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今天嘉興海棠電子帶大家了解下以太網(wǎng)供電新標(biāo)準(zhǔn) POE+，IEEE802.3at。 一、IEEE 802.3at 標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)的背景 為了遵循 IEEE 802.3af 規(guī)范，受電設(shè)備(PD)上的 PoE 功耗被限制為 12.95W，這對(duì)于傳統(tǒng)的 IP 電話以及網(wǎng)絡(luò)攝像頭而言足以滿足需求，但隨著雙波段接入、視頻電話、PTZ 視頻監(jiān)控系統(tǒng)等高功率應(yīng)用的出現(xiàn)， 13W 的供電功率顯然不能滿足需求，這就限制了以太網(wǎng)電纜供電的應(yīng)用范圍。為了克服 PoE 對(duì)功率預(yù)算的限制，并將其推向新的應(yīng)用，IEEE 成立了一個(gè)新的任務(wù)組，旨在探求提高該國(guó)際電源標(biāo)準(zhǔn)的功率限值的方法。IEEE802.3 工作組為了在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上對(duì) IEEE802.3at 實(shí)現(xiàn)的可能性進(jìn)行評(píng)估，于 2004 年 11 月創(chuàng)立了 PoEPlus 的研究小組。之后又于 2005 年 7 月批準(zhǔn)了建立 IEEE 802.3at 調(diào)查委員會(huì)的計(jì)劃。新標(biāo)準(zhǔn)稱 為Power-over-Ethernet Plus (PoEP) IEEE 802.3at，它將功率要求高于 12.95W 的設(shè)備定義為 Class 4（該級(jí)別在 IEEE 802.3af 中有描述，但留作將來(lái)使用），可將功率水平擴(kuò)展到 25W 或更高。新標(biāo)準(zhǔn)正由專門小組制定，預(yù)計(jì)在 2008 年底或 2009 年初發(fā)布。 二、IEEE 802.3af 與 IEEE 802.3at 比較 與 802.3af 相比，802.3at 可輸出 2 倍以上的電力，每個(gè)端口的輸出功率可在 30W 以上，因此可大幅拓寬 PoE 的應(yīng)用領(lǐng)域：雙波段接入，視頻電話，802.11 接入，RFID 接入，工業(yè)傳感器，POS 終端等都將可以應(yīng)用 PoE 技術(shù)來(lái)給終端提供充足的電力。 就標(biāo)準(zhǔn)而言，兩者在功率、分級(jí)、線纜上有不同的定義，下表是兩者的比較： 圖：嘉興海棠電子參加POE供電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 802.3af 與 802.3at 的對(duì)比 在802.3at 制定之初，IEEE 就目標(biāo)作過表述，以下可以參考： The 802.3at Task Force objectives are along the following lines: • 802.3at should operate on CAT5 and higher infrastructure, unlike 802.3af, that had take into account the CAT3 limitations • 802.3at should follow the power safety rules and limitations pertinent to 802.3af • A 802.3at PSE must be backwards compatible with 802.3af, being able to power both 802.3af and 802.3at PD's • 802.3at should provide the maximum power to PD's as allowed within practical limits, at least 30W • 802.3at PDs, when connected to a legacy 802.3af PSE, will provide the user an indication that a 802.3at PSE is required. • Research the operation of midspans for 1000BASE-T • Research the operation of midspans and endspans for 10GBASE-T 三、POE+關(guān)鍵問題 當(dāng)該任務(wù)組開始著手制定一個(gè)更高功率的新標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，很多人都認(rèn)為這將是一項(xiàng)可在短時(shí)間內(nèi)完成的任務(wù)，只需增加電流和電壓而已，至少 40W 的功率就唾手可得。但是，當(dāng)該任務(wù)組開始探究與較高功率有關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)時(shí)，很多問題出現(xiàn)了，其中有些問題目前仍未解決。 1、電纜載流量與散熱問題 電纜載流量是最基本的問題之一，也最先被提出。而且，對(duì)于這一基本問題，直到近期電纜專家們才給出了答案。像所有電子組件一樣，電纜工作時(shí)也有最高環(huán)境溫度要求，令人關(guān)切的是，電纜過熱可能損壞絕緣材料，從而改變傳輸特性并縮短外部絕緣層的預(yù)期壽命。最近，美國(guó)電信行業(yè)協(xié)會(huì)(TIA)發(fā)布了一些初步的指引，建議當(dāng)電纜制造廠每束電纜的根數(shù)被限制為 100 時(shí)，CAT5E 可以支持每導(dǎo)線 360mA 的載流量(所有導(dǎo)體均處于運(yùn)行狀態(tài))。在電纜環(huán)境溫度達(dá)到 45℃時(shí)，這樣的工作電流是可以接受的，若要在更高的溫度條件下工作，則需要降額。 此外，由于電纜通常被匝成電纜束并置于配線柜中，因此線纜束的散熱問題亦需要考量。 2、數(shù)據(jù)變壓器(Data Transformer) 數(shù)據(jù)變壓器是系統(tǒng)中第二個(gè)真正令人關(guān)切的組件。如大家所知，數(shù)據(jù)變壓器用來(lái)將數(shù)據(jù)信號(hào)從 PHY 交流耦合到電纜中，同時(shí)注入用作 PoE 電源的直流電流。隨著該變壓器中直流電流的升高，并聯(lián)電源通路中小的電阻不平衡在變壓器中引起偏移電流，這會(huì)降低該變壓器的電感。電感的這種減小將使數(shù)據(jù)傳輸特性發(fā)生劣化，而且，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)導(dǎo)致很高的誤碼率(BER)或數(shù)據(jù)的完全丟失。早期報(bào)道認(rèn)為，從物理上看，不可能開發(fā)出能同時(shí)傳送較高電流并保持嚴(yán)格的千兆位以太網(wǎng)傳輸特性的數(shù)據(jù)磁性元件。不過，多個(gè)數(shù)據(jù)變壓器公司已經(jīng)證明，這在物理上是可能的。 3、分級(jí)機(jī)制 新的分級(jí)機(jī)制是需要仔細(xì)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的領(lǐng)域之一，該機(jī)制使供電設(shè)備(PSE)和受電設(shè)備能夠相互識(shí)別。有了這種相互識(shí)別能力，供電設(shè)備就可以恰當(dāng)?shù)叵?af(又稱為 Type1 硬件)和.at(Type2)受電設(shè)備供電，.af受電設(shè)備也可以由.at 供電設(shè)備供電，而且.at 受電設(shè)備能夠知道它是否能得到其較大負(fù)載所需的全部功率。每種組合都需要有明確定義和一致的工作規(guī)則，這樣才能保持被認(rèn)為是802.3 標(biāo)準(zhǔn)支柱的互操作性。802.3at采用了更加詳盡的硬件分級(jí)機(jī)制和新的數(shù)據(jù)層機(jī)制，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這種相互識(shí)別。 802.3at 硬件分級(jí)被稱為“兩事件分級(jí)”(2-event classification)，并涉及那些基本上重復(fù)兩次 802.3af 電壓探測(cè)的 PSE。每次對(duì) PD 的電壓探測(cè)都同時(shí)引起一個(gè)被吸收的電流脈沖(參見圖)，該電流脈沖對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的功率級(jí)。首先，PSE 在數(shù)據(jù)或備用線上確定一個(gè) 15.5V至20.5V 的電壓脈沖。PD 以高達(dá) 40mA 的電流響應(yīng)，告訴 PSE 它是 4 個(gè)功率級(jí)中的哪一個(gè)。雙脈沖是一個(gè)至PD 的信號(hào)，告訴PD 所連接的PSE 確實(shí)是一個(gè)大功率PSE，能夠提供802.3at 規(guī)定的較高功率。802.3at PD 以 4 級(jí)電流響應(yīng)，告訴 PSE 它是一個(gè)大功率 PD，需要 29.5W 功率。在 802.3af 中，Layer1 分級(jí)方法是可選的方法，供 PSE 查詢 PD，以確定 PD 的功率需求。在 802.3at 規(guī)范中，命令 PSE 執(zhí)行這種分級(jí)方法。 802.3at 任務(wù)組面臨著許多挑戰(zhàn)。尤其是，他們尚未決定最大電纜電流限值、尚未采用一種針對(duì)數(shù)據(jù)磁性元件飽和問題的解決方案、而且也沒有完成 Layer2 消息集的定義。然而，盡管存在這些懸而未決的事項(xiàng)，該規(guī)范仍在不斷地確立，而且，半導(dǎo)體公司和系統(tǒng)公司都已開始設(shè)計(jì)相關(guān)的硬件，以待此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的最終出臺(tái)。即使這些懸而未決的問題明天就能解決，仍然要經(jīng)過大量評(píng)審和批準(zhǔn)流程，任何標(biāo)準(zhǔn)都是這樣，因此預(yù)計(jì)近期該標(biāo)準(zhǔn)還不會(huì)發(fā)布。根據(jù)迄今為止的情況估計(jì)，最快也要到 2008 年末或 2009 年春季標(biāo)準(zhǔn)才能發(fā)布。在了解了該標(biāo)準(zhǔn)仍然處于進(jìn)展中以后，我們來(lái)看一看還有哪些相關(guān)數(shù)據(jù)。就 PoE 系統(tǒng)而言，定義功率有兩個(gè)不同的位置：PSE 輸出連接器和 PD 輸入連接器。PSE 現(xiàn)在必須能夠以最低 50V 的輸出電壓連續(xù)提供至少 720mA 電流。這轉(zhuǎn)換成 36W 的 PSE 輸出功率。電纜電阻的設(shè)計(jì)值不大于 12.5Ω，從而使 PD 連接器上的可用功率達(dá)到了 29.5W。還必須考慮 48V 電壓轉(zhuǎn)換效率，因此最終 PD 負(fù)載有大約 25W 功率可用。 |
