每个工程师都应相识的有关IEEE 802.3bt PoE的常识

　　文/安森美半导体产物行销司理 Riley Beck

　　以太网供电（PoE）是IEEE 802.3af和802.3at尺度界说的一种联网成果。PoE使以太网电缆可以通过现稀有据毗连同时向收集装备供电和传输数据。IEEE 802.3bt尺度已于2018年9月27日得到IEEE-SA尺度委员会的核准，可通过以太网链路传输更多电力。在这里，我们接头为何这很重要，以及工程师怎样操作这一潜力。

　　无线收集架构随时可用，为何我们仍在行使有线毗连？好吧，无线联接很利便；但构筑物和家庭中已稀有百万英里的有线CAT5e电缆，因此有线毗连仍在行使中，并且有线比无线（企业收集如大学凡是都是有线的）更难被黑客入侵或拦截，且长的有线电缆本钱很低。假如您有一幢由砖、石头和金属组成的构筑物，那么在很多环境下都能得到精采的无线信号（5G具有更好的室内包围范畴，但完全陈设还需时日）。假如要接入以太网电缆信号，则必需切入。另外，无线更轻易受到其他信号和无线电波的粉碎，而有线电缆凡是被屏障并提供“即插即用”体验，而且具有更好的处事质量（QoS）。

　　802.3bt体系架构

　　体系布局行使电源装备（PSE），一种可通过以太网电缆为受电装备（PD）供电的电源节制器。 IEEE 802.3bt尺度指出：“PD是耗损功率或哀求功率的装备部门，参加PD检测算法。可以或许成为PD的装备也许具有从备用电源罗致功率的手段。必要从电源接口（PI）供电的PD也许同时从备用电源供电。”典范的PD是一种装备，如IP电话、无线接入点、安防摄像机等，从以太网电缆吸取电力。电源接口（PI）是PSE或PD与传输介质之间的机器和电气接口。这是在IEEE802.3bt尺度的“PD PI当前界说”第1.4.324节中界说的。

　　早年的PoE尺度仅行使以太网电缆中八根导线中的四根来传输直流电流，IEEE事变组选择对802.3bt行使全部八根导线。IEEE Std 802.3bt-2018批改案2指出：“此批改案行使布局化布线工场中的全部四对电线，增进了功率传输，从而为终端装备提供了更大的功率。该批改案还低落了终端装备的待机功耗，并增进了一种机制来更好地打点可勤奋率预算。”

　　IEEE尺度委员会的方针是增进从电源装备（PSE）到受电装备（PD）的电量。提供应PD的这些额定功率程度高达71.3 W（90W来自PSE），同时大大低落了PD就寝时所需的待机功耗。

　　自动分类特征

　　IEEE 802.3bt尺度的第145.8.8.2节对称为“自动分类”的物理层分类举办了可选扩展。启用此成果后，PSE会确定所毗连的PD装备耗损的现实最大功率。自动分类（Autoclass）仅针对单特性（single signature）PD界说（有关单特性界说，请参阅下一节）。

　　当PSE实验Autoclass时，在POWER_ON且同时pd_autoclass为TRUE时丈量PAutoclass。请参阅本文问题为“一个802.2bt最坏环境的示例”的部门，表现发送给PD的功率未到达所需满功率的环境。假如启用自动分类成果，则可以更正这种环境。有关更多具体信息，请拜见Embedded Computing Design登载的文章“通过自动分类优化PoE输出功率”。

　　单特性 / 双特性

　　IEEE 802.3bt提供两种新的PD拓扑，别离称为单特性和双特性。单特性PD在两个线对之间具有沟通的分类、维持功率特性（MPS）和检测特性。双特性PD在两个线对之间具有独立差异的特性。802.3bt尺度通过新添加的毗连搜查（Connection Check）使区分成果能来辨认单特性或双特性PD毗连之间的差别。

　　双特性PD将必要两个并行的PD接口，由于在此拓扑中必要两个差异的线对集。每个PSE的电力在每个PD接口之后搜集。这是个本钱更高的方案。计划职员也许会选择本钱低一半的单特性方案。思量具有双重特性的监督摄像机，个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。

　　对付来自PSE的每个数据对，PD端凡是也必要一个变压器（对付GB以太网，请拜见图1，个中Vpd,B也许是10 / 100Base-T），一个有源桥式整流器，一个802.3bt PD接口节制器和一个DC - DC转换器。肖特基二极管、电阻器和电容器也可领略为PD附加组件的也许部门。

　　图1 802.3bt PD端应用电路图，安森美半导体的FDMQ8205A桥式整流器和NCP1096 PoE-PD接口节制器（图片由安森美半导体提供）

　　图2表现，Type 4,Class 8也许耗损的最大功率为71.3W。PSE最低电压为52 V，最差的支持通道电阻为6.25 ohm，1.73 A的电流将流经电缆。

　　图2 最坏环境下的通道为6.25欧姆，负载的恒定功率为71.3W（Class 8）。每条导线1.73A或0.433是可在兼容体系中活动的最高额定电流（图片由参考文献2提供）

　　PD端的隐藏题目以及计划职员也许的方案 / 缓解法子

　　IEEE 802.3bt尺度指出“PD在与电缆的物理毗连点指定。未指定特征如电压校正电路、电源服从低下造成的消费，内部电路与外部接地之间的疏散或PI毗连器之后电路引起的其他特征等。除非出格声名，不然PD界说的限定指定在PI上，而不是在PD内部的任何点上。

　　以下是计划职员应该思量的一些规模，以成立一个真正强固的计划架构：

　　1）留意因为PSE和PD之间的通道中的其他装备（二极管，变压器等）引起的电流不服衡（请拜见图3）。只要计划职员意识到这种不服衡，就可以回收缔造性的要领来减轻这种不服衡。这将取决于计划架构。一些靠得住的法则是行使精采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服衡：这里的题目是电缆供给商很少测试或给计划职员提供线对线不服衡类型，他们凡是只指定线对内的不服衡。

　　图3 PD电流不服衡验证电路（图片由参考文献1提供）

　　3）当心电缆发烧：凡是会有大量电缆发烧，但计划职员必要保持温升节制。IEEE事变组设定限值应小于10摄氏度的温升。他们回收300 mA电流流过全部电缆导线，就像在不失衡的环境下，为每100 m电缆的结尾传送51 W功率。计划职员可以实行一些方案，譬喻行使较低电阻的电缆来镌汰I2R消费，在每个线束中行使较少的电缆或仅在电缆束中举办部门供电。

　　确定任何给定电缆的功耗（发烧）的正确要领是行使恒定功率接收器作为负载，并行使电压源作为输入电源2。

　　一些电缆发烧研究会测试2.0 A时的电缆束。因此，假如行使24AWG电缆，则电缆功率密度将为164 mW / m。功率密度是每单元长度电缆耗损的功率，因此：

　　164 mW / m =((2.0A)2x 4.09 ohms)/100m)

　　Rch基于24 AWG固态铜在20oC的电阻率

（编辑：河北网）

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