通過在單根CAT 3或CAT 5電纜上組合電源和通信，與使用單獨系統的安裝相比，工程師可以快速，低成本地構建低維護以太網網絡。毫不奇怪，該技術已經在電氣和電子工程師協會（IEEE）標準下得到迅速接受和正式化。被稱為“以太網供電”（PoE），該技術的關鍵優勢在于其簡單性以及只要有數據插座就可以使用電源的事實。

本文介紹了PoE和更高功率的PoE +，概述了標準，解釋了組件，有源器件，供電設備，“中跨”和“端點”以太網交換機和分離器，并描述了一個簡單的系統。

PoE的早期版本PoE首先出現在為互聯網協議語音（VoIP）電話供電的問題上。傳統電話直接從帶有語音呼叫的銅線上取電。然而，越來越流行的VoIP電話沒有連接到這些傳統電路，而是通過公司局域網（LAN）的以太網電纜進行呼叫。以太網電纜沒有供電，因此必須通過適配器將VoIP電話插入主電源。這是一個不太優雅的解決方案，如果建筑能力丟失，手機就會死機。

2000年，電信設備供應商思科成為第一家通過引入專有技術來模仿傳統電話系統的公司，該技術允許以太網電纜承載48 VDC電源為VoIP電話供電（圖1）。然而，PoE在2001年和2002年確實獲得了動力，因為其他制造商，特別是無線接入點制造商，利用了這項技術。

圖1：采用PoE的Cisco VoIP電話（由Cisco提供）。

該技術最終引起了IEEE的注意，IEEE早在1983年就負責制定“以太網標準”（IEEE 802.3）。該組織認為創建標準版本的PoE至關重要。制造商可以使他們的產品“準備好PoE”。這項工作被分配給IEEE 802.3以太網委員會的一個工作小組委員會，命名為“802.3af”。到2003年6月，工作小組委員會批準了IEEE 802.3af PoE標準。 2009年，第二個標準IEEE 802.3at被批準，它定義了一種可以處理更多功率的類似技術。1

標準中定義了什么？

IEEE 802.3af詳細介紹了一種PoE技術，旨在為每個設備提供高達15.4 W的直流電源（最小44 VDC和350 mA）。（由于電纜損耗，保證只有12.95 W可用于要使用的設備。）

該技術使用單個標準RJ45連接器和CAT 5（甚至CAT 3）電纜，可以處理數十瓦。安裝以太網網絡進行通信后，它還可用于電源，節省材料，人工，安裝時間和持續維護成本。

可以在以太網電纜的未使用導體上傳輸功率，因為典型的10到100 Mbps物理層只需要CAT 5布線中的四對中的兩對（此技術在下面稱為“備選B”） IEEE標準）。通過向每對施加共模電壓，也可以在電纜的數據導體上傳輸電力。由于以太網使用差分信令，因此不會干擾電纜的數據傳輸（標準中的“備選方案A”）。

IEEE 802.3af定義了兩種類型的PoE設備，即供電設備（PSE）和受電設備（PD）。 PSE從其自身的傳統電源獲取電力，然后管理通過以太網電纜網絡發送到PD的電力，PD通過RJ45連接器獲取所需的電力，而無需內置電源。 PoE能夠通過長達數十米的典型以太網電纜為PD供電。 PD是諸如原始VoIP電話和無線接入點，安全攝像機，銷售點（POS）終端，溫度控制系統甚至機上娛樂系統之類的設備。

除了標準化備用對和共模數據對電力傳輸的現有做法外，IEEE PoE標準還提供PSE和PD之間的信令。該信令允許PSE檢測符合設備，避免損壞連接到網絡的非PoE設備。 PSE和PD‘協商’所需或可用的電量。為了檢測PD，PSE在導體上施加2.8到10V之間的DC電壓。然后，PSE通過測量回路電流來確定是否存在PD連接。 PD應具有19至27kΩ的電阻負載，并且120 nF或更小的并聯電容作為特征。圖2顯示了為PD供電的PSE的示意圖。

圖2：典型的PoE應用（由德州儀器公司提供）。

增強標準

雖然PoE可以為PD提供大約13 W的功率，但某些設備可以從更多功率中受益（例如，具有搖攝，傾斜和變焦（PTZ）功能的攝像機）。為滿足這些產品的需要，2009年推出了第二個標準IEEE 802.3at。該技術也被稱為“PoE +”，該技術可為PD提供高達25.5 W的DC。 PSE提供50至57 VDC，而PoE為44至57 VDC。與早期技術的350 mA相比，PoE +的電流增加到600 mA。

PoE +僅使用CAT 5電纜（有8條內部電線，與CAT 3的4條電線相比），這樣可以降低阻抗的可能性并降低功耗。此外，PoE +還為網絡管理員提供了更強大的功能，例如提供新的遠程電源診斷，狀態報告和PD電源管理（包括嵌入式設備的遠程電源循環）。

最后，PoE +提供動態功率分配，優化的功率分配和良好的電源利用率，從而提高系統效率并降低成本。表1比較了PoE和PoE +。

屬性IEEE 802.3af IEEE 802.3at類型2可用功率PD 12.95 W 25.50 W PSE提供的最大功率15.40 W 34.20 W電壓范圍（PSE時）44.0-57.0 V 50.0-57.0 V電壓范圍（PD）37.0 -57.0 V 42.5-57.0 V最大電流350 mA 600 mA電源管理三種功率等級四種功率等級支持布線類別3和類別5類別5及以上支持的模式備選A和B備選A和B

表1： PoE與PoE +的比較。

Endspans和中跨設備PSE可以實現為端到端（支持以太網PoE的交換機）或中跨設備（與網絡上已有的無源以太網交換機配合使用的電源集線器）。 PD可以從終端或中跨接收同樣好的功率。

Endspans直接向設備供電。根據規范，端到端可以使用電纜中的備用對或數據對，也可以用于千兆以太網傳輸。 Endspans需要支持PoE的交換機，因此，往往需要為需要新設備的新安裝指定。

Midspans使用中間供電的配線架或“注入器”，放置在現有的以太網交換機和PD之間。中跨通常位于交換機附近，然后被認為是PSE，允許電纜不受遠程設備的影響而運行。該規范允許中跨只使用電纜中的備用對;因此，它們不能用于通過千兆以太網連接等數據線發送電力。

有一系列中跨注入器可供添加到傳統以太網網絡中。萊爾德科技為此應用提供POE-48I電源。電源在輸入側自動調節，并具有穩壓輸出。該設備可與任何符合IEEE 802.3af標準的設備配合使用。 POE-48I具有單個端口，可在500 mA下提供48 V電壓，最高可達24 W.

Microsemi模擬混合信號組提供符合更高功率IEEE 802.3at標準的單端口中跨注入器， PowerDsine 9001GR。 9001GR可在55 V時產生高達30 W的功率，可為包括PTZ攝像機和可視電話在內的全新應用提供遠程供電。該設備向后兼容IEEE802.3af，可為現有的10/100Base-T網絡設備和新興的無線1000Base-T設備（如WiMAX和IEEE 802.11n無線接入點）供電。圖3說明了典型應用。

圖3：PowerDsine 9001GR中跨以太網交換機的應用原理圖。

許多多端口中跨也可用。 Phihong提供8，16和24端口的中跨設備。 POE370U是符合IEEE802.3af標準的24端口中跨注入器。每個端口提供15.4 W無需額外電源管理。該裝置提供檢測，斷開和過載保護，并可配備1U機架安裝套件。

中跨供應商也可以提供‘分離器’。這些設備使用PoE輸入，分為兩個輸出：數據和電源。可以使用更常規的方式（例如DC電纜）將電力重定向到終端設備中。分路器充當兼容PSE和不兼容PD之間的中間設備。

萊爾德科技提供POE-12S-AFI有源PoE分配器，可接受來自任何IEEE 802.3af路由器或電源的PoE電源。該裝置具有過載和短路保護功能，可在檢測到短路時立即關閉電源，而不會損壞PoE系統。

在端點或中跨PoE網絡之間進行選擇

Endspans在實現和運行時只需要使用IEEE標準定義的PD，但是有一些很好的理由可以選擇這種技術。例如，工程師傾向于選擇端點交換機，如果它們正在替換所有舊交換機，或者安裝是新的。

使用endpans的另一個原因是為了避免將傳統的以太網交換機連接到中跨PoE集線器所涉及的不整齊和不方便的額外跳線以及額外的工作。此外，兩個設備而不是一個設備使潛在的故障點數增加一倍，并使管理員的生活變得更加復雜，這些管理員在堅持為網絡上的每個設備提供單獨IP地址的公司中工作。

選擇端跨開關的工程師應注意，許多端點單元最多只能提供200 W，因此24端口交換機每個端口最多只能提供8.3 W，低于最大功率15.4 W。 PoE標準。具有相對較新的以太網交換機的工程師已經采用中跨交換機，因為更換交換機以獲得PoE功能將是昂貴的。但是，工程師必須確保交換機制造商很高興網絡支持中跨產品，并且有足夠的空間來容納它們。從電氣角度來看，如果網絡工程師希望為特定PD使用24，12和5 V等非標準電壓，并且希望最大限度地提高每個端口的可用功率，那么中跨交換機是首選。對于包含許多具有自己的電源以及PoE設備的傳統設備的網絡，中跨交換機也是一種有用的選擇。

與跨端交換機相比，中跨交換機往往具有更長的保修期（兩年與一個交換機相比），并且可以與標準和專有應用程序一起使用。

圖4顯示了使用端點和中跨交換機構建的網絡。

圖4：使用端點和中跨交換機的網絡示意圖。傳統上，PSE將分立電路分為電源，以太網和電源之間的通信接口。然而，為了使實施更加容易，芯片供應商推出了一系列集成的PSE控制器，以優化PoE +安裝的操作。

這些控制器通過將接口電路與線性穩壓器或開關電源相結合，將電源電壓轉換為適用于以太網電纜的50至57 VDC，從而降低PoE和PoE +設備所需的外部組件的復雜性和數量。 （有關這些組件的更多信息，請參閱TechZone文章“以太網供電以滿足更高的需求”）。

接下來是PoE ++嗎？

自本世紀初開發以來，PoE（以及最近的PoE +）已成為一種特別適用于商業和工業應用的流行技術。今天的主要市場力量是連接IP安全攝像頭和無線接入點的要求，但其他制造商正在引入穩定的PD流，利用PoE和PoE +，如傳感器，探測器，安全訪問設備，顯示器和人機器接口（HMI）。

該技術實施起來相對簡單，特別是對于新安裝，中跨交換機的引入緩解了將PoE添加到傳統網絡的挑戰。 PoE +的引入增加了PD的可用功率，導致引入了使用舊技術操作過于貪婪的新應用。

盡管如此，PoE技術仍在不斷發展，因為工程師們熱衷于添加需要更大功率的新PD;已經有專有的PoE系統，可提供高達60W的功率。這些技術不符合現行標準，不能互操作，這可能對不兼容的硬件有害，但它們開創了一個更高的先例 - 要開發的標準的電源版本。