备的制造商提供的旧型辅助设备，因此可调DC输出电路对于这些应用来说是很有用的。如果出现NIU包括旧型设备的情况，则所述的DC输出连接到DC电能插座139以便在线157上外部的连接。举例来说，旧型设备(与IEEE802.3af不兼容的)可能是带有分开的RJ-45和DC电源插座的基于LAN的视频照相机。另外，DC输出通过电能输送的中跨设备同样连接到RJ-45MDI连接器接口120上。可能会包括多个LED142用以指示在DC插座139上和RJ-45MDI连接器接口120上的被选定的和有效的近似电压。图2示出可调DC电源电路的示意图，其中包括可选开关140用于选择5V、12V、24V和44V的电压值。电压调节器141(例如，三脚偏置类型)通过基准输入电压进行操作以提供由选定的稳压二极管140A所确定的输出电压。
继续参考图1，如果不同于IEEE802.3af中跨供电被选定，则发现电路130感应到不是与IEEE802.3af兼容的，负载路径控制电路132中断对PHY接口118中心抽头的供能并改变路线向可调DC输出电路138供能。
在其它的实施方案中，可能包括具有外部可选开关148的AC旁路控制电路146，该电路允许未经处理的AC电能被迂回至AC电能出口或者插座152。在插座152上的AC电能的有效性可以被LED指示器144或者燃气发光指示器150所显示出来。
现在参考图3A和3B，示出外壳200的实施方案。所述的外壳被配置用以封装电力线调制解调器102、电源电路104以及AC旁路电路(图1)。图3示出外壳的前视图。同样还示出LED指示器区域201、203和205。DC插座139和RJ-45连接器分别凹进外壳的侧面和底面。一连串的通风槽211凹进前表面204。虽然图中所示的通风槽的形状是V字型的，但是可以理解的是也可以使用其它的排列，诸如U型。
图3B示出外壳200沿着图3A的B-B的截面图。外壳包括顶面202、前表面204、背面206和底面208。包括电力线调制解调器和电源电路的印刷电路板226被垂直地安装在外壳的内部以安装端口224和225。通风槽214、216分别凹入前后表面204和206，以及槽218和220位于底面208上用以提供空气“流入”。同样地，分别凹入侧面204和206的通风槽210和212用于提供空气的流出。因此，可能会提供穿过外壳200的对流型的空气流动230和232。这种通风结构在最小化灰尘进入外壳的同时提供有效的空气的流动。
图4示出用于与结构的绝缘线使用的壁挂式外壳。面板302可分开地被安装到壳体304上。面板302包括开口306、308、310、312、314用于当被安装到壳体304的前面板324上时接收相应的交流插座316、LED指示器318、开关320、指示器321、RJ-45插座322。外壳300进一步包括交流接线端326用于与交流电源的连接。
虽然本发明通过其优选的实施方案已经被具体地展示和描述，但是本领域技术人员会明白在形式上和细节上会有各式各样的变化，而这些变化都不会超出本申请的权利要求所要求保护的范围。

Claims (26)

1.一种用于连接电力线和网络接口单元的收发器装置，该装置包括：
电力线调制解调器，用于在电力线和网络接口单元之间传送和接收数据；
电源电路，该电源电路适于将DC电能信号递送到网络接口单元。
2.根据权利要求1的收发器，其中所述的电力线调制解调器包括用于与网络接口单元连接的连接器，其中所述的电源电路被连接到连接器接口。
3.根据权利要求2的收发器，其中所述的连接器接口是RJ-45连接器，以及DC电能信号被连接到RJ-45连接器的非数据管脚上。
4.根据权利要求1的收发器，其中所述的电力线包括与连接器接口连接的PHY接口，所述的PHY接口用于连接网络接口单元，以及所述的电源电路被连接到PHY接口上。
5.根据权利要求4的收发器，其中所述的PHY接口包括使传送数据与连接器接口的传送数据管脚相互通信的传送数据变压器，使接收数据与连接器接口的接收管脚相互通信的接收数据变压器，以及其中DC电能信号的一条支线被连接到传送变压器的中心抽头并且DC电能信号的另一条支线被连接到接收变压器的中心抽头上，用以在所述的传送和接收数据管脚上提供幻象DC电路。
6.根据权利要求2的收发器，其中所述的电力线调制解调器包括与接收器接口相互通信的PHY接口，其中所述的电源电路被连接到PHY接口并且被连接到连接器接口。
7.根据权利要求6的收发器，其中所述的PHY接口包括使传送数据与连接器接口的传送数据管脚相互通信的传送数据变压器，使接收数据与连接器接口的接收数据管脚相互通信的接收数据变压器，其中DC电能信号的一条支线被连接到传送变压器的中心抽头上并且DC电能信号的另一条支线被连接到接收变压器的中心抽头上，用以在传送和接收数据管脚上提供幻象DC电路。
8.根据权利要求7的收发器，其中所述的电源电路包括：提供48VDC供给信号的主DC供电电源；
发现电路，所述的发现电路被连接到PHY接口的传送变压器的中心抽头和接收变压器的中心抽头，并适于测定所附着的网络接口单元的类型；
负载路径控制电路，该电路适于转换48VDC供给信号以根据所测定的类型将DC电能信号或者提供给PHY接口，或者提供给连接器接口。
9.根据权利要求8的收发器，其中所述的电源电路进一步包括：
电流负载感应开关，所述的电流负载感应开关被连接在DC供电电源和负载路径控制电路之间；以及
电能过载传感器逻辑电路，该电路适于监控经过负载路径控制电路的电能负载，并进一步适于一旦检测到电能过载则禁止电流负载感应开关。
10.根据权利要求8的收发器，其中所述的电源电路进一步包括：
可调DC输出电路，所述的可调DC输出电路被连接在负载路径控制电路和连接器接口之间，并且具有可选开关用于选择DC输出电压便于电能传递到连接器接口。
11.根据权利要求10的收发器，其中所述的电源电路进一步包括：
DC出口，该DC出口被连接到可调DC输出电路的输出端。
12.根据权利要求8的收发器，其中主DC供电电源被连接到电力线上。
13.根据权利要求1的收发器，其中所述的电源电路包括：
可调DC输出电路，该输出电路具有用于选定DC输出电压便于电能传递到网络接口单元的可选开关。
14.根据权利要求8的收发器，其中所述的电源电路进一步包括：
次级DC供电电源，该次级DC供电电源被连接到主DC供电电源上并适于将48VDC供给信号转换成次级DC电源信号。
15.根据权利要求14的收发器，其中所述电源电路进一步包括：
连接在主DC供电电源和次级DC供电电源之间的复位开关，该复位开关用于将电源的复位提供给收发器。
16.根据权利要求1的收发器，进一步包括被连接到电力线和AC出口上的AC旁路控制电路，该旁路控制电路具有可选开关，所述的可选开关在一个位置上能够使AC电能传输到AC出口，而在另一个位置上不可以使AC电能传输到AC出口。
17.根据权利要求1的收发器，进一步包括装入电力线调制解调器和电源电路的外壳，该外壳具有顶面、底面、和至少两个侧面，所述的底面具有至少一个用于流入的通风槽，所述的侧面具有至少一个用于流入的通风槽和至少一个用于流出的通风槽。
18.根据权利要求17的收发器，其中所述的侧面的通风槽是凹入式的。
19.一种在电力线和网络接口单元之间相互通信的方法，该方法包括：
在电力线和网络接口单元之间传送和接收数据；以及将DC电能信号输送到网络接口单元。
20.根据权利要求19的方法，其中传送和接收是通过使用电力线调制解调器，所述的电力线调制解调器包括用于连接网络接口单元的连接器接口，而且其中所述的输送包括将DC电能信号连接到连接器接口。
21.根据权利要求20的方法，其中所述的连接器接口是RJ-45连接器，而且所述的DC电能信号被连接到RJ-45连接器的非数据管脚上。
22.根据权利要求19的方法，其中传送和接收是通过使用电力线调制解调器，所述的电力线调制解调器包括与连接器接口相互通信的PHY接口，用于连接网络接口单元上，而且其中输送包括将DC电能信号连接到PHY接口上。
23.根据权利要求22的方法，其中所述的PHY接口包括使传送数据与连接器接口的传送数据管脚相互通信的传送数据变压器，使接收数据与连接器接口的接收数据管脚相互通信的接收数据变压器；而且其中DC电能信号的一条支线被连接到传送变压器的轴心抽头上，DC电能信号的另一条支线被连接到接收变压器的中心抽头上，用以在传送和接收数据管脚上提供幻象DC电路。
24.根据权利要求20的方法，其中所述的电力线调制解调器包括与连接器接口相互通信的PHY接口，而且其中输送包括将DC电能信号连接到PHY接口和连接器接口上。
25.根据权利要求24的方法，其中所述的PHY接口包括使传送数据与连接器接口的传送数据管脚相互通信的传送数据变压器，使接收数据与连接器接口的接收数据管脚相互通信的接收数据变压器，而且其中DC电能信号的一条支线被连接到传送变压器的中心抽头上，并且DC电源信号的另一条支线被连接到接收变压器的中心抽头上，用以在传送和接收数据管脚上提供幻象DC电路。
26.根据权利要求25的方法，进一步包括：
将发现电路连接到PHY的发送变压器的中心抽头上和接收变压器的中心抽头上以测定附着其上的网络接口单元的类型；以及
根据所测定的类型将DC电能信号或者切换到PHY接口或者到连接器接口上。
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