今天人們對于一根數(shù)據(jù)線的要求，除了能夠支持更高的傳輸速率，還需要能夠承擔起電能輸送的職責，在這方面我們最熟悉的一個例子就是USB，目前USB-PD協(xié)議可承載最高100W的功率傳輸。 這種“數(shù)據(jù)+電源”的混合傳輸?shù)暮锰庯@而易見，它能夠讓我們擺脫煩人的電源線，用一根線纜就可以滿足兩個需求，給用戶帶來更大的自由度。不過USB傳輸?shù)木嚯x有限，通常也就是1-2米以內(nèi)，如果你希望在一個更大范圍的局域網(wǎng)中實現(xiàn)這種“數(shù)據(jù)+電源”的混合傳輸體驗，就需要以太網(wǎng)供電（PoE）技術(shù)來幫忙了。

實際上PoE的基本思路與USB-PD是相同的，它們都是在傳輸數(shù)據(jù)的同時，利用空閑線路或信號線路為終端接入設(shè)備供電。只要我們稍微打開一點腦洞，就不難想象出PoE的典型應(yīng)用，比如樓宇自動化中的視頻監(jiān)控、智能照明等，想添加一個新的節(jié)點設(shè)備，只需要預(yù)留一個RJ-45以太網(wǎng)口就行了，而無需專門布設(shè)市電網(wǎng)絡(luò)，這給用戶帶來的價值是顯而易見的。

PoE標準的升級之路

正是因為“很有用”，所以人們就開始琢磨如何讓其“商用”，而大規(guī)模商用一個重要的前提就是要將這個技術(shù)標準化，于是有了IEEE 802.3這個定義了PoE各項技術(shù)規(guī)范的標準，由此也解決了不同設(shè)備間兼容性的問題。 正如其他技術(shù)標準一樣，IEEE 802.3也在不斷的進化中根據(jù)市場需求的變化為自己增添新的技能。 第一代PoE的標準IEEE 802. 3af是在2003年發(fā)布的，基于當時人們對PoE應(yīng)用場景的認識，這一版標準給PoE的定位就是：可以讓PSE設(shè)備（集成在路由器、交換機和集線器中）通過以太網(wǎng)電纜向IP電話等PD設(shè)備提供不超過15W的直流功率。15W這樣的功率水平，以今天的視角來看，確實有些保守。

很快，隨著越來越多樣的設(shè)備接入到以太網(wǎng)中，人們逐漸感覺到“電不夠用了”。于是2009年發(fā)布的第二代PoE標準IEEE 802.3at，就將提升供電功率作為了一個主要的升級目標。這個被稱為PoE+的標準果然不負眾望，將PoE支持的最大功率提升到了30W（通過CAT-5或更高級別線纜提供）。 市場在持續(xù)發(fā)展中，一個有生命力的標準也不會原地踏步。2018年9月，第三版（也是最新一版）的PoE標準IEEE 802.3bt正式發(fā)布。通過深度挖潛，IEEE 802.3bt嘗試在以太網(wǎng)電纜的8根導(dǎo)線（4對導(dǎo)線）上都加載電壓，充分利用了網(wǎng)線的功率承載能力，將PoE可以傳輸?shù)淖畲蠊β侍嵘?0W。這個功率水平，基本上可以滿足如今大多數(shù)中功率電子產(chǎn)品的要求了，也讓PoE可以覆蓋的應(yīng)用領(lǐng)域大為擴展。 而且在最新的IEEE 802.3bt中，還增加了一個名為Autoclass的新特性。顧名思義，Autoclass實際上是一種自動檢測PD用電設(shè)備的實際功率消耗，并對其進行功率分級的機制，PSE供電設(shè)備可以根據(jù)PD的實際耗電要求按需提供電能，通過更精確的控制實現(xiàn)更高的效率。與此同時，IEEE 802.3bt還增加了兩種PoE設(shè)備類型（Type 3和Type 4）以及4種功率等級的定義，這實際上都有助于PoE在增加產(chǎn)品覆蓋的同時，實現(xiàn)更為智能的控制，讓PoE擁有更高的功率水平的同時（所謂“更高能”），也變得“更智能”。鑒于IEEE 802.3bt這種全面的能力提升，人們也將其稱為“PoE++”

表1，IEEE 802.3 PoE標準比較 (資料來源:安森美半導(dǎo)體)

新標準的新方案

新標準的落地，必須有與之配套的產(chǎn)品和方案的支撐，PoE++也不例外。伴隨著PoE++自身能提升，其應(yīng)用范圍也還在進一步擴展（特別是在PD用電設(shè)備端），新的解決方案必須考慮得更為周全和長遠。 在PoE系統(tǒng)中，PSE和PD設(shè)備之間供電通道的建立，是通過一個握手協(xié)議來實現(xiàn)的，這個協(xié)議將在檢測、分級、供電、維護這樣一個完整的過程中負責兩者之間的通信和控制。與之對應(yīng)的PoE協(xié)議管理，是通過一顆PD控制器芯片來完成的，而想要實現(xiàn)PoE++這個新標準，也就需要有全新的PD控制器來支持。 在符合PoE++的PD控制器研發(fā)方面，安森美半導(dǎo)體是動作比較快的一家。在2019年9月，他們推出了符合PoE++標準的PD控制器 NCP1095和NCP1096，這兩顆料不僅支持新標準的規(guī)范要求，包括新增的Autoclass能量管理特性，還向后兼容原有標準，同時還支持將功率擴展到100 W，可以滿足一些特定應(yīng)用的要求。

圖1，安森美半導(dǎo)體推出符合PoE++新標準的PD控制器（圖源：安森美半導(dǎo)體） 除了需要通過全新的PD控制器“讀懂”新協(xié)議，隨著功率的提高，高能效設(shè)計的挑戰(zhàn)也更為突出。這也就需要為PoE++的產(chǎn)品中引入一些新的解決方案。 比如在PoE應(yīng)用中，有時候PSE設(shè)備會配備不間斷電源（UPS），這時在PD端就需要用一個橋接電路來調(diào)節(jié)輸入電源的極性。以往簡單的二極管橋接設(shè)計是最普遍的方法，它提供了一個可靠而低成本的方案。但是隨著PD所需功率的增加，正向壓降引起的二極管橋的導(dǎo)電損耗就成了一個必須考慮的問題。對此，安森美半導(dǎo)體給出的新方案就是使用GreenBridge四通道MOSFET替代二極管橋，來降低橋路的功率損耗。 以符合PoE++標準的GreenBridge器件FDMQ8205為例，其中包含兩個N溝道和兩個P溝道 100V級 MOSFET，以及所有必要的門極驅(qū)動器，無需外部電路來驅(qū)動或保護，同時具有更低的RDS(on)。與傳統(tǒng)的二極管橋方案相比，基于 FDMQ8205 的PoE方案的功耗可降低10倍，而整體系統(tǒng)尺寸僅有傳統(tǒng)方案的1/4。

圖2，基于FDMQ8205的方案與傳統(tǒng)二極管橋方案相比，功耗大大降低（圖源：安森美半導(dǎo)體）

圖3，基于FDMQ8205的方案與傳統(tǒng)二極管橋方案的熱分析比較（90W@25℃），可見功率損耗產(chǎn)生的溫升顯著降低（圖源：安森美半導(dǎo)體） 隨著人們對最新PoE標準的認知，未來也會有越來越多的新方案出現(xiàn)，最終為PoE++的成熟商用鋪平道路。盡管如今在物聯(lián)網(wǎng)市場，無線通信仍然是最吸睛的存在，但是基于以太網(wǎng)的互聯(lián)應(yīng)用依然有很堅實的市場基礎(chǔ)，PoE的發(fā)展無疑會為這些有線互聯(lián)應(yīng)用提供一個有力的支點。面對這樣的市場機遇，你是不是也有興趣來嘗試一下呢？

原文標題：一根數(shù)據(jù)線，你還想讓它實現(xiàn)多少功能？

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