以太网线缆传输数据工作原理及注意事项

1、以太網線纜傳輸電能的工作原理及注意事項一直以来以太网都是用于传送数据，以太网设备必须自带电池或与外部电源相连才能工作。但最新通过的IEEE 802.3af标准定义了一种新方法，允许以太网在数据传输线上同时传送直流电源。它的功率约为13W。这样小型数据设备就可直接用以太网连接来供电，而不再需要电池或与墙上交流电源插座连接。本文介绍以太网线缆电力传输工作原理及设计中的注意事项。在以太网系统中，我们把提供电源的设备称为PSE(Power Sourcing Equipment，而使用电源的设备叫PD(Power Device。PSE通常是以太网交换器、路由器、集线器或其它网络交换设备，PD则有多种形式

2、，如数字IP电话、无线网络接入点、PDA或笔记本电脑接驳器、移动电话充电器及HVAC温度自动调节器等等。实际上，任何需要数据连接并能在13W或更低功率下工作的设备都可无需AC电源或电池供电，仅从RJ45插座就能够得到相应的电力。通过以太网电缆传输电源一条CAT-5以太网电缆在一个普通保护层内包含4对24号无屏蔽铜双绞线，电缆两端都有RJ45接头。在一般的10BASE-T或100BASE-TX(10/100网络中，这四对线中的两对用来传输数据(称为信号线对，其中一对用于发送，另一对用于接收，另外两对没有用到(称为备用线对。1000BASE-T(通过铜线进行千兆级速率传输中4对线都用到了，它与提供

3、电源的以太网在很多方面都兼容。如图1所示，PSE要求信号线对或备用线对(但不是两者同时提供额定48V直流电源，电源作为两个加电的线对间共模电压差，加到差分数据信号与线缆耦合的隔离变压器中间接头上，发送线对和接收线对之间的48V电位差不会对两端数据收发器产生影响。用于为线路供电的48V电源要与PSE机箱接地隔离开来，以保持PSE与PD间的分隔。IEEE定义了两种隔离方法，称为环境A(Environment A和环境B(Environment B。环境A要求PSE机箱与48V供电隔离，但不要求与相邻的端口分隔；环境B要求较为苛刻，它要求端口与机箱隔离，同时相互之间也要隔离。为了符合电信方面的协定，

4、48V DC电源通常又称作-48V电源。IEEE 802.3af标准规定环境A电源只能与负极(即-48V接在一起，而在环境B中，由于电源与机箱及相邻端口隔离，所以没有要求要与哪一极连接。PD的特性IEEE 802.3af规定的PD需符合几个条件。首先PD应能通过信号线对或备用线对接收电源，通常由二极管对两个电源执行“或”运算来实现，图2显示了一个利用LTC4257构成的完整前端。这个电路还有一个优点，就是当电源通过另一线对传输时，它可以把未用线对的标志去除，这也是IEEE规格所要求的。此时必须用桥堆或其它方法实现自动极性判断，以便PD交叉或直接通过以太网电缆工作。当用15V至20V之间的电压探

5、查时，终端会出现另一个可选特征信号。这个“分级”特征信号向PSE表明PD将使用的最大功率，这样PSE就可规划所提供的电源。该分级特征信号用流过PD输入端的恒定电流来标示，表1显示了分级情况及其恒流特性。当PD向PSE表明自己的级别后，PSE会在线缆上加一个44V到57V的电压，这时PD要遵守几条规定。在端电压升到30V以前，它不应该消耗太大负载电流，这是为了避免与分级特征信号互相干扰；但是到电压达到42V时，它又必须处于完全工作状态，不能连续吸取350mA电流或12.95W功率(以较小值情况为准，有些情形下可允许400mA浪涌电流。它工作时需要相当于20的输入串联电阻，因此在浪涌电流为400m

6、A时可以减掉多达约8V的电压。这样在电压开关的时候就可以产生足够的滞后，避免首次加载而电压还很低时产生断续波动。PD的输入电容必须低于180F，以便在电源接通时将浪涌电流保持在合理的水平；如果输入电容大于180F，PD就要主动限制浪涌电流，使它低于350mA。最后，PD至少要保持10mA的电流且交流阻抗要维持在26.25k或更少以避免掉线，这又称为功率维持特征信号。PD的检测在PSE向线路加电之前，要用一个功率比较小的探测源检查特征电阻。PD的电阻必须为25k±5%且并联一个120nF或更小电容时才会当作是有效的特征信号。相应地，PSE要接受19k至26.5k较宽的电阻范围，以解释系

7、统的寄生串联和并联电阻。PSE应拒绝任何小于15k或大于33k、或者端口电容大于10F的设备。PD特征阻抗允许高达1.9V的电压偏移(通常由两个串联二极管产生，以及高达10A的电流偏移(通常由PD中的泄漏引起，这些因素使得PSE电阻测量比较复杂，因为单独V-I点测量不能克服这些误差，所以PSE至少要取两个不同的V-I点，在PD上的间隔至少为1V。然后计算两个点之间的差异，找到真正的电阻斜率，再减去电压和电流偏移值。由于CAT-5电缆一般都铺在天花板、墙壁及其它有AC走线的地方，所以50/60Hz噪声会很大。PSE要能够在这种线路噪声环境下有效探测到25k特征，通常通过集成几个检测点或使检测点与线路频率同步的方法来实现。全部探测过程必须在一秒内完成，因此探测的集成时间只有几百毫秒。PD的分级一旦PSE成功探测到PD，它就会问PD需要多少功率。如果PSE的功率足够大，能同时对所有端口提供全部电源，分级这一步就可以省去。但如果可用功率有限(通常都是这样，它就要不断跟踪有多少个PD连在它上面，功率分级是怎样的，并且在功率用完时不再接受新的PD。分级特征通过在PD上加15V至20V之间的电压检测，在15V20V分级特征段，PD要像