PoE 2拓扑、检测方案和功率分级

PoE 2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4）是在两个线对(pairset)之间共用相同的检测特征和分级特征的PoE2 PD PD。双特征PD是在每个线对上都具有独立特征的PoE 2 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。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。LTC9101/LTC9102/LTC9103支持可靠的PoE 2 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。

除了进行连接检查外，器件还需验证连接的PD是否是符合IEEE标准的PD。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LTC9101/LTC9102/LTC9103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。

PoE 2为两对导体（4线）供电，以提供高达25.5 W的功率，为四对导体（8线）供电，以提供高达71.3 W的功率。这不仅能实现更高功率水平，而且由于在所有导体通电后，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 1 PD可接收到25.5 W，需要采用PoE 1 (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。四对导体通过PoE 2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，在许多用例中，碳排放量可降低7.5％。

图4.单特征与双特征PD的拓扑结构

PoE 2引入四种新的大功率PD分级，从而使单特征分级总数达到9个（如表2所示）。分级5至8是PoE 2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（即链路层发现协议，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，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和Class 2 (10.3 W) PD。

表2.PoE 2 PD分级和功率水平

PoE 2 PD还可以实现物理层分级的一种可选扩展（称为Autoclass），其中PoE 2 PSE（如LTC9101/LTC9102/LTC9103）芯片组测量连接PD的实际最大吸取功率。这样，利用这种电源管理功能，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 2可向后兼容旧的 25.5 W 和13 W PoE 1标准。较低功率的PoE 1 PD可以连接至较高功率的PoE 2 PSE，这不会有任何问题。而且，当情况反过来时，即较高功率的PoE 2 PD连接至较低功率的PoE 1 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 1和PoE 2 PD都需要降级，但遗憾的是在许多实施方案中降级被忽视了。

非常高效的PD

ADI提供大量独特的IC，包括Maxim Integrated（现已成为ADI的一部分）设计的那些IC，以尽可能提高PoE 2 PD的性能。图3显示了带有辅助输入的高效单特征PoE 2 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。

图5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 2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。

图5所示的理想二极管桥控制器是PD接口的“大脑中枢”，LT4295是一款PoE 2 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25 kΩ特征电阻、高达5事件分级和单特征拓扑支持所有9种IEEE 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散热量并充分提高电源效率，由于PoE 2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 2 PD设计，PD可以选择由电源适配器供电，图3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

在如今不断发展的全球以太网市场中，PoE 2仍然相当重要，即使在远程工作持续凸显优势的情况下也是如此。大中小型企业都对大楼进行改造，安装支持PoE的扫描仪、摄像头和其他系统来保护员工安全，所以比以往更加需要高端口数PSE。ADI公司的LTC9101/LTC9102/LTC9103 PoE 2 PSE芯片组能够满足这种需求，它们让交换芯片供应商能够高效、可靠地为高达48个以太网端口供电，且为设施和IT经理提供先进电源管理功能。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来提高集成度，减少散热量，并提高电源效率。

图5.带有辅助输入的高效IEEE 802.3bt单特征PD接口的简化框图

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