以太網(wǎng)供電 (PoE) 的發(fā)展是為了響應(yīng)受電設(shè)備 (PD) 之間對快速、經(jīng)濟高效的網(wǎng)絡(luò)通信日益增長的需求。電氣和電子工程師協(xié)會 (IEEE) 制定了安全標準來支持共享網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備。自 2003 年以來，IEEE 已經(jīng)批準并支持多個版本的標準。對于速度較慢的 10Mbps 的 10Base-T 和 100Mbps 的 100Base-TX 傳輸，四個 5 類 (CAT5) 雙絞線中只有兩個用于信號傳輸，留下另外兩條雙絞線用于將電力傳輸?shù)浇K端設(shè)備（圖 1）。

圖 1：兩對數(shù)據(jù)傳輸圖說明了兩對電源連接。電源僅在紅色對上傳輸，而所有四對都可以傳輸數(shù)據(jù)。（來源：微芯）

變體標準使用通常未使用的電線（變體 B）進行電源和接地。同時，變體 A 將信號置于電源之上，例如用于音頻電容式麥克風(fēng)的幻象電源中的 -48 伏。這種巧妙的技術(shù)通過電壓差對每對雙絞線進行偏置。這允許在不干擾信號的情況下提取功率，這些信號相對于每個電壓電勢是不同的。

4PPoE 是另一個不斷變化的標準，它使用所有四對雙絞線供電，并允許更高級別的功率用于電子設(shè)備以外的其他設(shè)備，包括電動相機、應(yīng)急照明源、通風(fēng)口執(zhí)行器、繼電器和泵（圖 2）。

圖 2：通過四對線傳輸數(shù)據(jù)圖展示了一個四對電源連接，電源通過所有八根線傳輸。（來源：微芯）

有趣的是，PoE 并不是第一個供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。幾十年前，基于 RS-232 的網(wǎng)絡(luò)方案使用 4 線 RJ-11 電纜遠距離傳輸/接收和整流交流電。整流后的交流電看起來像交流電，因此不受電纜阻抗的限制，并且都具有用于 NRZ（不歸零）信號的公共接地參考。

為什么要接線？

通過 Wi- Fi?、藍牙?、Zigbee、超寬帶 (UWB) 以及許多其他具有經(jīng)過驗證的有效性記錄的可用無線協(xié)議，為什么會有人想要有線連接？最重要的是，并非每個需要控制或監(jiān)控的遠程位置都可以使用電源。建筑物中埋藏的傳感器和執(zhí)行器可能位于爬行空間、閣樓、內(nèi)部通風(fēng)口，甚至是人們無法適應(yīng)的地方。獨立的供電和有線連接可能是唯一的解決方案。同樣，應(yīng)急照明等關(guān)鍵系統(tǒng)可能會失去主電源，但仍可依靠 PoE 電源運行。這在緊急情況下尤其重要，例如在摩天大樓中，逃生樓梯間保持照明。有線連接更難破解，因為無線更容易被干擾。這是任何安全系統(tǒng)中的重要考慮因素。

最新標準是 IEEE 802.3bt

2003 年初的 802.3af 標準可以提供 15.4W 的功率，這對于嵌入式、掩埋式和分布式傳感器系統(tǒng)來說已經(jīng)足夠了。相機、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 電話和無線 LAN 的接入點也利用了這一點。2009 年的 IEE 802.at 標準允許每條電纜線路的功率高達 30W，這為潛在的更耗電應(yīng)用打開了大門，例如用戶界面終端和低亮度照明。響亮的聲音和警笛系統(tǒng)現(xiàn)在也是可行的。

2018 年批準的最新 IEEE 802.bt 標準正在獲得關(guān)注，并將 802.3bt 類型 3 類設(shè)備的功率提高到 60W，將 802.3bt 類型 4 類設(shè)備的功率提高到 90W。這不僅可以為單端口端點應(yīng)用提供電源，還可以實現(xiàn)遠程多端口實施，每個端口都能夠提供最高可達多端口開關(guān) 90W 的功率。這也可以允許螺線管、電機和其他機電功能，例如緊急開門或鎖定駕駛艙系統(tǒng)。

802.bt PoE 滿足USB-3C

隨著最新的 PoE 和 USB 標準，PoE 和 USB-3C 之間的接口變得越來越流行。這可以讓筆記本電腦、平板電腦和更復(fù)雜的用戶界面連接到有線網(wǎng)絡(luò)，為使用和充電提供電力和數(shù)據(jù)。

這不僅僅是表面上看到的。有線 PoE 端口與 USB-3C 端口之間的橋接可以改變數(shù)據(jù)流的架構(gòu)方式，即使在房屋和公寓中也是如此。盡管 Wi-Fi 很容易，但嘗試爭奪同一空域的人和設(shè)備越多，可能會導(dǎo)致延遲時間和性能下降。來自 Wi-Fi 空間的流媒體電視等外賣數(shù)據(jù)和可用性能可以返回到公寓樓等交通嚴重擁擠的區(qū)域。通過有線 USB-3C 端口，手持設(shè)備、全屋 A/V 分配用戶界面、云和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等固定功能單元可以更多地訪問充電端口。

許多建筑物已經(jīng)安裝了以太網(wǎng)布線，以及交換機甚至路由器。使用這種互聯(lián)網(wǎng)和云連接，以及重新構(gòu)建數(shù)據(jù)流和保留遺留系統(tǒng)使用的主干，對于使用標準功能和限制誰使用標準的專有增強功能的選擇非常重要。如果一臺設(shè)備符合當(dāng)前標準，并且只要新設(shè)備保持與舊系統(tǒng)的向后兼容性，那么您的網(wǎng)絡(luò)就可以優(yōu)化數(shù)據(jù)流和性能。

Microchip mPoE 陣容

Microchip 的多重以太網(wǎng)供電 (mPoE) 技術(shù)無縫且高效地為有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電，使其成為基于以太網(wǎng)的應(yīng)用的理想解決方案。利用獨特設(shè)計的算法，mPoE 可向后兼容準標準設(shè)備，同時支持所有 IEEE ? PoE 標準。Microchip mPoE 是 IP 電話、無線接入點 (WAP)、IP 監(jiān)控攝像頭、5G 小型基站、LoRa? 網(wǎng)關(guān)、LED 燈具、門禁終端和其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的出色解決方案。

設(shè)計能夠適應(yīng)業(yè)務(wù)增長的靈活、可擴展且可靠的面向未來的網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。隨著業(yè)界采用最新一代的 PoE 技術(shù)通過單一以太網(wǎng)電纜管理數(shù)據(jù)和供電，公司面臨著在單一以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施中使預(yù)標準 PD 與新的 IEEE 802.3bt 兼容 PD 一起工作的挑戰(zhàn)。Microchip 的帶有 mPoE 的電源設(shè)備 (PSE) 芯片組使準標準設(shè)備和符合 IEEE 標準的設(shè)備能夠在同一網(wǎng)絡(luò)上協(xié)同工作。PoE 注入器/中跨和 PoE 交換機采用了這種獨特的技術(shù)，無需更改現(xiàn)有交換機或布線即可在任何網(wǎng)絡(luò)中快速、簡單地部署 Microchip mPoE。

Microchip mPoE 同時支持 PoE 1、PoE 2、PoE+、IEEE 802.3af/at/bt、傳統(tǒng) af/at、12.5K、UPoE、Class 4 60W 和 PoH 標準。這種創(chuàng)新技術(shù)可實現(xiàn)靈活快速的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計升級以滿足業(yè)務(wù)需求。Microchip mPoE 提供了必要的可擴展性和互操作性，不僅在今天而且在未來為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供動力。

特色產(chǎn)品

Microchip為原始設(shè)備制造商 (OEM) 提供多種配置的單端口即插即用 PoE 802.3bt 模塊，用于符合日本、歐洲和美國標準的中跨 60W 應(yīng)用。單個 RJ45 連接器支持 10/100 和 1G 速度，可提供 60W 功率。憑借傳統(tǒng)支持和模型，例如準備好使用現(xiàn)成的室外就緒PD-9501GCO IP67 單端口 PoE中跨，基礎(chǔ)設(shè)施可以輕松構(gòu)建到支持這些增強功能和優(yōu)勢的新結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中。多端口現(xiàn)成解決方案也已準備就緒。PDS-408G PoE 交換機等設(shè)備是 8 端口 PoE BT 交換機，速度高達 1G，功率高達 480W。

設(shè)計人員可以使用 Microchip 控制器來設(shè)計他們的集成以太網(wǎng)、USB、混合信號設(shè)備，甚至可以利用過去的以太網(wǎng)設(shè)計經(jīng)驗來整合PD69208 以太網(wǎng) IC等 PoE 電源開關(guān)設(shè)備的 PoE 優(yōu)勢（圖 3）。諸如PD70xx 和 PD-Imxx PoE 開發(fā)工具之類的開發(fā)套件可以讓剛接觸這項技術(shù)的設(shè)計人員輕松地采用一種快速、低成本、低風(fēng)險的方式來測試、評估和開發(fā)這項技術(shù)。

圖 3：使用電源開關(guān)部件和隔離簡化了添加以太網(wǎng)供電以符合 802.3bt 規(guī)范。（來源：微芯）

結(jié)論

有線以太網(wǎng)為越來越多的 PD 提供安全、可靠的連接。自 2003 年采用第一個 PoE 標準以來，PoE 的使用急劇增加，并在新應(yīng)用中取得了進展。影響 PoE 在新應(yīng)用中使用的主要限制因素是可用功率的大小。盡管 15.4W 的電源足以滿足大多數(shù) IP 電話和 802.11a/b/g 接入點的需求，但它無法滿足更高功率以支持其他設(shè)備的需求，例如 PTZ 監(jiān)控攝像頭、信息亭、POS 終端、瘦客戶端、802.11ac 和 802.11ax 接入點、小型基站和連接的 LED 照明，最新的標準 IEEE 802.3bt 支持通過四對 CAT5e 電纜及以上提供 90W 的功率。

Microchip 的 mPoE 技術(shù)利用獨特設(shè)計的算法無縫、高效地為任何有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電。該技術(shù)支持與準標準設(shè)備的向后兼容性，同時支持所有 IEEE PoE 標準。mPoE 同時支持 PoE 1、PoE 2、PoE+、IEEE 802.3af/at/bt、傳統(tǒng) af/at、12.5K、UPoE、Class 4 60W 和 PoH 標準。這種多功能技術(shù)可實現(xiàn)靈活快速的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計升級，以滿足不斷變化的業(yè)務(wù)需求。

完成電氣工程學(xué)業(yè)后，Jon Gabay 曾在國防、商業(yè)、工業(yè)、消費者、能源和醫(yī)療公司擔(dān)任設(shè)計工程師、固件編碼員、系統(tǒng)設(shè)計師、研究科學(xué)家和產(chǎn)品開發(fā)人員。作為一名替代能源研究人員和發(fā)明家，他從創(chuàng)立并經(jīng)營 Dedicated Devices Corp. 到 2004 年一直從事自動化技術(shù)工作。從那時起，他一直在為下一代工程師進行研發(fā)、撰寫文章和開發(fā)技術(shù)和學(xué)生。

審核編輯黃宇