0 概 述

       以太網(wǎng)供電POE(Power Over Ethernet)是一種允許在以太網(wǎng)線雙絞線上同時傳輸數(shù)據(jù)和電能的技術(shù)详民，該技術(shù)作為IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.3af在2003年6月得到了批準(zhǔn)。IEEE技術(shù)使得以太網(wǎng)雙絞線在傳輸數(shù)據(jù)包的同時可以向遠(yuǎn)端(100 m)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供大約13 W的功率.這就意味著像I工，電話赞季、無線接入點(diǎn)、IP射众，網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)這樣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以不再需要本地的交流電源就能獲得電能而正常工作碟摆；同時使得這些設(shè)備的安裝和維護(hù)比較方便和靈活；并且由于無需考慮設(shè)備的供電問題.因此有效地降低了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)的成本叨橱，由此可見POE技術(shù)的優(yōu)越性是很明顯的典蜕。

1 工作原理

       通過以太網(wǎng)線雙絞線完成對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的供電，需要兩個設(shè)備罗洗，一個是提供電源的設(shè)備稱為供電設(shè)備PSE(Power Supply Equipment)愉舔，PSE在每個供電端口(RJ-45端口)上提供最大電流約350 mA的48 V直流電源钢猛，直接驅(qū)動以太網(wǎng)雙絞線，扣除以太網(wǎng)雙絞線(最長100 m)上的功率損耗轩缤，供電設(shè)備可以向終端的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供約13 W的功率命迈；而從以太網(wǎng)雙絞線上獲取電能的設(shè)備被稱為受電設(shè)備PD(Powered Device)。以太網(wǎng)供電系統(tǒng)要能與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兼容火的，要求必須符合802.3af標(biāo)準(zhǔn)壶愤。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在一定的時間內(nèi)，供電設(shè)備PSE必須完成對終端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的檢測和分級馏鹤，然后決定是否對其供電以及輸出多少功率涮饱。這一規(guī)定可以保障不兼容POE的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不至于受到48 V電源的破壞。所以供電設(shè)備的卞要功能是檢測是否有兼容POE的設(shè)各(PD)連按入POE系統(tǒng)或從POE系統(tǒng)中斷開牵蠢，井對受電設(shè)各進(jìn)行分級常择，以提供相應(yīng)功率的電源或切斷電源。根據(jù)應(yīng)用類刑的不同仓疯，802.3af標(biāo)準(zhǔn)允許供電設(shè)各有兩種方法實(shí)現(xiàn)對PD供電：

      一種是端點(diǎn)PSE(Endpoint PSE)笆赤，即在同一個設(shè)各內(nèi)嵌入了以太網(wǎng)交換機(jī)等數(shù)據(jù)交換模塊和電源模塊。在這種供電模式中魂欺，可以選擇以太網(wǎng)雙絞線中的信號線對(1粮唯，2和3，6)或者“空閑線對”(4勤右，5和7徽捶，8)來承載48 V直流電源。當(dāng)選擇信號線對傳輸電源時虫甲，48 V DC通過加在隔離變壓器的兩個中心抽頭上來實(shí)現(xiàn)對受電設(shè)各的供電(圖1)淡箱，從而避免了對數(shù)據(jù)信號的影響。由于電源可以疊加在信號線對上辩块，所以這種方式的POE系統(tǒng)可以支持千兆以太網(wǎng)蛔六。將端點(diǎn)PSE應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，由于需要更換現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)各废亭，所以端點(diǎn)PSE較適合于建設(shè)新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)国章。

圖1 端點(diǎn)PSE使用信號線對或空閑線對傳送電源

      另一種是中跨PSE(Midspan PSE)，即供電設(shè)備和傳統(tǒng)的交換設(shè)備是分離的豆村。在這種供電模式中液兽，PSE安裝在傳統(tǒng)的交換設(shè)備和終端設(shè)備之間，通過以太網(wǎng)雙絞線中的“空閑線對”注入電源(圖2)掌动。將中跨PSE應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時四啰，由于無需對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的改動，所以中跨PSE較適合于對現(xiàn)有的以太網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行升級改造粗恢。

圖2 中跨PSE使用空閑線對傳送電源

      以太網(wǎng)供電系統(tǒng)要能正確而安全的工作柑晒，要求供電設(shè)各和受電設(shè)各的設(shè)計(jì)必須遵循IEEE 802.3af以太網(wǎng)供電規(guī)范中所定義的幾個條件欧瘪。下面介紹以太網(wǎng)供電系統(tǒng)在工作時的四個主要過程：

    (1)檢測

       供電設(shè)各首先要檢測連按在線纜上的終端網(wǎng)絡(luò)設(shè)各是否符合802.3af標(biāo)準(zhǔn)的PD，一個符合規(guī)范的PD必須在一定的時限內(nèi)提供特有的檢測特征匙赞。PSE的檢測過程如下：在建立以太網(wǎng)供電連按時佛掖，PSE首先向線纜上送出2.8 V至10.1 V的限流電壓，同時啟動檢測算法季距。此時虚蹋，如果終端用電設(shè)各通過以太網(wǎng)線纜旱現(xiàn)出如表1的特征值，則該用電設(shè)各被稱為有效的PD淑储；這將導(dǎo)致線纜中的電流發(fā)生特定的變化帘缤，即相當(dāng)于向PSE提出供電請求。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)各在RJ45端口上的特征阻抗通常較小俏堆，約為150 Ω，稱為無效的PD烟内。其特征值如表2所示篡呆，PSE將不會向這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)各輸出48 V直流電源，以保障傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)各不會受到破壞面旋。此外摇龟，從表1和表2可以看出，供電設(shè)各PSE可以按受一個寬范圍的特征阻抗(19 kΩ～26.5 kΩ)吟沮，以減少網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在的寄生電阻的影響遮乾。至此，PSE完成了對終端用電設(shè)各的檢測刹勃，即區(qū)分出了哪些網(wǎng)絡(luò)設(shè)各是符合標(biāo)準(zhǔn)的受電設(shè)各堪侯。

表1 有效PD的特征

表2 無效PD的特征

    (2)分級

       由于受電設(shè)備的種類很多，需要的電源功率各不相同荔仁，所以在供電設(shè)備正確檢測到受電設(shè)備以后伍宦，接著向線纜上施加一個15 V至20 V的探查電壓，以決定輸出多大的功率給連接在線纜上的受電設(shè)備乏梁，這個過程稱為PD功率分級次洼。在這個過程中，符合規(guī)范的受電設(shè)備會將一個分級電阻串聯(lián)到線纜中遇骑。同時卖毁，受電設(shè)備表現(xiàn)得近似為一個恒流源，用來指示本用電設(shè)備將要吸取的最大功率落萎。供電設(shè)備通過測量以太網(wǎng)雙絞線中的電流大小來確定受電設(shè)備屬于哪個功率分級亥啦，然后輸出相應(yīng)的功率。802.3af標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了模暗。0～4共5個功率級別禁悠，如表3所示念祭。

表3 PD功率分級及其分級特征

    (3)供電

       PSE在成功檢測到PD和完成對PD的分級以后，接著將施加在雙絞線對上的電壓迅速升高到48 V撤筐，開始向受電設(shè)各正常供電裙系，同時受電設(shè)各中的檢測電路(檢測電阻和分級電阻)立即被切斷，使得檢測電路不會繼續(xù)消耗電源的功率午伍。

    (4)斷開檢測

       供電設(shè)各給受電設(shè)各供電以后眼膊，如果供電設(shè)備不能在受電設(shè)各己經(jīng)從系統(tǒng)中斷開后迅速切斷電源，則這一帶電的RJ45端口可能接通一個傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傲轮，使其受到破壞性的影響舆鸿。所以供電設(shè)各必須能夠檢測PD的”維持功率”特征來判斷受電設(shè)各是否己經(jīng)從系統(tǒng)中斷開，從而決定是否斷開對受電設(shè)各的供電百膳。802.3af標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種檢測受電設(shè)各斷開的方式翰发，即DC斷接和AC斷接，DC斷接是通過測量從一個RJ45端口吸收的最小電流冀态，以確定受電設(shè)各是否己經(jīng)從線纜中斷開吮骑；AC斷接是通過測量受電設(shè)各的阻抗來進(jìn)行斷開檢測，這種方式被認(rèn)為是一種更加準(zhǔn)確的受電設(shè)各斷接檢測法赋遇。

2 實(shí)例

       很明顯POE系統(tǒng)中供電設(shè)各和受電設(shè)各兩種設(shè)各的設(shè)計(jì)必須符合以太網(wǎng)供電規(guī)范循头，以免對傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)各產(chǎn)生破壞性的影響。凌特公司推出了一套滿足以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)的電源管理芯片(LTC4259和LTC4267)炎疆，從而大大簡化了符合POE規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)設(shè)各的設(shè)計(jì)卡骂。LTC4259是一款為端點(diǎn)和中跨PSE而設(shè)計(jì)的四路PSE控制器，它集成了PD特征檢測形入、PD功率電平分級全跨、AC和DC斷開檢測以及電流限制等保護(hù)功能，且可以無需采用微控制器唯笙。這顆芯片可以自主選擇工作在自動螟蒸、半自動和手動模式。自動模式允許器件在無需軟件干預(yù)的情況下而正常工作崩掘；半自動模式連續(xù)檢測并分級連接到端口上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)各七嫌，但在接到供電指令前不會給端口供電；手動模式允許軟件完全控制器件苞慢，所以通常用于對系統(tǒng)進(jìn)行診斷诵原。LTC4267為受電設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了一個完整的解決方案，它集成了用于供電設(shè)備進(jìn)行檢測挽放、分級的特征值狠寒，并且具備完再的保護(hù)功能，從而簡化了受電設(shè)備PD的設(shè)計(jì)。

3 以太網(wǎng)供電技術(shù)的發(fā)展

       802.3af標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定伐狼，在每個RJ45端口上臣塑，供電設(shè)備可以通過以太網(wǎng)雙絞線向用電設(shè)備提供的最大功率約為13 W。如果超過這一功率岁十，便可能會干擾以太網(wǎng)雙絞線中數(shù)據(jù)信號的傳輸特干，所以有限的可用功率阻礙著POE技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展。在市場的推動下惦踩，IEEE于2004年9月成立了一個研究小組(POE Plus)來討淪如何增加供電設(shè)備PSE輸出的最大功率(高功率的PSE)涨剧，以滿足受電設(shè)備不斷增加的功率需求。由POE Plus研究組建立的新標(biāo)準(zhǔn)可能允許供電設(shè)備PSE輸出30～40 W的功率敲骏，同時保證POE系統(tǒng)的安全性和可靠性樊淑。也就是說，在不久的將來蝇降，高功率POE技術(shù)可以支持高功率的受電設(shè)備(HPD)直接通過以太網(wǎng)雙絞線獲得電源铜缠，比如筆記本計(jì)算機(jī)等。

       POE技術(shù)允許受電設(shè)備PD通過以太網(wǎng)線同時接收電能和收發(fā)數(shù)據(jù)饵骨，所以當(dāng)設(shè)計(jì)新的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或升級一個現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時肾砂，采用POE構(gòu)架可以有效地減少投資成本，同時可以使網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠宏悦，安裝和維護(hù)更加便捷。POE技術(shù)正以其特有的優(yōu)勢迅速被越來越多的人們所接受包吝。目前饼煞，盡管支持POE技術(shù)的前端供電設(shè)備和終端受電設(shè)備還不多見，但是由于POE系統(tǒng)的低成本诗越、高可靠性和易用性等特點(diǎn)砖瞧，我們相信，在未來一段時間嚷狞，POE技術(shù)必將很快被設(shè)備制造商和用戶所接受块促。

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