1、如何設(shè)計計兼容現(xiàn)現(xiàn)今產(chǎn)品品并著眼眼未來的的 PooE 受受電設(shè)備備 HYPERLINK /TECHTERM/ART/IEEE+802.3af.HTM IEEEE 8002.33af 以太網(wǎng)網(wǎng)供電( HYPERLINK /TECHTERM/ART/PoE.HTM PoEE)標準準描述了了如何通通過以太太網(wǎng) CCAT-5 電電纜分配配最高達達 122.955W 的的功率，以便網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備備能在沒沒有 AAC 電電源線的的情況下下工作。IEEEE 委委員會正正在定義義一個可可提供更更高功率率的類似似標準。目前，8022.3aaf 功功率是由由供電設(shè)設(shè)備(PPSE)提供，PSEE 管理理功率分分配并區(qū)區(qū)

2、分需要要供電的的用電設(shè)設(shè)備(PPD)和和不需要要供電的的純數(shù)據(jù)據(jù)設(shè)備。由于 PSEE 的檢檢測方法法可以實實現(xiàn)上述述區(qū)分，所以用用戶可以以在其現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)絡(luò)上部署署 PooE，而而不會損損壞純數(shù)數(shù)據(jù)以太太網(wǎng)設(shè)備備。 圖1：圖圖3 所所示 PPD 實實例的 I-VV 曲線線。陰影影區(qū)域顯顯示 IIEEEE 限定定的檢測測、分級級和接通通范圍以以及作者者推薦的的范圍。因PD 可以放放置在沒沒有 AAC 電電源插座座的地方方，并從從集中放放置的不不間斷供供電電源源(UPPS)獲獲得功率率，因此此給終端端用戶帶帶來了極極大益處處。PDD 需要要遵循 8022.3aaf 的的以太網(wǎng)網(wǎng)供電接接口和 DC/D

3、C 轉(zhuǎn)換器器。但是是，由于于集成電電路不能能克服 PoEE 的所所有挑戰(zhàn)戰(zhàn)：有些些問題必必須在板板級和系系統(tǒng)級解解決。此此外，一一個解決決方案不不能適用用于所有有情況，設(shè)計師師要能夠夠在保持持可互操操作的同同時根據(jù)據(jù)其應(yīng)用用的需求求定制解解決方案案。為了了幫助設(shè)設(shè)計師在在滿足應(yīng)應(yīng)用需求求的同時時遵循 8022.3aaf 標標準并滿滿足互操操作性要要求，本本文列出出了 PPD 設(shè)設(shè)計面臨臨的多種種難題，并用電電路實例例來說明明可能的的解決方方案。 大多數(shù)針針對 PPD 的的 IEEEE 8022.3aaf 標標準都可可以用圖圖 1 所示的的 PDD I-V 曲曲線來描描述。該該曲線分分成 33

4、個電電壓范圍圍：2.7V 至 110.11V 是是檢測范范圍；114.55V 至至 200.5VV 是分分級范圍圍；300V 至至 577V 是是供電范范圍。在在這些范范圍里，PD 的行為為是受 IEEEE 標標準控制制的，不不過這些些范圍之之間的過過渡區(qū)域域?qū)ゲ俨僮餍詠韥碚f也同同樣重要要。PSSE 在在檢測范范圍進行行探查以以區(qū)分具具有 225k? 電阻阻的 PPD 和和具有 1500? 共共模終端端的非受受電設(shè)備備。在分分級范圍圍內(nèi)，PPD 的的電流根根據(jù)它工工作所需需功率的的大小而而不同。當輸入入或端口口電壓超超過 330V 時，PPD 開開始從電電纜獲得得功率以以使其余余電路工工作。

5、在在大多數(shù)數(shù) PDD 中，來自以以太網(wǎng)端端口的 48VV 輸入入被轉(zhuǎn)換換成適用用于 PPD 電電路的 3.33V 或或 2.5V。圖 22 和圖圖 3 顯示的的電路實實現(xiàn) PPD 的的全部 PoEE 接口口，其中中包括 DC/DC 轉(zhuǎn)換。這樣一一來，PPoE 接口就就成了一一個自含含式電源源，從而而容許 PD 設(shè)計師師把精力力集中于于使其 PD 與眾不不同的電電路和軟軟件上。 與電纜鏈鏈接 圖2：從從以太網(wǎng)網(wǎng)電纜獲獲得PooE功率率和100/1000數(shù)據(jù)據(jù)的以太太網(wǎng)磁鐵鐵實例。連線CCT1-CT44連接到到圖3的的輸入端端。PD 的的 PooE 接接口和以以太網(wǎng) PHYY 都必必須連接接到 R

6、RJ-445 插插座上(參見圖圖2)。75? 共模模終端電電阻是 AC 耦合的的，因此此它們不不干擾 PoEE。該終終端連接接到電纜纜的共模模扼流圈圈端，這這樣扼流流圈的電電感和高高 ACC 阻抗抗不會影影響該終終端的阻阻抗。這這些通路路上的配配線和電電路板走走線需要要特別注注意，它它們需要要保持低低電阻。電路板板采用寬寬走線并并緊密放放置元器器件，以以縮短走走線長度度。在磁磁鐵(TT1-TT6)中中，就確確保 DDC 電電流不使使 T55 或 T6 飽和以以及不堵堵塞數(shù)據(jù)據(jù)傳輸而而言，控控制線電電阻尤其其重要。自耦變變壓器 T1 和 TT2 必必須一起起纏繞，以便中中央抽頭頭與該線線對兩條條

7、線之間間的電阻阻相同。即使 T1 和 TT2 的的纏繞十十分完美美，電纜纜電阻仍仍然可以以引起一一些 DDC 差差分電壓壓。通過過讓 TT1 或或 T22 的電電阻低于于扼流圈圈 T33 和 T4 以及數(shù)數(shù)據(jù)變壓壓器 TT5 和和 T66 的電電阻，磁磁鐵能吸吸引所產(chǎn)產(chǎn)生的 DC 電流流流經(jīng) TT1 或或 T22。圖22 說明明了這一一點，圖圖中較寬寬的線代代表低電電阻連線線。把 PD 連接到到備用線線對非常常簡單，因為這這些連線線不傳輸輸數(shù)據(jù)，如圖 2 所所示，無無需磁鐵鐵。(就就把數(shù)據(jù)據(jù)放在備備用線對對上的千千兆以太太網(wǎng)而言言，把 PD 連接到到圖 22 中作作為數(shù)據(jù)據(jù)線對的的那個相相同磁

8、鐵鐵上。) 一旦磁鐵鐵從電纜纜獲取功功率和數(shù)數(shù)據(jù)，那那么無論論是從備備用線對對還是從從數(shù)據(jù)線線對上看看，PDD 都是是一樣的的。實際際上，就就兩種電電壓極性性和兩個個線對而而言，我我們對 PD I-VV 曲線線的要求求也是相相同的。圖 33 中 D1-D8 組成的的一對二二極管電電橋把來來自兩個個線對的的信號組組成一個個單極性性輸出，容許一一個遵循循 8002.33af 標準的的 PDD 接口口(由圖圖 3 中的 LTCC42667 控控制-LTCC42667 PPoE 為一受受電設(shè)備備控制器器)為兩兩個輸入入線對和和兩種極極性提供供服務(wù)。 除了二極極管電橋橋，圖 2 還還有一個個保護 PD

9、輸入的的瞬態(tài)電電壓抑制制器(TTVS)，因為為振鈴、過沖瞬瞬態(tài)和靜靜態(tài)電流流以及地地電位差差等可能能給電纜纜加上數(shù)數(shù)百或數(shù)數(shù)千伏的的電壓。由于電電纜具有有高達 0.005FF 的電電容和低低串聯(lián)電電感及電電阻，所所以這些些電壓所所代表的的能量可可能相當當大。瞬瞬態(tài)電壓壓抑制器器可以吸吸收大部部分能量量，但是是其余 PoEE 接口口必須設(shè)設(shè)計成在在 TVVS 限限制電壓壓之前，能夠抵抵擋住比比工作電電壓范圍圍高出 20VV 至 30VV 的電電壓。 圖3：遵遵循 8802.3aff 的 PoEE 接口口和DCC/DCC轉(zhuǎn)換器器實例圖圖。檢測 在建立 PoEE 連接接的過程程中，檢檢測是第第一步也

10、也是最重重要的一一步。PPD 具具有 225k? 共模模電阻，而非用用電設(shè)備備具有 1500? 電電阻或開開路共模模終端。在 22.7VV 和 10.1V 之間，PD 必須具具有 22511.255k? 檢測特特征電阻阻。除了了圖 33 中與與 LTTC42267 一起畫畫出的電電阻本身身，二極極管電橋橋是 PPD 225k? 檢測測特征電電阻的最最重要部部分。這這些二極極管的正正向電壓壓使特征征電阻上上的電壓壓產(chǎn)生了了偏移，IEEEE 標標準要求求這個偏偏移小于于 1.9V(對于在在 -440oCC 溫度度下工作作的硅二二極管足足夠了)。如圖圖 4 所示，這些二二極管的的非線性性串聯(lián)電電阻影

11、響響特征電電阻。反反向偏置置電橋二二極管會會有泄漏漏，兩個個并聯(lián)二二極管的的泄漏在在 100.1VV 反向向偏置時時必須低低于 IIEEEE 規(guī)定定的 110AA。如圖圖 4 所示，LTCC42667 通通過集成成和優(yōu)化化特征電電阻以補補償二極極管電橋橋和它自自己的電電源電流流，極大大地減輕輕了這些些問題，減輕了了設(shè)計師師的負擔擔。 分級 表1：IIEEEE 8002.33af PD 級別(注意PPD的00級和44級沒有有列出，也不應(yīng)應(yīng)該采用用。)成功檢測測之后，大多數(shù)數(shù) PSSE 會會對 PPD 分分級以確確定該用用電設(shè)備備會消耗耗多少功功率。分分級提高高了 PPSE 的功率率管理能能力，容

12、容許 PPSE 用同樣樣瓦數(shù)的的電源為為更多 PD 供電。例如，9 個個消耗功功率為 5W 被定為為 3 級的 PD 就最大大限度地地利用了了一個 1500W 電電源的功功率，因因為該 PSEE 必須須向每個個 3 級 PPD 分分配 115.44W 功功率。如如果同樣樣的 PPD 定定為 22 級，那么該該 PSSE 會會向每個個 PDD 分配配 7WW 功率率，其 1500W 功功率可以以給 221 個個 PDD 供電電。用表表 1 可以為為 PDD 選擇擇合適的的級別，選擇最最大持續(xù)續(xù)功率和和峰值電電流低于于PD 相應(yīng)參參數(shù)的最最低級數(shù)數(shù)(1、2或33)。 分級是由由 PSSE 完完成的

13、，它強迫迫端口電電壓進入入分級范范圍，然然后測量量 PDD 電流流。在整整個分級級區(qū)域，PD 的電流流必須符符合表 1 所所列的 3 個個范圍之之一。盡盡管 8802.3aff 標準準規(guī)定在在檢測和和分級之之間有超超過 55V 的的電壓，但是這這 5VV 電壓壓的大部部分都被被二極管管正向電電壓(VVF)隨隨溫度的的變化給給消耗掉掉。最高高溫度時時，二極極管的 VF 大約是是 0.5V，而最低低溫度時時這個電電壓大約約為 00.9VV。注意意圖 11 中典典型 II-V 曲線的的斜坡。如果檢檢測與分分級之間間的過渡渡處理得得不夠平平滑，那那么可能能發(fā)生振振蕩，因因為 PPD 的的分級電電流可能

14、能使端口口電壓降降低到分分級范圍圍之外。即使有有來自 PSEE 的穩(wěn)穩(wěn)定電壓壓，PDD 電流流的迅速速變化加加上電纜纜 1000m 的電感感也可能能引起振振鈴。電電壓在 20.5V 以上時時斷開分分級電流流所產(chǎn)生生的負電電阻可能能引起更更嚴重的的振蕩和和互用性性問題。為了最最大限度度地提高高互用性性，PDD 應(yīng)該該盡力實實現(xiàn)平滑滑單調(diào)的的 I-V 曲曲線，如如圖1所所示。 加電 進 PDD 接通通并開始始從電纜纜獲得功功率，PPD 設(shè)設(shè)計就變變得更加加復(fù)雜了了，因為為 PooE 接接口、DDC/DDC 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器和和其余的的 PDD 電路路要一起起配合工工作，并并保證遵遵循 8802.3aff

15、標準準。LTTC42267就就有為實實現(xiàn)這種種合作所所需的兩兩個最重重要的部部分：PPoE 接口和和 DCC/DCC 轉(zhuǎn)換換器。 圖4：顯顯示二極極管電阻阻對PDD檢測特特征影響響的檢測測 I-V 曲曲線。LTC442677 一直直等到輸輸入達到到 366V 時時才開始始獲得功功率，并并把浪涌涌電流限限制到 1400mA(參見圖圖 1)。通過過等待輸輸入達到到 366V，LLTC442677 在其其接通(36VV)和斷斷開(330V)電壓之之間加上上了 66V 的的遲滯。如果端端口電壓壓由于 LTCC42667 消消耗電流流的提高高而降低低，那么么這一遲遲滯能防防止 LLTC442677 的斷

16、斷續(xù)振蕩蕩。一旦旦 PDD 加電電，LTTC42267 就切換換到 3375mmA 的的限流值值，從而而容許 PD 從電纜纜獲得 12.95WW 的滿滿功率。具有較較高浪涌涌電流限限制的 PD 將需要要一個更更大的遲遲滯(8802.3aff 最高高容許 12VV)以防防止振蕩蕩。 如果 PPD 能能在 PPSE 4000mA 至 4450mmA 的的電流限限制下于于 500ms 內(nèi)加電電，那么么就不需需要自己己限流。不需要要自己限限流或在在 500ms 內(nèi)加電電的 PPD 將將由其它它設(shè)備來來關(guān)斷自自己的電電源。LLTC442677 這樣樣的 PPD 控控制器集集成電路路采用電電流限制制和稱為

17、為“電源源良好”的功能能來確保保 PDD 順利利加電。這種控控制器的的電源良良好輸出出在 CCIN 充電到到端口電電壓之前前，保持持其余 PD 電路斷斷開。如如圖 33 所示示，在 VPOORTNN 和 POUUT 之之間的電電壓低于于 1.5V 之前，LTCC42667 的的PWRRGD 引腳阻阻止其 DC/DC 轉(zhuǎn)換器器工作。采用電電源良好好信號對對 DCC/DCC 轉(zhuǎn)換換器來說說是很重重要，因因為提供供恒定輸輸出功率率的轉(zhuǎn)換換器在其其輸入電電壓下降降時會消消耗更大大的電流流。如果果轉(zhuǎn)換器器在低電電壓時斷斷開，由由于它消消耗電流流較大，可能降降低 CCIN 充電速速度甚至至阻止其其充電。因

18、此，電源良良好功能能或其它它一些延延遲 DDC/DDC 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器接接通的方方法對 PD 成功加加電至關(guān)關(guān)重要。 獲得功率率 50mss 啟動動時間一一到，PPD 的的 CIIN 就就應(yīng)該充充電到 VPOORT(低于二二極管電電橋 VVF 的的 2 倍)，而且 PD 的功耗耗必須低低于它所所在級別別的最高高功耗(參見表表 1)。PDD 還必必須用保保持功率率特征(MPSS)信號號表明其其繼續(xù)存存在。如如果沒有有 MPPS 信信號，那那么 PPSE 會關(guān)斷斷電源，防止帶帶電電纜纜插入不不接受功功率的以以太網(wǎng)設(shè)設(shè)備。MMPS 具體體體現(xiàn)為一一個 110mAA 或更更高的 DC 電流和和一個低低于 2

19、26.335k? 、與與超過 0.005FF 電容容并聯(lián)的的阻抗。極少有有 PDD 需要要特殊電電路提供供 MPPS。在在大多數(shù)數(shù)情況下下，PDD 正常常工作所所用的 CINN、DCC/DCC 轉(zhuǎn)換換器阻抗抗和電流流能滿足足 8002.33af MPSS 的需需求。遵遵循能源源之星規(guī)規(guī)定的 PD 以及其其它功率率很低的的 PDD(如恒恒溫器等等功耗可可能在應(yīng)應(yīng)用中引引起問題題的 PPD)容容許給出出超過 10mmA 的的MPSS 電流流脈沖達達 755ms，而脈沖沖間隔可可高至 2500ms，這樣可可把功率率降低到到大約 1000mW。 與 MPPS 一一樣，在在大多數(shù)數(shù)情況下下，保持持在分級

20、級限制內(nèi)內(nèi)是由 PD 的 DDC/DDC 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器和和從該轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器獲獲得功率率的電路路來處理理的。設(shè)設(shè)計師必必須確保保 PDD 電路路消耗的的功率永永遠低于于表 11 中相相應(yīng)級別別的功率率。負載載電路不不可能消消耗 112.995W，因為 PoEE 接口口(大多多數(shù)是在在二極管管電橋)和 DDC/DDC 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器損損耗了功功率。采采用低泄泄漏肖特特基二極極管可以以降低二二極管電電橋的損損耗。圖圖 3 中，LLTC442677 的PPoE 接口消消耗的功功率低于于 1880mWW，VPPORTTN 和和 POOUT 之間的的 1.6? RONN MOOSFEET 損損耗 2200mmW 功功率

21、，剩剩下 112.007W=12.95WW-0.50WW-0.18WW-0.20WW。這 12WW 中有有多少提提供給 PD 電路還還要取決決于 DDC/DDC 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的的效率。 隔離 圖3 中中在 DDC/DDC 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器有有關(guān)的最最重要方方面是輸輸入與輸輸出之間間的隔離離。大多多數(shù) PPD 需需要隔離離的 DDC/DDC 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器，因為 8022.3aaf 標標準要求求以太網(wǎng)網(wǎng)插座引引腳與 PD 之外的的其它任任何導(dǎo)電電部分隔隔離。隔隔離的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器器滿足這這一隔離離要求，其余 PD 電路可可以設(shè)計計成沒有有附加隔隔離措施施。 綢繆未來來 幾乎是 8022.3aaf 以以太網(wǎng)供

22、供電標準準剛一發(fā)發(fā)布，用用戶就開開始要求求更高功功率了。13 瓦對于于基本 IP 電話來來說足夠夠了，但但是就機機動化相相機、多多重無線線接入點點和具有有大型彩彩色顯示示屏的產(chǎn)產(chǎn)品而言言，133 瓦功功率讓它它們受到到了嚴重重限制。為此，IEEEE 已已經(jīng)新成成立了一一個名為為 PooE+ 的研究究小組，該小組組將制訂訂新標準準，容許許更高功功率的設(shè)設(shè)備與今今天提供供的 8802.3aff 設(shè)備備共存。 盡管普通通 CAAT 55 電纜纜包括 4 個個雙絞線線對，但但是8002.33af 標準在在任何時時候都只只允許兩兩個線對對攜帶電電流。一一個可選選方案是是允許額額外電流流流過第第三和第第四線對對，從而而使可用用功率翻翻倍。第第二個可可選方案案是提高高電流限限度，容容許在兩兩個線對對上傳送送更高的的功率。現(xiàn)在這這兩種方方法每種種都在專專用 PPoE 系統(tǒng)中中出現(xiàn)了了。但是是，每種種方法都都有自己己的缺點點，因此此難于在在它們之之間做出出選擇。 利用所有有 4 個線對對有可能能給受電電設(shè)備(PD)提供最最高功率率，因為為這種方方法利用用了電纜纜中的所所有傳導(dǎo)導(dǎo)能力，最大限限度地降降低了端端到端電電阻和電電阻帶來來的功率率損耗。但是，給所有有 4 個線對對供電差差不多使使端口控控制器電電路的成成本翻了了一番，因為