TPS23882EVM：PoE PSE评估模块的全面解析

在电子工程领域，Power-over-Ethernet（PoE）技术凭借其便捷性和高效性，在众多应用场景中得到了广泛应用。TPS23882EVM作为德州仪器（Texas Instruments）推出的一款PoE PSE评估模块，为工程师们提供了一个理想的开发平台。本文将对TPS23882EVM进行详细解析，涵盖其特性、应用、使用方法以及相关注意事项。

文件下载：TPS23882EVM-008.pdf

一、模块概述

TPS23882EVM由母板（BOOST - PSEMTHR8 - 097）和子板（TPS23882EVM - 008）组成，其中子板包含一个TPS23882设备。TPS23882是一款8通道、符合IEEE802.3bt标准的PoE PSE控制器，该评估模块为TPS23882提供了多端口基础平台接口，可与MSP - EXP430FR5969（LaunchPad™）和USB2ANY（USB接口适配器）进行连接。

（一）特性

1. 多端口支持：具备八个IEEE802.3bt 2 - pair端口，支持1000BASE - T（千兆以太网数据直通）。
2. 电源输入：采用单直流电源输入，同时板载3.3 - V稳压器，为设备提供稳定的电源。
3. 通信接口：板载I2C接口，可通过USB2ANY或MSP - EXP430FR5969与TPS23882设备进行通信。
4. 状态指示：配备端口ON状态LED，方便用户实时了解端口状态；还设有复位按钮，便于重新配置。
5. 测试点：提供用户测试点，方便工程师进行测试和调试。

（二）应用

该评估模块适用于多种应用场景，包括企业和SOHO交换机与路由器、连接式天花板LED开关、PoE直通电源模块、网络视频录像机（NVRs）以及无线回传和小蜂窝网络等。

二、快速启动

（一）输入电源

1. VPWR输入：通过母板上的J1（螺丝插孔）提供直流输入电压，需使用具有足够电流容量的直流电源或壁式适配器为评估模块供电。需要注意的是，该模块不提供反向电压保护，因此必须确保正确的极性连接到J1。此直流输入在原理图中标记为VPWR，用于端口VBUS和TPS23882设备，且PoE端口的VPWR连接未进行熔断。每个2 - pair端口至少能够提供30 W的功率，不同类型的PSE端口对最低电压有不同要求，Type 1为44 VDC，Type 2和Type 3为50 V。在评估过程中，需根据不同环境选择合适的直流电源。
2. 本地3.3 V：本地3.3 V（标记为3.3 V）由板载的LM5019降压转换器提供，为本地设备供电。LM5019提供基本的上电序列，确保启动过程可控且一致。除了54 V电源外，TPS23882的数字电路还需要3.3 V电源，该电源通过连接器接口传输到TPS23882EVM - 008。其典型电流消耗为6 mA，最大为12 mA。
3. 外部3.3 V：BOOST - PSEMTHR8 - 097使用数字隔离器（ISO7241CD）在PoE电源侧和主机侧之间提供电隔离。主机侧电源可通过母板的J2（来自USB2ANY）或J5（来自MSP - EXP430FR5969）提供。需要注意的是，不要同时使用USB2ANY和LaunchPad。

（二）PoE端口接口

TPS23882设备必须通过主机进行配置才能正常工作。该评估模块提供了两种控制TPS23882的方式：TPS238x EVM GUI（搭配USB2ANY）和基本参考代码（搭配MSP - EXP430FR5969 LaunchPad）。母板上的J19、J20、J8、J7、J32、J33、J21和J9分别对应8个2 - pair端口，功率供应遵循替代A方案，采用MDI - X极性。

（三）I2C接口

评估模块提供了两个与TPS23882的I2C接口：

1. USB2ANY接口：母板的J2在使用PC和GUI时，可提供与USB2ANY适配器的接口。
2. MSP - EXP430FR5969接口：母板的J3、J4和J5在使用PC开发自定义系统软件时，可提供与MSP - EXP430FR5969的接口。

三、测试设置

（一）自主模式

TPS23882支持自主模式，即无需任何主机控制即可运行。在上电时，会测量AUTO引脚的电阻，并根据子板J5上的跳线配置对设备进行预配置，所有端口将配置为相同的功率级别。由于母板的硬件配置，所有2 - pair端口都可与PD设备互操作。在TPS23882EVM - 008上，只有2P15W和2P - 30W是有效的选择，因为其他电阻未进行焊接。若要使用自主模式进行测试，需在J5的引脚安装对应所需功率级别的跳线，并在未连接USB2ANY或MSP - EXP430FR5969的情况下为板卡上电。如果在子板J5上安装跳线为评估模块供电，设备将自动进入所选功率级别的自主模式。若所选功率级别发生变化，需对评估模块进行电源循环以使更改生效。

（二）使用USB2ANY进行I2C接口测试

通过母板的J2可提供与TPS23882EVM - 008上TPS23882设备的I2C接口。USB2ANY适配器（不包含在评估模块中）可与任何使用USB2ANY通过I2C总线进行读写操作的TI GUI配合使用。若要在半自动模式下运行TPS23882，需在板卡上电前移除子板J5上安装的跳线。

（三）使用MSP - EX430FR5969 LaunchPad进行高级测试

运行自定义软件程序的LaunchPad（不包含在评估模块中）可与TPS23882EVM - 008上的TPS23882设备进行通信。同样，若要在半自动模式下运行TPS23882，需在板卡上电前移除子板J5上安装的跳线。此外，在通过I2C进行通信时，不要按下母板上的RESET按钮（S1），因为按下该按钮会将所有端口设置为关闭模式，且参考代码无法恢复。

四、通用使用特性

（一）输入/输出连接器和开关

母板上的输入和输出连接器及开关具有各自的功能，例如S1为复位按钮，可向TPS23882发送硬件复位信号；J1为直流电源供应螺丝插孔，不同类型的PSE操作需使用不同的标称电压（Type 1为48 VDC，Type 2、3和4为54 VDC）。

（二）LED指示灯

母板上的LED指示灯用于指示不同的状态，如D1为48 - V ON指示灯，D13 - D19分别指示2 - pair端口1 - 8的电源是否开启，D3为调试LED。

（三）测试点

评估模块提供了多个测试点，包括母板和子板上的测试点，可用于测量不同的信号，如VPWR、3.3 V、I2C数据和时钟等。

（四）测试跳线

评估模块在特定跳线位置配备了跳线，可根据需要移动和移除，例如J27 - J28用于设置2 - pair端口1 - 8的LED偏置，J4用于设置I2C A1 - A4地址线，J5用于选择AUTO引脚（默认选择2P - 30W操作）。

五、TPS23882 GUI设置

（一）安装

TI的TPS23882 GUI用于控制端口并提供端口遥测的实时反馈。可从TPS23882产品文件夹页面的工具和软件部分下载该GUI，并按照屏幕上的说明完成安装。该GUI使用USB2ANY作为PC USB端口与BOOST - PSEMTHR8 - 097 J2连接器（I2C接口）之间的接口。在启动TPS23882 GUI之前，需确保USB2ANY正确连接到TPS23882，并且评估模块由44 - 57 V的电源供电。

（二）操作

双击GUI图标启动TPS23882 GUI，默认设备地址设置为0x20，与评估模块的默认配置相匹配。GUI将TPS23882设置为配置B模式，地址可通过A1到A4引脚进行编程，并且GUI中的I2C地址设置需要与硬件配置相匹配。启动页面包含EVM用户指南、TPS23882数据手册、E2E论坛和MSP430参考代码的链接，还提供了四个流行的PD终端设备图像以及每个终端设备推荐的PD设备链接。连接TPS23882设备后，点击“Firmware”选择要加载到TPS23882的固件。成功加载固件并显示“Device Connected”且选择端口配置类型后，点击“Engineering View”。在设备配置和端口遥测页面，可通过点击每个RJ45连接器单独配置每个端口。默认情况下，TPS23882配置为OFF模式，点击“SET ALL PORTS TO STANDARD”按钮可将所有端口设置为标准配置（在半自动模式下配置端口，启用OSS、功率监管和直流断开），点击“SET ALL PORTS TO AUTO MODE”按钮可启用所有端口的自动模式。该页面还显示每个端口的状态，并且可以通过点击RJ45连接器编辑端口配置。如果端口配置为自动模式，连接有效的PD后，PSE设备将自动开启端口；如果未配置为自动模式，则需要端口启用命令，且只有当PD具有有效的检测和分类结果时，端口才能开启。此外，GUI还提供了对设备每个寄存器的访问。

（三）MSP - EXP430FR5969详细信息

当应用需要使用外部控制器管理TPS23882设备时，TPS23882可接受MSP - EXP430FR5969评估模块。具体操作步骤如下：

1. 将MSP - EXP430FR5969安装到BOOST - PSEMTHR8 - 097上，并确保USB2ANY带状电缆未安装到J2。
2. 按照图示将PC连接到LaunchPad。
3. 源代码是使用Code Composer Studio™（CCS）版本7.2.0开发环境为MSP430 LaunchPad开发套件（MSPEXP430GFR5969）开发的，可在该环境中对目标MSP430进行编程。
4. 安装CCS后，按照基本的设置步骤导入、构建和运行项目。运行评估模块时，需要使用终端程序（如HyperTerminal或Teraterm）查看输出。

（四）MSP430参考代码

MSP430参考代码支持IEEE802.3bt PoE规范、设备检测、连接检查和分类、自动上电（标准2 - pair PDs）、直流断开以及端口遥测更新等功能。MSP430通过UART与PC进行通信，报告端口的参数和状态。参考代码包含自动模式和半自动模式：

1. 自动模式：在自动模式下，TPS23882在配置后可自行处理端口检测、分类、开启和故障处理，无需主机控制。
2. 半自动模式：半自动模式参考代码基于中断。当MSP430从PSE的INT引脚接收到中断时，代码会检查中断寄存器和事件寄存器，并相应地执行操作。

六、EVM原理图、布局指南、PCB组装和层图

（一）原理图

文档提供了TPS23882（子卡 + 母板）的原理图，包括母板的控制原理图、电源端口原理图以及子板的原理图。

（二）布局指南

1. 电源电压去耦：为TPS23882设备的电源引脚提供旁路电容，如在引脚28（VPWR）使用0.1 µF、100 V、X7R陶瓷电容，在引脚1（VDD）使用0.1 µF、50 V、X7R陶瓷电容。
2. 端口电流开尔文传感：KSENSA在SEN1和SEN2之间共享，KSENSB在SEN3和SEN4之间共享。为了优化测量精度，PCB布局必须谨慎进行，以最小化PCB走线电阻的影响。
3. 接地平面间距和隔离：在GND、GND1和EARTH网络之间应提供适当的间距。

（三）PCB图纸

文档展示了评估模块的PCB布局和组装图，包括母板的顶面组装图、顶面布线图、第2层布线图、第3层布线图、底面布线图以及子板的顶面组装图、顶面布线图、底面布线图和底面组装图。

七、物料清单

文档列出了BOOST - PSEMTHR8 - 097和TPS23882EVM - 008的物料清单，包括每个元件的设计符号、数量、值、描述、封装参考、零件编号、制造商以及替代零件编号和替代制造商等信息。

八、使用限制和注意事项

（一）使用限制

该评估模块不应用于功能安全和/或安全关键评估，包括但不限于生命支持应用的评估。用户在处理或使用评估模块之前，必须阅读并应用TI提供的用户指南和其他可用文档，包括任何警告或限制通知。

（二）安全相关警告和限制

1. 用户应在TI推荐的规格和环境条件下操作评估模块，并采取合理的常规安全措施。超过评估模块的指定性能评级和规格（包括但不限于输入和输出电压、电流、功率和环境范围）可能会导致人身伤害、死亡或财产损失。如果对性能评级和规格有疑问，用户应在连接接口电子设备（包括输入电源和预期负载）之前联系TI现场代表。任何超出指定输出范围的负载应用也可能导致意外和/或不准确的操作，以及可能对评估模块和/或接口电子设备造成永久性损坏。在连接任何负载到评估模块输出之前，请查阅EVM用户指南。如果对负载规格不确定，请联系TI现场代表。在正常操作期间，即使输入和输出保持在指定的允许范围内，某些电路组件的外壳温度可能会升高，如线性稳压器、开关晶体管、通晶体管、电流感测电阻器和散热器等，可通过相关文档中的信息识别这些组件。在使用评估模块时，请注意评估模块可能会变得非常热。
2. 评估模块仅适用于技术合格的专业电子专家，他们应熟悉处理电气机械组件、系统和子系统相关的危险和应用风险。用户应对其自身或其员工、附属机构、承包商或指定人员正确和安全地处理和使用评估模块承担全部责任和义务。用户还应确保评估模块与任何人体之间的任何接口（电子和/或机械）设计有适当的隔离和安全限制可触及泄漏电流的手段，以最小化电击危险。

（三）法规和责任

用户应自行确定评估模块是否受任何适用的国际、联邦、州或地方法律和法规的约束，并在所有方面承担遵守这些法律法规的全部责任和义务。用户还应负责按照所有适用的国际、联邦、州和地方法律要求正确处理和回收评估模块。

总之，TPS23882EVM为工程师们提供了一个全面的PoE PSE评估平台，但在使用过程中，必须严格遵循相关的操作指南和注意事项，以确保安全和正确的使用。你在实际使用过程中遇到过哪些关于PoE模块的问题呢？欢迎在评论区分享交流。