【導讀】IEEE新推出的以太網供電(PoE)標準，也被稱為PoE 2或802.3bt（以前稱為PoE++）
，從推出至今剛滿3年，但其應用勢頭比過去更為強勁。雖然因為受到2019年新冠肺炎疫情(COVID-19)的影響

，遠程工作的數量增加
，但每年部署的以太網供電端口數量也在持續增加。雇主利用空下來的桌椅
，升級IT基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)

，打(da)造(zao)麵(mian)向(xiang)未(wei)來(lai)的(de)工(gong)作(zuo)場(chang)所(suo)，希(xi)望(wang)最(zui)終(zhong)能(neng)夠(gou)座(zuo)無(wu)虛(xu)席(xi)。要(yao)創(chuang)建(jian)智(zhi)能(neng)辦(ban)公(gong)室(shi)，就(jiu)需(xu)要(yao)在(zai)辦(ban)公(gong)室(shi)內(nei)配(pei)備(bei)多(duo)台(tai)連(lian)接(jie)至(zhi)互(hu)聯(lian)網(wang)的(de)物(wu)聯(lian)網(wang)設(she)備(bei)
，包(bao)括(kuo)會(hui)議(yi)室(shi)標(biao)牌(pai)、電話會議設備和各種傳感器。智能辦公室具有諸多優勢，包括節能、簡化業務運營，或許更重要的是
，提高員工在工作場所的安全性。新冠肺炎疫情隻是加快凸顯了我們對可管控的樓宇暖通空調(HVAC)係統和大量非接觸式公共物品的需求，促使設施和IT經理開始協作部署支持PoE的係統。根據650 Group市場研究公司的數據，到2025年
，全球交換機/PoE端口的出貨量預計將超過1.5億。

PoE 2在2018年獲得批準時，可以為通電設備(PD)提供高達71.3 W功率，將近之前標準(25.5 W)的3倍。PoE 2可以通過相同的千兆以太網電纜傳輸電源，為過去、如ru今jin和he未wei來lai的de許xu多duo需xu要yao大da量liang功gong率lv和he數shu據ju的de應ying用yong奠dian定ding基ji礎chu，包bao括kuo用yong於yu在zai人ren員yuan進jin入ru工gong作zuo場chang所suo之zhi前qian，在zai入ru門men位wei置zhi對dui人ren員yuan實shi施shi新xin冠guan肺fei炎yan篩shai查zha的de遠yuan端duan溫wen度du監jian測ce係xi統tong和he紅hong外wai攝she像xiang頭tou。

圖1顯示基本的PoE框圖，其中一台PD連接至供電設備(PSE)。對於過去的幾代PoE
，一個電源通道就足以為每個PoE端口供電。經過快速發展，現在，到了802.3bt
，meigeduankouxuyaopeibeilianggedianyuantongdao，yishixianzhongdenghegaodianping，ciwai，kenenghaixuyaokaolvtigaomeigetongdaodegonglvmidu。zaiquanqiuyitaiwangshichangzhong，zhichiPoE的端口的數量在不斷增加。受上述所有因素影響，IT部門需要部署大量高功率密度
、高端口數量的係統，所有這些係統都要求達到99.999%（5個9）的正常運行時間和可靠性。我們需要一種真正可擴展的PoE子係統來簡化高端口數量、支持PoE的交換機的部署，這種需求由來已久。

圖1.以太網供電框圖

圖2.LTC9101/LTC9102/LTC9103 PoE 2 24端口PSE芯片組的簡化原理圖。

ADI公司作為PoE領域的帶頭人
、IEEE 802.3bt Task Force的成員，以及以太網聯盟的活躍成員，長期以來一直在提供出色的PSE和PD控製器，為如今部署的數以百萬計的端口貢獻了自己的力量。剛剛發布的ADI LTC9101
、LTC9102和LTC9103高端口數量的PSE芯片組和ADI的PoE 2 PD控製器讓開發人員能夠提供完整的端到端PoE 2係統。我們來深入研究一下為何這款新平台在如今的市場中地位特殊。

基於平台的PSE設計方法

xiandaidejiaohuanxinpianshifeichangfuzadexitong，changchanghuimianduifeichangyankedehuanjingtiaojian，baokuolangyonghedianlanfangdian，qiebixutigongchusedexitongkekaoxinghezhengchangyunxingshijian。guoqudePSE架構方法是在組件層級審查PSE子係統設計，重點關注增量組件改進，而這些改進並不一定會優化整體係統性能。若從更高層級審查PSE子係統，將迫使ADI公司的設計團隊開始重新思考PSE範例
，並提供係統級解決方案。LTC9101/LTC9102/LTC9103和未來的衍生產品將采用這種係統級方法
，將數字和模擬組件組合起來，以解決係統集成商麵臨的PSE挑戰，包括表1中列出的挑戰。

表1.PSE係統級挑戰和解決方案

LTC9101/LTC9102/LTC9103屬於自隔離PSE控製器芯片組的一部分，基於襯底，專為PoE 2係統設計。圖2顯示簡化的原理圖
，以及如何為多達48個以太網端口中的一個端口供電。芯片組具有新特性，它們支持集成式隔離。所以

，在芯片組架構中，LTC9101為PSE主機提供隔離數字接口，而多個LTC9102和/或LTC9103提供高壓模擬以太網接口。802.3以太網規範要求將網段（包括PoE電路）與底盤地和PHY進行電氣隔離。通過將LTC9101置於非隔離側，將LTC9102或LTC9103置於隔離側
，可將多達6個昂貴的光耦合器和1個隔離電源替換為更便宜
、更可靠的10/100以太網變壓器。這種拓撲結構不僅可以節省成本，還可以實現更穩定可靠和易於製造的PSE設計。

這種可擴展的解決方案支持靈活實施大型PSE係統
，端口數量從4個到48個，具體由每個端口需要多少功率來決定。每個設計至少需要一個LTC9101數字控製器和一個或多個LTC9102/LTC9103模擬控製器。

●   LTC9102提供12個電源通道，每個通道為以太網電纜中的4個電纜對中的2對供電
，為12個30 W端口（每個端口使用一個電源通道）到6個90 W端口（每個端口使用兩個電源通道）供電。

●   同樣，LTC9103提供8個電源通道，可用於為8個30 W端口到4個90 W端口供電。

●   單個LTC9101可以管理多達4個LTC9102和/或LTC9103，它們可以混合和匹配使用。例如

，可以使用1個LTC9101
、1個LTC9102和2個LTC9103來構建24端口PSE，包含4個90 W端口和20個30 W端口，如圖3所示。

圖3.LTC9102/LTC9103混合/匹配實現示例：24端口PSE
，包含4個90 W端口和20個30 W端口

IT和設施經理都很喜歡LTC9101的第六代數字功能
，包括用於存儲固件更新的內部eFlash和自定義用戶配置包
、向後兼容LTC4291 4端口PoE 2 PSE驅動器，以及I2C串行接口。LTC9101的現場可升級固件映像存儲在專用的閃存分區中，在該位置預先配置了符合IEEE 802.3at/bt標準的固件映像。在單獨的ECC和CRC保護措施下


，維護固件映像的兩個完整副本
，以最大限度保護數據。在成功啟動芯片組之後，用戶可以配置並通過LTC9101的I2C接口與芯片組通信，每個端口可以單獨配置為四種PSE操作模式（自動、半自動、手動或關斷）中的一種，且可以使用端口電流、PoE電源電壓和端口電源等的遙測讀數來管理係統電源。

LTC9101是芯片組的核心，LTC9102/LTC9103則是枝幹，通過多種方式保證高壓電源路徑的高效率和耐用性。每個LTC9102/LTC9103電源通道都采用專用的檢測和分級硬件。這使得所有端口都能夠同時檢測、分級和上電
，從而大幅降低交換芯片中的上電延遲。其他不太先進的PSE容易受到PD等明顯的延遲影響
；例如，LED以串行端口為基礎供電。LTC9102/LTC9103使用外部MOSFET控製每個電源通道，所以用戶可以選擇低RDS(ON)器件
，以降低功耗並解除通道故障。使用0.1 Ω檢測電阻有助於進一步降低功耗。

在發生過電流故障或端口短路時，LTC9102/LTC9103在~1 µs內快速斷開電源
，以保護PSE
、MOSFET和後端電路。此外
，所有麵向端口的引腳可以承受高達+80 V或低至–20 V的電壓瞬變事件，不會造成損壞。芯片組能夠根據IEC 61000-4-5浪湧抗擾度規範

，盡可能采用較少的外部器件，在超過±6.5 kV的浪湧下運行，這一特性非常不錯（DC3160演示板顯示了此特性）。在發生故障之後，LTC9102/LTC9103能夠以限流的方式快速安全地重新開啟MOSFET，盡量減少對PD的中斷，這是盡量延長網絡正常運行時間的關鍵。

PoE 2拓撲、檢測方案和功率分級

PoE 2引入了兩種不同的PD特征配置：單特征和雙特征PD。單特征PD（圖4）是在兩個線對(pairset)之間共用相同的檢測特征和分級特征的PoE2 PD PD。雙特征PD是在每個線對上都具有獨立特征的PoE 2 PD
，允許每個線對具有完全獨立的分級和功率分配。雙特征PD解決方案非常複雜，其成本是單特征PD的兩倍。值得注意的是，盡管共用一個相同的架構
，802.3bt雙特征PD並不等同於先前標準的UPoE設備。LTC9101/LTC9102/LTC9103支持可靠的PoE 2 PD檢測過程
，包含新的連接檢查子過程，以確定PSE連接哪種PD特征配置。

除了進行連接檢查外，器件還需驗證連接的PD是否是符合IEEE標準的PD。雖然IEEE要求PSE使用2點電壓或2點電流檢測方案之一來檢測有效PD特征(25 kΩ)，但LTC9101/LTC9102/LTC9103通過同時采用兩種類型的檢測方案以實現更穩定可靠的方案。這種多點（多電壓和多電流）檢測機製可用來消除誤報
，並可避免損壞未針對PoE直流電壓承受力而設計的網絡設備。

PoE 2為兩對導體（4線）供電，以提供高達25.5 W的功率，為四對導體（8線）供電

，以提供高達71.3 Wdegonglv。zhebujinnengshixiangenggaogonglvshuiping，erqieyouyuzaisuoyoudaotitongdianhou，dianlanzhongdegonglvsunhaojianshaoleyiban，yincishiyonggengduodaotikeyitigaojiuyoudedigonglvshuipingxitongdexiaolv。liru，weiquebaoPoE 1 PD可接收到25.5 W
，需要采用PoE 1 (PoE+) PSE提供30 W功率，因為在100 m的CAT5e電纜上的損耗為4.5 W。四對導體通過PoE 2為相同的25.5 W PD供電
，通常可將損耗降低至2.25 W以下，從而使總功率傳輸效率從85％提高至92.5％。考慮到全球PoE PD的數量，這意味著大幅降低功耗，在許多用例中，碳排放量可降低7.5％。

圖4.單特征與雙特征PD的拓撲結構

PoE 2引入四種新的大功率PD分級，從而使單特征分級總數達到9個（如表2所示）。分級5至8是PoE 2的新增分級
，相當於40 W至71.3 W的PD功率水平。PSE仍然可選擇使用物理層（即用於71.3 W的5事件分級）或數據鏈路層（即鏈路層發現協議，LLDP）進行PD的分級，而且PD依然必須能夠支持兩種分級方案以與標準相符。請記住
，因為每個線對在雙特征PD中獨立運行，所以每個線對都可以是不同的分級。例如，第一個線對上的Class 1 (3.84 W)和第二個線對上的Class 2 (6.49 W)將形成一個雙特征Class 1和Class 2 (10.3 W) PD。

表2.PoE 2 PD分級和功率水平

PoE 2 PD還可以實現物理層分級的一種可選擴展（稱為Autoclass），其中PoE 2 PSE（如LTC9101/LTC9102/LTC9103）芯片組測量連接PD的實際最大吸取功率。這樣
，利用這種電源管理功能
，可以將剩餘的功率分配給其他燈泡（如果測量某個燈泡
，由於較低的亮度設置或電纜較短
，其功耗低於其分級功率）。

不言而喻，PoE 2可向後兼容舊的 25.5 W 和13 W PoE 1標準。較低功率的PoE 1 PD可以連接至較高功率的PoE 2 PSE
，這不會有任何問題。而且，當情況反過來時，即較高功率的PoE 2 PD連接至較低功率的PoE 1 PSE時，PD可在經協商的較低功率狀態下工作

，這被稱為降級。如果PD忽略降級並工作在其最高功率狀態
，則高耗電的PD將導致PSE反複地接通，達到其電流限值

，然後關斷，這實際上使PSE產生低頻寄生振蕩。因此
，PoE 1和PoE 2 PD都需要降級，但遺憾的是在許多實施方案中降級被忽視了。

非常高效的PD

ADI提供大量獨特的IC
，包括Maxim Integrated（現已成為ADI的一部分）設計的那些IC
，以盡可能提高PoE 2 PD的性能。圖3顯示了帶有輔助輸入的高效單特征PoE 2 PD接口的簡化框圖。該解決方案擁有高於94%的端到端（RJ-45輸入至PD負載）效率，並可在-40℃至125℃的溫度範圍內工作。

圖5中RJ-45接口上的LT4321是一款有源二極管橋控製器，可用來取代所需的二極管橋式整流器。LT4321采用低損耗N溝道MOSFET橋，可同時提高PD的可用功率並減少散熱量。PoE 2要求PD在其以太網輸入端上能夠接受任何極性的直流電源電壓
，因此LT4321可ke將jiang來lai自zi兩liang組zu數shu據ju線xian對dui的de電dian源yuan進jin行xing平ping滑hua的de整zheng流liu
，並bing將jiang其qi整zheng合he為wei極ji性xing正zheng確que的de單dan個ge電dian源yuan輸shu出chu。由you於yu電dian源yuan效xiao率lv提ti高gao實shi際ji上shang免mian除chu了le散san熱re要yao求qiu，所suo以yi總zong體ti電dian路lu尺chi寸cun和he成cheng本ben得de以yi降jiang低di

，並bing且qie功gong率lv可ke降jiang低di10倍或更多，從而使PD能夠保持在分級功率預算之內
，或者使PD能夠增加功能。

圖5所示的理想二極管橋控製器是PD接口的“大腦中樞”，LT4295是一款PoE 2 PD接口控製器
，集成了一個高效的正激式或無光耦合反激式控製器。LT4295利用一個集成型25 kΩ特征電阻、高達5事件分級和單特征拓撲支持所有9種IEEE PD分級。除了提供更多的PD功率之外，使LT4295優於傳統PD控製器的因素是其采用一個外部功率MOSFET以進一步地大幅降低總體PD散熱量並充分提高電源效率，由於PoE 2的功率水平更高，因此這一點變得更為重要。

對於那些需要能夠支持輔助電源的PoE 2 PD設計，PD可以選擇由電源適配器供電，圖3頂部所示的LT4320是一款9 V至72 V有源二極管電橋控製器，它采用低損耗N‐溝道MOSFET取代了全波橋式整流器中的全部4geerjiguan
，yixianzhujiangdigonghaobingzengjiakeyongdianya。youyudianyuanxiaolvdetishengmianchulebenzhongheangguidesanreqi，yincikesuojiandianyuanheqiangshangbianyaqidechicun。tongguojihuxiaochureyunxingerjiguanqiaozhongguyoudelianggewanzhengerjiguanyajiang（~1.2V，即12V的10%）提供了額外的裕量，從而增加了應用的儲備空間
，低電壓應用亦能從中獲益。

結論

在如今不斷發展的全球以太網市場中，PoE 2仍然相當重要，即使在遠程工作持續凸顯優勢的情況下也是如此。大中小型企業都對大樓進行改造，安裝支持PoE的掃描儀

、攝像頭和其他係統來保護員工安全，所以比以往更加需要高端口數PSE。ADI公司的LTC9101/LTC9102/LTC9103 PoE 2 PSE芯片組能夠滿足這種需求
，它們讓交換芯片供應商能夠高效
、可靠地為高達48個以太網端口供電
，且為設施和IT經理提供先進電源管理功能。同時，PD開發人員可以在電纜的另一端繼續使用ADI公司的多款IC來提高集成度，減少散熱量，並提高電源效率。

圖5.帶有輔助輸入的高效IEEE 802.3bt單特征PD接口的簡化框圖

作者簡介

Christopher Gobok是ADI公司電源係統管理產品的產品營銷總監。Chris畢業於聖何塞州立大學，獲得BSEE
、MSEE和MBA學位。他之前的行業經驗包括擔任光電子和功率MOSFET的PME。聯係方式：christopher.gobok@analog.com。

免責聲明：本文為轉載文章
，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片
、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

敏芯股份骨振動傳感器在TWS耳機中的應用

UnitedSiC SiC FET用戶指南

雷達傳感器如何顯著提高智能家居的能源效率

如何提高係統功率密度

NFC接口保護如何選擇合適的器件?