数据+电源混合传输：一根数据线的升级之路

今天人们对于一根数据线的要求，除了能够支持更高的传输速率，还需要能够承担起电能输送的职责，在这方面我们最熟悉的一个例子就是 USB，目前 USB-PD 协议可承载最高 100W 的功率传输。

这种“数据+电源”的混合传输的好处显而易见，它能够让我们摆脱烦人的电源线，用一根线缆就可以满足两个需求，给用户带来更大的自由度。不过 USB 传输的距离有限，通常也就是 1-2 米以内，如果你希望在一个更大范围的局域网中实现这种“数据+电源”的混合传输体验，就需要以太网供电(PoE)技术来帮忙了。

实际上 PoE 的基本思路与 USB-PD 是相同的，它们都是在传输数据的同时，利用空闲线路或信号线路为终端接入设备供电。只要我们稍微打开一点脑洞，就不难想象出 PoE 的典型应用，比如楼宇自动化中的视频监控、智能照明等，想添加一个新的节点设备，只需要预留一个 RJ-45 以太网口就行了，而无需专门布设市电网络，这给用户带来的价值是显而易见的。

PoE 标准的升级之路

正是因为“很有用”，所以人们就开始琢磨如何让其“商用”，而大规模商用一个重要的前提就是要将这个技术标准化，于是有了 IEEE 802．3 这个定义了 PoE 各项技术规范的标准，由此也解决了不同设备间兼容性的问题。

正如其他技术标准一样，IEEE 802．3 也在不断的进化中根据市场需求的变化为自己增添新的技能。

第一代 PoE 的标准 IEEE 802． 3af 是在 2003 年发布的，基于当时人们对 PoE 应用场景的认识，这一版标准给 PoE 的定位就是:可以让 PSE 设备(集成在路由器、交换机和集线器中)通过以太网电缆向 IP 电话等 PD 设备提供不超过 15W 的直流功率。15W 这样的功率水平，以今天的视角来看，确实有些保守。

很快，随着越来越多样的设备接入到以太网中，人们逐渐感觉到“电不够用了”。于是 2009 年发布的第二代 PoE 标准 IEEE 802．3at，就将提升供电功率作为了一个主要的升级目标。这个被称为 PoE+的标准果然不负众望，将 PoE 支持的最大功率提升到了 30W(通过 CAT-5 或更高级别线缆提供)。

市场在持续发展中，一个有生命力的标准也不会原地踏步。2018 年 9 月，第三版(也是最新一版)的 PoE 标准 IEEE 802．3bt 正式发布。通过深度挖潜，IEEE 802．3bt 尝试在以太网电缆的 8 根导线(4 对导线)上都加载电压，充分利用了网线的功率承载能力，将 PoE 可以传输的最大功率提升到 90W。这个功率水平，基本上可以满足如今大多数中功率电子产品的要求了，也让 PoE 可以覆盖的应用领域大为扩展。

而且在最新的 IEEE 802．3bt 中，还增加了一个名为 Autoclass 的新特性。顾名思义，Autoclass 实际上是一种自动检测 PD 用电设备的实际功率消耗，并对其进行功率分级的机制，PSE 供电设备可以根据 PD 的实际耗电要求按需提供电能，通过更精确的控制实现更高的效率。与此同时，IEEE 802．3bt 还增加了两种 PoE 设备类型(Type 3 和 Type 4)以及 4 种功率等级的定义，这实际上都有助于 PoE 在增加产品覆盖的同时，实现更为智能的控制，让 PoE 拥有更高的功率水平的同时(所谓“更高能”)，也变得“更智能”。鉴于 IEEE 802．3bt 这种全面的能力提升，人们也将其称为“PoE++”

新标准的新方案

新标准的落地，必须有与之配套的产品和方案的支撑，PoE++也不例外。伴随着 PoE++自身能提升，其应用范围也还在进一步扩展(特别是在 PD 用电设备端)，新的解决方案必须考虑得更为周全和长远。

在 PoE 系统中，PSE 和 PD 设备之间供电通道的建立，是通过一个握手协议来实现的，这个协议将在检测、分级、供电、维护这样一个完整的过程中负责两者之间的通信和控制。与之对应的 PoE 协议管理，是通过一颗 PD 控制器芯片来完成的，而想要实现 PoE++这个新标准，也就需要有全新的 PD 控制器来支持。

在符合 PoE++的 PD 控制器研发方面，安森美半导体是动作比较快的一家。在 2019 年 9 月，他们推出了符合 PoE++标准的 PD 控制器

NCP1095 和 NCP1096，这两颗料不仅支持新标准的规范要求，包括新增的 Autoclass 能量管理特性，还向后兼容原有标准，同时还支持将功率扩展到 100 W，可以满足一些特定应用的要求。

除了需要通过全新的 PD 控制器“读懂”新协议，随着功率的提高，高能效设计的挑战也更为突出。这也就需要为 PoE++的产品中引入一些新的解决方案。

比如在 PoE 应用中，有时候 PSE 设备会配备不间断电源(UPS)，这时在 PD 端就需要用一个桥接电路来调节输入电源的极性。以往简单的二极管桥接设计是最普遍的方法，它提供了一个可靠而低成本的方案。但是随着 PD 所需功率的增加，正向压降引起的二极管桥的导电损耗就成了一个必须考虑的问题。对此，安森美半导体给出的新方案就是使用 GreenBridge 四通道 MOSFET 替代二极管桥，来降低桥路的功率损耗。

以符合 PoE++标准的 GreenBridge 器件 FDMQ8205 为例，其中包含两个 N 沟道和两个 P 沟道 100V 级 MOSFET，以及所有必要的门极驱动器，无需外部电路来驱动或保护，同时具有更低的 RDS(on)。与传统的二极管桥方案相比，基于 FDMQ8205 的 PoE 方案的功耗可降低 10 倍，而整体系统尺寸仅有传统方案的 1/4。

随着人们对最新 PoE 标准的认知，未来也会有越来越多的新方案出现，最终为 PoE++的成熟商用铺平道路。尽管如今在物联网市场，无线通信仍然是最吸睛的存在，但是基于以太网的互联应用依然有很坚实的市场基础，PoE 的发展无疑会为这些有线互联应用提供一个有力的支点。面对这样的市场机遇，你是不是也有兴趣来尝试一下呢?

审核编辑 黄昊宇