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          從PoE過渡至PoE+的設計方案

          作者: 時間:2010-04-23 來源:網(wǎng)絡 收藏
           2003年,針對以太網(wǎng)供電(+)的IEEE802.3af標準為以太網(wǎng)開辟了一個新的應用領域,即通過以太網(wǎng)同時傳輸DC功率和10/100/1000Mbps數(shù)據(jù)。該標準規(guī)定了12.95W的標稱傳輸功率,對于早期接受這項新技術的應用(包括標準VoIP電話、安全攝像機和無線接入點)來說,該功率綽綽有余。自此之后,基礎設施在業(yè)界變得十分普遍。與此同時,人們對于附加功能和較高功率的需求也有了顯著的增長。固定安全攝像機逐漸獲得了全動感視頻,無線接入點能夠在更遠的距離上提供更高的信號強度,而VoIP電話則可提供視頻和外設支持。為對功能的增加提供支持,這些受電設備(PD)需要從PSE(供電設備)獲取超過最初標準規(guī)定限值的功率。人們開始考慮制定基于IEEE802.3af規(guī)范的IEEE802.3at(亦稱PoE+)標準,旨在適應新的高功率應用需求。

            PoE+滿足高功率需求

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/157478.htm

            需要進行謹慎工程的領域之一是將被用來實現(xiàn)PSE和PD相互識別的新型分級機理。實現(xiàn)這種相互識別需具備以下能力:PSE可以正確地為802.3af(也稱作Type 1硬件)和802.3at(Type 2硬件)PD供電;可以由802.3at PSE來為802.3af PD供電;802.3at PD可以知曉它們是否具有其較高負載所需要的完整可用功率。每種組合都需要擁有一種明確定義和一致的工作特性,以保持802.3標準內(nèi)部的互操作性。借助一種更加精細的硬件分級機理和一種新型數(shù)據(jù)層機理,這種相互識別能力在PoE+中得以實現(xiàn)。

            PoE+增添了一種被稱為“兩事件分級”的新型硬件分級,并要求PSE必需重復進行兩次802.3af電壓探測。PD的每次電壓探測都將導致吸收單個電流脈沖(圖1),這對應于一個特定的功率級。作為開始,PSE將在數(shù)據(jù)或備用線對上確定一個約15.5V至20.5V的電壓脈沖。PD以一個高達40mA的電流做出響應,該電流把4種功率等級之一傳送至PSE。雙脈沖是一個發(fā)送至PD的指示信號,表明連接的PSE確實是一個高功率PSE,能夠提供與802.3at功率相關聯(lián)的較高功率級。802.3at PD以一個Class 4電流做出響應,由此向PSE傳遞這樣的信息:自己是一個需要完整可用功率的高功率PD。802.3af中的Layer 1分級方法提供了一種可任選的方法,供PSE向PD發(fā)出詢問信號以確定PD的功率需求。然而,在802.3at規(guī)范中,目前指令要求Type 2 PSE至少應執(zhí)行單事件硬件分級。

            除了硬件分級的升級之外,PoE+特別工作組還定義了一種被稱為鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議(LLDP)的新型數(shù)據(jù)層(Layer 2)分級,用于實現(xiàn)PSE和PD之間的通信。一旦建立了一條鏈路,PSE和PD便能夠采用LLDP來確定PD的功率需求。LLDP的運用使得PSE能夠反復詢問PD并確定PD的狀態(tài)及其功率需求。利用該機理,如今可以實現(xiàn)動態(tài)功率分配,此時,PSE能夠連續(xù)地分配功率至PD(以0.1W為增量),而且PD可以提出請求,并隨后交出功率。通過Layer 2進行的通信實現(xiàn)了用于獲得諸如峰值功率、平均功率和占空比等更多信息的高級功能。隨著系統(tǒng)朝著更“綠色”電源環(huán)境的方向發(fā)展,這種動態(tài)功率分配肯定將成為一個重要的特點。LLDP是一種用于PSE的任選分級機理,但必需由PD來執(zhí)行。如果PSE僅執(zhí)行單事件分級,則PD可以通過LLDP協(xié)議來協(xié)商獲取較高的功率。圖1給出了PoE+采用的這兩種分級方法。


            有兩類PSE,即“中跨”和“端跨”。顧名思義,被稱為“功率注入器”的中跨控制器負責將功率注入現(xiàn)有的以太網(wǎng)電纜,并被放置于LAN交換器和受電設備之間。數(shù)據(jù)不經(jīng)修改地通過一個中跨PSE進行傳送。由于無需更換交換器,因此這些控制器尤其便于現(xiàn)有網(wǎng)絡中的PoE安裝。另一方面,端跨設備則是一種具內(nèi)置PoE能力的交換器(因而無需中跨)。當從頭開始構建一個新網(wǎng)絡時,采用端跨PSE。由于中跨僅可以使用電源層,因此它們運用PoE+中的新型兩事件分級來表達高功率能力。LLDP使用數(shù)據(jù)層,因此端跨控制器可以選擇運用這種附加分級法來與PD協(xié)商功率。

            對于PoE系統(tǒng)而言,有兩個截然不同用于定義功率的位置,即:PSE輸出連接器和PD輸入連接器。PoE+規(guī)范中更加重要的改進之一是將電流的上限值規(guī)定為600mA。現(xiàn)在,PSE必須要能夠連續(xù)提供至少600mA的電流和一個50V的最小輸出電壓。這轉化為一個30W的PSE輸出功率。電纜電阻的模型化值不大于12.5Ω,因而在PD連接器上產(chǎn)生了25.5W的可用功率。有必要把48V轉換效率考慮在內(nèi),這樣最終傳輸至PD負載的可用功率約為24.6W。

            對于較高功率的需求當然是由市場驅動的,而且目前對可提供超出現(xiàn)行12.95W限值的功率的PD電源解決的需求已經(jīng)很強烈?,F(xiàn)在許多高耗能網(wǎng)絡設備都提出了更高的功率要求。那么,電路師如何應對他所面臨的高功率需求呢?解決是:采用由凌力爾特(Linear)公司提供的并符合新型PoE+標準的PSE和PD產(chǎn)品進行設計。這些產(chǎn)品滿足新標準所設定的功率限值,而且還可為專有應用提供更高的功率。

            PoE+ PSE設計

            目前所面臨的挑戰(zhàn)是PSE制造商必需將高功率PoE+端口迅速投入實際應用。針對PoE+標準進行現(xiàn)有PSE設計的升級需要滿足以下要求:能夠在不增加誤碼率的情況下接受更多偏置電流的改進型以太網(wǎng)磁性元件;具較高截止電流門限的新型PSE控制器芯片;視所采用的控制器芯片的不同,有可能需要使用具較大安全工作區(qū)(SOA)的較大MOSFET;較大的主電源;可能需要對各種各樣的元件(例如連接器、熔斷器、共模扼流圈、瞬態(tài)電壓抑制器二極管、電流檢測電阻器和EMI濾波器)進行升級以提供較高的電流。

            所有這些元件在市面上均有供貨,而且802.3at磁性元件和芯片常??梢院唵蔚刂苯犹娲?02.3af同類產(chǎn)品。盡管在將PSE從802.3af至802.3at時需要進行很多設計變更,但我們將重點關注有助于這種的關鍵元件――PoE+ PSE控制器。

            凌力爾特的LTC4266(見圖2)是市面上首個完全符合802.3at標準的四通道PSE控制器,而且向后兼容至廣受歡迎的802.3af器件LTC4259A。LTC4266不僅為PD提供了新標準強制要求的功率級,而且還向后兼容最初的PoE標準,因而使得用戶能夠混合并匹配多達4個PoE和PoE+ PD。如前文所述,為符合802.3at標準,一個PSE必須要能夠在PSE連接器的輸出端上提供30W功率,這樣在補償了電纜損耗之后可向PD輸送25.5W功率。LTC4266可提供30W功率,但它是在大幅度降低熱耗散的情況下做到這一點的。


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          關鍵詞: PoE 方案 過渡 設計

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