 ---以太网供电技术(PoE)使IP电话、WLAN接入点、网络相机等小型网络设备可以直接从以太网线获得电源，不必再单独铺设电力线，这样大大简化了布线，降低了网络基础设施的建设成本。另外，通过UPS备份的局域网供电，还可以使网络设备免受电网掉电的影响，可以像传统电话那样在停电的时候仍然可以运转。为了规范和促进PoE市场的发展，IEEE 802.3工作组专门制定了一个标准，即IEEE 802.3af，作为以太网标准的延伸。标准的制定工作开始于1999年，并于2003年6月最终获得通过。标准的订立，再加上VoIP、WLAN市场的迅猛增长，使得PoE也迅速被市场所接受。为了安全、可靠地将PoE技术引入现有的网络基础设施中，并且和原有的网络设备相兼容，IEEE 802.3af标准对于网络供电的电源、传输和接受都作了细致的规定。在设计依靠网络供电的应用时，必须严格遵守这些规定，才能够从网络获得电源。本文首先对PoE系统的构成作一简单介绍，然后重点说明受电设备接口和电源设计中需要注意的一些问题，并介绍几种可用的器件和参考设计。 PoE系统的构成
---在PoE系统中，提供电源的设备被称为供电设备(PSE，Power Sourcing Equipment)，而使用电源的设备称为受电设备(PD，Power Device)。PSE负责将电源注入以太网线，并实施功率的规划和管理。可以采用两种类型的PSE，一种是“Endpoint PSE”,另一种是“Midspan PSE”。Endpoint PSE就是支持PoE的以太网交换机、路由器、集线器或其他网络交换设备。
---Midspan PSE是一个专门的电源管理设备，通常和交换机放在一起，在机架中位于交换机的下方。对应于每个端口有两个RJ45插孔，一个用短线连接至交换机，另一个连接远端设备，如图1所示。电源在机箱内被注入网线而信号未作任何调整。PD则有多种形式，如数字IP电话、无线网络接入点、PDA或笔记本电脑接驳器、移动电话充电器及HVAC温度自动调节器等。实际上，任何需要数据连接并能在13W或更低功率下工作的设备都可无需AC电源或电池供电，仅从RJ45插座就能够得到相应的电力。  供电设备PSE
---PSE负责PoE系统的电源管理，连续监视网络上PD设备的连接状况，并根据PD的功率要求，将适当的电力通过五类电缆中的信号线对(Endpoint PSE)或备用线对(Midspan PSE)输送到PD，并在PD下线时切断电源。
---如图2所示，PSE利用信号线对或备用线对(其中之一)提供44～57V(额定48V)的直流电源。电源以共模方式施加在双绞线上，对于差分信号没有影响，并且由于耦合变压器的隔离，也不会对数据收发器产生影响。
---为避免将48V电源加给非PoE的网络设备，对其造成危害，PSE在加电之前首先要用一个小电压/电流的探测信号去侦测是否有PD接入，这个过程称为PD侦测。PD侦测所用的探测电压为2.7～10.1V，电流限定在1.5mA以内。为了便于PSE识别，IEEE 802.3af对于PD在侦测过程中的特征作出了规定，如表1所示。如未侦测到有效的PD，则PSE继续侦测。其中，标准规定Endpoint PSE可以连续侦测，而Midspan PSE需要延迟约2.8秒再重新侦测，以免发生冲突。
---侦测到有效的PD后，PSE需要了解PD的用电量，以便系统电源的规划，这个过程称为PD分级。这一阶段PSE利用一个15～20V的探测电压来检测PD的功率级别。通过从线上吸收一个恒定电流做为分级特征信号，PD向PSE表明自己所需的最大功率。表2列出了分级情况及其恒流特征。
---成功侦测和分级后，PSE就可向PD供电了。为了降低EMI，PSE需要限制电压的摆率和电流的上升速率。供电期间，PSE还要对每个端口的供电情况进行监视，提供欠压和过流保护。
---正如PSE不能向非PD设备传输电力一样，PSE也不能在PD已经断开后还使电源处于接通状态，因为供电电缆有可能会插在一个非PD设备上。IEEE 802.3af标准规定了两种方法让PSE检测PD是否断开，即DC断路法和AC断路法，实施者可根据系统的实际情况选择合适的方法。
---DC断路法根据从PSE流向PD的直流电流大小，从而判断PD是否在线。在给定的时间tDIS(300～400ms)内，电流始终小于阈值IMIN(5～10mA)电流时，PSE就认为PD不存在，将把电源切断。这种方法唯一的麻烦就是，如果PD工作在低功耗模式时，为了避免掉线必须周期性地从线上吸取一定的电流。AC断路法没有这个问题，但做起来麻烦一点。它是测量以太网端口的交流阻抗，如果没有PD连接，端口的阻抗会很高，可能达到几兆欧。而当接有PD时，端口的阻抗会小于26.5kΩ。 受电设备PD接口和电源的设计
---IEEE 802.3af标准对于PD的规定前面已有了一些说明。首先PD应能通过信号线或备用线接收电源，通常由二极管对两个电源进行线“或”来实现。当电源通过另一对线传输时，还要把未用线对的标志去除，这也是IEEE 802.3af规范所要求的。当PSE用2.7～10.1V之间的电压侦测时，PD必须具有表1所示的输入特性。侦测特征信号可以用25kΩ的固定电阻提供，另外还可以并一个小电容和齐纳管以提供ESD保护。为了满足输入偏流小于12μA和输入电容小于0.6μF的规定，侦测期间必须将后端的DC/DC与线路隔离开。另外，接口控制电路的消耗电流应小于12μA。当用15～20V之间的电压侦测时，PD需要通过吸收一定的恒流来表明自己的功率(可选)，接口控制电路需要加一个恒流源到线上。需要注意的是，这个恒流源需要从高压线上吸取一个较大的电流，因此分级过程中可能会有较大的耗散功率，最坏情况下会高达880mW，恒流源应该有足够的耗散能力。
---侦测和分级完成后，PD就会从PSE获得一个44～57V的电压，这时PD要遵守几条规定。在端电压升到30V以前，它不应该消耗太大负载电流，这是为了避免与分级特征信号互相干扰;但是当电压达到42V时，它又必须处于完全工作状态。PD工作时不能连续吸取350mA电流或12.95W功率(以较小值情况为准)，短时内可允许400mA的浪涌电流。PD的输入电容必须低于180μF，以便在电源接通时将浪涌电流保持在合理的水平 ;如果输入电容大于180μF，PD就要主动限制浪涌电流，使它低于350mA。最后，PD至少要保持10mA的电流且交流阻抗要维持在26.5kΩ或更少以避免掉线，这又称为功率维持特征信号。
---为了使PD符合IEEE 802.3af标准的要求，确保和其他厂商的PoE设备互操作，必须仔细设计PD的接口和电源。半导体厂商推出的集成PD接口控制器使这项任务大大地简化了。可用的接口控制器有TI的TPS2370/TPS2371，Linear的LTC4257，以及Maxim的MAX5940A/MAX5940B。Maxim甚至将用于DC/DC转换的PWM控制器也集成在了同一芯片中，这样的芯片有MAX5941A/B、MAX5942A/B，利用它们可以设计出非常紧凑的PD供电电路。图3给出了一个利用PD接口控制器和DC/DC模块组成PD供电方案。图4给出了一个利用MAX5941B PD接口加上PWM控制器组成的PD供电方案，前端电路未画出，其中的PWM控制器为电流模式控制器，工作于275kHz±10%开关频率，完全符合PoE规范的软启动特性。 结语
---以太网供电技术以其独特的优势为VoIP和WLAN这两个市场的发展增加了动力。而这两个市场的迅猛发展也带动了PoE技术走向市场的步伐。随着PoE的实施规模逐渐扩大，它同时还会催生出一些新的应用和产品。在为这些应用和产品设计PD接口时，必须严格遵守标准规范，以确保和PSE的互操作性。现在，利用集成化的PD接口控制器或接口加PWM控制器，这项任务已大大简化了。 | 
