中心議題：
- IEEE 802.3af 概況
- 介紹安捷倫3.3V光耦合器
解決方案：
- 熱插拔控制器或PoE控制器IC須在PoE一致性測(cè)試中執(zhí)行PD檢查
- 采用3.3V 15MBd光耦合器，隔離48V電源和PSE中使用的I2C控制總線(xiàn)
實(shí)踐證明，在五類(lèi)雙絞線(xiàn)銅線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)高達(dá)吉位每秒(Gb/s)數(shù)據(jù)傳輸速率的流行以太網(wǎng)不僅實(shí)現(xiàn)了極高的傳輸速度，而且實(shí)現(xiàn)了極高的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。之后，以太網(wǎng)革命已經(jīng)從局域網(wǎng)(LAN)擴(kuò)展到當(dāng)前的城域網(wǎng)(MAN)。
---今天，以太網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。除數(shù)據(jù)傳輸外，可以與數(shù)據(jù)傳輸同時(shí)在五類(lèi)雙絞線(xiàn)銅線(xiàn)上傳輸13W 48 V功率。2003年6月12日，電氣和電子工程師學(xué)會(huì)(IEEE)理事會(huì)批準(zhǔn)了通過(guò)局域網(wǎng)(LAN)供電的這一概念，這一新標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為IEEE 802.3af或以太網(wǎng)供電(PoE)標(biāo)準(zhǔn)。 ---自IEEE批準(zhǔn)PoE標(biāo)準(zhǔn)以后，市場(chǎng)上對(duì)此進(jìn)行了大量的探討，并出現(xiàn)了許多成功案例。主要網(wǎng)絡(luò)廠(chǎng)商如Cisco在IEEE 802.3a之前就開(kāi)發(fā)了自己專(zhuān)有標(biāo)準(zhǔn)，這些廠(chǎng)商進(jìn)一步擴(kuò)展到支持這一新的IEEE標(biāo)準(zhǔn)。類(lèi)似的，其他主要以太網(wǎng)交換機(jī)廠(chǎng)商如北電、惠普、華為、富士通等都推出了支持PoE標(biāo)準(zhǔn)的新型以太網(wǎng)交換機(jī)。隨著以太網(wǎng)不斷增長(zhǎng)及同一條五類(lèi)電纜上可以實(shí)現(xiàn)額外的附加電源功能，IEEE 802.3af可望成為市場(chǎng)上的流行標(biāo)準(zhǔn)。
--- 除網(wǎng)絡(luò)廠(chǎng)商外，對(duì)IP分組語(yǔ)音和視頻需求的迅猛增長(zhǎng)也是推動(dòng)PoE增長(zhǎng)的另一個(gè)市場(chǎng)因素，這可望推動(dòng)不同地區(qū)提高PoE IP電話(huà)、網(wǎng)絡(luò)和安全攝像機(jī)的銷(xiāo)售額。此外，PoE客戶(hù)端不要求額外的電源線(xiàn)，這不僅降低了安裝成本(power supply point不必鋪設(shè)電源插座)，而且可以在以太網(wǎng)中簡(jiǎn)便地移動(dòng)和布線(xiàn)這些設(shè)備，如可以方便地把無(wú)線(xiàn)接入集線(xiàn)器從一個(gè)地點(diǎn)移動(dòng)到另一地點(diǎn)。此外，Wi-Fi或無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的增長(zhǎng)趨勢(shì)還有助于推動(dòng)部署更多的 PoE無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)。事實(shí)上，根據(jù)3Com提供的數(shù)據(jù)，到2006年，全球無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)硬件的銷(xiāo)售量預(yù)計(jì)將突破4200萬(wàn)臺(tái)。
電子電路圖
---據(jù)PCIM Europe雜志2003年10月份提供的數(shù)據(jù)，由于PoE出現(xiàn)增長(zhǎng)勢(shì)頭，不間斷電源(UPS)的銷(xiāo)售量正在呈現(xiàn)出不斷提高的趨勢(shì)。預(yù)計(jì)PoE設(shè)備中UPS的全球銷(xiāo)售額將從2003年的2200萬(wàn)美元增長(zhǎng)到2008年的6800萬(wàn)美元。盡管PoE不再需要為各臺(tái)設(shè)備提供專(zhuān)用UPS，但仍需要一臺(tái)集中UPS為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供備份。
---到目前為止，前期的PoE目標(biāo)市場(chǎng)是VoIP電話(huà)、無(wú)線(xiàn)/藍(lán)牙接入點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。
IEEE 802.3af 概況
---根據(jù)IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)，為以太網(wǎng)客戶(hù)端設(shè)備供電的設(shè)備稱(chēng)為電源設(shè)備(PSE)。PoE客戶(hù)端設(shè)備如IP電話(huà)、網(wǎng)絡(luò)和安全攝像機(jī)、藍(lán)牙/無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)及許多其他以太網(wǎng)設(shè)備稱(chēng)為被供電設(shè)備(PD)。
---IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)把電源定義為13W 48V，可以通過(guò)五類(lèi)信號(hào)線(xiàn)對(duì)配置從PSE發(fā)送這一功率，其中功率從發(fā)射機(jī)(Tx)和接收機(jī)(Rx)信號(hào)變壓器中央分接。還可以通過(guò)五類(lèi)備用線(xiàn)對(duì)配置傳送這一電源，參見(jiàn)圖1。
---但是，在通過(guò)局域網(wǎng)電纜傳送功率前，熱插拔控制器或PoE控制器IC必須在PoE一致性測(cè)試中執(zhí)行PD檢查，然后才能通過(guò)局域網(wǎng)發(fā)送不同等級(jí)的功率。功率共分成四級(jí)：0級(jí)是默認(rèn)等級(jí)，功率為0～13W；1級(jí)<=4W；2級(jí)= 7W；3級(jí)位于7～13W之間。這一過(guò)程稱(chēng)為“檢測(cè)簽名”，其中低于10V的小脈沖被送到PD上，測(cè)量電流(I)。然后，計(jì)算得出的(I)將確定PD中的電阻 (R)。在R=25kΩ時(shí)，將檢測(cè)到符合PoE標(biāo)準(zhǔn)的PD。然后，PSE可以繼續(xù)把分類(lèi)后的功率發(fā)送到PD上。否則，PoE IC控制器將不允許把任何功率發(fā)送到PD上。目前，有許多PoE IC控制器廠(chǎng)商把重點(diǎn)放在PSE和PD一側(cè)。PoE控制器中一直有恒定的附加功能，如AC負(fù)荷斷開(kāi)檢測(cè)、在故障條件后自動(dòng)啟動(dòng)等。
安捷倫3.3V光耦合器實(shí)現(xiàn)隔離和安全絕緣 電子技術(shù)論文網(wǎng)
---IEEE 802.3af標(biāo)準(zhǔn)的主要指標(biāo)之一是隔離。PSE和PD設(shè)備必須提供電隔離功能。根據(jù)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)IEC 60950中的規(guī)定，電隔離在50～60Hz時(shí)60s內(nèi)應(yīng)承受 1500Vrms的電壓。安捷倫光耦合器明確滿(mǎn)足了這種PoE標(biāo)準(zhǔn)。15MBd 3.3V雙通道光耦合器HCPL-063L在UL規(guī)定安全標(biāo)準(zhǔn)下每分鐘可以承受高達(dá)3750Vrms的電流。此外，它還通過(guò)CSA、IEC/ EN/ DIN EN60747-5-2及其他安全審批。
--- HCPL-063L可以幫助隔離浮動(dòng)接地、噪聲環(huán)境和電位接地差導(dǎo)致的共模信號(hào)，這些情況會(huì)導(dǎo)致接地環(huán)路電流流動(dòng)。共模噪聲過(guò)高會(huì)導(dǎo)致輸出結(jié)果不準(zhǔn)確，進(jìn)而破壞安全精確的測(cè)量能力。推薦采用安捷倫HCPL-063L光耦合器，隔離48V電源和廣泛使用的飛利浦集成芯片間(I2C)地址總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，參見(jiàn)圖2。
---飛利浦I2C是一種專(zhuān)有的控制總線(xiàn)，它采用簡(jiǎn)單的雙向兩線(xiàn)概念，即串行數(shù)據(jù)(SDA)和串行時(shí)鐘(SCL)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)IC間控制。I2C地址總線(xiàn)下使用三種常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)頻率模式，即100kHz標(biāo)準(zhǔn)模式、400kHz快速模式、3.4MHz高速模式。在PoE應(yīng)用中，最常用的I2C模式是快速模式頻率。這種3.3V、15MBd光耦合器在15kV/μs, 50V共模電壓下實(shí)現(xiàn)了非常高的共模抑制比(CMR)，特別適合高速隔離不希望的信號(hào)，如可能干擾I2C控制總線(xiàn)的共模噪聲。此外，HCPL-063L芯片組采用鎵砷化物磷化物 (GaAsP) 發(fā)光二極管 (LED)及集成式高增益光電檢測(cè)器，可以以最低5MHz的時(shí)鐘頻率工作，滿(mǎn)足了全部三種I2C工作頻率模式，參見(jiàn)表1。此外，HCPL-063L還是一種兼容LVTTL和LVCMOS接口的光耦合器，它提供了5mA的低輸入電流能力。 電子技術(shù)論文網(wǎng)
---最后，這種3.3V光耦合器不僅功耗低，而且不需要額外的電源、元器件和額外的電平移動(dòng)電路。使用光耦合器的另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是光隔離技術(shù)不會(huì)導(dǎo)致電磁干擾(EMI)，因此大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都不會(huì)受到電磁干擾的影響。
安捷倫的3.3V光耦合器
---安捷倫科技公司隔離產(chǎn)品分部(IPD)率先推出支持100KBd～15MBd傳輸速率的3.3V數(shù)字光耦合器，參見(jiàn)表1。自2000年問(wèn)世以來(lái)，安捷倫的3.3V光耦合器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于隔離線(xiàn)路接收機(jī)、包括RS-232的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接口、RS-422、RS-485、CAN總線(xiàn)等應(yīng)用中。安捷倫一直是隔離技術(shù)創(chuàng)新的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。
---總之，IP語(yǔ)音和視頻、Wi-Fi和安全設(shè)備等市場(chǎng)因素正推動(dòng)著新的IEEE PoE標(biāo)準(zhǔn)向前發(fā)展，隨著許多網(wǎng)絡(luò)廠(chǎng)商涉足PSE和PD，PoE標(biāo)準(zhǔn)將越來(lái)越多地被用戶(hù)采用。隔離、安全絕緣和抗EMI能力等是設(shè)備設(shè)計(jì)中需要考慮的部分關(guān)鍵因素，因?yàn)檫@些因素會(huì)影響數(shù)據(jù)可靠性。安捷倫的光耦合器不僅實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，而且有助于解決這些關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素。因此推薦使用3.3V 15MBd光耦合器，隔離48V電源和PSE中使用的I2C控制總線(xiàn)
