以太网接口电路POE接口电路设计

• POE电源传输原理:
1. PSE检测合法PD：PD通过PSE对PD检测来获得或者请求供电。PSE送出2.8V～10V的电压到网 络链路，有效的PD检测到此电压后就将一个23.75KΩ ～26.25KΩ 电阻（统称25KΩ特征 电阻）置于供电回路上，电流就会随输入电压而变化。PSE通过检测该电流，知道在以太 网线缆终端有一个有效的PD需要供电。如果放置的电阻阻值在12KΩ ～23.75KΩ 或 26.25KΩ ～45KΩ 范围内，PSE则认为PD有效但不需要供电，其它范围的电阻值则意味着 无效的PD检测。PSE对PD的识别时还要求PD特征电容小于120nF。
• 在变压器的TX通道的中间抽头和RX通道的中间抽头输入（输出）48V电源的正负两级，或 者RJ45插座的pin4/pin5，pin7/pin8输入（输出）48V电源的正负两级
• IP电话、无线接入点、VoIP电话、WLAN接入点、网络摄像机、安全性系统、POS终端等功 率小于12.95W的PD设备都可通过一根传输以太网数据的CAT-5电缆来提供电源
PSE电压范围(V) PD电压范围(V) 状态 说明
0-2.8
N/A
空闲 PSE空闲
2.8-10.1 15.5-20.5 30-44 44-57
2.7-10 14.5-20.5 30-42 36-57
来自百度文库
检测 PSE检测PD的25K特征电阻 分级 PSE强制电压测量PD分级电流特征 启动 PSE提供电源，PD离开UVLO状态 供电 PSE向PD提供电源
口，称为“MDIX口” 3. “MDI口”与“MDIX口”被称为两种不同类型设备端口，它们之间被指定用直通线连接，
而同类型设备端口之间用交叉线连接。如果芯片支持AUTO MDII-X功能的端口，可以用交 叉线或直通线连接任何类型的端口
以太网接口电路设计规范
• 没有接大地的MDIX口标准设计（图一）
• 随着以太网技术的不断发展，出现了新类型的产品，对以下产品进行分类： 1. 与NIC同类型的有：HUB和交换机上联口，Router、Gateway、IPphone等设备的WAN口，称
为“MDI口” 2. 与HUB同类型的有：HUB和交换机下联口，Router、Gateway、IPphone、XDSL等设备的LAN
PD功率等级 分类电流
0
0~4mA
1
9~12mA
2
17~20mA
3
26~30mA
4
36~44mA
最小PSE功率 15.4W 4.0W 7.0W 15.4W 15.4W
最大PD功率 12.95W 3.84W 6.49W 12.95W 12.95W
等级说明 PD无分类 低功率PD 中功率PD 大(全)功率PD 保留
信号连接规范
• 由R3/R4/R9/R10/C3组成的平衡电路将有效的抑制引入的干扰以及抑制对外的辐射 • 变压器属于电磁敏感器件，容易接收到磁场信号，所以，大电流走线及其它电感应该尽量
远离，避免变压器接收到干扰信号；同时，它也有一定的漏磁，所以，它的底部任何层面 不能有铜箔，避免高频干扰信号耦合到铜箔对外传导辐射
• 由R1/C1、R2/C2、R3/C3、R4/C4组成的平衡电路的作用是抑制引入的干扰以及抑制对外的 辐射。C1、C2、C3、C4作用是隔直流
• POE电源接在网络变压器的自耦线圈T3中间抽头，T3连接在共模扼流圈T2端，经扼流圈的 高阻抗隔离，这样POE电路的并入就不会影响该终端T1变压器的阻抗。应该注意DC电流对 T1变压器的影响。保证DC电流不会使变压器T1饱和而堵塞数据传输，要求T3由2线并行缠 绕，使中心抽头到两端的电阻相同，尽量减小DC差分电压。T3的直流电阻应该远小于T1和 T2的直流电阻，使得大部分DC差分电流流经T3
电流为10～350mA，超载检测电流为350～500mA • 对于PSE，馈送电源可以是RJ45的1-2/3-6线对，也可以是4-5/7-8线对，而且只能选用
其中一对；对于PD，要求两线对都能吸收电源
• 如果设备没有接大地，如塑胶外壳设备，应该选用没有屏蔽层的RJ45，如果有屏蔽层，则 要求屏蔽层悬空
POE接口电路设计规范
POE接口电路设计规范
• 整流桥D1、D2、浪涌抑制电路D3，作为输入保护极性电路。有一些芯片集成了该电路。 IEEE802.3af规定允许PSE最大输出电压为57V，所以选取D3额定反向关断电压为58V。D1、 D2可以是整流二极管，要求参数：电流大于等于1A、耐压大于等于100V
POE简介
2. PSE对PD进行分类：PSE监测到合法PD后，将送到网络链路上的电压升高到14V～22V，PD 使用内部的调节器产生固定的电压施加到PD的CLASS引脚，此引脚与VEE之间接有分类电 阻(RCLASS)，由此得到一固定电流，因而实现了PD分类。PSE根据PD分类决定PD常规操 作所需的功率。IEEE802.3af标准定义了五个不同的等级分类：
4. PD断电：若PD设备从网络上断开时，PSE就会快速地(一般在300～400ms之内)停止为PD 设备供电，并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备
POE简介
• PD必须对电压极性不敏感，并且能在备用线对和数据线对上正常工作(提供检测和分级 特征以及接受供电)，这个自动极性电路通常用二极管桥堆（或二极桥式整流电路）来 实现
POE简介
3. PSE对PD供电：通过PSE对PD检测和分类，对那些需要供电的PD设备提供电源，而不会损 坏不需要供电的设备，并能有效地分配可用功率。PSE提高输出电压，在PD端电压在 30~40V较低电压时，PD保持欠压闭锁状态(UVLO)，以避免对检测和分级产生干扰。当电 压上升到42V时，PD打开内部电源开关，把电源送到DC/DC电源电路上给旁路电容充电， 充电期间保持电路的其余部分不工作直至旁路电容充电完成，PD设定50毫秒延时时间给 电容充电。电容充电完成后，端口电压就升高进入供电模式，使电路的其余部分运行， 并在它所在分级的功耗范围内工作。如果电流过高的时间超出50ms，PSE将会关断电源 ；关断期间PD必须吸收5~10mA的电流，这样PSE就能知道它还保持连接。如果电压下降 到30V时，PD停止DC/DC电源部分电路工作
接到RJ45对应的RX+/RX-、TX+/TX1. 变压器的TDP与TXP、TDN与TXN、RDP与RXP、RDN与RXN分别为变压器初次级之间的同相端。
由IC接到变压器，必须经各自同相端连接到RJ45对应的脚位。不能反相连接，否则会导致 10M无连接 2. 注意：“TD+接TDP、TD-接TDN、TXP接TX+、TXN接TX-”与“TD+接TDN、TD-接TDP、TXP接 TX-、TXN接TX+”一样正确，都符合同相端相连。RD/RX通道也一样 • 一般变压器指定收发通道，收与发通道不能互换，而具备AUTO MDII-X功能的变压器的收 发各参数是一样的，它们之间可以互换。信号线连接规则同样要求满足同相端相连 • 支持AUTO MDII-X功能的芯片，需要具备AUTO MDII-X功能的变压器来实现MDII-X功能。因 为端口被禁止自适应功能时，AUTO MDII-X功能也会失效，所以，建议完全遵循5.1要求来 设计，不能随意交换收发通道，也就是说， MDIX口不能改为MDI口， MDI口不能改为MDIX 口
POE接口电路设计规范
• 为了降低成本，出现如下图所示省略T3的变压器，应该注意T1、T2的磁芯应该满足规定的 DC饱和电流，不能用普通的网络变压器替代POE要求的的网络变压器
POE简介
• IEEE 802.3af标准是通过以太网数据线或备用线来实现以太网设备供电，由以太网供电控 制器PSE供电给以太网受电设备PD
Ethernet接口电路、 POE接口电路设计
主要内容
• 以太网接口电路 • POE接口电路设计
以太网接口的标准定义
• 以太网设备满足正常通信，IEEE802.3对RJ45端口信号有规定，要求电脑与HUB用直通线连 接能正常通信，则要求电脑的网卡NIC的TX、RX分别连接到HUB的RX、TX，所以，它们的 RJ45接口的PIN脚定义是不一样的，具体如下： 网卡NIC对RJ45接口PIN脚定义： RJ45 PIN： 1 2 3 4 5 6 7 8 信号定义： TX+ TX- RX+ NA NA RX- NA NA HUB对RJ45接口PIN脚定义： RJ45 PIN： 1 2 3 4 5 6 7 8 信号定义： RX+ RX- TX+ NA NA TX- NA NA
• 以太网75Ω 共模终端电阻必须 AC 耦合，这样才能不干扰PSE对PD的检测、分类和供电 • PSE供电电压为44~57V，典型值为48V。在正常情况下最大输出电流为350mA。输出连续
功率大约为15.4W • PD正常受电电压为37~57V。平均输入功率为12.95W，输入峰值电流为400mA。典型工作
• 没有接大地的MDI口标准设计（图二）
以太网接口电路设计规范
• 有接大地的LAN口标准设计（图三）
• 有接大地的MDI口标准设计（图四）
信号连接规范
• 注意MDIX口与MDI口的RJ45 PIN脚定义的差别 • 芯片的差分收发信号RD+/RD-、TD+/TD-必须连接到变压器对应的收发通道，经变压器再连
• 由于网线引入的浪涌电压会加在C3上，或XDSL的电话线感应到的浪涌电压经C3耦合到网线 ，经电脑或交换机泄放到大地，所以，要求其耐压大于2KV。与RJ45引脚相连的走线与地 线以及其它任何走线间距越大越好，建议不小于4mm，以提高绝缘度
• 如果设备有接大地，要求金属机壳、RJ45屏蔽层、C4接大地GND_EARRTH，设备安装时有良 好的接地，得到更可靠的屏蔽防止辐射干扰，抑制ESD、雷击浪涌等冲击