以太网供电（PoE）是IEEE 802.3af和802.3at规范界说的一种联网功用。PoE使以太网电缆能够经过现有数据衔接一起向网络设备供电和传输数据。IEEE 802.3bt规范已于2018年9月27日取得IEEE-SA规范委员会的同意，可经过以太网链路传输更多电力。在这儿，咱们评论为何这很重要，以及工程师怎么运用这一潜力。
无线网络架构随时可用，为何咱们仍在运用有线衔接？好吧，无线联接很便利；但建筑物和家庭中已有数百万英里的有线CAT5e电缆，因而有线衔接仍在运用中，而且有线比无线（企业网络如大学一般都是有线的）更难被黑客侵略或阻拦，且长的有线电缆本钱很低。假如您有一幢由砖、石头和金属构成的建筑物，那么在许多状况下都能取得杰出的无线信号（5G具有更好的室内掩盖规模，但彻底布置还需时日）。假如要接入以太网电缆信号，则有必要切入。此外，无线更简单遭到其他信号和无线电波的损坏，而有线电缆一般被屏蔽并供给“即插即用”体会，而且具有更好的服务质量（QoS）。
图1 802.3bt PD端运用电路图，安森美半导体的FDMQ8205A桥式整流器和NCP1096 PoE-PD接口操控器（图片由安森美半导体供给）
802.3bt体系架构
体系结构运用电源设备（PSE），一种可经过以太网电缆为受电设备（PD）供电的电源操控器。 IEEE 802.3bt规范指出：“PD是耗费功率或恳求功率的设备部分，参加PD检测算法。能够成为PD的设备或许具有从备用电源罗致功率的才能。需求从电源接口（PI）供电的PD或许一起从备用电源供电。”典型的PD是一种设备，如IP电话、无线接入点、安防摄像机等，从以太网电缆接纳电力。电源接口（PI）是PSE或PD与传输介质之间的机械和电气接口。这是在IEEE802.3bt规范的“PD PI当时界说”第1.4.324节中界说的。
曾经的PoE规范仅运用以太网电缆中八根导线中的四根来传输直流电流，IEEE工作组挑选对802.3bt运用一切八根导线。IEEE Std 802.3bt-2018修正案2指出：“此修正案运用结构化布线工厂中的一切四对电线，增加了功率传输，从而为终端设备供给了更大的功率。该修正案还降低了终端设备的待机功耗，并增加了一种机制来更好地办理可用功率预算。”
IEEE规范委员会的方针是增加从电源设备（PSE）到受电设备（PD）的电量。供给给PD的这些额定功率水平高达71.3 W（90W来自PSE），一起大大降低了PD睡觉时所需的待机功耗。
图2 最坏状况下的通道为6.25欧姆，负载的安稳功率为71.3W（Class 8）。每条导线1.73A或0.433是可在兼容体系中活动的最高额定电流（图片由参阅文献2供给）
主动分类特性
IEEE 802.3bt规范的第145.8.8.2节对称为“主动分类”的物理层分类进行了可选扩展。启用此功用后，PSE会确认所衔接的PD设备耗费的实践最大功率。主动分类（Autoclass）仅针对单特征（single signature）PD界说（有关单特征界说，请参阅下一节）。
当PSE施行Autoclass时，在POWER_ON且一起pd_autoclass为TRUE时丈量PAutoclass。请参阅本文标题为“一个802.2bt最坏状况的示例”的部分，显现发送给PD的功率未到达所需满功率的状况。假如启用主动分类功用，则能够纠正这种状况。有关更多详细信息，请拜见Embedded Computing Design刊登的文章 “经过主动分类优化PoE输出功率” 。
图3 PD电流不平衡验证电路（图片由参阅文献1供给）
单特征 / 双特征
IEEE 802.3bt供给两种新的PD拓扑，别离称为单特征和双特征。单特征PD在两个线对之间具有相同的分类、坚持功率特征（MPS）和检测特征。双特征PD在两个线对之间具有独立不同的特征。802.3bt规范经过新增加的衔接查看（Connection Check）使区别功用能来辨认单特征或双特征PD衔接之间的差异。
双特征PD将需求两个并行的PD接口，因为在此拓扑中需求两个不同的线对集。每个PSE的电力在每个PD接口之后聚集。这是个本钱更高的计划。规划人员或许会挑选本钱低一半的单特征计划。考虑具有两层特征的监督摄像机，其间一个线对与摄像机相连，另一个线对与加热器或云台 / 变焦电机相连。
关于来自PSE的每个数据对，PD端一般也需求一个变压器（关于GB以太网，请拜见图1，其间Vpd,B或许是10 / 100base-T），一个有源桥式整流器，一个802.3bt PD接口操控器和一个DC – DC转换器。肖特基二极管、电阻器和电容器也可了解为PD附加组件的或许部分。
图2显现，Type 4,Class 8或许耗费的最大功率为71.3W。PSE最低电压为52 V，最差的支撑通道电阻为6.25 ohm，1.73 A的电流将流经电缆。
PD端的潜在问题以及规划人员或许的计划 / 缓解办法
IEEE 802.3bt规范指出“PD在与电缆的物理衔接点指定。未指定特性如电压校对电路、电源功率低下形成的损耗，内部电路与外部接地之间的别离或PI衔接器之后电路引起的其他特性等。除非特别阐明，不然PD界说的约束指定在PI上，而不是在PD内部的任何点上。
以下是规划人员应该考虑的一些范畴，以树立一个真实强固的规划架构：
1）留意因为PSE和PD之间的通道中的其他设备（二极管，变压器等）引起的电流不平衡（请拜见图3）。只需规划人员意识到这种不平衡，就能够选用创造性的办法来减轻这种不平衡。这将取决于规划架构。一些牢靠的规则是运用杰出的接地平面以及承载大电流的宽接地回路。
2）以太网电缆中的线对线间电流不平衡：这儿的问题是电缆供货商很少测验或给规划人员供给线对线不平衡规范，他们一般只指定线对内的不平衡。
3）留神电缆发热：一般会有很多电缆发热，但规划人员需求坚持温升操控。IEEE工作组设定限值应小于10摄氏度的温升。他们选用300 mA电流流过一切电缆导线，就像在不失衡的状况下，为每100 m电缆的结尾传送51 W功率。规划人员能够测验一些计划，例如运用较低电阻的电缆来削减I2R损耗，在每个线束中运用较少的电缆或仅在电缆束中进行部分供电。
确认任何给定电缆的功耗（发热）的正确办法是运用安稳功率吸收器作为负载，并运用电压源作为输入电源2。
一些电缆发热研究会测验2.0 A时的电缆束。因而，假如运用24AWG电缆，则电缆功率密度将为164 mW / m。功率密度是每单位长度电缆耗费的功率，因而：
164 mW / m =((2.0A)2x 4.09 ohms)/100m)
Rch根据24 AWG固态铜在20oC的电阻率
4）输送到PD的功率（PD是安稳功率负载）与PSE功率输出之间存在非线性联系。PD的功率需求各不相同。PD需求更多的电流意味着电缆中的压降更高，并有IR损耗。PD取得的电压低于所需电压，因而需求更多电流。事实证明，在较低电流下运用较高的PD电压可安稳此作用。为安全起见，请将PSE电压约束为不超越57 V。
图4 通道是24 AWG UTP，负载是安稳的2.0A（图片由参阅文献2供给）
测验PD
假如制造商有演示板或参阅规划，请一直将其用于您的运用。这些板是运用恰当的布线和接地技能精心创立的，以供给最佳的架构功能。一般能够从制造商处取得工艺的Gerber文件。请在规划中运用它们。这些办法将免除对终究规划进行很多测验。
关于规划的出产测验以及在实践体系中的测验，有一些很好的计划，如Reach Technology的 PoE5 100 W PoE测验仪 或Reach Technology的 RT-PoE5 IEEE 802.3bt以太网供电PSE出产测验仪 。新罕布什尔大学 互操作性实验室 是仅有用于测验PoE认证的第三方测验组织。Sifos Technologies具有用于IEEE 802.3bt PoE的新的紧凑的PowerSync分析仪，将有助于进行4线对测验。以上计划将有助于保证强固的体系。
总结
本文旨在介绍POE和IEEE802.3bt。期望读者能了解PD和PSE的界说，以及它们在供给恰当信号和功率传输方面的优势和局限性，并更好地了解该规范及其在PoE体系中的改善才能。
本文的关键正如本文所着重的，IEEE 802.3bt规范支撑规划人员向PD供给更高的功率以及更多通用的动力挑选。
本文还供给了为什么在无线国际中进行有线衔接能够增强安全性、进步可猜测性和牢靠性的原因。广泛的现有有线基础设施已布置到位，其环境搅扰远低于无线环境，体系本钱更低且QoS更高。
本文还向读者介绍了规划802.3bt PD时要考虑的一些重关键，以防止潜在的缺点，从而使终究规划的体系安稳牢靠。
最终，为了更好地规划802.3bt PD，向规划人员演示了恰当的测验办法，并供给了链接和参阅文献。
参阅文献
1 IEEE Standard for Ethernet Amendment 2: Physical Layer and Management Parameters for Power over Ethernet over 4 pairs, IEEE Standards Association, IEEE Computer Society, IEEE Std 802.3bt™-2018 (Amendment to IEEE Std 802.3™-2018 as amended by IEEE Std 802.3cb™-2018)
2 Practical PoE Tutorial, Chris DiMinico, MC Communications/Panduit; Chad Jones, Cisco Systems; Ron Nordin, Panduit; Lennart Yseboodt, Philips Lighting, IEEE802.org, Berlin, Germany 2017
