光纤通信——开创崭新光以太网时代
2019-11-04 21:17:06
供稿：网友
Ｔｈｏｍａｓ Ｃ．Ｔ ＳＮＧ
在五类双绞线铜线上实现高达每秒千兆位Ｇｂｐｓ 数据传输速率的流行以太网不仅实现了极高的传输速度，而且实现了极高的可靠性和经济性。之后，以太网革命已经从局域网ＬＡＮ 扩展到当前的城域网ＭＡＮ 。
今天，全新的以太网领域已经进入了一个崭新的时代。除数据传输外，可以与数据传输同时在五类双绞线铜线上传输１３Ｗ ４８ Ｖ功率。２００３年６月１２日，电气和电子工程师学会ＩＥＥＥ 理事会批准了通过局域网ＬＡＮ 供电的这一概念，这一新标准称为ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ或以太网供电ＰｏＥ 标准。
自ＩＥＥＥ批准ＰｏＥ标准以后，市场上对此进行了大量的探讨，并出现了许多成功案例。主要网络厂商如Ｃｉｓｃｏ在ＩＥＥＥ８０２．３ａ之前就开发了自己专有标准，这些厂商进一步扩展到支持这一新的ＩＥＥＥ标准。类似的，其它主要以太网交换机厂商如北电、惠普、华为、富士通等都推出了支持ＰｏＥ标准的新型以太网交换机。随着以太网不断增长及同一条五类电缆上可以实现额外的附加电源功能，ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ可望成为市场上的流行标准。
除网络厂商外，对ＩＰ分组语音和视频需求的迅猛增长也是推动ＰｏＥ增长的另一个市场因素，这可望推动不同地区提高ＰｏＥ ＩＰ电话、网络和安全摄像机的销售额。此外，ＰｏＥ客户端不要求额外的电源线，这不仅降低了安装成本ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｐｏｉｎｔ不必铺设电源插座 ，而且可以在以太网中简便地移动和布线这些设备，如可以方便地把无线接入集线器从一个地点移动到另一地点。此外，Ｗｉ－Ｆｉ或无线局域网的增长趋势还有助于推动部署更多的 ＰｏＥ无线接入点。事实上，根据３Ｃｏｍ提供的数据，到２００６年，全球无线局域网硬件的销售量预计将突破４２００万台。
据ＰＣＩＭ Ｅｕｒｏｐｅ杂志２００３年１０月份提供的数据，由于ＰｏＥ出现增长势头，不间断电源ＵＰＳ 的销售量正在呈现出不断提高的趋势。预计ＰｏＥ设备中ＵＰＳ的全球销售额将从２００３年的２２００万美元增长到２００８年的６８００万美元。尽管ＰｏＥ不再需要为各台设备提供专用ＵＰＳ，但仍需要一台集中ＵＰＳ为整个网络提供备份。到目前为止，前期的ＰｏＥ目标市场是ＶｏＩＰ电话、无线／蓝牙接入点和网络摄像机。
ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ 概况
根据ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ标准，为以太网客户端设备供电的设备称为电源设备ＰＳＥ 。ＰｏＥ客户端设备如ＩＰ电话、网络和安全摄像机、蓝牙／无线接入点及许多其它以太网设备称为被供电设备ＰＤ 。
ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ标准把电源定义为１３Ｗ ４８Ｖ，可以通过五类信号线对配置从ＰＳＥ发送这一功率，其中功率从发射机Ｔｘ 和接收机Ｒｘ 信号变压器中心分接。还可以通过五类备用线对配置传送这一电源。但是，在通过局域网电缆传送功率前，热插拔控制器或ＰｏＥ控制器ＩＣ必须在ＰｏＥ一致性测试中执行ＰＤ检查，然后才能通过局域网发送不同等级的功率。功率共分成四级：０级是默认等级，功率为０－１３Ｗ；１级＜＝４Ｗ；２级＝７Ｗ；３级位于７Ｗ和１３Ｗ之间。这一过程称为“检测签名”，其中低于１０Ｖ的小脉冲被送到ＰＤ上，测量电流Ｉ 。然后，计算得出的Ｉ 将确定ＰＤ中的电阻 Ｒ 。在 Ｒ 等于２５千欧时，将检测到符合ＰｏＥ标准的ＰＤ。然后，ＰＳＥ可以继续把分类后的功率发送到ＰＤ上。否则，ＰｏＥ ＩＣ控制器将不答应把任何功率发送到ＰＤ上。目前，有许多ＰｏＥ ＩＣ控制器厂商把重点放在ＰＳＥ和ＰＤ一侧。ＰｏＥ控制器中一直有恒定的附加功能，如ＡＣ负荷断开检测、在故障条件后自动启动等等。
通过新型３．３Ｖ光耦合器
实现隔离和安全绝缘
ＩＥＥＥ ８０２．３ａｆ标准的主要指标之一是隔离。ＰＳＥ和ＰＤ设备必须提供电隔离功能。根据设备标准ＩＥＣ ６０９５０中的规定，电隔离在５０－６０Ｈｚ时６０秒内应承受１５００Ｖｒｍｓ的电压。１５Ｍｂｄ ３．３Ｖ安捷伦双通道光耦合器ＨＣＰＬ－０６３Ｌ在ＵＬ规定安全标准下每分钟可以承受高达３７５０Ｖｒｍｓ的电流。此外，它还通过ＣＳＡ、ＩＥＣＥＮＤＩＮ ＥＮ６０７４７－５－２及其它安全审批。
ＨＣＰＬ－０６３Ｌ可以帮助隔离浮动接地、噪声环境和电位接地差导致的共模信号，这些情况会导致接地环路电流流动。共模噪声过高会导致输出结果不准确，进而破坏安全精确的测量能力。推荐采用安捷伦ＨＣＰＬ－０６３Ｌ光耦合器，隔离４８Ｖ电源和广泛使用的飞利浦集成芯片间Ｉ２Ｃ 地址总线标准。飞利浦Ｉ２Ｃ是一种专有的控制总线，它采用简单的双向两线概念，即串行数据ＳＤＡ 和串行时钟ＳＣＬ 总线实现ＩＣ间控制。Ｉ２Ｃ地址总线下使用三种常见的开关频率模式，即１００ＫＨｚ标准模式、４００ＫＨｚ快速模式、３．４ＭＨｚ高速模式。在ＰｏＥ应用中，最常用的Ｉ２Ｃ模式是快速模式频率。这种３．３Ｖ、１５Ｍｂｄ光耦合器在１５ＫＶｕｓ，５０Ｖ共模电压下实现了非常高的共模抑制比ＣＭＲ ，非凡适合高速隔离不希望的信号，如可能干扰Ｉ２Ｃ控制总线的共模噪声。此外，ＨＣＰＬ－０６３Ｌ芯片组采用镓砷化物磷化物 ＧａＡｓＰ 发光二极管 ＬＥＤ 及集成式高增益光电检测器，可以以最低５ＭＨｚ的时钟频率工作，满足了全部三种Ｉ２Ｃ工作频率模式。此外，ＨＣＰＬ－０６３Ｌ还是一种兼容ＬＶＴＴＬ和ＬＶＣＭＯＳ接口的光耦合器，它提供了５ｍＡ的低输入电流能力。
最后，这种３．３Ｖ光耦合器不仅功耗低，而且不需要额外的电源、元器件和额外的电平移动电路。使用光耦合器的另一个主要优势是光隔离技术不会导致电磁干扰ＥＭＩ ，因此大多数网络设备都不会受到电磁干扰的影响。
３．３Ｖ光耦合器
自２０００年问世以来，安捷伦的３．３Ｖ光耦合器已经广泛应用于于隔离线路接收机、包括ＲＳ－２３２的现场总线接口、ＲＳ－４２２、ＲＳ－４８５、ＣＡＮ总线等应用中。安捷伦一直是隔离技术创新的市场领导者。
总之，ＩＰ语音和视频、Ｗｉ－Ｆｉ和安全设备等市场因素正推动着新的ＩＥＥＥ ＰｏＥ标准向前发展，随着许多网络厂商涉足ＰＳＥ和ＰＤ，ＰｏＥ标准将越来越多地被用户采用。隔离、安全绝缘和抗ＥＭＩ能力等是设备设计中需要考虑的部分要害因素，因为这些因素会影响数据可靠性。安捷伦的光耦合器不仅实现简便，而且有助于解决这些要害设计因素。我们强烈推荐使用３．３Ｖ １５Ｍｂｄ光耦合器，隔离４８Ｖ电源和ＰＳＥ中使用的Ｉ２Ｃ控制总线。
