如何從PoE過渡至PoE+

2003年，針對以太網供電(PoE+)的IEEE802.3af標準為以太網開辟了一個新的應用領域，即通過以太網同時傳輸DC功率和10/100/1000Mbps數(shù)據。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，PoE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PoE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

　　需要進行謹慎工程設計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)有的以太網電纜，并被放置于LAN交換器和受電設備之間。數(shù)據不經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)有網絡中的PoE安裝。另一方面，端跨設備則是一種具內置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?，F(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。電纜電阻的模型化設計值不大于12.5Ω，因而在PD連接器上產生了25.5W的可用功率。有必要把48V轉換效率考慮在內，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電源解決方案的需求已經很強烈?，F(xiàn)在許多高耗能網絡設備都提出了更高的功率要求。那么，電路設計師如何應對他所面臨的高功率需求呢？解決方案是：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產品進行設計。這些產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設計方案

　　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同類產品。盡管在將PSE從802.3af過渡至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過渡的關鍵元件——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。