PoE供電技術簡介

1 綜述

傳統上，連接到以太網的設備至少需要用于傳輸數據的以太網線纜和用于供電的電源線兩種。對電源線的需求一直是設備部署中的一個限制因素，要么設備靠近已有的電源插座，要么單獨為設備鋪設電源線和插座，而以太網供電技術(PoE, Power over Ethernet)解決了這個困境并且極大地提高了部署該類設備的靈活性。

1.1 PoE的概念

PoE供電技術，指的是現有的以太網布線基礎架構，在不用做任何改動的情況下，借助常規以太網線纜在傳輸數據的同時供應電力，從而保證該線纜在為以太網數據終端設備(DTE, Data Terminal Equipment)（如IP電話機、無線AP、網絡攝像機IPC以及其他基于IP的終端設備）傳輸數據信號的同時，還能為此類設備提供直流供電的技術。圖 1所示，為標準PoE設備舉例，包括標準PSE設備（即圖中的PoE交換機）和標準PD設備（即圖中的無線AP和IPC等）。

圖 1 標準PoE設備舉例

1.2 PoE的優點

1.3 PoE的標準

(1) IEEE 802.3af(15.4W@44V,0.35A) -- Power over Ethernet(PoE)

2003年6月，IEEE批準了802.3af標準，它明確規定了遠程系統中的電力檢測和控制事項，并對路由器、交換機和集線器通過以太網電纜向IP電話、安全系統以及無線LAN接入點等設備供電的方式進行了規定。

802.3af SPEC. = 350mA DC CURRENT TOTAL PER PAIR (175mA X 2). UP TO 400mA PEAK. 即每對差分線上的總電流為350 mA（最大值為400 mA），PSE能夠為PD端提供的最大功率為44V*0.35A=15.4W。

(2) IEEE 802.3at-2009 (30W@50V,0.6A) -- Power over Ethernet Plus(PoEP, PoE+)

在兼容IEEE 802.3af的基礎上，IEEE 802.3at(PoE+)能提供更大的功率。

802.3at SPEC. = 600mA DC CURRENT TOTAL PER PAIR (300mA X 2). UP TO 686mA PEAK. 即每對差分線上的總電流為600 mA（最大值為686 mA），PSE能夠為PD端提供的最大功率為50V*0.6A=30W。

(3) HDBaseT standard = 950mA DC CURRENT TOTAL PER PAIR UP TO 1A PEAK.

HDBaseT的標準是，每對差分線上的總電流為950 mA，最大值為1 A。

(4) IEEE 8.2.3bt-2019 -- PoE++ / 4PPoE

2019年01月31日發布，最大可支持100W功率。

1.4 標準PoE與非標準PoE

具有國際標準的PoE設備間可以互聯互通，不會燒壞設備，這是最基本的PoE設備的安全性。而非標準PoE設備，屬于PoC(Power over Cable)的概念，一般是將開關電源轉換后的直流電壓（如12V，24V或48V等）直接加載到以太網電纜上，和數據一起傳輸。它們沒有PoE芯片/模塊（包括PSE模塊和PD模塊），沒有標準PoE設備的安全、節能、防雷和高壓隔離等特性。

2 PoE的原理

2.1 PoE供電的系統組成

完整的PoE供電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設備是為以太網數據終端設備（客戶端設備）供電的設備，同時也是整個PoE供電過程的管理者。而PD設備是接受供電的PSE負載，即PoE系統中的客戶端設備，如IP電話、網絡攝像機(IP CAMERA, IPC)、無線AP(Access Point)及掌上電腦(PDA)或移動電話充電器等許多其他以太網設備（實際上，任何功率不超過13W的設備都可以從RJ45插座獲取相應的電力）。兩者基于IEEE 802.3af/at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通過原本用于數據通信的以太網線纜向PD供電。

圖 2 PoE系統組成

2.2 PoE供電的接線方式

IEEE802.3af/at標準定義了PI（Power Interface：PSE/PD與網線的接口），目前已經定義了三種供電方式：即“Alternative A(1&2,3&6)數據引腳供電”，“Alternative B(4&5,7&8)空閑引腳供電”，或者同時兼容Alternative A和Alternative B（Power over HDBaseT，PoH標準即采用這種方式），共三種供電方式。

具體使用哪種類型，與后端PD設備的功率有關；若PD所需功率小于30W，可使用Alternative A或Alternative B方式；若PD所需功率大于30W，建議使用Alternative A & Alternative B方式。

2.2.1 Alternative A(1&2,3&6)數據引腳供電方式

由于直流供電和數字通信互不干擾，因此讓直流電和比特流（數據）在同一組線纜上傳輸，類似于多路復用技術。

圖 3所示，PSE通過數據引腳為PD供電，把RJ45網口1&2引腳對應的變壓器抽頭接負（或正）極，把RJ45網口3&6引腳對應的變壓器抽頭接正（或負）極，稱為“Alternative A(1&2,3&6) —— 基于10/100 BASE-T的數據引腳供電”。

無論是PSE或是PD，基于“Alternative A(數據引腳)供電方式”的通常接法是，1&2引腳對應的變壓器抽頭接為負極，3&6引腳對應的變壓器抽頭接為正極；但不排除相反的接法，參考下文知識點“正負極不確定的原因”中所述，是由于存在“568A”和“568B”，或者說“直連網線”和“交叉網線”兩種網線線序標準。

注：上下文所述“1&2引腳”或“3&6引腳”均指引腳對應的變壓器抽頭，如圖 3所示。

圖 3 Alternative A(1&2,3&6)數據引腳供電方式

注：10/100BASE-T使用1&2,3&6兩對差分雙絞線，稱為Data/Signal Pair；4&5,7&8兩對差分雙絞線，稱為Spare Pair；1000BASE-T使用Data Pair和Spare Pair共四對差分雙絞線。

2.2.2 Alternative B(4&5,7&8)空閑引腳供電方式

圖 4所示，1&2&3&6只做數據傳輸引腳，PSE通過4&5&78空閑引腳（無變壓器）為PD供電，把4&5引腳直接連接形成正（或負）極，把7&8引腳直接連接形成負（或正）極，稱為“Alternative B(4&5,7&8) —— 基于10/100 BASE-T的空閑引腳供電”。

無論是PSE或是PD，基于“Alternative B(空閑引腳)供電方式”的通常接法是，4&5引腳接為正極，7&8引腳接為負極；但不排除相反的接法，原因同上所述，由于存在568A和568B兩種網線線序標準，無法確定PD端線序的正負極，因而沒有必要規定PSE端線序的正負極。

圖 4 Alternative B(4&5,7&8)空閑引腳供電方式

2.2.3 Alternative A & Alternative B供電方式

圖 5所示，由于1000BASE-T使用了全部8根雙絞線，沒有空閑引腳，所以供電全部從變壓器抽頭引入或引出。通常接線方式是，PSE端1&2和4&5引腳直接相連作為正極，3&6和7&8引腳直接相連作為負極；PD端用兩個整流二極管電橋，分別將1&2和3&6引腳的正負極翻轉，4&5和7&8引腳的正負極翻轉，翻轉后的正負極再直接相連，輸入到標準PD模塊。

PoH(Power over HDBaseT)也采用這種供電方式。

圖 5 Alternative A & Alternative B / PoH供電方式

知識點：正負極不確定的原因

由于EIA/TIA 568布線標準中定義了兩種雙絞線到RJ45接口的線序標準，即568A和568B。圖 6所示，網線兩端使用同類線序標準（即568A - 568A 或568B - 568B）稱為“直連網線或正線”，用于不同類設備間（或者說DCE與DTE間）的通信。圖 7所示，網線兩端使用不同線序標準（即568A - 568B）稱為“交叉網線或反線”，用于同類設備間（或者說DCE與DCE間，DTE與DTE間）的通信。

圖 8所示，“交叉網線”正是“1&2”和“3&6”這兩對引腳的交叉。而為了方便后續現場施工布線難度（不再區分直連網線或交叉網線），很多PHY芯片增加了Auto MDI/MDIX Crossover功能（即端口線序自動識別翻轉），具有Auto MDI/MDIX Crossover功能的PHY芯片對直連網線或交叉網線無要求，正是基于這個原因，當前市面所售基本都是直連網線。

圖 6直連網線或正線

圖 7交叉網線或反線

圖 8所示，假如PSE端線序為1&2引腳接正極，3&6引腳接負極，當使用“直連網線”時，在PD端線序依然是1&2引腳為正極，3&6引腳為負極；但是，當使用“交叉網線”時，在PD端得到的線序為1&2引腳為負極，3&6引腳為正極。可見，PSE與PD間的連接，使用“直連網線”和“交叉網線”，在PD端得到的直流電源正負極可能是相反的。這就是，Alternative A或Alternative B標準并未對1&2，3&6，4&5，7&8四對雙絞線進行正負極性規定的原因，或者說標準的PD芯片前端都要加入整流電橋（可由四個分立二極管組成；也可用單顆整流橋芯片，或由分立MOSFET組成的有源電橋）的原因，目的是將PD端的直流電源正負極翻轉過來，保證PD端直流電源正負極性不會反相而燒壞設備。導致這種結果的根本原因是，存在兩種不同的網線線序標準568A和568B。