以太網(wǎng)供電（POE）技術(shù)原理及過程分析 - 全文

　　一、以太網(wǎng)供電技術(shù)

　　以太網(wǎng)供電技術(shù)（POE，Power Over Ethernet） 是指通過常用的語音、數(shù)據(jù)和視頻的雙紋線提供電源的技術(shù)。以太網(wǎng)供電技術(shù)是在現(xiàn)有以太網(wǎng)布線基礎(chǔ)上就能保證為IP終端傳輸數(shù)據(jù)信號，同時為此類設(shè)備提供直流供電。借助通用以太網(wǎng)電纜同時傳輸以太網(wǎng)信號和直流電源，將電源和數(shù)據(jù)集成在同- -有線系統(tǒng)當中，在確?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)化布線安全的同時保證了網(wǎng)絡(luò)的正常運作。以太網(wǎng)供電采用IEEE802.3af標準，802.3af突破了以太網(wǎng)的應(yīng)用，它主要是- 一個電源傳輸協(xié)議，而不是數(shù)據(jù)協(xié)議。

　　二、以太網(wǎng)供電系統(tǒng)構(gòu)成及原理

　　2.1POE系統(tǒng)構(gòu)成。一個完整的POE系統(tǒng)包括供電端設(shè)備和受電端設(shè)備在POE系統(tǒng)中，提供電力的叫做“供電設(shè)備（PSE，Power兩部分。Sourcing Equipment），負責將電源注入以太網(wǎng)線，并實施功率的規(guī)劃和管理，而使用電源的稱為“受電設(shè)備”（PD，Power Device）。

　　以太網(wǎng)供電開始于能提供電源的供電設(shè)備，該設(shè)備通過測量其共模終端來檢測需要供電的設(shè)備。有效的受電設(shè)備必須具有一個25k9共模電阻的“檢測特征”。PSE用- 一個稱為分級的第： 二次測量來判斷PD的峰值功率要求，掌握這一信息后PSE就能對那些需要供電的設(shè)備提供電源，而不會損壞不需要供電的設(shè)備，并能有效地分配可用功率。

　　2.2 POE供電傳輸方式。802 .3af標準定義了兩種不同類型的PSEi一種是“Endpoint PSE”，即末端跨度PSE，把供電功能與網(wǎng)絡(luò)交換機集成在-一起。EndpointPSE就是支持POE功能的以太網(wǎng)交換機、路由器或其他網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備。末端跨度設(shè)備在雙絞線中的1、2、3、6號線纜上同時接入電源和數(shù)據(jù)，如圖1所示。

　　末端跨度PSE支持10BASE-T.100BASE TX和1000BASE-T網(wǎng)絡(luò)。末端跨度的POE系統(tǒng)中的PSE可以在信號線對之間或備用線對之間提供標稱48V的DC電 源。

　　Midspan PSE是一個專即中聞跨度PSE，另一種是“MidspanPSE”是一個專門的電源管理設(shè)備，通常和交換機放在- 一起。它對應(yīng)每個端口有兩個RJ45接口，一個用短線連接至交換機，另一個連接遠端設(shè)備。PD則有多種形式，如IP電話、AP.PDA或移動電話充電器等。

　　中間跨度PSE在交換機和PD之間，它通過雙統(tǒng)線中沒有使用4、5、7、8號線纜提供電源。數(shù)據(jù)通過中間跨度設(shè)備路由，不會有任何改動，中間跨度PSE通常與以太網(wǎng)交換機相鄰安裝在設(shè)備機架中，如圖2所示。

　　空用段對中間跨度PSE只支持10BASE-T和100BASE -TX網(wǎng)絡(luò)，而802.3af標準目前還未定義對1000BASE T網(wǎng)絡(luò)的支持。中間跨度PSE在備用線對之間提供48V的DC電源。

　　三、POE供電設(shè)備原理詳解

　　標準的五類網(wǎng)線有四對雙絞線但是在10M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的兩對。IEEE80 2.3af允許兩種用法：

　　1.應(yīng)用空閑腳供電時4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負極。 下圖為利用空閑線（4，5，7，8）傳遞48V的電源。

　　2.利用信號線（1，2，3，6）同時傳遞數(shù)據(jù)信號和48V的電源。應(yīng)用數(shù)據(jù)腳供電時，將DC電源加在傳輸變壓器的中點，在這種方式下線對1、2和線對3、6可以為任意極性。傳輸數(shù)據(jù)所用的芯線上同時傳輸直流電，其輸電采用與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號不同的頻率，不影響數(shù)據(jù)的傳輸。

　　標準不允許同時應(yīng)用以上兩種情況。電源提供設(shè)備PSE只能提供一種用法，但是電源應(yīng)用設(shè)備PD必須能夠同時適應(yīng)兩種情況。該標準規(guī)定供電電源通常是48V、13W的。PD設(shè)備提供48V到低電壓的轉(zhuǎn)換是較容易的，但同時應(yīng)有1500V的絕緣安全電壓。

　　下面談一下1000M BASE-T POE 供電系統(tǒng)

　　1000M BASE-T POE 供電系統(tǒng) 4個線序?qū)鶄鬏敂?shù)據(jù)，故無空閑對，均采用數(shù)據(jù)對供電，圖4左圖，1腳和2腳、3腳和6腳通過網(wǎng)絡(luò)變壓器進行電壓、信號的分頻、分離出來的電壓連接到橋式整流進行整流供電，如圖5

　　以上討論的是POE adapter 供電模式，典型的POE adapter 如下圖

　　另一種是通過POE供電交換機供電

　　POE交換機供電示意圖

　　協(xié)商供電

　　當在一個網(wǎng)絡(luò)中布置PSE供電端設(shè)備時，POE以太網(wǎng)供電工作過程如下所示。

　　1. 檢測：一開始，PSE設(shè)備在端口輸出很小的電壓，直到其檢測到線纜終端的連接為一個支持IEEE802.3af標準的受電端設(shè)備。

　　2.PD端設(shè)備分類：當檢測到受電端設(shè)備PD之后，PSE設(shè)備可能會為PD設(shè)備進行分類，并且評估此PD設(shè)備所需的功率損耗。

　　3. 開始供電：在一個可配置時間（一般小于15μs）的啟動期內(nèi)，PSE設(shè)備開始從低電壓向PD設(shè)備供電，直至提供48V的直流電源。

　　4.供電：為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠48V的直流電，滿足PD設(shè)備不越過15.4W的功率消耗。

　　5.斷電：若PD設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)上斷開時，PSE就會快速地（一般在300～400ms之內(nèi)）停止為PD設(shè)備供電，并重復(fù)檢測過程以檢測線纜的終端是否連接PD設(shè)備。

　　四、以太網(wǎng)供電過程

　　3.1偵測。在允許PSE向線路供電之前，它必須用- 一個有限功率的測試源來檢查特征電阻，以避免將48V電源加給非兼容POE的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，造成危害。在加電之前，PSE首先2.8V- 10V的探測電壓去偵測是否有PD接入。具體實施時，是將2 8V 10V之間的兩個電壓送到網(wǎng)絡(luò)鏈路，然后根據(jù)得到的兩個不同的電流值再作運算（OV/OI）。

　　3.2 P0端設(shè)備分類。當檢測到受電端設(shè)備PD之后，PSE設(shè)備可能會為PD設(shè)備進行分類，并且評估此PD設(shè)備所需的功率損耗。802.3af標準的PD要求開始于一個25kQ和小于120nF的特征識別，正是這-特征使PSE 將PD從不需要供電的其它以太網(wǎng)設(shè)備中區(qū)分出來。PD只需要具有這些檢測特征，而同時鏈路處于檢測模式即可實現(xiàn)檢測。分級特征表明PD的峰值功耗，要求在端口電壓為14.5到20.5V之間時PD吸收- 一個特定的DC電流。

　　3 3 供電。在一個可配置時間的啟動期內(nèi)，PSE設(shè)備開始從低電壓向PD設(shè)備供電，直至正常提供48V的直流電源。使電路的其當旁路電容充電完成后，端口電壓就升高進入供電模式，余部分運行，并在它所在類的功耗極限內(nèi)吸取電源。如果電流過高的時間超出50ms將會使電源關(guān)斷。此外，PD必須吸收最低為10mA的電流，這樣PSE就能知道它還保持連接。像恒溫調(diào)節(jié)器這類功率敏感的應(yīng)用可以通過脈電流為10mA，并且脈沖間隔時間保持沖調(diào)制使“保持功耗特征（MPS）75ms到250ms之間以減少功耗。PSE 為PD設(shè)備提供穩(wěn)定可靠48V的直流電，滿足PD設(shè)備不越過15.4W的功率消耗。

　　3.4 斷電。若PD設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)上斷開時，PSE 就會快速地（300~ 400ms）停止為PD設(shè)備供電，并重復(fù)檢測過程以檢測線纜的終端是否連接PD設(shè)備。如果PD 直未接入或處于關(guān)斷狀態(tài)，PSE就停止輸送電源，并不斷檢測有效PD的25kQ電阻特征電阻。以太網(wǎng)供電連接完全由PSE來進行控制。