基于以太网磁性元件发热供电的物理层装置自动调节的制作方法
【专利摘要】本发明的实施方式涉及基于以太网磁性元件发热供电的物理层装置自动调节。在一个实施方式中，使得由PoE模块生成的表示通过网络电缆的PoE操作的信息（例如，电流水平、发热等）对物理层装置（PHY）是可用的。该信息使得PHY推断线上的电感水平变化。作为响应，PHY然后可以调节PHY的传输特性。
【专利说明】基于以太网磁性元件发热供电的物理层装置自动调节
[0001]本申请要求于2012年6月13日提交的第61/658，996号美国临时专利申请以及于2012年6月28日提交的美国专利申请第13/535,469号的优先权。
【技术领域】
[0002]本发明总的来说涉及网络供电系统和方法，并且更具体地，涉及基于以太网磁性元件发热供电的物理层装置自动调节。
【背景技术】
[0003]以太网供电(PoE)提供了用来通过以太网电缆上从供电设备(PSE)向受电装置(PD)传送电力的框架。存在多种H)，包括IP语音(VoIP)电话、无线LAN接入点、蓝牙接入点、网络相机、计算装置等。
[0004]在诸如在IEEE802.3af (现在是IEEE802.3版本及其修改的一部分)和802.3at规范中描述的PoE应用中，PSE可以通过多个线对向H)传输电力。根据IEEE802.3af，PSE可以通过两个线对向单个H)传送高达15.4W的功率。另一方面，根据IEEE802.3at，PSE可以通过两个线对向单个ro传送高达30W的功率。其他专有解决方案可以潜在地向ro传输更高或不同等级的电力。PSE还可以被配置为使用四个线对向ro传送电力。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括:在物理层装置中，接收由以太网供电模块生成的信息，所述信息表示通过多个双绞线对传输的电流水平，所述多个双绞线对经由对应的多个数据转换器耦接至所述物理层装置，所述以太网供电模块被耦接至所述多个数据转换器的中心抽头；以及响应于由所述以太网供电模块生成的所述信息，通过所述物理层装置调节传输特性。
[0006]优选地，所述方法进一步包括基于由所述以太网供电模块生成的所述信息，确定数据转换器的电感变化。其中，所述确定包括:基于所述电流水平，确定数据转换器的发热水平。
[0007]优选地，所述调节包括:调节所述物理层装置的传输电压包络。
[0008]优选地，所述调节包括:调节所述物理层装置的传输电流包络。
[0009]优选地，所述调节包括:调节通过所述物理层装置输出的波形。
[0010]根据本发明的又一个方面，提供了一种方法，包括:在物理层装置中，接收表示数据转换器的发热水平的信息，所述数据转换器将所述物理层装置耦接至双绞线对，其中，所述数据转换器的中心抽头被耦接至以太网供电模块，所述以太网供电模块便于通过所述双绞线对传输电力；以及响应于表示所述数据转换器的发热水平的所述信息，通过所述物理层装置来调节传输特性。
[0011]优选地，所述方法进一步包括:基于表示数据转换器的发热水平的所述信息，确定数据转换器的电感变化。[0012]优选地，表示数据转换器的发热水平的所述信息为温度传感器读数。
[0013]优选地，表示数据转换器的发热水平的所述信息为通过所述数据转换器的电流水平。
[0014]优选地，所述调节包括:调节所述物理层装置的传输电压包络。
[0015]优选地，所述调节包括:调节所述物理层装置的传输电流包络。
[0016]优选地，所述调节包括:调节通过所述物理层装置输出的波形。
[0017]优选地，所述以太网供电模块为通过所述双绞线对传输电力的电源设备。
[0018]优选地，所述以太网供电模块为通过所述双绞线对接收电力的受电装置。
[0019]根据本发明的又一个方面，提供了 一种物理层装置，包括:接口，使得所述物理层装置接收表示数据转换器的操作条件的信息，所述数据转换器将所述物理层装置耦接至双绞线对，其中，所述数据转换器的中心抽头被耦接至以太网供电模块，所述以太网供电模块便于通过所述双绞线对传输功率；以及控制器，响应于表示所述数据转换器的操作条件的所述信息，通过所述物理层装置调节传输特性。
[0020]优选地，所述控制器调节所述物理层装置的传输电压包络。
[0021 ] 优选地，所述控制器调节所述物理层装置的传输电流包络。
[0022]优选地，所述控制器调节通过所述物理层装置输出的波形。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]为了描述本发明可以获得的上述和其他优点和特征的方式，将参照附图中示出的【具体实施方式】来给出以上简要描述的本发明的更具体的描述。应当理解的是，这些附图仅仅描述了本发明的典型实施方式，因此不应被考虑为限制本发明的范围，通过使用附图，将描述和说明本发明的其他特性和细节。在附图中:
[0024]图1示出了通过数据传输系统使用的线对传输电力的以太网供电系统的示例性实施方式。
[0025]图2示出了响应于磁性元件的操作条件的信息反映的物理层装置中的控制机制的示例性实施方式。
[0026]图3示出了以太网供电模块和数据传输系统之间的通信操作信息的示例性实施方式。
[0027]图4示出了根据本发明的示例性处理的流程图。
【具体实施方式】
[0028]以下详细描述了本发明的各实施方式。尽管讨论了具体的实施方式，但是应当理解的是，这仅用于示例性目的。本领域普通技术人员将认识到的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以使用其他部件和配置。
[0029]通过以太网连接的数据通信假设线上的特定和最小电感。在诸如由10GBASE-T支持的较高频率处，数据转换器的电感要低得多，以允许可制造的磁性元件。在以太网供电(PoE)应用中，在数据转换器中可能出现电流失衡，其可以导致在PoE电流路径中在数据转换器上存在偏电流。随着由于较高电力的PoE应用而导致的施加至网络电缆的电流增高，导致数据转换器的电感的相应减小。这些减小可能导致对线上的电感水平敏感的数据传输系统的增大的误码率(BER)。
[0030]在本发明的一个实施方式中，使得由PoE模块产生的表示通过网络电缆的PoE操作的信息(例如，电流水平、发热等)对物理层装置(PHY)是可用的。该信息将使得PHY能够推断线上的电感水平的变化。作为响应，PHY然后可以调节PHY的传输特性。在各实施方式中，PHY可以调节传输电压包络、传输电流包络、传输波形、回声消除等。
[0031]PoE可被用来通过用于数据传输的线对来传输功率。PoE可以应用于各种情况，并且可以和诸如 IOBASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T、IOGBASE-T、40GBASE_T 的数据传输标准或更高的数据率传输系统一起使用。除了隔离之外，所使用的数据转换器还可以通过开路电感(OCL)来表征。
[0032]在100BASE-TX规范中，在发送引脚处测量的最小电感应当大于或等于350 μ H且注入了在O-SmA之间的DC偏电流。一般地，发送侧上的数据转换器的最小电感的100BASE-TX规范被设计为呈现足够电感，其将克服导致基线漂移的杀手模式从而使得接收器能够恢复。该指定的最小电感水平确保了与期望看到信道上的有效电感的PHY接收器的兼容性，从而使得链路的信号质量和BER不受影响。
[0033]因为电感要求是以实现为导向的方法，因此较新的1000BASE-T、IOGBASE-T、40GBASE-T规范可以识别发射器的下垂测试要求。下垂测试要求是信号特征要求并且与数据转换器的OCL相关。借助于下垂测试要求，已经允许较新的PHY实现(例如，1000BASE-T、10GBASE-T.40GBASE-T等)使用能够满足指定的信号特征的较低电感数据转换器。
[0034]在本发明中，认识到在用于支持PoE应用时，较新的PHY中使用的较低电感数据转换器可以根据数据转换器的操作条件(例如，温度、偏电流等)而有显著变化。当考虑能够支持通过数据转换器的近IA电力的传送的较高功率PoE应用时，尤其如此。当通过用于数据传输的线对传输这样的高电平电力时，数据转换器的电感的对应变化可以极大地影响数据传输系统性能。
[0035]在描述本发明的细节之前，首先参照图1，图1示出了通过由数据传输系统使用的两个线对传输电力的PoE系统的示例性实施方式。如图所示，PoE系统包括通过还用于数据传输的两个线对向PD120传输电力的PSE110。正如将会理解的，诸如1000BASE-T和IOGBASE-T的PY规范被配置为使用四个线对。此外，一些PoE系统可以配置为通过四个线对传送电力。为了示例的目的，为简单起见，在图1中仅示出了两个线对。
[0036]通过在数据转换器112和数据转换器114的中心抽头的两端施加电压来提供由PSEllO向TO120传输电力，其中，数据转换器112耦接至以太网电缆中的发射(TX)线对，数据转换器114耦接至接收(RX)线对。在网络链路的另一端，PD 120通过数据转换器131和数据转换器134的中心抽头来接收电力。
[0037]一般地，PD120可以包括PoE模块142，其含有将使得PD120根据IEEE802.3af、802.3at、传统PoE传输、或任何其他类型的PoE传输与PSEllO通信的电子。PD120还包括控制功率晶体管146 (例如，场效应晶体管(FET))的控制器144 (例如，脉冲宽度调制DC:DC控制器)，功率晶体管146向负载150提供恒定功率。
[0038]基于IEEE802.3at，PHY110和PHY130之间的数据通信一般被设计为用不必考虑高电平电源的影响越来越大的数据转换器和/或信号规范进行操作。具体地，没有考虑由于以能够到达IA的负载电流通过网络电缆传输高电平的DC电力而导致的数据转换器中的DC电流失衡的增大。一般地，随着通过数据转换器的DC偏电流增大，数据转换器的OCL将减小。另外，随着数据转换器的温度对于给定DC偏电流增大，数据转换器的OCL将减小。因此，能够通过将PoE施加至网络电缆而产生的增大的DC偏电流和增大的温度的影响，能够显著降低数据转换器的0CL。由于PHY假定了线上的特定和最小电感，因此数据转换器的OCL的减小可以导致数据传输系统中的BER增大。
[0039]在本发明中，认识到数据转换器可以表示印刷电路板上的数据传输系统的固定部分。这样，本发明的特征在于，通过调节PHY的传输操作，可以补偿由于将PoE施加至网络电缆中的相关线对而导致的数据转换器的OCL中的变化。在一个实施方式中，可以通过修改PHY的驱动强度来调节PHY的传输操作，以补偿数据转换器的OCL的变化。在各实例中，驱动强度的调节可以通过对传输电压包络、传输电流包络、输出波形等的调节来表征。应当理解，用以调节PHY的驱动强度的特定机制将是依赖于实现的。这里，可以以能够最好地解决线上的电感的已知或推断的变化的方式来实现驱动强度的调节。调节处理还可以依赖于PHY 运行的特定操作模式(例如，IOBASE-T, 100BASE-TX、1000BASE-T、IOGBASE-T、40GBASE_T等)。在另一实施方式中，可以通过修改回波消除处理来调节PHY的传输操作。
[0040]PHY的传输操作的调节基于反映数据转换器磁性元件的操作条件的信息。图2示出了响应于这种信息的PHY中的控制机制的示例实施方式。如图所示,PHY210经由介质相关接口(MDI)耦接至磁性元件220。磁性元件220耦接至RJ-45连接器230，RJ-45连接器230便于PHY210 f禹接至双绞线对(twisted pair)以太网电缆传输介质。
[0041]如图2中进一步示出的，PHY210包括经由MDI发射和接收数据的收发器(TX/RX)212。收发器212的传输操作由控制器214控制，控制器214响应于经由数据接口 216接收的操作信息。一般地，操作信息基于磁性元件220的操作条件，并且在配置或控制收发器212的传输操作中由控制器214所使用。
[0042]在一个实施方式中，操作信息可以包括反映磁性元件220的操作条件的信息。在一个实例中，测量信息表示通过磁性元件220的PoE电流水平。在另一个实例中，测量信息表示可以从电流测量导出的温度信息、使用靠近磁性元件220的温度传感器测量的温度信息等。在另一实例中，测量信息可以表示从操作条件信息导出或测量的磁性元件220的电感信息。一般地，测量信息可以表示使得控制器214能够确定修改收发器212的需要以补偿磁性元件220的OCL变化的任何信息。
[0043]在另一实施方式中，操作信息可以包括响应于磁性元件220的操作条件而生成的操作控制信号。这里，操作控制信号可以由PHY210外部的系统或模块来生成，其中，操作控制信号经由接口 216被提供至PHY210。在该实施方式中，经由接口 216的操作控制信号的接收可以在配置或控制收发器212的传输操作中由控制器214使用。
[0044]如将会理解的，提供至PHY210的特定类型的操作信息可以改变。具有重要意义在于，从磁性元件220的操作条件导出的操作信息在配置或控制收发器212的传输操作中由PHY210使用，以补偿磁性元件220中的电感变化。
[0045]图3示出了以太网供电模块和开关之间的通信操作信息的示例性实施方式。如图所示，开关可以包括均耦接至开关(SW)模块320的PHY310-n。为了清楚说明起见，仅示出了单对数据转换器耦接至每个PHY310-n。
[0046]每个PHY310-n还连接至主机330。在一个实施方式中，主机330和以太网开关320和PHY310-n结合在单个芯片上。在另一实施方式中，以太网开关320和PHY310_n结合在独立于主机330的单个芯片上，其中，经由串行接口来实现与主机330的通信。在图3中还示出了 PSE340，其通过数据转换器的中心抽头来供电。如图所示，PSE340也耦接至主机330。在一个实施方式中，PSE340经由便于隔离边界的光隔离器350耦接至主机330。
[0047]在图3的示例性实施方式中，PSE340可以被配置为监控数据转换器的操作条件。在一个实例中，PSE340可以监控通过数据转换器的中心抽头传输的电流水平。在另一实施方式中，PSE340可以基于电流信息或者通过位于数据转换器附近的温度传感器来确定数据转换器的发热。
[0048]由PSE340测量或确定的操作信息可以被提供到主机330。在一个实例中，主机330可以经由主机330和PHY310-n之间的数据接口，将数据转换器的操作信息转发到耦接至数据转换器的相关PHY310-n。基于这种操作信息，PHY然后可以确定如何调节收发器，以补偿由转发的操作信息表示的电感变化。在另一实例中，主机330可以处理数据转换器的操作信息，以导出可以由相关PHY使用的控制信号。在该实例中，控制信号可以通过数据接口传输到相关PHY，并且由PHY用于调节收发器，以补偿电感变化。如将会理解的，传输到PHY的特定类型的操作信息将依赖于用于监控数据转换器的操作条件、任何居间处理模块的能力以及PHY本身的能力的机制。
[0049]已经描述了将数据转换器操作信息传送到PHY的示例性实施方式，现在参照图4的流程图，图4示出了根据本发明的示例性处理。如图所示，该处理在步骤402开始，在步骤402，确定数据转换器磁性元件的操作信息。如上所述，用于确定操作信息的特定机制可以根据实现而变化。在以上参照图3描述的实例中，PoE子系统可以被设计为测量或确定操作信息。PoE子系统然后将操作信息传输到主机模块，所述主机模块进一步被配置为确定将被传输至PHY的操作信息(例如，控制信号)。不管特定实现如何，操作信息最终在步骤404由PHY接收。
[0050]响应于接收的操作信息，PHY然后在步骤406调节PHY的传输操作的一个或多个特征。如将会理解的，用以修改传输操作(例如，驱动强度的改变、回声消除的改变等)的特定机制将是依赖于实现的。重要的是，由于偏电流、发热等的变化而引起的数据转换器中的电感变化的识别，可以由PHY用于调节通信信道中的电感的变化。
[0051]这里，应当注意的是，可以基于所确定的操作信息，在信道的两端来执行变化。在一个实施方式中，调节处理可以考虑在链路的远端的PHY的类型。例如，当PHY耦接至通过自动导航处理确定的远端100BASE-TXPHY时，本地传输系统将知道远端数据转换器将具有350 μ H的0CL。在确定通信信道的电感变化的调节中，远端PHY的基线OCL的该知识是有用的。在对PHY的传输操作进行了特定的调节后，然后在步骤408可以开始PHY的操作。由于该操作被设计为补偿由于偏电流或发热的变化而导致的数据转换器的电感变化，因此将产生较低的BER。
[0052]本发明的另一实施方式可以提供机器和/或计算机可读存储器和/或介质，具有存储在其上的机器代码和/或计算机程序，所述计算机程序具有可由机器和/或计算机执行的至少一个代码部分，从而使得机器和/或计算机执行这里描述的步骤。
[0053]通过回顾前面的详细的描述，本发明的这些和其他方面对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见。尽管上面已经描述了本发明的一些显著的特征，但是本发明可以具有其他实施方式，并且可以以在阅读所公开的本发明之后对本领域普通技术人员来说显而易见的多种方式来实践和执行，因此，以上说明书不应认为排除了这些其他实施方式。此夕卜，应当理解的是，这里所使用的措辞和术语是用于描述目的而不应看作是限制。
【权利要求】
1.一种方法，包括: 在物理层装置中，接收由以太网供电模块生成的信息，所述信息表示通过多个双绞线对传输的电流水平，所述多个双绞线对经由对应的多个数据转换器耦接至所述物理层装置，所述以太网供电模块被耦接至所述多个数据转换器的中心抽头；以及 响应于由所述以太网供电模块生成的所述信息，通过所述物理层装置调节传输特性。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:基于由所述以太网供电模块生成的所述信息，确定数据转换器的电感变化。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述确定包括:基于所述电流水平，确定数据转换器的发热水平。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调节包括:调节所述物理层装置的传输电压包络。
5.一种方法，包括: 在物理层装置中，接收表示数据转换器的发热水平的信息，所述数据转换器将所述物理层装置耦接至双绞线对，其中，所述数据转换器的中心抽头被耦接至以太网供电模块，所述以太网供电模块便于通过所述双绞线对传输电力；以及 响应于表示所述数据转换器的发热水平的所述信息，通过所述物理层装置来调节传输特性。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括:基于表示数据转换器的发热水平的所述信息，确定数据转换器的电感变化。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，表示数据转换器的发热水平的所述信息为温度传感器读数。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，表示数据转换器的发热水平的所述信息为通过所述数据转换器的电流水平。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述调节包括:调节所述物理层装置的传输电压包络。
10.一种物理层装置，包括: 接口，使得所述物理层装置接收表示数据转换器的操作条件的信息，所述数据转换器将所述物理层装置耦接至双绞线对，其中，所述数据转换器的中心抽头被耦接至以太网供电模块，所述以太网供电模块便于通过所述双绞线对传输功率；以及 控制器，响应于表示所述数据转换器的操作条件的所述信息，通过所述物理层装置调节传输特性。
【文档编号】H04L12/10GK103490905SQ201210564731
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年12月21日 优先权日:2012年6月13日
【发明者】瓦埃勒·威廉·迪亚卜 申请人:美国博通公司