以太網(wǎng)供電向前推進(jìn)

以太網(wǎng)供電 (PoE) 的發(fā)展是為了響應(yīng)受電設(shè)備 (PD) 之間對(duì)快速、經(jīng)濟(jì)高效的網(wǎng)絡(luò)通信日益增長(zhǎng)的需求。電氣和電子工程師協(xié)會(huì) (IEEE) 制定了安全標(biāo)準(zhǔn)來(lái)支持共享網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備。自 2003 年以來(lái)，IEEE 已經(jīng)批準(zhǔn)并支持多個(gè)版本的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于速度較慢的 10Mbps 的 10Base-T 和 100Mbps 的 100Base-TX 傳輸，四個(gè) 5 類 (CAT5) 雙絞線中只有兩個(gè)用于信號(hào)傳輸，留下另外兩條雙絞線用于將電力傳輸?shù)浇K端設(shè)備（圖 1）。

圖 1：兩對(duì)數(shù)據(jù)傳輸圖說(shuō)明了兩對(duì)電源連接。電源僅在紅色對(duì)上傳輸，而所有四對(duì)都可以傳輸數(shù)據(jù)。（來(lái)源：微芯）

變體標(biāo)準(zhǔn)使用通常未使用的電線（變體 B）進(jìn)行電源和接地。同時(shí)，變體 A 將信號(hào)置于電源之上，例如用于音頻電容式麥克風(fēng)的幻象電源中的 -48 伏。這種巧妙的技術(shù)通過(guò)電壓差對(duì)每對(duì)雙絞線進(jìn)行偏置。這允許在不干擾信號(hào)的情況下提取功率，這些信號(hào)相對(duì)于每個(gè)電壓電勢(shì)是不同的。

4PPoE 是另一個(gè)不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)，它使用所有四對(duì)雙絞線供電，并允許更高級(jí)別的功率用于電子設(shè)備以外的其他設(shè)備，包括電動(dòng)相機(jī)、應(yīng)急照明源、通風(fēng)口執(zhí)行器、繼電器和泵（圖 2）。

圖 2：通過(guò)四對(duì)線傳輸數(shù)據(jù)圖展示了一個(gè)四對(duì)電源連接，電源通過(guò)所有八根線傳輸。（來(lái)源：微芯）

有趣的是，PoE 并不是第一個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。幾十年前，基于 RS-232 的網(wǎng)絡(luò)方案使用 4 線 RJ-11 電纜遠(yuǎn)距離傳輸/接收和整流交流電。整流后的交流電看起來(lái)像交流電，因此不受電纜阻抗的限制，并且都具有用于 NRZ（不歸零）信號(hào)的公共接地參考。

為什么要接線？

通過(guò) Wi- Fi?、藍(lán)牙?、Zigbee、超寬帶 (UWB) 以及許多其他具有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的有效性記錄的可用無(wú)線協(xié)議，為什么會(huì)有人想要有線連接？最重要的是，并非每個(gè)需要控制或監(jiān)控的遠(yuǎn)程位置都可以使用電源。建筑物中埋藏的傳感器和執(zhí)行器可能位于爬行空間、閣樓、內(nèi)部通風(fēng)口，甚至是人們無(wú)法適應(yīng)的地方。獨(dú)立的供電和有線連接可能是唯一的解決方案。同樣，應(yīng)急照明等關(guān)鍵系統(tǒng)可能會(huì)失去主電源，但仍可依靠 PoE 電源運(yùn)行。這在緊急情況下尤其重要，例如在摩天大樓中，逃生樓梯間保持照明。有線連接更難破解，因?yàn)闊o(wú)線更容易被干擾。這是任何安全系統(tǒng)中的重要考慮因素。

最新標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.3bt

2003 年初的 802.3af 標(biāo)準(zhǔn)可以提供 15.4W 的功率，這對(duì)于嵌入式、掩埋式和分布式傳感器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。相機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 電話和無(wú)線 LAN 的接入點(diǎn)也利用了這一點(diǎn)。2009 年的 IEE 802.at 標(biāo)準(zhǔn)允許每條電纜線路的功率高達(dá) 30W，這為潛在的更耗電應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)，例如用戶界面終端和低亮度照明。響亮的聲音和警笛系統(tǒng)現(xiàn)在也是可行的。

2018 年批準(zhǔn)的最新 IEEE 802.bt 標(biāo)準(zhǔn)正在獲得關(guān)注，并將 802.3bt 類型 3 類設(shè)備的功率提高到 60W，將 802.3bt 類型 4 類設(shè)備的功率提高到 90W。這不僅可以為單端口端點(diǎn)應(yīng)用提供電源，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多端口實(shí)施，每個(gè)端口都能夠提供最高可達(dá)多端口開(kāi)關(guān) 90W 的功率。這也可以允許螺線管、電機(jī)和其他機(jī)電功能，例如緊急開(kāi)門(mén)或鎖定駕駛艙系統(tǒng)。

802.bt PoE 滿足USB-3C

隨著最新的 PoE 和 USB 標(biāo)準(zhǔn)，PoE 和 USB-3C 之間的接口變得越來(lái)越流行。這可以讓筆記本電腦、平板電腦和更復(fù)雜的用戶界面連接到有線網(wǎng)絡(luò)，為使用和充電提供電力和數(shù)據(jù)。

這不僅僅是表面上看到的。有線 PoE 端口與 USB-3C 端口之間的橋接可以改變數(shù)據(jù)流的架構(gòu)方式，即使在房屋和公寓中也是如此。盡管 Wi-Fi 很容易，但嘗試爭(zhēng)奪同一空域的人和設(shè)備越多，可能會(huì)導(dǎo)致延遲時(shí)間和性能下降。來(lái)自 Wi-Fi 空間的流媒體電視等外賣數(shù)據(jù)和可用性能可以返回到公寓樓等交通嚴(yán)重?fù)頂D的區(qū)域。通過(guò)有線 USB-3C 端口，手持設(shè)備、全屋 A/V 分配用戶界面、云和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等固定功能單元可以更多地訪問(wèn)充電端口。

許多建筑物已經(jīng)安裝了以太網(wǎng)布線，以及交換機(jī)甚至路由器。使用這種互聯(lián)網(wǎng)和云連接，以及重新構(gòu)建數(shù)據(jù)流和保留遺留系統(tǒng)使用的主干，對(duì)于使用標(biāo)準(zhǔn)功能和限制誰(shuí)使用標(biāo)準(zhǔn)的專有增強(qiáng)功能的選擇非常重要。如果一臺(tái)設(shè)備符合當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)，并且只要新設(shè)備保持與舊系統(tǒng)的向后兼容性，那么您的網(wǎng)絡(luò)就可以優(yōu)化數(shù)據(jù)流和性能。

Microchip mPoE 陣容

Microchip 的多重以太網(wǎng)供電 (mPoE) 技術(shù)無(wú)縫且高效地為有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電，使其成為基于以太網(wǎng)的應(yīng)用的理想解決方案。利用獨(dú)特設(shè)計(jì)的算法，mPoE 可向后兼容準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，同時(shí)支持所有 IEEE ? PoE 標(biāo)準(zhǔn)。Microchip mPoE 是 IP 電話、無(wú)線接入點(diǎn) (WAP)、IP 監(jiān)控?cái)z像頭、5G 小型基站、LoRa? 網(wǎng)關(guān)、LED 燈具、門(mén)禁終端和其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的出色解決方案。

設(shè)計(jì)能夠適應(yīng)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的靈活、可擴(kuò)展且可靠的面向未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。隨著業(yè)界采用最新一代的 PoE 技術(shù)通過(guò)單一以太網(wǎng)電纜管理數(shù)據(jù)和供電，公司面臨著在單一以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中使預(yù)標(biāo)準(zhǔn) PD 與新的 IEEE 802.3bt 兼容 PD 一起工作的挑戰(zhàn)。Microchip 的帶有 mPoE 的電源設(shè)備 (PSE) 芯片組使準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和符合 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備能夠在同一網(wǎng)絡(luò)上協(xié)同工作。PoE 注入器/中跨和 PoE 交換機(jī)采用了這種獨(dú)特的技術(shù)，無(wú)需更改現(xiàn)有交換機(jī)或布線即可在任何網(wǎng)絡(luò)中快速、簡(jiǎn)單地部署 Microchip mPoE。

Microchip mPoE 同時(shí)支持 PoE 1、PoE 2、PoE+、IEEE 802.3af/at/bt、傳統(tǒng) af/at、12.5K、UPoE、Class 4 60W 和 PoH 標(biāo)準(zhǔn)。這種創(chuàng)新技術(shù)可實(shí)現(xiàn)靈活快速的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)升級(jí)以滿足業(yè)務(wù)需求。Microchip mPoE 提供了必要的可擴(kuò)展性和互操作性，不僅在今天而且在未來(lái)為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供動(dòng)力。

特色產(chǎn)品

Microchip為原始設(shè)備制造商 (OEM) 提供多種配置的單端口即插即用 PoE 802.3bt 模塊，用于符合日本、歐洲和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的中跨 60W 應(yīng)用。單個(gè) RJ45 連接器支持 10/100 和 1G 速度，可提供 60W 功率。憑借傳統(tǒng)支持和模型，例如準(zhǔn)備好使用現(xiàn)成的室外就緒PD-9501GCO IP67 單端口 PoE中跨，基礎(chǔ)設(shè)施可以輕松構(gòu)建到支持這些增強(qiáng)功能和優(yōu)勢(shì)的新結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中。多端口現(xiàn)成解決方案也已準(zhǔn)備就緒。PDS-408G PoE 交換機(jī)等設(shè)備是 8 端口 PoE BT 交換機(jī)，速度高達(dá) 1G，功率高達(dá) 480W。

設(shè)計(jì)人員可以使用 Microchip 控制器來(lái)設(shè)計(jì)他們的集成以太網(wǎng)、USB、混合信號(hào)設(shè)備，甚至可以利用過(guò)去的以太網(wǎng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)整合PD69208 以太網(wǎng) IC等 PoE 電源開(kāi)關(guān)設(shè)備的 PoE 優(yōu)勢(shì)（圖 3）。諸如PD70xx 和 PD-Imxx PoE 開(kāi)發(fā)工具之類的開(kāi)發(fā)套件可以讓剛接觸這項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)人員輕松地采用一種快速、低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的方式來(lái)測(cè)試、評(píng)估和開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。

圖 3：使用電源開(kāi)關(guān)部件和隔離簡(jiǎn)化了添加以太網(wǎng)供電以符合 802.3bt 規(guī)范。（來(lái)源：微芯）

結(jié)論

有線以太網(wǎng)為越來(lái)越多的 PD 提供安全、可靠的連接。自 2003 年采用第一個(gè) PoE 標(biāo)準(zhǔn)以來(lái)，PoE 的使用急劇增加，并在新應(yīng)用中取得了進(jìn)展。影響 PoE 在新應(yīng)用中使用的主要限制因素是可用功率的大小。盡管 15.4W 的電源足以滿足大多數(shù) IP 電話和 802.11a/b/g 接入點(diǎn)的需求，但它無(wú)法滿足更高功率以支持其他設(shè)備的需求，例如 PTZ 監(jiān)控?cái)z像頭、信息亭、POS 終端、瘦客戶端、802.11ac 和 802.11ax 接入點(diǎn)、小型基站和連接的 LED 照明，最新的標(biāo)準(zhǔn) IEEE 802.3bt 支持通過(guò)四對(duì) CAT5e 電纜及以上提供 90W 的功率。

Microchip 的 mPoE 技術(shù)利用獨(dú)特設(shè)計(jì)的算法無(wú)縫、高效地為任何有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電。該技術(shù)支持與準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的向后兼容性，同時(shí)支持所有 IEEE PoE 標(biāo)準(zhǔn)。mPoE 同時(shí)支持 PoE 1、PoE 2、PoE+、IEEE 802.3af/at/bt、傳統(tǒng) af/at、12.5K、UPoE、Class 4 60W 和 PoH 標(biāo)準(zhǔn)。這種多功能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)靈活快速的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)升級(jí)，以滿足不斷變化的業(yè)務(wù)需求。

完成電氣工程學(xué)業(yè)后，Jon Gabay 曾在國(guó)防、商業(yè)、工業(yè)、消費(fèi)者、能源和醫(yī)療公司擔(dān)任設(shè)計(jì)工程師、固件編碼員、系統(tǒng)設(shè)計(jì)師、研究科學(xué)家和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員。作為一名替代能源研究人員和發(fā)明家，他從創(chuàng)立并經(jīng)營(yíng) Dedicated Devices Corp. 到 2004 年一直從事自動(dòng)化技術(shù)工作。從那時(shí)起，他一直在為下一代工程師進(jìn)行研發(fā)、撰寫(xiě)文章和開(kāi)發(fā)技術(shù)和學(xué)生。

審核編輯黃宇