實現(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）是一種剛被批準為IEEE 802.3af標準的供電技術。它利用了普遍存在的通用以太網(wǎng)絡，在傳送數(shù)據(jù)包的同時完成直流電源的輸送工作。最近批準的這個IEEE標準似乎將成為第一個通用電源插口或插座定義在全球范圍使用的實例。它意味著，對諸如IP 電話、無線接入點以及網(wǎng)絡監(jiān)控攝像頭等需要持續(xù)供電的各種連網(wǎng)設備來說，不必再連接自己的交流電源。它還意味著這些設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備叫做受電設備(PD)，為PD提供電源的設備叫供電設備(PSE)。PD的功耗限制在12.95W，PSE 輸出限制為每個RJ-45 端口15.4W。在以太網(wǎng)連接電纜和物理層設備(PHY)變壓器保持良好平衡的情況下，每個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100米長）的電壓降，IEEE標準為PD和PSE規(guī)定了不同的功率額定值。在較長的鏈路上電壓降會更明顯，因此 PSE 的輸出電壓要高于標稱的 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57VDC 的電壓。
　　大多數(shù)PoE 網(wǎng)絡可以采用端點(endpoint)或中跨式(midspan)PSE 實現(xiàn)。端點PSE在單個設備里集成了以太網(wǎng)交換機和電源，它被放置在以太網(wǎng)鏈路的另一端。因為在以太網(wǎng)鏈路的端點已存在電源，這種類型的PSE提供了實現(xiàn)PoE網(wǎng)絡的最簡便的方法。這種以太網(wǎng)交換機有時也稱為已具備“線上電源”(inline power)。如圖 1所示，端點PSE很適合用來部署新的基礎網(wǎng)絡。

圖 1，對端點PSE和PD設備來說，電源是通過信號線對分配的。這種類型的PSE提供了實現(xiàn)一個PoE網(wǎng)絡最簡便的方法，因為電源已經(jīng)通到了以太網(wǎng)連接的端點上。

　　對于那些不能用這種方式升級的現(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”提供電源，如果只有幾個以太網(wǎng)設備需要供電，這是一個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)絡系統(tǒng)的一部分（見圖2）。端點PSE與中跨式PSE不同之處在于它的供電選擇方式——可以與信號線在同一線對上，也可以在空閑線對上。一般來說，一個PSE必須能夠通過信號線對或空閑線對提供電源，但不必兩者都用。

圖 2，對中跨式PSE和PD設備來說，電源是通過空閑線對分配的。中跨式PSE方法更適用于不進行大規(guī)模變動的現(xiàn)有以太網(wǎng)。

　　雖然看似簡單，但設計這種系統(tǒng)要付出相當?shù)呐?。它們必須具備向后兼容性，以保證老設備不會在以太網(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。對于一位設計人員，如果他正在開發(fā)的產(chǎn)品計劃運行在新的或現(xiàn)有系統(tǒng)——用于千兆以太網(wǎng)或 1000BASE-T/TX，從本文中將會得到一些啟示。
　　面對千兆以太網(wǎng)的電纜選擇
　　千兆以太網(wǎng)可以與端點PSE一同工作，但不能采用中跨式PSE，因為它把CAT-5電纜中的所有四對線都用于數(shù)據(jù)傳輸。與之相比，10BASE-T 和 100BASE-TX 只用兩對線傳輸數(shù)據(jù)（線對1-2和3-6），留下的空閑線對（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 PSE 交換機。
　　IEEE 802.3af支持CAT-3電纜，因為它最初用于10BASE-T系統(tǒng)。但是，為了最大限度地保證新網(wǎng)絡部署中信號的完整性，并且考慮到每次電纜鋪設一般有10年的使用期，我們推薦使用盡可能高等級的以太網(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的應用以及千兆以太網(wǎng)交換機已經(jīng)接近其最低限度的邊緣。因此，最新的 1000BASE-TX 標準要求使用 CAT-6 電纜，而最初的1000BASE-T標準要求使用CAT-5電纜。
　　檢測PD
　　當PSE連接到以太網(wǎng)上時，PSE必須檢測每個以太網(wǎng)設備是否需要供電。因此，PD必須表現(xiàn)出與老式以太網(wǎng)設備不同的特征。在檢測時，PSE進行的是V-I測量，同時用一個 2.7V至10.1V的限流電壓對信號線進行探測。表 1 列出了作為一個有效PD在檢測時所必備的標準。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應用，所以每個PD需要兩個這樣的二極管橋路（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列出了另一個標準集，任何沒有通過這個標準的以太網(wǎng)設備都是無效的PD。