一種基于MAX5980芯片的POE網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)計方案

　　通過方案的系統(tǒng)設(shè)計及測試，論證了POE芯片結(jié)合網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實際應(yīng)用的可行性，該方案設(shè)計完整，運行穩(wěn)定，能充分滿足后端網(wǎng)絡(luò)的各類受電器件的正常工作。

　　一、引言

　　POE（Power Over Ethernet）以太網(wǎng)供電，指的是在現(xiàn)有的以太網(wǎng)Cat.5布線基礎(chǔ)的架構(gòu)下不作任何改動，在為一些基于IP的終端設(shè)備（如IP電話機(jī)、無線局域網(wǎng)接入點AP、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等）傳輸數(shù)據(jù)信號的同時，還能同時為此類設(shè)備本身提供直流供電的技術(shù)。POE設(shè)備包括電源輸出設(shè)備PSE和電源接受設(shè)備PD，本文重點討論電源輸出設(shè)備PSE.

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

　　此外，借助PoE，企業(yè)還能夠?qū)⒁恍╆P(guān)鍵的設(shè)備鎖定在一個電源上，用UPS備份電源支持整個系統(tǒng)，如此一來，必將大大提高整個系統(tǒng)的供電保障，從而提高整個系統(tǒng)設(shè)備的可靠性和安全性。

　　二、系統(tǒng)遵循的標(biāo)準(zhǔn)

　　隨著以太網(wǎng)在全球使用日漸趨于平民化，相應(yīng)的組網(wǎng)設(shè)備迅速得以開發(fā)，在長期的使用中，與之配套的供電電源一直是困擾組網(wǎng)的終端設(shè)備進(jìn)一步普及的瓶頸之一。于是，通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)線對或備用線對來實現(xiàn)以太網(wǎng)設(shè)備供電的標(biāo)準(zhǔn)自然地隨著市場的需求和技術(shù)的開發(fā)得以頒布執(zhí)行。

　　IEEE802.3af標(biāo)準(zhǔn)對以太網(wǎng)供電（POE）及相關(guān)的實施細(xì)則做了詳盡的規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)作為一個基于以太網(wǎng)絡(luò)的電源傳輸協(xié)議，詳細(xì)規(guī)定了相應(yīng)的送電設(shè)備（PSE）對受電設(shè)備（PD）進(jìn)行供電的機(jī)理。其中包括了對受電設(shè)備進(jìn)行在線測試，分級處理，啟動供電，斷接保護(hù)等多項技術(shù)的實施細(xì)則。協(xié)議還對以太網(wǎng)輸電線路（PTL）作了詳細(xì)的規(guī)定。

　　本文的系統(tǒng)方案完全建立在上述標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計，系統(tǒng)在確保現(xiàn)有結(jié)構(gòu)化布線安全的情況下，同時保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)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(shè)計

　　在系統(tǒng)設(shè)計前，我們比對了國際上多款能實現(xiàn)PSE功能的芯片，美國美訊公司的MAX5980因其設(shè)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(shè)計起到至關(guān)重要的作用。

　　MAX5980是一款四通路的電源送電設(shè)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(shè)備設(shè)計的。

　　根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，該器件針對后端的受電設(shè)備具有，探測，分級，限流，和負(fù)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(shè)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(dá)70W的功率，同時可提供對后端原有的受電設(shè)備的高容抗檢測。

　　根據(jù)MAX5980的技術(shù)特性，我們首先設(shè)計了一個4路PSE的電原理圖，如圖1所示。

　　根據(jù)芯片資料，PSE控制器MAX5980的輸入電壓設(shè)計為48V直流。芯片的輸出部分采用4個大功率的場效應(yīng)管作為4個網(wǎng)絡(luò)供電輸出的電流控制端。

　　48V直流輸入由開關(guān)電源提供。電源通過網(wǎng)絡(luò)端口輸出，提供給后端的受電設(shè)備。場效應(yīng)管是整個電源輸出的控制回路中的關(guān)鍵元件。回路中場效應(yīng)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(jīng)場效應(yīng)管，通過取樣電阻采樣，監(jiān)測輸出回路的電流。芯片可以隨時通過SENSE端口進(jìn)行取樣，讀取后端PD設(shè)備的負(fù)載特征。經(jīng)過判斷，芯片可控制場效應(yīng)管的G極做出各種控制響應(yīng)。

　　根據(jù)802.3at協(xié)議的定義和芯片的功能設(shè)計，芯片將根據(jù)不同的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，然后再進(jìn)行檢測，分級，端口電壓啟動，過流保護(hù)，欠壓和過壓保護(hù)等動作。從而實現(xiàn)整個芯片系統(tǒng)的運行。

　　在調(diào)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(shù)，增強(qiáng)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(tài)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(jù)設(shè)計文獻(xiàn)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(shè)計中也必須接地。

　　根據(jù)IEEE802.3af協(xié)議對PSE和PD之間接口定義的連接標(biāo)準(zhǔn)，POE的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)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(dān)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(fù)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(fù)極。