PoE偶而会被拿来和传统电话服务(Plain Old Telephone Service, POTS)互相比较。一般的家用电话,即使不另外插电,也可以由电信机房直接供电动作,因此,安装时不用为墙上电话插孔和电源插座的距离伤脑筋,使用PoE的设备也有这样的优点。只要网络线一插电就来,不需要额外的电源。
PoE装置的特点
使用PoE的装置有以下几个特点:
● 使用在以太网络:由于是IEEE 802.3以下的子规格,IEEE 802.3即指的是以太网络(Ethernet),这意味PoE只使用在以太网络。
● 使用双绞线:规格是建构在以RJ-45为插头的网络线,这样的网络线有2对或4对双绞铜线,PoE使用2对来传输电源。当然,这意味PoE只能用在10Base-T、100Base-TX和1000Base-T,其他网络线,如同轴线或光纤即无法使用PoE。合乎规格的网络线依循线材的规范EIA/TIA-568-A(以及其进阶版EIA/TIA-568-B),有第3类、第5类及超5类(CAT-3, CAT-5 and CAT-5e),你可以随手拿一条网络线,就可以在线的外皮上看到相关的字样。
● 电源电压约为48V:考虑到10Base-T、100Base-TX和1000Base-Tx的最大长度为100m,以及第3类、第5类及超5类内部双绞铜线,其24AWG(AWG是美国线径规格标准)可容许的最大电流,其实可负荷的直流电流并不高。再加上安规对安全特低压电路(Safety Extra-Low Voltate, SELV)在直流下的限制是60V,而订出48V的电源电压(因为在同样功率的条件下,电压提高,则电流则可降低)。实际上,可容许的电源电压是36V~57V。
● 最大功率约为12.95W:PoE的供电设备可提供的最大功率为15.4W,但考虑到网络线的电阻不是0,也会消耗功率,网络装置可得到的功率只有12.95W。如果加上网络装置本身在电源转换时,差不多还要消耗10%~25%,网络装置得到的可用功率更少
在PoE的环境里有2种角色,供电方和用电方,标准称供电方为“电源设备(Power Sourcing Equipment, PSE)”,用电方为“用电装置(Powered Device, PD)”。而PSE又可以分成“中跨设备(midspan)”及“端点设备(endpoint)”2种。端点设备一般又称为PoE交换器,是网络交换器本身就有供电功能,如果在原来使用网络交换器/集线器的位置用PoE交换器来汰换,则原有的以太网域就可摇身一变成为具有PoE能力的网络。如果不愿换掉原来使用网络交换器/集线器,又想要让网域成为具有PoE能力的网络,也可以在网络交换器/集线器与网络之间串一级中跨设备,即可使网络具有PoE能力,而原有的以太信号则只是穿过而已,唯使用中跨设备要注意网络线是否具有4对双绞线或是否为1000Base-T,如果原来布建的网络线为内含2对双绞线的CAT-3或是1000Base-T网络,则要将网络升级成具有PoE能力,唯有升级网络交换器/集线器为PoE交换器一途。
运作原理
PoE是如何将电源由PSE传到PD呢?标准中有A和B两种模式:
● 模式A:由于网络线有可能只有2对双绞线,这个模式使用一种称为“幽灵电源(phantom power)”的技术。简而言之,由于以太网络传输的是高频信号,因此,将直流电源馈入信号线,理论上不会影响高频信号,设计上可以在PD端用变压器将高频信号和直流信号分开来即可。
● 模式B:如要运用此模式,则网络线一定要用有4对双绞线的CAT-5或CAT-5e。在以太信号的传输上,不是只用RJ-45的第1、2、3、6四条线而已吗?因此第4、5、7、8便可以线用来传送电源。
要注意,传送电源时双绞线对,一对传正电压,一对传负电压,但由于规格中何对为正,何对为负,在语意上并不明确,一般的做法是在PD输入侧加上桥式整流器。又由于决定用模式A或模式B,决定权在PSE,这也意味着在PD上必须将电源是由第1、2、3、6及第4、5、7、8进来的2组解都放进去,需要两个桥式整流器。
使用有PoE的电源,对使用者来说,只要将网络线插上便OK,但对标准制定者及设计人员而言当然绝不单纯。PoE使用一个4阶的状态机,加上PD端规定的一个并联电阻来达成侦测并送电的工作,只要有任一步与规范不合,PSE便跳出状态机,以免因送出电源不当,导致自身或末端PD的损坏:
● 第一步 侦测:依照奥姆定律,送出变动的电压来量测电流,侦测PD端是否并接一个15K~33K奥姆的电阻,若有则到下一步。
● 第二步 分级:标准将PD的最大消耗功率分为3级,加上全区的第0级与保留的第4级,共有5级。属于哪一级也是由PD串联电阻的大小来决定。
● 第三步 启动:开始启动PD。
● 第四步 正常动作:若启动没有问题,PSE便源源不绝地将电流送出给PD。
● PoE+标准底定
所幸,随着标准订定与发布,各家半导体厂商早已摩拳擦掌,纷纷加入PoE芯片的行列。从草案时期的Power Dsine、TI、Linear Technology、Maxim…等厂商,到2006年,NS、Freescale、Silicon Lab…等电源芯片大厂也几乎到齐,不但芯片整合度越来越高,成本、设计难度和板面积也越来越低,说这个芯片市场已是一片红海也不为过,但设计者和消费者则乐于见到这个趋势。
由于IEEE 802.3af日渐成熟,芯片市场日趋饱和,对标准的新需求也逐渐增加。自2005年起,IEEE已开始讨论下一代的PoE标准,目前订为802.3at,一般被称做PoE+。主要的议题为:
● 加大功率:原来的12.95W对许多考虑改用PoE来供电的装置而言,实在不太够。装置里只要有一个USB Host Port就要2.5W,一个TFT屏幕就要6W,几个周边下来,电源所剩无几。新的标准最少可以提供到24W。
● 使中跨设备也可以支持1000Base-T。
● 进一步使中跨设备和端点设备都可以支源10GBase-T。
PoE+为网络供电的产品提供了更大的功率及更快的速度。但就像以太网络的特性,新的标准总是可以对旧标准向下兼容,PoE+也可以兼容PoE的网络产品。PoE+标准的制订,一定可以为下一世代的网络产品提供更方便及更宽广的未来。