乙太网供电的侦测电路及其侦测电流产生方法与流程

本发明是关于乙太网供电，尤其是关于乙太网供电的侦测电路及其侦测电流产生方法。

背景技术：

乙太网供电(power over Ethernet,POE)的系统中包含供电端(power sourcing equipment,PSE)及受电端(power device,PD)。受电端具有不同的种类。在国际电机电子工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)制订乙太网供电的相关标准(例如IEEE 802.3af)之前所制造的受电端(以下称为非标准受电端)允许较大的电容，而在该标准制订之后所制造的受电端(以下称为标准受电端)的电容较小。供电端可依需求决定是否对非标准受电端进行侦测并供电，若要侦测非标准受电端则需要一较大电流来进行侦测。如何在提供大电流的同时不增加供电端的侦测电路的电路面积则是此领域的重要课题。

技术实现要素：

鉴于先前技术的不足，本发明的一目的在于提供一种乙太网供电的侦测电路及其侦测电流产生方法，以减少电路面积。

本发明揭露一种乙太网供电的侦测电路，设置于一供电端，用来于一第一侦测模式产生一第一侦测电流以及于一第二侦测模式产生一第二侦测电流，以侦测一受电端的种类，包含：一输出埠；一第一电流源，用来于该第一侦测模式产生一第一电流；一第二电流源，用来于该第二侦测模式选择性地产生一第二电流；一第三电流源，用来于该第二侦测模式选择性地产生一第三电流；以及一控制单元，耦接该第一、第二及第三电流源，用来于该第一侦测模式控制该第一电流输出至该输出埠，以使该第一侦测电流包含该第一电流，以及于该第二侦测模式控制该第一电流停止输出至该输出埠，并且控制该第二电流及该第三电流的至少其中的一输出至该输出埠，以使该第二侦测电流包含该第二电流及该第三电流的至少其中之一。

本发明另揭露一种乙太网供电的侦测电路，设置于一供电端，用来于一第一侦测模式产生一第一侦测电流以针对一第一种类的受电端进行侦测，以及于一第二侦测模式产生一第二侦测电流以针对一第二种类的受电端进行侦测，该侦测电路包含：一第一电流源群组，包含至少一第一电流源，用来于该第一侦测模式产生部分该第一侦测电流；以及一第二电流源群组，包含复数第二电流源，用来于该第一侦测模式产生部分该第一侦测电流，以及于该第二侦测模式产生该第二侦测电流。该第一电流源群组在该第二侦测模式不产生电流。

本发明另揭露一种乙太网供电的侦测电流产生方法，应用于一乙太网供电的供电端，用来于一第一侦测模式产生一第一侦测电流以针对一第一种类的受电端进行侦测，以及于一第二侦测模式产生一第二侦测电流以针对一第二种类的受电端进行侦测，该方法包含：于该第一侦测模式利用一第一电流源群组产生部分该第一侦测电流，该第一电流源群组包含至少一第一电流源；于该第一侦测模式利用一第二电流源群组产生部分该第一侦测电流，该第二电流源群组包含复数第二电流源；于该第二侦测模式控制该第一电流源群组不产生电流；以及于该第二侦测模式利用该第二电流源群组产生该第二侦测电流。

本发明的乙太网供电的侦测电路及其侦测电流产生方法能够提供大电流且避免增加电路面积。相较于习知技术，本发明的乙太网供电的侦测电路能够以较小的电路面积产生所需的侦测电流，以供乙太网供电的供电端进行非标准受电端的侦测及标准受电端的侦测。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作实施例详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的乙太网供电系统的示意图；

图2为供电端110的内部的侦测电路的局部电路图；

图3为本发明的电流校正的流程图；

图4为供电端110的内部的侦测电路的局部电路图的另一实施例；以及

图5为本发明侦测电流产生方法其中一实施例的流程图。

符号说明

100 乙太网供电系统

110 供电端

120-1～120-3 受电端

200 侦测电路

210、410 第一电流源群组

212、222-1～222-n、412-1～412-m 电流源

220 第二电流源群组

230 连接埠

240 控制单元

400 侦测电路

S310～S350、S510～S520 步骤

具体实施方式

以下说明内容的技术用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准。

本发明的揭露内容包含乙太网供电的侦测电路及其侦测电流产生方法。由于本发明的乙太网供电的侦测电路所包含的部分元件单独而言可能为已知元件，因此在不影响该装置发明的充分揭露及可实施性的前提下，以下说明对于已知元件的细节将予以节略。此外，本发明的侦测电流产生方法可以是软体及/或韧体配合硬体的形式，并且可藉由本发明的乙太网供电的侦测电路或其等效装置来执行，在不影响该方法发明的充分揭露及可实施性的前提下，以下方法发明的说明将着重于步骤内容而非硬体。

图1是本发明的乙太网供电系统的示意图。乙太网供电系统100包含一个供电端110及三个受电端120-1、120-2及120-3，三个受电端分别连接供电端110的连接埠1～3(图未示)。在此假设受电端120-1为标准受电端，受电端120-2及120-3为非标准受电端。为了能够对受电端120-1～120-3正确供电，供电端110在供电之前会先透过连接埠1～3侦测受电端120-1～120-3的种类。因为受电端可分为标准受电端及非标准受电端两种，所以供电端110包含标准受电端侦测模式及非标准受电端侦测模式。两种模式会在连接埠提供不同的侦测电流。更详细地说，进行非标准受电端的侦测时，供电端110轮流在每个连接埠提供第一侦测电流，以分别对受电端进行侦测；而进行标准受电端的侦测时，供电端110可以同时在每个连接埠提供第二侦测电流，以同时对所有连线的受电端进行侦测。一般而言，因为非标准受电端可能包含大电容，所以第一侦测电流大于第二侦测电流。在一个实施例中，第一侦测电流在侦测过程中实质上维持固定，其等级例如是100μA～2mA，第二侦测电流在侦测过程中可能改变，其等级例如是100μA～900μA。

图2是供电端110的内部的侦测电路的局部电路图。侦测电路200包含第一电流源群组210、第二电流源群组220、输出埠230及控制单元240。第一电流源群组210包含至少一个电流源，第二电流源群组220包含复数个电流源。每个电流源连接于输出埠230与参考电压Vref(例如接地)之间。此实施例中第一电流源群组210包含电流源212，第二电流源群组220包含电流源222-1～222-n，n为正整数。第一电流源群组210与第二电流源群组220并联，亦即电流源212及222-1～222-n皆并联。第一电流源群组210用来于非标准受电端侦测模式提供部分该前述的第一侦测电流，第二电流源群组220主要用来于标准受电端侦测模式提供前述的第二侦测电流。一般而言，第一电流源群组210的电流总和大于第二电流源群组220的电流总和，亦即I₁>I₂₁+I₂₂+…+I_2n。电流源212及电流源222-1～222-n可以由电晶体实作(例如以互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)的制程方式)，并基于电流镜(current mirror)的技术来产生所需的电流。通常产生的电流愈大，电流源所占的电路面积也愈大。因此电流源212为所有电流源当中占最大面积者。只要减小电流源212的面积，便可有效地减少侦测电路200整体的电路面积。其中一个方法为提高电流源212的电流镜的不匹配(mismatch)程度(不匹配程度愈低，产生的电流愈准确，但需要较大的电路面积)以缩小电路面积。但此方法却会造成电流I₁无法达到第一侦测电流的目标值。因此本发明在缩小电流源212的电路面积的同时，采用了以下的电流补偿方法。

设计第一电流源群组210时，刻意将其电流(或电流的总和)设计为较第一侦测电流的目标值低，不足的部分藉由第二电流源群组220的电流补足。举例来说，假设第一侦测电流的目标值为2mA，且第二电流源群组220包含4个电流源222-1～222-4，则第一电流源群组210的电流(在图2的实施例中即为电流源212的电流)可以设计为2mA-K，K可以是电流I₂₁～I₂₄的组合的中间值。更详细地说，假设电流I₂₁～I₂₄分别为240μA、120μA、60μA及30μA，则电流源222-1～222-4共可在输出埠230贡献16种电流值，范围可由0μA(全部关闭)至450μA(全部开启)，而且因为电流源222-1～222-4的不匹配程度较低，所以第二电流源群组220的输出电流相对准确。因此，在此范例中，电流I₂₁～I₂₄的组合的中间值为240μA(只有电流I₂₁通过输出埠230)或是210μA(电流I₂₂、I₂₃、I₂₄通过输出埠230)，K值便可以选为240μA或210μA以方便之后进行补偿。电流源群组220的复数电流源的电流比值可以是二的幂次关系，例如上述的例子中，I₂₁:I₂₂:I₂₃:I₂₄＝8:4:2:1，但不以此为限。

图3为本发明的电流校正的流程图，可由控制单元240执行，控制单元240例如是数位的逻辑电路，藉由发送控制讯号Ctrl控制电流源是否输出电流。承上例，假设K值选为240μA，第一电流源群组210的电流便设定为2mA-240μA(亦即第一电流源群组210的电流的标称值(nominal value)为2mA-240μA)。一开始先令第一电流源群组210的电流源(本例中只有电流源212)的电流通过输出埠230，并同时令第二电流源群组220中至少一电流源的电流通过输出埠230(步骤S310)。更详细地说，此步骤选取第二电流源群组220中对应K值的电流源(此例为电流源222-1)的电流通过输出埠230。理想上，此时通过输出埠230的电流总和Io应为第一电流源群组210的电流的标称值(即2mA-240μA)与电流源222-1的电流(即240μA)的总和(等于2mA)。但因为电流源212本身的不匹配程度高，所以可能有些许误差。因此接下来量测输出埠230的电流Io以得到量测结果R(步骤S320)，控制单元240再根据量测结果R判断通过输出埠230的电流Io是否等于第一侦测电流的目标值，或者两者的差值小于一预设值(步骤S330)，控制单元240再依据判断结果决定是否调整第二电流源群组220的组态。

如果步骤S330判断为否，表示通过输出埠230的电流Io与第一侦测电流的目标值相差仍大于该预设值，此时控制单元240切换第二电流源群组220的电流源(步骤S340)，藉由调整第二电流源群组220的输出电流来补偿第一电流源群组210的电流。切换完后再次进行步骤S320及步骤S330，直到步骤S330判断为是，此时便可决定侦测电路200的电流源的组态(步骤S350)。举例来说，假设I₁+I₂₁为2mA-30μA(亦即I₁+I₂₁较第一侦测电流的目标值少30μA)，则经过上述的校正程序后，侦测电路200对应输出电流Io＝2mA的电流源组态为：电流源212、222-1及222-4开启，并且电流源222-2及222-3关闭。在将来进行非标准受电端的侦测时，控制单元240使电流源212、222-1及222-4的电流通过输出埠230，以使输出电流Io达到或趋近第一侦测电流的目标值。

请注意，在不同的实施例中，假设第一电流源群组210的电流最初设计为2mA-210μA(即K＝210μA)，则在步骤S310中，便会选取第二电流源群组220中对应K＝210μA的电流源(即电流源222-2、222-3及222-4，因为三者的电总和为210μA)的电流通过输出埠230。并且假设I₁+I₂₂+I₂₃+I₂₄同样为2mA-30μA(亦即较第一侦测电流的目标值少30μA)，则在步骤S340中控制单元240控制第二电流源群组220的输出电流增加(例如致能电流源222-1且不致能电流源222-2～222-4)。最后步骤S350将决定电流源的组态为：电流源212及222-1开启，并且电流源222-2～222-4关闭。

以下以供电端110先进行标准受电端的侦测再进行非标准受电端的侦测为例，说明供电端110的侦测电路200如何产生侦测电流，但侦测顺序不以此为限。在标准受电端的侦测模式，控制单元240控制第一电流源群组210不输出电流，并且控制第二电流源群组220在输出埠230产生前述的第二侦测电流，第二侦测电流由连接埠输出至受电端。在一个实施例中，为了缩短侦测时间，侦测电路200可以包含与供电端110的连接埠相同个数的第二电流源群组220(亦即本实施例中侦测电路200包含三组第二电流源群组220，另两组图未示)，以同时在三个连接埠输出第二侦测电流。侦测期间，控制单元240不断地切换电流源222-1～222-n，以使第二输出电流得到不同的电流值(至多有2ⁿ种变化)。控制单元240可以依据第二侦测电流在受电端产生的跨压大小及/或电压随时间变化的情形得知受电端是否为标准受电端。以不同的第二侦测电流进行侦测可以得知跨压的偏移量(offset)，进而提高侦测的准确度。如图1的实施例所示，标准受电端的侦测模式结束后，供电端110可得知受电端120-1为标准受电端。

在非标准受电端的侦测模式，控制单元240控制第一电流源群组210输出电流，并且控制第二电流源群组220依据前述的校正结果(亦即步骤S350所决定的电流源组态)输出电流，也就是说第一侦测电流由第一电流源群组210及第二电流源群组220的输出电流组成。第一侦测电流经由输出埠230提供至连接埠，再输出至受电端。在一个实施例中，供电端110轮流经由该些连接埠输出该第一侦测电流，也就是说，所有连接埠可共用第一电流源群组210。当第一侦测电流由连接埠2输出时，由第一电流源群组210提供第一侦测电流的一部分，并由对应连接埠2的第二电流源群组220依据前述的电流源组态提供第一侦测电流的其他部分，对于其他连接埠同理，不再赘述。承上例，由于受电端120-1已在标准受电端的侦测模式中确认是标准受电端，所以在非标准受电端的侦测模式中供电端110只需轮流由连接埠2及连接埠3输出第一侦测电流即可。

前述的第一电流源群组可以包含不只一个电流源。图4是供电端110的内部的侦测电路的局部电路图的另一实施例。侦测电路400包含第一电流源群组410、第二电流源群组220、输出埠230及控制单元240。第一电流源群组410包含m个并联的电流源(412-1～412-m)，m为正整数。在校正及侦测程序中，第一电流源群组410的所有电流源同时输出或同时不输出电流。也就是说，第一电流源群组410的电流源412-1～412-m可以等效为第一电流源群组210的单一电流源212。

除前述的侦测电路外，本发明亦相对应地揭露了一种侦测电流产生方法，应用于乙太网供电的供电端，以用于标准受电端及非标准受电端的侦测程序。本方法由前述的侦测电路或其等效装置执行。图5为本方法其中一实施例的流程图，包含下列步骤：

步骤S510：于标准受电端侦测模式利用第二电流源群组产生第二侦测电流，以进行标准受电端的侦测。如图2及图4的实施例所示，第二电流源群组包含复数个电流源，第二侦测电流由该些电流源所产生的电流组合而成。此步骤中令第一电流源群组不产生电流，或是令其产生的电流无法输出至侦测电路的输出埠；以及

步骤S520：于非标准受电端侦测模式利用第一及第二电流源群组产生第一侦测电流，以进行非标准受电端的侦测。在此侦测模式，第一电流源群组及第二电流源群组皆输出电流。第一侦测电流主要由第一电流源群组(可包含一个或一个以上的电流源)提供，第二电流源群组所提供的电流作为补偿之用，目的在于使第一侦测电流达到目标值。

由于本技术领域具有通常知识者可藉由图1、图2及图4的装置发明的揭露内容来了解图3及图5的方法发明的实施细节与变化，因此，为避免赘文，在不影响该方法发明的揭露要求及可实施性的前提下，重复的说明在此予以节略。请注意，前揭图标中，元件的形状、尺寸、比例以及步骤的顺序等仅为示意，是供本技术领域具有通常知识者了解本发明之用，非用以限制本发明。

虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的申请专利范围所界定者为准。