IEEE 802 3bt PoE技术讲解(工程师课件).docx

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1、以太网供电（PoE）是IEEE802.3af和802.3at标准定义的一种联网功能。PoE使以太网电缆可以通过现有数据连接同时向网络设备供电和传输数据。IEEE802.3bt标准已于2018年9月27日获得IEEE-SA标准委员会的批准，可通过以太网链路传输更多电力。在这里，我们讨论为何这很重要，以及工程师如何利用这一潜力。无线网络架构随时可用，为何我们仍在使用有线连接？好吧，无线连接很方便；但建筑物和家庭中已有数百万英里的有线CAT5e电缆，因此有线连接仍在使用中，而且有线比无线（企业网络如大学通常都是有线的）更难被黑客入侵或拦截，且长的有线电缆成本很低。如果您有一幢由砖、石头和金属构成的建

2、筑物，那么在许多情况下都能获得良好的无线信号（5G具有更好的室内覆盖范围，但完全部署还需时日）。如果要接入以太网电缆信号，则必须切入。此外，无线更容易受到其他信号和无线电波的破坏，而有线电缆通常被屏蔽并提供“即插即用”体验，并且具有更好的服务质量（QoS）。OATABStf11MMbor图1802.3btPD端应用电路图安森美半导体的FDMQ8205A桥式整流器和NCP1096PoE-PD接口控制器802.3bt系统架构系统结构使用电源设备（PSE）,一种可通过以太网电缆为受电设备（PD）供电的电源控制器。IEEE802.3bt标准指出：“PD是消耗功率或请求功率的设备部分，参与PD检测算法。

3、能够成为PD的设备可能具有从备用电源汲取功率的能力。需要从电源接口（PD供电的PD可能同时从备用电源供电/典型的PD是一种设备，如IP电话、无线接入点、安防摄像机等，从以太网电缆接收电力。电源接口（PI）是PSE或PD与传输介质之间的机械和电气接口。这是在IEEE802.3bt标准的uPDPl当前定义”第1.4.324节中定义的。以前的PoE标准仅使用以太网电缆中八根导线中的四根来传输直流电流，IEEE工作组选择对802.3bt使用所有八根导线。IEEEStd802.3bt-2018修正案2指出：“此修正案使用结构化布线工厂中的所有四对电线，增加了功率传输，从而为终端设备提供了更大的功率。该修

4、正案还降低了终端设备的待机功耗，并增加了一种机制来更好地管理可用功率预算。”IEEE标准委员会的目标是增加从电源设备（PSE）到受电设备（PD）的电量。提供给PD的这些额定功率水平高达71.3W（90W来自PSE）,同时大大降低了PD睡眠时所需的待机功耗。1.73A(-0.433Aconductor)图2最坏情况下的通道为6.25欧姆，负载的恒定功率为71.3W（Class8）o每条导线1.73A或0.433是可在兼容系统中流动的最高额定电流（参考文献2）自动分类特性IEEE802.3bt标准的第145.8.8.2节对称为“自动分类”的物理层分类进行了可选扩展。启用此功能后，PSE会确定所连接

5、的PD设备消耗的实际最大功率。自动分类（Autoclass）仅针对单特征（singlesignature）PD定义（有关单特征定义，请参阅下一节）。当PSE实施Autoclass时，在POWER_ON且同时pd_autoclass为TRUE时测量PAutoclasso请参阅本文标题为“一个802.2bt最坏宿况的示例”的部分，显示发送给PD的功率未达到所需满功率的情况。如果启用自动分类功能，则可以纠正这种情况。有关更多详细信息，请参见EmbeddedCOmPUtingDeSign刊登的文章“通过自动分类优化PoE输出功率”。图3PD电流不平衡验证电路（参考文献1）单特征/双特征IEEE802.

6、3bt提供两种新的PD拓扑，分别称为单特征和双特征。单特征PD在两个线对之间具有相同的分类、维持功率特征（MPS）和检测特征。双特征PD在两个线对之间具有独立不同的特征。802.3bt标准通过新添加的连接检查（ConnectionCheck）使区分功能能来识别单特征或双特征PD连接之间的差异。双特征PD将需要两个并行的PD接口，因为在此拓扑中需要两个不同的线对集。每个PSE的电力在每个PD接口之后汇集。这是个成本更高的方案。设计人员可能会选择成本低一半的单特征方案。考虑具有双重特征的监视摄像机，其中一个线对与摄像机相连，另一个线对与加热器或云台/变焦电机相连。对于来自PSE的每个数据对，PD端

7、通常也需要一个变压器（对于GB以太网，请参见图1,其中Vpd,B可能是10/100Base-T）,一个有源桥式整流器，一个802.3btPD接口控制器和一个DC-DC转换器。肖特基二极管、电阻器和电容器也可理解为PD附加组件的可能部分。图2显示，Type4,Class8可能消耗的最大功率为71.3W。PSE最低电压为52V,最差的支持通道电阻为6.25ohm,1.73A的电流将流经电缆。PD端的潜在问题及缓解措施IEEE802.3bt标准指出“PD在与电缆的物理连接点指定。未指定特性如电压校正电路、电源效率低下造成的损耗，内部电路与外部接地之间的分离或Pl连接器之后电路引起的其他特性等。除非特

8、别说明，否则PD定义的限制指定在PI上，而不是在PD内部的任何点上。以下是设计人员应该考虑的一些领域，以建立一个真正强固的设计架构：1）注意由于PSE和PD之间的通道中的其他设备（二极管，变压器等）引起的电流不平衡（请参见图3）o只要设计人员意识到这种不平衡，就可以采用创造性的方法来减轻这种不平衡。这将取决于设计架构。一些可靠的规则是使用良好的接地平面以及承载大电流的宽接地回路。2）以太网电缆中的线对线间电流不平衡：这里的问题是电缆供应商很少测试或给设计人员提供线对线不平衡规范，他们通常只指定线对内的不平衡。3）当心电缆发热：通常会有大量电缆发热，但设计人员需要保持温升控制。IEEE工作组设定

9、限值应小于10摄氏度的温升。他们采用30OmA电流流过所有电缆导线，就像在不失衡的情况下，为每100m电缆的末端传送51W功率。设计人员可以尝试一些方案，例如使用较低电阻的电缆来减少I2R损耗，在每个线束中使用较少的电缆或仅在电缆束中进行部分供电。确定任何给定电缆的功耗（发热）的正确方法是使用恒定功率吸收器作为负载，并使用电压源作为输入电源2。一些电缆发热研究会测试2.0A时的电缆束。因此，如果使用24AWG电缆,则电缆功率密度将为164mW/m。功率密度是每单位长度电缆消耗的功率，因此：164mWm=（2.0A）2x4.09ohms）/100m）Rch基于24AWG固态铜在20oC的电阻率。

10、4）输送到PD的功率（PD是恒定功率负载）与PSE功率输出之间存在非线性关系PD的功率需求各不相同.PD需要更多的电流意味着电缆中的压降更高,并有IR损耗。PD获得的电压低于所需电压，因此需要更多电流。事实证明，在较低电流下使用较高的PD电压可稳定此效果。为安全起见，请将PSE电压限制为不超过57V02.0A(=0.5Aconductor)图4通道是24AWGUTP,负载是恒定的2.0A(参考文献2)测试PD如果制造商有演示板或参考设计，请始终将其用于您的应用。这些板是使用适当的布线和接地技术精心创建的，以提供最佳的架构性能。通常可以从制造商处获得工艺的Gerber文件。请在设计中使用它们。这

11、些方法将免去对最终设计进行大量测试。对于设计的生产测试以及在实际系统中的测试，有一些很好的方案，如ReachTechnology的PoE5100WPoE测试仪或ReachTechnology的RT-PoE5IEEE802.3bt以太网供电PSE生产测试仪。新罕布什尔大学互操作性实验室是唯一用于测试PoE认证的第三方测试机构。SifosTechnologies拥有用于IEEE802.3btPoE的新的紧凑的POWerSynC分析仪，将有助于进行4线对测试。以上方案将有助于确保强固的系统。总结本文旨在介绍PoE和正EE802.3bt0希望读者能了解PD和PSE的定义，以及它们在提供适当信号和功率传

12、输方面的优势和局限性，并更好地理解该标准及其在POE系统中的改进能力。最后，为了更好地设计802.3btPD,向设计人员演示了适当的测试方法，并提供了链接和参考文献。参考文献IEEEStandardforEthernetAmendment2:Physical1.ayerandManagementParametersforPoweroverEthernetover4pairs,IEEEStandardsAssociation,IEEEComputerSociety,IEEEStd802.3bt-2018(AmendmenttoIEEEStd802.3tm-2018asamendedbyIEEES

13、td802.3CbrM-2018)2PracticalPoETutorial,ChrisDiMinico,MCCommunicationsZPanduit;ChadJones,CiscoSystems;RonNordin,Panduit;1.ennartYseboodt,Philips1.ighting,IEEE802.org,Berlin,Germany2017什么是标准PoE?PoE即PoweroverEthernet,是一种在以太网线上同时传输数据和电力的技术，应用该技术后，网络终端设备只需连接网线即可实现供电需求，标准PoE又根据供电标准分为三类：IEEE802.3af,IEEE802

14、.3at和IEEE802.3bt0什么需要PoE?低成本：PoE供电方式省去直流供电盒、PVC管、电源线，节约成本，更简单更安全。可靠性：一台PoE设备可以同时为多个终端设备供电，实现电源集中供电的同时，还可以进行电源备份。连接简捷：终端设备不需外接电源，只需要一根网线。统一标准：符合国际标准，使用全球统一的RJ45电源接口，可保证与不同厂商的设备对接。标准POE设备类型有哪些？如下图所示，PoE供电系统包括如下两个设备角色：供电设备PSE（Power-sourcingEquipment）：通过以太网给受电设备供电的P。E设备，提供检测、分析、智能功率管理等功能，例如：POE交换机。受电设备P

15、D（PoweredDevice）：如无线AP、IP电话、刷卡机、摄像头等受电方设备。按照是否符合IEEE标准，PD分为标准PD和非标准PD。Internet标准POE供电模式按照IEEE标准的定义，PSE设备分为MidSPan（PoE功能模块在设备外）和Endpoint（PoE功能模块集成到设备内）两种类型。而Endpoint类型的PSE设备依据使用的供电线对不同分为AlternativeA（1/2和3/6线f）和AlternativeB（4/5和7/8线对）两种供电模式。AltematiVeA供电模式通过数据对供电。PSE通过1/2和3/6线对给PD供电，1/2链接形成负极，3/6链接形成正

16、极。IoBASE-T、100BASE-TX接口使用1/2和3/6线对传输数据，100obaset接口使用全部的4对线对传输数据。由于DC直流电和数据频率互不干扰，所以可以在同一对线同时传输电流和数据。电源提供设各电源应用设备AlternativeB供电模式通过空闲对供电。PSE通过4/5和7/8线对给PD供电,4/5链接形成正极，7/8链接形成负极。标准PoE协商流程PSE设备上电，PD设备通过网络连接到PSE设备后，PSE与PD就开始进行供电协商：检测PD：PSE在端口周期性输出电流受限的小电压，用以检测PD设备的存在。如果检测到特定阻值的电阻，说明线缆终端连接着支持lEEE802.3af标准或IEEE802.3at标准的受电端设备(电阻值在19kQ26.5kQ