POE供电的特性参数及工作过程

　　简而言之， 一个完整的POE 系统包括供电端设备（PSE， Power Sourcing Equipment）和受电端设备（PD， Power Device）两部分。PSE 设备是为以太网客户端设备供电的设备，同时也是整个POE 以太网供电过程的管理者。而PD 设备是接受供电的PSE负载，即POE 系统的客户端设备，如IP 电话、网络安全摄像机、AP 及掌上电脑（ PDA）或移动电话充电器等许多其他以太网设备（实际上，任何功率不超过13W 的设备都可以从RJ45 插座获取相应的电力）。两者基于IEEE 802.3af 标准建立有关受电端设备PD 的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系，并以此为根据PSE 通过以太网向PD 供电。

　　POE供电的特性参数
　　POE 标准供电系统的主要供电特性参数为：
　　1. 电压在44～57V 之间，典型值为48V。
　　2. 允许最大电流为550mA，最大启动电流为500mA。
　　3. 典型工作电流为10～350mA，超载检测电流为350～500mA。
　　4. 在空载条件下，最大需要电流为5mA。
　　5. 为PD 设备提供3.84～12.95W 五个等级的电功率请求，最大不超过13W。

　　POE供电的工作过程
　　当在一个网络中布置PSE 供电端设备时，POE 以太网供电工作过程如下所示：
　　1. 检测：一开始，PSE 设备在端口输出很小的电压，直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE 802.3af 标准的受电端设备。
　　2. PD 端设备分类：当检测到受电端设备PD 之后，PSE 设备可能会为PD 设备进行分类，并且评估此PD 设备所需的功率损耗。
　　3. 开始供电：在一个可配置时间（一般小于15μs）的启动期内，PSE 设备开始从低电压向PD 设备供电，直至提供48V 的直流电源。
　　4. 供电：为PD 设备提供稳定可靠48V 的直流电，满足PD 设备不越过15.4W 的功率消耗。
　　5. 断电：若PD 设备从网络上断开时，PSE 就会快速地（一般在300～400ms 之内）停止为PD 设备供电，并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD 设备。
　　在把任何网络设备连接到PSE 时，PSE 必须先检测设备是不是PD，以保证不给不符合POE 标准的以太网设备提供电流，因为这可能会造成损坏。这种检查是通过给电缆提供一个电流受限的小电压来检查远端是否具有符合要求的特性电阻来实现的。只有检测到该电阻时才会提供全部的48V 电压，但是电流仍然受限，以免终端设备处在错误的状态。作为发现过程的一个扩展，PD 还可以对要求PSE 的供电方式进行分类，有助于使PSE 以高效的方式提供电源。一旦PSE 开始提供电源，它会连续监测PD 电流输入，当PD 电流消耗下降到最低值以下，如在拔下设备时或遇到PD 设备功率消耗过载、短路、超过PSE 的供电负荷等，PSE 会断开电源并再次启动检测过程。
　　电源提供设备也可以被提供一种系统管理的能力，例如应用简单网络管理协议（SNMP）。这个功能可以提供诸如夜晚关机、远端重启之类的功能。
　　研究POE 的供电方式可以看出，在供电的过程中有两个关键的问题需要考虑，一个是对于PD 设备的识别，另一个是系统中UPS 的容量。
　　PoE 硬件可分为两种类型：为以太网链路提供电力的设备以及用电设备。为链路提供电力的设备我们称之为供电设备 （PSE） ，用电设备 （PD） 的名称也 同样非常好理解，即消耗以太网链路上电力的设备。本文将二者相互结合分别对 PSE 和 PD 做了最佳评估。
　　乍一想，以太网供电似乎是一项微不足道的技术。标准电话在相同配线中同时提供电源和数据已有一百多年了。但是，对于以太网来说，在人们想为其 添加电力之前，其已经有非常大的市场保有量。如果给现有的以太网线缆施加电压，那么所有已部署的每一台设备都可能会遭到损坏或破坏。为了避免 这一缺陷，撰写该标准任务小组开发出了一种保护该设备的措施，从而可以向该设备施加电力。
　　向链路施加电压之前，由 PSE 来完成检测程序。PSE 通过使用至少两个低压和限流电平对链路进行检测，查找 PD 的特殊签名（其为 25KΩ 的电 阻斜率）。这些信号应介于 2.8V～10V 之间，且不具备提供高于 5mA 电流的能力。在一定的条件下，该标准只需要两个测试探针就可将无效签名变成 有效签名。当前最佳的实践采用了三个（有时为四个）独立的探针信号，这是标准所允许的探针信号数量。
　　如果 PSE 成功地检测到一个 PD，然后其可能会向链路供电。如果 PSE 没有向链路供电，那么其必须在 400ms 内再做一次同样的检测，或一直运 行该检测程序。一旦向链路成功供电，则 PSE 必须对链路进行监控，以确保既不会发生过电流事件又可满足 PD 所需电力的供应。过电流的出现几乎可 以肯定要么连线出现了故障，要么 PD 出现了故障。然而，由于用户为 PD 缚上了一个本地电源或将 PD 与链路断开了，PD 可能不再需要电力。PoE 无 法弄清楚到底 PD 是与链路断开了还是“不需要”供电了，但最终结果都是一样的，PSE 将不在为该端口提供电力。
　　除了检测对 PD 的供电以外，PSE 可能还会通过一个称为“分类”的程序试图询问 PD 还需要多少电力。虽然规范标准未对此做出要求 ，但大多数 PD 均提供了有用的分类信息，大致将其分为：1/4、一半或满功率运行的设备。PSE 利用这一信息对其电源进行高效分配。
　　在线缆的 PD 端，情况几乎是一样的。当 PD 检测并输入 2.7V～10.1V 电压时，其必须与一个 25KΩ 的负载相连。如果 PD 的输入范围为 14.5V ～20.5V，那么 PD 将与一个恒流负载相连，该负载会显示出 PD 所消耗的电量。请注意，通过该电流负载报告分类信息为可选项。但是，当前市场上的 每一款集成的 PD 芯片都支持该特性，且报告的信息都非常有用。一旦输入端口的电压范围介于 36V～42V 之间，PD 电源将开启；输入端的电压回落至 36V～30V 时，PD 电源将关闭。与 PSE 不同，在 PD 中没有跟随状态连续性的要求。PD 是一个纯电压驱动型函数。
　　现实应用和对其进行设计的工程师一定很关心以下问题，如：浪涌保护、噪声抗扰度以及辐射频谱。但是，IEEE 规范不包括某些隔离要求，不能 将它们和终端设备目标市场的安全要求相混淆。这些要求大大超过了 IEEE PoE 规范的范围，且其他规定和要求对此做了说明。IEEE 规范不要求 PSE 满足限功率电源的要求就是一个非常明显的例外。
　　利用现有的集成电路，硬件设计人员摆脱了此处所述的 IEEE 规范所有细则的束缚。本文应该提供了足够的信息，以使设计人员对其实施的新 型 PoE 技术应用更加放心。

　　PoE系统怎样感测何时需要电源？
　　PD用一使PSE寻找有效PD的感测方法请求电源。PSE通过发出2.8V~10V信号到电源线上，来寻找有效PD。有效PD感测此电压，并在电源线上加上23.75kΩ~26.25kΩ电阻。PSE一旦感测到产生的电流，就认为有一有效PD在请求电源。
　　PD如果接收不到电源时如何动作？
　　PD如果接收不到电源，它就加上一个电阻，其值高于或低于为有效PD所列出的的值。在低端，12kΩ~23.75kΩ表示PD不需要电源。在高端，范围在26.25kΩ~45 kΩ之间。PSE认为任何低于12 kΩ和高于45 kΩ都是无效PD探测特征。
　　PoE系统的功率和电流限制是什么？
　　单一节点接收的最大电流为350mA。要预留一些相关电缆的电源损失余量，各节点接收的连续功率总量为12.95 W。
　　PSE怎样确定必要的功率要求？
　　感测环节结束后，PSE可以随意产生一个PD分类。PSE使用PD分类确定PD正常工作时所需最大功率。IEEE 802.3af标准定义5个不同分类标准，包括最小和最大功率以及电压。
　　PSE怎样确定分类？
　　PSE通过将电源线上的电压增加到15.5V~20.5V之间来实现。分类由PD吸入的电流量来确定。
　　PSE下一步如何动作？
　　在完成感测和可选分类环节后，PSE使其输出电压斜坡上升到42V。一旦到达低电压切断（UVLO）释放阈值，内部一FET打开，PD开始正常工作。只要输入电压保持在UVLO阈值之上，一直保持如此。对大多数PD，一个板级直流-直流转换器下变换输入电压，产生所需电压。
　　如何选择电容值？
　　根据IEEE 802.3af规范，如果输入电容小于180 μF，PSE就必须对浪涌电流加以限制。输入电容大于180μF时，要求PD将浪涌电流限制在小于400 mA。PD对PSE的输入电容也必须在0.05μF~0.12 μF之间。
　　PoE怎样处理电压瞬变？
　　使用长电缆和变压器会产生大于68V的瞬态变化。为避免这些瞬变超过应用的最大电压，设计师可以在正电源和负电源之间加上一个瞬态电压浪涌抑制器（TVS）或类似的齐纳器件。
　　设计师如何配置PoE系统？
　　多个制造商提供的IC能简化PoE系统设计。这些IC通常包括一IEEE 802.3af 兼容PD和直流-直流转换器接口。

　　瞬态抑制的要求是什么？
　　给TVS并联旁路电容有助于保护PoE系统免受瞬变引起的损坏。选择TVS，使其在大于57V最大应用电压，且在达到68V最大绝对额定值之前启动。
　　POE供电距离是由数据信号的传输距离决定的。单纯的电力是可以传输很远的，只要电路可通。但是数据信号的传输距离是由网线决定的。普通的5类线数据信号传输距离大概是100米左右。工程上为保证施工质量，一般取80-90米。请注意，这里的传输距离指的是最大速率的情况，比如100M，如果将速率下降到10M，传输距离可以延长到150-200米（视网线质量而定）。所以POE供电传输距离并不是poe技术决定的，而是由网线决定。至于，网线的传输距离为什么在100米左右，请参考网线的传输距离为什么是100米？
　　5类线就是现在市面上最常见的那种网线，但是质量相差很大。很多厂商为了降低成本，将铜线用铜包铁、铜包钢替代，导致网线传输距离下降。华为因为网线的事情还被欧盟处罚过。所以如果要使POE的效果发挥最大，一定要使用质量好的网线。
　　超5类线。与5类双绞线相比，超5类双绞线的衰减和串扰更小，可提供更坚实的网络基础，满足大多数应用需求（尤其支持千兆位以太网1000Base-T的布线），给网络的安装和测试带来了便利，成为目前网络应用中较好的解决方案。超5类线的传输特性与普通5类线的相同，但超5类布线标准规定，超5类电缆的全部4对线都能实现全双工通信。
　　六类线：该类电缆的传输频率为1MHz～250MHz，六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2倍于超五类的带宽。六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。六类与超五类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。六类标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。
　　六类线与超五类线在传输距离上没有严格的区别，即单段最大传输距离是100米。当然六类线在传输距离上可以适当增加，所谓的100米指的是超过后就无法满足1000M带宽等相关的技术指标，带来速度下降等问题。

　　网线的传输距离为什么是100米？
　　5类UTP、超五类utp主要是为计算机网络服务的，按快速以太网的100base-tx规定，其通信速率为100mbps，100mbps以太网传送1位数据所花的时间（又名位时间）可计算如下：
　　1位时间=1/100mbps=10ns
　　以太网是采用csma/cd技术共享通信信道的，当引入交换后，仍离不开这技术。一个链路两端均连有设备，这两个设备可能会在同一时刻发送数据，造成冲突，此时冲突域为2。冲突将会丢失包。为避免由于冲突所造成的包的丢失，以太网采用了冲突检测和后退重发技术。为了做到后退、重发，必须保证一端在传送完一个数据包前可检测到冲突。以太网最小的帧长64字节，即512位。按100mbps速率计算，传送512位需时5120ns。
　　数据信息在网络中传输，当通过不同部件时均会产生延迟，五类utp的延时为5.56ns/m。在设计以太网时，要求遵守一个中继规则，这个规则又称为黄金规则或5-4-3-2-1规则，此规定不但适用于10mbps的以太网，也适用于快速以太网。这个规则要求环行冲突延迟不得超过512位时，对于100mbps的传输率，即为5120ns。环行中，网络元件有电缆、中继单元、mau和dte等，把它们的延时加起来，再乘2，即得出环行延时，同时也可计算出环行冲突直径。按此理论，可计算出为保证一个最小帧发送完毕之前信号所能传输的最远距离。这就是为何要将链路跨距限定为100米的理由。
　　当超过100米时，由于不能及时检测出冲突，因冲突而受到破坏的信息包传送完毕，而且被接收方接收，此信息包因通不过验证而被迫丢弃，此时后退重发的机制未被激活，故而会造成包的丢失。当传输速率低于100 mbps时，在实际应用中，便不必遵守100米的限长。但必须声明，这不符合标准。在认证测试时，必须加以说明，否则将有可能得不到质保。
　　一直有做工程的朋友对POE供电电压有很多疑惑的地方，这里简单探讨一下POE供电过程中的电压问题。
　　POE供电过程中只会输出三种供电电压，在检测阶段的供电电压时2.5V-10V，在分级阶段的供电电压为15-20V，最后稳定在48V。请看如下POE以太网供电工作过程中的黑体字部分。只所以POE供电电压会引起很多朋友的疑惑，原因在于市场上有很多非标准的POE设备，这些POE设备的输出电压各异，有12V、24V、48V等，尤其是有些设备的输出电压为48V，看起来好像和标准POE一样，但实际差别很大，很具迷惑性。
　　实际上，对POE供电电压的疑虑用一只万用表就可以搞定。拿电表测量PSE设备供电脚（1，2、3，6或者4，5、7，8）如果有48V或其它电压值稳定输出的是非标的（不做检测，48V或其它电压值直接供电）；如果测量不出电压（2-10V跳动，在对PD端进行检测）则为标准POE（电表不是合法的PD，不会供电无电压）。
　　PSE直流12V/24V供电，直接到达PD供电-------------------------------非标中的非标
　　PSE直流48V供电，直接到达PD，降压供电-----------------------------非标POE
　　PSE检测PD，分级，供电，降压供电，最后48V供电---------------------802.3af/at标准POE

POE以太网供电工作过程
检测：首先PSE会发送一个测试电压给在网设备以探测受电设备中的一个24.9kΩ共模电阻。测试信号开始为2.5V，然后提升到10V，这将有助于补偿Cat-5电缆自身阻抗带来的损失。因为这种电缆最长可达100m。如果PSE检测到来自PD的适当阻抗特征（24.9kΩ），它便会继续提升电压。如果检测不到特征阻抗，PSE将不会为电缆加电。受电设备电路中的齐纳二极管会保证系统其余部分不受测试信号的干扰。
PD端设备分类：当检测到受电端设备PD之后，PSE将向PD施加15～20V的电压，并通过测量电流大小来确定PD的特定级别。如果除了探测到第一级的电阻外没发现其他分级电路，该设备被定义成零级别。在此阶段，PD的电源部分将被欠压锁定（UVLO）电路维持在无源状态，以便隔离开关级，直至特征和分级阶段完成。
开始供电：分级完成后，在一个可配置时间（一般小于15μs）的启动期内，PSE设备开始从低电压向PD设备
a）供电，直至提供48V的直流电源。
b）供电：为PD设备提供稳定可靠48V的直流电，满足PD设备不越过12.95W的功率消耗。
c）断电：若PD设备从网络上断开时，PSE就会快速地（一般在300～400ms之内）停止为PD设备供电，并重 复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。
在把任何网络设备连接到PSE时，PSE必须先检测设备是不是PD，以保证不给不符合POE标准的以太网设备提供电流，因为这可能会造成损坏。这种检查是通过给电缆提供一个电流受限的小电压来检查远端是否具有符合要求的特性电阻来实现的。只有检测到该电阻时才会提供全部的48V电压，但是电流仍然受限，以免终端设备处在错误的状态。作为发现过程的一个扩展，PD还可以对要求PSE的供电方式进行分类，有助于使PSE以高效的方式提供电源。一旦PSE开始提供电源，它会连续监测PD电流输入，当PD电流消耗下降到最低值以下，如在拔下设备时或遇到PD设备功率消耗过载、短路、超过PSE的供电负荷等，PSE会断开电源并再次启动检测过程。
IEEE802.3af/at标准允许PSE有三种形式供电线序：
1、网线中的4、5线为正，7、8线为负。
2、网线中的1、2线为负，3、6线为正。
3、网线中的1、2线为正，3、6线为负。

说明：
10M和100M数据网络中，数据信号传输只用到了1 2 3 6两对线，千兆网络4对线都用到了。
10/100 DC on Spares （mode B）：10M/100M网络空闲对供电
10/100 Mixed DC &Data （mode A） ：10M/100M网络数据对供电
1000 （1 Gigabit） DC & Bi-Data （mode B） ：千兆网络模式B 4 5 7 8供电
1000 （1 Gigabit） DC & Bi-Data （mode A） ：千兆网络模式A 1 2 3 6供电
Tx代表数据发送，Rx代表数据接收 TxRx代表即发送又接收
以上表中为IEEE 802.3af和IEEE 802.3at的网线线序，请注意4 5这对线不管是af还是at，都是正极，如果产品4 5这对线为负极，则为非标准的POE产品。802.3at 4 pairs则4对线都有供电，PSE输出功率可达60W以上，PD接收功率51W以上。
T568A Color、T568B Color有一点点区别。国际标准中规定：网线排列顺序有两种：即568A和568B，正常情况下依照568B标准居多，既排线顺序为：1白橙、2橙、3白绿、4蓝、5白蓝、6绿、7白棕、8棕（将其中的1和3、2和6分别颠倒一下为568A标准）。568A和568B，二者没有本质的区别，只是颜色上的区别，本质的问题是要保证：
（1）1、2线对是一个绕对
（2）3、6线对是一个绕对
（3）4、5线对是一个绕对
（4）7、8线对是一个绕对