高功率以太网供电网络的电缆电阻确定

摘要

本发明涉及高功率以太网供电网络的电缆电阻确定，其示例性实施方式披露了用于确定带电电缆的电阻的供电设备（PSE）。PSE包括使第一电流流经PSE第一和第二输出端的第一电源电压，PSE也包括使第二电流流经PSE第三和第四输出端的第二电源电压，PSE还包括从第一电流偏置第二电流以在第二和第一电源电压之间形成偏置电压进而确定带电电缆的电阻的电流调制电路。电流调制电路能够运用可变电阻开关从第一电流偏置第二电流以调节第二电流。

说明书

技术领域

本发明涉及高功率以太网供电网络的电缆电阻确定。

背景技术

以太网供电（PoE）允许诸如互联网协议（IP）电话、无线LAN接入点以及安全网络摄像机的受电设备（powered device）（PD）通过以太网电缆接收电力和数据。在PoE网络中，供电设备（power sourcing equipment）（PSE）可以通过以太网电缆连接至一个或多个受电设备（PD）。PSE能向一个或多个PD分配电力并通过以太网电缆将电力传输至一个或多个PD。以太网电缆包括四对线，每对线为用于差分信号的双绞线。在某些PoE网络中，以太网电缆中的四对线只有两对用于将电力传输至一个或多个PD。然而，以太网电缆中的四对线越来越普遍地用于将电力传输至一个或多个PD。通过应用两对以上的线，PoE网络能支持更高的电流同时电缆损耗降低。

在PoE网络中将电力分配至一个或多个PD的过程中，PSE能确定电力损耗并由此预算一个或多个PD之间的电力分配。由于不能精确地确定电力损耗，例如，PSE可能估算电力损耗并基于估算的电力损耗停止向一个或多个PD传输电力以维持PoE网络的期望功率效率。作为另一个实例，PSE可能基于对最坏情况而不精确地向一个或多个PD分配较少电力。在PoE网络中，以太网电缆电阻是导致电力损耗的重要原因。这样，PSE要估算以太网电缆电阻以确定电力损耗。例如，时域反射计可与每单位长度以太网电缆的平均电阻一起用于估算以太网电缆的电阻。

发明内容

本公开涉及高功率PoE网络中的电缆电阻确定，基本上如至少一个附图所示或结合至少一个附图的描述那样，在权利要求中更完整地阐述。

本公开的一个方面涉及一种用于确定带电电缆的电阻的供电设备，所述供电设备包括：使第一电流流经所述供电设备的第一和第二输出端的第一电源电压；使第二电流流经所述供电设备的第三和第四输出端的第二电源电压；从所述第一电流偏置所述第二电流以在所述第二电源电压和所述第一电源电压之间产生偏置电压进而确定所述带电电缆的所述电阻的电流调制电路。

根据本公开的供电设备中，优选所述电流调制电路利用可变电阻开关从所述第一电流偏置所述第二电流以调节所述第二电流。

根据本公开的供电设备中，优选所述可变电阻开关包括调节了Rdson的至少一个晶体管。

根据本公开的供电设备中，优选所述电流调制电路强制所述偏置电压维持在低于预定的最大值。

根据本公开的供电设备中，优选所述供电设备通过所述带电电缆将所述第一和第二电源电压施加至受电设备。

根据本公开的供电设备中，优选所述供电设备用于以太网供电网络。

本公开的另一方面涉及一种确定由以太网供电网络中供电设备所用的带电电缆的电阻的方法，所述方法包括：施加第一电源电压以使第一电流流经所述供电设备的第一和第二输出端；施加第二电源电压以使第二电流流经所述供电设备的第三和第四输出端；从所述第一电流偏置所述第二电流以在所述第二电源电压和所述第一电源电压之间产生偏置电压进而确定所述带电电缆的所述电阻。

在上述方法中，优选利用可变电阻开关从所述第一电流偏置所述第二电流以调节所述第二电流。

在上述方法中，优选所述可变电阻开关包括Rdson经调节的至少一个晶体管。

在上述方法中，优选包括强制所述偏置电压维持在低于预定的最大值。

在上述方法中，优选所述第一和第二电源电压通过所述带电电缆施加至受电设备。

在上述方法中，优选电流调制电路用所述偏置电压确定所述带电电缆的所述电阻。

在上述方法中，优选电流调制电路用所述第一电流和所述第二电流确定所述带电电缆的所述电阻。

本公开的又一方面涉及一种用于确定带电电缆的电阻的系统，所述系统包括：受电设备；供电设备，通过所述带电电缆将第一电源电压施加至所述受电设备并使第一电流流经所述带电电缆中的第一和第二导电对；所述供电设备通过所述带电电缆将第二电源电压施加至所述受电设备并使第二电流流经所述带电电缆中的第三和第四导电对；电流调制电路，从所述第一电流偏置所述第二电流以在所述第二电源电压和所述第一电源电压之间产生偏置电压进而确定所述带电电缆的所述电阻。

在上述系统中，优选所述电流调制电路利用可变电阻开关从所述第一电流偏置所述第二电流以调节所述第二电流。

在上述系统中，优选所述可变电阻开关包括调节了Rdson的至少一个晶体管。

在上述系统中，优选所述电流调制电路强制所述偏置电压维持在低于预定的最大值。

在上述系统中，优选所述电流调制电路位于所述供电设备内。

在上述系统中，优选所述电流调制电路用所述偏置电压确定所述带电电缆的所述电阻。

在上述系统中，优选所述带电电缆是带电的以太网电缆。

附图说明

图1示出了根据本发明实施方式的用于确定带电电缆（poweredcable）电阻的方法的示例性流程图。

图2A示出了根据本发明实施方式的用于确定带电电缆电阻的系统的示例图。

图2B示出了根据本发明实施方式的用于确定带电电缆电阻的系统的示例图。

具体实施方式

下文中的说明含有有关本发明实施方式的具体信息。本领域技术人员应明白，本发明可以用不同于本文所讨论的具体方式进行实施。本申请中的附图及其所附的详细说明仅仅是示例性实施方式。除非另有说明，附图中相同或相应的元件可以由相同或相应的参考号表示。此外，本申请中的附图及图示是大致的而不是按比例示出的，并且未与实际的相关尺寸对应。

图1示出了用于确定以太网供电（PoE）网络中由供电设备（PSE）所用的带电电缆电阻的方法的示例性流程图100。流程图100所示的方法和技术足以说明本发明的至少一个实施方式，然而，本发明的其他实施方式可以运用不同于流程图100所示的方法和技术。此外，尽管流程图100就图2A和2B所示的以太网供电（PoE）网络200进行说明，但是公开的发明概念并不限于图2A和2B所示PoE网络200的具体特征。此外，尽管示出的各种特征可能包含在特定元件中，但是这些特征可以在不同实施方式中出现其外部。作为一个实例，在各种实施方式中，图2A和2B所示的电流调制电路216和/或电源208可以设置在PSE 202的外部。

现在参考图1所示的流程图100和图2A所示的PoE网络200，流程图100包括将第一电源电压施加至带电以太网电缆的第一和第二导电对以使第一电流流经PSE的第一和第二输出端（output terminal）（流程图100中的170）。PoE网络200包括用于确定带电以太网电缆206（或者更概括地讲“带电电缆206”）的电阻R_C的PSE 202。

如图2A所示，PoE网络200包括PSE 202、受电设备（PD）204以及带电以太网电缆206。PSE 202包括电源208、开关210、开关控制器212、可变电阻开关214、电流调制电路216以及输出端218a、218b、218c和218d（在本文中也统称为“输出端218”）。带电以太网电缆206包括导电对（conductive pair）220、222、224和226。受电设备204包括二极管桥228和230以及负载232。

PSE 202能用于PoE网络200以通过带电以太网电缆206向PD 204提供电力和数据。例如，PD 204可能是IP电话、无线LAN接入点和安全网络摄像机。在PoE网络200中，PSE 202通过带电以太网电缆206连接至PD 204。PSE 202可以向PD 204分配电力并通过带电以太网电缆206将电力传输至PD 204。

在本实施方式中，带电以太网电缆206包括四对线（即导电对220、222、224和226），每对线为用于差分信号（differential signaling）的双绞线（twisted pair）。例如，每个输出端218利用PSE 202内各自的变压器来产生差分信号（differential signal），然后这些不同信号又由PD 204内另一个变压器以本领域已知的方式结合。应注意的是，尽管运用带电以太网电缆206对本实施方式进行了说明，根据本发明的实施方式不要求以太网电缆，并且可以包括多于或少于四个导电对。此外，在某些实施方式中，任何导电对可以由单线或多于三根的线代替。此外，在某些实施方式中可以不用差分信号。

跨带电以太网电缆206的导电对220和222施加第一V_supply以使电流I₁流经PSE 202的输出端218a和218b。图2A示出了PSE 202，其包括第一V_supply以使电流I₁流经PSE 202的输出端218a和218b。

例如，如图2A所示，PSE 202和PD 204由带电以太网电缆206连接。带电以太网电缆206的导电对220一端连接至输出端218a，而另一端由PD 204接收。还是如图2A所示，输出端218a耦接至电源208的正极端子，并且导电对220由二极管桥228的输入（input）234a接收。负载232耦接至二极管桥228的整流正轨迹（rectified positive rail）236a。类似地，带电以太网电缆206的导电对222一端连接至输出端218b，而另一端由PD 204接收。还是如图2A所示，输出端218b通过开关210耦接至电源208的负极端子，并且导电对222由二极管桥228的输入234b接收。负载232还耦接至二极管桥230的整流负轨迹236b。

因此，在PoE网络200中，开关210可用于形成电流通路以使电流I₁流经PSE 202的输出端218a和218b。例如，如图1的流程图100中的动作170所示，开关控制器212使开关210能让电源208产生跨输出端218a和218b的第一V_supply。这样，在本实施方式中，电流通路的形成从电源208开始、经过输出端218a、导电对220以及二极管桥228进入负载232，并经过二极管桥228、导电对222和输出端218b返回至接地。作为一个具体例子，第一V_supply可以为约48伏。

参考图1所示流程图100和图2A所示PoE网络200，流程图100中的动作172公开了跨带电以太网电缆的第三和第四导电对施加第二电源电压以使第二电流流经PSE的第一和第二输出端。

在动作172中，跨带电以太网电缆218的导电对224和226施加第二V_supply以使电流I₂流经PSE 202的输出端218c和218d。图2A示出了的PSE 202，其包含第二V_supply以使电流I₂流经PSE 202输出端218c和218d。

例如，如图2A所示，带电以太网电缆206的导电对224一端连接至输出端218c，而另一端由PD 204接收。还是如图2A所示，输出端218c耦接至电源208的正极端子，并且导电对224由二极管桥230的输入238a接收。负载232耦接至二极管桥230的整流正轨迹240a。类似地，带电以太网电缆206的导电对226一端连接至输出端218d，而另一端由PD 204接收。还是如图2A所示，输出端218d通过可变电阻开关214耦接至电源208的负极端子，并且导电对226由二极管桥230的输入234a接收。负载232还耦接至二极管桥230的整流负轨迹240b。

因此，在PoE网络200中，可变电阻开关214用于形成电流通路以使电流I₂流经PSE 202的输出端218c和218d。例如，在动作172中，电流调制电路216使可变电阻开关214能让电源208产生第二V_supply。这样，在本实施方式中，电流通路的形成从电源208开始、经过输出端218c、导电对224以及二极管桥230进入负载232，并经过二极管桥230、导电对226和输出端218d返回至接地。作为一个具体例子，第二V_supply可以为约48伏。

图2A示出了执行流程图100中的动作170和172后的PoE网络200。在一些实施方式中，同时进行动作170和172。在另一些实施方式中，动作170先于动作172执行。在另一些实施方式中，动作172先于动作170执行。在图2A中，PSE 202通过带电以太网电缆206向PD 204施加第一V_supply和第二V_supply。因此，如上所述，导电对220、222、224和226均用于向PD 204传输电力。因此，PoE网络200支持高电流并且具有低电缆损耗。

在PoE网络200中向PD 204分配电力的过程中，PSE 202能确定电力损耗并相应地预算对PD 204的电力分配。在PoE网络200中，以太网电缆电阻是导致电力损耗的重要原因。在本实施方式中，电流调制电路216能够确定以太网电缆电阻进而确定电力损耗。在所示出的实施方式中，每个导电对220、222、224和226的每根线具有电阻R_C（为了简单起见）。然而，应注意的是，实际电阻可以不同，PoE标准可能要求各个导电对之间的电阻不平衡仅3%。

在PoE网络200中，电阻R_C可以通过下列等式1确定：

其中，I₁=（I﹣2*k）*（I₁+I₂），而I₂=k*（I₁+I₂），k为电流I₁和I₂之间的不平衡常数。然而，在动作170和172之后，在PSE 202用导电对220、222、224和226向PD 204传输电力，通常第一V_supply–第二V_supply彼此相等或几乎相等。类似地，电流I₁和I₂通常彼此相等或几乎相等。换句话说，在等式1中，k可能等于或几乎等于0.5。这样，在图2A中，等式1不能用于精确地确定电阻R_C。

现在参考图1中的动作174和图2B的PoE网络200，流程图100中的动作174包括从第一电流偏置（offset）第二电流以在第二和第一电源电压之间产生偏置电压，同时任选强制电压偏置以维持低于预定最大值。

在动作174中，电流I₂从电流I₁偏置以在第二V_supply和第一V_supply之间产生偏置电压V_offset进而确定电阻R_C。更具体地，在本实施方式中，电流调制电路216偏置电流I₂至电流I_2offset=I₂﹣I_offset，同时电流I₁=I₁+I_offset，假定图2A中流向负载232的电流基本上保持不变。

在本实施方式中，例如，电流调制电路216利用可变电阻开关214从电流I₁偏置电流I₂以将电流I₂调节为电流I_2offset。更具体地，可变电阻开关214包括至少一个晶体管，其Rdson被电流调制电路216调节。作为一个实例，图2B示出了作为连接在输出端218d和地面之间的晶体管的可变电阻开关214。电流调制电路216耦接至可变电阻开关214的栅极G并且可以通过控制施加至栅极G的电势调节可变电阻开关214的Rdson。在某些优选实施方式中，可变电阻开关214的Rdson从电流I₁减少至偏置电流I₂。然而，在其他实施方式中，可变电阻开关214的Rdson从电流I₁增加至偏置电流I₂。

在本实施方式中，通过执行动作174，电流I₂变为电流I_2offset，而电流I₁变为电流I_1offset。在某些实施方式中，例如，开关210也是可变电阻开关，以便电流调制电路216应用可变电阻开关从电流I₁偏置电流I₂以调节电流I₁。例如，电流调制电路216连接至开关210，而不是开关控制器212。此外，在某些实施方式中，电流调制电路216不包括可变电阻开关214。例如，开关210和可变电阻开关214在从电流I₁偏置电流I₂过程中的角色可以与图中所示的相反。此外，尽管本实施方式应用的是可变电阻开关从电流I₁偏置电流I₂，也可采用其他装置。例如，在各种实施方式中，电流源与可变电阻开关一起或用来代替可变电阻开关以从电流I₁偏置电流I₂。

通过从电流I₁偏置电流I₂使得电流I₂等于电流I_2offset且电流I₁等于电流I_1offset，调节等式1中的不平衡常数k使其远离0.5。此外，调节等于等式1中第一V_supply–第二V_supply的偏置电压V_offset使其远离0。因此，电流调制电路能利用，例如，偏置偏压V_offset、电流I_1offset和电流I_2offset的测量结果计算电阻R_C。这样，在一些实施方式中，电流调制电路216使用偏置偏压V_offset、电流I_1offset和电流I_2offset确定带电以太网电缆206的电阻R_C。

如图2A和图2B所示，电流调制电路216包括输入244和246。输入244通过PSE 202的输出端218b耦接至导电对222，并且输入244通过PSE 202的输出端218d耦接至导电对226。因此，电流调制电路216可以利用输入244测量电流I_1offset、利用输入246测量电流I_2offset以及利用输入244和246测量偏置电压V_offset。应了解的是，示出输入244和246是为了展示电流调制电路216的测量能力。这样，在本实施方式中输入244和246减弱（sink）可忽略电流。

此外，在其他实施方式中，电流调制电路216单独测量第一V_supply和第二V_supply并计算偏置电压V_offset。在其他实施方式中，电流I_1offset+电流I_2offset是从一根线上测得的。此外，第一V_supply、第二V_supply、电流I_1offset以及电流I_2offset中的至少一个可以用等式1进行估算、预先确定和/或计算。此外，应了解的是，等式1只是示例性的，其他适合的等式也可用于计算或不同地确定电阻R_C。

更大的偏置电压V_offset能够确保更精确地计算电阻R_C。然而，可能期望第一V_supply和第二V_supply保持在彼此的特定范围内以确保PoE网络200正确运作。在一些实施方式中，电流调制电路216从电流I₁偏置电流I₂以在第二V_supply和第一V_supply之间产生偏置电压V_offset进而确定带电以太网电缆206的电阻R_C，同时强制偏置电压V_offset低于最大值V_max，它是预定的最大值。

例如，在本实施方式中，电流调制电路216以递增方式从电流I₁偏置电流I₂直至到达最大值V_max。在一个实施方式中，在每个增量，电流调制电路216获得对应于偏置电压V_offset的测量结果（或者，在其他实施方式中则获得不同的测量结果，例如第二V_supply和第一V_supply中的至少一个）。电流调制电路216基于测量结果停止从电流I₁递增偏置电流I₂，产生偏置电压V_offset。在一个实施方式中，最大值V_max约0.5伏。应了解的是，电流调制电路216可以用上述测量结果之外的其他因素或用其他因素代替上述测量结果确定何时停止从电流I₁偏置电流I₂。例如，在一些实施方式中，电流调制电路216也强制电流I_2offset处于高于和/或低于预定值。图2B示出了执行动作174后的PoE网络200。

参考图1中的动作176和图2B中的PoE网络200，流程图100的动作176包括用偏置电压、第一电流和第二电流确定带电以太网电缆的电阻。

例如，在本实施方式中，电流调制电路216用偏置偏压V_offset、电流I₁和电流I_2offset确定带电以太网电缆206的电阻R_C。为了确定带电以太网电缆206的电阻R_C，电流调制电路216基于等式1计算电阻R_C。应了解的是，不同的等式可用于计算电阻R_C。然后电阻R_C可用于，例如，确定PoE网络200中的电力损耗。

因此，如上所述，电流调制电路216从电流I₁偏置电流I₂以在第二V_supply和第一V_supply之间产生偏置电压V_offset进而确定带电以太网电缆206的电阻R_C。通过测量偏置电压V_offset、电流I_1offset和电流I_2offset，本发明的实施方式可以利用这些测量结果精确地确定电阻R_C。

此外，如上所述，PSE 202通过带电以太网电缆206向PD 204施加第一V_supply和第二V_supply。这样，本公开的实施方式有利地在从PSE 202接收高功率的同时确定电阻R_C。在PoE网络200中，电阻R_C会随着带电以太网电缆206的温度变化而变化。与未传输电力相比，当传输电力时带电以太网电缆206的温度通常会显著增加，例如，这可能会使电阻R_C的变化高达50%。这样，由于PSE 201向PD 204传输电力时电流调制电路216能够确定电阻R_C，电阻R_C可用于精确地确定PoE网络200运作期间的电力损耗。通过精确地确定电力损耗，PSE 202能够在预算一个或多个PD之间的电力分配过程中显示出较高的精确度。

根据以上的说明，表明在不脱离本发明描述的概念的范围的情况下，各种技术可用于实施这些概念。另外，尽管已经具体参考某些实施方式对概念进行了说明，本领域普通技术人员应该明白，在不脱离这些概念的精神和范围的情况下可以改变形式和细节。这样，从各方面来讲，所述实施方式只是示例性的，而不是限制性的。还应了解的是，本申请不限于本文所述的具体实施方式，而是在不脱离本发明范围的情况下还可能进行不同的重组、修改和替换。