PoE技術超越IEEE802.3at標準

隨著IEEE80 2.3at(大功率標準)的問世，以太網(wǎng)供電(PoE)功能正迅速成為主流技術，應用于眾多新產品之中。支持PoE的產品為用戶提供極低的安裝復雜度和高度的系統(tǒng)靈活性。新的PoE產品如今可以支持功率電平遠高于現(xiàn)有IEEE80 2.3af/t標準的供電，擴大了具備PoE功能的產品/設備數(shù)量。

PoE市場發(fā)展趨勢

在相同導體上融合數(shù)據(jù)和電能似乎已成為智能系統(tǒng)集成的明確選擇。在汽車、航空和工業(yè)應用中，專有標準使用了幾十年。而IEEE802.3標準的出現(xiàn)，催生了支持新概念的低成本、高數(shù)據(jù)率協(xié)定。原有的IEEE802.3af標準支持為負載提供高達13.4W的功率，幫助推動互聯(lián)網(wǎng)協(xié)定(IP)電話及其它類似數(shù)據(jù)節(jié)點在企業(yè)環(huán)境中的應用擴展。這些早一代的設備在外形和功能方面目標明確且直接。

數(shù)據(jù)設備用戶的期望已經不僅是豐富特性集和高性能，還包括物理外形在造型方面有著同樣高的表現(xiàn)，通常要省去墻插式電源變壓器及其在特征上平淡無奇的電力線。這種性能的提高不可避免地導致能耗升高。IEEE802.3at標準(2009年發(fā)布，也稱PoE+)旨在應對能耗需求的增高，但隨著市場演變，標準正趨向滯后于前沿的設計領域。

諸如家用/商用自動化面板、上網(wǎng)本和低耗電膝上型電腦等新產品的能耗要求可與PoE IEEE802.3 at標準的供電能力相適應。在概念上，這表示接插座(docking staTIon)能夠接受單個RJ45連接器的外形。在家用及商用自動化面板中，集成PoE的優(yōu)勢非常明顯，因為無需配接不同的電力線。這類特殊設計領域的局限是除了以太網(wǎng)線纜以外，還須支持PoE的路由器或交換機。由于整合方便，大多數(shù)家庭及小企業(yè)主已采用無線連接，企業(yè)自然會提倡集成PoE，因此，安裝簡單而輕松，耗費人工極少。

許多公眾場合開始出現(xiàn)了信息站(informaTIon kiosk)，常用于接受訂單、銷售點(POS)終端機、旅行或客戶服務。這類信息設備對IEEE802.3af/t標準的功率限制帶來挑戰(zhàn)，諸如平板顯示器、打印機和計算平臺增加了大額功率預算。雖然許多精細設計的信息站能以25W之內(使用備用線對時為50W)的功率工作，但更高性能的設備需要更高的功耗。隨著該技術進一步獲得市場接受，支持PoE功能的信息端/站將大幅增加。

無線設計域是PoE增長最快的細分市場。接入點(WiFi、WiMax等)都必須連接至路由器、交換機或主網(wǎng)絡連接。IEEE802.3at標準支持提供的額外功率使所有這些設備都能整合PoE，讓無線接入點的安裝或服務變得極為簡單，僅要求插入單個RJ45連接頭。

無線設計最新的細分增長市場是小型移動接入點，它們也被稱作毫微微蜂窩基站(femto cell)或微微蜂窩基站(pico cell)，在非傳統(tǒng)區(qū)域提供移動接入。這個概念的大功率版本最初用于為大型樓宇提供更好的信號覆蓋，如今正用于在人口稠密區(qū)替代大型移動基站。這將大幅簡化安裝，并提供在物理尺寸上更具吸引力的連接方案。小區(qū)域移動基站的能耗頗高，遠高于現(xiàn)有PoE標準支持的25W。

超越IEEE802.3at標準

PoE的基本功率限制很容易理解。加在以太網(wǎng)線纜上的最大電壓限制，公認為超過60V就很危險。大多數(shù)地方性及全國性電氣法規(guī)對于導體承載升高的電壓都制定了嚴格的規(guī)則和指引。因此，為了務實起見，用電設備(PD)節(jié)點提供的電壓為57V。對于給定系統(tǒng)元件而言，由于平方關系及功率耗散(P=I2R)，電流是能效損耗的主要原因。

如果要增大提供給節(jié)點的總功率，分析顯示必須首先減小串聯(lián)電阻，還必須顧及整個PoE系統(tǒng)的熱性能。大多數(shù)(慶幸不是全部)PoE器件僅符合標準工業(yè)溫度要求；而如果超過了PoE標準制定的供電限制，PoE器件可能只提供邊際性能， 甚至會受到可用壽命縮短的影響，結果可能就是方案變得更復雜一些。

PoE電子設備必須使用戶能夠外部配置內嵌電流限制，并且需要采用在溫度升高時能支持長期工作且性能不降低的技術來制造。大多數(shù)PoE用電設備(PoE-PD)及PoE電源設備(PoE-PSE)產品支持限流配置，但其中僅有少數(shù)產品能提供真正的高溫工作。

如果使用了“備用線對(spare pairs)”，就容易設計帶兩個PoE控制器的PD節(jié)點，并在電源變壓器的次級端合并輸出(見圖1)。市場上有少數(shù)幾種支持PoE的商用產品為每個線對提供達30W的功率，并同時保持符合IEEE802.3af和IEEE802.3at標準，因而能給負載提供提供60W的功率。如果電源設備以更高的電流限制工作，擴展所選PoE控制器的熱性能，每個線對就支持提供40W功率，總功率達80W。

安森美半導體推出的NCP1081和NCP1083等支持80W功率的PoE-PD如今能夠為更多的應用提供足夠的功率，包括小型移動接入點、網(wǎng)絡存儲節(jié)點、眾多膝上型電腦及小外形計算機。

尺寸、成本和性能的權衡

市場上有大量PoE的選擇正好說明了每項設計挑戰(zhàn)都涉及尺寸、成本和性能等經典限制的不同組合。隨著PoE功能成為主流，這三項條件都更為重要。在WiFi和數(shù)據(jù)設備等消費應用中，尺寸和成本至關重要，但性能則由整個平臺來共享。最常見的性能衡量指標是工作負載周期內的系統(tǒng)總能效。因此，對尺寸和成本敏感的應用，簡單但更耐用的PoE-PD模塊需要配備更先進的PSE電路，以提供出眾的性能。在對成本不太敏感的設計中，可以應用某些更新穎的PD控制器，但還必須開發(fā)外部軟件支持以提供高性能，不過它們可以與不太先進的PSE電子設備一起應用。

本文小結

PoE市場持續(xù)擴張，使得設計人員能夠以集成大功率PoE功能優(yōu)化安裝復雜度和用戶體驗。近期發(fā)布的IEEE802.3at標準支持給單個PoE節(jié)點提供高達25W功率。PoE供電也能夠擴展，支持高于IEEE802.3標準限制3倍的功率，從而造就新的細分市場，并保持反向兼容性。PoE集成將惠及此前不符合標準PoE功率限制的大范圍產品。

圖1：安森美半導體雙PoE-PD為負載提供60到80W功率。