如何设计兼容现今产品并着眼未来的 PoE 受电设备VIP免费

第1页共6页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共6页如何设计兼容现今产品并着眼未来的PoE受电设备IEEE802.3af以太网供电(PoE)标准描述了如何通过以太网CAT-5电缆分配最高达12.95W的功率，以便网络设备能在没有AC电源线的情况下工作。IEEE委员会正在定义一个可提供更高功率的类似标准。目前，802.3af功率是由供电设备(PSE)提供，PSE管理功率分配并区分需要供电的用电设备(PD)和不需要供电的纯数据设备。由于PSE的检测方法可以实现上述区分，所以用户可以在其现有网络上部署PoE，而不会损坏纯数据以太网设备。图1：图3所示PD实例的I-V曲线。阴影区域显示IEEE限定的检测、分级和接通范围以及作者推荐的范围。因PD可以放置在没有AC电源插座的地方，并从集中放置的不间断供电电源(UPS)获得功率，因此给终端用户带来了极大益处。PD需要遵循802.3af的以太网供电接口和DC/DC转换器。但是，由于集成电路不能克服PoE的所有挑战：有些问题必须在板级和系统级解决。此外，一个解决方案不能适用于所有情况，设计师要能够在保持可互操作的同时根据其应用的需求定制解决方案。为了帮助设计师在满足应用需求的同时遵循802.3af标准并满足互操作性要求，本文列出了PD设计面临的多种难题，并用电路实例来说明可能的解决方案。大多数针对PD的IEEE802.3af标准都可以用图1所示的PDI-V曲线来描述。该曲线分成3个电压范围：2.7V至10.1V是检测范围；14.5V至20.5V是分级范围；30V至57V是供电范围。在这些范围里，PD的行为是受IEEE标准控制的，不过这些范围之间的过渡区域对互操作性来说也同样重要。PSE在检测范围进行探查以区分具有25k?电阻的PD和具有150?共模终端的非受电设备。在分级范围内，PD的电流根据它工作所需功率的大小而不同。当输入或端口电压超过30V时，PD开始从电缆获得功率以使其余电路工作。在大多数PD中，来自以太网端口的48V输入被转换成适用于PD电路的3.3V或2.5V。图2和图3显示的电路实现PD的全部PoE接口，其中包括DC/DC转换。这样一来，PoE接口就成了一个自含式电源，从而容许PD设计师把精力集中于使其PD与众不同的电路和软件上。与电缆链接第2页共6页第1页共6页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共6页图2：从以太网电缆获得PoE功率和10/100数据的以太网磁铁实例。连线CT1-CT4连接到图3的输入端。PD的PoE接口和以太网PHY都必须连接到RJ-45插座上(参见图2)。75?共模终端电阻是AC耦合的，因此它们不干扰PoE。该终端连接到电缆的共模扼流圈端，这样扼流圈的电感和高AC阻抗不会影响该终端的阻抗。这些通路上的配线和电路板走线需要特别注意，它们需要保持低电阻。电路板采用宽走线并紧密放置元器件，以缩短走线长度。在磁铁(T1-T6)中，就确保DC电流不使T5或T6饱和以及不堵塞数据传输而言，控制线电阻尤其重要。自耦变压器T1和T2必须一起缠绕，以便中央抽头与该线对两条线之间的电阻相同。即使T1和T2的缠绕十分完美，电缆电阻仍然可以引起一些DC差分电压。通过让T1或T2的电阻低于扼流圈T3和T4以及数据变压器T5和T6的电阻，磁铁能吸引所产生的DC电流流经T1或T2。图2说明了这一点，图中较宽的线代表低电阻连线。把PD连接到备用线对非常简单，因为这些连线不传输数据，如图2所示，无需磁铁。(就把数据放在备用线对上的千兆以太网而言，把PD连接到图2中作为数据线对的那个相同磁铁上。)一旦磁铁从电缆获取功率和数据，那么无论是从备用线对还是从数据线对上看，PD都是一样的。实际上，就两种电压极性和两个线对而言，我们对PDI-V曲线的要求也是相同的。图3中D1-D8组成的一对二极管电桥把来自两个线对的信号组成一个单极性输出，容许一个遵循802.3af标准的PD接口(由图3中的LTC4267控制--LTC4267PoE为一受电设备控制器)为两个输入线对和两种极性提供服务。除了二极管电桥，图2还有一个保护PD输入的瞬态电压抑制器(TVS)，因为振铃、过冲瞬态和静态电流以及地电位差等可能给电缆加上数百或数千伏的电压。由于电缆具有高达0.05μF的电容和低串联电感及电阻，所以这些电压所代表的能量可能相当大。瞬态电压抑制器可以吸收大部分能量，...