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

以太網(wǎng)供電或稱(chēng) PoE 是一種日益流行的方法，可通過(guò)現(xiàn)有以太網(wǎng)電纜同時(shí)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(duì)功率的需求也增加了。

新的專(zhuān)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(kuò)展至 90W，從而滿足了對(duì)功率日益增加的需求。與其他功率擴(kuò)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(lái)的簡(jiǎn)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(kuò)大了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而可實(shí)現(xiàn)各類(lèi)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(jī)的加熱器。

PoE 的歷史

PoE 是一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，用來(lái)通過(guò)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(chēng)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(chēng)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(yǔ)，如圖 1 所示。向網(wǎng)絡(luò)供電的設(shè)備稱(chēng)為供電設(shè)備 (PSE)，而從網(wǎng)絡(luò)吸取功率的設(shè)備稱(chēng)為受電設(shè)備 (PD)。 PSE 有兩種類(lèi)型：同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)和供電的端點(diǎn) (一般是網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或路由器);以及注入功率并讓數(shù)據(jù)通過(guò)的中跨。中跨一般用來(lái)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(wú)線接入點(diǎn)、保安攝像機(jī)、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(jìn)來(lái)。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?yàn)轱@而易見(jiàn)，對(duì)超過(guò) 25.5W 釋放功率有巨大和日益增長(zhǎng)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(dá) 90W 的釋放功率。

LTPoE++ 規(guī)范可靠地?cái)U(kuò)展了現(xiàn)有 IEEE PoE 協(xié)議的檢測(cè)和分類(lèi)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(zhuān)有功率擴(kuò)展解決方案不同，LTPoE++ 在 PSE 和 PD 之間提供相互識(shí)別。LTPoE++ PSE 可以區(qū)分 LTPoE++ PD 和所有其他類(lèi)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(wú)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(kuò)展至 25.5W。以下各點(diǎn)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(shí)，也能加電運(yùn)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(shí)，可一直達(dá)到 LTPoE++ PSE 的設(shè)計(jì)極限。當(dāng)識(shí)別出一個(gè) LTPoE++ PD 時(shí)，如果PSE 的功率額定值滿足或超過(guò)所請(qǐng)求的 PD 功率，那么將向該 PD 供電。例如，一個(gè) 45W 的 LTPoE++ PSE 可以為 35W 和 45W 的 PD 供電。

IEEE 兼容 PD 的檢測(cè)

LTPoE++ 的物理檢測(cè)和分類(lèi)方法簡(jiǎn)單并可后向兼容擴(kuò)展現(xiàn)有方案。其他功率擴(kuò)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(xiǎn)。違反 IEEE 規(guī)定的檢測(cè)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(xiǎn)。

圖 2：IEEE 802.3at 特征電阻范圍

以下規(guī)則界定了能實(shí)現(xiàn)最高安全性和互操作性的檢測(cè)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(yùn)用 4 點(diǎn)檢測(cè)方法極其可靠地提供檢測(cè)方案。利用強(qiáng)制電流和強(qiáng)制電壓測(cè)量方法來(lái)檢查特征電阻，可最大限度地減少錯(cuò)誤的陽(yáng)性檢測(cè)。

LTPoE++ 的優(yōu)勢(shì)

標(biāo)準(zhǔn)的 PoE PSE 采用 4 對(duì)可用以太網(wǎng)電纜中的兩對(duì)進(jìn)行供電。有些電源擴(kuò)展拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在一根電纜上使用 2 個(gè) PSE 和 2 個(gè) PD 以提供 2 x 25.5W 功率。圖中示出了這種“雙 Type 2”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種方法的主要問(wèn)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(jì)在 PD 端需要兩個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器 (每個(gè) PD 一個(gè)) 其中每個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器都是相對(duì)復(fù)雜的反激式或正向隔離式電源。

圖 3：代價(jià)高昂地?cái)U(kuò)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(guò)“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(gè)。這種方法仍然需要兩個(gè) PSE 和兩個(gè) PD ，因此依然存在與成本和空間有關(guān)的缺點(diǎn)。電源“或”二極管導(dǎo)致的壓降可以看作是，為了通過(guò)使用單個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器而得到節(jié)省，所付出的公平代價(jià)。大多數(shù)情況下，在浪涌保護(hù)測(cè)試開(kāi)始之前，由二極管實(shí)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(lèi)解決方案本質(zhì)上會(huì)降低浪涌保護(hù)容限，因此很少能達(dá)到 PD 的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖 4：不那么昂貴但有缺陷地?cái)U(kuò)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(lèi)似，但用二極管實(shí)現(xiàn)“或”連接的電源共享架構(gòu)允許在 PD 中少用一個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器，因此降低了一些成本。不過(guò)，這類(lèi)解決方案本質(zhì)上降低了浪涌保護(hù)容限，因此很少能達(dá)到 PD 的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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

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

LLDP互操作性及選項(xiàng)

在 PoE 系統(tǒng)的選擇與構(gòu)建過(guò)程中，許多 PD 設(shè)計(jì)師很驚訝地發(fā)覺(jué)了鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議 (LLDP) 實(shí)現(xiàn)方案的隱性成本。LLDP 是 IEEE 強(qiáng)制的 PD 軟件級(jí)功率協(xié)商。LLDP 要求擴(kuò)展至標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)堆棧，并可能意味著需要進(jìn)行大量的軟件開(kāi)發(fā)工作。不幸的是，旨在提供 LLDP 支持的開(kāi)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(shí)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(lèi)和 LLDP 功率協(xié)商功能。首先，這加重了就所有 Type 2 PD 進(jìn)行 LLDP 軟件開(kāi)發(fā)的負(fù)擔(dān)。此外，LLDP 意味著需要雙電源，這使設(shè)計(jì)更加復(fù)雜了。尤其是，PD 一側(cè)的處理器在 13W 功率時(shí)必須提供齊全的功能，并能通過(guò) LLDP 進(jìn)行協(xié)商，以提供額外的功率。顯然，這種要求有可能提高開(kāi)發(fā)工作以及系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

LTPoE++ 提供了實(shí)現(xiàn) LLDP 的選項(xiàng)。LTPoE++ PSE 和 PD 在硬件級(jí)自主地協(xié)商功率需求和功能，同時(shí)仍然保持與基于 LLDP 解決方案的完全兼容性。簡(jiǎn)言之，LTPoE++ 使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師能選擇支持還是不支持 LLDP。專(zhuān)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(shì)，同時(shí)還可以進(jìn)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(gè)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(xì)檢查，然后才能進(jìn)行有用的比較。一個(gè)廠商可能給出的是PSE 提供的功率，另一個(gè)廠商可能給出的是提供給 PD 的功率，而 PD 設(shè)計(jì)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(méi)用的，但是在市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)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(shí) (很少能夠?qū)崿F(xiàn))，供電能力有時(shí)會(huì)被進(jìn)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(gè)比 PSE 功率更有用的參數(shù)，因?yàn)樵搮?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(duì)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(duì) 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(shí)，PD 設(shè)計(jì)師對(duì)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(shuō)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(jìn)行的實(shí)際性能比較。請(qǐng)注意，雙 Type 2 配置提供的功率遠(yuǎn)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(kāi)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(gè)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(yù)卓著的可靠性，在此基礎(chǔ)上，LTPoE++ 已成為市場(chǎng)上最全面的大功率解決方案。LTPoE++ 系統(tǒng)簡(jiǎn)化了供電，并允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)工作中，集中精力解決價(jià)值更大的應(yīng)用問(wèn)題。

表 1：PSE 和 PD 的供電參數(shù)顯示，LTPoE++ 擴(kuò)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