以太网供电技术标准综述

　　引 言

　　1999年，通过以太网电缆提供电源已经不是什么新理念。在2003年6月IEEE最终批准了802.3af标准。该标准定义了一种允许通过以太网在传输数据的同时输送DC电源的方法。它能安全、可靠地将以太网供电（PoE，Power over Ethernet）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；它最大能提供大约13W的功率。这样小型网络设备就可通过以太网连接供电而无需使用墙上的AC电源插座，从而大大简化了布线，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，像传统电话那样，在停电的时候仍然可以运转。

　　1 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（Powered 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：一种为"Endpoint PSE"，另一种为"Mid-SPAN PSE"。Endpoint PSE就是支持PoE的以太网交换机、路由器、集线器或其它网络交换设备。mid-SPAN PSE是用来将以太网供电功能添加到现有网络的一种设备。它专门用于电源管理，并通常和交换机放在一起，和交换机一样也有多路输入输出RJ-45端口，对应每路的两个RJ-45插孔，一个用短线连接至不具有以太网供电功能的网络交换设备，作为数据输入口；而另一个连接到支持802.3af供电的远端用电设备（PD），作为数据/电源双用的RJ-45输出口。mid-SPAN设备通常通过未使用的4/5和7/8线对来承载供电，剩下的部分预留给数据传输。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IP电话机、网络摄影机、无线桥接器、收银机、安全存取与监测系统等。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RJ-45插座就能够得到相应的电力。图1给出了采用Mid-SPAN的PoE系统工作示意。

　　2 供电设备PSE

　　PSE负责PoE系统的电源管理。它连续监视网络上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（Mid-SPAN PSE）输送到PD，并在PD下线时切断电源。

　　Endpoint PSEs 支持10BASE-T、100BASE-TX 和1000BASE-T网络。Endpoint的PoE系统中的PSE可以在信号线对之间或备用线对之间（但不是两者同时）提供标称48V的DC电源。其中在信号线对之间传输电力时，48V电源通过向耦合变压器的中间抽头供电以共模方式施加在双绞线上，如图2所示，对于差分数据信号没有影响，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。Mid-SPAN PSEs只支持10BASE-T和100BASE-TX网络，而对1000BASE-T网络的支持802.3af标准目前还未定义。Mid-SPAN PSE在备用线对之间提供48V的DC电源。Mid-SPAN PSE较Endpoint PSE需要额外的线缆，占用了更多的空间，并增加了系统成本。

　　在允许PSE向线路供电之前，它必须用一个有限功率的测试源来检查特征电阻，以避免将48V电源加给非兼容PoE的网络设备，对其造成危害。在加电之前，PSE首先用2.8V~10V的探测电压去侦测是否有PD接入。具体实施时，是将2.8V~10V之间的两个电压（间隔在1V或以上）送到网络链路，然后根据得到的两个不同的电流值再作运算（ΔV/ΔI ）。为了便于PSE识别，IEEE802.3af对于PD在侦测过程中的表现（特征）作了规定，如表1所列。

　　一旦侦测到有效的PD，PSE需要了解PD的用电量，便于系统对电源的管理。这个过程称为PD分级（IEEE标准规定此过程是可选的）。这一阶段，PSE利用一个 15.5V~20.5V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——分级特征信号，PD向PSE表明自己所需的最大功率。PSE测量这个电流，以确定PD属于哪个功率级别。分级期间使用的PSE电压源必须限制到100mA，以避免损坏失效的PD，而且它的连接时间不能超过75ms，以对PD功耗加以控制。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。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。

　　PSE不能向非PD设备传输电力，同样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，或引起线缆的短接。IEEE802.3af标准规定了两种方法让PSE检测PD是否断开，即DC断路检测法和AC断路检测法。不同的芯片供应商根据系统的实际情况选择了最适合他们系统的检测方法。

DC断路法根据从PSE流向PD的直流电