如何設(shè)計(jì)兼容現(xiàn)今產(chǎn)品并著眼未來的 oE 受電設(shè)備

1如何設(shè)計(jì)兼容現(xiàn)今產(chǎn)品并著眼未來的PoE受電設(shè)備IEEE802.3af以太網(wǎng)供電(PoE)標(biāo)準(zhǔn)描述了如何通過以太網(wǎng)CAT-5電纜分配最高達(dá)12.95W的功率，以便網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能在沒有AC電源線的情況下工作。IEEE委員會(huì)正在定義一個(gè)可提供更高功率的類似標(biāo)準(zhǔn)。目前，802.3af功率是由供電設(shè)備(PSE)提供，PSE管理功率分配并區(qū)分需要供電的用電設(shè)備(PD)和不需要供電的純數(shù)據(jù)設(shè)備。由于PSE的檢測(cè)方法可以實(shí)現(xiàn)上述區(qū)分，所以用戶可以在其現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上部署PoE，而不會(huì)損壞純數(shù)據(jù)以太網(wǎng)設(shè)備。訊圖1糖：圖怖3作所示紹P挖D塑實(shí)例錯(cuò)的虛I-圖V齒曲線彈。

椅陰影鈴區(qū)域服顯示號(hào)I走EE貓E醫(yī)限定很的檢音測(cè)、蹲分級(jí)需和

大接通林范圍裹以及黃作者懇推薦糖的范互圍。因PD可以放置在沒有AC電源插座的地方，并從集中放置的不間斷供電電源(UPS)獲得功率，因此給終端用戶帶來了極大益處。PD需要遵循802.3af的以太網(wǎng)供電接口和DC/DC轉(zhuǎn)換器。但是，由于集成電路不能克服PoE的所有挑戰(zhàn)：有些問題必須在板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)解決。此外，一個(gè)解決方案不能適用于所有情況，設(shè)計(jì)師要能夠在保持可互操作的同時(shí)根據(jù)其應(yīng)用的需求定制解決方案。為了幫助設(shè)計(jì)師在滿足應(yīng)用需求的同時(shí)遵循802.3af標(biāo)準(zhǔn)并滿足互操作性要求，本文列出了PD設(shè)計(jì)面臨的多種難題，并用電路實(shí)例來說明可能的解決方案。大多數(shù)針對(duì)PD的IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)都可以用圖1所示的PDI-V曲線來描述。該曲線分成3個(gè)電壓范圍：2.7V至10.1V是檢測(cè)范圍；14.5V至20.5V是分級(jí)范圍；30V至57V是供電范圍。在這些范圍里，PD的行為是受IEEE標(biāo)準(zhǔn)控制的，不過這些范圍之間的過渡區(qū)域?qū)ゲ僮餍詠碚f也同樣重要。PSE在檢測(cè)范圍進(jìn)行探查以區(qū)分具有25k?電阻的PD和具有150?共模終端的非受電設(shè)備。在分級(jí)范圍內(nèi)，PD的電流根據(jù)它工作所需功率的大小而不同。當(dāng)輸入或端口電壓超過30V時(shí)，PD開始從電纜獲得功率以使其余電路工作。在大多數(shù)PD中，來自以太網(wǎng)端口的48V輸入被轉(zhuǎn)換成適用于PD電路的3.3V或2.5V。圖2和圖3顯示的電路實(shí)現(xiàn)PD的全部PoE接口，其中包括DC/DC轉(zhuǎn)換。這樣一來，PoE接口就成了一個(gè)自含式電源，從而容許PD設(shè)計(jì)師把精力集中于使其PD與眾不同的電路和軟件上。與電纜鏈接務(wù)圖2假設(shè)：從崗以太撐網(wǎng)電影纜獲誤得P吉oE聰功率枯和1鵝0/勒10沾0數(shù)柔據(jù)

次的以純太網(wǎng)隱磁鐵飽實(shí)例證。連膊線C亮T1殿-C急T4

偵連接需到圖暮3的哭輸入逆端。PD的PoE接口和以太網(wǎng)PHY都必須連接到RJ-45插座上(參見圖2)。75?共模終端電阻是AC耦合的，因此它們不干擾PoE。該終端連接到電纜的共模扼流圈端，這樣扼流圈的電感和高AC阻抗不會(huì)影響該終端的阻抗。這些通路上的配線和電路板走線需要特別注意，它們需要保持低電阻。電路板采用寬走線并緊密放置元器件，以縮短走線長度。在磁鐵(T1-T6)中，就確保DC電流不使T5或T6飽和以及不堵塞數(shù)據(jù)傳輸而言，控制線電阻尤其重要。自耦變壓器T1和T2必須一起纏繞，以便中央抽頭與該線對(duì)兩條線之間的電阻相同。即使T1和T2的纏繞十分完美，電纜電阻仍然可以引起一些DC差分電壓。通過讓T1或T2的電阻低于扼流圈T3和T4以及數(shù)據(jù)變壓器T5和T6的電阻，磁鐵能吸引所產(chǎn)生的DC電流流經(jīng)T1或T2。圖2說明了這一點(diǎn)，圖中較寬的線代表低電阻連線。把PD連接到備用線對(duì)非常簡單，因?yàn)檫@些連線不傳輸數(shù)據(jù)，如圖2所示，無需磁鐵。(就把數(shù)據(jù)放在備用線對(duì)上的千兆以太網(wǎng)而言，把PD連接到圖2中作為數(shù)據(jù)線對(duì)的那個(gè)相同磁鐵上。)一旦磁鐵從電纜獲取功率和數(shù)據(jù)，那么無論是從備用線對(duì)還是從數(shù)據(jù)線對(duì)上看，PD都是一樣的。實(shí)際上，就兩種電壓極性和兩個(gè)線對(duì)而言，我們對(duì)PDI-V曲線的要求也是相同的。圖3中D1-D8組成的一對(duì)二極管電橋把來自兩個(gè)線對(duì)的信號(hào)組成一個(gè)單極性輸出，容許一個(gè)遵循802.3af標(biāo)準(zhǔn)的PD接口(由圖3中的LTC4267控制--LTC4267PoE為一受電設(shè)備控制器)為兩個(gè)輸入線對(duì)和兩種極性提供效勞。除了二極管電橋，圖2還有一個(gè)保護(hù)PD輸入的瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)，因?yàn)檎疋?、過沖瞬態(tài)和靜態(tài)電流以及地電位差等可能給電纜加上數(shù)百或數(shù)千伏的電壓。由于電纜具有高達(dá)0.05μF的電容和低串聯(lián)電感及電阻，所以這些電壓所代表的能量可能相當(dāng)大。瞬態(tài)電壓抑制器可以吸收大局部能量，但是其余PoE接口必須設(shè)計(jì)成在TVS限制電壓之前，能夠抵擋住比工作電壓范圍高出20V至30V的電壓。蝴圖3厚：遵搏循們80響2.捕3a富f毯的頂Po濱E警接口簽和D慢C/礎(chǔ)DC龍轉(zhuǎn)換順器實(shí)助例圖握。檢測(cè)在建立PoE連接的過程中，檢測(cè)是第一步也是最重要的一步。PD具有25k?共模電阻，而非用電設(shè)備具有150?電阻或開路共模終端。在2.7V和10.1V之間，PD必須具有25±1.25k?檢測(cè)特征電阻。除了圖3中與LTC4267一起畫出的電阻本身，二極管電橋是PD25k?檢測(cè)特征電阻的最重要局部。這些二極管的正向電壓使特征電阻上的電壓產(chǎn)生了偏移，IEEE標(biāo)準(zhǔn)要求這個(gè)偏移小于1.9V(對(duì)于在-40oC溫度下工作的硅二極管足夠了)。如圖4所示，這些二極管的非線性串聯(lián)電阻影響特征電阻。反向偏置電橋二極管會(huì)有泄漏，兩個(gè)并聯(lián)二極管的泄漏在10.1V反向偏置時(shí)必須低于IEEE規(guī)定的10μA。如圖4所示，LTC4267通過集成和優(yōu)化特征電阻以補(bǔ)償二極管電橋和它自己的電源電流，極大地減輕了這些問題，減輕了設(shè)計(jì)師的負(fù)擔(dān)。分級(jí)居表1傍：I喘EE拋E駛80島2.壓3a怕f斤PD課級(jí)遵別(益注意糖PD繁的0屯級(jí)和踏4級(jí)

巷沒有渠列出什，也述不應(yīng)輔該采飽用。錢)成功檢測(cè)之后，大多數(shù)PSE會(huì)對(duì)PD分級(jí)以確定該用電設(shè)備會(huì)消耗多少功率。分級(jí)提高了PSE的功率管理能力，容許PSE用同樣瓦數(shù)的電源為更多PD供電。例如，9個(gè)消耗功率為5W被定為3級(jí)的PD就最大限度地利用了一個(gè)150W電源的功率，因?yàn)樵揚(yáng)SE必須向每個(gè)3級(jí)PD分配15.4W功率。如果同樣的PD定為2級(jí)，那么該P(yáng)SE會(huì)向每個(gè)PD分配7W功率，其150W功率可以給21個(gè)PD供電。用表1可以為PD選擇適宜的級(jí)別，選擇最大持續(xù)功率和峰值電流低于PD相應(yīng)參數(shù)的最低級(jí)數(shù)(1、2或3)。分級(jí)是由PSE完成的，它強(qiáng)迫端口電壓進(jìn)入分級(jí)范圍，然后測(cè)量PD電流。在整個(gè)分級(jí)區(qū)域，PD的電流必須符合表1所列的3個(gè)范圍之一。盡管802.3af標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在檢測(cè)和分級(jí)之間有超過5V的電壓，但是這5V電壓的大局部都被二極管正向電壓(VF)隨溫度的變化給消耗掉。最高溫度時(shí)，二極管的VF大約是0.5V，而最低溫度時(shí)這個(gè)電壓大約為0.9V。注意圖1中典型I-V曲線的斜坡。如果檢測(cè)與分級(jí)之間的過渡處理得不夠平滑，那么可能發(fā)生振蕩，因?yàn)镻D的分級(jí)電流可能使端口電壓降低到分級(jí)范圍之外。即使有來自PSE的穩(wěn)定電壓，PD電流的迅速變化加上電纜100m的電感也可能引起振鈴。電壓在20.5V以上時(shí)斷開分級(jí)電流所產(chǎn)生的負(fù)電阻可能引起更嚴(yán)重的振蕩和互用性問題。為了最大限度地提高互用性，PD應(yīng)該盡力實(shí)現(xiàn)平滑單調(diào)的I-V曲線，如圖1所示。加電進(jìn)PD接通并開始從電纜獲得功率，PD設(shè)計(jì)就變得更加復(fù)雜了，因?yàn)镻oE接口、DC/DC轉(zhuǎn)換器和其余的PD電路要一起配合工作，并保證遵循802.3af標(biāo)準(zhǔn)。LTC4267就有為實(shí)現(xiàn)這種合作所需的兩個(gè)最重要的局部：PoE接口和DC/DC轉(zhuǎn)換器。歡圖4奏：顯盲示二熔極管拳電阻辮對(duì)P秒D檢營測(cè)特匹征

殃影響鼠的檢額測(cè)罩I-兄V浪曲線污。LTC4267一直等到輸入到達(dá)36V時(shí)才開始獲得功率，并把浪涌電流限制到140mA(參見圖1)。通過等待輸入到達(dá)36V，LTC4267在其接通(36V)和斷開(30V)電壓之間加上了6V的遲滯。如果端口電壓由于LTC4267消耗電流的提高而降低，那么這一遲滯能防止LTC4267的斷續(xù)振蕩。一旦PD加電，LTC4267就切換到375mA的限流值，從而容許PD從電纜獲得12.95W的滿功率。具有較高浪涌電流限制的PD將需要一個(gè)更大的遲滯(802.3af最高容許12V)以防止振蕩。給如果講P遭D淋能在宿P傅SE氣4裕00暢mA作至枝4形50疾mA賓的抽電流芒限制冰下于姑5茂0m徹s肺內(nèi)加深電，納那么部就不層需要漢自己眉限流批。不徒需要岡自己嬌限流把或在帽5憤0m塘s自內(nèi)加廢電的循P熄D滋將由窩其它陶設(shè)備盾來關(guān)而斷自敲己的俊電源慎。L射TC租42拆67折這誘樣的抹P怕D表控制衫器集味成電表路采艷用電勒流限消制和罪稱為將“電蓄源良享好〞希的功嶄能來憲確保灶P豪D甚順利京加電贈(zèng)。這烘種控球制器虛的電似源良諸好輸墨出在樓C暑I(lǐng)N纖充瓜電到邁端口糧電壓蔬之前選，保餃持其爬余此PD匆電隙路斷壩開。截如圖炭3疤所僑示，冤在跑VP腹OR垂TN票和蠻P懸OU研T奴之間順的電智壓低魄于梅1.絨5V茶之伙前，落LT蚊C4列26閘7腹的P炮WR尋GD伍引歸腳阻堅(jiān)止其遼D病C/摧DC盆轉(zhuǎn)哄換器相工作鉗。采郊用電悉源良矛好信執(zhí)號(hào)對(duì)畜D底C/刺DC種轉(zhuǎn)牙換器孤來說當(dāng)是很遞重要烈，因倡為提財(cái)供恒康定輸隱出功銜率的膚轉(zhuǎn)換譜器在芝其輸裁入電變壓下模降時(shí)義會(huì)消夕耗更甩大的兆電流奸。如種果轉(zhuǎn)恒換器站在低柿電壓音時(shí)斷責(zé)開，等由于江它消蜻耗電侵流較螺大，旦可能逆降低請(qǐng)C蜘IN永充危電速仙度甚柜至阻這止其憤充電淺。因從此，發(fā)電源榜良好機(jī)功能鏟或其津它一阿些延父遲團(tuán)DC貪/D詳C開轉(zhuǎn)換梢器接軟通的釘方法禽對(duì)掀PD影成洗功加埋電至自關(guān)重超要。俘他獲得犧功率蟻并50探ms字啟堵動(dòng)時(shí)五間一惕到，閱PD傳的踐C第IN半就盞應(yīng)該靜充電留到搜VP茄OR圖T(巧低于摔二極巾管電爪橋胖VF令的玻2娃倍擊)，氏而且梢P真D批的功妄耗必單須低洪于它雨所在癥級(jí)別迫的最蛇高功躁耗(安參見題表澤1)那。P冒D完還必溫須用等保持伯功率詢特征狀(M晶PS爆)信會(huì)號(hào)表六明其賣繼續(xù)并存在艇。如末果沒漠有桑MP貢S懸信號(hào)認(rèn)，那肯么角PS千E熔會(huì)關(guān)徑斷電爺源，文防止氏帶電過電纜岸插入李不接摩受功非率的芬以太假設(shè)網(wǎng)設(shè)優(yōu)備。析MP桿S序具體謀表達(dá)慣為一遮個(gè)貼10宅mA喪或摧更高貿(mào)的黃DC陜電愧流和典一個(gè)屈低于裳2繩6.錄35鑄k?革、傘與超爪過宮0.各05友μF豬電咱容并明聯(lián)的飾阻抗告。極梳少有獄P矩D族需要內(nèi)特殊效電路拿提供儲(chǔ)M擱PS舊。在相大多禮數(shù)情弦況下崇，P芽D帥正常墓工作謝所用夏的固CI唉N、蜘DC裕/D燭C布轉(zhuǎn)換余器阻弊抗和舍電流起能滿野足耕80益2.挖3a柜f聲MP榜S待的需副求。觀遵循尸能源冷之星制規(guī)定歐的益PD冬以里及其紛它功磚率很姻低的曉P奏D(今如恒大溫器割等功唇耗可需能在姓應(yīng)用蹲中引奏起問否題的浮P障D)汗容許式給出悉超過賀1些0m庸A名的M棒PS驗(yàn)電評(píng)流脈遙沖達(dá)頓7防5m迅s，謙而脈腸沖間畜隔可胖高至須2換50泛ms屠，這猾樣可沈把功買率降跌低到可大約放1票00閉mW蹦。錯(cuò)與塞MP貍S雜一樣侄，在正大多合數(shù)情辟?zèng)r下戚，保谷持在愉分級(jí)咐限制惱內(nèi)是睜由精PD稻的駛D懶C/喬DC乓轉(zhuǎn)討換器崖和從宵該轉(zhuǎn)歇換器艇獲得冷功率漲的電棒路來咐處理周的。擾設(shè)計(jì)牛師必痕須確份保姨PD績電算路消糞耗的哪功率酬永遠(yuǎn)蒸低于網(wǎng)表秋1砌中相敏應(yīng)級(jí)駱別的飛功率炭。負(fù)售載電和路不棉可能熱消耗屠1軍2.職95奏W，諸因?yàn)榈工oE蒜接裹口(友大多孔數(shù)是諷在二館極管架電橋嗽)和怠D宇C/漲DC苦轉(zhuǎn)赤換器結(jié)損耗境了功斬率。最采用曲低泄拉漏肖織特基脾二極成管可逗以降程低二話極管真電橋騾的損殊耗。浪圖偶3淋中，房LT秀C4乏26斤7葛的P違oE播接離口消殖耗的帆功率肺低于偉1右80澆mW雁，V知PO姿RT叔N隙和泊PO齊UT叮之筒間的勿1溜.6唱?殲RO小N湖MO姿SF野ET驅(qū)損甜耗傭20宇0m式W桐功率甲，剩伴下導(dǎo)12歡.0拉7W沾=1郵2.愚95長W-譯0.丹50孤W-學(xué)0.面18層W-僻0.駐20與W。圓這佩12膠W擴(kuò)中有仆多少淺提供歲給膝PD異電底路還但要取導(dǎo)決于佳D框C/址DC棋轉(zhuǎn)藏?fù)Q器遞的效程率。窩相隔離迷弓圖3呢中鍵在角DC下/D殃C震轉(zhuǎn)換兇器有眠關(guān)的們最重道要方醫(yī)面是拌輸入賀與輸睜出之詢間的疤隔離由。大塞多數(shù)巨P目D扇需要摟隔離睬的明DC面/D蓬C暮轉(zhuǎn)換耐器，壤因?yàn)榫?喘02路.3耀af橫標(biāo)見準(zhǔn)要傾求以珍太網(wǎng)襲插座蓮引腳普與敢PD助之燭外的辟其它辱任何積導(dǎo)電蕩局部蘿隔離縮。隔防離的偵D臭C/騙DC腔轉(zhuǎn)熟換器凈滿足皇這一累隔離晨要求兇，其椅余帽PD裕電粗路可族以設(shè)就計(jì)成演沒有勺附加店隔離敗措施偶。懲綢繆醒未來痛船幾乎用是尤80爸2.妙3a脫f龍以太暈網(wǎng)供銹電標(biāo)氏準(zhǔn)剛憑一發(fā)奉布，旨用戶衰就開香始要練求更炕高功兵率了緊。1沒3夏瓦對(duì)獸于基承本僚IP砍電斤話來吸說足據(jù)夠了如，但策是就予機(jī)動(dòng)銷化相劫機(jī)、編多重莖無線乒接入倍點(diǎn)和尤具有授大型昌彩色脹顯示悲屏的丟產(chǎn)品稈而言開，1走3喊瓦功大率讓慶它們僵受到貌了嚴(yán)寨重限攏制。擇為此只，I心EE別E遞已經(jīng)潑新成糠立了兄一個(gè)咸名為飼P稼oE衫+底的研總究小劈組，效該小剝組將京制訂英新標(biāo)階準(zhǔn)，模容許借更高娘功率跑的設(shè)預(yù)備與壺今天跨提供少的杏80吸2.烈3a期f螞設(shè)備觀共存謊。隊(duì)盡管抱普通蓬C巷AT病5陽電乘纜包疊括回4到個(gè)雙秀絞線酷對(duì)，宴但是施80板2.月3a展f誓標(biāo)準(zhǔn)謠在任飼何時(shí)透候都異只允諒許兩弓個(gè)線奏對(duì)攜跪帶電向流。必一個(gè)碰可選甲方案宅是允柔許額木外電線流流愉過第彈三和蜂第四額線對(duì)贈(zèng)，從鬧而使店可用頭功率這翻倍絕。第詢二個(gè)蔥可選土方案課是提沈高電欣流限嘆度，汗容許昌在兩刃個(gè)線取對(duì)上煌傳送叮更高望的功該率。秩現(xiàn)在緊這兩小種方丸法每練種都誓在專難用票Po朗E安系統(tǒng)般中出限現(xiàn)了蛋。但處是，好每種澤方法慧都有令自己惕的缺窯點(diǎn)，搖因此看難于綢在它發(fā)們之置間做獄出選閃擇。楊哄利用藏所有辱4嬸個(gè)誦線對(duì)饒有可校能給飼受電撓設(shè)備揚(yáng)(P渣D)宰提供坡最高催功率恨，因概為這受種方革法利濁用了李電纜訴中的身所有究傳導(dǎo)逢能力團(tuán)，最狡大限暈度地?cái)R降低撞了端誦到端聽電阻固和電催阻帶洽來的堆功率孩損耗軋。但傳是，貸給所毀有臣4添個(gè)線譽(yù)對(duì)供匹電差肉不多逝使端離口控缺制器話電路巧的成柄本翻肆了一都番，染因?yàn)轳R4偉線津?qū)σmPS模E父必須閘為每籠套線達(dá)對(duì)提奮供檢遷測(cè)和鞠故障否控制糊。而貸4墨線鮮對(duì)割PD改必寫須限堤制從表每個(gè)該線對(duì)普獲得君的電幻流，盈而且士即使卸輸入央線對(duì)醬之間沫的電廁壓相耳差非追常大產(chǎn)時(shí)，獨(dú)也必上須保壤持電跌流平翻衡。漠滋兩線農(nóng)對(duì)方切法避墨免了奏本錢問和電陪流平稈衡問爹題，偽只需派要對(duì)加今天范8宰02育.3研af魄