可靠易用的LTPoE++標準將PoE功率擴展至90W

　　乙太網供電或稱 PoE 是一種日益流行的方法，可通過現有乙太網電纜同時供電和傳送數據，因此應用可不受必須靠近 AC 電源的限制。隨著 PoE 解決方案的增多，應用對功率的需求也增加了。

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　　新的專有標準 LTPoE++ 將 PoE 和 PoE+ 規範的受電設備 (PD) 釋放功率擴展至 90W，從而滿足了對功率日益增加的需求。與其他功率擴展解決方案相比，LTPoE++ 還極大地降低了供電設備 (PSE) 和受電設備的工程複雜性。即插即用帶來的簡單性以及安全、可靠的供電是 LTPoE++ 的標誌。該標準的各種功能使乙太網供電應用的範圍擴大了幾個數量級，從而可實現各類全新的 PD ，例如消耗大量功率的微微蜂窩、基站或用於 PTZ (左右-上下-變焦) 攝像機的加熱器。

　　PoE 的歷史

　　PoE 是一種標準協議，用來通過銅纜乙太網數據線發送 DC 功率。管理 802.3 乙太網數據標準的 IEEE 小組於 2003 年增加了 PoE 功能。最初的 PoE 規範稱為 802.3af，允許 48V DC 電源提供最高 13W 功率。儘管這一初始規範廣受歡迎，但是 13W 的上限限制了應用的數量。2009 年，IEEE 發布了稱為 802.3at 或 PoE+ 的新標準，提高了電壓和電流要求，以提供 25.5W 功率。

　　該 IEEE 標準還定義了 PoE 術語，如圖 1 所示。向網絡供電的設備稱為供電設備 (PSE)，而從網絡吸取功率的設備稱為受電設備 (PD)。 PSE 有兩種類型：同時發送數據和供電的端點 (一般是網絡交換機或路由器);以及注入功率並讓數據通過的中跨。中跨一般用來給現有非 PoE 網絡增加 PoE 功能。典型的 PD 應用是 IP 電話、無線接入點、保安攝像機、毫微微蜂窩、微微蜂窩和基站。

　　圖 1：典型的 PoE 系統

　　IEEE PoE+ 規範規定了與 802.3af PSE 和 PD 的後向兼容性。PoE+ 規範定義了 Type 1 PSE 和 PD ，以將提供最高 13W 功率的 PSE 和 PD 包括進來。Type 2 PSE 和 PD 最高提供 25.5W 功率。

　　LTPoE++ 的演變

　　25.5W IEEE PoE+ 規範尚未最終確定，因為顯而易見，對超過 25.5W 釋放功率有巨大和日益增長的需求。為了滿足這種需求，LTPoE++ 規範向 LTPoE++ PD 可靠地分配高達 90W 的釋放功率。

　　LTPoE++ 規範可靠地擴展了現有 IEEE PoE 協議的檢測和分類功能。LTPoE++ 與現有 Type 1 及 Type 2 PD 後向兼容並可互操作。凌力爾特的 LTPoE++ 與其他專有功率擴展解決方案不同，LTPoE++ 在 PSE 和 PD 之間提供相互識別。LTPoE++ PSE 可以區分 LTPoE++ PD 和所有其他類型的 IEEE 兼容 PD ，從而允許 LTPoE++ PSE 保持與現有設備的兼容性和互操作性。

　　LTPoE++ PSE 和 PD 可無縫地與 IEEE 802.3at Type 1 及 Type 2 設備互操作。Type 1 PSE 一般在包括 802.3af 功能，功率等於或低於 13W。Type 2 PSE 將傳統 PoE 擴展至 25.5W。以下各點援引自表 1：

　　 Type 1 PSE 將以最高 13W 的功率為所有 Type 1、Type 2 和 LTPoE++ PD 供電。

　　 Type 2 PSE 將以最高 13W 的功率為 Type 1 PD 供電，並向 Type 2 和 LTPoE++ PD 提供 25.5W 功率。

　　 LTPoE++ PD 即使在連接到傳統的 Type 1 和 Type 2 PSE 時，也能加電運行，但功能受限。

　　 LTPoE++ PSE 可與 Type 1 及 Type 2 PD 互操作。在向 LTPoE++ PD 供電時，可一直達到 LTPoE++ PSE 的設計極限。當識別出一個 LTPoE++ PD 時，如果PSE 的功率額定值滿足或超過所請求的 PD 功率，那麼將向該 PD 供電。例如，一個 45W 的 LTPoE++ PSE 可以為 35W 和 45W 的 PD 供電。

　　IEEE 兼容 PD 的檢測

　　LTPoE++ 的物理檢測和分類方法簡單並可後向兼容擴展現有方案。其他功率擴展協議違反了 IEEE 規範，如圖 2 所示，而且有向已知非兼容 NIC 加電的風險。違反 IEEE 規定的檢測電阻規範的任何大功率分配方案都有損壞和損毀非 PoE 乙太網設備的風險。

　　圖 2：IEEE 802.3at 特徵電阻範圍

　　以下規則界定了能實現最高安全性和互操作性的檢測方法。

　　優先規則 1：不接通不應該接通的東西

　　優先規則 2：接通應該接通的東西

　　凌力爾特的 PSE 運用 4 點檢測方法極其可靠地提供檢測方案。利用強制電流和強制電壓測量方法來檢查特徵電阻，可最大限度地減少錯誤的陽性檢測。

　　LTPoE++ 的優勢

　　標準的 PoE PSE 採用 4 對可用乙太網電纜中的兩對進行供電。有些電源擴展拓撲結構在一根電纜上使用 2 個 PSE 和 2 個 PD 以提供 2 x 25.5W 功率。圖中示出了這種「雙 Type 2」拓撲結構。這種方法的主要問題是組件數增加了一倍，因此 PSE 和 PD 的成本也增加了一倍。此外，可靠的設計在 PD 端需要兩個 DC/DC 轉換器 (每個 PD 一個) 其中每個 DC/DC 轉換器都是相對複雜的反激式或正向隔離式電源。

　　圖 3：代價高昂地擴展 PoE+ 功率的方法。雙 Type 2 PD 提供高於標準 PoE+ PD 的功率，但成本和組件數也翻了一番。

　　如圖 4 所示，通過「或」連接 PD 的輸出電源，雙 Type 2 配置中的 DC/DC 轉換器可以去掉一個。這種方法仍然需要兩個 PSE 和兩個 PD ，因此依然存在與成本和空間有關的缺點。電源「或」二極體導致的壓降可以看作是，為了通過使用單個 DC/DC 轉換器而得到節省，所付出的公平代價。大多數情況下，在浪湧保護測試開始之前，由二極體實現「或」連接的電源共享架構一直是有吸引力的。由於這類解決方案本質上會降低浪湧保護容限，因此很少能達到 PD 的設計目標。

　　圖 4：不那麼昂貴但有缺陷地擴展 PoE+ 功率的可替換方法。這種方法與圖 3 所示的雙 Type 2 配置類似，但用二極體實現「或」連接的電源共享架構允許在 PD 中少用一個 DC/DC 轉換器，因此降低了一些成本。不過，這類解決方案本質上降低了浪湧保護容限，因此很少能達到 PD 的設計目標。

　　相比之下，如圖 5 所示的 LTPoE++ 解決方案僅需要一個 PSE 、一個 PD 和一個 DC/DC 轉換器，因此其優勢是極大地節省了電路板空間、成本和開發時間。

　　圖 5：LTPoE++ 架構是惟一能在 PD 端提供 90W 功率、同時保持複雜性和成本可控的 PoE 功率擴展解決方案。

　　LLDP互操作性及選項

　　在 PoE 系統的選擇與構建過程中，許多 PD 設計師很驚訝地發覺了鏈路層發現協議 (LLDP) 實現方案的隱性成本。LLDP 是 IEEE 強制的 PD 軟體級功率協商。LLDP 要求擴展至標準的乙太網堆棧，並可能意味著需要進行大量的軟體開發工作。不幸的是，旨在提供 LLDP 支持的開源社區工作仍然處於其起步階段。

　　儘管可以選擇用 Type 2 PSE 實現 LLDP，但是與 IEEE 標準完全兼容的 Type 2 PD 必須提供物理分類和 LLDP 功率協商功能。首先，這加重了就所有 Type 2 PD 進行 LLDP 軟體開發的負擔。此外，LLDP 意味著需要雙電源，這使設計更加複雜了。尤其是，PD 一側的處理器在 13W 功率時必須提供齊全的功能，並能通過 LLDP 進行協商，以提供額外的功率。顯然，這種要求有可能提高開發工作以及系統的成本和複雜性。

　　LTPoE++ 提供了實現 LLDP 的選項。LTPoE++ PSE 和 PD 在硬體級自主地協商功率需求和功能，同時仍然保持與基於 LLDP 解決方案的完全兼容性。簡言之，LTPoE++ 使系統設計師能選擇支持還是不支持 LLDP。專有的端到端系統可能選擇放棄支持 LLDP。這可以產生產品快速上市的優勢，同時還可以進一步降低物料成本、減小電路板尺寸並降低複雜性。

　　功率參數揭秘

　　PoE 功率路徑可以分成 3 個主要部分：PSE 產生的功率、提供給 PD 的功率以及提供給應用的功率。PSE 和 PD 的供電能力參數必須仔細檢查，然後才能進行有用的比較。一個廠商可能給出的是PSE 提供的功率，另一個廠商可能給出的是提供給 PD 的功率，而 PD 設計師一般關心的卻是應用消耗的功率。

　　儘管在 3 種功率參數中，PSE 的功率參數是最沒用的，但是在市場營銷材料中卻是最常提及的。PSE 功率通常被定義為在乙太網電纜的 PSE 端上提供的功率。當供應商規定的是最大額定電壓條件下的功率時 (很少能夠實現)，供電能力有時會被進一步曲解。

　　PD 功率或「輸出功率」是指輸送至乙太網電纜的 PD 端 (位於二極體電橋之前) 的功率。 PD 功率是一個比 PSE 功率更有用的參數，因為該參數必須考慮 100 米 CAT-5e 電纜上的大量損耗。受電功率參數對應用的 DC/DC 轉換器和二極體電橋的效率未作任何假設，這兩種效率對 PSE 和 PD 晶片廠商而言是未知的。

　　在考慮所有系統影響 (包括乙太網磁性組件的電阻、二極體電橋的壓降和 DC/DC 轉換器的效率) 時，PD 設計師對提供給應用的功率最感興趣。這一功率參數儘管最有說服力，卻是最難以準確規定的。

　　表 2 顯示了在各部分電源通路上進行的實際性能比較。請注意，雙 Type 2 配置提供的功率遠低於 LTPoE++ 70W 和 90W 解決方案。

　　可提供的 PSE

　　凌力爾特公司致力於開發 LTPoE++ 技術，並提供一整套 PSE 和 PD 的解決方案。如表 3 所示，涵蓋 1 至 12 埠解決方案的一個完整 PSE 系列已經供貨。

　　結論

　　LTPoE++ 提供可靠和端到端的大功率 PoE 解決方案，而且在前期就可節省成本。凌力爾特提供卓越的應用支持，擁有良好的交貨記錄，提供聲譽卓著的可靠性，在此基礎上，LTPoE++ 已成為市場上最全面的大功率解決方案。LTPoE++ 系統簡化了供電，並允許系統設計師在設計工作中，集中精力解決價值更大的應用問題。

　　表 1：PSE 和 PD 的供電參數顯示，LTPoE++ 擴展了功率

　　表 2：PSE、PD 和應用的功率

　　表 3：LTPoE++ PSE