以太網(wǎng)供電 （PoE） 是一種越來(lái)越流行的通過(guò)現(xiàn)有以太網(wǎng)電纜傳輸電源和數(shù)據(jù)的方式，從而使應(yīng)用擺脫交流電源接近的限制。隨著 PoE 解決方案數(shù)量的增加，應(yīng)用對(duì)電源的需求也在增長(zhǎng)。

新的專(zhuān)有標(biāo)準(zhǔn) LTPoE++?，通過(guò)將 PoE 和 PoE+ 規(guī)格擴(kuò)展到 90W 的 PD 傳輸功率來(lái)滿(mǎn)足這種需求。與其他功率擴(kuò)展解決方案相比，LTPoE++ 還顯著降低了供電設(shè)備 （PSE） 和用電設(shè)備 （PD） 的工程復(fù)雜性。即插即用的簡(jiǎn)單性和安全、可靠的供電是 LTPoE++ 的標(biāo)志。該標(biāo)準(zhǔn)的功能將以太網(wǎng)供電應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，實(shí)現(xiàn)了全新類(lèi)別的PD，例如高功耗的微微蜂窩、基站或用于平移-傾斜-變焦攝像機(jī)的加熱器。

PoE 的歷史

PoE 是通過(guò)銅質(zhì)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)布線(xiàn)發(fā)送直流電源的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。管理802.3以太網(wǎng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的IEEE小組在2003年增加了PoE功能。最初的PoE規(guī)范稱(chēng)為802.3af，允許高達(dá)13W的48V直流電源。盡管最初的規(guī)格廣受歡迎，但13W的上限限制了可能的應(yīng)用數(shù)量。2009年，IEEE發(fā)布了一項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為802.3at或PoE+，提高了電壓和電流要求，以提供25.5W的功率。

IEEE 標(biāo)準(zhǔn)還定義了 PoE 術(shù)語(yǔ)，如圖 1 所示。為網(wǎng)絡(luò)供電的設(shè)備稱(chēng)為 PSE 或供電設(shè)備，而從網(wǎng)絡(luò)獲取電力的設(shè)備稱(chēng)為 PD 或用電設(shè)備。PSE 有兩種類(lèi)型：端點(diǎn)（通常是網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或路由器），它同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)和電源，以及中跨，它注入電源但傳遞數(shù)據(jù)。中跨通常用于向現(xiàn)有的非 PoE 網(wǎng)絡(luò)添加 PoE 功能。典型的 PD 應(yīng)用包括 IP 電話(huà)、無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)、安全攝像頭、蜂窩家庭基站、微微蜂窩和基站。

圖1.典型的 PoE 系統(tǒng)。

IEEE PoE+ 規(guī)范指定了與 802.3af PSE 和 PD 的向后兼容性。PoE+ 規(guī)范將類(lèi)型 1 PSE 和 PD 定義為包括提供 13W 功率的 PSE 和 PD。2 型 PSE 和 PD 可提供高達(dá) 25.5W 的功率。

LTPoE++ 演進(jìn)

IEEE PoE+ 25.5W規(guī)范尚未最終確定，因?yàn)楹苊黠@，對(duì)超過(guò)25.5W的交付功率的需求顯著且不斷增加。為了滿(mǎn)足這一需求，LTPoE++ 規(guī)范可靠地為 LTPoE++ PD 分配高達(dá) 90W 的輸出功率。

LTPoE++ 規(guī)范為現(xiàn)有的 IEEE PoE 協(xié)議提供了可靠的檢測(cè)和分類(lèi)擴(kuò)展。LTPoE++ 向后兼容，可與現(xiàn)有的類(lèi)型 1 和類(lèi)型 2 PD 互操作。與其他專(zhuān)有的功率擴(kuò)展信號(hào)不同，凌力爾特的LTPoE++提供了PSE和PD之間的相互識(shí)別。 LTPoE++ PSE可以區(qū)分LTPoE++ PD和所有其他類(lèi)型的IEEE兼容PD，從而使LTPoE++ PSE保持兼容并與現(xiàn)有設(shè)備互操作。

LTPoE++ PSE 和 PD 可與 IEEE 802.3at 類(lèi)型 1 和 Type 2 設(shè)備無(wú)縫互操作。類(lèi)型 1 PSE 通常包含 13W 及以下的 802.3af 功能。2 類(lèi) PSE 將傳統(tǒng) PoE 擴(kuò)展到 25.5W。以下幾點(diǎn)參考表1：

1 型 PSE 將以高達(dá) 13W 的功率為所有 1 型、2 型和 LTPoE++ PD 供電。

2 型 PSE 將為 1 型 PD 提供高達(dá) 13W 的功率，并為 2 型和 LTPoE++ PD 提供 25.5W 的功率。

LTPoE++ PD 即使在連接到傳統(tǒng)的 1 類(lèi)和 2 類(lèi) PSE 時(shí)，也能以有限的功能供電。

LTPoE++ PSE 與類(lèi)型 1 和類(lèi)型 2 PD 互操作。LTPoE++ PD 的供電達(dá)到 LTPoE++ PSE 的設(shè)計(jì)限制。識(shí)別出 LTPoE++ PD 后，如果 PSE 額定功率達(dá)到或超過(guò)請(qǐng)求的 PD 功率，則 PD 將上電。例如，52.7W LTPoE++ PSE 可以為 38.7W 和 52.7W PD 供電。

符合 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的 PD 檢測(cè)

LTPoE++ 物理檢測(cè)和分類(lèi)是現(xiàn)有方案的簡(jiǎn)單、向后兼容的擴(kuò)展。其他電源擴(kuò)展協(xié)議違反了 IEEE 規(guī)范，如圖 2 所示，并冒著啟動(dòng)已知不合規(guī) NIC 的風(fēng)險(xiǎn)。任何違反IEEE規(guī)定的檢測(cè)電阻規(guī)范的高功率分配方案都有損壞和破壞非PoE以太網(wǎng)設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2.IEEE 802.3 在簽名電阻范圍內(nèi)。

以下規(guī)則定義了任何檢測(cè)方法，以實(shí)現(xiàn)最高級(jí)別的安全性和互操作性。

優(yōu)先級(jí) 1：不要打開(kāi)不應(yīng)該打開(kāi)的內(nèi)容。

優(yōu)先級(jí) 2：打開(kāi)你應(yīng)該做的事情。

凌力爾特 PSE 利用四點(diǎn)檢測(cè)提供極其穩(wěn)健的檢測(cè)方案。通過(guò)強(qiáng)制電流和強(qiáng)制電壓測(cè)量檢查特征電阻，將誤報(bào)檢測(cè)降至最低。

LTPoE++ 優(yōu)勢(shì)

標(biāo)準(zhǔn) PoE PSE 使用四個(gè)可用以太網(wǎng)電纜對(duì)中的兩個(gè)供電。一些功率擴(kuò)展拓?fù)湓谝桓娎|上使用兩個(gè) PSE 和兩個(gè) PD，以提供 2 × 25.5W 的功率。這種“雙類(lèi)型 2”拓?fù)淙鐖D 3 所示。這種策略的主要問(wèn)題是它使組件數(shù)量翻了一番，從而使PSE和PD成本翻了一番。此外，出于穩(wěn)健的設(shè)計(jì)考慮，PD上需要兩個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器，每個(gè)PD元件一個(gè)，其中每個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器都是相對(duì)復(fù)雜的反激式或正激式隔離電源。

圖3.擴(kuò)展 PoE+ 電源的昂貴方法。雙 Type 2 PD 提供比標(biāo)準(zhǔn) PoE+ PD 更高的功率，但它的成本和組件數(shù)量也翻了一番。

雙 Type 2 設(shè)置中的一個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以通過(guò)對(duì) PD 的輸出功率進(jìn)行 OR運(yùn)算來(lái)消除，如圖 4 所示。這種方法仍然需要兩個(gè)PSE和兩個(gè)PD，并具有相關(guān)的成本和空間缺點(diǎn)。功率ORing二極管產(chǎn)生的壓降可以被認(rèn)為是使用單個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器所節(jié)省的公平權(quán)衡。在大多數(shù)情況下，二極管ORed功率共享架構(gòu)在浪涌保護(hù)測(cè)試開(kāi)始之前仍然具有吸引力。由于浪涌保護(hù)容差的內(nèi)在降低，這些解決方案很少能滿(mǎn)足PD設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖4.更便宜但有缺陷的擴(kuò)展 PoE+ 電源的替代方案。該方案類(lèi)似于圖3所示的雙2類(lèi)設(shè)置，但二極管ORed功率共享架構(gòu)通過(guò)消除PD中的一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)降低部分成本。然而，由于浪涌保護(hù)容限的內(nèi)在降低，這些解決方案很少能滿(mǎn)足PD設(shè)計(jì)目標(biāo)。

相比之下，LTPoE++解決方案（如圖5所示）只需要一個(gè)PSE、PD和DC/DC轉(zhuǎn)換器，從而顯著提高了電路板空間、成本和開(kāi)發(fā)時(shí)間優(yōu)勢(shì)。

圖5.LTPoE++ 架構(gòu)是唯一一款可在 PD 上提供 90W 功率的 PoE 功率擴(kuò)展解決方案，同時(shí)控制復(fù)雜性和成本。

LLDP互操作性和選項(xiàng)

在PoE系統(tǒng)的選擇和架構(gòu)過(guò)程中，許多PD設(shè)計(jì)人員驚訝地發(fā)現(xiàn)鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議（LLDP）實(shí)施的隱性成本。LLDP是IEEE規(guī)定的PD軟件級(jí)電源協(xié)商。LLDP需要擴(kuò)展到標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)堆棧，并且可能代表大量的軟件開(kāi)發(fā)工作。不幸的是，開(kāi)源社區(qū)提供LLDP支持的努力仍處于起步階段。

雖然類(lèi)型 2 PSE 可以選擇實(shí)施 LLDP，但完全符合 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)的類(lèi)型 2 PD 必須同時(shí)實(shí)現(xiàn)物理分類(lèi)和 LLDP 電源協(xié)商功能。首先，這給所有第2類(lèi)PD帶來(lái)了LLDP軟件開(kāi)發(fā)的負(fù)擔(dān)。此外，LLDP要求推斷出的雙電源要求使設(shè)計(jì)變得復(fù)雜。具體而言，PD端處理器必須在13W功率水平下完全正常工作，然后能夠通過(guò)LLDP協(xié)商提供額外功率。顯然，此要求會(huì)增加開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。

LTPoE++ 提供 LLDP 實(shí)現(xiàn)選項(xiàng)。LTPoE++ PSE 和 PD 在硬件級(jí)別自主協(xié)商功率電平要求和功能，同時(shí)與基于 LLDP 的解決方案保持完全兼容。簡(jiǎn)而言之，LTPoE++使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以選擇實(shí)現(xiàn)或不實(shí)現(xiàn)LLDP。專(zhuān)有的端到端系統(tǒng)可能會(huì)選擇放棄LLDP支持。這創(chuàng)造了上市時(shí)間優(yōu)勢(shì)，同時(shí)進(jìn)一步降低了BOM成本、電路板尺寸和復(fù)雜性。

權(quán)力聲明揭秘

PoE 電源路徑可分為三個(gè)主要組件：PSE 產(chǎn)生的功率、輸送到 PD 的功率和輸送到應(yīng)用的功率。在進(jìn)行有用的比較之前，必須仔細(xì)檢查PSE和PD供電能力的聲明。一個(gè)供應(yīng)商可能將PSE提供的功率描述為PSE提供的功率，另一個(gè)供應(yīng)商可能描述為PD提供的功率，而PD設(shè)計(jì)人員通常關(guān)心應(yīng)用的功耗。

盡管 PSE 功率指標(biāo)是三者中最不有用的，但它是營(yíng)銷(xiāo)材料中最常引用的指標(biāo)。PSE 電源通常定義為以太網(wǎng)電纜的 PSE 端提供的功率。當(dāng)供應(yīng)商指定最大額定電壓下的功率時(shí)，功率能力有時(shí)會(huì)進(jìn)一步失真，而這很少實(shí)現(xiàn)。

PD 功率或“輸送功率”是在二極管橋之前輸送到以太網(wǎng)電纜的 PD 端的功率。引用的 PD 功率是比 PSE 功率更有用的指標(biāo)，因?yàn)樗仨毧紤]超過(guò) 100 米的 CAT-5e 電纜的重大損耗。PD電源聲明不對(duì)應(yīng)用的DC/DC轉(zhuǎn)換器和二極管橋效率做出任何假設(shè)，PSE和PD芯片供應(yīng)商對(duì)此是未知的。

當(dāng)考慮所有系統(tǒng)效應(yīng)時(shí)，PD設(shè)計(jì)人員最感興趣的是提供給應(yīng)用的功率，包括以太網(wǎng)磁性元件的電阻、二極管橋電壓降和DC/DC轉(zhuǎn)換器效率。這個(gè)指標(biāo)雖然最能說(shuō)明問(wèn)題，但卻是最難準(zhǔn)確指定的。

表 2 顯示了電源路徑所有階段的實(shí)際性能比較。請(qǐng)注意，雙 Type 2 配置提供的功率遠(yuǎn)低于 LTPoE++ 70W 和 90W 解決方案。

PSE 可用性

凌力爾特致力于LTPoE++技術(shù)，并提供整個(gè)系列的PSE和PD解決方案?，F(xiàn)在提供涵蓋 1 到 12 端口解決方案的完整 PSE 系列，如表 3 所示。

結(jié)論

LTPoE++ 提供強(qiáng)大的端到端高功率 PoE 解決方案，可節(jié)省前期成本。結(jié)合凌力爾特出色的應(yīng)用支持、久經(jīng)考驗(yàn)的交付記錄和可靠性聲譽(yù)，LTPoE++ 是市場(chǎng)上最全面的高功率解決方案。LTPoE++ 系統(tǒng)簡(jiǎn)化了電源傳輸，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)工作集中在高價(jià)值應(yīng)用上。