以太网供电基础知识

2003年6月以太网供电 (PoE) IEEE 标准的发布已成为因特网协议 (IP) 设备发展的有利条件。通过以太网同时提供专用设备所需的 13W 的电源和数据，从而降低了进入的门槛，进而使非常昂贵的解决方案变得可行。对诸如IP 摄像头、无线接入点或IP 电话等设备的基础设施的安装已变得如同在冲模 (punch block) 中截线一般简单。本文将以一种简单直接的方式讲述 PoE 的基础知识。
PoE 硬件可分为两种类型：为以太网链路提供电力的设备以及用电设备。为链路提供电力的设备我们称之为供电设备 (PSE) ，用电设备 (PD) 的名称也同样非常好理解，即消耗以太网链路上电力的设备。本文将二者相互结合分别对 PSE 和 PD 做了最佳评估。
乍一想，以太网供电似乎是一项微不足道的技术。标准电话在相同配线中同时提供电源和数据已有一百多年了。但是，对于以太网来说，在人们想为其添加电力之前，其已经有非常大的市场保有量。如果给现有的以太网线缆施加电压，那么所有已部署的每一台设备都可能会遭到损坏或破坏。为了避免这一缺陷，撰写该标准任务小组开发出了一种保护该设备的措施，从而可以向该设备施加电力。
向链路施加电压之前，由 PSE 来完成检测程序。PSE 通过使用至少两个低压和限流电平对链路进行检测，查找 PD 的特殊签名（其为 25KΩ 的电阻斜率）。这些信号应介于 2.8V～10V 之间，且不具备提供高于 5mA 电流的能力。在一定的条件下，该标准只需要两个测试探针就可将无效签名变成有效签名。当前最佳的实践采用了三个（有时为四个）独立的探针信号，这是标准所允许的探针信号数量。
如果 PSE 成功地检测到一个 PD，然后其可能会向链路供电。如果 PSE 没有向链路供电，那么其必须在 400ms 内再做一次同样的检测，或一直运行该检测程序。一旦向链路成功供电，则 PSE 必须对链路进行监控，以确保既不会发生过电流事件又可满足 PD 所需电力的供应。过电流的出现几乎可以肯定要么连线出现了故障，要么 PD 出现了故障。然而，由于用户为 PD 缚上了一个本地电源或将 PD 与链路断开了，PD 可能不再需要电力。PoE 无法弄清楚到底 PD 是与链路断开了还是“不需要”供电了，但最终结果都是一样的，PSE 将不在为该端口提供电力。
除了检测对 PD 的供电以外，PSE 可能还会通过一个称为“分类”的程序试图询问 PD 还需要多少电力。虽然规范标准未对此做出要求，但大多数 PD 均提供了有用的分类信息，大致将其分为：1/4、一半或满功率运行的设备。PSE 利用这一信息对其电源进行高效分配。
在线缆的 PD 端，情况几乎是一样的。当 PD 检测并输入 2.7V～10.1V 电压时，其必须与一个 25KΩ 的负载相连。如果 PD 的输入范围为 14.5V～20.5V，那么 PD 将与一个恒流负载相连，该负载会显示出 PD 所消耗的电量。请注意，通过该电流负载报告分类信息为可选项。但是，当前市场上的每一款集成的 PD 芯片都支持该特性，且报告的信息都非常有用。一旦输入端口的电压范围介于 36V～42V 之间，PD 电源将开启；输入端的电压回落至 36V～30V 时，PD 电源将关闭。与 PSE 不同，在 PD 中没有跟随状态连续性的要求。PD 是一个纯电压驱动型函数。
现实应用和对其进行设计的工程师一定很关心以下问题，如：浪涌保护、噪声抗扰度以及辐射频谱。但是，IEEE 规范不包括某些隔离要求，不能将它们和终端设备目标市场的安全要求相混淆。这些要求大大超过了 IEEE PoE 规范的范围，且其他规定和要求对此做了说明。IEEE 规范不要求 PSE 满足限功率电源的要求就是一个非常明显的例外。
利用现有的集成电路，硬件设计人员摆脱了此处所述的 IEEE 规范所有细则的束缚。本文应该提供了足够的信息，以使设计人员对其实施的新型 PoE 技术应用更加放心。