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作者：凌力爾特公司混合信號產品產品市場經理Alison Steer 由于以太網供電(PoE)能夠以靈活和具成本效益的方法通過單根以太網電纜同時傳輸功率和數據，因此以太網供電得到了日益廣泛的應用。這使得設備幾乎可以隨意地安裝在任何地方，無需受到周圍交流電源或電工進行安裝的限制。最初的IEEE 802.3af PoE規范將供電至受電設備的功率限制在只有13W，這也就限制了設備的應用范圍，例如：IP電話和基本的安保攝像機等。在2009年，IEEE 802.3at規范將支持的功率增加到25.5W。但是，這還是無法滿足功率要求越來越高的PoE應用需求，比如：微微蜂窩基站、無線接入點、LED標牌和加熱云臺變焦(PTZ)室外攝像機等。在2011年，凌力爾特公司發布了新的專有標準LTPoE++，其將PoE和PoE+ 規范的供電功率擴展至90W，同時還維持與IEEE PoE標準的100%兼容。LTPoE++提供了一種安全和堅固的即插即用型解決方案，極大地降低了供電設備(PSE)和受電設備(PD)中的工程復雜性。與其他的功率擴展拓撲相比，LTPoE++的好處是其僅需單個 PSE和PD即可通過4對CAT5e電纜輸送高達90W的功率，從而在空間、成本和開發時間上形成了明顯的優勢 (圖1)。它支持4種不同的功率等級 (38.7W、52.7W、70W、90W)，因而可根據應用的要求來調整電源供電。 
圖1：典型的PoE系統 受電設備檢測 在允許PSE對線路加電之前，其必須利用一個功率受限的探測電源來檢查IEEE標準所規定的特征電阻。如果要被視作一個有效的特征，則PD必須看似25kΩ ±5%與120nF或更小電容的并聯。反過來，PSE必須接受一個略寬的19kΩ至26.5kΩ特征電阻范圍，以補償系統中的寄生串聯和并聯電阻 (圖2)。PSE必須拒絕任何特征電阻低于15kΩ或高于33kΩ、或者其終端上跨有大于10μF電容的設備。
圖2：IEEE802.3af 特征電阻范圍 PD特征阻抗允許具有一個高達1.9V的電壓失調 (通常由多達2個串聯二極管引起)，以及一個高至10μA的電流失調 (通常由PD中的漏電引起)。這些事項使PSE電阻測量變得復雜起來，因為單個V-I點測量將無法補償此類誤差。因此，PSE被要求至少取兩個不同的V-I點 (在PD上至少分開1V)。然后，其必須計算兩點之間的差異以找出真實的電阻斜率，并減去電壓和電流失調。由于CAT-5電纜通常排布在天花板、墻壁及其他同樣布有AC配線的地方，所以50Hz/60Hz噪聲會很大。凌力爾特的PSE控制器通過采用一種專有的雙模式、四點檢測法來應對這一問題，其可確保針對正或負PD誤檢測的最佳抗擾能力。 受電設備分級 一旦PSE成功地檢測到一個PD，其將執行功率分級步驟。PSE必須隨時了解所連接的PD數目和它們的功率分級等級，并在其功率預算耗盡時停止接受PD。分級特征的檢查方法是：在 PD的兩端施加介于14.5V和20V之間的電壓并測量PD所吸收的電流。PSE采用測得的電流來確定該PD所屬的類別。 LTPoE++使用了3事件分級方案，在PSE和PD之間提供互識別信號交換，同時保持了與IEEE 802.3at標準的后向兼容。通過PD對3事件分級方案的響應，LTPoE++PSE可確定PD是Type 1(PoE)、Type 2(PoE+)，還是LTPoE++設備。LTPoE++ PSE使用3事件分級方案結果來更新ICUT和ILIM門限。在另一端，LTPoE++ PD使用它接收到的分級事件號，確定其連接到的是Type 1、Type 2，還是LTPoE++ PSE。如果LTPoE++ PSE測量到PD的第一個分級事件電流是Class 0、Class 1、Class 2或Class 3設備，LTPoE++ PSE將把端口作為Type 1設備進行供電。否則，如果在第一個分級事件中識別到的是Class 4，那么LTPoE++ PSE會按照PoE+規范的定義繼續第二個分級事件。這告訴PD，它連接至一個Type 2或LTPoE++ PSE。沒有第二個分級事件表明了PD連接至一個Type 1 PSE，這被限制為Type 1供電。 Type 2 PD物理層分級由IEEE定義為兩個連續Class 4結果。另外，LTPoE++ PD還必須在第一和第二個分級事件中顯示兩個連續的Class 4結果。 在第一和第二個分級事件中，在有效的Class 4測量之后，LTPoE++ PSE將遷移到第三個分級事件上。在兩個成功的Class 4測量之后，執行第三個分級事件。第三個分級事件必須轉換到一個不同于Class 4的其他級別，以把PD識別為支持LTPoE++。在第三個分級事件過程中，LTPoE++ PSE把維持Class 4的PD認為是Type 2 PD。對于所有的分級事件，IEEE 802.3at標準皆要求兼容型Type 2 PD重復Class 4響應。第三個分級事件告訴LTPoE++ PD，它連接至一個LTPoE++ PSE。表1示出了針對各種不同PD功率級別的分級事件排列。在第三個分級事件過程中，LTPoE++ PD給出一個Class 0-3的分級電流。這4種不同的級別向LTPoE++ PSE表明了LTPoE++ PD在其輸入端上所需的最大功率。LTPoE++ PD輸入端上的4種LTPoE++功率級(38.7W、52.7W、70W和90W) 對應于4種級別 (Class 0、Class 1、Class 2和 Class 3)。
表1：LTPoE++ 分級 DC斷接 就像PSE必須只向有效的PD輸送功率一樣，在受電設備拔出之后，PSE也一定不得在其上留有電源，這是因為受電電纜隨后有可能會被插入一個不期望供電的設備。LTPoE++ PSE采用了DC斷接法，以根據從PSE流至PD的DC電流值來確定PD是否存在。當該電流保持在一個IMIN門限 (介于5mA和10mA之間) 以下達到給定的時間tDIS(300ms至400ms) 時，PSE即認為不存在PD并切斷電源。 全面整合 一旦某個PSE成功地檢測到一個PD并對其進行了分級，隨后就將決定是否給它上電。假如這個PSE的可用功率足以為該PD供電，那么就會對PD實施上電操作，并開始監視端口以及時了解DC斷接情況。 現在，PSE掌握了全面的情況：檢測序列告訴它有一個真實的PD連接至端口；分級例程告訴它PD將吸取多大的功率 (這樣它就能相應地分配其供電資源)；而DC斷接法則告訴它PD仍然存在并處于正常運作狀態。反過來，PD運用一種簡單明了的方法告訴PSE：它是什么、它需要多少功率、是否期望保持該功率的連續供應。所有這些動作都不會以任何方式對數據流產生影響。 LTPoE++一個重要的與眾不同之處是：對于軟件級功率協商，它不需要使用IEEE PoE+ 規范強制要求的鏈路層發現協議 (LLDP)。LLDP要求擴展標準的以太網堆棧，會產生很大的軟件開發投入。LTPoE++ PSE和PD自主地協商功率級要求以及硬件級能力，同時保持了與基于LLDP解決方案的完全兼容。這樣，LTPoE++系統設計人員就能夠選擇是否實現LLDP。專有的端到端系統有可能選擇放棄支持LLDP。這將形成產品快速上市的優勢，同時還可以進一步減低物料清單(BOM)成本、減小電路板尺寸并降低復雜性。 LTPoE++即插即用型解決方案 凌力爾特提供了1、4、8和12端口LTPoE++ PSE控制器，這些產品提供了業界最低的功率耗散、堅固的ESD和電纜放電保護功能、低組件數和成本效益型設計。當與LT4275 PD控制器配對使用時 (圖3)，這個完整的即插即用型LTPoE++系統 (無需LLDP) 能夠輸送高達90W的功率，同時保持了與PoE+和PoE標準的完全兼容。整個解決方案采用了外部低RDS(ON) MOSFET，以大幅度地減少總的PD熱耗散并實現電源效率的最大化，這在所有的功率級別上都是很重要的。所有模擬引腳上的高絕對最大額定值以及具成本效益的電纜放電保護功能，可確保為器件提供針對大多數常見以太網線路浪涌的良好保護。總之，LTPoE++系統簡化了功率輸送，使得系統設計人員能夠將其設計工作的重點放在其高價值應用上。
圖3：LT4275 90W PD控制器采用外部MOSFET以提高電源效率 |
