以太網供電芯片的初步入門

　　對于IEEE 802.3af/t POE（以太網供電）標準的用戶而言，好處是顯而易見的：任何人只要能拉5類或6類電纜，就可以撇開電工，在沒有交流電插頭的位置為聯網應用廉價地安裝電力端口和數據端口。用戶可以簡單地在網絡設備柜中添加典型價格為39.95美元的POE電源，并把它與5類雙絞線連起來。不妨把這種情景與新電源插頭的成本（可達2000美元，包括人力和零件成本）以及陪電工浪費的時間作對比。

　　POE網絡有兩個主要組件：PSE（供電設備），比如網絡交換機或中央路由器；PD（受電設備），比如VOIP電話或無線接入點，它們連至提供電力和數據的網絡。配備非POE交換機的網絡仍能利用POE，添加中跨電源（比如網絡設備柜中的促成式電源）即可，它獨立于交換機或路由器，將電力注入網絡。若用UPS作為PSE的后備，即可確保包括VOIP電話在內的網絡設備即便在辦公室遭遇電力故障時也能繼續工作。

　　VOIP電話和無線接入點的功耗較低。當前POE IEEE標準是IEEE 802.3af，它的制定者考慮到上述類型的應用，把PD的功率極限設為12.95W。但是，13W功率對于許多類型的設備而言不夠用，比如多端口無線接入點以及建筑安全和監視領域的PZT（搖移/變焦/俯仰）攝像機。該標準委員會已開始制定第二版，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。半導體廠商們已經推出了多種基于草案版的POE IC，目標是促成功率更高的POE PD（圖1）。但是，25W對于某些應用而言仍然不夠用，它們可能需要遠大于30W的功率。

　　圖1POE-PD接口芯片可處理IEEE802

　　IEEE 802.3at標準委員會一開始設置的極限為30W，后來把它降至25W，這是因為測試數據表明：當安裝者把5類或6類電纜埋在一大捆電纜中，并且它承載著高達750mA電流時，它的溫度會顯著上升。委員會并不擔心安全性，這是因為這種情況下起火的可能性微乎其微，而是擔心：當5類或6類電纜溫度超過 60℃時，它的信號質量會退化。

　　但是，需要較高功率的應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、可操縱麥克風等特性的PZT安全攝像機經常位于室外，并有專用電纜。這些應用的系統設計者可以考慮使用非標準版POE，它們在其中遵循所有802.3at參數，唯獨最大PD功耗例外。著眼于這些非標準應用，所有面向POE Plus版的POE接口IC都能支持大于25W的功率。

　　偏離行業標準可能是一種令人生畏的舉動，但如果PD需要大于25W的功率，那么人們也許就別無選擇。但是，人們可以采取措施來降低與非標準途徑有關的風險。首先，確保設備設計方案的確需要大于25W的功率。過去的PD有一個幾乎所有電子設備都有的共同特點，它是在能源價格猛漲之前出現的：能效很低。五至十年前，電源的能效經常僅為80%或更低。人們現在應該可以買到或設計效率超過90%的電源，它提供的額外功率也許足夠大，使得設計方案不必超過該標準的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，則人們隨后也許會考慮網絡電纜。人們的應用將必須借助最低標準的電纜來工作嗎？如果的確如此，則人們必須顧及電纜系統中相當高的損耗。另一方面，如果人們可為自己的設備規定電纜，則他們可從5類改用6類，后者一般具有更大的導線直徑，并且電阻和浪費的功率相應更低。

　　德州儀器公司（TI） POE產品部經理Mike McCormick說：“隨著時間的推移，電纜在承載更多電力時將會出現退化，這是因為以太網電纜并非真正的電力輸送電纜。它們不是實心電纜，它們的主要用途是信號傳輸。因此，當我們用它們提供電力時，它們并非最佳導體。你必須意識到自己的客戶將使用哪種類型的電纜，當然，前提是你將使用某種超標的東西。如果你的設備不是標準型，那么使用標準電纜也許就沒有意義了?！?/p>

　　當采用非標準并且因此更昂貴的電纜時，應確保得到營銷部的認可，因為這方面的參數經常是由該部門定的。McCormick說：“我遇到過一些在為室外電纜安裝做設計的客戶，他們的營銷部說，‘不，我們必須采用最普通的電纜標準’?！?但是，室外數據通信客戶端的配線安裝基礎并不好。把自己的產品限制于面向不同環境的“標準”電纜，也許沒有意義。［U2］

　　圖2老式以太網系統如果添加中跨電源就能包含POE能力該電源把POE電壓注入網絡Phihong公司的單端口POE60U-560G提供60W價格為62美元

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

　　對于非標準安裝而言，電阻性電纜損耗問題也會是一件令人驚訝的事情，這是因為該標準保證的PD處可用功率不再庇護人們的設計方案。該標準對每個PD保證 13W，并且它還把電纜延伸長度限制為100m。一旦采用非標準途徑，人們就必須計算功率以及電纜導致的電壓降，并確定PD處的可用功率。

　　如果人們正在把PSE能力設計到標準系統或非標準系統所用的交換機中，他們就必須確保交換機實際上是使用它為PD分配的功率。Maxim公司POE產品業務開發經理Harmik Singh強調了為PSE做功率預算的重要性。他說：“功率很寶貴，你不會希望為PD分配超過實際消耗量的功率?！?如果PD把自己標識為將需要25W或更高功率的POE Plus型設備，但僅消耗10W，則PSE應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能測量PD正在消耗的實際電流，從而把PD的功耗數字化并實時報告，使得系統控制器能分配實際的用電量。

　　由于非標準 POE安裝會引起這么多擔心，因此有必要問一問：為何不制定一項適應功率較高設備的規范呢？ TI公司的McCormick提供了答案：“在網絡界，每項可選功能最終都會變成一項要求?！?與必須為每端口提供25W的設計相比，必須為每端口供應50W的96端口交換機是一種更復雜更昂貴的設計，其中的特別原因是市場上的高功率PD雖然相當多，但很可能不會主導市場。例如，某種8端口路由器，如果每端口提供50W，則路由器將負擔400W，而多數應用將不會使用這么大的功率。

　　正當POE使得以太網在辦公室和工廠變得越來越有吸引力時，它的電力與數據組合還使它在安全攝像機和傳感器網絡等室外應用中也具有了吸引力。但是，一旦電子通信系統來到室外，它們對電涌的易感性就會急劇上升。閃電最有可能成為災難性電涌的源頭，但其它隨機事件也可能會通過網絡發送具有破壞性的電涌。以太網電纜充當了天線，實際上會接收任何電涌、放電或瞬變。

　　PD接口控制IC帶有各種保護方案。TI公司的產品家族配備了最低內部保護，方便設計者為最終應用量身定做設計方案。McCormick說：“在電壓抑制器和二極管方面，我們認為你最好是去找保護器件廠商?！?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器件高得多。

　　其它IC廠商也提供集成電涌保護。例如，安森美半導體公司的NCP108X POE-PD接口控制器提供3kV電纜ESD保護，這是因為該公司采用汽車質量級高壓工藝來裝配該器件。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，并具有很低的接地阻抗路徑。