技术文章—抢占IEEE 802.3bt PoE++先机

最新更新时间:2019-03-25来源: 互联网作者: ADI公司 Christopher Gobok关键字:IEEE  ADI 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

简介

 

IEEE的以太网供电(PoE)新标准(也称为PoE++)经过5年的开发,将于2018年末最终定稿。新标准的出台促使供电设备(PSE)和受电设备(PD)开发人员竞相研发新硬件,因为PoE++能够为PD提供高达71.3 W功率,几乎是之前标准25.5 W的3倍。PoE++允许通过千兆以太网在相同布线上传输52 V/1.7 A,从而为新一代的高耗电应用奠定基础,包括热门的户外云台变焦摄像机网络或用于蜂窝或Wi-Fi通信的远程基站和接入点。

 

图1显示基本的PoE框图,其中一台PD连接至PSE。现在802.3bt标准已最终定稿,PoE开发人员希望率先推出自己的PoE++设计。目前的挑战就是要找到正式发布并经过认证的100%符合802.3bt标准的PSE和PD解决方案。别再四处寻觅了……

 

figures/202055_Fig_01.jpg

 

图1.以太网供电框图。

 

ADI公司作为PoE技术先锋和IEEE 802.3bt工作小组成员,目前已推出PoE++ PD和PSE控制器,助PoE开发人员按照802.3bt标准最终版本完成设计。ADI公司推出的LTC4291-1/LTC4292 PoE++ PSE控制器芯片组和PoE++ PD控制器,有助于开发人员设计完整的端到端PoE++系统,并且经过现场试运行和验证。我们将详细介绍LTC4291-1/LTC4292芯片组的独到之处,描述它如何支持IEEE最新的PoE标准,并快速回顾PoE++ PD产品的关键特性。

 

LTC4291-1/LTC4292 PSE芯片组

 

LTC4291-1/LTC4292是隔离式4端口PSE控制器芯片组,专为PoE++系统而设计。图2是LTC4291-1/LTC4292的简化原理图,显示4个以太网端口中的一个是如何供电的。该芯片组采用集成隔离架构,其中LTC4291-1提供一个PSE主机隔离数字接口,而LTC4292则提供一个高压以太网接口。IEEE 802.3以太网规范要求将网段(包括PoE电路)与底盘地和PHY进行电气隔离。通过将LTC4291-1置于非隔离侧,将LTC4292置于隔离侧,可将多达6个昂贵的光耦合器和1个隔离电源替换为更便宜、更可靠的10/100以太网变压器。这种拓扑结构不仅可以节省成本,还可以实现更稳定可靠和易于制造的PSE设计。

figures/202055_Fig_02.jpg

 

图2.LTC4291-1和LTC4292 PoE++ 4端口PSE芯片组的简化原理图。

 

用户可以通过I2C接口与LTC4291-1/LTC4292进行通信,并可根据应用选择四种PSE工作模式(自动、半自动、手动或关断)中的一种。LTC4291-1/LTC4292使用两个通道(两个栅极驱动器),通过RDS(on)低至40 mΩ的外部MOSFET控制电源路径。使用外部MOSFET便于用户选择低RDS(on)的器件,以降低功耗并解除通道故障。使用0.15 Ω的检测电阻还可以降低功耗。I2C接口可实现端口配置、端口状态监控以及获取端口电流、PoE电源电压和端口功率的遥测读数。

 

802.3bt引入了两种不同的PD特征配置:单特征和双特征PD。单特征PD(图3)是在两个线对(pairset)之间共用相同的检测特征和分级特征的PoE++ PD。双特征PD是在每个线对上都具有独立特征的PoE++ PD;允许每个线对具有完全独立的分级和功率分配。双特征PD解决方案非常复杂,其成本是单特征PD的两倍。此外,值得注意的是,尽管共用一个相同的架构,802.3bt双特征PD并不等同于先前标准的UPoE设备。LTC4291-1/LTC4292支持经过更新的PoE++ PD检测过程,包含新的连接检查子过程,以确定PSE连接哪种PD特征配置。

 

figures/202055_Fig_03.jpg

 

图3.单特征与双特征PD的拓扑结构。

 

执行连接检查后,LTC4291-1/LTC4292将开始验证连接的PD是否符合IEEE标准。虽然IEEE要求PSE使用2点电压或2点电流检测方案之一来检测有效PD特征(25 kΩ),但LTC4291-1/LTC4292通过同时采用两种类型的检测方案以实现更稳定可靠的方案。这种多点(多电压和多电流)检测机制可用来消除误报,并可避免损坏未针对PoE直流电压承受力而设计的网络设备。

 

与先前PoE标准使用的传统的2对导体(4根导线)相比,PoE++对4对导体(8根导线)供电以传输功率。这不仅能实现新的更高功率水平,而且由于电缆中的功率损耗减少了一半,因此使用更多导体可以提高旧有的低功率水平系统的效率。例如,为确保PoE+ PD可接收到25.5 W,需要为PoE+ PSE提供30 W功率,因为在100 m的CAT5E电缆上的损耗为4.5 W。采用PoE++标准为相同的25.5 W PD供电通常可将损耗降低至2.25 W以下,从而使总功率传输效率从85%提高至92.5%。考虑到全球PoE PD的数量,这意味着大幅降低功耗,在许多情况下,碳排放量可降低7.5%。

 

PoE++引入了四种新的大功率PD分级(Class),从而使单特征分级总数达到9个(如表1所示)。分级5至8是PoE++的新增分级,相当于40 W至71.3 W的PD功率水平。PSE仍然可选择使用物理层(即用于71.3 W的5事件分级)或数据链路层(例如,链路层发现协议(LLDP))进行PD的分级,而且PD依然必须能够支持两种分级方案以与标准相符。请记住,因为每个线对在双特征PD中独立运行,所以每个线对都可以是不同的分级。例如,第一个线对上的Class 1 (3.84 W)和第二个线对上的Class 2 (6.49 W)将形成一个双特征Class 1、Class 2 (10.3 W) PD。

 

表1.PoE++ PD分级和功率水平

image.png



PoE++ PD还可以实现物理层分级的一种可选扩展(称为Autoclass),其中PoE++ PSE(如LTC4291-1/LTC4292)测量连接PD的实际最大吸取功率。这样,利用这种电源管理功能,LTC4291-1/LTC4292可以将剩余的功率分配给其他灯泡(如果测量某个灯泡,由于较低的亮度设置或电缆较短,其功耗低于其分级功率)。

 

不言而喻,PoE++可向后兼容旧的25.5 W PoE+和13 W PoE标准。较低功率的PoE+或PoE PD可以连接至较高功率的PoE++ PSE(如LTC4291-1/LTC4292),这不会有任何问题。而且,当情况反过来时,即较高功率的PoE++ PD连接至较低功率的PoE+或PoE PSE时,PD可在经协商的较低功率状态下工作,这被称为降级。如果PD忽略降级并工作在其最高功率状态,则高耗电的PD将导致PSE反复地接通,达到其电流限值,然后关断,这实际上使PSE产生低频寄生振荡。因此,PoE+和PoE++都需要降级,但遗憾的是在许多实施方案中降级被忽视了。

 

PD实施

 

开发人员采用ADI公司的IC可最大限度地实现PoE++ PD性能。图4显示了带有辅助输入的高效单特征PoE++ PD接口的简化框图。该解决方案拥有高于94%的端到端(RJ-45输入至PD负载)效率,并可在-40℃至125℃的温度范围内工作。

figures/202055_Fig_04.jpg

 

图4.带有辅助输入的高效IEEE 802.3bt单特征PD接口的简化框图。


图4中RJ-45接口上的LT4321是一款有源二极管桥控制器,可用来取代所需的二极管桥式整流器。LT4321采用低损耗N沟道MOSFET桥,可同时提高PD的可用功率并减少散热量。PoE++要求PD在其以太网输入端上能够接受任何极性的直流电源电压,因此LT4321可将来自两组数据线对的电源进行平滑的整流,并将其整合为极性正确的单个电源输出。由于电源效率提高实际上免除了散热要求,所以总体电路尺寸和成本得以降低,并且功率可降低10倍或更多,从而使PD能够保持在分级功率预算之内,或者使PD能够增加功能。

 

位于图4中理想二极管桥控制器之后的是PD接口的“大脑中枢”LT4295,它是一款PoE++ PD接口控制器,集成了一个高效的正激式或无光耦合反激式控制器。LT4295利用一个集成型25kΩ特征电阻、高达5事件分级和单特征拓扑支持所有9种PD分级。除了提供更多的PD功率之外,使LT4295优于传统PD控制器的因素是其采用一个外部功率MOSFET以进一步地大幅降低总体PD散热量并实现电源效率的最大化,由于PoE++标准的功率水平更高,因此这一点变得更为重要。

 

对于那些需要能够支持辅助电源的PoE++ PD设计,PD可以选择由电源适配器供电,图4顶部所示的LT4320是一款9 V至72 V有源二极管电桥控制器,它采用低损耗N沟道MOSFET取代了全波桥式整流器中的全部4个二极管,以显著降低功耗并增加可用电压。由于电源效率的提升免除了笨重和昂贵的散热器,因此可缩减电源和墙上变压器的尺寸。通过几乎消除热运行二极管桥中固有的两个完整二极管压降(~1.2V,即12V的10%)提供了额外的裕量,从而增加了应用的储备空间,低电压应用亦能从中获益。

 

结论

 

PoE++标准的批准近在眼前,因此开发人员可以信心十足地为这个市场开发产品。PoE++标准的高功率水平高达71.3 W,具有丰富的电源管理新功能,开发人员可以利用这些功能创建更加动态和优化的系统。PSE开发人员应当感到庆幸,ADI公司刚刚发布的LTC4291-1/LTC4292 PSE 4端口芯片组稳定可靠并简化了BOM。同时,PD开发人员可以在电缆的另一端继续使用ADI公司的多款IC来减少散热量并提高电源效率。



关键字:IEEE  ADI 编辑:muyan 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/IoT/2019/ic-news03255135.html

上一篇:智能 专业 完整 OPEN MIND:为未来而准备
下一篇:清华魏少军—AI Chip 2.0 的愿景和实现路径

推荐阅读

Facebook及三星参加IEEE IEDM大会,探讨内存及AR应用
编译/VR陀螺近日,2021年的IEEE IEDM大会在美国旧金山如期举办,在会上,来自Facebook Reality Labs研究部的Michael Abrash发表了题为"创造未来:增强现实,下一个人机界面"的全体演讲。他探讨了虚拟现实和增强现实(可统称为XR)的发展,以及能够实现未来更多沉浸式体验和用AR眼镜等可穿戴技术取代智能手机等设备的发展。使这样的设备成为可能将需要新的传感器技术、软件(包括绘制和理解真实世界的方法,其中包括个人背景信息,以及与这个绘制的表征世界的历史交互),以及具有低功耗处理能力的电子器件的新封装方式。如下图所示,这些低功耗和小型化封装将需要在硬件和软件设计、异质封装集成和小型化方
发表于 2022-01-27
Facebook及三星参加<font color='red'>IEEE</font> IEDM大会,探讨内存及AR应用
华人骄傲,ADI Fellow陈宝兴当选IEEE会士
日前,ADI公司宣布,其技术院士(Fellow)陈宝兴博士凭借在集成信号-功率隔离和集成磁性元件领域的突破性贡献,当选为2022年度IEEE会士(IEEE Fellow)。IEEE会士是最高等级的IEEE会员,业界将其视为一项荣誉称号,被认为是职业生涯中的重要成就。每一年的当选总人数不得超过总参与投票人数的千分之一。IEEE是世界领先的专业协会,旨在促进人类科技进步。该协会在全球160个国家/地区拥有超过40万名会员,是航空航天系统、计算机和电信、生物医学工程、电力和消费电子等广泛领域的权威机构。陈宝兴博士表示:“能当选IEEE会士,我倍感荣幸。该项荣誉也印证了ADI公司在数字隔离技术领域的领先地位,这离不开我们隔离团队数十年来的不
发表于 2022-01-26
华人骄傲,<font color='red'>ADI</font> Fellow陈宝兴当选IEEE会士
IEEE都提供了哪些
传感器传统上用于相机成像,以及传达有关湿度、温度、运动、速度、接近度和环境其他方面的信息。这些设备已成为许多对商业和日常生活至关重要的新技术的关键推动者,涵盖从打开电灯开关到管理个人健康。有几个因素正在推动传感器的发展,包括小型化、增加的功能以及更高水平的电子电路集成。产品和系统中也有更高水平的自动化,例如物联网和工业物联网应用。传感器的主要用户包括国防、能源、医疗保健和运输行业。全球传感器市场庞大且增长迅速。根据一项估计,预计到 2028 年,其销售额将达到 3460 亿美元,高于 2019 年的 1670 亿美元。安全可靠的应用随着传感器行业竞相利用市场机会,确保设备安全可靠运行的需求日益受到关注。例如,在能源行业,用于石油和天
发表于 2022-01-20
ADI公司陈宝兴博士当选IEEE会士
中国,北京—ADI公司技术院士(Fellow)陈宝兴博士凭借其在集成信号-功率隔离和集成磁性元件领域的突破性贡献,当选为2022年度IEEE会士(IEEE Fellow)。IEEE会士是最高等级的IEEE会员,业界将其视为一项荣誉称号,被认为是职业生涯中的重要成就。每一年的当选总人数不得超过总参与投票人数的千分之一。 陈宝兴博士表示:“能当选IEEE会士,我倍感荣幸。该项荣誉也印证了ADI公司在数字隔离技术领域的领先地位,这离不开我们隔离团队数十年来的不懈努力,我很幸运能在这样一个鼓励和重视创新的协作环境中工作。”陈宝兴博士于1997年加入ADI公司,2010年被任命为ADI公司院士。作为隔离团队的首席技术专家,他领导团队
发表于 2022-01-14
<font color='red'>ADI</font>公司陈宝兴博士当选IEEE会士
清华电子工程系系主任汪玉当选IEEE Fellow,73名华人学者当选
11月24日,2022年IEEE Fellow名单正式公布。新增311名Fellow,73名华人学者当选。清华大学电子工程系主任汪玉、清华大学软件学院副教授杨铮均上榜。其中,清华大学电子工程系主任汪玉当选2022 IEEE Fellow,以表彰他对领域专用加速器设计做出的贡献。据公开资料显示,1982年3月,汪玉出生于安徽枞阳人,本硕博就读于清华大学,博士阶段师从杨华中教授和谢源教授。2007年留校任教,38岁成为清华电子工程系的系主任。在学术上,汪玉发表论文200余篇,IEEE/ACM杂志文章40余篇;谷歌学术引用4000余次。他担任ACM SIGDA E-News主编,IEEE TCAD、TCSVT编委,DAC等领域顶级会议技术
发表于 2021-11-25
清华电子工程系系主任汪玉当选<font color='red'>IEEE</font> Fellow,73名华人学者当选
IEEE-754浮点格式应用分析
  IEEE-754是由电子与电气工业协会制定的一整套浮点数表示的标准。本文主要分析最常用的binary32(单精度),binary64(双精度可以此类推)。  Binary32占用存储器4bytes,可以表示最大数值(2−2−23)×2127≈3.402823×1038,相比之下,int32(有符号32位整型数)可以表示到2-31-1=2,147,483,647。在同样的存储宽度下,binary32表示的范围是int32的158,456,293,939,825,284,266,763,033,469.56倍。  Binary32存储结构如下:  Hex:0x419C0000  二进制表示为  十进制表示为  value=(-1)0
发表于 2021-09-09
<font color='red'>IEEE</font>-754浮点格式应用分析
小广播
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2022 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved