實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與直流電源在以太網(wǎng)上共線傳遞

以太網(wǎng)供電（PoE，Power Over Ethernet）是一種剛被批準(zhǔn)為IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的供電技術(shù)。它利用了普遍存在的通用以太網(wǎng)絡(luò)，在傳送數(shù)據(jù)包的同時(shí)完成直流電源的輸送工作。最近批準(zhǔn)的這個(gè)IEEE標(biāo)準(zhǔn)似乎將成為第一個(gè)通用電源插口或插座定義在全球范圍使用的實(shí)例。它意味著，對(duì)諸如IP 電話、無線接入點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像頭等需要持續(xù)供電的各種連網(wǎng)設(shè)備來說，不必再連接自己的交流電源。它還意味著這些設(shè)備無需放在交流電源插座附近，所以可以省掉電源電纜。
　　在PoE系統(tǒng)中，通過現(xiàn)有以太網(wǎng)接受電源的客戶端設(shè)備叫做受電設(shè)備(PD)，為PD提供電源的設(shè)備叫供電設(shè)備(PSE)。PD的功耗限制在12.95W，PSE 輸出限制為每個(gè)RJ-45 端口15.4W。在以太網(wǎng)連接電纜和物理層設(shè)備(PHY)變壓器保持良好平衡的情況下，每個(gè)PD最多可以獲取350mA的連續(xù)電流。
　　考慮到沿CAT-5以太網(wǎng)傳輸線（可達(dá)100米長(zhǎng)）的電壓降，IEEE標(biāo)準(zhǔn)為PD和PSE規(guī)定了不同的功率額定值。在較長(zhǎng)的鏈路上電壓降會(huì)更明顯，因此 PSE 的輸出電壓要高于標(biāo)稱的 48VDC，以使 PD 獲得最大功率。因此，在以太網(wǎng)鏈路上到處都可以見到高達(dá)57VDC 的電壓。
　　大多數(shù)PoE 網(wǎng)絡(luò)可以采用端點(diǎn)(endpoint)或中跨式(midspan)PSE 實(shí)現(xiàn)。端點(diǎn)PSE在單個(gè)設(shè)備里集成了以太網(wǎng)交換機(jī)和電源，它被放置在以太網(wǎng)鏈路的另一端。因?yàn)樵谝蕴W(wǎng)鏈路的端點(diǎn)已存在電源，這種類型的PSE提供了實(shí)現(xiàn)PoE網(wǎng)絡(luò)的最簡(jiǎn)便的方法。這種以太網(wǎng)交換機(jī)有時(shí)也稱為已具備“線上電源”(inline power)。如圖 1所示，端點(diǎn)PSE很適合用來部署新的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。

圖 1，對(duì)端點(diǎn)PSE和PD設(shè)備來說，電源是通過信號(hào)線對(duì)分配的。這種類型的PSE提供了實(shí)現(xiàn)一個(gè)PoE網(wǎng)絡(luò)最簡(jiǎn)便的方法，因?yàn)殡娫匆呀?jīng)通到了以太網(wǎng)連接的端點(diǎn)上。

　　對(duì)于那些不能用這種方式升級(jí)的現(xiàn)有以太網(wǎng)，可以采用中跨式PSE，將電源插入到以太網(wǎng)里。中跨式PSE可以通過CAT-5電纜中的“空閑線對(duì)”提供電源，如果只有幾個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備需要供電，這是一個(gè)最具成本效益的方法。例如有4至24端口的局域網(wǎng)，它可以是更大規(guī)模的多端口網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一部分（見圖2）。端點(diǎn)PSE與中跨式PSE不同之處在于它的供電選擇方式——可以與信號(hào)線在同一線對(duì)上，也可以在空閑線對(duì)上。一般來說，一個(gè)PSE必須能夠通過信號(hào)線對(duì)或空閑線對(duì)提供電源，但不必兩者都用。

圖 2，對(duì)中跨式PSE和PD設(shè)備來說，電源是通過空閑線對(duì)分配的。中跨式PSE方法更適用于不進(jìn)行大規(guī)模變動(dòng)的現(xiàn)有以太網(wǎng)。

　　雖然看似簡(jiǎn)單，但設(shè)計(jì)這種系統(tǒng)要付出相當(dāng)?shù)呐?。它們必須具備向后兼容性，以保證老設(shè)備不會(huì)在以太網(wǎng)上接到48VDC電壓。IEEE 802.3af包含了向后的兼容性，并且包括了為以太網(wǎng)供電的可選擇性，因而也具備向前兼容性。對(duì)于一位設(shè)計(jì)人員，如果他正在開發(fā)的產(chǎn)品計(jì)劃運(yùn)行在新的或現(xiàn)有系統(tǒng)——用于千兆以太網(wǎng)或 1000BASE-T/TX，從本文中將會(huì)得到一些啟示。
　　面對(duì)千兆以太網(wǎng)的電纜選擇
　　千兆以太網(wǎng)可以與端點(diǎn)PSE一同工作，但不能采用中跨式PSE，因?yàn)樗袰AT-5電纜中的所有四對(duì)線都用于數(shù)據(jù)傳輸。與之相比，10BASE-T 和 100BASE-TX 只用兩對(duì)線傳輸數(shù)據(jù)（線對(duì)1-2和3-6），留下的空閑線對(duì)（4-5和7-8）可以引入中跨式電源。因此，為了給千兆以太網(wǎng)提供線路供電，就需要端點(diǎn) PSE 交換機(jī)。
　　IEEE 802.3af支持CAT-3電纜，因?yàn)樗畛跤糜?0BASE-T系統(tǒng)。但是，為了最大限度地保證新網(wǎng)絡(luò)部署中信號(hào)的完整性，并且考慮到每次電纜鋪設(shè)一般有10年的使用期，我們推薦使用盡可能高等級(jí)的以太網(wǎng)電纜（CAT-5e 或 CAT-6）。千兆以太網(wǎng)（具體講是 1000BASE-T）需要CAT-5電纜，但有些使用CAT-5的應(yīng)用以及千兆以太網(wǎng)交換機(jī)已經(jīng)接近其最低限度的邊緣。因此，最新的 1000BASE-TX 標(biāo)準(zhǔn)要求使用 CAT-6 電纜，而最初的1000BASE-T標(biāo)準(zhǔn)要求使用CAT-5電纜。
　　檢測(cè)PD
　　當(dāng)PSE連接到以太網(wǎng)上時(shí)，PSE必須檢測(cè)每個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備是否需要供電。因此，PD必須表現(xiàn)出與老式以太網(wǎng)設(shè)備不同的特征。在檢測(cè)時(shí)，PSE進(jìn)行的是V-I測(cè)量，同時(shí)用一個(gè) 2.7V至10.1V的限流電壓對(duì)信號(hào)線進(jìn)行探測(cè)。表 1 列出了作為一個(gè)有效PD在檢測(cè)時(shí)所必備的標(biāo)準(zhǔn)。所允許的1.9V偏差是通常用于控制電壓極性的二極管橋路產(chǎn)生的。由于PD必須向后兼容于中跨式PSE應(yīng)用，所以每個(gè)PD需要兩個(gè)這樣的二極管橋路（見圖3）。10μA的電流偏移通常是由于PD內(nèi)的泄漏引起的。表2列出了另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)集，任何沒有通過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)設(shè)備都是無效的PD。