引言

以太網(wǎng)供電 (PoE) 技術(shù)日益流行和成熟，因此供電設(shè)備 (PSE) 和受電設(shè)備 (PD) 開(kāi)發(fā)人員熱切盼望追隨下一波 IEEE 潮流，開(kāi)始通過(guò)以太網(wǎng)電纜提供更大功率，也就不足為奇了。不過(guò)，就像很多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一樣，IEEE PoE 標(biāo)準(zhǔn)的最終確定常常遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于市場(chǎng)所需。IEEE 802.3bt 標(biāo)準(zhǔn)直到 2018 年4月還沒(méi)有準(zhǔn)備就緒。從技術(shù)角度而言，這樣的等待時(shí)間太長(zhǎng)了，等待這么久意味著很容易錯(cuò)過(guò)商機(jī)或市場(chǎng)機(jī)會(huì)。那么，在這種情況下，PSE 和 PD 開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該怎么辦? 沒(méi)什么可說(shuō)的，當(dāng)然是現(xiàn)在就開(kāi)始設(shè)計(jì)和制造設(shè)備！想讓產(chǎn)品率先進(jìn)入 802.3bt 市場(chǎng)現(xiàn)在也有很多IEEE 802.3bt PD 控制器可用，該控制器符合標(biāo)準(zhǔn)草案 2.0 版要求。 

功率越大，潛力越大 

不出所料，IEEE PoE 特別小組和開(kāi)發(fā)人員的關(guān)注點(diǎn)一直落在最終為 PD 提供多大功率上。2003 年，IEEE PoE 特別小組在最初的 IEEE 802.3af PoE 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，向 PD 輸入端的 RJ-45 插座提供約 13W 功率。此后，市場(chǎng)不斷要求更大功率。因此在 2009 年，IEEE PoE 特別小組修訂了標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)布了 IEEE 802.3at (也稱為 PoE+)，將最大 PD 功率級(jí)提高到 25.5W。到今天，人們預(yù)計(jì)，目前正在制訂中的修訂版 IEEE 802.3bt 草案標(biāo)準(zhǔn) 2.0 (也稱為 PoE++ 或 4PPoE)，將為 PD 提供高達(dá) 71W 功率。

有了更大的功率，開(kāi)發(fā)人員就可以非常容易地增加更多功能并升級(jí)已有產(chǎn)品。以安防攝像頭為例，這種應(yīng)用一直隨著 PoE 標(biāo)準(zhǔn)的修訂而不斷演變。在僅有 13W 功率可用時(shí)，最初的 PoE 供電安防攝像頭僅是簡(jiǎn)單的靜止系統(tǒng)。然而，當(dāng) 802.3at 分配了 25.5W 功率以后，就有了更大功率來(lái)驅(qū)動(dòng)多種嵌入式電動(dòng)機(jī)，從而使安防攝像頭可以提供上下、左右移動(dòng)和變焦功能?，F(xiàn)在，由于可以利用 802.3bt  的 71W 功率，所以具備上下、左右移動(dòng)和變焦功能的安防攝像頭還可以集成風(fēng)扇和加熱組件，以支持在極端溫度下運(yùn)行。在有些情況下，更高的 PoE 功率級(jí)有可能助力打開(kāi)全新市場(chǎng)。例如，傳統(tǒng) LED 照明設(shè)備制造商可能只生產(chǎn)安裝在天花板上、用墻上開(kāi)關(guān)控制的照明燈，但是現(xiàn)在，它們可以生產(chǎn)支持 PoE 的產(chǎn)品，這將有助于為智能家居或智能建筑創(chuàng)造機(jī)會(huì)。無(wú)論更大的功率是否促進(jìn)了最終產(chǎn)品的演變或徹底改變，很顯然的是，PoE 標(biāo)準(zhǔn)的每一次修訂都帶來(lái)了更大的市場(chǎng)潛力。 

對(duì) PSE-PD 鏈路的改變 

正如您也許已經(jīng)猜到的那樣：4PPoE 代表“4 線對(duì) PoE”，因?yàn)?802.3bt 規(guī)范利用以太網(wǎng)電纜中的所有 4 根雙絞線以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá) 100m 的功率傳輸；在較舊的 PoE 標(biāo)準(zhǔn)中，4 線對(duì)功率輸送是不兼容的。電纜布線要求仍然懸而未決，但是電纜布線委員會(huì)和制造商正在猜測(cè)：802.3bt 將要求至少采用 Category 5E 電纜，旨在支持增加的功率水平并以 10GBASE-T (10Gbit/s 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)速率) 運(yùn)作。在任何場(chǎng)合中，由于我們現(xiàn)今逐步達(dá)到以太網(wǎng)電纜的電流處理極限，因此可能要留意先前被忽視的電纜布線系統(tǒng)性能特征。

802.3bt 引入了兩種新型 PD 拓?fù)洌簡(jiǎn)翁卣骱碗p特征。單特征 PD 是在兩個(gè)線對(duì) (pairset) 之間共用相同的檢測(cè)特征、分級(jí)特征和維持功率特征 (MPS) 的 802.3bt PD，而雙特征 PD 則是在兩個(gè)線對(duì)之間具有獨(dú)立特征的 802.3bt PD。毫無(wú)疑問(wèn)，新的 802.3bt 設(shè)計(jì)將趨向于采用較為簡(jiǎn)單和更具成本效益的單特征拓?fù)?，該拓?fù)鋬H需要單個(gè) PD 接口。雙特征 PD 需要兩個(gè)并行 PD 接口 (每個(gè)線對(duì)各用一個(gè))，來(lái)自兩個(gè) PSE 的功率在每個(gè) PD 接口之后相加。例如，雙特征拓?fù)鋵?shí)質(zhì)上采用兩個(gè) 25.5W PD 以構(gòu)成單個(gè) 51W PD，這是一種成本有可能高達(dá)單特征 51W PD 之兩倍的復(fù)雜解決方案。

802.3bt 檢測(cè)過(guò)程已被擴(kuò)展到不僅能夠辨別所連接的 PD 是符合 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的 PD，而且還可確定連接的是單特征 PD 還是雙特征 PD。正因?yàn)槿绱?，檢測(cè)功能如今利用 “連接檢查” (Connection Check) 進(jìn)行了擴(kuò)充，以確定單特征或雙特征 PD 配置。

802.3bt 規(guī)范引入了四種新的高功率 PD 分級(jí) (Class)，從而使單特征類別的總數(shù)達(dá)到 9 個(gè)，如表 1 所示。Class 5~8 對(duì)于 PoE 標(biāo)準(zhǔn)而言是新的，并轉(zhuǎn)化為 40.0W 至 71.0W 的 PD 功率水平。PSE 仍然可選擇使用物理層 (即：用于 71W 的 5 事件分級(jí)) 或數(shù)據(jù)鏈路層 (即：鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議，LLDP) 進(jìn)行 PD 的分級(jí)，而且 PD 依然必需能夠支持兩種分級(jí)方案以與標(biāo)準(zhǔn)相符。另外，802.3bt 還可以實(shí)現(xiàn)物理層分級(jí)的一種任選擴(kuò)展 (稱為 “Autoclass”)，在此擴(kuò)展中一個(gè) 802.3bt PSE 測(cè)量一個(gè)連接 PD 的實(shí)際最大吸取功率。舉個(gè)例子，這種便利的功率管理功能允許 PSE 把剩余的功率分配給附加的燈泡 (如果它知道某個(gè)特定燈泡所吸取的功率低于其分級(jí)功率)。

單特征 PD		雙特征 PD
分級(jí)	PD 可用功率	分級(jí)	可用的線對(duì) PD 功率
0	13W	——	——
1	3.84W	1	3.84W
2	6.49W	2	6.49W
3	13W	3	13W
4	25.5W	4	25.5W
5	40W	5	35.5W
6	51W	——	——
7	62W	——	——
8	71W	——	——

表 1：IEEE 802.3bt PD 分級(jí)和功率水平

對(duì)于那些需要 PD 在深度睡眠模式之用戶，他們將很高興地發(fā)現(xiàn)：802.3bt 規(guī)范提出了維持功率特征 (MPS) 的一種較低功率版本，被稱為“低 MPS”。根據(jù)較舊的 PoE 標(biāo)準(zhǔn)，PD 必須以 32% 的占空比吸收一個(gè)小的 DC 電流，旨在告知 PSE 把 PD 保持在接通狀態(tài)。然而，這種相對(duì)較高的占空比在某些應(yīng)用中會(huì)迅速成為一項(xiàng)負(fù)擔(dān)，比如：當(dāng)您考慮新的“高效節(jié)能型”建筑標(biāo)準(zhǔn)時(shí)。目前，802.3bt PD 僅需以 ~2% 的占空比維持一個(gè)小的 DC 電流，因而大幅度地減小了待機(jī)電流。 

不言而喻，802.3bt 可向后兼容 802.3at 和 802.3af。一個(gè)較低功率 802.3at 或 802.3af PD 可連接至一個(gè)較高功率 802.3bt PSE，這不會(huì)有任何問(wèn)題。而且，當(dāng)情況反過(guò)來(lái)的時(shí)候，即一個(gè)較高功率 802.3bt PD 連接至一個(gè)較低功率 802.3at 或 802.3af PSE，PD 只需能夠工作在各自的較低功率狀態(tài)即可，這被稱為“降級(jí)”。如果 PD 忽略降級(jí)并工作在其最高功率狀態(tài)，則高耗電的 PD 將導(dǎo)致 PSE 反復(fù)地接通，達(dá)到其電流限值，然后關(guān)斷。這實(shí)際上使 PSE 產(chǎn)生低頻寄生振蕩。因此，“降級(jí)”是 802.3at 和 802.3af 規(guī)范所要求的，但遺憾的是在許多實(shí)施方案中被忽視了。

盡可能地使用所有的可用功率

高功率 PD 設(shè)計(jì)最重要的方面通常是成本和效率，這在很大程度上受到選擇用于實(shí)現(xiàn) PD 接口之 IC 的影響。此外，從事空間受限型設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)人員還痛苦地意識(shí)到怎樣限制 PD 的尺寸只會(huì)成為更大的挑戰(zhàn)，原因是較高的功率水平需要使用較大的分立組件和較大的散熱器。最后，對(duì)于那些具有必需能支持一個(gè)輔助電源的 802.3bt PD (除了 PoE 以外，PD 還可選擇由一個(gè)電源適配器供電) 的用戶，一款 9V 至 72V 理想二極管橋控制器，其采用低損耗 N 溝道 MOSFET 替代了全波橋式整流器中的全部 4 個(gè)二極管，以顯著地降低功率耗散并增加可用電壓。由于電源效率的提升免除了笨重和昂貴的散熱器，因此可縮減電源和墻上變壓器的尺寸。另外，通過(guò)幾乎消除熱運(yùn)行二極管橋中固有的兩個(gè)完整二極管壓降 (~1.2V，在 12V 時(shí)為 10%) 提供了額外的裕度 (從而增加了應(yīng)用的儲(chǔ)備空間)，低電壓應(yīng)用亦能從中獲益。