通過方案的系統設計及測試，論證了POE芯片結合網絡交換機實際應用的可行性，該方案設計完整，運行穩定，能充分滿足后端網絡的各類受電器件的正常工作。

　　一、引言

　　POE（Power Over Ethernet）以太網供電，指的是在現有的以太網Cat.5布線基礎的架構下不作任何改動，在為一些基于IP的終端設備（如IP電話機、無線局域網接入點AP、網絡攝像機等）傳輸數據信號的同時，還能同時為此類設備本身提供直流供電的技術。POE設備包括電源輸出設備PSE和電源接受設備PD，本文重點討論電源輸出設備PSE.

　　利用POE技術，用戶無需再為每個連接POE的終端設備提供墻壁電源，從而節省了為連接IP電話、無線LAN接入點、視頻監視攝像機、建筑物管理系統和遠程視頻亭等設備所須的電源布線成本。

　　此外，借助PoE，企業還能夠將一些關鍵的設備鎖定在一個電源上，用UPS備份電源支持整個系統，如此一來，必將大大提高整個系統的供電保障，從而提高整個系統設備的可靠性和安全性。

　　二、系統遵循的標準

　　隨著以太網在全球使用日漸趨于平民化，相應的組網設備迅速得以開發，在長期的使用中，與之配套的供電電源一直是困擾組網的終端設備進一步普及的瓶頸之一。于是，通過以太網數據線對或備用線對來實現以太網設備供電的標準自然地隨著市場的需求和技術的開發得以頒布執行。

　　IEEE802.3af標準對以太網供電（POE）及相關的實施細則做了詳盡的規定。該標準作為一個基于以太網絡的電源傳輸協議，詳細規定了相應的送電設備（PSE）對受電設備（PD）進行供電的機理。其中包括了對受電設備進行在線測試，分級處理，啟動供電，斷接保護等多項技術的實施細則。協議還對以太網輸電線路（PTL）作了詳細的規定。

　　本文的系統方案完全建立在上述標準的基礎上進行設計，系統在確保現有結構化布線安全的情況下，同時保證現有網絡的正常運作，從而最大限度地降低了成本。

　　三、芯片選擇與電路設計

　　在系統設計前，我們比對了國際上多款能實現PSE功能的芯片，美國美訊公司的MAX5980因其設計卓越，配套方案合理，整個管控渠道的通暢而引起了我們的注意。這在為我們以后的設計起到至關重要的作用。

　　MAX5980是一款四通路的電源送電設備（PSE）的電源控制器。芯片是專門為用于符合IEEE 802.3at/af及兼容的PSE設備設計的。

　　根據標準的要求，該器件針對后端的受電設備具有，探測，分級，限流，和負載斷開檢測等功能。該器件支持全自動操作同時支持軟件編程控制。該器件還支持新的兩事件分級和針對大功率的受電設備的第5類探測和分級功能。

　　該器件支持單電源供電，每個端口（第五類啟用）可提供高達70W的功率，同時可提供對后端原有的受電設備的高容抗檢測。

　　根據MAX5980的技術特性，我們首先設計了一個4路PSE的電原理圖，如圖1所示。

　　根據芯片資料，PSE控制器MAX5980的輸入電壓設計為48V直流。芯片的輸出部分采用4個大功率的場效應管作為4個網絡供電輸出的電流控制端。

　　48V直流輸入由開關電源提供。電源通過網絡端口輸出，提供給后端的受電設備。場效應管是整個電源輸出的控制回路中的關鍵元件。回路中場效應管的源極接0.25歐姆取樣電阻，然后再返回到芯片。

　　輸出電流經場效應管，通過取樣電阻采樣，監測輸出回路的電流。芯片可以隨時通過SENSE端口進行取樣，讀取后端PD設備的負載特征。經過判斷，芯片可控制場效應管的G極做出各種控制響應。

　　根據802.3at協議的定義和芯片的功能設計，芯片將根據不同的采樣數據進行判斷，然后再進行檢測，分級，端口電壓啟動，過流保護，欠壓和過壓保護等動作。從而實現整個芯片系統的運行。

　　在調試過程中，在48V輸入端并接了2個0.1uf的電容，用來抑制電源的紋波系數，增強抗干擾能力，提高電源的可靠性。同時，在48V的端還選用了SMIB58瞬態抑制管，用于防止大電流的沖擊，避免器件受損。

　　MAX5980的1、2、3腳為外接串行總線的接口線，本文中不采用I2C串行總線，根據設計文獻要求，必須將這3根線接地。

　　芯片的5、6、7、8腳作為器件的從地址的位置編碼端，在設計中也必須接地。

　　根據IEEE802.3af協議對PSE和PD之間接口定義的連接標準，POE的網絡交換機的端口接線方法有兩種接法，如圖2、圖3所示。

　　圖2為A型接法，其中的RJ45端口在承擔傳輸輸入輸出信號的同時還需要傳輸直流電，1、2芯線為正極輸出，3、6芯線為負極輸出。

　　圖3為B型接法，圖3所示的RJ45的4、5，7、8芯線用做PSE的直流電源的輸出。其中的4、5芯線連接電源的正極，7、8芯線連接電源的負極。

　　由于在RJ45的端口定義中，4、5，7、8芯線不承擔信號傳輸的功能，因此，在PSE的設計中需要考慮的電氣特性相對簡單。本文中選擇了B型接法作為系統設計的電源輸出，這也將為之后的與交換機芯片合成帶來方便。

　　MAX5980的取樣關鍵在于輸出電路取樣電阻的測試精度，因此，在具體的PCB布線設計時采用了開爾文檢測的布線方式，從而保證了電路的測試精度。這點在具體的布線布局和設計中尤為重要。每個取樣電阻都采用1206的封裝，可以減少因電路的走線帶來的采樣偏差。

　　四、交換芯片的配合應用

　　本系統采用IP175C芯片作為以太網網絡交換機的處理器。該芯片是專門為小型的企業和家庭級的以太網交換機設計的處理芯片，芯片已經長期使用，狀態情況良好，性能穩定，業界評價很高，是與MAX5980相配合的理想的交換芯片。

　　有關IP175C芯片這部分本文不再進行展開描述，重點對修正部分進行必要的闡述。

　　為保證MAX5980的工作穩定，IP175C的工作電壓必須從MAX5980的輸入端接入，通過LM2594降壓至IP175C所需的工作電壓。同時，網絡交換機和PSE的端口指示電路的供電電壓也必須從MAX5980的輸入端接入。

　　以太網的數據信號，經過IP175C處理器進行交換處理，信號從RJ45端口輸出，接口電路如圖4所示。

　　為了保證數據信號的傳輸質量，芯片信號的輸入輸出都是成差分對的，在設計和布線時候都必須圍繞著這個特點展開。

　　如圖4所示電路中的網絡隔離變壓器主要用作傳輸信號中的電平轉換，以增強數據信號的傳輸能力，提高信號的抗干擾能力。

　　PSE的直流輸出如圖所示接入，并通過RJ45端口輸出為后端供電。為了保證電氣特性穩定，在2個端口和機殼間都增加了濾波電容。

　　五、POE網絡交換機的仿真測試

　　下圖所展示的是POE網絡交換機仿真測試示意圖。

　　MAX5980在與IP175C網絡芯片構成完整的5口的帶有POE功能的網絡交換機后，其中的第一端口作為網絡級聯口，用作連接上層交換設備。其余的4個網絡端口都具有對后端進行網絡供電的帶有POE功能的端口。在根據上文的系統方案設計完成后，經過仿真測試，該方案的設計完全滿足設計時所提出的要求。系統工作正常，性能穩定可靠。

　　六、結束語

　　本文通過對MAX5980芯片與以太網網絡交換機芯片進行聯合分析，提出了基于MAX5980芯片的POE網絡交換機設計方案。本文設計的POE交換機作為新推出的網絡交換設備，對以太網的方便架構起著十分重要的作用。

　　最后通過方案的系統設計及測試，論證了POE芯片結合網絡交換機實際應用的可行性，該方案設計完整，運行穩定，能充分滿足后端網絡的各類受電器件的正常工作。