可靠和易用的 LTPoE++ 標(biāo)準(zhǔn)將 PoE 功率擴展至 90W

以太網(wǎng)供電或稱 PoE 是一種日益流行的方法，可通過現(xiàn)有以太網(wǎng)電纜同時供電和傳送數(shù)據(jù)，因此應(yīng)用可不受必須靠近 AC 電源的限制。隨著 PoE 解決方案的增多，應(yīng)用對功率的需求也增加了。

新的專有標(biāo)準(zhǔn) LTPoE++™ 將 PoE 和 PoE+ 規(guī)范的受電設(shè)備 (PD) 釋放功率擴展至 90W，從而滿足了對功率日益增加的需求。與其他功率擴展解決方案相比，LTPoE++ 還極大地降低了供電設(shè)備 (PSE) 和受電設(shè)備的工程復(fù)雜性。即插即用帶來的簡單性以及安全、可靠的供電是 LTPoE++ 的標(biāo)志。該標(biāo)準(zhǔn)的各種功能使以太網(wǎng)供電應(yīng)用的范圍擴大了幾個數(shù)量級，從而可實現(xiàn)各類全新的 PD ，例如消耗大量功率的微微蜂窩、基站或用于 PTZ (左右-上下-變焦) 攝像機的加熱器。

PoE 的歷史

PoE 是一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，用來通過銅纜以太網(wǎng)數(shù)據(jù)線發(fā)送 DC 功率。管理 802.3 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的 IEEE 小組于 2003 年增加了 PoE 功能。最初的 PoE 規(guī)范稱為 802.3af，允許 48V DC 電源提供最高 13W 功率。盡管這一初始規(guī)范廣受歡迎，但是 13W 的上限限制了應(yīng)用的數(shù)量。2009 年，IEEE 發(fā)布了稱為 802.3at 或 PoE+ 的新標(biāo)準(zhǔn)，提高了電壓和電流要求，以提供 25.5W 功率。

該 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)還定義了 PoE 術(shù)語，如圖 1 所示。向網(wǎng)絡(luò)供電的設(shè)備稱為供電設(shè)備 (PSE)，而從網(wǎng)絡(luò)吸取功率的設(shè)備稱為受電設(shè)備 (PD)。 PSE 有兩種類型：同時發(fā)送數(shù)據(jù)和供電的端點 (一般是網(wǎng)絡(luò)交換機或路由器);以及注入功率并讓數(shù)據(jù)通過的中跨。中跨一般用來給現(xiàn)有非 PoE 網(wǎng)絡(luò)增加 PoE 功能。典型的 PD 應(yīng)用是 IP 電話、無線接入點、保安攝像機、毫微微蜂窩、微微蜂窩和基站。

圖 1：典型的 PoE 系統(tǒng)

IEEE PoE+ 規(guī)范規(guī)定了與 802.3af PSE 和 PD 的后向兼容性。PoE+ 規(guī)范定義了 Type 1 PSE 和 PD ，以將提供最高 13W 功率的 PSE 和 PD 包括進來。Type 2 PSE 和 PD 最高提供 25.5W 功率。

LTPoE++ 的演變

25.5W IEEE PoE+ 規(guī)范尚未最終確定，因為顯而易見，對超過 25.5W 釋放功率有巨大和日益增長的需求。為了滿足這種需求，LTPoE++ 規(guī)范向 LTPoE++ PD 可靠地分配高達 90W 的釋放功率。

LTPoE++ 規(guī)范可靠地擴展了現(xiàn)有 IEEE PoE 協(xié)議的檢測和分類功能。LTPoE++ 與現(xiàn)有 Type 1 及 Type 2 PD 后向兼容并可互操作。凌力爾特的 LTPoE++ 與其他專有功率擴展解決方案不同，LTPoE++ 在 PSE 和 PD 之間提供相互識別。LTPoE++ PSE 可以區(qū)分 LTPoE++ PD 和所有其他類型的 IEEE 兼容 PD ，從而允許 LTPoE++ PSE 保持與現(xiàn)有設(shè)備的兼容性和互操作性。

LTPoE++ PSE 和 PD 可無縫地與 IEEE 802.3at Type 1 及 Type 2 設(shè)備互操作。Type 1 PSE 一般在包括 802.3af 功能，功率等于或低于 13W。Type 2 PSE 將傳統(tǒng) PoE 擴展至 25.5W。以下各點援引自表 1：

l Type 1 PSE 將以最高 13W 的功率為所有 Type 1、Type 2 和 LTPoE++ PD 供電。

l Type 2 PSE 將以最高 13W 的功率為 Type 1 PD 供電，并向 Type 2 和 LTPoE++ PD 提供 25.5W 功率。

l LTPoE++ PD 即使在連接到傳統(tǒng)的 Type 1 和 Type 2 PSE 時，也能加電運行，但功能受限。

l LTPoE++ PSE 可與 Type 1 及 Type 2 PD 互操作。在向 LTPoE++ PD 供電時，可一直達到 LTPoE++ PSE 的設(shè)計極限。當(dāng)識別出一個 LTPoE++ PD 時，如果PSE 的功率額定值滿足或超過所請求的 PD 功率，那么將向該 PD 供電。例如，一個 45W 的 LTPoE++ PSE 可以為 35W 和 45W 的 PD 供電。

IEEE 兼容 PD 的檢測

LTPoE++ 的物理檢測和分類方法簡單并可后向兼容擴展現(xiàn)有方案。其他功率擴展協(xié)議違反了 IEEE 規(guī)范，如圖 2 所示，而且有向已知非兼容 NIC 加電的風(fēng)險。違反 IEEE 規(guī)定的檢測電阻規(guī)范的任何大功率分配方案都有損壞和損毀非 PoE 以太網(wǎng)設(shè)備的風(fēng)險。

圖 2：IEEE 802.3at 特征電阻范圍

以下規(guī)則界定了能實現(xiàn)最高安全性和互操作性的檢測方法。

優(yōu)先規(guī)則 1：不接通不應(yīng)該接通的東西

優(yōu)先規(guī)則 2：接通應(yīng)該接通的東西

凌力爾特的 PSE 運用 4 點檢測方法極其可靠地提供檢測方案。利用強制電流和強制電壓測量方法來檢查特征電阻，可最大限度地減少錯誤的陽性檢測。

LTPoE++ 的優(yōu)勢

標(biāo)準(zhǔn)的 PoE PSE 采用 4 對可用以太網(wǎng)電纜中的兩對進行供電。有些電源擴展拓撲結(jié)構(gòu)在一根電纜上使用 2 個 PSE 和 2 個 PD 以提供 2 x 25.5W 功率。圖中示出了這種“雙 Type 2”拓撲結(jié)構(gòu)。這種方法的主要問題是組件數(shù)增加了一倍，因此 PSE 和 PD 的成本也增加了一倍。此外，可靠的設(shè)計在 PD 端需要兩個 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 (每個 PD 一個) 其中每個 DC/DC 轉(zhuǎn)換器都是相對復(fù)雜的反激式或正向隔離式電源。

圖 3：代價高昂地擴展 PoE+ 功率的方法。雙 Type 2 PD 提供高于標(biāo)準(zhǔn) PoE+ PD 的功率，但成本和組件數(shù)也翻了一番。

如圖 4 所示，通過“或”連接 PD 的輸出電源，雙 Type 2 配置中的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以去掉一個。這種方法仍然需要兩個 PSE 和兩個 PD ，因此依然存在與成本和空間有關(guān)的缺點。電源“或”二極管導(dǎo)致的壓降可以看作是，為了通過使用單個 DC/DC 轉(zhuǎn)換器而得到節(jié)省，所付出的公平代價。大多數(shù)情況下，在浪涌保護測試開始之前，由二極管實現(xiàn)“或”連接的電源共享架構(gòu)一直是有吸引力的。由于這類解決方案本質(zhì)上會降低浪涌保護容限，因此很少能達到 PD 的設(shè)計目標(biāo)。

圖 4：不那么昂貴但有缺陷地擴展 PoE+ 功率的可替換方法。這種方法與圖 3 所示的雙 Type 2 配置類似，但用二極管實現(xiàn)“或”連接的電源共享架構(gòu)允許在 PD 中少用一個 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，因此降低了一些成本。不過，這類解決方案本質(zhì)上降低了浪涌保護容限，因此很少能達到 PD 的設(shè)計目標(biāo)。

相比之下，如圖 5 所示的 LTPoE++ 解決方案僅需要一個 PSE 、一個 PD 和一個 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，因此其優(yōu)勢是極大地節(jié)省了電路板空間、成本和開發(fā)時間。

圖 5：LTPoE++ 架構(gòu)是惟一能在 PD 端提供 90W 功率、同時保持復(fù)雜性和成本可控的 PoE 功率擴展解決方案。

LLDP互操作性及選項

在 PoE 系統(tǒng)的選擇與構(gòu)建過程中，許多 PD 設(shè)計師很驚訝地發(fā)覺了鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議 (LLDP) 實現(xiàn)方案的隱性成本。LLDP 是 IEEE 強制的 PD 軟件級功率協(xié)商。LLDP 要求擴展至標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)堆棧，并可能意味著需要進行大量的軟件開發(fā)工作。不幸的是，旨在提供 LLDP 支持的開源社區(qū)工作仍然處于其起步階段。

盡管可以選擇用 Type 2 PSE 實現(xiàn) LLDP，但是與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)完全兼容的 Type 2 PD 必須提供物理分類和 LLDP 功率協(xié)商功能。首先，這加重了就所有 Type 2 PD 進行 LLDP 軟件開發(fā)的負擔(dān)。此外，LLDP 意味著需要雙電源，這使設(shè)計更加復(fù)雜了。尤其是，PD 一側(cè)的處理器在 13W 功率時必須提供齊全的功能，并能通過 LLDP 進行協(xié)商，以提供額外的功率。顯然，這種要求有可能提高開發(fā)工作以及系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

LTPoE++ 提供了實現(xiàn) LLDP 的選項。LTPoE++ PSE 和 PD 在硬件級自主地協(xié)商功率需求和功能，同時仍然保持與基于 LLDP 解決方案的完全兼容性。簡言之，LTPoE++ 使系統(tǒng)設(shè)計師能選擇支持還是不支持 LLDP。專有的端到端系統(tǒng)可能選擇放棄支持 LLDP。這可以產(chǎn)生產(chǎn)品快速上市的優(yōu)勢，同時還可以進一步降低物料成本、減小電路板尺寸并降低復(fù)雜性。

功率參數(shù)揭秘

PoE 功率路徑可以分成 3 個主要部分：PSE 產(chǎn)生的功率、提供給 PD 的功率以及提供給應(yīng)用的功率。PSE 和 PD 的供電能力參數(shù)必須仔細檢查，然后才能進行有用的比較。一個廠商可能給出的是PSE 提供的功率，另一個廠商可能給出的是提供給 PD 的功率，而 PD 設(shè)計師一般關(guān)心的卻是應(yīng)用消耗的功率。

盡管在 3 種功率參數(shù)中，PSE 的功率參數(shù)是最沒用的，但是在市場營銷材料中卻是最常提及的。PSE 功率通常被定義為在以太網(wǎng)電纜的 PSE 端上提供的功率。當(dāng)供應(yīng)商規(guī)定的是最大額定電壓條件下的功率時 (很少能夠?qū)崿F(xiàn))，供電能力有時會被進一步曲解。

PD 功率或“輸出功率”是指輸送至以太網(wǎng)電纜的 PD 端 (位于二極管電橋之前) 的功率。 PD 功率是一個比 PSE 功率更有用的參數(shù)，因為該參數(shù)必須考慮 100 米 CAT-5e 電纜上的大量損耗。受電功率參數(shù)對應(yīng)用的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和二極管電橋的效率未作任何假設(shè)，這兩種效率對 PSE 和 PD 芯片廠商而言是未知的。

在考慮所有系統(tǒng)影響 (包括以太網(wǎng)磁性組件的電阻、二極管電橋的壓降和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的效率) 時，PD 設(shè)計師對提供給應(yīng)用的功率最感興趣。這一功率參數(shù)盡管最有說服力，卻是最難以準(zhǔn)確規(guī)定的。

表 2 顯示了在各部分電源通路上進行的實際性能比較。請注意，雙 Type 2 配置提供的功率遠低于 LTPoE++ 70W 和 90W 解決方案。

可提供的 PSE

凌力爾特公司致力于開發(fā) LTPoE++ 技術(shù)，并提供一整套 PSE 和 PD 的解決方案。如表 3 所示，涵蓋 1 至 12 端口解決方案的一個完整 PSE 系列已經(jīng)供貨。

結(jié)論

LTPoE++ 提供可靠和端到端的大功率 PoE 解決方案，而且在前期就可節(jié)省成本。凌力爾特提供卓越的應(yīng)用支持，擁有良好的交貨記錄，提供聲譽卓著的可靠性，在此基礎(chǔ)上，LTPoE++ 已成為市場上最全面的大功率解決方案。LTPoE++ 系統(tǒng)簡化了供電，并允許系統(tǒng)設(shè)計師在設(shè)計工作中，集中精力解決價值更大的應(yīng)用問題。

表 1：PSE 和 PD 的供電參數(shù)顯示，LTPoE++ 擴展了功率

表 2：PSE、PD 和應(yīng)用的功率

*假定 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的效率為 90%

表 3：LTPoE++ PSE