标记和保持系统及方法
技术领域
本发明整体涉及以太网供电(PoE)领域，并且具体地涉及标记和保持系统及方法。
背景技术
在PoE系统中，供电设备(PSE)被布置成在向受电装置(PD)供电之前首先检测连接的PD并任选地对其进行分类。当检测到没有受电装置(PD)正在汲取电流时，PSE还被强制断开电力连接。PoE还需要特定的保护和反馈机制，通常包括PSE输出端口电压的测量。然而，为了在PD需要汲取电流时重新连接电力，必须执行检测和分类，这会花费多达一秒来完成。对于诸如照明的应用，这种等待是不可接受的。为了克服所述问题，PD被布置成即使在未工作时也汲取最小电流。此类电流足以将PD电子器件(诸如存储器)保持在待机状态，但不足以用于完全工作。因此，只要PSE检测到最小电流正在被汲取，就知道PD仍然连接并且不需要进一步的检测和分类。
这通常在维持电力特征(MPS)状态下执行，其中PD汲取MPS电流并且PSE监测被汲取的电流。当PSE检测到没有MPS电流正在被汲取时，确定PD不再连接并且断开电力与端口的连接。为了使PD响应于PSE主机而进入此类MPS状态并离开此类MPS状态，需要来自PSE主机的通信。遗憾的是，无法简单地提供PD与PSE主机之间的此类通信，从而增加了成本。
发明内容
因此，本发明的主要目的是克服现有技术PoE系统的至少一些缺点。在一个实施方案中，这通过标记和保持系统来实现，所述标记和保持系统包括主电源、标记电压电源和检测电流源。在进行检测和任选分类之后，主电源与PD断开连接，并且PD改为连接到标记电压电源。所述检测电流源通过所述PSE的端口电阻从所述主电源汲取电流，并且监测所述端口电阻上的所述电压以确定所述PD是否仍连接到所述端口。
在一个实施方案中，启用了一种供电设备，所述供电设备包括：主电源，所述主电源可切换地联接到输出端口；标记电源，所述标记电源可切换地联接到所述输出端口，由所述标记电源输出的电压小于由所述主电源输出的电压；端口电阻，所述端口电阻呈现于所述输出端口上；电流源，所述电流源被布置成通过所述端口电阻汲取电流；以及控制电路，所述控制电路被布置成：检测连接的受电装置；将所述标记电源联接到所述输出端口；使所述主电源与所述输出端口脱离联接；以及响应于所述端口电阻上的电压高于预定值而停止向所述输出端口供电。
在一个另外的实施方案中，所述控制电路响应于所述电流源而执行对所述连接的受电装置的所述检测。在另一个另外的实施方案中，由所述电流源汲取的所述电流还流过连接的受电装置。在又一个另外的实施方案中，所述连接的受电装置被布置成当联接到所述标记电源时汲取预定电流。
在一个另外的实施方案中，响应于所述端口电阻上的所述电压高于所述预定值，所述控制电路还被布置成将所述端口标记为断开连接。在另一个另外的实施方案中，所述端口电阻上的所述电压由模数电路测量。
独立地，启用了一种维持来自供电设备的用于受电装置的电力的方法，所述方法包括：响应于主电源而检测所述受电装置为连接；将标记电源联接至所述输出端口，由所述标记电源输出的电压小于由所述主电源输出的电压；通过所述供电设备的端口电阻来汲取电流；以及响应于所述端口电阻上的所述电压高于预定值而停止向所述输出端口供电。
在一个另外的实施方案中，响应于所述被汲取的电流而执行所述检测。在另一个另外的实施方案中，所述方法还包括响应于所述端口电阻上的所述电压高于所述预定值而将所述端口标记为断开连接。
从以下附图和描述中，本发明的附加特征和优点将变得显而易见。
附图说明
为了更好地理解本发明并示出可如何实行本发明，现在将仅通过示例的方式参考附图，其中相同的数字始终表示对应的部分或元件。
现在具体参考附图，强调了所示的细节仅为示例且仅用于说明性讨论本发明的优选实施方案的目的，并且为了提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用和易于理解的描述的原因而被呈现。就此而言，没有试图比对本发明的基本理解所需更详细地示出本发明的结构细节，关于附图进行的描述使得本发明的若干形式可如何在实践中体现对于本领域技术人员而言是显而易见的。如本文所用，术语“电阻器”意指包括但不限于提供电阻的任何合适的元件。如本文所用，术语“电感器”意指包括但不限于提供电感的任何合适的元件。如本文所用，术语“电容器”意指包括但不限于提供电容的任何合适的元件。在附图中：
图1A示出了根据特定实施方案的PoE系统的高级示意性框图；
图1B至图1C示出了图1A中PoE系统的电压和电流水平的高级曲线图；和
图2示出了根据特定实施方案的标记和保持方法的高级流程图。
具体实施方式
在详细解释本发明的至少一个实施方案之前，应当理解，本发明的应用不限于在下面的描述中阐述的或在附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明适用于其他实施方案或以各种方式实践或进行。而且，应当理解，本文所采用的措辞和术语是用于描述的目的并且不应当被认为是限制性的。
图1A示出了根据特定实施方案的PoE系统10的高级示意图。PoE系统10包括：PSE20；以及PD 30，其中PSE 20经由电缆的绞线对连接到PD 30，所述绞线对表现出某一电阻。PSE 20包括：主电源40；感测电阻器R1；可调节电流路径Q1；驱动电路50，表示为驱动器1；标记电源60；限流电阻器R2；电子控制开关Q2；驱动电路70，表示为驱动器2；检测电流源80；电子控制开关S1；端口电阻器RP；比较器90；二极管D1；以及控制电路100。端口电阻器RP上的电压，即PSE 20的输出端口130上的电压，表示为VPORT。PD 30包括：电流源110；和电子控制开关S2。主电源40被布置成产生第一电压(表示为VPWR)，并且标记电源60被布置成产生第二电压(表示为VMH)。电压VPWR大于电压VMH。在一个实施方案中，电压VPWR为约57伏特并且电压VMH介于7-10伏特之间。
在一个实施方案中，可调节电流路径Q1被实现为n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NFET)，其具有响应于传感电阻器R1上的电压降的闭环电流控制(未示出与驱动电路50的连接)，并且在本文中同样地进行描述。类似地，在一个实施方案中，电子控制开关Q2被实现为NFET，并且在本文中同样地进行描述。在一个实施方案中，如图所示，电流源110被布置成汲取预定电流，表示为IMH。在另一个实施方案(未示出)中，电流源110包括负载电阻，并且预定电流IMH响应于电压VPORT而被汲取。在一个实施方案(未示出)中，驱动电路50和70中的每一者包括相应的电源或与主电源40的相应连接，以及电子控制开关，所述电子控制开关被布置成交替地将相应的电源连接到其输出端以及断开所述连接。在典型的实施方案中，IMH在250微安至4毫安的范围内。
主电源40的第一侧经由电缆的第一部分120耦接到标记电源60的第一侧、端口电阻器RP的第一端和PD 30的电流源110的第一侧。电流源110的第二侧耦接到电子控制开关S2的第一侧。电子控制开关S2的第二侧经由电缆的第二部分125耦接到端口电阻器RP的第二端，通过二极管D1耦接到NFET Q2的漏极，耦接到NFET Q1的漏极，并且耦接到检测电流源80的第一侧。NFET Q2的栅极耦接到驱动电路70的输出端，并且NFET Q2的源极耦接到限流电阻器R2的第一端。限流电阻器R2的第二端耦接到标记电压源60的第二侧。NFET Q1的栅极耦接到驱动电路50的输出端，并且NFET Q1的源极耦接到传感电阻器R1的第一端。传感电阻器R1的第二端和主电压源40的第二侧各自耦接到公共电位。检测电流源80的第二侧耦接到电子控制开关S1的第一侧，并且电子控制开关S1的第二侧耦接到公共电位。
比较器90的同相输入端被布置成接收端口电阻器RP上的电压(表示为VPORT)，并且比较器90的反相输入端耦接到参考电压(表示为VREF)。在一个实施方案(未示出)中，还提供馈电电路以将端口电阻器RP上的电压馈送至比较器90的同相输入端，如在本发明的时间点本领域的技术人员所知的。如上所述，PSE输出端口电压的测量通常在现有技术的PSE设计中实现。在一个实施方案中，通过A/D转换器测量VPORT，并且将输出与充当比较器90的VREF的预定值进行数字化比较。比较器90的输出端耦接到控制电路100的输入端。控制电路100的第一输出端耦接到驱动电路50的输入端，在所述输出端处的信号表示为EN1，并且控制电路100的第二输出端耦接到驱动电路70的输入端，在所述输出端处的信号表示为EN2。控制电路100的第三输出端耦接到电子控制开关S1的控制端子，在所述输出端处的信号表示为ES1。
将结合图1B至图1C中的曲线图对PoE系统10的工作进行描述。具体地讲，图1B示出了由PD 30的电流源110汲取的电流IMH的曲线图140，其中x轴表示时间，并且y轴表示以任意单位计的电流量值。图1C示出PSE 20的端口电压VPORT的曲线图150，其中x轴表示时间，并且y轴表示以任意单位计的电压。
在工作中，控制电路100通常响应于PSE主机命令而控制检测电路(未示出)执行检测阶段，从而确定有效的PD 30是否与其耦接，如在本发明的时间点本领域的技术人员所知的。在一个实施方案中，检测电流源80充当检测电路的电流吸收器。任选地，还提供了分类电路(未示出)，并且所述分类电路被布置成在检测到有效的特征电阻时执行对PD 30的分类。
在检测和分类之后，控制电路100确定是否要为PD 30提供电力。在PSE主机指示PSE 20向PD 30提供电力的情况下，控制电路100将信号EN1控制为高，从而将NFET Q1保持在闭合位置，并且允许来自主电源40的电力以工作电压提供给PD 30。响应于传感电阻器R1上的电压降而经由闭环电流控制(未示出)对电流进行监测。
在检测和分类之后在PSE 20处从PSE主机接收指令以进入标记和保持状态的情况下，在预定时间段之后，在时间T1处，控制电路100输出高信号EN2和低信号EN1。因此，NFETQ1将被打开并且NFET Q2将被闭合，从而从标记电源60向PD 30提供电力。通过对与控制电路100相关联的存储器进行设定或通过将状态机设定为适当状态，输出端口130被“标记”为具有与其耦接的维持在睡眠模式的有效PD。如上所述，由标记电源60产生的电压VMH小于由主电源40产生的电压。PD 30的控制电路(未示出)被布置成：响应于向其呈现的较低电压VMH而将PD 30置于待机或睡眠模式，其中仅消耗最小量的电力，即，保持激活或保持标记和保持电流，所述标记和保持电流足以维持在分类阶段期间在PD 30处接收的PSE分类信息的存储器。这在图1A中通过电流源110示出，所述电流源响应于电子控制开关S2的闭合而启用。因此，电流源110开始汲取标记和保持电流(表示为IMH)。在向输出端口130呈现短路的情况下，限流电阻器R2充当限流器以防止产生大电流浪涌。应当注意，用于监测MPS并维持对端口电流的控制的现有技术电流监测机制与NFET Q1和感测电阻器R1相关联并且因此不可用于监测保持激活电流IMH是存在还是不存在。因此，缺乏用于识别PD 30是否已断开连接的机制。
在时间T2处，控制电路100输出激活信号ES1，从而关闭电子控制开关S1。因此，电流源80开始从主电源40汲取电流(表示为I1)。在电流I1的量值小于或等于电流IMH的量值的情况下，电流I1将作为电流IMH的一部分流过PD 30。在电流I1的量值大于电流IMH的量值的情况下，电流I1被如下划分：I1的第一部分作为电流IMH流过PD 30，并且I1的第二部分流过端口电阻器RP。在一个实施方案中，如曲线图150所示，电流I1的幅值被设定为接近电流IMH的最小幅值，所述电流IMH如上所述任选地处于250微安至4毫安的范围内，因此电流I1对电压VPORT的影响可忽略不计。电压VPORT由控制电路100监测，并且只要所述电压未显著升高，就维持标记和保持状态。如下文将进一步描述的，VPORT的显著升高是PD 30断开连接的证据，因此需关闭已断开端口。
在时间T3处，响应于PD 30的关闭，PD 30的控制电路(未示出)打开电子控制开关S2，从而停止电流IMH。应当注意，这被描述为由于电子控制开关S2的打开而发生，然而，这仅是为了描述的目的，并非旨在进行限制。在另一个实施方案中，由于PD 30与PSE 20的输出端口130断开连接，电流IMH停止。由于电流源110和/或PD 30与PSE端口130断开连接，电流I1不再流过PD 30而是改为流过端口电阻器RP，从而导致电压VPORT升高。图1C示出了由于与端口电阻器RP并联的各种电容(未示出)而逐渐升高的电压VPORT。当电压VPORT升高至超过参考电压VREF时，在时间T4，控制电路100输出低信号EN2，从而打开NFET Q2并且所述控制电路还在与控制电路100相关联的存储器中将端口标记为断开连接，或者通过将控制电路100的状态机设定为适当的状态和/或通过将断开通知PD主机。因此不再向端口130提供电力。如果PD再次连接到端口130，则将响应于在控制电路100的存储器中对端口的标记而再次执行检测和任选的分类。在一个实施方案中，经过预定时间段对电压VPORT监测，使得只有在整个时间段内电压VPORT上升的情况下，端口才被标记为断开连接，从而允许经调制的标记和保持电流IMH。
因此，由于在从PD主机接收到为PD 30上电的命令之后，响应于缺少端口130断开连接的标记，PSE 20不执行检测和分类，因此其允许快速开启照明。有利地，PSE 20能够检测PD 30与端口130的断开连接，而无需监测标记和保持电流IMH。更有利地，对于上述标记和保持配置来说，PSE主机与PD 30之间的通信是不必要的。另外，标记和保持状态在任选地7-10伏的低电压下工作，这减少了电流IMH所消耗的电力量。由于PD30可以处于待机模式达数天或更久，这可能变得较为显著。此外，PSE 20利用现有电路(包括检测电流源80和用于端口电压VPORT的测量电路)来执行这些功能。
图2示出了根据特定实施方案的标记和保持方法的高级流程图。在阶段1000中，执行检测以确定是否将有效的PD特征电阻呈现(通常利用电流源(诸如检测电流源80))给PSE的输出端。任选地，还执行分类以确定检测到的PD的类别。在阶段1010中，PSE在预先确定的时间段内等待阶段1000的PD的供电请求，所述供电请求通常来自所连接的主机。在接收到对于PD供电请求的情况下，在阶段1020中，工作电力由主电源供应。在一个实施方案中，由主电源输出的电压为57伏。
在预先确定的时间段期间未接收到供电请求或者从PD主机接收到标记和保持命令的情况下，在阶段1030，标记和保持电源被连接到PSE输出端，并且阶段1020的主电源与PSE的输出端断开连接。由标记和保持电源输出的电压小于由主电源输出的电压。在一个实施方案中，由标记和保持电源输出的电压介于7-10伏之间。端口被标记为具有耦接到其上的未请求供电的有效PD。
在阶段1040中，由PSE中的电流源汲取或驱动预定电流通过PSE，任选地，所述电流源是阶段1000中使用的至少一个检测电流源。在一个实施方案中，预定电流被驱动通过阶段1020的主电源、阶段1000的PD和PSE的输出端上的电阻。因此，检测电流的第一部分流过PD，并且检测电流的第二部分流过输出端口电阻(诸如上述RP)。在阶段1050，监测输出电阻VPORT上的电压。在阶段1060，在输出电阻上的电压小于基准电压的情况下(即检测电流的第一部分正在流过PD而不流过输出电阻)，再次执行阶段1050。响应于PD被断开连接，检测电流的第一部分现在将流过输出电阻并且输出电压将升高。在输出电压上升至高于预定基准电压的情况下，确定阶段1000的PD不再连接，所述端口在相关联的存储器中被标记为断开连接，并且再次执行阶段1000。
应当理解，为了清楚起见而在单独实施方案的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施方案中组合提供。相反，为简洁起见而在单个实施方案的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独提供或以任何合适的子组合提供。具体地，已经通过按类别对每个受电装置的识别描述了本发明，但是这并不意味着以任何方式进行限制。在另选的实施方案中，所有受电装置被同等地对待，并且因此类别通过其相关联电力要求的识别并非所需的。
除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文描述的方法类似或等同的方法可以用于本发明的实践或测试，但本文描述了合适的方法。
本文中提及的所有公开、专利申请、专利和其他参考都通过引用以其整体并入。如发生冲突，以专利说明书(包括定义)为准。此外，材料、方法和示例仅是说明性的并且不旨在是限制性的。
本领域技术人员将理解，本发明不限于以上特别示出和描述的内容。相反，本发明的范围由所附权利要求书限定，并且包括上文描述的各种特征的组合和子组合以及本领域技术人员在阅读前述描述时将想到的各种特征的变化和修改。
