进入了二十一世纪之后，以太网进入家庭早已成为事实。家家户户上网，无论是透过电话线的ADSL/VDSL还是电缆线，连接到电脑都要仰赖以太网的接线。再进一步深层地探索数字家电领域的高画质电视机、AV扩大机、家庭电玩游戏机、甚至未来的下一世代光碟机，都已经布下以太网的天罗地网。且从网线上提供电源的方式，受到业界与消费者的超级喜爱，USB 2.0的成功不就是摆在眼前的事实吗？ 

 

        话说以太网(Ethernet)的诞生是为军事用途而来，最后却蜕变成全球资讯高速公路网的基础，这是任何一个人都事先料想不到的事情。终究，聪明的工程人员，也开始动脑筋到以太网的连接线上，在同一条连接线中同样也可以将电力与数据送出，这种给电的技术，就是PoE(Power Over Ethernet)的精髓。实际上，在2003年6月12日PoE也正式成为标准规格，也就是IEEE 802.3af。 

 

具备48伏电力 适用更多的网络设备 

 

        若是拿USB 2.0接口与PoE的供电能力来相互比较的话，PoE最高48伏特的25.4瓦[4pair可达60W,POH可达100W]是远远胜出USB的2.5瓦(5伏特，500mA)。因此，比如IP电话机、网络摄像机、网络交换机或无线路由器等，皆是非常适合运用POE技术的标的产品。安全送电而且不会对数据的通信产生不良的影响是最起码的基本要求。 

        曾经有媒体在年度「网络预测」这个项目用以下的文字描述。「电源线的消失-以太网供电技术(Power over Ethernet，PoE)将开始使用，无线AP、语音IP电话等设备都可以通过以太网线连接及供电，将引发电工业大罢工！」在用词上尽管带著语不惊人死不休的味道，不过至少可以体会出PoE供电技术真正受到重视。 

 

        那么，该如何来定义PoE呢？严谨的说法是使用者可根据IEEE802.3af/at利用标准的以太网缆线(CAT-5，Ethernet Cable)来传送电源。意思就是使用同一条CAT-5连接线来传送数据以及直流电源(DC Power)。 

        所以说，PoE技术就是针对具有10Mbps～1Gbps传输能力的CAT5对绞线，赋予电力供给功能的一门技术。有802.3af/at规范的约束，促使新的元件与装置能够逐渐登场，并可以完全确保相互兼容性以及与既有的以太网机器保证有互换性。 

 

        USB的使用经验告诉消费者毋需外接AC电源配接器，让使用者在使用电子产品时便利性大增。今日随身U盘与外接小型硬盘的风行，主要的推手与原因就在这里，与网络息息相关的IP电话机就是马上可以联想到的应用。 

        依据IEEE 802.3af/at，能够给电的最长距离可以达100米之远，完全可以不受限于AC电源的设置场所，Web照相机、远端感应的行动探测器等用途，是绝佳的魅力点。 

 

因此，PoE技术带来的好处可以摘录如下： 

 

        由于安装网络的电线数量的减少，让系统的构成更为简单。 

        同样的理由，PoE可协助将成本降至最低，缩短停机时间、简化维护作业及提升安装弹性。 

        可以纳入远端电源监控的功能。 

        不需要电源适配器(Adaptor)，就不用在乎市电110V、220V的任何环境，都可通用。 

 

PoE减少布线施工成本 

 

        假设存取点装置(Access Point)支持PoE (Power over Ethernet)功能，电源可由支持PoE的以太网交换机来提供使用，因此，只需布网络线，而不需另外连接电源线，这样的作法可以减少布线的施工成本，并且整体的观感上也会更为简洁清爽。另外，如果在存取点装置(Access Point)临时发生了当机的情况，也可以透过PoE的电源让存取点装置(Access Point)重新开机。 

 

介绍PoE的三大特性 

 

        业界里的人都知道，当初网络的出现与应用，并没有PoE这个东西。电力与数据的载送存在同一个媒介上，在市面最为普遍的也仅有USB以及1394接口罢了。因此，PoE可以说是晚进之辈。但它却具有三大特性。 

 

        特性一，它是使用于以太网的型态。无论是电力供给还是数据传送，均是采用了相同的架构。 

        特性二，由于最长距离规范为100米的长度，为了应对长距离下的电力损失课题而采用了高电压的策略。IEEE 802.3af规格里头的技术细节，就是要确保安全高电压送电的实现。而无敌接口王USB的长度不过5米。 

        特性三，在同一个网络上，毋需电源的既有装置与需要电源的新装置可以和平共存的。因此检测手段、电力载送的控制与管理手法等，也都是IEEE 802.3af在标准化过程中所讨论的议题。 

 

PoE供电装置分为端点型及中跨型 

 

        先来探索一个最为基本的问题。既有的以太网传送以及PoE电力传送技术的差异点究竟在何处？ 

 

        众所皆知，以太网透过了Hub或Switch装置，建构了点对点型的网络。提供电力的PoE依然也是维持点对点的连接型态。不同之处在于PoE技术的电力传送乃是单方向。换言之，就会存在有「给电端」以及「受电端」两个种类的装置存在。 

        「供电装置」或可名为「供电设备」，就称之为PSE(Power Sourcing Equipment)，受电设备或用电装置则以PD(Powered Device)来称呼。一个PSE可以供电给一个或多个受电设备PD。

        典型的PSE装置可以有路由器 (Router)、交换机(Switch )和集线器 (Hub)等。 

        而马上可以联想的到的PD装置则可能有网络电话(VoIP Phone)、无线AP(WLAN Access Point)、安防系统(Security System)，销售点终端装置(POS Terminal)、网络照相机(Network Camera)等。 

 

        而供电设备又可以细分成端点型(Endpoint)以及中跨型(Mid-Span)。前者比如是具有电源供给能力的网络Hub或Switch，可以完全取代掉既有的Hub或Switch，而后者则是指在既有的网络中提供电力附加功能的设备。

        众所皆知，以太网的传送一般是采用Cat5的线材，其中有四对的对绞线，两端都安装了RJ-45的连接头。熟知的10Base-T以及100Base-TX规格，都仅仅使用其中的两对信号线(1-2，3-6)，尚且留两对线没有使用。通常称为「预备用」对线(4-5，7-8)。 

 

        端点型(Endpoint)以及中跨型(Mid-Span)供电设备用的信号线略有差异。端点型(Endpoint)的场合，可以透过信号对线(Signal Pair)或者是预备对线(Spare Pair)来供给电力。而中跨型(Mid-Span)却仅能够使用预备对线来供给电力。请留心Gigabit以太网，也就是1000BASE-T，使用了全部4对线。因此，IEEE 802.3af对于Gigabit以太网并无规范中跨型(Mid-Span)供电设备。 

        无论是透过信号对线或者是预备对线，皆是利用相同模式来传送电力。供电设备端乃是从隔离电压器的中间抽头(Center Tap)供给48伏特的直流电压，相对地，受电端装置当然也是从中间抽头接受电力。 

 

        各个变压器所提供的直流电力当然不会对传送的数据产生影响。因此，既有的实体层PHY芯片依然可以继续沿用下去。 而受电端装置有可能从信号对线或者是预备对线接受电力，因此都会使用二极体桥接方式。 

 

PoE有其规定的电力供给迁移图 

 

        无论是端点型(Endpoint)或是中跨型(Mid-Span)供电设备，只要是合乎IEEE 802.13af的规范，都必须与既存的以太网设备兼容。所以也必须有一套专用的协议，用来判断连接在网络上的装置，是否需要扮演受电设备的角色。这个协议基本上是两个阶段的处理。第一个步骤就是检测(Detection)，即是用来区别是IEEE 802.af对应之受电设备还是其他Ethernet设备。这个步骤是非常非常重要的一环。原因何在呢？毕竟，既有的75欧姆终端阻抗Ethernet设备，并没有存在48伏特同相电压的输入，稍一不慎，就有可能会产生破坏的情况。 

 

        第二个步骤，就称做归类(Classification)。大致上是说，受电设备会将最大的电力要求传达至供电设备。将电力归类的目的之一，就是为了防止供电设备陷入过度负荷的窘境。比如说，当发生过度负荷时，送往所有受电设备的电力会一齐终止掉。有了归类(Classification)的机制，就可以避免这样的状况。 

紧跟在检测(Detection)以及归类(Classifica-tion)之后，首先会转移到起动(Startup)模式，然后才会进入电力供给(Powering)模式。因此，PoE是有其规定的一套状态迁移图。 

 

        首先，我们来探索检测(Detection)的协议是采用怎样的方式。 

 

        依据IEEE802.3af的规定，受电设备内部必须具有检测用途用的「25K欧姆」电阻。实际上的测定就是利用了电流-电压特性上的两点间斜率算出来的阻抗值。更具体的说，就是在2.8V到10V之间，选出至少最低电压差1V的两点来判定阻抗值。如果认定是25K欧姆的场合，就可以认识为受电设备了。 

 

        一旦检测出受电设备之后，供电设备会进入归类模式，讲白了也就是取得受电设备的最打功耗的信息。具体来说，供电设备必须在10ms～75ms之间，给予受电设备15.5伏特到20.5伏特之间的的电压来测试流入的电流值。也就是根据这个结果，受电设备依据耗电的大小被归纳成五类。归类在IEEE 802.3af规格中是列为选项(Option)。因此，供电设备未必一定要实行归类的法则，这时候就以Class-0来处理就可以了。

        假设供电设备能够提供全体150W的电力，分给Class-1的受电设备的数目就可以达37个。如果不实行归类的话，供电设备就必须分配15.4W给各个端口(Port)。 

 

        经过受电设备检测以及选项的归类过程之后，第三个阶段就是供电设备进入起动模式(Startup)，尔后才会进入第四阶段的电力供给模式(Powering)。 

        起动模式(Startup)的最主要用意，就是要决定电力供给的必要与否。依照802.3af的规定，这个判断的动作必须在检出受电设备后的400ms之内进行。 

 

        为了确保安全性，当供电设备对某个端口(Port)开始供电之后，还会继续监视电流的情况。有两种方式，其一是主动式的方法，规定了不能越过400mA～450mA的ILIM参数值。另一种是被动式的限制手段。特别规范了ICUT以及tOVLD(50ms～75ms)的两个参数值，一旦超越制限电流达50ms～75ms以上，就会停止端口的供电。 

 

        为了达成以上所说的电力控制，一般所见到的方案皆是采用了功率MOSFET元件。供电设备会开启MOSFET晶体，然后变动其闸极(Gate)电压来控制输出电流。当端口在起动模式期间，供电设备会抑制MOSFET的电流在60mA的范围，当端口电压到达30V之际，供电设备才会开始将最大的电力供给受电设备，这种手法就是SELV(Safety Extra Low Voltage)安全特别低电压。 

 

        而受电设备处于起动模式的时候，其主要任务就是对于旁路电容器的充电。当端口电压到达30V～42V的时候，就会脱离所谓的UVLO(Under Voltage Lock Out)状态。 

 

        当一路平安地经过50ms的起动模式之后，最后的阶段才是进入电力供给模式(Powering)。各个受电设备必须遵守上表所规定的电力，不得逾越。

 

        既然有了共通的标准规范，设计之际选择芯片解决方案时，还是以符合IEEE 802.3af为首要考量规格。除此之外，对于PoE系统测试的验证基础，也必须要有足够的认知。其中包括有功率分级(Power Classification)、时序(Timing)、签署辨証(Signatures)，以及IEEE标准中所定义的wiring alternative等。 

 

        因此在评估完整的PoE测试设备时，不仅要考量具备有控制IEEE 802.3af参数所需要的弹性及灵活度，模拟用电装置(PD)，具备全自动化的操作测试程序以及IEEE 802.3af符合性(Conformance)验证软件等。 

 

不再受限于电源位置的PoE技术 

 

        总之，PoE (Power over Ethernet)是一门利用以太网来供电的技术，是一项改变网络设备供电方式的全新技术。在IEEE 802.3af/at的规范下，可以透过现有以太网线同时传输数据与电力。 

        而PoE技术可以广泛运用在无线AP、网络摄影机、VoIP等产品上，由于不需要另外再连接外部电源，因此在规划安装这些远端设备时，可以更方便地选择合适的架设地点，而不再受限于电源位置的限制。若使用PoE交换机集中管理多台远端设备的电源供应，还可以搭配所谓的UPS不断电系统，即使遇到大风、下大雨或人为因素以及遭遇停电的时候，也犯不著去担心远端设备电力、通讯的中断等问题。