以太网供电向前推进

以太网供电 (PoE) 的发展是为了响应受电设备 (PD) 之间对快速、经济高效的网络通信日益增长的需求。电气和电子工程师协会 (IEEE) 制定了安全标准来支持共享网络连接的设备。自 2003 年以来，IEEE 已经批准并支持多个版本的标准。对于速度较慢的 10Mbps 的 10Base-T 和 100Mbps 的 100Base-TX 传输，四个 5 类 (CAT5) 双绞线中只有两个用于信号传输，留下另外两条双绞线用于将电力传输到终端设备（图 1）。

图 1：两对数据传输图说明了两对电源连接。电源仅在红色对上传输，而所有四对都可以传输数据。（来源：微芯）

变体标准使用通常未使用的电线（变体 B）进行电源和接地。同时，变体 A 将信号置于电源之上，例如用于音频电容式麦克风的幻象电源中的 -48 伏。这种巧妙的技术通过电压差对每对双绞线进行偏置。这允许在不干扰信号的情况下提取功率，这些信号相对于每个电压电势是不同的。

4PPoE 是另一个不断变化的标准，它使用所有四对双绞线供电，并允许更高级别的功率用于电子设备以外的其他设备，包括电动相机、应急照明源、通风口执行器、继电器和泵（图 2）。

图 2：通过四对线传输数据图展示了一个四对电源连接，电源通过所有八根线传输。（来源：微芯）

有趣的是，PoE 并不是第一个供电网络技术。几十年前，基于 RS-232 的网络方案使用 4 线 RJ-11 电缆远距离传输/接收和整流交流电。整流后的交流电看起来像交流电，因此不受电缆阻抗的限制，并且都具有用于 NRZ（不归零）信号的公共接地参考。

为什么要接线？

通过 Wi- Fi®、蓝牙®、Zigbee、超宽带 (UWB) 以及许多其他具有经过验证的有效性记录的可用无线协议，为什么会有人想要有线连接？最重要的是，并非每个需要控制或监控的远程位置都可以使用电源。建筑物中埋藏的传感器和执行器可能位于爬行空间、阁楼、内部通风口，甚至是人们无法适应的地方。独立的供电和有线连接可能是唯一的解决方案。同样，应急照明等关键系统可能会失去主电源，但仍可依靠 PoE 电源运行。这在紧急情况下尤其重要，例如在摩天大楼中，逃生楼梯间保持照明。有线连接更难破解，因为无线更容易被干扰。这是任何安全系统中的重要考虑因素。

最新标准是 IEEE 802.3bt

2003 年初的 802.3af 标准可以提供 15.4W 的功率，这对于嵌入式、掩埋式和分布式传感器系统来说已经足够了。相机、互联网协议 (IP) 电话和无线 LAN 的接入点也利用了这一点。2009 年的 IEE 802.at 标准允许每条电缆线路的功率高达 30W，这为潜在的更耗电应用打开了大门，例如用户界面终端和低亮度照明。响亮的声音和警笛系统现在也是可行的。 

2018 年批准的最新 IEEE 802.bt 标准正在获得关注，并将 802.3bt 类型 3 类设备的功率提高到 60W，将 802.3bt 类型 4 类设备的功率提高到 90W。这不仅可以为单端口端点应用提供电源，还可以实现远程多端口实施，每个端口都能够提供最高可达多端口开关 90W 的功率。这也可以允许螺线管、电机和其他机电功能，例如紧急开门或锁定驾驶舱系统。

802.bt PoE 满足USB-3C

随着最新的 PoE 和 USB 标准，PoE 和 USB-3C 之间的接口变得越来越流行。这可以让笔记本电脑、平板电脑和更复杂的用户界面连接到有线网络，为使用和充电提供电力和数据。

这不仅仅是表面上看到的。有线 PoE 端口与 USB-3C 端口之间的桥接可以改变数据流的架构方式，即使在房屋和公寓中也是如此。尽管 Wi-Fi 很容易，但尝试争夺同一空域的人和设备越多，可能会导致延迟时间和性能下降。来自 Wi-Fi 空间的流媒体电视等外卖数据和可用性能可以返回到公寓楼等交通严重拥挤的区域。通过有线 USB-3C 端口，手持设备、全屋 A/V 分配用户界面、云和物联网设备等固定功能单元可以更多地访问充电端口。

许多建筑物已经安装了以太网布线，以及交换机甚至路由器。使用这种互联网和云连接，以及重新构建数据流和保留遗留系统使用的主干，对于使用标准功能和限制谁使用标准的专有增强功能的选择非常重要。如果一台设备符合当前标准，并且只要新设备保持与旧系统的向后兼容性，那么您的网络就可以优化数据流和性能。

Microchip mPoE 阵容

Microchip 的多重以太网供电 (mPoE) 技术无缝且高效地为有线网络设备供电，使其成为基于以太网的应用的理想解决方案。利用独特设计的算法，mPoE 可向后兼容准标准设备，同时支持所有 IEEE ® PoE 标准。Microchip mPoE 是 IP 电话、无线接入点 (WAP)、IP 监控摄像头、5G 小型基站、LoRa® 网关、LED 灯具、门禁终端和其他物联网设备等传统网络设备的出色解决方案。

设计能够适应业务增长的灵活、可扩展且可靠的面向未来的网络至关重要。随着业界采用最新一代的 PoE 技术通过单一以太网电缆管理数据和供电，公司面临着在单一以太网基础设施中使预标准 PD 与新的 IEEE 802.3bt 兼容 PD 一起工作的挑战。Microchip 的带有 mPoE 的电源设备 (PSE) 芯片组使准标准设备和符合 IEEE 标准的设备能够在同一网络上协同工作。PoE 注入器/中跨和 PoE 交换机采用了这种独特的技术，无需更改现有交换机或布线即可在任何网络中快速、简单地部署 Microchip mPoE。

Microchip mPoE 同时支持 PoE 1、PoE 2、PoE+、IEEE 802.3af/at/bt、传统 af/at、12.5K、UPoE、Class 4 60W 和 PoH 标准。这种创新技术可实现灵活快速的网络设计升级以满足业务需求。Microchip mPoE 提供了必要的可扩展性和互操作性，不仅在今天而且在未来为物联网网络提供动力。

特色产品

Microchip 为原始设备制造商 (OEM) 提供多种配置的单端口即插即用 PoE 802.3bt 模块，用于符合日本、欧洲和美国标准的中跨 60W 应用。单个 RJ45 连接器支持 10/100 和 1G 速度，可提供 60W 功率。凭借传统支持和模型，例如准备好使用现成的室外就绪PD-9501GCO IP67 单端口 PoE中跨，基础设施可以轻松构建到支持这些增强功能和优势的新结构和现有结构中。多端口现成解决方案也已准备就绪。PDS-408G PoE 交换机等设备是 8 端口 PoE BT 交换机，速度高达 1G，功率高达 480W。

设计人员可以使用 Microchip 控制器来设计他们的集成以太网、USB、混合信号设备，甚至可以利用过去的以太网设计经验来整合PD69208 以太网 IC等 PoE 电源开关设备的 PoE 优势（图 3）。诸如PD70xx 和 PD-Imxx PoE 开发工具之类的开发套件可以让刚接触这项技术的设计人员轻松地采用一种快速、低成本、低风险的方式来测试、评估和开发这项技术。

图 3：使用电源开关部件和隔离简化了添加以太网供电以符合 802.3bt 规范。（来源：微芯）

结论

有线以太网为越来越多的 PD 提供安全、可靠的连接。自 2003 年采用第一个 PoE 标准以来，PoE 的使用急剧增加，并在新应用中取得了进展。影响 PoE 在新应用中使用的主要限制因素是可用功率的大小。尽管 15.4W 的电源足以满足大多数 IP 电话和 802.11a/b/g 接入点的需求，但它无法满足更高功率以支持其他设备的需求，例如 PTZ 监控摄像头、信息亭、POS 终端、瘦客户端、802.11ac 和 802.11ax 接入点、小型基站和连接的 LED 照明，最新的标准 IEEE 802.3bt 支持通过四对 CAT5e 电缆及以上提供 90W 的功率。

Microchip 的 mPoE 技术利用独特设计的算法无缝、高效地为任何有线网络设备供电。该技术支持与准标准设备的向后兼容性，同时支持所有 IEEE PoE 标准。mPoE 同时支持 PoE 1、PoE 2、PoE+、IEEE 802.3af/at/bt、传统 af/at、12.5K、UPoE、Class 4 60W 和 PoH 标准。这种多功能技术可实现灵活快速的网络设计升级，以满足不断变化的业务需求。

完成电气工程学业后，Jon Gabay 曾在国防、商业、工业、消费者、能源和医疗公司担任设计工程师、固件编码员、系统设计师、研究科学家和产品开发人员。作为一名替代能源研究人员和发明家，他从创立并经营 Dedicated Devices Corp. 到 2004 年一直从事自动化技术工作。从那时起，他一直在为下一代工程师进行研发、撰写文章和开发技术和学生。

审核编辑 黄宇