供电设备控制电路的磁隔离的制作方法

专利名称：供电设备控制电路的磁隔离的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源系统，尤其涉及隔离以太网供电(PoE)系统中的供电设备 (PSE)的控制电路的电路和方法。
背景技术：
在过去的若干年中，以太网已经成为局域网最常用的方法。IEEE 802. 3组 织，即以太网标准的发起人，已经开发了以太网标准的延伸形式，称为IEEE 802.3af，对通过以太网电缆供电^:了定义。IEEE 802. 3af标准定义了以太网 供电(PoE)系统，该系统涉及通过非屏蔽双绞线从供电设备(Power Sourcing Equipment, PSE)向位于4连3各相对侧的受电i殳备(Powered Device, PD)供电。 通常，网络设备如IP电话、无线局域网(WLAN)接入点、个人计算机和网络摄 像机等需要两个连接点 一个连接到局域网，另一个连接到供电系统。所述 PoE系统免除了为网络设备供电所需的额外的插座和电缆。相反的，所述PoE 系统能够通过传输数据的以太网电缆为网络设备供电。
如同IEEE 802. 3af标准所定义的，PSE和PD是非数据实体，允许网络设备 在传输数据所用的电缆上提供功率和抽运功率(draw power )。 在电学角度上， PSE是与电缆物理连接的设备，它向链路供电。PSE通常是以太网交换机、路 由器、集线器或者其它网络交换设备或中间跨接设备。PD是抽运功率或请求功 率的设备。PD可以是数字IP电话机、无线网络接入点、掌上电脑(PDA)或笔 记本电脑扩展鸡、移动电话充电器和空调系统(HVAC)温控器。
PSE的主要功能是为请求功率的PD搜索链路，对PD分级(此功能是可选 的)，检测到PD后向所述链路供电，监控该链路上的功率，并在不再请求或者 需要功率时切断电源。通过提供一个PoE ;f全测签名，PD参与了所述PD检测程 序。IEEE 802. 3af标准要求PSE端口必须与底架电隔离。所以，必须^是供某种 电路布局以便将控制所述PSE工作的PSE端口控制电路进行电隔离，所述PSE 用于向连接到特定PSE端口的PD供电。特别地，所述PSE端口控制电路应该与 提供给所述PSE端口控制电路的任何数字信号源隔开，与接收由所述PSE端口 控制电路提供的任何数字信号的电路隔开、和/或与所述PSE端口控制电路工作 所需的电源隔开。
传统的方法包括光隔离器，用于隔离所述数字控制接口，和一个开关电源， 用于向所述PSE端口控制电路提供电源。例如，图1是一个用光隔离器12将 多个数字控制信号和/或状态信号与PSE端口控制电路10相隔离的传统PoE系 统。运行至少部分所述PSE端口控制电路10所需的电源由一个隔离开关模式 电源14提供。主电源16,通常是直流-48V,提供所述PSE端口向其PD所发送 的功率。
图2是传统PoE系统的另一个示例，其中，操作所述PSE端口控制电路IO 的电源通过一个非隔离开关模式电源18从所述主电源16获得。
传统PSE隔离系统的一个缺点是功耗高，这是因为所迷光隔离器和开关电 源的使用导致了 PSE每一个端口功耗的明显增加。而且，传统系统遭受由所述 开关电源导致的高开关噪声的影响，并占据了相当大的电路板空间，因为光隔 离器和所述开关电源的某些元件需要大量的空间。
因此，人们希望在不使用光隔离器和开关电源的情况下提供PSE隔离。

发明内容
本发明提供了在以太网供电(PoE)系统中为供电设备(PSE)电路提供与 外部电路电隔离的新颖的电路和方法。
根据本发明的一个方面， 一种PSE隔离电路包括一个感应电路，用于提供 一个隔离势垒以^f更将所述隔离电^各的一个隔离侧(i so 1 ated s ide)与所述隔离电 路的 一 个非隔离侧进行电隔离。第 一 节点被配置在所述非隔离侧 (non-isolated side),用于提供与所述外部电路的连接。第二节点被配置在所述隔离侧，用于提供与所述PSE电路的连接。 一个信号通道电路用于将来自 于所述第一节点的第一方向中的第一信号传输给所述第二节点，并将来自于所 述第二节点的第二方向中的第 一信号传输给所述第 一节点。
所述信号通道电路能够包括第一和第二传输电路。所述第一传输电路用于 在所述隔离势垒上将所述第一信号沿着所述第一方向传输到所述第二传输电 路。所述第二传输电路用于在所述隔离势垒上将所述第一信号沿着所述第二方 向传输到所述第 一传输电路。
而且，所述信号通道电路可以包括一个第一仲裁电路，所述第一仲裁电路 具有一个响应沿着所述第一方向从所述第一节点传输的所述第一信号的第一输 入、 一个响应沿着所述第二方向传输的所述第一信号的第二输入、 一个将所述 第 一信号沿着所述第 一方向传输到所述第 一传输电路的第 一输出、和一个控制 输出。 一个第一门电路可被所述第一仲裁电路的的控制输出所控制，所述第一 门电路具有一个将所述第一信号沿着所述第二方向传输到所述第一节点的输 出。
所述信号通道电路还可以包括一个第二仲裁电路，所述第二仲裁电路具有 一个响应沿着所述第二方向从所述第二节点传输的所述第一信号的第一输入、 一个响应沿着所述第一方向传输的所述第一信号的第二输入、 一个将所述第一 信号沿着所述第二方向传输到所述第二传输电路的第 一输出、和一个控制输出。 一个第二门电路可被所述第二仲裁电路中的控制输出所控制，所述第二门电路 具有一个将所述第一信号沿着所述第一方向传输到所述第二节点的输出。
当所述第一信号被沿着所述第一方向从所述第一节点传输时，所述第一仲 裁电路可用于防止所述信号通道电路产生一个提供给所述第一节点的反馈信
当所述第一信号被沿着所述第二方向从所述第二节点传输时，所述第二仲 裁电路可用于防止所述信号通道电路产生一个提供给所述第二节点的反馈信
，
所述信号通道电路还可用于将来自于所述隔离侧上的第三节点的第二信号
沿着所述第二方向传输到所述非隔离侧上的第四节点，和/或用于将来自于所述
9非隔离侧上的第五节点的第三信号沿着所述第 一方向传输到所述隔离侧上的第 六节点。
所述第一传输电路用于将沿着所述第一方向传输的所述第三信号和所述第 —信号时间复用。所述第二传输电路用于将沿着所述第二方向传输的所述第二 信号和所述第一信号时间复用。
进一步地，所述隔离电路可以包括同步电路，所述同步电路响应于代表所 述第 一传输电路工作的第 一 同步信号以及代表所述第二传输电路工作的第二同 步信号，用于使所述第一传输电路与所述第二传输电路同步。所述第一和第二 同步信号可由控制所述第一和第二传输电路工作的第一和第二状态计数器分别 产生。可提供一个响应所述第一和第二同步信号的锁相环以将所述第二传输电 路与所述第 一传输电路同步。
一个另外的感应电路可用于在所述隔离势垒上传输所述第一同步信号。所 述第一同步信号可用于为通过所述隔离势垒与所述外部电路隔离的电路提供隔 离电源。
根据本发明的另 一 个示例，所述隔离电路可包括响应从所述第二传输电路 向所述第一传输电路传输的预设同步信号的同步电路，用于将所述第一传输电 路与所述第二传输电路同步。
特别地，所述同步电路可以包括一个同步控制器，所述同步控制器用于检 测是否所述预设同步信号与指示所述第一传输电路状态的状态指示信号相一 致，以便控制通过所述第一传输电路的信号传输。
根据本发明的 一种方法，对通过通信链路供电的系统中的电源电路进行电
隔离的方法包括以下步骤
-在所述电源电路和外部电路之间通过一个磁隔离势垒，
-越过所述磁隔离势垒，将第 一信号沿着第 一方向从第一电路节点传输到第
二电路节点，
-越过所述磁隔离势垒，将所述第一信号沿着第二方向从所述第二电路节点 传输到所述第一电路节点，操作对沿着所述第 一方向传输的第 一信号和沿着所述第二方向传输的第一 信号进行响应的第 一仲裁电路，以防止在所述第 一信号被沿着所述第 一方向从 所述第 一节点传输时反馈信号被提供给所述第 一节点，和
操作对沿着所述第一方向传输的第一信号和沿着所述第二方向传输的第一 信号进行响应的第二仲裁电^各，以防止在所述第 一信号被沿着所述第二方向从 所述第二节点传输时反馈信号被提供给所述第二节点。
所述方法还可以包括将来自于第三电路节点的第二信号沿着所述第二方向 越过所述磁隔离势垒传输到第四电路节点，并将来自于第五电路节点的第三信 号沿着所述第一方向越过所述磁隔离势垒传输到第六电路节点。
根据本发明的另 一方面，通过通信链路供电的系统具有一个电源电路和一 个用于将所迷电源电路与外部电路电隔离的隔离电路。所述隔离电路包括一个 感应电路，用于提供一个隔离势垒以便将所述隔离电路的一个隔离侧与所述隔 离电路的一个非隔离侧进行电隔离。
第一、第二和第三节点被配置在所述非隔离侧，用于提供与所述外部电路 的连接。第四、第五和第六节点被配置在所述隔离侧，用于提供与所述电源电 路的连接。信号通道电路可用于将第一信号沿着第一方向从所述第一节点传输 到所述第四节点，并沿着第二方向从所述第四节点传输到所述第一节点，将第 二信号沿着所述第二方向从所述第五节点传输到所述第二节点，并用于将第三 信号沿着所述第一方向从所述第三节点传输到所述第六节点,，所述信号通道电 路可包括一个第一传输电路和一个第二传输电路。
所述第一传输电路可用于将沿着所述第一方向传输的所述第三信号和所述 第一信号时间复用，并产生一个越过所述隔离势垒传输到所述第二传输电路的 第一输出信号。
所述第二传输电路可用于将沿着所述第二方向传输的所述第二信号和所述 第一信号时间复用，并产生一个越过所述隔离势垒传输到所述第一传输电路的 第二输出信号。
所述隔离电路还包括一个仲裁电路，所述仲裁电路响应于沿着所述第一方 向传输的第一信号和沿着所述第二方向传输的第一信号，用于在所述第一信号
11被沿着所述第一方向传输时防止第一反馈信号被提供给所述第一节点，以及用 于在所述第一信号被沿着所述第二方向传输时防止第二反馈信号被提供给所述 第四节点。
所述隔离电路还可以包括一个锁相环电路，所述锁相环电路响应于代表所 述第 一传输电路工作的第 一 同步信号以及代表所述第二传输电路工作的第二同 步信号，用于使所述第一传输电路与所述第二传输电路同步。
可选地，所述隔离电路还可以包括一个同步控制器，所述同步控制器响应 于在所述第二输出信号中检测到的预设信号，并响应于指示所述第一传输电路 状态的状态指示信号，用于使所述第一传输电路与所述第二传输电路同步。
通过以下详细描述，本领域技术人员可以更容易地理解本发明的其它优势 和方面，其中，本发明所公开的实施例只是示例了实现本发明的最佳方式。正 如下面所述，本发明能够以其它和不同的实施例实施，而且，本发明的若干细 节能够以各种显而易见的方式进行修改，所有这些修改都不背离本发明的精神。 因此，附图和说明书只是示例说明，不会限制本发明的保护范围。


以下对本发明实施例的详细描述通过结合以下附图能够得到最佳的理解，
其中，特征不一定是按比例绘制的，只是为了最佳的说明相关特征，其中
图1和图2是采用光隔离器的现有PSE隔离系统；
图3是通过本发明PSE隔离电路传输的信号示例；
图4是本发明PSE隔离电路的一个示范实施例；
图5是图4所示PSE隔离电路的时序图6是图4中仲裁电路工作的状态图7是本发明PSE隔离电路的另一个示范实施例；
图8是图7所示PSE隔离电路工作的时序图。
具体实施例方式
本发明将采用PoE系统中PSE隔离布局的特定实施例为例进行说明。然而 应当明确的是，本发明所描述的概念能够应用于电源系统中隔离电学模块的任 何布局中。图3是示意了通过本发明PSE隔离电路100向隔离PSE端口控制电路10传 输的实例性信号，和/或通过本发明PSE隔离电路100进行传输的来自于被隔离 的PSE端口控制电路10的实例性信号。特别地，所述PSE隔离电路100可为 三组信号-SIG-A、 SIG—B和SIG-C:R供通路。所述SIG—A组可以包括至少一个双 向信号，如用于集成电路间(I2C )总线或者系统管理总线(SMB )的串行数据(SDA )
乂二 口化T。
所述SIG-B组可包括至少一个单向信号，从所述PSE端口控制电路10将所 述单向信号提供给一个电路，所述PSE端口控制电路10通过所述PSE隔离电路 IOO与所述电路电隔离。例如，所述SIG-B组可包括一个中断信号，用于当所述 PSE端口控制电路IO中出现某些需要系统控制器确认或者服务的事件时，指示 所述系统控制器。
所述SIG—C组可包括至少一个单向信号，通过一个电路将所述单向信号提 供给所述PSE端口控制电路10,所述PSE端口控制电路10通过所述PSE隔离电 路100与所述电路电隔离。例如，所述SIG-C组可包括一个复位信号，用于将 所述PSE端口控制电路设置为预设状态。
图4描述了 PSE隔离电路100提供PSE端口控制电路10的磁隔离的一个示 范实施例。所述PSE隔离电路100可以包括隔离变压器102和104，该隔离变 压器102和104用于在所述PSE隔离电路100的隔离侧和非隔离侧之间创建一 个电隔离势垒。所述隔离侧与所述PSE端口控制电路连接，而所述非隔离侧连 接到电路，通过所述PSE隔离电路100，所述PSE端口控制电路与所述电路电隔 离。
节点SIG—A、 SIG-B和SIG-C被配置在所述PSE隔离电路100的隔离侧，用 于向与外部电路隔离的所述PSE端口控制电踏4是供连接。各个节点SIG-A SIG_B 和SIG-C被配置在所述非隔离侧，用于提供与所述外部电路的连接。简言之， 本公开描述了对来自于SIG_A组的能够在所述隔离侧的SIG-A节点和所述非隔 离侧的SIG—A节点之间进行双向传输的单信号的处理。而且，只描述了来自于 每一个所述SiG—B组和所述SIG-C组的单个单向信号。然而，本领域技术人员能够认识到，本公开的PSE隔离电路能够传输来自于所述隔离侧和所述非隔离
侧之间的每一个SIG_A组、SIG-B组和SIG_C组的任意数目的信号。
分别位于所述PSE隔离电路非隔离侧和隔离侧的第一串行器-解串器 (SERDESl )106和第二串行器-解串器(SERDES2 )108,用于将来自于所述SIG_A 组、S工G-B组和S工G-C组的信号时间复用成由所述SERDESl和SERDES2之间的隔 离变压器102所传送的单个双向串行数据流。进一步地，所述SERDESl用于提 供来自于所述SERDES2的串行数据流的时间复用，所述SERDES2用于来自于所 述SERDES1的串行数据流的时间复用。
通过所述PSE隔离电路100所传输的数据流由数据帧组成。每一个数据帧 对应一个完整的周期，所述周期包含来自于正在传输的所述SIG—A组、SIG—B组 和SIG_C组的所有信号。每个数据帧包括许多时隙。在至少一个时隙内，所 述SERDESl能够传输提供给所述PSE端口控制电路10的数据，并且所述SERDES2 接收由所述SERDESl所传输的数据。在至少另一个时隙内，所述SERDES2能够 传输由所述PSE端口控制电路10所提供的数据，并且所述SERDESl接收由所述 SERDES2所传输的数据。
分别位于所述非隔离侧和所述隔离侧的第一和第二状态计数器ilO和112， 用于分别控制所述SERDESl和SERDES2的工作。 一个^:据帧中的每一个时隙对 应每一个所述状态计^:器110和112中的至少一个状态。特别;也所述SERDESl 由所述状态计数器110所控制，以在该状态计数器的某些预定义状态下传输数 据，并在该状态计数器的其它预定义状态下接收数据。所述SERDES2由所述状 态计数器112所控制，以在该状态计数器的某些预定义状态下传输数据并在该 状态计数器的其它预定义状态下接收数据。自激振荡器(OSC) 113用于为所述 状态计数器110和所述SERDES1产生一个时钟信号。
所述PSE隔离电路100包括一个锁相环(PLL )电路，用于同步所述计数器 110和112。
所述PLL电路包括所述状态计数器112、相位;险测器114、环路滤 波器116和为所述状态计数器112和所述SERDES2产生时钟信号的压控振荡器 (VCO)118。
所述状态计数器110和112分别产生同步信号SYNC1和SYNC2.通 过驱动器120和122以及所述变压器104，所述SYNC1信号被提 给所述相位检测器114的一个输入，而所述SYNC2信号被提供给所述相位检测器114的另一 个输入。当在所述SYNC1信号和SYNC2信号之间建立了 一个表明所述状态计数 器110和112的状态被适当对准的预定相位关系时，所述PLL电路被锁定。然 而，如果所述相位4企测器114 ;险测到相位误差，那么它就产生一个被所述环^各 滤波器116滤波的误差信号。所述误差信号导致所述VCO 118的频率偏移，直 到重新恢复所述预设相位关系。根据一个替代实施例，可用 一个相位/频率检 测器(PFD)代替所述相位检测器114.
所述SYNC1信号还可被用于在所述隔离侧提供电源。特别地，通过一个由 二极管124至130和滤波电容132所组成的全波整流电路，所述SYNC1信号能 够被提供给电压调节器134,所述电压调节器134产生用于为位于所述隔离侧的 至少一些电if各供电的电压VCC-IS0。
图5是当所述PLL电踏"被锁定时，所述SERDES1和所述SERDES2工作的示 范时序图。图5的示例表明一个数据帧由6个时隙组成，在上述6个时隙内所 述SERDES1向所述PSE端口控制电路的方向传输数据(SERDES1 TX DATA)，图 5的示例还表明一个凝:据帧由5个时隙组成，在上述5个时隙内所述SERDES2沿 着来自所述PSE端口控制电^备的方向传输数据(SERDES2 TX DATA)。 本领域 技术人员应当理解，所述数据帧可由任意预定数目的时隙组成，任意数目的上 述时隙可被分配给所述SERDES1传输数据，并且任意数目的其它时隙可被分配 给所述SERDES2传输数据。
由于所述PLL电赠"故锁定，信号SYNC1和SYNC2同相。因此，所述状态计 数器110和112的状态处于预定的相位关系，以防止所述SERDES1的传输时隙 与所述SERDES2的传输时隙重叠。这样，就避免了由SERDES1传输的数据与由 SERDES2传输的数据的冲突。可以在SERDES1的一个传输时隙和SERDES2的一 个传输时隙之间建立一个合理的停滞期间隔。
在所述PLL电路被相位锁定时，所述PLL电路能够产生一个锁定指示信号 来指示。当所述锁定指示信号表明所述PLL未被相位锁定时，所述SERDES2能 够屏蔽所述串行数据的传输。当所述锁定指示信号表明所述PLL未被相位锁定 时，能够阻止所述SERDES2改变所述SIG—A组或者SIG—C中任何信号的状态。
15而且，所述PSE隔离电路100可以包括一个电流源I-BTAS以在所述环;洛滤 波器116的输出端提供一个直流偏置。所述直流偏置导致了所述变压器102中 的串行数据流与所述变压器104中的时钟信号SYNC1之间的相位漂移。所述相 位漂移能够被引入，以便在所述SERDES1和SERDES2中的其中一个从另一个接 收串行数据时为所述SERDES1和SERDES2提供足够的建立和保持时间。所述建 立和保持时间用于确保每一个SERDES都处于稳态。
根据本公开，提供了 一种仲裁策略以防止由正反馈引起的使来自于所述 SIG-A组的双向信号保持在或者高状态或者低状态。特别地，所述PSE隔离电 路100包括分别位于所述非隔离侧和所述隔离侧的一个第一仲裁电路136和一 个第二仲裁电路138。 正如下面的详细描述，所述仲裁电路110和112能够提 供支持所述SIG-A组的双向信号从所述PSE隔离电路100通过所需要的仲泉为 简单起见，本公开仅针对所述SIG_A组中的一个双向信号来解释仲裁操作。然 而，本领域技术人员应当理解，通过增加更多的仲裁电路，任何数目的双向信 号都能够被传输，每一个双向信号具有一个位于所述非隔离侧的仲裁电路和一 个位于所述隔离侧的仲裁电路。
每一个所述仲裁电路136和138都具有输入A和B以及输出X和Y。所述输 入A可以相应于提供给所述隔离PSE端口控制电路的所述SIG—A组的一个信号。 所述输入B可以相应于由所述隔离PSE端口控制电路所提供的所述SIG_A组的 一个信号。
所述仲裁电路136和138分别与三态緩冲器140和142相互作用。每一个 三态緩冲器"0和"2具有数据输入和控制输入以及一个输出。例如，每个緩 冲器140和142可被配置为有效低控制。当所述控制输入有效，则所述緩冲器 将其输入数据传输到其输出。所述仲裁电路136的X输出和所述仲裁电路138 的Y输出分别连接到所述三态緩冲器14G和142的控制输入。所述三态緩冲器 140的数据输入连接到位于所述非隔离侧的系统地端子，而所述三态缓冲器142 的数据输入连接到位于所述隔离侧的隔离地端子。所述緩沖器140和142的输 出分别连接到位于所述非隔离侧和隔离侧的SIG_A组端子。借助于电阻144和146, VCC和VCC-IS0电压可分别,皮施加在所述非隔离侧 和所述隔离侧的节点SIG-A上。所述非隔离侧的所述SIG-A节点处的信号被上 拉到电压VCG而所述隔离侧的所述SIG-A节点处的信号^皮上拉到电压VCC-ISd 所述VCC电压在所述非隔离侧产生，而所述VCC-工SO电压在所述隔离侧产生例 如，所述VCC—工S0电压可在所述SYNC1信号的基础上，由所述电压调节器134 所产生。
所述仲裁电路1 36和138中的每一个可执行状态机的一种情况。图6是所 述仲裁电路136和138中的每一个工作的状态图。如上所述，仲裁电路136和 138中的每一个具有输出X和Y。这些输出的状态由所述输入A和B决定。
在初始阶4殳，llr入A和B位于高电平(A-l, B=l)，两个仲裁电路136和139 都处于状态l，其中输出X和Y都为高电平(X4， Y=l)。 当所述SIG—A组中一 个被从所述PSE隔离电路10的非隔离侧传输到所述PSE端口控制电路10的信 号变低时，， 一个低电平被施加到了所述仲裁电路136作为A输入(A-O)。 因 此，所述仲裁电路136从状态1转换为状态2，其中X位于高电平(X4)而Y变 为低电平(Y^)。提供给所述三态緩冲器140的控制输入的所述输出X=l禁止 了该缓冲器，从而防止其将所述仲裁电路136的输入A拉向低电平。
所述输出Y=0通过所述SERDES1和变压器102传输到所述SERDES2，所述 SERDES2对所述仲裁电路138产生低电平(A=0)的A输入。因此，所述仲裁电路 138也从状态1变为状态2，致使所述Y输出变低(Y=0)。 提供给所述三态緩冲 器142控制输入的所述Y输出的低电平控制所述緩冲器142将其输出拉向低电 平。所述緩沖器输出端的低电平信号作为所述SIG-A组中的一个信号被提供给 所述PSE端口控制电路IO。因此，借助于磁隔离势垒，所述SIG-A组中的信号 的低电平被从所述PSE隔离电路100的非隔离侧传输到了所述PSE端口控制电 路10。
当从所述非隔离侧传输的信号变高时，所述仲裁电路135的A输入变高 (A=l)，所述仲裁电路136返回状态1.在该状态，所述仲裁电路136的Y输出 变高。所述各高电平信号通过所述SERDES1和所述变压器102传输到所述 SERDES2，导致所述仲裁电路138的A输入变高。因此，所述仲裁电路138也返回到状态1.所述仲裁电路138的Y输出变高从而控制所述三态緩沖器142在其输出端产生一个高电平。因此， 一个高电平被从所述PSE隔离电路]00的非隔离侧传输到了所述PSE端口控制电路10。
当位于所述隔离侧的所述SIG-A组中的一个信号^f皮所述PSE端口控制电3各10拉低时，所述仲裁电路138的B输入变低致使所述仲裁电路138转向状态3，即X=0和Y=l。 所述仲裁电路138的X输出的低电平借助于所述SERDES2和所述变压器102传输到所述SERDES1，致使所述仲裁电路136的B输入变低。因此，所述仲裁电路136也转向状态3.所述仲裁电路136的X输出变低从而控制所述三态緩沖器140在其输出端产生一个低电平。因此，借助于所述磁隔离势垒， 一个低电平被从所述PSE端口控制电路10传输到了所述PSE隔离电路IOO的非隔离侧。
所述仲裁电路136和138可保持在状态3直到被从所述PSE端口控制电路IO传输的信号变为高电平。根据在所述仲裁电路138的B输入处所提供的该信号的高电平，该电路返回到状态l.所述仲裁电路138的X输出通过所述SERDES2和所述变压器102传输到所述SERDES2，致使在所述仲裁电路136的B输入处变为高电平。因此，该仲裁电路也返回到状态1从而在所述X输出产生一个高电平，该高电平控制所述三态緩冲器140在其输出端提供一个高电平。因此，借助于所述磁隔离势垒， 一个高电平被从所述PSE端口控制电路10传输到了所述PSE隔离电if各100的非隔离侧。
如果在仲裁电路136或者138的任何一个中，两个输出X和Y在同一时间都为低电平(X^0， Y=0)，那么所述SIG-A组中的信号将保持在低状态。这种不合理的状态由状态图中的状态4表示。如果所述仲裁电路136和138的任意一个进入状态4，那么它将无条件的立刻迁移到状态1。而且，如果由于某种原因，两个输入A和B同时变为低电平，那么所述仲裁电3各136和138中的每一个将保持在状态1。
相应地，本公开所述仲裁策略使所述PSE隔离电路100能够在所述非隔离侧和所述被隔离的PSE端口控制电路10之间传输双向信号。由于两个仲裁电路136和138只在状态1和状态2之间切换(当一个信号被从所述非隔离侧提
18供给所述隔离侧时)或者只在状态1和状态3之间切换(当一个信号被从所述
隔离侧提供给所述非隔离侧)，所以在信号通过所述PSE隔离电路100传输时
不会产生反馈环路。因此，避免了由于所述正反馈导致的双向信号驻留在或者高状态或者低状态。
图7是根据本公开的另一个示范实施例，给出了一个PSE隔离电路200。与图4所示电路类似，所述PSE隔离电路200可用于磁隔离所述PSE端口控制电路IO，并为三组信号-SIG-A、 SIG-B和SIG—C提供通路。所述SIG—A组可以包括至少一个双向信号，如用于内部集成电路(TC )总线或者系统管理总线(SMB)的串行数据(SDA)信号。所述SIG-B组可包括至少一个单向信号，所述单向信号由所述隔离PSE端口控制电路10向一个电路提供，所述PSE端口控制电路10通过所述PSE隔离电路200与所述电路电隔离。所述SIG—C组可包括至少一个单向信号，所述单向信号通过一个电路提供给所述被隔离的PSE端口控制电路1 a所述PSE端口控制电路10通过所述PSE隔离电路200与所述电路电隔离。
所述PSE隔离电路200可以包括隔离变压器202和204,所述隔离变压器202和204用于在所述PSE隔离电路200的隔离侧和非隔离侧之间创建一个电隔离势垒。所述隔离侧与所述PSE端口控制电路10连接，而所述非隔离侧连接到电路，通过所述PSE隔离电路200,所述PSE端口控制电路IO与该电路电隔离。
在所述PSE隔离电3各200中，为所述SIG-A组、SIG-B组和SIG-B组中的信号提供通路的电路所包括的元件与所述PSE隔离电路100中各元件类似。然而，替代所述PLL电路，所述PSE隔离电路200包括一个同步电路，该同步电路采用一个在所述双向串行数据流中创建的特定同步模式。所述同步电路可以包括一个同步控制器252、 一个同步模式检测器254和一个多路选择器256。
所述自激振荡器213的输出为所述SERDES1和所述状态计数器210 ^是供时钟输入信号。进一步地，与所述PSE隔离电路100不同的是，借助于驱动器220和222、变压器204和延迟电路258，所述振荡器213的输出信号被传输到所述SERDES2和所述状态计数器212的时钟输入。所述延迟电路258可用于创建一个适当的延迟周期，以便在所述SERDES1和SERDES2中的一个接收来自于另一
19个的串行数据时，为所述SERDES1和SERDES2提供足够的建立和保持时间。例如，所述延迟周期可为一个时隙的大约四分之一或者二分之一。
进一步地，所述振荡器213的输出信号也可被用于在所述隔离侧提供电源。特别地，借助于一个由二极管224至130和滤波电容232所组成的全波整流电路，所述振荡器213的输出信号能够被提供给电压调节器234，所述电压调节器234产生用于为位于所述隔离侧的至少一些电路供电的电压VCC—IS0。
如图8所示，当所述SERDES2向SERDES1发送串行数据(SERDEX2 TX DATA )时，所述SERDES2能够产生一个特定同步模式(Sync Pattern)。 所述SERDES1可被提供一个输出RX_SER—DAT以将接收的来自于所述SERDES2的串行数据输出。该输出可连接到检测由所述SERDES2所产生的同步模式的所述同步模式检测器254。 当所述同步模式被检测到时，位于所述同步模式检测器254输出端的信号SYNC-DET变高。
加电时，所述SERDES1和所述SERDES2初始不对准。为了防止由所述SERDES1和SERDES2所传输的数据之间的冲突，所述同步控制器252在高电平时产生一个传输禁止信号TX—INHIBIT。该信号被提供给所述SERDES1以防止其传输数据。因此，所述SERDES1只能接收所述SERDES2传输的数据。所以，所述SERDES1也能够4妄收由所述SERDES2所产生的同步才莫式。
如图8所示，第一状态计数器210 (状态计数器1)依次经过很多状态-从状态0到状态N。第二状态计数器212 (状态计数器2 )也依次从状态0到状态N。由所述同步控制器252所产生的TX-INHIBIT信号控制具有输入1和输入0的多路选择器256。 当所述TX_INHIBIT信号为高时，它控制所述多路选择器256将输入1传输到其输出端。所述输入1由所述同步才莫式一会测器254的输出SYNC-DET所提供。而且，所述SYNC—DET信号祐:提供给所述同步控制器252.当所述TX-INHIBIT信号为高电平时，所述多路选择器256传输所述SYNC-DET信号以预置所述状态计数器210的输入STAT=0.结果，所述状态计数器21(H皮设置为状态O.因此，当所述同步模式被检测到时，所述状态计数器210被强制进入状态0。 产生所述同步模式的SERDES2被所述第二状态计数器212所控制，并在所述状态计数器212处于预定义状态时产生所述同步模式。所以，当所述状态计数器210被设置为状态0以响应所述同步模式时，所述状态计数器210就与所述状态计数器212同步。
在每一个数据帧末，所述状态计数器210产生一个脉冲信号STAT-MAX。 例如，当所述状态计数器210处于状态N时，所述STAT-MAX脉冲被产生。所述STAT-MAX信号被提供给所述同步控制器252以及所述多路选择器256的输入0.当所述状态计数器21G和212被适当对准(同步)时，所述脉冲STAT-MAX与所述SYNC—DET脉沖同时出现。如果这些脉沖在预设数目的连续数据帧中同时出现，那么所述同步控制器252设置所述TX-INHIBIT输出为低电平，使所述SERDES1开始向所述SERDES2传输串行数据(SERDES1 TX DATA )。 而且，在所述TX-INHIBIT输出端的低电平控制所述多路选择器256将由所述STAT_MAX脉冲所提供的输入0传输给所述状态计数器210的输入。
如果所述同步控制器252 ;险测到所述SYNC-DET脉沖和所述STAT—MAX脉冲没有在预设数目的连续数据帧中都同时出现，那么所述同步控制器252设置所述TX-INHIBIT输出为高电平，防止所述SERDES1向所述SERDES2传输数据。此后，上述同步过程重复。
上述同步策略防止由所述串行数据的讹误而导致的所述PSE隔离电路200失去同步。例如，如果所述串行数据流中的噪声或者干扰导致类似所述同步模式的假信号的产生，那么所述假信号能够在不适当的时间将所述状态计数器210设置为状态0,导致所述状态计数器210和所述状态计数器212之间不恰当的同步。然而，所述同步控制器2 5 2 ( 4企测是否所述SYNC _ DET和所述STAT_MAX脉沖在预设数目的连续数据帧中都同时出现)防止了由于假同步模式而使所述状态计数器进入状态0。
前述说明示出和描述了本发明的一些方面。此外，本发明仅仅示出和描述了优选实施例，但如前所述，应当理解，本发明能够用于各种其它的组合、改进和环境，并且能够根据上述教导和/或相关领域的技术或知识在本文所述的发明构思范围内进行变化或修改。
21上述实施例可进一步用于解释实现本发明的最佳模式，并且可使本领域的其它技术人员能够通过所述或其它实施例使用本发明，并根据本发明的特定应用或用途的需要进行各种改进。
因此，本说明书不试图将本发明局限于本文所公开的形式。另外，所附权利要求书应当被理解为包括可替代的实施例。
权利要求
1、以太网供电系统中，一种隔离电路，用于提供供电设备(PSE)电路与外部电路的电隔离，所述隔离电路包括第一感应电路，用于提供一个隔离势垒以便将所述隔离电路的一个隔离侧与所述隔离电路的一个非隔离侧进行电隔离，第一节点，位于所述非隔离侧，用于提供与所述外部电路的连接，第二节点，位于所述隔离侧，用于提供与所述PSE电路的连接，和信号通道电路，用于沿着第一方向将第一信号从所述第一节点传输到所述第二节点，并沿着第二方向从所述第二节点传输到所述第一节点；所述信号通道电路包括第一传输电路和第二传输电路，所述第一传输电路用于沿着所述第一方向越过所述隔离势垒将所述第一信号传输到所述第二传输电路，所述第二传输电路用于沿着所述第二方向越过所述隔离势垒将所述第一信号传输到所述第一传输电路；第一仲裁电路，具有一个对沿着所述第一方向从所述第一节点传输的所述第一信号进行响应的第一输入、一个对沿着所述第二方向传输的所述第一信号进行响应的第二输入、一个将所述第一信号沿着所述第一方向传输到所述第一传输电路的第一输出、和一个控制输出，和第一门电路，被所述第一仲裁电路的控制输出所控制并具有一个沿着所述第二方向将所述第一信号传输到所述第一节的输出。
2、 根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述信号通道电路还包 括一个第二仲裁电路，所述第二仲裁电路具有一个对沿着所述第二方向从所述 第二节点传输的所述第一信号进行响应的第一输入、 一个对沿着所述第一方向传输的所述第一信号进行响应的第二输入、 一个将所述第一信号沿着所述第二 方向传输到所述第二传输电路的第 一输出，和一个控制输出。
3、 根据权利要求2所述的隔离电路，其特征在于，所述信号通道电路还包 括一个被所述第二仲裁电路的控制输出所控制并具有一个用于沿着所述第一方 向将所述第 一信号传输到所述第二节点的输出的第二门电路。
4、 根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，当所述第一信号被沿着 所述第一方向从所述第一节点传输时，所述第一仲裁电路用于防止所述信号通 道电路产生 一 个提供给所述第 一 节点的反馈信号。
5、 根据权利要求2所述的隔离电路，其特征在于，当所述第一信号被沿着 所述第二方向从所述第二节点传输时，所述第二仲裁电路用于防止所述信号通 道电路产生 一 个提供给所述第二节点的反馈信号。
6、 根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述信号通道电路还用 于将一个第二信号沿着所述第二方向从位于所述隔离侧的第三节点传输到位于 所述非隔离侧的第四节点。
7、 根据权利要求6所述的隔离电路，其特征在于，所述信号通道电路还用 于将一个第三信号沿着所述第一方向从位于所述非隔离侧的第五节点传输到位 于所述隔离侧的第六节点。
8、 根据权利要求7所述的隔离电路，其特征在于，所述第一传输电路用于 将沿着所述第一方向传输的所述第三信号和所述第一信号时间复用。
9、 根据权利要求8所述的隔离电路，其特征在于，所述第二传输电路用于 将沿着所述第二方向传输的所述第二信号和所述第一信号时间复用。
10、 根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括 同步电路，所述同步电路响应于代表所述第一传输电路工作的第一同步信号以 及代表所述第二传输电路工作的第二同步信号，用于使所述第一传输电路与所 述第二传输电路同步。
11、 根据权利要求IO所述的隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括 一个用于控制所述第一传输电路的第一状态计数器和一个用于控制所述第二传 输电路的第二状态计数器，所述第一和第二状态计数器用于分别产生所述第一 和第二同步信号。
12、 根据权利要求11所述的隔离电路，其特征在于，所述同步电路包括一 个响应所述第一和第二同步信号的锁相环，用于将所述第二传输电路和所述第 一传输电路同步。
13、 根据权利要求IO所述的隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括 一个隔离电源电路，用于基于所述第一同步信号，向通过所述隔离势垒与所述 外部电路隔离的电路提供隔离电源。
14、 根据权利要求13所述的隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括一个第二感应电路，用于越过所述隔离势垒传输所述第一同步信号。
15、 根据权利要求1所述的隔离电路，其特征在于，所述隔离电路还包括对从所述第二传输电路向所述第一传输电路传输的预设同步信号进行响应的同 步电路，用于将所述第一传输电路与所述第二传输电路同步。
16、 根据权利要求15所述的隔离电路，其特征在于，所述同步电路包括一 个同步控制器，所述同步控制器用于检测是否所述同步信号与指示所述第一传 输电路状态的状态指示信号相一致，以便通过所述第一传输电路控制信号传输。
17、 一种在通过通信链路供电的系统中隔离电源电路的方法，包括步骤 在所述电源电路和外部电路之间提供一个磁隔离势垒，越过所述磁隔离势垒，将第 一信号沿着第一方向从第 一电路节点传输到第 二电^各节点，越过所述磁隔离势垒，将所述第一信号沿着第二方向从所述第二电路节点 传输到所述第一电路节点，操作对沿着所述第一方向传输的第一信号和沿着所述第二方向传输的第一 信号进行响应的第一仲裁电路，以在所述第一信号被沿着所述第一方向从所述 第一节点传输时防止反馈信号被提供给所述第一节点，和操作对沿着所述第一方向传输的第一信号和沿着所述第二方向传输的第一 信号进行响应的第二仲裁电路，以在所述第一信号被沿着所述第二方向从所述 第二节点传输时防止反馈信号被提供给所述第二节点。
18、 根据权利要求17所述的方法，还包括步骤越过所述磁隔离势垒，将第二信号沿着所述第二方向从第三电路节点传输 到第四电路节点，和越过所述磁隔离势垒，将第三信号沿着所述第一方向从第五电路节点传输 到第六电路节点。
19、根据权利要求17所迷的方法，还包括步骤产生一个代表沿所述第 一方向进行信号传输的第 一 同步信号，产生一个代表沿所述第二方向进行信号传输的第二同步信号，和比较所述第 一同步信号和所述第二同步信号以将沿所述第 一方向进行的信号传输与沿所述第二方向进行的信号传输相同步。
20、根据权利要求17所述的方法，还包括步骤 在沿着所述第二方向进行传输信号期间，产生一个预设同步信号， 产生一个状态指示信号，用于指示沿着所述第一方向进行信号传输的状态，和检测所述同步信号与所述状态指示信号是否相一致，以控制沿所述第一方 向进行的信号传输。
21、 一种通过通信链路供电的系统，具有一个电源电路和一个将所述电源 电路与外部电路电隔离的隔离电3各，所述隔离电路包括一感应电路，用于提供一个隔离势垒以便将所述隔离电路的一个隔离侧与 所述隔离电路的一个非隔离侧进行电隔离，第一、第二和第三节点，位于所述非隔离侧，用于提供与所述外部电路的 连接，第四、第五和第六节点，位于所述隔离侧，用于提供与所述电源电路的连 接,和信号通道电路，用于将第一信号沿着第一方向从所述第一节点传输到所述 第四节点，并沿着第二方向从所述第四节点传输到所述第一节点，将第二信号 沿着所述第二方向从所述第五节点传输到所述第二节点，并用于将第三信号沿 着所述第一方向从所述第三节点传输到所述第六节点，所述信号通道电路包括一个第一传输电路和一个第二传输电路，所述第一传输电路用于将沿着所述第一方向传输的所述第三信号和所述第 一信号时间复用，并产生一个越过所述隔离势垒被传输到所述第二传输电路的 第一输出信号，所述第二传输电路用于将沿着所述第二方向传输的所述第二信号和所述第 一信号时间复用，并产生一个越过所述隔离势垒被传输到所述第一传输电路的 第二输出信号。
22、 根据权利要求21所述的系统，其特征在于，所述隔离电路还包括一个仲裁电路，所述仲裁电路响应于沿着所述第一方向传输的第一信号和沿着所述 第二方向传输的第一信号，用于在所述第一信号被沿着所述第一方向传输时防止第一反馈信号被提供给所述第一节点，以及用于在所述第一信号被沿着所述 第二方向传输时防止第二反馈信号被提供给所述第四节点。
23、 根据权利要求21所述的系统，其特征在于，所述隔离电路还包括一个 锁相环电路，所述锁相环电路响应于代表所述第一传输电路工作的第一同步信 号以及代表所述第二传输电路工作的第二同步信号，用于使所述第一传输电路 与所述第二传输电路同步。
24、 根据权利要求21所述的系统，其特征在于，所述隔离电路还包括一个 同步控制器，所述同步控制器响应于在所述第二输出信号中检测到的预设信 号，并响应于指示所述第一传输电路状态的状态指示信号，用于使所述第一传 输电路与所述第二传输电路同步。
全文摘要
为以太网供电(PoE)系统中的供电设备(PSE)电路提供与外部电路电隔离的电路具有一个感应电路，用于提供一个将所述隔离电路的隔离侧与所述隔离电路的非隔离侧电隔离的隔离势垒。一个信号通道电路，用于在所述隔离侧和所述非隔离侧的各个节点之间越过所述隔离势垒传输双向信号和/或单向信号。
文档编号H04L12/10GK101663858SQ200880004872
公开日2010年3月3日 申请日期2008年2月13日 优先权日2007年2月13日
发明者史蒂文·安德鲁·罗宾斯 申请人:凌力尔特有限公司