PoE供电技术简介

1 综述

传统上，连接到以太网的设备至少需要用于传输数据的以太网线缆和用于供电的电源线两种。对电源线的需求一直是设备部署中的一个限制因素，要么设备靠近已有的电源插座，要么单独为设备铺设电源线和插座，而以太网供电技术(PoE, Power over Ethernet)解决了这个困境并且极大地提高了部署该类设备的灵活性。

1.1 PoE的概念

PoE供电技术，指的是现有的以太网布线基础架构，在不用做任何改动的情况下，借助常规以太网线缆在传输数据的同时供应电力，从而保证该线缆在为以太网数据终端设备(DTE, Data Terminal Equipment)（如IP电话机、无线AP、网络摄像机IPC以及其他基于IP的终端设备）传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。图 1所示，为标准PoE设备举例，包括标准PSE设备（即图中的PoE交换机）和标准PD设备（即图中的无线AP和IPC等）。

图 1 标准PoE设备举例

1.2 PoE的优点

1.3 PoE的标准

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

2003年6月，IEEE批准了802.3af标准，它明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项，并对路由器、交换机和集线器通过以太网电缆向IP电话、安全系统以及无线LAN接入点等设备供电的方式进行了规定。

802.3af SPEC. = 350mA DC CURRENT TOTAL PER PAIR (175mA X 2). UP TO 400mA PEAK. 即每对差分线上的总电流为350 mA（最大值为400 mA），PSE能够为PD端提供的最大功率为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的基础上，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. 即每对差分线上的总电流为600 mA（最大值为686 mA），PSE能够为PD端提供的最大功率为50V*0.6A=30W。

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

HDBaseT的标准是，每对差分线上的总电流为950 mA，最大值为1 A。

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

2019年01月31日发布，最大可支持100W功率。

1.4 标准PoE与非标准PoE

具有国际标准的PoE设备间可以互联互通，不会烧坏设备，这是最基本的PoE设备的安全性。而非标准PoE设备，属于PoC(Power over Cable)的概念，一般是将开关电源转换后的直流电压（如12V，24V或48V等）直接加载到以太网电缆上，和数据一起传输。它们没有PoE芯片/模块（包括PSE模块和PD模块），没有标准PoE设备的安全、节能、防雷和高压隔离等特性。

2 PoE的原理

2.1 PoE供电的系统组成

完整的PoE供电系统包括供电端设备(PSE, Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD, Powered Device)两部分。PSE设备是为以太网数据终端设备（客户端设备）供电的设备，同时也是整个PoE供电过程的管理者。而PD设备是接受供电的PSE负载，即PoE系统中的客户端设备，如IP电话、网络摄像机(IP CAMERA, IPC)、无线AP(Access Point)及掌上电脑(PDA)或移动电话充电器等许多其他以太网设备（实际上，任何功率不超过13W的设备都可以从RJ45插座获取相应的电力）。两者基于IEEE 802.3af/at标准建立有关受电端设备PD的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系，并以此为根据PSE通过原本用于数据通信的以太网线缆向PD供电。

图 2 PoE系统组成

2.2 PoE供电的接线方式

IEEE802.3af/at标准定义了PI（Power Interface：PSE/PD与网线的接口），目前已经定义了三种供电方式：即“Alternative A(1&2,3&6)数据引脚供电”，“Alternative B(4&5,7&8)空闲引脚供电”，或者同时兼容Alternative A和Alternative B（Power over HDBaseT，PoH标准即采用这种方式），共三种供电方式。

具体使用哪种类型，与后端PD设备的功率有关；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，建议使用Alternative A & Alternative B方式。

2.2.1 Alternative A(1&2,3&6)数据引脚供电方式

由于直流供电和数字通信互不干扰，因此让直流电和比特流（数据）在同一组线缆上传输，类似于多路复用技术。

图 3所示，PSE通过数据引脚为PD供电，把RJ45网口1&2引脚对应的变压器抽头接负（或正）极，把RJ45网口3&6引脚对应的变压器抽头接正（或负）极，称为“Alternative A(1&2,3&6) —— 基于10/100 BASE-T的数据引脚供电”。

无论是PSE或是PD，基于“Alternative A(数据引脚)供电方式”的通常接法是，1&2引脚对应的变压器抽头接为负极，3&6引脚对应的变压器抽头接为正极；但不排除相反的接法，参考下文知识点“正负极不确定的原因”中所述，是由于存在“568A”和“568B”，或者说“直连网线”和“交叉网线”两种网线线序标准。

注：上下文所述“1&2引脚”或“3&6引脚”均指引脚对应的变压器抽头，如图 3所示。

图 3 Alternative A(1&2,3&6)数据引脚供电方式

注：10/100BASE-T使用1&2,3&6两对差分双绞线，称为Data/Signal Pair；4&5,7&8两对差分双绞线，称为Spare Pair；1000BASE-T使用Data Pair和Spare Pair共四对差分双绞线。

2.2.2 Alternative B(4&5,7&8)空闲引脚供电方式

图 4所示，1&2&3&6只做数据传输引脚，PSE通过4&5&78空闲引脚（无变压器）为PD供电，把4&5引脚直接连接形成正（或负）极，把7&8引脚直接连接形成负（或正）极，称为“Alternative B(4&5,7&8) —— 基于10/100 BASE-T的空闲引脚供电”。

无论是PSE或是PD，基于“Alternative B(空闲引脚)供电方式”的通常接法是，4&5引脚接为正极，7&8引脚接为负极；但不排除相反的接法，原因同上所述，由于存在568A和568B两种网线线序标准，无法确定PD端线序的正负极，因而没有必要规定PSE端线序的正负极。

图 4 Alternative B(4&5,7&8)空闲引脚供电方式

2.2.3 Alternative A & Alternative B供电方式

图 5所示，由于1000BASE-T使用了全部8根双绞线，没有空闲引脚，所以供电全部从变压器抽头引入或引出。通常接线方式是，PSE端1&2和4&5引脚直接相连作为正极，3&6和7&8引脚直接相连作为负极；PD端用两个整流二极管电桥，分别将1&2和3&6引脚的正负极翻转，4&5和7&8引脚的正负极翻转，翻转后的正负极再直接相连，输入到标准PD模块。

PoH(Power over HDBaseT)也采用这种供电方式。

图 5 Alternative A & Alternative B / PoH供电方式

知识点：正负极不确定的原因

由于EIA/TIA 568布线标准中定义了两种双绞线到RJ45接口的线序标准，即568A和568B。图 6所示，网线两端使用同类线序标准（即568A - 568A 或568B - 568B）称为“直连网线或正线”，用于不同类设备间（或者说DCE与DTE间）的通信。图 7所示，网线两端使用不同线序标准（即568A - 568B）称为“交叉网线或反线”，用于同类设备间（或者说DCE与DCE间，DTE与DTE间）的通信。

图 8所示，“交叉网线”正是“1&2”和“3&6”这两对引脚的交叉。而为了方便后续现场施工布线难度（不再区分直连网线或交叉网线），很多PHY芯片增加了Auto MDI/MDIX Crossover功能（即端口线序自动识别翻转），具有Auto MDI/MDIX Crossover功能的PHY芯片对直连网线或交叉网线无要求，正是基于这个原因，当前市面所售基本都是直连网线。

图 6直连网线或正线

图 7交叉网线或反线

图 8所示，假如PSE端线序为1&2引脚接正极，3&6引脚接负极，当使用“直连网线”时，在PD端线序依然是1&2引脚为正极，3&6引脚为负极；但是，当使用“交叉网线”时，在PD端得到的线序为1&2引脚为负极，3&6引脚为正极。可见，PSE与PD间的连接，使用“直连网线”和“交叉网线”，在PD端得到的直流电源正负极可能是相反的。这就是，Alternative A或Alternative B标准并未对1&2，3&6，4&5，7&8四对双绞线进行正负极性规定的原因，或者说标准的PD芯片前端都要加入整流电桥（可由四个分立二极管组成；也可用单颗整流桥芯片，或由分立MOSFET组成的有源电桥）的原因，目的是将PD端的直流电源正负极翻转过来，保证PD端直流电源正负极性不会反相而烧坏设备。导致这种结果的根本原因是，存在两种不同的网线线序标准568A和568B。