以太网供电将迎发展高峰

2021年03月30日 16:51
以太网供电 (PoE) 是为了响应供电设备 (PD) 之间快速、经济高效的网络通信需求而发展起来的。电气与电子工程师协会 (IEEE) 制定了各项安全标准,为互联设备提供支持。自2003年以来,IEEE已经批准并推出了多个版本的标准。对于传输速度较慢的10Mbps 10Base-T和100Mbps 100Base-TX,四对5类 (CAT5) 双绞线中只有两对用于传输信令,其余两对双绞线用于向终端设备供电(图1)。


图1:此图演示了两对电源连接方式, 两对红色电缆用于供电,而所有四对电缆均用于传输数据(图源:Microchip)

其他版本的标准使用未占用的电线(标准B)作为电源和地线。同时,版本A将同时传输信号和电源,例如用于音频电容话筒的48V幻象供电。这种巧妙的技术可以让每对双绞线产生电压差, 在不干扰差分信号的情况下提取电源。

进一步演变而来的4PPoE标准使用所有四对双绞线供电,并能提供更高的功率,不仅仅适用于电子设备,如电动摄像机、应急照明源、通风口执行器、继电器和泵(图2)。


图2:图中演示了四对电源连接方式,所有八条电缆均用于传输电力 (图源:Microchip)

有意思的是,PoE并不是第一个网络供电技术。早在几十年前,基于RS-232的网络方案便开始使用4线RJ-11电缆远距离传输/接收和整流交流电。整流后的交流电不受电缆阻抗的限制,并且都有一个用于NRZ(不归零)信号的公共接地基准。

为什么选择有线连接?

有了Wi-Fi®、蓝牙、Zigbee和超宽带 (UWB) 等许多无线协议,为什么还有人想要使用有线连接?主要是因为并非每个需要控制或监控的位置都能连接电源,比如 埋入建筑物中的传感器和执行器可能位于爬行空间、阁楼、内部通风口,甚至是无法容纳人的位置,这时独立供电的有线连接可能是唯一的解决方案。同样,紧急照明等关键系统在主电源断电时,仍然可以使用PoE电源继续工作。在紧急情况下,这一点尤为重要,比如摩天大楼中的疏散楼梯需要持续不间断的照明。此外,相对于易于受干扰的无线连接,有线连接更加可靠,不容易破坏,这也是所有安全系统都非常重视的一个因素。

最新标准 - IEEE 802.3bt

早在2003年,802.3af标准就可以提供15.4W的功率,不仅可以用于嵌入式、埋入式和分布式传感器系统,还适用于摄像头、IP电话和无线局域网的接入点。2009年推出的IEE 802.at标准允许每根电缆提供30W的功率,为用户界面终端和低电平照明等可能更耗电的应用提供了可能,现在更是可用于声音和警报系统。

最新的IEEE 802.bt标准于2018年获得批准并获得了广泛关注,其中802.3bt 3类设备的功率将达到60W,802.3bt 4类设备的功率甚至将达到90W。此标准不仅支持单端口端点应用,还支持远程多端口实现,即每个端口都能够支持高达90W的多端口交换机。此外,还可用于电磁阀、电机和其他机电功能,如紧急开门或锁定驾驶舱系统。

802.bt PoE可满足USB-3C需求

PoE转USB-3C接口随着最新PoE和USB标准的出现逐渐流行起来。这可以让笔记本电脑、平板电脑和更复杂的用户界面连接到有线网络,在供电的同时传输数据。

这项技术的优势并不仅限于此。有线PoE端口与USB-3C端口之间的接口可以改变数据流构建方式,甚至在住宅和公寓中也可以做到。尽管Wi-Fi很容易实现这一功能,但试图争夺同一空间的人员和设备越多,就可能会产生延迟,甚至导致性能下降。将流媒体电视等大数据源从Wi-Fi移除,便可以提高公寓楼等流量严重拥堵区域的可用带宽。借助于有线USB-3C端口,可为手持设备、固定功能单元(如全屋A/V分配用户界面)、云和物联网设备提供更多充电器端口。

许多建筑物已经安装了以太网线路、交换机甚至是路由器。使用互联网和云连接、重新构建数据流乃至沿用旧系统,对于使用标准功能和限制使用专有增强功能的用户非常重要。如果一台设备符合当前标准,并且与旧系统向后兼容,那么网络就可以对数据流和系统性能进行优化。

Microchip mPoE产品线

Microchip的多以太网供电 (mPoE) 技术能够无缝高效地为有线网络设备供电,成为了以太网应用的理想解决方案。利用独特设计的算法,mPoE实现了与暂行设备的向后兼容性,并支持所有IEEE® PoE标准, Microchip mPoE堪称传统网络设备的优选解决方案,如IP电话、无线接入点 (WAP)、IP监控摄像头、5G小蜂窝、LoRa®网关、LED灯具、门禁终端和其他物联网设备。

设计灵活、可扩展、性能可靠、经得起未来考验并能够适应业务增长的网络至关重要。随着业界逐渐开始采用新一代PoE技术来通过单个以太网电缆管理数据和电源,在单个以太网基础设施中同时使用暂行标准PD与兼容IEEE 802.3bt的新PD,成为了越来越多的公司将面临的挑战。Microchip的供电设备 (PSE) 芯片组采用mPoE技术,因此能够支持符合暂行标准和IEEE标准的设备在同一网络上协同工作。PoE注入器/中跨和PoE交换机采用了这项独特的技术,允许在任何网络中快速简单地部署Microchip mPoE,而无需更改现有交换机或布线。Microchip mPoE解决了不同PoE标准和传统解决方案之间的互操作性问题,提供了一个国际性网络供电标准。

Microchip mPoE同时支持PoE 1、PoE 2、PoE+、IEEE 802.3af/at/bt、传统af/at、12.5K、UPoE、Class 4 60W和PoH标准。这项创新技术能够灵活快速地进行网络设计升级,以满足业务需求。Microchip mPoE为现在乃至未来的物联网网络供电提供了所必需的可扩展性和互操作性。

特色产品

Microchip为原始设备制造商 (OEM) 提供了多个单端口即插即用PoE 802.3bt模块配置,应用于符合日本、欧洲和美国标准的60W中跨设备。单RJ45连接器支持10/100和1G速度,可提供60W功率。借助于现成的传统支持和型号(如户外现成PD-9501GCO IP67单端口PoE中跨),基础设施可以轻松地整合到支持这些增强功能和优势的新结构和现有结构中。此外,还可以使用多端口现成解决方案。PDS-408G PoE交换机等8端口PoE BT交换机最高传输速度达1G,可提供高达480W的功率。

设计人员可以使用Microchip的控制器设计集成以太网、USB、混合信号设备,甚至利用以太网设计经验,将PoE优势融入到PD69208以太网IC等PoE供电交换机中(图3)。PD70xx和PD-Imxx PoE开发工具等开发套件可帮助不了解这项新技术的设计人员,以较低的成本和风险快速地进行测试、评估和开发。


图3: 借助于供电交换机和隔离电路便可轻松添加符合802.3bt规范的以太网供电系统 (图源:Microchip)

结论

有线以太网为越来越多的受电设备提供了安全可靠的连接。自2003年采用第一个PoE标准以来,PoE的使用量迅速增加,并扩展到了新的应用领域。影响PoE在新应用中使用情况的主要限制因素是可用功率的大小。虽然15.4W的电源足以满足大多数IP电话和802.11a/b/g接入点的需要,但不能满足支持额外设备的更高功率需求,如PTZ安全摄像头、信息亭、POS终端、瘦客户端、802.11ac和802.11ax接入点、小电池和连接的LED照明。新一代标准IEEE802.3bt可通过四对CAT5e及更高级别的电缆提供90W的功率。

Microchip的mPoE技术利用独特设计的算法,无缝高效地为有线网络设备供电。这项技术在支持所有IEEE-PoE标准的同时,实现了与暂行标准设备的向后兼容性。mPoE同时支持PoE 1、PoE 2、PoE+、IEEE 802.3af/at/bt、传统af/at、12.5K、UPoE、Class 4 60W和PoH标准。这种多功能技术能够灵活快速地进行网络设计升级,以满足不断变化的业务需求。


文章来源:贸泽电子

作者简介:Jon Gabay拥有电气工程专业背景,曾就职于国防、商业、工业、消费、能源和医疗公司,担任过设计工程师、固件编码师、系统设计师、科学家和产品开发人员。作为一名替代能源研究者和发明家,在2004年之前他曾成立并运营了一家专注于自动化技术的公司 - Dedicated Devices。此后,他一直从事着技术研发工作,并撰写了多篇文章,为新一代工程师和学生提供了多种参考资源