今天人們對于一根數據線的要求,除了能夠支持更高的傳輸速率,還需要能夠承擔起電能輸送的職責,在這方面我們最熟悉的一個例子就是 USB,目前 USB-PD 協議可承載最高 100W 的功率傳輸。
這種“數據+電源”的混合傳輸的好處顯而易見,它能夠讓我們擺脫煩人的電源線,用一根線纜就可以滿足兩個需求,給用戶帶來更大的自由度。不過 USB 傳輸的距離有限,通常也就是 1-2 米以內,如果你希望在一個更大范圍的局域網中實現這種“數據+電源”的混合傳輸體驗,就需要以太網供電(PoE)技術來幫忙了。
實際上 PoE 的基本思路與 USB-PD 是相同的,它們都是在傳輸數據的同時,利用空閑線路或信號線路為終端接入設備供電。只要我們稍微打開一點腦洞,就不難想象出 PoE 的典型應用,比如樓宇自動化中的視頻監控、智能照明等,想添加一個新的節點設備,只需要預留一個 RJ-45 以太網口就行了,而無需專門布設市電網絡,這給用戶帶來的價值是顯而易見的。
PoE 標準的升級之路
正是因為“很有用”,所以人們就開始琢磨如何讓其“商用”,而大規模商用一個重要的前提就是要將這個技術標準化,于是有了 IEEE 802.3 這個定義了 PoE 各項技術規范的標準,由此也解決了不同設備間兼容性的問題。
正如其他技術標準一樣,IEEE 802.3 也在不斷的進化中根據市場需求的變化為自己增添新的技能。
第一代 PoE 的標準 IEEE 802. 3af 是在 2003 年發布的,基于當時人們對 PoE 應用場景的認識,這一版標準給 PoE 的定位就是:可以讓 PSE 設備(集成在路由器、交換機和集線器中)通過以太網電纜向 IP 電話等 PD 設備提供不超過 15W 的直流功率。15W 這樣的功率水平,以今天的視角來看,確實有些保守。
很快,隨著越來越多樣的設備接入到以太網中,人們逐漸感覺到“電不夠用了”。于是 2009 年發布的第二代 PoE 標準 IEEE 802.3at,就將提升供電功率作為了一個主要的升級目標。這個被稱為 PoE+的標準果然不負眾望,將 PoE 支持的最大功率提升到了 30W(通過 CAT-5 或更高級別線纜提供)。
市場在持續發展中,一個有生命力的標準也不會原地踏步。2018 年 9 月,第三版(也是最新一版)的 PoE 標準 IEEE 802.3bt 正式發布。通過深度挖潛,IEEE 802.3bt 嘗試在以太網電纜的 8 根導線(4 對導線)上都加載電壓,充分利用了網線的功率承載能力,將 PoE 可以傳輸的最大功率提升到 90W。這個功率水平,基本上可以滿足如今大多數中功率電子產品的要求了,也讓 PoE 可以覆蓋的應用領域大為擴展。
而且在最新的 IEEE 802.3bt 中,還增加了一個名為 Autoclass 的新特性。顧名思義,Autoclass 實際上是一種自動檢測 PD 用電設備的實際功率消耗,并對其進行功率分級的機制,PSE 供電設備可以根據 PD 的實際耗電要求按需提供電能,通過更精確的控制實現更高的效率。與此同時,IEEE 802.3bt 還增加了兩種 PoE 設備類型(Type 3 和 Type 4)以及 4 種功率等級的定義,這實際上都有助于 PoE 在增加產品覆蓋的同時,實現更為智能的控制,讓 PoE 擁有更高的功率水平的同時(所謂“更高能”),也變得“更智能”。鑒于 IEEE 802.3bt 這種全面的能力提升,人們也將其稱為“PoE++”
新標準的新方案
新標準的落地,必須有與之配套的產品和方案的支撐,PoE++也不例外。伴隨著 PoE++自身能提升,其應用范圍也還在進一步擴展(特別是在 PD 用電設備端),新的解決方案必須考慮得更為周全和長遠。
在 PoE 系統中,PSE 和 PD 設備之間供電通道的建立,是通過一個握手協議來實現的,這個協議將在檢測、分級、供電、維護這樣一個完整的過程中負責兩者之間的通信和控制。與之對應的 PoE 協議管理,是通過一顆 PD 控制器芯片來完成的,而想要實現 PoE++這個新標準,也就需要有全新的 PD 控制器來支持。
在符合 PoE++的 PD 控制器研發方面,安森美半導體是動作比較快的一家。在 2019 年 9 月,他們推出了符合 PoE++標準的 PD 控制器
NCP1095 和 NCP1096,這兩顆料不僅支持新標準的規范要求,包括新增的 Autoclass 能量管理特性,還向后兼容原有標準,同時還支持將功率擴展到 100 W,可以滿足一些特定應用的要求。
除了需要通過全新的 PD 控制器“讀懂”新協議,隨著功率的提高,高能效設計的挑戰也更為突出。這也就需要為 PoE++的產品中引入一些新的解決方案。
比如在 PoE 應用中,有時候 PSE 設備會配備不間斷電源(UPS),這時在 PD 端就需要用一個橋接電路來調節輸入電源的極性。以往簡單的二極管橋接設計是最普遍的方法,它提供了一個可靠而低成本的方案。但是隨著 PD 所需功率的增加,正向壓降引起的二極管橋的導電損耗就成了一個必須考慮的問題。對此,安森美半導體給出的新方案就是使用 GreenBridge 四通道 MOSFET 替代二極管橋,來降低橋路的功率損耗。
以符合 PoE++標準的 GreenBridge 器件 FDMQ8205 為例,其中包含兩個 N 溝道和兩個 P 溝道 100V 級 MOSFET,以及所有必要的門極驅動器,無需外部電路來驅動或保護,同時具有更低的 RDS(on)。與傳統的二極管橋方案相比,基于 FDMQ8205 的 PoE 方案的功耗可降低 10 倍,而整體系統尺寸僅有傳統方案的 1/4。
隨著人們對最新 PoE 標準的認知,未來也會有越來越多的新方案出現,最終為 PoE++的成熟商用鋪平道路。盡管如今在物聯網市場,無線通信仍然是最吸睛的存在,但是基于以太網的互聯應用依然有很堅實的市場基礎,PoE 的發展無疑會為這些有線互聯應用提供一個有力的支點。面對這樣的市場機遇,你是不是也有興趣來嘗試一下呢?
審核編輯 黃昊宇
-
電源
+關注
關注
184文章
17705瀏覽量
249972 -
數據
+關注
關注
8文章
7006瀏覽量
88944 -
PoE
+關注
關注
7文章
466瀏覽量
56035
發布評論請先 登錄
相關推薦
評論