千兆网口POE供电

一．IEEE802.3af与at标准的解析

链接：http://www.winchen.com.cn/ShowNews2.asp?ID=21&ClassID=1

2003 年6 月，IEEE 批准了802. 3af 标准，它明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项，并对路由器、交换机和集线器通过以太网电缆向IP电话、安全系统以及无线LAN 接入点等设备供电的方式进行了规定。IEEE 802.3af 的发展包含了许多公司专家的努力，这也使得该标准可以在各方面得到检验。
POE的系统构成及供电特性参数 

一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE, Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD, Power Device)两部分。PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备，同时也是整个POE以太网供电过程的管理者。而PD设备是接受供电的PSE负载，即POE系统的客户端设备，如IP电话、网络安全摄像机、AP及掌上电脑( PDA)或移动电话充电器等许多其他以太网设备。两者基于IEEE 802.3af标准建立有关受电端设备PD的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系，并以此为根据PSE通过以太网向PD供电。标准的五类网线有四对双绞线，IEEE80 2.3af 允许两种线序供电方法： 一种是在4、5、7、8线对上传输电流，并且规定，4、5为正极，7、8为负极。另一种供电是在1、2、3、6线上传输电源，极性为任意，1、2为正极，3、6为负极或是1、2为负极，3、6为正极，其中的一种供电极性。
IEEE802.3af的工作过程：
1、 检测：一开始PSE在为受电设备供电前，先输出一个低电压来检测受电设备（PD）是否符合IEEE802.3af标准，如果符合标准，一般是在受电设备中，选用24.9K的电阻，来确认符合IEEE802.3af供电标准。 
2、 分级：当PSE检测到符合要求的阻值后，会将输出电压进一步提高，来对受电设备进行分级，如果受电设备此时没有回应分级确认电流，PSE默认将受电设备规为0级，为其提供15.4W的输出功率。
3、 供电：经过确认分级后，PSE会向受电设备输出48V的直流电，并确认受电设备不超过15.4W的功率要求，当受电设备超载或短路后，PSE停止为其供电，再次进入检测阶段。
IEEE802.3af标准供电系统的主要供电特性参数为：
直流电压在44～57V之间，典型值为48V。        
典型工作电流为10～350mA，典型的输出功率：15.4W。
超载检测电流为350～500mA。       
在空载条件下，最大需要电流为5mA。       
为PD设备提供3.84～12.95W四个Class等级的电功率请求。  
IEEE802.3af的分级参数：
Class 0设备需要的最高工作功率为0~12.95W
Class 1设备需要的最高工作功率为0~3.84W； 
Class 2设备需要的工作功率介于3.85W~6.49W； 
Class 3设备的功率范围则介于6.5～12.95W。 
 
IEEE 802.3at标准出现的背景 
      由于IEEE 802.3af规范，受电设备(PD)上的PoE功耗被限制为12.95W，这对于传统的网络受电设备足以满足需求，但随着IP电话以及网络摄像头、双波段接入、视频电话、PTZ视频监控系统等高功率应用的出现，13W的供电功率显然不能满足需求，这就限制了以太网电缆供电的应用范围。为了克服PoE对功率预算的限制，并将其推向新的应用，IEEE成立了一个新的任务组，旨在探求提高该国际电源标准的功率限值的方法。IEEE802.3工作组为了在技术及经济上对IEEE802.3at实现的可能性进行评估，新标准称为 IEEE 802.3at，它将功率要求高于12.95W的设备定义为Class 4,可将功率水平扩展到25W或更高，新标准并在2009年初发布。  
IEEE 802.3at与802.3af相比，802.3at可输出2倍以上的电力，每个端口的输出功率可在30W以上，就标准而言，两者在功率、分级上有不同的定义。
在IEEE802.3at规定，受电设备PD可以最大到29.95W，PSE将为其提供30W以上的直流电源。PD以Class4分级的电流响应，告诉PSE是否能够为其提供802.3at规定的较高功率。
IEEE802.3at标准供电系统的主要供电特性参数为：   
直流电压在50～57V之间，典型值为50V。        
典型工作电流为10～600mA，典型的输出功率：30W。
受电设备PD支持Class4的分级。

POE网口供电
链接：https://www.zhihu.com/question/265552507/answer/295378981
来源：知乎

因为网线上跑的是差分信号。对于以太网的电平信号来说，有意义的是一对差分信号线上的电平差，举例来说，一种供电方式是用蓝色的线对 Pin4 Pin5 和 棕色的线对 Pin7 Pin8 来供电。分别用V4+,V5+,V7-,V8-来表示四个信号线的电平，那么实际上，有意义的用来表示数据的信号实际上是V4+-V5+和V7--V8-。因此，如果要用来供电，我们可以让V4+和V5+两个信号同时加上 48 伏的电平，即（V4++V5+）/2 + (V7-+V8-）/2=48V，这样就达到了不影响网络信号传输，同时还能供电的目的。

具体的实现方法，是利用网络变压器的中央抽头来加载/获取供电能量的。我画了一个示意图：

如此，采用1/2/3/6或4/5/7/8供电都可以实现POE功能，其不影响数据传输（千兆网口也如此）。

二．POE 供电设备原理详解

链接：https://wenku.baidu.com/view/ba56a40dddccda38376bafe6.html

标准的五类网线有四对双绞线但是在10M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的两对。IEEE80 2.3af允许两种用法：

1）    
应用空闲脚供电时4、5脚连接为正极，7、8脚连接为负极。

下图为利用空闲线（4,5,7,8）传递48V的电源。

2）利用信号线（1,2,3,6）同时传递数据信号和48V的电源。应用数据脚供电时,将DC电源加在传输变压器的中点,在这种方式下线对1、2和线对3、6可以为任意极性。传输数据所用的芯线上同时传输直流电,其输电采用与以太网数据信号不同的频率，不影响数据的传输。

标准不允许同时应用以上两种情况。电源提供设备PSE只能提供一种用法,但是电源应用设备PD必须能够同时适应两种情况。该标准规定供电电源通常是48V、13W的。PD设备提供48V到低电压的转换是较容易的,但同时应有1500V的绝缘安全电压。

下面谈一下1000M BASE-T   POE 供电系统

图3  RJ-45插座示意图

图4  供电电路分解细化

1000M BASE-T   POE 供电系统 4个线序对均传输数据，故无空闲对， 均采用数据对供电,图4左图，1脚和2脚、3脚和6脚通过网络变压器进行电压、信号的分频、分离出来的电压连接到桥式整流进行整流供电，如图5

图5  后段整流电路

以上讨论的是POE adapter 供电模式，典型的POE adapter 如下图

图6 POE adapter

另一种是通过POE供电交换机供电

图7  POE供电交换机

POE 交换机供电示意图

协商供电

当在一个网络中布置PSE供电端设备时,POE以太网供电工作过程如下所示。

1. 检测：一开始,PSE设备在端口输出很小的电压,直到其检测到线缆终端的连接为一个支持IEEE802.3af标准的受电端设备。

2.PD端设备分类：当检测到受电端设备PD之后,PSE设备可能会为PD设备进行分类,并且评估此PD设备所需的功率损耗。

3.开始供电：在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内,PSE设备开始从低电压向PD设备供电,直至提供48V的直流电源。

4.供电：为PD设备提供稳定可靠48V的直流电,满足PD设备不越过15.4W的功率消耗。

5.断电：若PD设备从网络上断开时,PSE就会快速地(一般在300～400ms之内)停止为PD设备供电，并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。