1 綜述

傳統(tǒng)上，連接到以太網(wǎng)的設(shè)備至少需要用于傳輸數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)線(xiàn)纜和用于供電的電源線(xiàn)兩種。對(duì)電源線(xiàn)的需求一直是設(shè)備部署中的一個(gè)限制因素，要么設(shè)備靠近已有的電源插座，要么單獨(dú)為設(shè)備鋪設(shè)電源線(xiàn)和插座，而以太網(wǎng)供電技術(shù)(PoE, Power over Ethernet)解決了這個(gè)困境并且極大地提高了部署該類(lèi)設(shè)備的靈活性。

1.1 PoE的概念

PoE供電技術(shù)，指的是現(xiàn)有的以太網(wǎng)布線(xiàn)基礎(chǔ)架構(gòu)，在不用做任何改動(dòng)的情況下，借助常規(guī)以太網(wǎng)線(xiàn)纜在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)供應(yīng)電力，從而保證該線(xiàn)纜在為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE, Data Terminal Equipment)（如IP電話(huà)機(jī)、無(wú)線(xiàn)AP、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)IPC以及其他基于IP的終端設(shè)備）傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，還能為此類(lèi)設(shè)備提供直流供電的技術(shù)。圖 1所示，為標(biāo)準(zhǔn)PoE設(shè)備舉例，包括標(biāo)準(zhǔn)PSE設(shè)備（即圖中的PoE交換機(jī)）和標(biāo)準(zhǔn)PD設(shè)備（即圖中的無(wú)線(xiàn)AP和IPC等）。

圖 1 標(biāo)準(zhǔn)PoE設(shè)備舉例

1.2 PoE的優(yōu)點(diǎn)

1.3 PoE的標(biāo)準(zhǔn)

(1) IEEE 802.3af(15.4W@44V,0.35A) -- Power over Ethernet(PoE)

2003年6月，IEEE批準(zhǔn)了802.3af標(biāo)準(zhǔn)，它明確規(guī)定了遠(yuǎn)程系統(tǒng)中的電力檢測(cè)和控制事項(xiàng)，并對(duì)路由器、交換機(jī)和集線(xiàn)器通過(guò)以太網(wǎng)電纜向IP電話(huà)、安全系統(tǒng)以及無(wú)線(xiàn)LAN接入點(diǎn)等設(shè)備供電的方式進(jìn)行了規(guī)定。

802.3af SPEC. = 350mA DC CURRENT TOTAL PER PAIR (175mA X 2). UP TO 400mA PEAK. 即每對(duì)差分線(xiàn)上的總電流為350 mA（最大值為400 mA），PSE能夠?yàn)镻D端提供的最大功率為44V*0.35A=15.4W。

(2) IEEE 802.3at-2009 (30W@50V,0.6A) -- Power over Ethernet Plus(PoEP, PoE+)

在兼容IEEE 802.3af的基礎(chǔ)上，IEEE 802.3at(PoE+)能提供更大的功率。

802.3at SPEC. = 600mA DC CURRENT TOTAL PER PAIR (300mA X 2). UP TO 686mA PEAK. 即每對(duì)差分線(xiàn)上的總電流為600 mA（最大值為686 mA），PSE能夠?yàn)镻D端提供的最大功率為50V*0.6A=30W。

(3) HDBaseT standard = 950mA DC CURRENT TOTAL PER PAIR UP TO 1A PEAK.

HDBaseT的標(biāo)準(zhǔn)是，每對(duì)差分線(xiàn)上的總電流為950 mA，最大值為1 A。

(4) IEEE 8.2.3bt-2019 -- PoE++ / 4PPoE

2019年01月31日發(fā)布，最大可支持100W功率。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)PoE與非標(biāo)準(zhǔn)PoE

具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的PoE設(shè)備間可以互聯(lián)互通，不會(huì)燒壞設(shè)備，這是最基本的PoE設(shè)備的安全性。而非標(biāo)準(zhǔn)PoE設(shè)備，屬于PoC(Power over Cable)的概念，一般是將開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換后的直流電壓（如12V，24V或48V等）直接加載到以太網(wǎng)電纜上，和數(shù)據(jù)一起傳輸。它們沒(méi)有PoE芯片/模塊（包括PSE模塊和PD模塊），沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)PoE設(shè)備的安全、節(jié)能、防雷和高壓隔離等特性。

2 PoE的原理

2.1 PoE供電的系統(tǒng)組成

完整的PoE供電系統(tǒng)包括供電端設(shè)備(PSE, Power Sourcing Equipment)和受電端設(shè)備(PD, Powered Device)兩部分。PSE設(shè)備是為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備（客戶(hù)端設(shè)備）供電的設(shè)備，同時(shí)也是整個(gè)PoE供電過(guò)程的管理者。而PD設(shè)備是接受供電的PSE負(fù)載，即PoE系統(tǒng)中的客戶(hù)端設(shè)備，如IP電話(huà)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IP CAMERA, IPC)、無(wú)線(xiàn)AP(Access Point)及掌上電腦(PDA)或移動(dòng)電話(huà)充電器等許多其他以太網(wǎng)設(shè)備（實(shí)際上，任何功率不超過(guò)13W的設(shè)備都可以從RJ45插座獲取相應(yīng)的電力）。兩者基于IEEE 802.3af/at標(biāo)準(zhǔn)建立有關(guān)受電端設(shè)備PD的連接情況、設(shè)備類(lèi)型、功耗級(jí)別等方面的信息聯(lián)系，并以此為根據(jù)PSE通過(guò)原本用于數(shù)據(jù)通信的以太網(wǎng)線(xiàn)纜向PD供電。

圖 2 PoE系統(tǒng)組成

2.2 PoE供電的接線(xiàn)方式

IEEE802.3af/at標(biāo)準(zhǔn)定義了PI（Power Interface：PSE/PD與網(wǎng)線(xiàn)的接口），目前已經(jīng)定義了三種供電方式：即“Alternative A(1&2,3&6)數(shù)據(jù)引腳供電”，“Alternative B(4&5,7&8)空閑引腳供電”，或者同時(shí)兼容Alternative A和Alternative B（Power over HDBaseT，PoH標(biāo)準(zhǔn)即采用這種方式），共三種供電方式。

具體使用哪種類(lèi)型，與后端PD設(shè)備的功率有關(guān)；若PD所需功率小于30W，可使用Alternative A或Alternative B方式；若PD所需功率大于30W，建議使用Alternative A & Alternative B方式。

2.2.1 Alternative A(1&2,3&6)數(shù)據(jù)引腳供電方式

由于直流供電和數(shù)字通信互不干擾，因此讓直流電和比特流（數(shù)據(jù)）在同一組線(xiàn)纜上傳輸，類(lèi)似于多路復(fù)用技術(shù)。

圖 3所示，PSE通過(guò)數(shù)據(jù)引腳為PD供電，把RJ45網(wǎng)口1&2引腳對(duì)應(yīng)的變壓器抽頭接負(fù)（或正）極，把RJ45網(wǎng)口3&6引腳對(duì)應(yīng)的變壓器抽頭接正（或負(fù)）極，稱(chēng)為“Alternative A(1&2,3&6) —— 基于10/100 BASE-T的數(shù)據(jù)引腳供電”。

無(wú)論是PSE或是PD，基于“Alternative A(數(shù)據(jù)引腳)供電方式”的通常接法是，1&2引腳對(duì)應(yīng)的變壓器抽頭接為負(fù)極，3&6引腳對(duì)應(yīng)的變壓器抽頭接為正極；但不排除相反的接法，參考下文知識(shí)點(diǎn)“正負(fù)極不確定的原因”中所述，是由于存在“568A”和“568B”，或者說(shuō)“直連網(wǎng)線(xiàn)”和“交叉網(wǎng)線(xiàn)”兩種網(wǎng)線(xiàn)線(xiàn)序標(biāo)準(zhǔn)。

注：上下文所述“1&2引腳”或“3&6引腳”均指引腳對(duì)應(yīng)的變壓器抽頭，如圖 3所示。

圖 3 Alternative A(1&2,3&6)數(shù)據(jù)引腳供電方式

注：10/100BASE-T使用1&2,3&6兩對(duì)差分雙絞線(xiàn)，稱(chēng)為Data/Signal Pair；4&5,7&8兩對(duì)差分雙絞線(xiàn)，稱(chēng)為Spare Pair；1000BASE-T使用Data Pair和Spare Pair共四對(duì)差分雙絞線(xiàn)。

2.2.2 Alternative B(4&5,7&8)空閑引腳供電方式

圖 4所示，1&2&3&6只做數(shù)據(jù)傳輸引腳，PSE通過(guò)4&5&78空閑引腳（無(wú)變壓器）為PD供電，把4&5引腳直接連接形成正（或負(fù)）極，把7&8引腳直接連接形成負(fù)（或正）極，稱(chēng)為“Alternative B(4&5,7&8) —— 基于10/100 BASE-T的空閑引腳供電”。

無(wú)論是PSE或是PD，基于“Alternative B(空閑引腳)供電方式”的通常接法是，4&5引腳接為正極，7&8引腳接為負(fù)極；但不排除相反的接法，原因同上所述，由于存在568A和568B兩種網(wǎng)線(xiàn)線(xiàn)序標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法確定PD端線(xiàn)序的正負(fù)極，因而沒(méi)有必要規(guī)定PSE端線(xiàn)序的正負(fù)極。

圖 4 Alternative B(4&5,7&8)空閑引腳供電方式

2.2.3 Alternative A & Alternative B供電方式

圖 5所示，由于1000BASE-T使用了全部8根雙絞線(xiàn)，沒(méi)有空閑引腳，所以供電全部從變壓器抽頭引入或引出。通常接線(xiàn)方式是，PSE端1&2和4&5引腳直接相連作為正極，3&6和7&8引腳直接相連作為負(fù)極；PD端用兩個(gè)整流二極管電橋，分別將1&2和3&6引腳的正負(fù)極翻轉(zhuǎn)，4&5和7&8引腳的正負(fù)極翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后的正負(fù)極再直接相連，輸入到標(biāo)準(zhǔn)PD模塊。

PoH(Power over HDBaseT)也采用這種供電方式。

圖 5 Alternative A & Alternative B / PoH供電方式

知識(shí)點(diǎn)：正負(fù)極不確定的原因

由于EIA/TIA 568布線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中定義了兩種雙絞線(xiàn)到RJ45接口的線(xiàn)序標(biāo)準(zhǔn)，即568A和568B。圖 6所示，網(wǎng)線(xiàn)兩端使用同類(lèi)線(xiàn)序標(biāo)準(zhǔn)（即568A - 568A 或568B - 568B）稱(chēng)為“直連網(wǎng)線(xiàn)或正線(xiàn)”，用于不同類(lèi)設(shè)備間（或者說(shuō)DCE與DTE間）的通信。圖 7所示，網(wǎng)線(xiàn)兩端使用不同線(xiàn)序標(biāo)準(zhǔn)（即568A - 568B）稱(chēng)為“交叉網(wǎng)線(xiàn)或反線(xiàn)”，用于同類(lèi)設(shè)備間（或者說(shuō)DCE與DCE間，DTE與DTE間）的通信。

圖 8所示，“交叉網(wǎng)線(xiàn)”正是“1&2”和“3&6”這兩對(duì)引腳的交叉。而為了方便后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)施工布線(xiàn)難度（不再區(qū)分直連網(wǎng)線(xiàn)或交叉網(wǎng)線(xiàn)），很多PHY芯片增加了Auto MDI/MDIX Crossover功能（即端口線(xiàn)序自動(dòng)識(shí)別翻轉(zhuǎn)），具有Auto MDI/MDIX Crossover功能的PHY芯片對(duì)直連網(wǎng)線(xiàn)或交叉網(wǎng)線(xiàn)無(wú)要求，正是基于這個(gè)原因，當(dāng)前市面所售基本都是直連網(wǎng)線(xiàn)。

圖 6直連網(wǎng)線(xiàn)或正線(xiàn)

圖 7交叉網(wǎng)線(xiàn)或反線(xiàn)

圖 8所示，假如PSE端線(xiàn)序?yàn)?&2引腳接正極，3&6引腳接負(fù)極，當(dāng)使用“直連網(wǎng)線(xiàn)”時(shí)，在PD端線(xiàn)序依然是1&2引腳為正極，3&6引腳為負(fù)極；但是，當(dāng)使用“交叉網(wǎng)線(xiàn)”時(shí)，在PD端得到的線(xiàn)序?yàn)?&2引腳為負(fù)極，3&6引腳為正極?？梢?jiàn)，PSE與PD間的連接，使用“直連網(wǎng)線(xiàn)”和“交叉網(wǎng)線(xiàn)”，在PD端得到的直流電源正負(fù)極可能是相反的。這就是，Alternative A或Alternative B標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)1&2，3&6，4&5，7&8四對(duì)雙絞線(xiàn)進(jìn)行正負(fù)極性規(guī)定的原因，或者說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)的PD芯片前端都要加入整流電橋（可由四個(gè)分立二極管組成；也可用單顆整流橋芯片，或由分立MOSFET組成的有源電橋）的原因，目的是將PD端的直流電源正負(fù)極翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，保證PD端直流電源正負(fù)極性不會(huì)反相而燒壞設(shè)備。導(dǎo)致這種結(jié)果的根本原因是，存在兩種不同的網(wǎng)線(xiàn)線(xiàn)序標(biāo)準(zhǔn)568A和568B。

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PoE供電技術(shù)簡(jiǎn)介V1.1_電源先生2023-06-14.pdf