以太網(wǎng)供電芯片的初步入門

　　POE網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)主要組件：PSE（供電設(shè)備），比如網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或中央路由器；PD（受電設(shè)備），比如VOIP電話或無(wú)線接入點(diǎn)，它們連至提供電力和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。配備非POE交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)仍能利用POE，添加中跨電源（比如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備柜中的促成式電源）即可，它獨(dú)立于交換機(jī)或路由器，將電力注入網(wǎng)絡(luò)。若用UPS作為PSE的后備，即可確保包括VOIP電話在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即便在辦公室遭遇電力故障時(shí)也能繼續(xù)工作。

　　VOIP電話和無(wú)線接入點(diǎn)的功耗較低。當(dāng)前POE IEEE標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.3af，它的制定者考慮到上述類型的應(yīng)用，把PD的功率極限設(shè)為12.95W。但是，13W功率對(duì)于許多類型的設(shè)備而言不夠用，比如多端口無(wú)線接入點(diǎn)以及建筑安全和監(jiān)視領(lǐng)域的PZT（搖移/變焦/俯仰）攝像機(jī)。該標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)已開(kāi)始制定第二版，即802.3at，或稱POE Plus。該版本目前是草案形式，把PD能消耗的最大功率增值25W。半導(dǎo)體廠商們已經(jīng)推出了多種基于草案版的POE IC，目標(biāo)是促成功率更高的POE PD（圖1）。但是，25W對(duì)于某些應(yīng)用而言仍然不夠用，它們可能需要遠(yuǎn)大于30W的功率。

　　圖1POE-PD接口芯片可處理IEEE802

　　IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)一開(kāi)始設(shè)置的極限為30W，后來(lái)把它降至25W，這是因?yàn)闇y(cè)試數(shù)據(jù)表明：當(dāng)安裝者把5類或6類電纜埋在一大捆電纜中，并且它承載著高達(dá)750mA電流時(shí)，它的溫度會(huì)顯著上升。委員會(huì)并不擔(dān)心安全性，這是因?yàn)檫@種情況下起火的可能性微乎其微，而是擔(dān)心：當(dāng)5類或6類電纜溫度超過(guò) 60℃時(shí)，它的信號(hào)質(zhì)量會(huì)退化。

　　但是，需要較高功率的應(yīng)用所需的電纜并非總是捆在一起。例如，具有低溫加熱器、IR（紅外線）燈、可操縱麥克風(fēng)等特性的PZT安全攝像機(jī)經(jīng)常位于室外，并有專用電纜。這些應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可以考慮使用非標(biāo)準(zhǔn)版POE，它們?cè)谄渲凶裱?02.3at參數(shù)，唯獨(dú)最大PD功耗例外。著眼于這些非標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，所有面向POE Plus版的POE接口IC都能支持大于25W的功率。

　　偏離行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可能是一種令人生畏的舉動(dòng)，但如果PD需要大于25W的功率，那么人們也許就別無(wú)選擇。但是，人們可以采取措施來(lái)降低與非標(biāo)準(zhǔn)途徑有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。首先，確保設(shè)備設(shè)計(jì)方案的確需要大于25W的功率。過(guò)去的PD有一個(gè)幾乎所有電子設(shè)備都有的共同特點(diǎn)，它是在能源價(jià)格猛漲之前出現(xiàn)的：能效很低。五至十年前，電源的能效經(jīng)常僅為80%或更低。人們現(xiàn)在應(yīng)該可以買到或設(shè)計(jì)效率超過(guò)90%的電源，它提供的額外功率也許足夠大，使得設(shè)計(jì)方案不必超過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)的25W極限。

　　但是，如果PD擁有高效率電源，并且仍需要大于25W的功率，則人們隨后也許會(huì)考慮網(wǎng)絡(luò)電纜。人們的應(yīng)用將必須借助最低標(biāo)準(zhǔn)的電纜來(lái)工作嗎？如果的確如此，則人們必須顧及電纜系統(tǒng)中相當(dāng)高的損耗。另一方面，如果人們可為自己的設(shè)備規(guī)定電纜，則他們可從5類改用6類，后者一般具有更大的導(dǎo)線直徑，并且電阻和浪費(fèi)的功率相應(yīng)更低。

　　德州儀器公司（TI） POE產(chǎn)品部經(jīng)理Mike McCormick說(shuō)：“隨著時(shí)間的推移，電纜在承載更多電力時(shí)將會(huì)出現(xiàn)退化，這是因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/以太網(wǎng)">以太網(wǎng)電纜并非真正的電力輸送電纜。它們不是實(shí)心電纜，它們的主要用途是信號(hào)傳輸。因此，當(dāng)我們用它們提供電力時(shí)，它們并非最佳導(dǎo)體。你必須意識(shí)到自己的客戶將使用哪種類型的電纜，當(dāng)然，前提是你將使用某種超標(biāo)的東西。如果你的設(shè)備不是標(biāo)準(zhǔn)型，那么使用標(biāo)準(zhǔn)電纜也許就沒(méi)有意義了?！?/P>

　　當(dāng)采用非標(biāo)準(zhǔn)并且因此更昂貴的電纜時(shí)，應(yīng)確保得到營(yíng)銷部的認(rèn)可，因?yàn)檫@方面的參數(shù)經(jīng)常是由該部門定的。McCormick說(shuō)：“我遇到過(guò)一些在為室外電纜安裝做設(shè)計(jì)的客戶，他們的營(yíng)銷部說(shuō)，‘不，我們必須采用最普通的電纜標(biāo)準(zhǔn)’?！?但是，室外數(shù)據(jù)通信客戶端的配線安裝基礎(chǔ)并不好。把自己的產(chǎn)品限制于面向不同環(huán)境的“標(biāo)準(zhǔn)”電纜，也許沒(méi)有意義。［U2］

　　圖2老式以太網(wǎng)系統(tǒng)如果添加中跨電源就能包含POE能力該電源把POE電壓注入網(wǎng)絡(luò)Phihong公司的單端口POE60U-560G提供60W價(jià)格為62美元

　　另一個(gè)選擇是不是僅使用兩對(duì)，而是使用四對(duì)電纜，這也是POE標(biāo)準(zhǔn)允許的。中跨電源制造商Phihong Power公司營(yíng)銷副總裁Keith Hopwood（圖2）表示：雖然他聽(tīng)說(shuō)過(guò)歐洲的幾個(gè)使用兩對(duì)電纜的安裝趣聞，但他從未遇到過(guò)任何不使用四對(duì)電纜的安裝事例。利用四對(duì)電纜，就可增加PD 可用的功率大小，并使電纜中的熱量最少。在某個(gè)時(shí)候，如果布線和安裝成本變得很大，就需要評(píng)估采用交流電插頭是否有可能是最佳途徑。

　　對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)安裝而言，電阻性電纜損耗問(wèn)題也會(huì)是一件令人驚訝的事情，這是因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)保證的PD處可用功率不再庇護(hù)人們的設(shè)計(jì)方案。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每個(gè)PD保證 13W，并且它還把電纜延伸長(zhǎng)度限制為100m。一旦采用非標(biāo)準(zhǔn)途徑，人們就必須計(jì)算功率以及電纜導(dǎo)致的電壓降，并確定PD處的可用功率。

　　如果人們正在把PSE能力設(shè)計(jì)到標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)或非標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所用的交換機(jī)中，他們就必須確保交換機(jī)實(shí)際上是使用它為PD分配的功率。Maxim公司POE產(chǎn)品業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Harmik Singh強(qiáng)調(diào)了為PSE做功率預(yù)算的重要性。他說(shuō)：“功率很寶貴，你不會(huì)希望為PD分配超過(guò)實(shí)際消耗量的功率?！?如果PD把自己標(biāo)識(shí)為將需要25W或更高功率的POE Plus型設(shè)備，但僅消耗10W，則PSE應(yīng)有能力確定這種情況，使得它不分配未使用的功率。例如，Maxim公司的MAX5952 PSE控制IC能測(cè)量PD正在消耗的實(shí)際電流，從而把PD的功耗數(shù)字化并實(shí)時(shí)報(bào)告，使得系統(tǒng)控制器能分配實(shí)際的用電量。

　　由于非標(biāo)準(zhǔn) POE安裝會(huì)引起這么多擔(dān)心，因此有必要問(wèn)一問(wèn)：為何不制定一項(xiàng)適應(yīng)功率較高設(shè)備的規(guī)范呢？ TI公司的McCormick提供了答案：“在網(wǎng)絡(luò)界，每項(xiàng)可選功能最終都會(huì)變成一項(xiàng)要求?！?與必須為每端口提供25W的設(shè)計(jì)相比，必須為每端口供應(yīng)50W的96端口交換機(jī)是一種更復(fù)雜更昂貴的設(shè)計(jì)，其中的特別原因是市場(chǎng)上的高功率PD雖然相當(dāng)多，但很可能不會(huì)主導(dǎo)市場(chǎng)。例如，某種8端口路由器，如果每端口提供50W，則路由器將負(fù)擔(dān)400W，而多數(shù)應(yīng)用將不會(huì)使用這么大的功率。

　　正當(dāng)POE使得以太網(wǎng)在辦公室和工廠變得越來(lái)越有吸引力時(shí)，它的電力與數(shù)據(jù)組合還使它在安全攝像機(jī)和傳感器網(wǎng)絡(luò)等室外應(yīng)用中也具有了吸引力。但是，一旦電子通信系統(tǒng)來(lái)到室外，它們對(duì)電涌的易感性就會(huì)急劇上升。閃電最有可能成為災(zāi)難性電涌的源頭，但其它隨機(jī)事件也可能會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送具有破壞性的電涌。以太網(wǎng)電纜充當(dāng)了天線，實(shí)際上會(huì)接收任何電涌、放電或瞬變。

　　PD接口控制IC帶有各種保護(hù)方案。TI公司的產(chǎn)品家族配備了最低內(nèi)部保護(hù)，方便設(shè)計(jì)者為最終應(yīng)用量身定做設(shè)計(jì)方案。McCormick說(shuō)：“在電壓抑制器和二極管方面，我們認(rèn)為你最好是去找保護(hù)器件廠商?！?他指出：人們可獲得更高額定電壓，并且這些器件能處理的功率比混合信號(hào)器件高得多。

　　其它IC廠商也提供集成電涌保護(hù)。例如，安森美半導(dǎo)體公司的NCP108X POE-PD接口控制器提供3kV電纜ESD保護(hù)，這是因?yàn)樵摴静捎闷囐|(zhì)量級(jí)高壓工藝來(lái)裝配該器件。Akros Silicon公司的AS1135 PD控制器提供高于16.5kV氣隙放電、8kV接觸放電、6kV電涌片上保護(hù)，并具有很低的接地阻抗路徑。