以太網(wǎng)供電 （PoE） 是一種越來越流行的通過現(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)用對電源的需求也在增長。

新的專有標準 LTPoE++?，通過將 PoE 和 PoE+ 規(guī)格擴展到 90W 的 PD 傳輸功率來滿足這種需求。與其他功率擴展解決方案相比，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。即插即用的簡單性和安全、可靠的供電是 LTPoE++ 的標志。該標準的功能將以太網(wǎng)供電應(yīng)用領(lǐng)域擴展了幾個數(shù)量級，實現(xiàn)了全新類別的PD，例如高功耗的微微蜂窩、基站或用于平移-傾斜-變焦攝像機的加熱器。

PoE 的歷史

PoE 是通過銅質(zhì)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)布線發(fā)送直流電源的標準協(xié)議。管理802.3以太網(wǎng)數(shù)據(jù)標準的IEEE小組在2003年增加了PoE功能。最初的PoE規(guī)范稱為802.3af，允許高達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)布了一項新標準，稱為802.3at或PoE+，提高了電壓和電流要求，以提供25.5W的功率。

IEEE 標準還定義了 PoE 術(shù)語，如圖 1 所示。為網(wǎng)絡(luò)供電的設(shè)備稱為 PSE 或供電設(shè)備，而從網(wǎng)絡(luò)獲取電力的設(shè)備稱為 PD 或用電設(shè)備。PSE 有兩種類型：端點（通常是網(wǎng)絡(luò)交換機或路由器），它同時發(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、無線接入點、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 25.5W 的功率。

LTPoE++ 演進

IEEE PoE+ 25.5W規(guī)范尚未最終確定，因為很明顯，對超過25.5W的交付功率的需求顯著且不斷增加。為了滿足這一需求，LTPoE++ 規(guī)范可靠地為 LTPoE++ PD 分配高達 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和分類擴展。LTPoE++ 向后兼容，可與現(xiàn)有的類型 1 和類型 2 PD 互操作。與其他專有的功率擴展信號不同，凌力爾特的LTPoE++提供了PSE和PD之間的相互識別。 LTPoE++ PSE可以區(qū)分LTPoE++ PD和所有其他類型的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 類型 1 和 Type 2 設(shè)備無縫互操作。類型 1 PSE 通常包含 13W 及以下的 802.3af 功能。2 類 PSE 將傳統(tǒng) PoE 擴展到 25.5W。以下幾點參考表1：

1 型 PSE 將以高達 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 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 類和 2 類 PSE 時，也能以有限的功能供電。

LTPoE++ PSE 與類型 1 和類型 2 PD 互操作。LTPoE++ PD 的供電達到 LTPoE++ PSE 的設(shè)計限制。識別出 LTPoE++ PD 后，如果 PSE 額定功率達到或超過請求的 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 標準的 PD 檢測

LTPoE++ 物理檢測和分類是現(xiàn)有方案的簡單、向后兼容的擴展。其他電源擴展協(xié)議違反了 IEEE 規(guī)范，如圖 2 所示，并冒著啟動已知不合規(guī) NIC 的風險。任何違反IEEE規(guī)定的檢測電阻規(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)備的風險。

圖2.IEEE 802.3 在簽名電阻范圍內(nèi)。

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

優(yōu)先級 1：不要打開不應(yīng)該打開的內(nèi)容。

優(yōu)先級 2：打開你應(yīng)該做的事情。

凌力爾特 PSE 利用四點檢測提供極其穩(wěn)健的檢測方案。通過強制電流和強制電壓測量檢查特征電阻，將誤報檢測降至最低。

LTPoE++ 優(yōu)勢

標準 PoE PSE 使用四個可用以太網(wǎng)電纜對中的兩個供電。一些功率擴展拓撲在一根電纜上使用兩個 PSE 和兩個 PD，以提供 2 × 25.5W 的功率。這種“雙類型 2”拓撲如圖 3 所示。這種策略的主要問題是它使組件數(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)計考慮，PD上需要兩個DC/DC轉(zhuǎn)換器，每個PD元件一個，其中每個DC/DC轉(zhuǎn)換器都是相對復(fù)雜的反激式或正激式隔離電源。

圖3.擴展 PoE+ 電源的昂貴方法。雙 Type 2 PD 提供比標準 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 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以通過對 PD 的輸出功率進行 OR運算來消除，如圖 4 所示。這種方法仍然需要兩個PSE和兩個PD，并具有相關(guān)的成本和空間缺點。功率ORing二極管產(chǎn)生的壓降可以被認為是使用單個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)在浪涌保護測試開始之前仍然具有吸引力。由于浪涌保護容差的內(nèi)在降低，這些解決方案很少能滿足PD設(shè)計目標。

圖4.更便宜但有缺陷的擴展 PoE+ 電源的替代方案。該方案類似于圖3所示的雙2類設(shè)置，但二極管ORed功率共享架構(gòu)通過消除PD中的一個DC/DC轉(zhuǎn)換器來降低部分成本。然而，由于浪涌保護容限的內(nèi)在降低，這些解決方案很少能滿足PD設(shè)計目標。

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

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

LLDP互操作性和選項

在PoE系統(tǒng)的選擇和架構(gòu)過程中，許多PD設(shè)計人員驚訝地發(fā)現(xiàn)鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議（LLDP）實施的隱性成本。LLDP是IEEE規(guī)定的PD軟件級電源協(xié)商。LLDP需要擴展到標準以太網(wǎng)堆棧，并且可能代表大量的軟件開發(fā)工作。不幸的是，開源社區(qū)提供LLDP支持的努力仍處于起步階段。

雖然類型 2 PSE 可以選擇實施 LLDP，但完全符合 IEEE 標準的類型 2 PD 必須同時實現(xiàn)物理分類和 LLDP 電源協(xié)商功能。首先，這給所有第2類PD帶來了LLDP軟件開發(fā)的負擔。此外，LLDP要求推斷出的雙電源要求使設(shè)計變得復(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LLDP協(xié)商提供額外功率。顯然，此要求會增加開發(fā)和系統(tǒng)成本和復(fù)雜性。

LTPoE++ 提供 LLDP 實現(xiàn)選項。LTPoE++ PSE 和 PD 在硬件級別自主協(xié)商功率電平要求和功能，同時與基于 LLDP 的解決方案保持完全兼容。簡而言之，LTPoE++使系統(tǒng)設(shè)計人員可以選擇實現(xiàn)或不實現(xiàn)LLDP。專有的端到端系統(tǒng)可能會選擇放棄LLDP支持。這創(chuàng)造了上市時間優(yōu)勢，同時進一步降低了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。在進行有用的比較之前，必須仔細檢查PSE和PD供電能力的聲明。一個供應(yīng)商可能將PSE提供的功率描述為PSE提供的功率，另一個供應(yīng)商可能描述為PD提供的功率，而PD設(shè)計人員通常關(guān)心應(yīng)用的功耗。

盡管 PSE 功率指標是三者中最不有用的，但它是營銷材料中最常引用的指標。PSE 電源通常定義為以太網(wǎng)電纜的 PSE 端提供的功率。當供應(yīng)商指定最大額定電壓下的功率時，功率能力有時會進一步失真，而這很少實現(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，因為它必須考慮超過 100 米的 CAT-5e 電纜的重大損耗。PD電源聲明不對應(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)商對此是未知的。

當考慮所有系統(tǒng)效應(yīng)時，PD設(shè)計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。這個指標雖然最能說明問題，但卻是最難準確指定的。

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

PSE 可用性

凌力爾特致力于LTPoE++技術(shù)，并提供整個系列的PSE和PD解決方案。現(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)考驗的交付記錄和可靠性聲譽，LTPoE++ 是市場上最全面的高功率解決方案。LTPoE++ 系統(tǒng)簡化了電源傳輸，使系統(tǒng)設(shè)計人員能夠?qū)⒃O(shè)計工作集中在高價值應(yīng)用上。