0 概 述
以太網(wǎng)供電POE(Power Over Ethernet)是一種允許在以太網(wǎng)線雙絞線上同時傳輸數(shù)據(jù)和電能的技術，該技術作為IEEE標準802.3af在2003年6月得到了批準。IEEE技術使得以太網(wǎng)雙絞線在傳輸數(shù)據(jù)包的同時可以向遠端(100 m)的網(wǎng)絡設備提供大約13 W的功率.這就意味著像I工，電話、無線接入點、IP，網(wǎng)絡照相機這樣的網(wǎng)絡設備可以不再需要本地的交流電源就能獲得電能而正常工作；同時使得這些設備的安裝和維護比較方便和靈活；并且由于無需考慮設備的供電問題.因此有效地降低了網(wǎng)絡基礎建設的成本，由此可見POE技術的優(yōu)越性是很明顯的。
1 工作原理
通過以太網(wǎng)線雙絞線完成對網(wǎng)絡設備的供電，需要兩個設備，一個是提供電源的設備稱為供電設備PSE(Power Supply Equipment)，PSE在每個供電端口(RJ-45端口)上提供最大電流約350 mA的48 V直流電源，直接驅(qū)動以太網(wǎng)雙絞線，扣除以太網(wǎng)雙絞線(最長100 m)上的功率損耗，供電設備可以向終端的網(wǎng)絡設備提供約13 W的功率；而從以太網(wǎng)雙絞線上獲取電能的設備被稱為受電設備PD(Powered Device)。以太網(wǎng)供電系統(tǒng)要能與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡系統(tǒng)兼容，要求必須符合802.3af標準。標準規(guī)定在一定的時間內(nèi)，供電設備PSE必須完成對終端網(wǎng)絡設備的檢測和分級，然后決定是否對其供電以及輸出多少功率。這一規(guī)定可以保障不兼容POE的網(wǎng)絡設備不至于受到48 V電源的破壞。所以供電設備的卞要功能是檢測是否有兼容POE的設各(PD)連按入POE系統(tǒng)或從POE系統(tǒng)中斷開，井對受電設各進行分級，以提供相應功率的電源或切斷電源。根據(jù)應用類刑的不同，802.3af標準允許供電設各有兩種方法實現(xiàn)對PD供電：
一種是端點PSE(Endpoint PSE)，即在同一個設各內(nèi)嵌入了以太網(wǎng)交換機等數(shù)據(jù)交換模塊和電源模塊。在這種供電模式中，可以選擇以太網(wǎng)雙絞線中的信號線對(1，2和3，6)或者“空閑線對”(4，5和7，8)來承載48 V直流電源。當選擇信號線對傳輸電源時，48 V DC通過加在隔離變壓器的兩個中心抽頭上來實現(xiàn)對受電設各的供電(圖1)，從而避免了對數(shù)據(jù)信號的影響。由于電源可以疊加在信號線對上，所以這種方式的POE系統(tǒng)可以支持千兆以太網(wǎng)。將端點PSE應用于網(wǎng)絡系統(tǒng)時，由于需要更換現(xiàn)有的網(wǎng)絡設各，所以端點PSE較適合于建設新的網(wǎng)絡系統(tǒng)。
圖1 端點PSE使用信號線對或空閑線對傳送電源
另一種是中跨PSE(Midspan PSE)，即供電設備和傳統(tǒng)的交換設備是分離的。在這種供電模式中，PSE安裝在傳統(tǒng)的交換設備和終端設備之間，通過以太網(wǎng)雙絞線中的“空閑線對”注入電源(圖2)。將中跨PSE應用于網(wǎng)絡系統(tǒng)時，由于無需對現(xiàn)有的網(wǎng)絡設備和結構進行大的改動，所以中跨PSE較適合于對現(xiàn)有的以太網(wǎng)系統(tǒng)進行升級改造。
圖2 中跨PSE使用空閑線對傳送電源
以太網(wǎng)供電系統(tǒng)要能正確而安全的工作，要求供電設各和受電設各的設計必須遵循IEEE 802.3af以太網(wǎng)供電規(guī)范中所定義的幾個條件。下面介紹以太網(wǎng)供電系統(tǒng)在工作時的四個主要過程：
(1)檢測
供電設各首先要檢測連按在線纜上的終端網(wǎng)絡設各是否符合802.3af標準的PD，一個符合規(guī)范的PD必須在一定的時限內(nèi)提供特有的檢測特征。PSE的檢測過程如下：在建立以太網(wǎng)供電連按時，PSE首先向線纜上送出2.8 V至10.1 V的限流電壓，同時啟動檢測算法。此時，如果終端用電設各通過以太網(wǎng)線纜旱現(xiàn)出如表1的特征值，則該用電設各被稱為有效的PD；這將導致線纜中的電流發(fā)生特定的變化，即相當于向PSE提出供電請求。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡設各在RJ45端口上的特征阻抗通常較小，約為150 Ω，稱為無效的PD。其特征值如表2所示，PSE將不會向這些網(wǎng)絡設各輸出48 V直流電源，以保障傳統(tǒng)網(wǎng)絡設各不會受到破壞。此外，從表1和表2可以看出，供電設各PSE可以按受一個寬范圍的特征阻抗(19 kΩ～26.5 kΩ)，以減少網(wǎng)絡系統(tǒng)中存在的寄生電阻的影響。至此，PSE完成了對終端用電設各的檢測，即區(qū)分出了哪些網(wǎng)絡設各是符合標準的受電設各。
表1 有效PD的特征
表2 無效PD的特征
(2)分級
由于受電設備的種類很多，需要的電源功率各不相同，所以在供電設備正確檢測到受電設備以后，接著向線纜上施加一個15 V至20 V的探查電壓，以決定輸出多大的功率給連接在線纜上的受電設備，這個過程稱為PD功率分級。在這個過程中，符合規(guī)范的受電設備會將一個分級電阻串聯(lián)到線纜中。同時，受電設備表現(xiàn)得近似為一個恒流源，用來指示本用電設備將要吸取的最大功率。供電設備通過測量以太網(wǎng)雙絞線中的電流大小來確定受電設備屬于哪個功率分級，然后輸出相應的功率。802.3af標準規(guī)定了。0～4共5個功率級別，如表3所示。
表3 PD功率分級及其分級特征
(3)供電
PSE在成功檢測到PD和完成對PD的分級以后，接著將施加在雙絞線對上的電壓迅速升高到48 V，開始向受電設各正常供電，同時受電設各中的檢測電路(檢測電阻和分級電阻)立即被切斷，使得檢測電路不會繼續(xù)消耗電源的功率。
(4)斷開檢測
供電設各給受電設各供電以后，如果供電設備不能在受電設各己經(jīng)從系統(tǒng)中斷開后迅速切斷電源，則這一帶電的RJ45端口可能接通一個傳統(tǒng)的網(wǎng)絡設備，使其受到破壞性的影響。所以供電設各必須能夠檢測PD的”維持功率”特征來判斷受電設各是否己經(jīng)從系統(tǒng)中斷開，從而決定是否斷開對受電設各的供電。802.3af標準定義了兩種檢測受電設各斷開的方式，即DC斷接和AC斷接，DC斷接是通過測量從一個RJ45端口吸收的最小電流，以確定受電設各是否己經(jīng)從線纜中斷開；AC斷接是通過測量受電設各的阻抗來進行斷開檢測，這種方式被認為是一種更加準確的受電設各斷接檢測法。
2 實例
很明顯POE系統(tǒng)中供電設各和受電設各兩種設各的設計必須符合以太網(wǎng)供電規(guī)范，以免對傳統(tǒng)的網(wǎng)絡設各產(chǎn)生破壞性的影響。凌特公司推出了一套滿足以太網(wǎng)供電標準的電源管理芯片(LTC4259和LTC4267)，從而大大簡化了符合POE規(guī)范的網(wǎng)絡設各的設計。LTC4259是一款為端點和中跨PSE而設計的四路PSE控制器，它集成了PD特征檢測、PD功率電平分級、AC和DC斷開檢測以及電流限制等保護功能，且可以無需采用微控制器。這顆芯片可以自主選擇工作在自動、半自動和手動模式。自動模式允許器件在無需軟件干預的情況下而正常工作；半自動模式連續(xù)檢測并分級連接到端口上的網(wǎng)絡設各，但在接到供電指令前不會給端口供電；手動模式允許軟件完全控制器件，所以通常用于對系統(tǒng)進行診斷。LTC4267為受電設備的設計提供了一個完整的解決方案，它集成了用于供電設備進行檢測、分級的特征值，并且具備完再的保護功能，從而簡化了受電設備PD的設計。
3 以太網(wǎng)供電技術的發(fā)展
802.3af標準規(guī)定，在每個RJ45端口上，供電設備可以通過以太網(wǎng)雙絞線向用電設備提供的最大功率約為13 W。如果超過這一功率，便可能會干擾以太網(wǎng)雙絞線中數(shù)據(jù)信號的傳輸，所以有限的可用功率阻礙著POE技術進一步的發(fā)展。在市場的推動下，IEEE于2004年9月成立了一個研究小組(POE Plus)來討淪如何增加供電設備PSE輸出的最大功率(高功率的PSE)，以滿足受電設備不斷增加的功率需求。由POE Plus研究組建立的新標準可能允許供電設備PSE輸出30～40 W的功率，同時保證POE系統(tǒng)的安全性和可靠性。也就是說，在不久的將來，高功率POE技術可以支持高功率的受電設備(HPD)直接通過以太網(wǎng)雙絞線獲得電源，比如筆記本計算機等。
POE技術允許受電設備PD通過以太網(wǎng)線同時接收電能和收發(fā)數(shù)據(jù)，所以當設計新的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)或升級一個現(xiàn)有的網(wǎng)絡系統(tǒng)時，采用POE構架可以有效地減少投資成本，同時可以使網(wǎng)絡的運行更加穩(wěn)定可靠，安裝和維護更加便捷。POE技術正以其特有的優(yōu)勢迅速被越來越多的人們所接受。目前，盡管支持POE技術的前端供電設備和終端受電設備還不多見，但是由于POE系統(tǒng)的低成本、高可靠性和易用性等特點，我們相信，在未來一段時間，POE技術必將很快被設備制造商和用戶所接受。
（轉(zhuǎn)載）
