以太網(wǎng)供電芯片的初步入門

　　POE網(wǎng)絡有兩個主要組件：PSE（供電設備），比如網(wǎng)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(shù)據(jù)的網(wǎng)絡。配備非POE交換機的網(wǎng)絡仍能利用POE，添加中跨電源（比如網(wǎng)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(wǎng)絡。若用UPS作為PSE的后備，即可確保包括VOIP電話在內(nèi)的網(wǎng)絡設備即便在辦公室遭遇電力故障時也能繼續(xù)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(jiān)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(jīng)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(shù)據(jù)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(zhì)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(jīng)常位于室外，并有專用電纜。這些應用的系統(tǒng)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(shù)，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(yè)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(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(wǎng)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(tǒng)中相當高的損耗。另一方面，如果人們可為自己的設備規(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(chǎn)品部經(jīng)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(xiàn)退化，這是因為以太網(wǎng)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(shù)經(jīng)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(shù)據(jù)通信客戶端的配線安裝基礎并不好。把自己的產(chǎn)品限制于面向不同環(huán)境的“標準”電纜，也許沒有意義。［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(tǒng)或非標準系統(tǒng)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(chǎn)品業(yè)務開發(fā)經(jīng)理Harmik Singh強調(diào)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(shù)字化并實時報告，使得系統(tǒng)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(guī)范呢？ TI公司的McCormick提供了答案：“在網(wǎng)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(shù)應用將不會使用這么大的功率。

　　正當POE使得以太網(wǎng)在辦公室和工廠變得越來越有吸引力時，它的電力與數(shù)據(jù)組合還使它在安全攝像機和傳感器網(wǎng)絡等室外應用中也具有了吸引力。但是，一旦電子通信系統(tǒng)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(wǎng)絡發(fā)送具有破壞性的電涌。以太網(wǎng)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(chǎn)品家族配備了最低內(nèi)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(zhì)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。