隨著網絡連接擴展到越來越多的設備，為這些高速模式獲取高速數據和電源的能力至關重要。動態功率的控制，特別是對于新的低壓操作模式，要求設備具有對其總電源的交互式控制。這包括充電器和DC-DC轉換器的多個功率水平，適用于網絡接口正在使用或閑置的情況。

將IEEE 802.3標準納入設計不僅對數據前端產生影響，而且還通過設計產生影響，以便處理峰值功率管理。本文將研究可用于將現有設計改造為這些新標準的控制器IC和外圍設備。這些電源解決方案同時存在于嵌入式設計和系統級別。

電源管理需求

與大多數計算設備不同，網絡產品屬于基礎設施類別。這意味著產品和功能不僅需要全天候訪問，還需要在所有位置訪問。當資源的利用率也是24/7時，這種對24/7可用性的需求就開始了。隨著計算速度的提高和數據速率同樣上升，網絡設備不再能夠看到連續的流量。這種基于分組流量的流影響了用于網絡連接的PHY的峰值功率利用率以及系統的基線功率響應。

這些問題正在通過修訂的規范來解決，例如IEEE 802.3az（也稱為節能以太網或EEE），它們指定了掉電模式以及熱插拔和冗余電源，所有這些都有助于實現連續運行和用于處理現在屬于網絡接口的多個電壓的板載電源管理。

全球視野 - 隨著網絡世界從專屬企業計算遷移到分布式，基于云的計算，設備也必須適應。區域設備模型已經讓位于單個SKU的多個位置設計。這提出了一個挑戰，即電壓標準因國家而異。電壓范圍不僅在150到240伏特，50赫茲到60赫茲，而且物理互連格式（墻上插頭）也不同。圖1顯示了現在支持大多數基礎設施類型設備所需的一些國際電源插頭。

圖1：CUI World插頭連接器（禮貌CUI Inc） ）。

系統電源

解決日益增長的多樣性的一個解決方案是使用定制電源。雖然這些產品具有多種外形和多種效率，但它們存在設計和認證問題，無法在各種產品中使用。另一種方法是在所有產品中使用標準電源。然而，這可能導致對系統設計可用的電壓和電流的限制，因為特征被添加到系統中。

提供了一種新的替代方案：在標準機箱中使用模塊化組件的定制電源。 Excelsys Technologies，Ltd。擁有1U機箱電源機箱，支持高效率（高達90％）Xgen系列可配置電源，使用功率模塊，輸出電壓范圍為1.5至28伏，輸出電流為3至50安培。這種靈活性不僅允許通過使用多個模塊為設計創建冗余功率控制，還提供計算和網絡接口內核，I/O和存儲器功能的功率優化。圖2顯示了帶有多個插件的細長配置的Excelsys Xlite電源。標準模塊的使用允許創建具有所有認證的定制解決方案。

圖2：Excelsys的Xlite可配置電源（Courtesy Excelsys）。

板載電源

EEE規范的一個關鍵方面是網絡PHY根據網絡流量斷電和重啟的能力以及與線路另一端的握手。在90nm節點以下的半導體工藝中發現了這樣做的技術。在這些技術中，標準工作電源水平不僅僅是一個五伏特;這些系統具有1.3伏特至5伏特的混合電壓控制，主要停止在1.5伏特，1.8伏特，2.7伏特和3.3伏特。

網絡的主要連接點是PHY或物理層塊。這可以驅動無線應用的天線系統，也可以驅動標準以太網應用的有線和光纖連接器。這些PHY模塊有多種形式：集成到網絡控制器中;獨立作為單端口收發器;以及作為多端口收發器。這些部分涉及多種連接協議，通常是雙10/100BT PHY或許多網絡PHY收發器中的三重10/100/1000BT PHY。

10/100BT PHY，例如德州儀器的TLK110，具有與以太網MAC模塊和外部連接器/變壓器/磁性元件的簡單接口，如圖3所示。這些單元支持新的3.3伏接口，并且可以運行連接到固定電壓模擬和數字電源穩壓器時效果最佳。該器件具有內部1.5伏電源調節器。該內部穩壓器支持芯片的低功耗模式和高速邏輯。 I/O具有3.3伏系統和3.3伏模擬電源，以及接地對。這不僅可以隔離來自兩條不同路徑的噪聲，還可以最大限度地減少這些路徑的功率調節器負載。

圖3：德州儀器（TI）的TLK110以太網PHY（德州儀器公司提供）。

當設計使用單個收發器時，電源管理非常簡單。通過多個連接（每個塊4，8或最多48個），峰值功率管理和斷電循環的問題更加復雜。這些系統需要使用內部穩壓器來幫助支持連接設備行的外部電源管理，同時邏輯保持內部管理。

Vitesse半導體公司的VSC8221 10/100/1000BT PHY（見圖4）等高速單端口PHY收發器還將線路接口和SerDes集成到器件中。這是由集成的1.2 GB SERDES和用于CAT5電纜的150 M雙絞線接口支持的。這些模塊都具有動態功率控制，并且可以以密集形式堆疊，因為它們的功率分配低于每片1瓦（700 mW）。作為電路板設計和應用的優勢，該器件不需要用于CAT5連接的變壓器（可以用電容器完成），也不需要通過變壓器進行功率調節。固定和可調功率調節器（不是PWM，但DC）都可以與具有最小散熱器的設備一起使用。

圖4：Vitesse Semiconductor的10/100/1000 PHY框圖（Courtesy Vitesse Semiconductor Corporation）。

電源調節器

由于傳統設計存在電源兼容性問題，因此在大多數情況下，您無法使用具有較低電壓輸出的新主電源。在這些情況下，您可以使用5伏和12伏電源。為了支持新設計，有兩種類型的調節器選項：固定和可調節。可以在Digi-Key的網站上找到各種監管機構的完整清單。

Diodes Incorporated的AP7333，300 mA輸出低壓差線性穩壓器等產品是簡單的三引腳器件，具有3.3 V的固定輸出電壓，熱關斷控制，短路保護以及對器件變化的快速瞬態響應加載。這些負載包括EEE PHY和MAC對的啟動和喚醒電路。該器件具有單個接地點，輸入電源引腳 - 在這種情況下為2至6伏 - 以及輸出電壓。典型固定電壓調節器（Diodes的AP7333）的內部框圖示意圖如圖5所示。

圖5：二極管的AP7333固定電壓調節器（Courtesy Diodes Incorporated）。

這些具有固定輸出電壓的穩壓器用于新設計，這些設計具有優化的元件并需要與五伏電源連接。 PHY的新接口電壓為3.3伏，網絡塊的MAC為1.8伏或1.5伏和3.3伏的混合電壓。選擇穩壓器的關鍵參數是允許的輟學電壓量和可提供的電流量。

這些固定調節器，如可調節型，有多種封裝，基于設備可以處理的總功率。它們的范圍從小型表面貼裝器件到更大的通孔器件，這些器件直接在器件上安裝散熱器。

可調穩壓器允許電路板和系統設計設置輸出電平和相應的輸出電流。如果設計將利用各種部件來實現類似功能，則這些設備非常有用。例如，如果您使用基于特定技術和供應商的10/100BT PHY構建系統，則可能需要3.0伏，3.3伏，2.5伏或這些電壓的組合來運行該部件。使用可調節調節器，您只需更改設定值的電阻值，并使輸出處于新的水平。

此功能在某些應用程序中尤為重要。背板和ATCA，CAT5/CAT6和光驅動器都需要不同的電壓和電流用于I/O接口。 PHY通常支持所有這三種輸出變體。

另一個可調節穩壓器有用的地方是高壓供電軌。根據所用系統的類型，18至24伏的電源可調節至12伏或7.5伏。較高電壓調節應用通常具有比較低電壓電平調節器更高的電流要求。結果，提供用于為低于五伏的穩壓器供電的中間調節是通過特定應用定制收發器配置的電壓和電流水平來完成的。

改造設計

對于作為現有網絡平臺進行改造的設計，可調節調節器非常有用。設計的典型改造包括采用現有的10/100BT網絡控制器并將其更新為10/100/1000BT以太網。對于已經是10/100/1000BT以太網應用的設計，電路板經過修改以使用EEE PHY模塊，以便利用低能耗平臺。

基于PHY模塊的功能，Vitesse VSC8601等設備可為系統提供多種電壓。 PHY本身使用3.3伏單電源。但是，MAC和信號連接需要5伏，2.5伏和1.8伏，具體取決于系統類型。這些改造應用不僅包括電纜連接（CAT5或CAT6），還包括背板和ATCA功能。

這些功能要求網絡組件自動檢測并支持網絡中的內聯供電設備。內聯電源檢測功能允許系統功能（如IP電話，無線接入點或其他設備）直接從以太網電纜接收電源。此功能類似于通過電話線從PBX辦公室交換機接收電源的標準辦公室數字電話。它允許終端設備消除對外部電源的需求，但它確實將當前的負載負擔放在PHY上。對于長線（接近150米的限制），這可能會對PHY本身的電源管理造成壓力。

由于網絡組件通常連接到不間斷電源（UPS），電池，備用電源系統或發電機，因此在線供電設備可以在斷電期間保持活動狀態，以便它們可以在發生故障時保持活動狀態。停運。電纜負載和內聯供電設備的峰值功率必須等于或小于電壓調節器提供的功率因數。