POE的系統構成

POE的系統構成：poe供電一個完整的POE系統包括供電端設備(PSE, Power Sourcing Equipment)和受電端設備(PD, Powered Device)兩部分。

PSE設備是為以太網客戶端設備供電的設備,同時也是整個POE以太網供電過程的管理者。而PD設備是接受供電的PSE負載,即POE系統的客戶端設備,如IP電話、網絡安全攝像機、AP、智嵌物聯的串口服務器等許多其他以太網設備。兩者基于IEEE 802.3af、IEEE 802.3at、IEEE 802.3bt(草案)標準建立有關受電端設備PD的連接情況、設備類型、功耗級別等方面的信息聯系,并以此為根據PSE通過以太網向PD供電

智嵌物聯POE供電串口服務器

圖2 POE系統發展史

POE的供電方法

POE供電，根據不同的應用場景可以分為末端供電和跨接供電，而跨接供電由可以根據網線的供電線對分為中間跨接（Mid-span）和末端跨接（End-span）。

末端供電法

末端供電是指具有POE供電功能的PSE設備（Switch/Hub）直接通過網線給PD設備（IP電話/網絡攝像機）供電。在POE標準中，根據供電線對的不同，又有Alternative A、Alternative B兩種供電模式。

Alternative A模式

Alternative A模式：PSE設備利用兩對數據線1、2,3、6進行供電。

圖3 Alternative A模式供電

Alternative B模式

Alternative B模式：PSE設備利用兩對空閑線4、5,7、8進行供電。

圖4 Alternative A模式供電

2. 跨接供電法

有些Switch/Hub不具有PSE供電功能，因此需要一個具有PSE供電功能的設備為POE的PD端設備供電。跨接供電分為中間跨接（midspan）和末端跨接（endspan）兩種。

中間跨接法：Mid-span

中間跨接法”( Mid -Span )，使用以太網電纜中沒有被使用的空閑線對來傳輸直流電。

圖5 Mid-span PSE設備供電

末端跨接法(End-Span)

另一種方法是“末端跨接法”(End-Span)，是在傳輸數據所用的芯線上同時傳輸直流電。

POE供電線對極性

在標準中也規定了Alternative A、Alternative B兩種供電方式中線對的正負極，如下圖所示。對PSE設備來說，只需要滿足Alternative A或者Alternative B兩種供電方式中的一種即可。對PD設備來說，就必須要同時滿足Alternative A和Alternative B兩種供電方式。

POE供電線對極性

POE的供電過程

POE供電過程

Step One：檢測PD

首先PSE會發送一個測試電壓給在網設備以探測受電設備中的一個24.9kΩ共模電阻。測試信號開始為2.5V，然后提升到10V，這將有助于補償Cat-5線纜自身阻抗帶來的損失，因為這種線纜最長可達100m。如果PSE檢測到來自PD的適當阻抗特征(24.9kΩ)，它便會繼續提升電壓。如果檢測不到特征阻抗，PSE將不會為電纜加電。受電設備（PD）電路中的齊納二極管會保證系統其余部分不受測試信號的干擾。

Step Two：PD端設備分類

當檢測到受電端設備PD之后，PSE將向PD施加15～20V的電壓，并通過測量電流大小來確定PD的特定級別。如果除了探測到第一級的電阻外沒發現其他分級電路，該設備被定義成零級別。在此階段，PD的電源部分將被欠壓鎖定(UVLO)電路維持在無源狀態，以便隔離開關級，直至特征和分級階段完成。

Step Three：對PD供電

分級完成后，在一個可配置時間(一般小于15μs)的啟動期內，PSE設備開始從低電壓向PD設備進行如下操作：

開始供電

直至提供48V的直流電源。

穩定供電

為PD設備提供穩定可靠48V的直流電。

斷電

若PD設備從網絡上斷開時，PSE就會快速地(一般在300～400ms之內)停止為PD設備供電，并重復檢測過程以檢測線纜的終端是否連接PD設備。

POE各標準電性能參數區別

POE標準對PSE設備和PD設備的電氣參數做了詳細的規定，符合POE標準的設備必須滿足這些電氣參數，否則可能出現PSE設備和PD設備不兼容的問題。下表列舉了標準中給出的重要的部分參數。

IEEE 802.3bt標準在2018年11月份最終定稿，但到目前標準仍未正式發布，IEEE 802.3bt與IEEE 802.3af/at最主要的區別如下：

第一：IEEE 802.3bt將供電設備(PSE)的最大功率提升三倍，從30 W擴展至90 W，并將用電設備(PD)的功率水平提升至71.3 W。

第二：IEEE 802.3bt將支持的等級數量從4個增加到8個，分別針對4-90 W和3.84-71.3 W的Type 3和Type 4供電設備(PSE)和用電設備(PD)。

第三：IEEE 802.3bt標準提供了許多新特性和新功能，例如支持高效的4線對功率傳輸，以及支持2.5 Gbps、5 Gbps和10 Gbps PoE工作的通道定義等。

非標準POE

為了降低測成本，市面上出現了非標準的POE設備，那么標準POE和非標準POE之間的區別是什么呢？

不言而喻，標準PoE產品就是符合IEEE802.3af和IEEE802.3at協議的產品，供電電壓標準值為48V。標準的PoE供電模式，要求前端供電設備（PSE)必須具備終端檢測、設備分類、評估功率損耗的功能，而受電設備（PD）也應該兼容IEEE802.3af協議標準才能被PSE檢測到。唯有供電端（PSE）和受電端(PD)均符合標準才稱得上真正的PoE解決方案。

非標準PoE產品是指那些僅采用網線空閑芯作為供電電線，無IC監控與管理單元，不對PD（受電設備）進行檢測和判斷而直接供直流電的產品，所供直流電通常有12V，24V和48V。尤其是48V的非標產品，迷惑性很大，往往會讓人誤以為是標準PoE。

由于沒有握手機制，非標PoE具有如下潛在安全隱患：

隱患一：受電端不能進行穩壓，終端工作不穩定。網線線芯較細，壓降大，受電端無穩壓裝置，系統常常工作在欠壓或者過壓狀態下，必將縮短受電終端工作壽命；

隱患二：燒壞設備、觸電、線路老化漏水短路火災隱患。當供電設備未與電壓匹配的網絡終端相連時，很容易就燒壞設備；當供電電壓超過36V時，手觸電擊，人身安全收到威脅；非標PoE也無線路異常識別機制，存短路火災隱患。

目前常見的HI-POE方案

符合IEEE 802.3bt(草案)標準的HI-POE

IEEE 802.3bt(草案)標準的POE方案，PSE端最小輸出功率可達到90W，PD端最大功耗可達到71.3W。目前常見的符合該標準的廠商有TI、凌特、美信等能夠參與標準制定的大公司。目前市面上能支持IEEE 802.3bt標準的PSE設備，實際上是支持IEEE 802.3bt(草案)或者自家公司自定義的協議，因此目前的大功率PSE設備可能存在不兼容的問題。

比如TI的TPS2372支持IEEE 802.3bt(草案)（Type1~Type4）用電設備（PD）所需的所有特性；凌特的 LT4295 支持IEEE 802.3bt (Draft 3.7)用電設備（PD）所需的所有特性。

符合IEEE 802.3at標準的兩顆PSE芯片堆疊

利用兩顆符合IEEE 802.3at標準的PSE芯片，堆疊成60W輸出能力的PSE設備。比如Mirosemi公司的PD69101方案，可以為PD設備提供60W的功率。

非標準的POE

如前面所述，非標準POE是簡單粗暴地把網線中空余線對當電力線使用，所以只要不超過傳輸線的最大傳輸電流，，就可利用該種方式按照需求來設計不同的功率大小。

POE技術的應用場景

安防監控系統

目前，PoE技術被廣泛應用于視頻監控系統，能夠利用網線給攝像機供電并傳輸信號。在安防系統中，前端的攝像機比較分散，點位較多，而且很多點位不便于鋪設電源，因此PoE技術電線供電的優點就凸顯出來了。

無線覆蓋領域

在無線AP覆蓋中，PoE也被廣泛應用，一般是后期安裝，前期沒有預設電源，而且還需要鋪設傳輸網絡用來傳輸信號。而采用PoE技術可以同時解決這兩種信號的傳輸問題，既美觀又施工方便。

三網融合應用

目前三網融合是國家電網發展的一個趨勢，每家每戶都采用光纖入戶來傳輸電話信號、寬帶等網絡信號，采用PoE可以很好地解決光貓在室外的電源問題。

傳輸損耗

2003年設立的國際標準IEEE802.3af要求PSE能達到15.4W的輸出功率，而到達受電設備的功率是12.95W，電源損耗為2.45W。2009年設立的國際標準IEEE802.3at則要求PSE能達到30W的輸出功率，到達受電設備的功率是25.5W，電源損耗為4.5W。隨著時間的推移這兩種標準的功率已經不能滿足現在新的更大功率的PD的供電要求。因此最新的國際標準IEEE802.3bt有兩種要求，其中一種是要求PSE能達到60W的輸出功率，到達受電設備的功率是51W，電源損耗為9W。另一種則要求PSE能達到90W的輸出功率，到達受電設備的功率是71W，電源損耗則為19W。

傳輸線上的損耗計算公式：

P=I2R

其中，I為流過傳輸線的電流，R為百米網線的電阻值。

因此為了減少網線的功耗我們要盡量使導線的電流變小，讓網線的電阻變小。減小導線電流的方法就是提高PSE設備的輸出電壓，因此我們在選擇PSE設備時，在滿足標準的前提下，電壓越高越好。在標準中規定了百米網線的最大電阻值，如下表。

IEEE802.3bt標準和IEEE802.3at/af標準的最大的一個區別就是采用網線的4線對同時供電，這樣可以大大降低傳輸線損耗。但即使使用4對雙絞線，這種損耗仍然是非常大的，此時的功率損耗已經超過PSE的20%，所以之后更大功率的標準已經不能再通過這種方式來提高PD接收到的功率。

POE設備中網線的選擇

網線的分類

雙絞線常見的型號有CAT1、CAT2、CAT3、CAT4、CAT5、CAT5e、CAT6、CAT7，在安防行業，我們常用的網線是CAT5e、CAT6。

網線必須按照568A或者568B的標準連接好網線，必須接通8根線，同時長度要求在100米內。網線的質量越好，傳輸穩定性就越高，至少是超五類的網線，如果預算成本足夠，可以選擇傳輸距離更遠、效果更好的6類網線。

超五類線

超五類線：超5類線具有衰減小，串擾少的優點，并且具有更高的衰減串擾比（ACR)和信噪比（StructuralReturnLoss)、更小的時延誤差。超5類線主要用于千兆位以太網（1000Mbps）。

在標準中，cat5e采用單股銅絲，線規為24AWG。

圖 超五類線

六類線

六類線：該類電纜的傳輸頻率為1MHz～250MHz，六類布線系統在200MHz時綜合衰減串擾比（PS-ACR）有較大的余量，它提供2倍于超五類的帶寬。六類布線的傳輸性能遠遠高于超五類標準，最適用于傳輸速率高于1Gbps的應用。

cat6采用單股銅絲線，線規是23AWG。

圖 六類線

六類雙絞線在外形上和結構上與五類或超五類雙絞線都有一定的差別，不僅增加了絕緣的十字骨架，將雙絞線的四對線分別置于十字骨架的四個凹槽內，而且電纜的直徑也更粗。

網線的直流電阻

根據網線材料不同，阻值也會有所不同的。

超五類（線規24AWG）雙絞線各種材質網線100米的電阻