KR101559885B1

KR101559885B1 - 데이터 쌍 및 스페어 쌍의 이더넷을 통한 전력공급(PoE)

Info

Publication number: KR101559885B1
Application number: KR1020140073521A
Authority: KR
Inventors: 린 제프리 히스; 데이비드 드웰리; 딕슨 히스 스튜어트; 토마스 마이클 폴
Original assignee: 리니어 테크놀러지 코포레이션
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2014-06-17
Publication date: 2015-10-13
Also published as: JP5745140B2; EP2816759B1; EP2816759A1; KR20140147042A; JP2015005286A; CN104243176A; CN104243176B; US20140372773A1; US9209981B2

Abstract

전력 공급 장비(PSE)는 데이터 와이어를 통해 PoE 공급 전압을 전력 장치(PD)에 제공한다. PSE 제어장치는 PoE 전압을 데이터 와이어 쌍으로 연결하는 제1 FET을 제어하고, 데이터 와이어 쌍을 스페어 와이어 쌍으로 연결하는 제2 FET을 제어한다. 전력을 공급하면, PSE 제어장치는 2개의 FET을 열림 상태로 유지하고, 데이터 쌍과 스페어 쌍에 연결된 임의의 장치에서 검출 루틴을 수행한다. PoE 호환가능한 PD가 데이터 쌍에 연결된 것으로 검출되면, 제1 스위치는 닫힌다. PoE 전압이 또한 스페어 쌍에 연결되어야 한다고 결정된다면, 제2 FET도 또한 닫힌다. 이런 방법은 스페어 쌍에 연결된 장치가 PoE 호환가능하지 않을 때 PoE 전압이 스페어 쌍에 인가되는 것을 방지하며, IEEE PoE PD들과의 역 컴플라이언스(backwards compliance)를 관리한다.

Description

데이터 쌍 및 스페어 쌍의 이더넷을 통한 전력공급(PoE){POWER OVER ETHERNET ON DATA PAIRS AND SPARE PAIRS}

본 발명은 제프리 린 헬스 등(Jaffrey Lynn Heath et al.)에 의해 2013년 6월 18일자로 출원된 미국가출원 일련번호 제61/836,399호에 기초하며 그로부터 우선권을 주장하고, 상기 가출원은 여기에 참조로 통합된다.

본 발명은 트위스트 데이터 와이어 쌍과 트위스트 스페어 와이어 쌍을 통하여 전력이 전송되는 PoE(Power Over Ethernet) 시스템에 관한 것이다.

원격 장비에 전력을 공급하기 위하여 데이터 라인을 통하여 전력을 공급하는 것이 공지되어 있다. PoE는 그러한 시스템의 일예이다. PoE에서는 이더넷 스위치로부터 이더넷-연결 장비(예컨대, VoIP 전화, WLAN 전송기, 보안 카메라 등)로 제한된 전력이 전송된다. 통상, 스위치로부터의 DC 전력은 표준 CAT-5 케이블링에서 두 세트의 트위스트 쌍 와이어들을 통하여 전송된다. DC 공통 모드 전압은 데이터에 영향을 주지 않기 때문에 동일한 두 세트의 트위스트 쌍 와이어들은 차분 데이터 신호 또한 전송할 수 있다. 이러한 방식으로, "전력 장치들(Powered Devices)"(PDs)에 임의의 외부 전원을 제공할 필요성이 제거될 수 있다. PoE 표준은 본 명세서에 참조로 통합된 IEEE 802.3에 개시된다.

이더넷 표준은 데이터 쌍으로 지정된 제1 및 제2 쌍의 트위스트 와이어들 및 스페어 쌍으로 지정된 제3 및 제4 쌍의 트위스트 와이어들을 특정한다. 스페어 쌍들은 통상 25.5W의 IEEE 전력 제한보다 많은 전력을 요구하지 않는 PD들에는 사용되지 않는다. "PSE(Power Sourcing Equipment)"는 데이터 라인을 통하여 PD에 전력을 공급하는 임의의 이더넷 장치일 수 있다. PSE 및 PD는 통상 표준 이더넷 8-핀(네 개의 트위스트 쌍) 커넥터로 종결되는 표준 CAT-5 케이블을 통하여 연결된다.

그러나, 25.5W IEEE 제한보다 많은 전력을 요구하는 PD들이 존재하는 것이 공지되어 있다. CAT-5 케이블을 따른 PoE 전력 손실을 최소화하기 위하여, 케이블에서의 저항 손실을 감소시키도록 PSE 종단과 PD 종단 모두에 데이터 쌍과 스페어 쌍을 병렬로 연결하는 것이 공지되어 있다. 이는 도 1에 도시된다.

도 1은 두 개의 경로를 따라 PoE 전류를 병렬로 전달하기 위하여 CAT-5 케이블의 데이터 쌍들(12 및 13)이 PSE(18)의 스페어 쌍들(14 및 15)에 고정-배선된 PoE를 이용한 이더넷 시스템을 나타낸다. 이는 현재 PoE에 대한 IEEE 표준을 위반하는 것이지만, 다양한 사용자들에 의해 행해지고 있다. "PoE"라는 용어는 종종 IEEE 표준에 따른 시스템을 식별하기 위하여 사용되기 때문에, 도 1의 시스템은 ">25.5W PoE"이라 할 수 있다. 이 쌍들은 접지 및 PD 제어장치(24)의 VIN 단자에 전류를 결합시키기 위하여 PD(22)의 개별 다이오드 브리지들(20 및 21)에 적용된다. PoE 공급 전압이 -55V로 도시되고 있지만, 공급 전압은 시스템에 따라 다른 값일 수 있다. 각 세트의 쌍들이 25.5W의 전력을 반송(carry)하는 것이 보장되기 때문에, 쌍들의 결합은 PD(22)가 필요로 하고 IR 강하를 감소시킨다면 더 높은 전력을 안전하게 반송할 수 있다.

PSE(18)는 통상 주 전압(120VAC)에 의해 전력이 공급되고 44 내지 57 볼트 사이의 DC 전압을 생성하기 위하여 외부 또는 내부 전압 변환기를 사용한다. PoE 표준은 PoE가 PD에 최소 37볼트를 공급할 것을 요구한다. 케이블에 따른 전압 강하는 거리에 따라 증가한다.

사용 중인 모든 쌍들은 변압기 23 및 25와 같은 변압기들에 의해 PD(22)에서 종결된다. 트위스트 쌍들 13 및 15가 44 볼트를 제공하고 트위스트 쌍들 12 및 14가 접지에 연결된다고 가정된다. PD 제어장치(24)로 약 44 볼트를 제공하기 위하여 변압기들의 중심 탭으로의 연결이 이루어진다. DC 전압은 공통 모드이기 때문에 차분 데이터에 영향을 주지 않는다.

전압을 PD 부하에 의해 요구되는 임의의 전압으로 변환하기 위하여 44 볼트가 DC-DC 변환기(26)에 적용된다. 변환기(26)에 의해 부하(예컨대, 보안 카메라)에 전력이 공급되고, 부하는 트위스트 와이어 쌍들을 통하여 PSE(18) 및 임의의 다른 장비들과 통신할 수 있다.

PoE-전력 장치의 존재를 검출하고 PSE(18)가 PD(22)에 이용가능한 풀 전력을 제공하기 전에 PSE(18)와 PD(22)의 관련 특성들을 전달하기 위하여, IEEE 표준은 PSE(18)와 PD(22) 사이의 특정 저전력 핸드셰이킹(handshaking) 과정을 요구한다.

이하는 PSE(18)와 PD(22) 사이의 표준 핸드셰이킹 프로토콜의 간략화된 요약이다.

PoE-인에이블 이더넷 케이블이 PD(22)에 플러그인되면, PSE 제어장치(27)는 그것이 PoE-호환가능한지를 결정하기 위하여 PD(22)에 질의한다. 이 구간을 검출 단계라 한다. 검출 단계 동안, PSE 제어장치(27)는 트위스트 와이어 쌍들(12 및 13)을 통하여 PD(22)에 고정된 간격으로 제1 전압-제한 전류를 인가하고 다음으로 결과 전압을 검출하는 것에 의해 (약 25K 옴인) PD(22)의 특성 임피던스를 구하면서 고정된 간격으로 제2 전압-제한 전류를 인가한다. 정확한 임피던스가 검출되지 않으면, PSE(18)는 부하가 PoE-호환가능하지 않고 PoE 기능을 사용할 수 없다고 추측한다. 다음으로 시스템은 표준 이더넷 연결로 동작한다.

시그니처 임피던스가 검출되면, PSE 제어장치(27)는 선택적 분류 단계로 이동한다. PSE 제어장치(27)는 PD(22)로의 전압을 증가시킨다. PSE 제어장치(27)는 (Type 1 PSE임을 가리키는) 1개의 펄스 또는 (Type 2 PSE임을 가리키는) 두개의 펄스를 발생시킨다. PD(22)는 PD(22)가 Type 1인지 Type 2인지를 식별하기 위하여 특정 전류 레벨을 가지는 분류 펄스에 응답한다. Type 1 PD는 13W 보다 적은 전력을 요구한다. Type 2 PD는 최대 25.5W를 요구한다. 이러한 유형들 내에 각각 최대 평균 전류 레벨 및 최대 순간 전류 레벨과 연관된 다양한 분류들(예컨대, 5개의 분류)이 또한 식별될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 PD 제어장치(24)의 RCLASS 핀에 연결된 분류 저항이 사용될 수 있다. 다음으로 PSE 제어장치(27)는 PD(22)에 요구되는 전력을 공급할 수 있는지를 결정하기 위하여 이러한 전력 요구 정보를 사용할 수 있으며, PD(22)는 PSE(18)로 완전히 동작할 수 있는지를 결정하기 위하여 이 정보를 사용한다. 검출 및 분류 단계를 위한 최대 시간 윈도우들(예컨대, 500ms)이 존재한다.

더 높은 전력 장비에 대하여, PSE(18)가 PD(22)로 25.5W 초과의 전력을 제공할 수 있게 하는 고전력 분류가 지정된다. 그러한 고전력 분류에서는, 전류를 공유하기 위하여 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들이 묶이는 것이 바람직하다.

다른 유형의 검출 및 분류 루틴 및 표준들이 추후 구현될 수 있다.

검출 및 분류 단계가 완료되면, PSE 제어장치(27)는 PoE 출력 전압을 42V보다 높게 증가시키고, FET(30)는 PD(22)로 전체 PoE 전압을 직접 연결시키도록 닫힌다. UVLO(under-voltage lockout) 임계값이 PD(22)에서 검출되면, 내부 FET은 DC-DC 변환기(26)를 활성화시키기 위한 "POWER GOOD" 신호를 생성하기 위하여 턴온된다. 이 때, PD(22)는 정상으로 동작하기 시작하며, 입력 전압이 요구 레벨보다 높게 유지되는 한 계속하여 정상으로 동작한다.

낮은 값 검지 저항(32)이 전류 경로에 직렬로 연결되고 그것의 전압 강하가 PSE 제어장치(27)에 의해 검출된다. PSE 제어장치(27)는 1) PD(22)가 연결해제되었는지를 검출하고; 2) 보고를 위하여 검지 저항을 통한 실제 전류를 검출하며; 3) 보고를 위하여 과전류 상황을 검출하고; 4) PD(22)가 FET(30)을 통한 전류를 제한하는 기계적-정지 전류 제한에 도달했는지 여부를 검출하기 위하여 검치된 신호를 이용한다. 전류 플래그는 PD(22)의 분류에 의존한다. PD(22)로의 전력공급을 중단할 것이 요구되면 PSE 제어장치(27)는 FET(30)을 턴오프한다.

데이터는 다른 장치의 트랜시버를 데이터 쌍들의 변압기 및 스페어 쌍들의 변압기의 차분 단자에 연결하는 것과 같이 종래 수단을 사용하여 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들을 통하여 전송될 수 있다.

PSE(18)의 설계자가 무슨 장치들이 PSE(18)에 연결되는지를 관리하지 않을 수 있기 때문에, PSE(18)는 사용자에 의해 부정확하게 사용될 수 있으며, 이는 장비의 손상을 가져온다. 도 2는 장비의 손상을 가져올 수 있는 하나의 가능한 구성을 도시한다.

도 2에서, 사용자는 도 3에 도시된 Y-케이블(36)의 일단(34)을 PSE(18)의 8-핀 CAT-5 소켓에 연결하기로 결정한다. Y-케이블(36)의 타단은 데이터 쌍들 단부(38) 및 스페어 쌍들 단부(39)로 분리된다. 단부(39)는 이 예에서 임의로 선택된 장치인 네트워크 인터페이스 제어장치(NIC)(42)의 CAT-5 소켓에 연결되는 것으로 도시된다. NIC(42)는 PoE를 사용하도록 구성되지 않는다. 그러나, PD(22)는 검출 및 분류 단계 동안 PSE(18)가 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들 상에 44 볼트를 제공해야 함를 가리킨다. 따라서, NIC(42)는 손상될 수 있으며/있거나 시스템은 상승된 플래그에 의해 셧다운될 것이다.

그러한 문제는 각 장치 상에 독립된 검출 및 분류 루틴이 수행되도록 PD(22) 및 NIC(42)(또는 임의의 다른 장비)에 개별 PSE 및 CAT-5 케이블을 제공하는 것에 의해 방지될 수 있으나, 그러한 구성은 시스템에 대한 비용 및 크기를 증가시킨다.

필요한 것은 1) 데이터 쌍들과 스페어 쌍들 모두에 동일하게 전력을 공급할 수 있거나; 2) 데이터 쌍에만 전력을 공급하거나; 3) 어느 한 쌍에 PoE를 제공하지 않을 수 있는 PoE 시스템 내의 단일 PSE 제어장치이다. 여기서, PSE 제어장치는 데이터 쌍들 또는 스페어 쌍들 중 하나에 연결된 비-PoE 호환가능 장치에 PoE 전압이 공급되지 않을 것을 보장한다.

두 개의 독립적으로 제어가능한 출력 포트를 구비하는 PSE 제어장치가 개시되며, 제1 출력 포트(OUT1)는 데이터 쌍들에 연결되고 제2 출력 포트(OUT2)는 공통 접지를 가지는 스페어 쌍들에 연결된다. 제1 FET는 검출 및 분류 단계 후에 정상 동작 동안 전체 PoE 전압을 데이터 쌍들에 와이어택적으로 연결한다. 검출 및 분류 단계 전에, PSE 제어장치는 데이터 쌍들을 스페어 쌍들로부터 격리시키고 또한 OUT1을 OUT2로부터 격리시키기 위하여 제2 FET(또는 다른 유형의 스위치)을 제어한다. PSE 제어장치는 OUT1 및 OUT2를 사용하여 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들을 통하여 검출 및 분류를 독립적으로 및/또는 동시에 수행할 수 있다.

검출 및 분류 단계의 결과가 PoE가 데이터 쌍들에만 공급되고 스페어 쌍들에는 공급되지 않아야 함을 나타내면, 데이터 쌍들이 스페어 쌍들로부터 격리되어 있으며 PoE 전압이 데이터 쌍들에만 제공되도록 제2 FET은 오프가 유지된다. 두 쌍들은 종래의 수단을 통해 데이터를 여전히 전송/수신할 수 있다.

검출 및 분류 단계가 단일 PD가 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들 모두에 연결되어 있음을 나타내고, PD가 (>25.5W를 요구하는) 고전력 PD로 분류되면, 제2 FET은 데이터 쌍들을 스페어 쌍들에 연결하도록 턴온되며, PoE 전압은 저항성 손실을 감소시키기 위하여 전력이 두 세트의 쌍들에 의해 동일하게 공유되도록 쌍들의 세트 모두에 적용된다.

PoE에 대한 현재 IEEE 표준은 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들이 두 세트의 쌍들을 통하여 PoE를 공급하기 위하여 단락되는 것을 방지하나; 본 발명은 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들에 두 세트의 쌍들을 통하여 PoE 전압을 공급하기 위하여 제2 FET이 함께 단락되는 것을 가능하게 한다. PoE의 IEEE 표준은 그러한 시나리오를 포함하도록 추후 변경될 수 있다.

검출 및 분류 단계가 단일 PD가 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들 모두에 연결되고, PD가 (<25.5W를 요구하는) 표준 전력 PD로 분류됨을 나타내면, 제2 FET은 데이터 쌍들을 스페어 쌍들에 연결하도록 턴온될 수 있으며, 따라서 전력은 두 세트의 쌍들에 의해 동일하게 공유된다. 그러나, IEEE 표준을 만족할 것이 요구되면, 제2 FET은 오프로 유지되어야 한다.

검출 및 분류 단계가 PoE 요구사항이 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들에 연결된 서로 다른 PD들에 대하여 동일함을 나타내거나, PD들이 호환가능한 분류를 가진다면, 제2 FET은 PoE 전압이 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들에 제공되도록 하기 위하여, 현재 IEEE 표준을 위반하여, 턴온될 수 있다. 그러나, IEEE 표준이 만족되어야 한다면, 제2 FET은 오프로 유지되어야 하며, 따라서 스페어 쌍들에 연결된 PD는 PoE를 수신하지 않을 것이다.

검출 및 분류 단계가 적어도 데이터 쌍들이 PoE를 공급받아야 함을 가리킨 후, 전체 PoE 전력이 데이터 쌍들을 (예컨대, 55 볼트를 제공하는) PoE 전원에 연결하는 제1 FET을 닫는 PSE 제어장치에 의해 공급된다. 따라서, PSE 제어장치는 PSE 전원이 데이터 쌍들에 전체 전력을 공급하는 경우 바이패스되며, (또한 PSE 제어장치에 의해 제어되는) 제2 FET은 스페어 쌍들에 데이터 쌍들에 연결되어야 하는지 여부를 결정한다.

모든 경우에, 검출 및 분류 단계 동안 PoE-호환가능한 것으로 장치가 검출되지 않는 한, 전력은 데이터 쌍들 또는 스페어 쌍들 중 하나에 연결된 임의의 장치에 공급되지 않을 것이다.

결과 전류를 측정하는 것에 의하여 특성 임피던스(25K 옴)를 검출하기 위하여 상기 쌍들을 통하여 PD로 두 전압을 공급하는 종래 기술 대신, 한 세트의 쌍들에 공지된 낮은 제1 전류를 제공하고 결과 전압을 검출한 후 공지된 제2 전류로 전류를 변경하고 델타 전압을 검출하는 것에 의해 검출이 수행된다. 두-점 고정 전류 방법은 PD 시그니처 저항이 PD 내의 임의의 고정 다이오드 전압 강하로부터 격리되도록 한다.

이 검출 방법의 변형이 단일 PD가 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들 모두에 연결되는지를 동시에 검출하기 위하여 사용될 수 있다. 제2 FET이 오프인 동안, PSE 제어장치는 (OUT1을 통하여) 데이터 쌍들에 공지된 제1 전류를 공급하고 결과 전류를 측정한다. 제1 전류가 데이터 쌍들에 적용되는 동안, 공지된 제2 전류가 (OUT2를 통하여) 스페어 쌍들에 공급되고 결과 전압이 검출된다. 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들이 PD에 연결되면, 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들에 공급된 전류의 합은 PD에서 임의의 25K 옴 저항을 통하여 흐를 것이다. 두 전류 레벨에서 두 전압의 검출이 25K 옴 저항이 존재함을 가리키면, 그것은 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들에 연결된 오직 하나의 PD만이 존재하고 PoE가 호환가능함을 의미한다. 다음으로 분류 단계가 단일 PD에 대하여 수행된다.

상술한 검출 기술이 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들이 동일한 PD에 연결되지 않음을 가리키면, 전체 검출 및 분류 루틴은 (OUT1을 통하여) 데이터 쌍들 및 (OUT2를 통하여) 스페어 쌍들에 독립적으로 수행된다.

검출, 분류 및 제1 FET과 제2 FET의 개방 및 단락 기능을 수행하는 외에, PSE 제어장치는 또한 낮은 값 감지 저항을 가로지르는 전압을 검출하는 것에 의하여 PD로의 전류를 검출한다. 다음으로 PSE 제어장치는 전류를 보고하고, PD의 연결해제를 검출하며, 과전류를 검출하고 제1 FET의 도전성을 제어하는 것에 의해 최대 전류를 제어하는 기능을 수행한다.

차분 디지털 데이터는 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들에 대한 변압기의 차분 단자로 데이터-관련 장치들의 트랜시버를 연결하는 것과 같이 종래 기술을 사용하여 데이터 쌍들 및 스페어 쌍들을 통하여 전송될 수 있다. 그러한 데이터 통신 방법 및 구조는 본 발명에 영향을 받지 않으며, 본 발명은 PoE에만 관련이 있다.

다양한 다른 실시예들이 개시된다.

본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.

도 1은 PoE 전압을 PD에 공급하기 위해, 일반적으로 25.5W 보다 큰 전력을 PD에 공급하기 위해 함께 하드웨어에 내장된 데이터 쌍 및 스페어 쌍을 이용한 비통상적 종래 기술의 PoE 인에이블 이더넷 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 사용자가 Y 케이블을 사용해 논-PoE 전동 디바이스를 스페어 쌍에 부정확하게 연결하는 반면 PoE 전동 디바이스는 데이터 쌍에 연결되어, 상기 논-PoE 전동 디바이스에 손상이 발생할 수 있는 도 1의 시스템을 도시한 것이다.
도 3은 데이터 쌍과 스페어 쌍을 분할하기 위한 이더넷용의 종래 Y 케이블을 도시한 것이다.
도 4는 독창적인 PSE 제어장치와 PoE 시스템에서의 연결의 일실시예를 도시한 것이다.
도 5는 도 4의 PSE 제어장치의 동작 동안 몇가지 가능한 시나리오들을 도시한 흐름도이다.
같거나 동일한 요소들은 동일한 참조부호로 표시된다.

도 4의 PSE(48)에 도시된 회로는 전력이 트위스트된 와이어 데이터 쌍과 스페어 쌍을 통해 PD로 공급될 수 있는 PoE 인에이블 이더넷 시스템의 해당 태양을 나타낸다. CAT-5 케이블을 통해 조작 데이터를 PD로 보내는 디바이스와 같이 본 발명과 관계없는 그러한 이더넷 시스템과 같은 태양들은 종래적일 수 있으므로 도시되어 있지 않다. 전력공급 후 차동 디지털 데이터를 보내기 위해 트랜스포머를 통해 데이터 쌍과 스페어 쌍에 연결될 수 있는 대표적인 디바이스는 PD의 동작을 제어할 수 있는 프로세서이다. 데이터 쌍과 스페어 쌍용의 변압기는 다양한 기타 디바이스들에 연결된 데이터 버스들에 연결될 수 있다.

도 4에서, 데이터 쌍(12 및 13)과 스페어 쌍(14 및 15)이 도 1 및 도 2에 도시된 디바이스(들)을 포함해 임의의 디바이스에 연결될 수 있다. 도 4의 PSE 제어장치(50)는 임의 타입의 디바이스들이 데이터 쌍과 스페어 쌍에 연결되게 하는 한편, 디바이스들에 손상을 막기 위해 PoE 전압을 데이터 쌍과 스페어 쌍 중 하나 또는 모두에 선택적으로 인가하는 추가 특징들이 있다.

PSE 제어장치(50)의 VEE 핀 및 접지 핀에 연결된 전원에 의해 전력이 PSE 제어장치(50)에 먼저 인가되면, FET1 및 FET2는 오프 상태에 있다. PSE 제어장치(50)내에 디지털 회로용 접지단자(DGND)와 아날로그 회로용 공유접지단자(AGND)가 있다.

종래 트랜스포머(52-55)는 PDs(또는 기타 디바이스)가 완전히 전력공급된 후 동작 동안 데이터 통신을 위해 데이터 쌍(12 및 13)과 스페어 쌍(14 및 15)을 버스(미도시)에 연결시킨다. PSE(48)는 소켓에 플러그되는 단자들을 갖는 카드를 구비할 수 있고, 트랜스포머 리드들이 소켓을 통해 가령 버스에 연결된다. 소켓은 또한 -55 볼트 및 접지를 제공할 수 있고, PoE 전원도 또한 고려되는 PSE(48)의 일부이다.

-55볼트가 공급될 경우 PSE 제어장치(50)에 전력공급이 되자마자, 상기 PSE 제어장치(50) 내부에 있는 프로세서에 의해 루틴이 수행된다. 프로세싱 하드웨어는 통상적이며 도 2의 종래 기술의 PSE 제어장치와 유사할 수 있다. 그러나, 루틴은 본 명세서에 기술된 추가 특징들을 포함한다. 루틴은 메모리에 저장되거나 상태기계계와 같이 로직회로에 하드웨어 내장될 수 있다.

제공된 예에서, 다음의 검출 기술이 이용된다. 최종 발생한 전류를 측정함으로써 특징 임피던스(25K옴)를 검출하기 위해 2개의 전압을 상기 쌍들을 통해 PD에 공급하는 대신, 알고 있는 낮은 제 1 전류를 한 세트의 쌍에 공급하고 발생한 전압을 검출한 후, 상기 전류를 알고 있는 제 2 전류로 바꾸고 델타 전압을 검출함으로써 검출이 수행된다. 델타 전류를 또한 알고 있기 때문에, 옴 법칙에 의해 저항이 결정될 수 있다. 2점 고정 전류법으로 인해 PD 시그니처 저항이 PD에서 임의의 정적 다이오드 전압강하와 분리된다.

도 5의 흐름도에 도시된 바와 같이, 단계 58에서 FET1 및 FET2는 PSE 제어장치(50)가 전력공급 받은 후 데이터 쌍과 스페어 쌍에 전혀 전력이 가해지지 않도록 초기에 개방되어 있다. FETs는 GATE1 및 GATE2 핀에 가해진 신호에 의해 제어된다. 일실시예에서, GATE1는 PSE 제어장치(50)의 핫스와핑용으로 구성된 반면, GATE2는 핫스와핑용으로 구성되지 않는다.

단계 59에서, 하나의 PD가 (도 1에 도시된 바와 같이) PoE용 데이터 쌍과 스페어 쌍에 연결되었는지 판단하는 동시에 PD에 25K옴 저항기가 있음을 검출하는 검출 테스트가 수행된다. FET2가 오프인 동안, PSE 제어장치(50)는 알고 있는 제 1 전류를 (OUT1을 통해) 데이터 쌍에 공급하고, 발생한 전압을 측정한다. 제 1 전류가 데이터 쌍에 가해지고 있는 동안, 알고 있는 제 2 전류가 (OUT2를 통해) 스페어 쌍에 공급하고, 발생한 전압이 검출된다. 데이터 쌍 및 스페어 쌍이 PD에 연결되면, 스페어 쌍에 공급된 전류는 데이터 쌍에 공급된 전류에 추가되어 OUT2에서 측정된 전압에 영향을 주게 된다. 데이터 쌍과 스페어 쌍에 공급된 전류의 합이 PoE 호환가능한 것을 나타내는데 사용되는 PD내 임의의 25K옴 저항기를 통해 흐르게 된다. 2개 전류레벨에서 OUT1 및 OUT2에서의 2개 전압의 검출이 (옴 법칙을 이용해) 25K옴 저항이 있는 것을 나타내면, 이는 데이터 쌍과 스페어 쌍에 연결된 하나의 PD만이 있고 PoE 호환가능한 것을 의미한다. 그런 후 하나의 PD에 대해 분류 단계가 수행된다.

가령 5개의 분류 중 어떤 것이 상기 PD가 속하는지 판단하기 위해 (다양한 신호들로 PD의 응답을 검출함으로써) 저전력으로 분류 루틴이 수행된다. 분류는 일반적으로 PD가 종래 25.5W의 최대 전력보다 큰 전력을 필요로 하는지를 포함해 PD의 전력 요구와 관련있다. 분류 루틴은 IEEE 표준에 의해 명시된 루틴일 수 있다.

상기 검출기술은 데이터 쌍과 스페어 쌍이 동일한 PD에 연결되지 않은 것을 나타내면(단계 60), (OUT1을 통해) 데이터 쌍과 (OUT2를 통해) 스페어 쌍에 대해 완전 검출 및 분류 루틴이 별개로 수행된다(단계 61 및 62).

일실시예에서, 단계 61 및 62의 검출 및 분류는 데이터 쌍과 스페어 쌍에 대해 동시에 그리고 별개로 수행될 수 있거나, 순차적으로 수행될 수 있다. 검출 및 분류 루틴은 도 1을 참조로 기술된 것과 같을 수 있다. 검출 및 분류를 위한 IEEE PoE 표준은 본 명세서에 참조로 합체되어 있다.

단계 62(또는 단계 60) 후에, PSE 제어장치(50)는 도 1에서와 같이 데이터 쌍과 스페어 쌍이 같은 PoE 호환가능 PD에 연결되었거나 데이터 쌍과 스페어 쌍이 하나 또는 모두가 PoE 호환가능한 다른 디바이스들에 연결되었는지 혹은 상기 쌍들 중 어느 것도 PoE 호환가능 디바이스에 연결되지 않았는지 알게 된다.

다양한 시나리오들을 설명한다.

단계 66에서, 데이터 쌍과 스페어 쌍 모두가 PD가 (25.5W보다 큰 전력을 필요로 하는) 고전력 PD이든 아니든 동일한 PoE 호환가능 PD에 연결된 것을 검출 및 분류가 나타내면, PSE 제어장치(50)는 FET2를 온시켜 데이터 쌍을 스페어 쌍에 효과적으로 단락시킨다(접지가 항상 연결된다). 이는 케이블내 저항 손실을 낮춘다. 그런 후 PSE 제어장치(50)는 FET1을 온시켜 낮은 값의 감지 저항기(Rsense)를 통해 -55볼트의 최고 PoE 전압을 데이터 쌍 및 스페어 쌍에 연결시킨다. FETs가 도시되어 있으나, 임의의 트랜지스터 또는 다른 타입의 스위치가 사용될 수 있다. 현재, PD(s)는 PSE(48)에 의해 완전히 전력공급 받는다. 그러나, IEEE 표준은 현재 데이터 쌍 및 스페어 쌍이 PoE에 단락되는 것을 금지하므로, 대안으로, FET2가 IEEE 표준을 충족시키기 위해 계속 오프된 채로 있을 수 있다. PD가 분류 동안 25.5W보다 더 큰 전력을 필요로 하면, FET2는 온되어야 하므로 고전력이 데이터 쌍 및 스페어 쌍에 공유되어 IR 강하를 줄인다. 데이터 쌍 및 스페어 쌍에 의한 전력 공유는 또한 고전력 애플리케이션에 대한 안전성을 높일 수 있다.

단계 68 및 66에서, 단계 61 및 62에서의 검출 및 분류가 다른 PD들이 데이터 쌍 및 스페어 쌍에 연결되나 분류가 식별 또는 호환될 수 있는 것을 나타내면, FET1 및 FET2가 온되어 최고의 PoE 전압을 데이터 쌍 및 스페어 쌍 모두에 가하게 된다. 그러나, 상술한 바와 같이 IEEE 표준은 데이터 쌍 및 스페어 쌍이 PoE에 단락되는 것을 금지하므로, 대안으로, FET2가 IEEE 표준을 충족시키기 위해 계속 오프된 채로 있을 수 있다.

PSE 제어장치(50)는 Rsense을 통해 전류를 모니터하고 FET1를 제어해 전류를 제한하거나 전력원으로부터 PD를 단절시키는 종래 하드웨어 및 루틴을 포함할 수 있다. 일실시예에서, PSE 제어장치(50)는 VEE 핀과 SENSE1 핀 간의 전압차를 감지해 Rsense를 통해 옴 법칙으로 전류를 판단한다. PSE 제어장치(50)는 감지신호를 이용해 1) PD(s)가 단절되었는지 검출하고; 2) 보고용으로 Rsense를 통해 실제 전류를 검출하며; 3) 보고용으로 초과전류 상황을 검출하고; 4) PD(s)가 전류한계에 달했는지 검출해, FET1의 전도로를 제어함으로써 전류를 제한한다. 어떠한 전류도 흐르지 않는 것으로 검출되면, FET1은 오프로 제어된다. 전류 플래그들은 PD의 분류에 의존한다.

단계 72 및 74에서, 검출 및 분류 단계는 데이터 쌍에 연결된 디바이스만이 도 2에 도시된 바와 같이 PoE 호환가능한 것을 나타내면, PSE 제어장치(50)는 계속 FET2를 오프시키고 FET1을 온시켜 PoE 전압만을 데이터 쌍에 가한다. 따라서, 논-PSE 호환가능 디바이스에 전혀 손상이 가해지지 않는다.

단계 76 및 78에서, 검출 및 분류 단계는 데이터 쌍 또는 스페어 쌍에 연결된 디바이스들 중 어느 것도 PoE 호환가능하지 않은 것을 나타내면, PSE 제어장치(50)는 계속 FET1 및 FET2를 오프시켜 전혀 PoE 전압이 데이터 쌍 및 스페어 쌍에 공급되지 않게 된다.

FET2의 선택적 제어는 IEEE PoE Pds와 백워드 컴플라이언스를 유지한다.

스페어 쌍에 연결된 디바이스만이 PoE 호환가능한 경우, FET1 및 FET2는 오프된 채로 있고 어느 디바이스도 PoE 전압을 받지 않을 것이다. 이는 왜냐하면, 도 4의 실시예에서, 데이터 쌍이 PoE 전압을 받을 경우 스페어 쌍이 PoE 전압만을 받을 수 있기 때문이다. 따라서, 또 다른 실시예에서, 노드(80)와 데이터 쌍 간에 연결된 제 3 FET가 있고, 상기 제 3 FET는 FET1 및 FET2가 스페어 쌍들에만 PoE 전압을 공급하도록 닫힐 경우 데이터 쌍과 스페어 쌍을 분리하기 위해 PSE 제어장치(50)에 의해 제어된다. 제 3 FET는 검출 및 분류 단계 동안 온될 것이다. 이런 구성은 IEEE 표준을 만족할 수 있다. 이런 모드에서, 데이터 쌍 및 스페어 쌍 각각에 대한 별개의 PSE 제어장치보다, 하나의 PSE 제어장치만이 데이터 쌍 및 스페어 쌍에 PoE를 별도로 제어하는데 여전히 사용되어, 비용과 공간을 절감한다.

프로세서에 의한 신호에 응답해 간단한 구동회로들에 의해 다양한 FET들이 제어된다. 다양한 FET들은 도 4에 도시된 외부 배선 중 어느 것을 따라 PSE 제어장치 패키지의 내부에 있을 수 있고, 적절한 핀들이 상기 패키지에 제공될 수 있다. 마이크로프로세서 및/또는 상태기계를 포함한 PSE 제어장치(50) 내부의 프로세싱 하드웨어는 수행된 루틴들이 OUT2 및 FET2 컨트롤 포트의 추가를 수용하기 위해 본 발명에 따라 변경되는 종래 기술의 도 1에서의 PSE 제어장치(27)내 프로세싱 하드웨어와 같을 수 있다. 따라서, PSE 제어장치(50)의 내부회로에 대한 설명은 본 발명의 권한행사에 필요치 않으며 많은 등가의 제어회로 타입들이 사용될 수 있다. PSE 제어장치(50)는 하나의 집적회로로 형성될 수 있거나, 단일 패키지가 함께 연결된 다수의 집적회로들을 포함할 수 있다.

PSE 및 PD라는 용어는 본 개시 내내 전력을 공급하는 장비 및 전력을 받는 장비를 구별하기 위해 사용되며, 이런 장비/디바이스는 다르게 명시되지 않는 한 이더넷 장비/디바이스로 국한되지 않는다.

이 전체 개시 내내 기술된 특징들 중 어느 것도 조합될 수 있다.

본 발명의 특별한 실시예들이 도시되고 기술되었으나, 광범위한 태양들에서 본 발명으로부터 벗어남이 없이 변경 및 변형들이 행해질 수 있고, 따라서 특허청구범위는 본 발명의 진정한 기술사상 및 범위 내에 있는 모든 이런 변경 및 변형들을 특허청구범위 내에서 포함하는 것임이 당업자에 명백할 것이다.

Claims

적어도 데이터 와이어 쌍을 통해 PoE 전압을 제공하기 위한 이더넷 시스템에서 한 세트의 데이터 와이어 쌍 및 한 세트의 스페어 와이어 쌍과 선택가능하게 연결가능한 전력 공급 장비(PSE);
PoE 전압을 수신하도록 적어도 데이터 와이어 쌍에 의해 PSE로 연결되는 전력 장치(PD); 및
PSE의 일부로서의 PSE 제어장치를 포함하며,
상기 PSE 제어장치는:
제1 출력 포트(OUT1);
제2 출력 포트(OUT2);
PoE 전압을 데이터 와이어 쌍과 선택적으로 연결하는 제1 스위치와 연결되는 제1 스위치 제어 포트;
OUT1을 OUT2과 선택적으로 연결하는 제2 스위치와 연결되는 제2 스위치 제어 포트; 및
OUT1 및 OUT2를 통해 수행되는, 검출 및 분류 루틴 동안 제1 스위치 및 제2 스위치를 오프 상태로 유지하는 단계와; PoE 전압이 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 모두에 인가되어야 하거나, 데이터 와이어 쌍에만 인가되어야 하거나, 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 어느 것에도 인가되지 않아야 하는지를 결정하도록 검출 및 분류 루틴을 수행하는 단계와; PoE 전압이 데이터 와이어 쌍에만 제공되어야 한다고 결정된다면, 데이터 와이어 쌍에만 PoE 전압을 공급하도록 제1 스위치를 턴온하고 제2 스위치를 오프 상태로 유지하는 단계와; PoE 전압이 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 모두에 제공되어야 한다고 결정된다면, 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 모두에 PoE 전압을 공급하도록 제2 스위치와 제1 스위치를 턴온하는 단계를 포함하는 방법을 수행하도록 구성된 처리 회로를 포함하는 이더넷을 통한 전력공급(PoE) 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 회로는:
제1 전류를 OUT1에 인가하고 그로 인해 발생한 제1 전압을 측정하는 단계;
제2 전류를 OUT2에 인가하고 그로 인해 발생한 제2 전압을 측정하는 단계;
PD가 PoE-호환가능하다고 표시된 PD에서 임피던스를 결정하는 단계; 및
제2 전류가 제1 전류에 추가됨을 검출하여 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍이 동일한 PD에 연결됨을 결정하는 단계를 포함하는 검출 방법을 수행하도록 구성되는 이더넷을 통한 전력공급(PoE) 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 회로는:
신호를 OUT1에 인가하여 데이터 와이어 쌍과 연결된 PD가 PoE-호환가능한지를 결정하는 단계; 및
또 다른 신호를 OUT2에 인가하여 스페어 와이어 쌍과 연결된 장치가 PoE-호환가능한지를 결정하는 단계를 포함하는 검출 방법을 수행하도록 구성되는 이더넷을 통한 전력공급(PoE) 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 회로는 PD가 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 모두에 연결되고 특정 전력 레벨을 필요로 한다고 결정된 후 제1 스위치와 제2 스위치를 턴온하도록 구성되는 이더넷을 통한 전력공급(PoE) 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 회로는:
전류가 적어도 데이터 와이어 쌍으로 흐르도록 제1 스위치를 켠 후 제1 스위치를 통해 전류 흐름을 검출하는 단계; 및
제1 스위치를 제어하여 전류가 특정 레벨을 초과하는 것을 방지하는 단계를 포함하는 전류 감지 방법을 수행하도록 구성되는 이더넷을 통한 전력공급(PoE) 시스템.
제 1 항에 있어서,
PoE 전압을 적어도 데이터 와이어 쌍에 연결하는 변압기를 더 포함하며,
PoE 전압은 제1 스위치가 턴온될 때 변압기의 센터 탭(center tap)에 연결되는 이더넷을 통한 전력공급(PoE) 시스템.
데이터 와이어 쌍으로 연결되기 위한 제1 출력 포트(OUT1);
스페어 와이어 쌍으로 연결되기 위한 제2 출력 포트(OUT2);
PoE 전압을 데이터 와이어 쌍과 선택적으로 연결하는 제1 스위치에 제1 제어 전압을 공급하도록 구성된 제1 스위치 제어 포트;
OUT1을 OUT2와 선택적으로 연결하는 제2 스위치에 제2 제어 전압을 공급하도록 구성된 제2 스위치 제어 포트; 및
OUT1 및 OUT2를 통해 수행되는, 검출 및 분류 루틴 동안 제1 스위치 및 제2 스위치를 오프 상태로 유지하는 단계와; PoE 전압이 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 모두에 인가되어야 하거나, 데이터 와이어 쌍에만 인가되어야 하거나, 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 어느 것에도 인가되지 않아야 하는지를 결정하도록 검출 및 분류 루틴을 수행하는 단계와; PoE 전압이 데이터 와이어 쌍에만 제공되어야 한다고 결정된다면, 데이터 와이어 쌍에만 PoE 전압을 공급하도록 제1 스위치를 턴온하고 제2 스위치를 오프 상태로 유지하는 단계와; PoE 전압이 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 모두에 제공되어야 한다고 결정된다면, 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 모두에 PoE 전압을 공급하도록 제2 스위치와 제1 스위치를 턴온하는 단계를 포함하는 방법을 수행하도록 구성된 처리 회로를 포함하는, 이더넷을 통한 전력공급(PoE) 시스템에서 사용하기 위한 전력 공급 장비(PSE) 제어장치.
제 7 항에 있어서,
상기 처리 회로는:
제1 전류를 OUT1에 인가하고 그로 인해 발생한 제1 전압을 측정하는 단계;
제2 전류를 OUT2에 인가하고 그로 인해 발생한 제2 전압을 측정하는 단계;
전력 장치(PD)가 PoE 호환가능하다고 표시되고 적어도 데이터 와이어 쌍과 연결된 PD에서 임피던스를 결정하는 단계; 및
제2 전류가 제1 전류에 추가됨을 검출하여 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍이 동일한 PD에 연결됨을 결정하는 단계를 포함하는 검출 방법을 수행하도록 구성되는 전력 공급 장비(PSE) 제어장치.
제 7 항에 있어서,
상기 처리 회로는:
신호를 OUT1에 인가하여 적어도 데이터 와이어 쌍과 연결된 전력 장치(PD)가 PoE-호환가능한지를 결정하는 단계; 및
또 다른 신호를 OUT2에 인가하여 스페어 와이어 쌍과 연결된 장치가 PoE-호환가능한지를 결정하는 단계를 포함하는 검출 방법을 수행하도록 구성되는 전력 공급 장비(PSE) 제어장치.
제 7 항에 있어서,
상기 처리 회로는 적어도 데이터 와이어 쌍과 연결된 전력 장치(PD)가 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 모두에 연결되고 특정 전력 레벨을 필요로 한다고 결정된 후 제1 스위치와 제2 스위치를 턴온하도록 구성되는 전력 공급 장비(PSE) 제어장치.
제 7 항에 있어서,
상기 처리 회로는:
전류가 적어도 데이터 와이어 쌍으로 흐르도록 제1 스위치를 켠 후 제1 스위치를 통해 전류 흐름을 검출하는 단계; 및
제1 스위치를 제어하여 전류가 특정 레벨을 초과하는 것을 방지하는 단계를 포함하는 전류 감지 방법을 수행하도록 구성되는 전력 공급 장비(PSE) 제어장치.
이더넷을 통한 전력공급(PoE) 시스템에 연결되고,
데이터 와이어 쌍으로 연결되는 제1 출력 포트(OUT1)와, 스페어 와이어 쌍으로 연결되는 제2 출력 포트(OUT2)와, PoE 전압을 데이터 와이어 쌍과 선택적으로 연결하는 제1 스위치에 제1 제어 전압을 공급하기 위한 제1 스위치 제어 포트와, OUT1을 OUT2와 선택적으로 연결하는 제2 스위치에 제2 제어 전압을 공급하기 위한 제2 스위치 제어 포트와, OUT1, OUT2, 제1 스위치 제어 포트 및 제2 스위치 제어 포트에서 신호를 제어하도록 구성된 처리 회로를 포함하는 전력 공급 장비(PSE) 제어장치에 의해 수행되는 방법으로서,
상기 방법은:
OUT1 및 OUT2를 통해 수행되는, 검출 및 분류 루틴 동안 제1 스위치 및 제2 스위치를 오프 상태로 유지하는 단계;
PoE 전압이 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 모두에 인가되어야 하거나, 데이터 와이어 쌍에만 인가되어야 하거나, 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 어느 것에도 인가되지 않아야 하는지를 결정하도록 검출 및 분류 루틴을 수행하는 단계;
PoE 전압이 데이터 와이어 쌍에만 제공되어야 한다고 결정된다면, 데이터 와이어 쌍에만 PoE 전압을 공급하도록 제1 스위치를 턴온하고 제2 스위치를 오프 상태로 유지하는 단계; 및
PoE 전압이 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 모두에 제공되어야 한다고 결정된다면, 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 모두에 PoE 전압을 공급하도록 제2 스위치와 제1 스위치를 턴온하는 단계를 포함하는, 전력 공급 장비(PSE) 제어장치에 의해 수행되는 방법.
제 12 항에 있어서,
제1 전류를 OUT1에 인가하고 그로 인해 발생한 제1 전압을 측정하는 단계;
제2 전류를 OUT2에 인가하고 그로 인해 발생한 제2 전압을 측정하는 단계;
전력 장치(PD)가 PoE 호환가능하다고 표시되고 적어도 데이터 와이어 쌍과 연결된 PD에서 임피던스를 결정하는 단계; 및
제2 전류가 제1 전류에 추가됨을 검출하여 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍이 동일한 PD에 연결됨을 결정하는 단계를 포함하는, 검출 방법을 수행하는 단계를 더 포함하는 전력 공급 장비(PSE) 제어장치에 의해 수행되는 방법.
제 12 항에 있어서,
신호를 OUT1에 인가하여 적어도 데이터 와이어 쌍과 연결된 전력 장치(PD)가 PoE-호환가능한지를 결정하는 단계; 및
또 다른 신호를 OUT2에 인가하여 스페어 와이어 쌍과 연결된 장치가 PoE-호환가능한지를 결정하는 단계를 포함하는, 검출 방법을 수행하는 단계를 더 포함하는 전력 공급 장비(PSE) 제어장치에 의해 수행되는 방법.
제 12 항에 있어서,
적어도 데이터 와이어 쌍과 연결된 전력 장치(PD)가 데이터 와이어 쌍과 스페어 와이어 쌍 모두에 연결되고 특정 전력 레벨을 필요로 한다고 결정된 후 제1 스위치와 제2 스위치를 턴온하는 단계를 더 포함하는 전력 공급 장비(PSE) 제어장치에 의해 수행되는 방법.
제 12 항에 있어서,
전류가 적어도 데이터 와이어 쌍으로 흐르도록 제1 스위치를 켠 후 제1 스위치를 통해 전류 흐름을 검출하는 단계; 및
제1 스위치를 제어하여 전류가 특정 레벨을 초과하는 것을 방지하는 단계를 포함하는 전류 감지 방법을 더 포함하는 전력 공급 장비(PSE) 제어장치에 의해 수행되는 방법.
제 12 항에 있어서,
변압기는 PoE 전압을 적어도 데이터 와이어 쌍에 연결하며,
PoE 전압은 제1 스위치가 턴온될 때 변압기의 센터 탭에 연결되는 전력 공급 장비(PSE) 제어장치에 의해 수행되는 방법.