电源和数据可同一传输的新以太网供电系统（二）

（上接一）

    3、设备(PD)

    3.1 PD检测

    当受电设备(PD)被接入以太网链路时，PSE必须检测每个以太网设备是否需要电源。因而PD必须表现出区别于传统以太网设备的特性。IEEE 802.3af标准的PD要求开始于一个25kΩ和小于120nF的特征识别，正是这一特征使PSE通过测量其“检测特征”－共模终端来检测需要供电的设备,将PD从不需要供电的其它以太网设备中区分出来。PD只需要具有这些检测特征,同时其链路处于检测模式,则即可实现检测。

    PSE对PD检测的具体方法:

    为实现这种检测，PSE通过测量两个V-I(电压-电流) 点和从它们之间的斜率来计算电阻以判断端口的共模终端来检测需要供电的设备，就是利用2.7V至10.1V的限流电压探测信号线。表1列出检测状态下PSE对要被检测为有效的PD必须具备的参数条件。表1参数之所以允许1.9V的串联电压偏移是因为通常采用二极管桥来控制电压极性。每个PD会用到两个这样的二极管全桥(见图4所示,为用MAX5935 PSE控制器和MAX5940 PD接口/控制器的PoE供电糸统简化设计方框图)，因为PD 必须向后兼容于中间PSE。而10μA的电流偏移是因为PD内部通常具有一定的泄漏。另外,通过表2给出了另外一系列参数条件，任何满足这些条件的检测都将判定以太网设备为一个无效的PD。

    3.2 PD功率分级

    今天，有两种主要的用电装置成为推动PoE增长的主导力量，它们分别是：无线 LAN接入点和IP电话(VoIP)电话以及它类型的以太网设备(RFID阅读器、PDA充电器、移动电话甚至膝上电脑等。而促使供电与以太网走向结合的早开始的动力却来自于IP电话(VoIP)。

    IEEE 802.3af标准还包含了一个可选的功能，称为功率分级。这项功能使PSE能够更加精细地管理其功率预算。PSE用一个称为分级的第二次测量来判断PD的峰值功率要求，掌握了这一信息后PSE就能对那些需要供电的设备提供电源，而不会损坏不需要供电的设备，并能有效地分配可用功率。

    为实现这项可选的功率分级方法，PSE施加一个14.5V至20.5V间的探查电压。作为回应则PD呈现出某种特征(分级电流)，指示PSE该PD将要吸取的功率。PD在接收电源(一般为48VDC)时，消耗的功率能可高达12.95W。如果PD一直未接入或处于关断状态，PSE就停止输送电源，并不断检测有效PD的25kQ特征电阻。这个信息便于PSE管理任意给定时刻它向已连接的PD传递的功率。表3列出了可以供应一个PD使用的不同功率级别，以及它们所对应的分级特征,表中的分类电流是PD上的电流,PSE电流范围更宽一些，例如按等级2,一个PSE必须要能识别16mA到21mA的电流。

    通过选择合适的PSE控制器IC，还可以实现另外一些IEEE 802.3af标准之外的功能：即对于PSE向每个端口输出功率的硬性限制。

    另外一些紧急情况下非常有用的功能是，PSE能够排出一个优先级顺序，决定首先为那个端口加电，或者当UPS或备用电源能量快用完时，哪些端口应该首先被切断。然后，交换机就可维持重要的以太网端口的供电。这样的端口可能包括E911电话、标记阅读器、某些监视摄像头或接入点、或者一些经营性的数据电路。这些失效保护特性被整合于PSE 控制器IC 内部，可通过硬件接线或软件方式进行配置，有助于紧急情况下管理功率预算。因此，应寻找软件可配置的PSE 控制器IC。

    3.3 检测断开的PD

    3.31 PSE用“维持功率”特征检测

    PSE 加电给PD后，按照IEEE 802.3af 标准它必须监视PD的“维持功率”特征。PD必须吸收为10mA的电流，这样PSE就能知道它还保持连接。像恒温调节器这类功率敏感的应用可以通过脉冲调制使“保持功耗特征(MPS)”电流为10mA，并且脉冲间隔时间保持75ms到250mS之间以减少功耗。PD也必须有一个电阻小于26.25kΩ的MPS共模阻抗与一个大于50nF电容并联。通常，PD的旁路电容和负载会形成一个比26.25kΩ低得多的阻抗。

    3.32 PSE还要检测PD是否已断线

    IEEE 802.3af标准定义了交流和直流两种检测PD断线的方法。例如，考虑这种情况，当PD被断开，而一个传统的以太网设备被立即插入交换机的同一个RJ-45插孔时的情况。如果48VDC电源没有在PD离开后被立即切断，传统设备就会受到伤害。

    对PD 进行交流阻抗测量一般要比纯直流电阻测量方法更。一个小幅度的共模交流电压与数据信号和48VDC 被同时送到以太网线上。然后测量交流电流并算出端口阻抗，如果PD还没有被断开，这个值应该低于26.25kΩ。交流电压的频率应该在1MHz至100MHz之间。有关直流和交流断线检测方法的其他更多细节，设计者应参考IEEE 802.3af标准。不管选择哪种方法，都必须迅速执行测量，并在PD断线后迅速移走电源。

    4、用于以太网供电的电源控制芯片及其特性

    目前，一些IC供应商正在生产能满足802.3af　PSE要求的芯片，其中有一些方案采用微控制器的外围器件来提供以太网供电接口，但要依赖控制器软件来实现大部分工作。更强性能的器件能自主检测和分级有效PD，以及用的软件开销来管理过电流和断接。这些器件可能只需要系统软件来决定是否还有足够的功率余量来满足PD的功率要求。

    当今用于多端口PSE 的硅芯片现在已可从市场上找到，常见的是控制四端口在线电源的PSE控制器。具有 兼容串行接口、具有可编程寄存器的器件提供了配合MCU使用的选项。出于对紧急情况的考虑，各种工作模式下的一些特性现在变得日益重要，而且重要性进一步扩大了。

    图5为简化的PSE电源控制示意图,控制芯片为MAX5935,其特点为：四个独立-48V PoE端口；可提供的工作模式包括自动、半自动、手动、关断和调试模式。自动模式允许器件在无需软件干预的情况下工作。半自动模式(按需)连续检测并分级连接到端口上的设备，但在接到软件指令前不会给端口加电。手动模式允许软件完全控制器件，对于系统诊断非常有用。关断模式终止所有活动，并关闭端口上的电源。，调试模式允许精细地步进器件状态机，以便进行细致的系统诊断。

    PSE控加制器应用实例见图4所示, 是用MAX5935 PSE控制器和MAX5940 PD接口/控制器的PoE供电糸统简化设计方框图。它给出了千兆位以太网中PSE 和PD的连接。由于千兆位以太网不支持中间电源注入，100/10M以太网模式只能连接到一个端点PSE交换机上,MAX5940 PD接口控制器根据需要也可以加一个或二个。PD还需DC-DC 转换器以输出+Vout –Vout。

    5、小结

    IEEE 802.3af标准是通过以太网信号线对或备用线对来实现以太网设备供电，从而摆脱了采用交流适配器所带来的麻烦，并将进一步拓展以太网技术的应用领域。

    用遍及各地的网络所具有的RJ-45端口,它不仅给你带来了数据包，还带来了电源。正因为PoE具有的这些优势使以太网供电成为一种突飞猛进的新技术，它从根本上改变了低功耗类设备的供电方式。还有更多的设备能通过以太网供电驱动。