PoE日趋成熟：PoE+

作者： 凌力尔特公司混合信号产品部产品市场工程师 Christopher Gobok 

引言
2003年，针对以太网供电 (PoE) 的IEEE 802.3af标准为以太网开辟了一个新的应用领域，即通过以太网同时传输DC功率和10/100/1000Mbps数据。该标准规定了12.95W的标称传输功率，对于早期接受这项新技术的应用 (包括标准VoIP电话、安全摄像机和无线接入点WAP) 来说，该功率是绰绰有余的。自此之后，PoE基础设施在业界变得十分普遍。而且，人们对于附加功能和较高功率的需求也有了显著的增长。固定安全摄像机逐渐获得了全动感视频、无线接入点能够在更远的距离上提供更高的信号强度、而VoIP电话则可提供视频和外设支持。为了对功能的增加提供支持，这些受电设备 (PD) 需要从PSE (供电设备) 获取超过最初PoE标准规定限值的功率。人们开始考虑制定基于IEEE 802.3af规范的IEEE 802.3at (亦称PoE+) 标准，旨在适应新一波高功率应用的需求。

PoE+
需要进行谨慎工程设计的领域之一是将被用来实现PSE和PD相互识别的新型分级机理。伴随着这种相互识别，需具备以下能力，即：PSE可以正确地为802.3af (也称作Type 1硬件) 和802.3at (Type 2硬件) PD供电；可以由802.3at PSE来为802.3af PD供电；802.3at PD可以知晓它们是否具有其较高负载所需要的完整可用功率。每种组合都需要拥有一种明确定义和一致的工作特性，以保持802.3标准内部的互操作性。借助一种更加精细的硬件分级机理和一种新型数据层机理，这种相互识别能力在PoE+ 中得以实现。
PoE+ 增添了一种被称为"两事件分级"的新型硬件分级，并要求PSE必需重复进行两次802.3af电压探测。PD的每次电压探测都将导致吸收单个电流脉冲 (图1)，这对应于一个特定的功率级。作为开始，PSE将在数据或备用线对上确定一个约15.5V至20.5V的电压脉冲。PD以一个高达40mA的电流做出响应，该电流把4种功率等级之一传送至PSE。双脉冲是一个发送至PD的指示信号，表明连接的PSE确实是一个高功率PSE，能够提供与802.3at功率相关联的较高功率级。802.3at PD以一个Class 4电流做出响应，由此向PSE传递这样的信息：自己是一个需要完整可用功率的高功率PD。802.3af中的Layer 1分级方法提供了一种可任选的方法，供PSE向PD发出询问信号以确定PD的功率需求。然而，在802.3at规范中，目前指令要求Type 2 PSE至少应执行单事件硬件分级。
 

图1：两事件分级和链路层发现协议

除了硬件分级的升级之外，PoE+ 特别工作组还定义了一种被称为链路层发现协议(LLDP) 的新型数据层 (Layer 2) 分级，用于实现PSE和PD之间的通信。一旦建立了一条链路，PSE和PD便能够采用LLDP来确定PD的功率需求。LLDP的运用使得PSE能够反复询问PD并确定PD的状态及其功率需求。利用该机理，如今可以实现动态功率分配，此时，PSE能够连续地分配功率至PD (以0.1W为增量)，而且PD可以提出请求，并随后交出功率。通过Layer 2进行的通信实现了用于获得诸如峰值功率、平均功率和占空比等更多信息的高级功能。随着系统朝着更"绿色" 电源环境的方向发展，这种动态功率分配肯定将成为一个重要的特点。LLDP是一种用于PSE的任选分级机理，但必需由PD来执行。如果PSE仅执行单事件分级，则PD可以通过LLDP协议来协商获取较高的功率。图1示出了PoE+ 中所采用的这两种分级方法。

有两类PSE，即"中跨"和"端跨"。顾名思义，亦被称为"功率注入器"的中跨控制器负责将功率注入现有的以太网电缆，并被放置于LAN交换器和受电设备之间。数据不做修改地通过一个中跨PSE进行传送。由于无需更换交换器，因此这些控制器尤其便于现有网络中的PoE安装。另一方面，端跨设备则是一种具内置PoE能力的交换器 (因而无需中跨)。当从头开始构建一个新网络时，采用端跨PSE。由于中跨仅可以使用电源层，因此它们运用PoE+ 中的新型两事件分级来表达高功率能力。LLDP使用数据层，因此端跨控制器可以选择运用这种附加分级法来与PD协商功率。

对于PoE系统而言，有两个截然不同用于定义功率的位置，即：PSE输出连接器和PD输入连接器。PoE+ 规范中更加重要的改进之一是将电流的上限值规定为600mA。现在，PSE必须要能够连续提供至少600mA的电流和一个50V的最小输出电压。这转化为一个30W的PSE输出功率。电缆电阻的模型化设计值不大于12.5Ω，因而在PD连接器上产生了25.5W的可用功率。有必要把48V转换效率考虑在内，这样最终传输至PD负载的可用功率约为24.6W。

对于较高功率的需求当然是由市场驱动的，而且，目前对于可提供超出现行12.95W限值之功率的PD电源解决方案的需求已经很强烈了。眼下，有许多高耗能网络设备都提出了更高的功率要求。那么，电路设计师如何应对他如今所面临的高功率需求？解决方案是：采用由凌力尔特公司提供并符合新型PoE+ 标准的PSE和PD产品进行设计，这些产品顺应了新标准所设定的功率限值，而且还可为专有应用提供更高的功率。