以太網(wǎng)供電標準介紹

2003年6月以太網(wǎng)供電 (PoE) IEEE 標準的發(fā)布已成為因特網(wǎng)協(xié)議 (IP) 設備發(fā)展的有利條件。通過(guò)以太網(wǎng)同時(shí)提供專(zhuān)用設備所需的 13W 的電源和數據，從而降低了進(jìn)入的門(mén)檻，進(jìn)而使非常昂貴的解決方案變得可行。對諸如IP 攝像頭、無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)或IP 電話(huà)等設備的基礎設施的安裝已變得如同在沖模 (punch block) 中截線(xiàn)一般簡(jiǎn)單。本文將以一種簡(jiǎn)單直接的方式講述 PoE 的基礎知識。

PoE 硬件可分為兩種類(lèi)型：為以太網(wǎng)鏈路提供電力的設備以及用電設備。為鏈路提供電力的設備我們稱(chēng)之為供電設備 (PSE) ，用電設備 (PD) 的名稱(chēng)也同樣非常好理解，即消耗以太網(wǎng)鏈路上電力的設備。本文將二者相互結合分別對 PSE 和 PD 做了最佳評估。

乍一想，以太網(wǎng)供電似乎是一項微不足道的技術(shù)。標準電話(huà)在相同配線(xiàn)中同時(shí)提供電源和數據已有一百多年了。但是，對于以太網(wǎng)來(lái)說(shuō)，在人們想為其添加電力之前，其已經(jīng)有非常大的市場(chǎng)保有量。如果給現有的以太網(wǎng)線(xiàn)纜施加電壓，那么所有已部署的每一臺設備都可能會(huì )遭到損壞或破壞。為了避免這一缺陷，撰寫(xiě)該標準任務(wù)小組開(kāi)發(fā)出了一種保護該設備的措施，從而可以向該設備施加電力。

向鏈路施加電壓之前，由 PSE 來(lái)完成檢測程序。PSE 通過(guò)使用至少兩個(gè)低壓和限流電平對鏈路進(jìn)行檢測，查找 PD 的特殊簽名（其為 25KΩ 的電阻斜率）。這些信號應介于 2.8V～10V 之間，且不具備提供高于 5mA 電流的能力。在一定的條件下，該標準只需要兩個(gè)測試探針就可將無(wú)效簽名變成有效簽名。當前最佳的實(shí)踐采用了三個(gè)（有時(shí)為四個(gè)）獨立的探針信號，這是標準所允許的探針信號數量。

如果 PSE 成功地檢測到一個(gè) PD，然后其可能會(huì )向鏈路供電。如果 PSE 沒(méi)有向鏈路供電，那么其必須在 400ms 內再做一次同樣的檢測，或一直運行該檢測程序。一旦向鏈路成功供電，則 PSE 必須對鏈路進(jìn)行監控，以確保既不會(huì )發(fā)生過(guò)電流事件又可滿(mǎn)足 PD 所需電力的供應。過(guò)電流的出現幾乎可以肯定要么連線(xiàn)出現了故障，要么 PD 出現了故障。然而，由于用戶(hù)為 PD 縛上了一個(gè)本地電源或將 PD 與鏈路斷開(kāi)了，PD 可能不再需要電力。PoE 無(wú)法弄清楚到底 PD 是與鏈路斷開(kāi)了還是“不需要”供電了，但最終結果都是一樣的，PSE 將不在為該端口提供電力。

除了檢測對 PD 的供電以外，PSE 可能還會(huì )通過(guò)一個(gè)稱(chēng)為“分類(lèi)”的程序試圖詢(xún)問(wèn) PD 還需要多少電力。雖然規范標準未對此做出要求，但大多數 PD 均提供了有用的分類(lèi)信息，大致將其分為：1/4、一半或滿(mǎn)功率運行的設備。PSE 利用這一信息對其電源進(jìn)行高效分配。

在線(xiàn)纜的 PD 端，情況幾乎是一樣的。當 PD 檢測并輸入 2.7V～10.1V 電壓時(shí)，其必須與一個(gè) 25KΩ 的負載相連。如果 PD 的輸入范圍為 14.5V～20.5V，那么 PD 將與一個(gè)恒流負載相連，該負載會(huì )顯示出 PD 所消耗的電量。請注意，通過(guò)該電流負載報告分類(lèi)信息為可選項。但是，當前市場(chǎng)上的每一款集成的 PD 芯片都支持該特性，且報告的信息都非常有用。一旦輸入端口的電壓范圍介于 36V～42V 之間，PD 電源將開(kāi)啟；輸入端的電壓回落至 36V～30V 時(shí)，PD 電源將關(guān)閉。與 PSE 不同，在 PD 中沒(méi)有跟隨狀態(tài)連續性的要求。PD 是一個(gè)純電壓驅動(dòng)型函數。

現實(shí)應用和對其進(jìn)行設計的工程師一定很關(guān)心以下問(wèn)題，如：浪涌保護、噪聲抗擾度以及輻射頻譜。但是，IEEE 規范不包括某些隔離要求，不能將它們和終端設備目標市場(chǎng)的安全要求相混淆。這些要求大大超過(guò)了 IEEE PoE 規范的范圍，且其他規定和要求對此做了說(shuō)明。IEEE 規范不要求 PSE 滿(mǎn)足限功率電源的要求就是一個(gè)非常明顯的例外。

利用現有的集成電路，硬件設計人員擺脫了此處所述的 IEEE 規范所有細則的束縛。本文應該提供了足夠的信息，以使設計人員對其實(shí)施的新型 PoE 技術(shù)應用更加放心。