5000多字带你深入POE原理！

嗨，大家好，我是瑞哥，今天给大家分享是POE的原理，从简单到深入，希望大家能够有选择的看，吸收重点！以下是目录：

• 1. 概述
  • 1.1. 原理简述
  • 1.2. 术语解释
  • 1.3. 用户应用
  • 1.4. POE两种模式:
  • 1.5. 两种典型结构：
• 2. 技术点指标
  • 2.1使能/关闭端口的远程供电
  • 2.2设置端口优先级
  • 2.3设置端口供电的最大功率
  • 2.4设置供电管理方式
  • 2.5 设置过载时端口的供电管理方式
  • 2.6 设置端口供电方式
  • 2.7 PD设备兼容性检测
  • 2.8 设置POE 系统的最小允许电压
  • 2.9 设置POE 系统的最大允许电压
  • 2.10 温度保护
  • 2.11显示端口状态
  • 2.12 显示POE系统状态
• 3. 工作过程
  • 3.1. 扫描设备
  • 3.2. 识别设备
  • 3.3. 识别PD类型
  • 3.4. 供电
  • 3.5. 供电中的检测
• 4. PD640XX寄存器
  • 4.1 概述
  • 4.2 寄存器位分配

1. 概述

1.1. 原理简述

POE也被称为基于以太网的供电系统(Power over Ethernet )，有时也被简称为以太网供电，这是利用现存标准以太网传输电缆的同时传送数据和电功率的最新标准规范，并保持了与现存以太网系统和用户的兼容性。

一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE, Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD, Power Device)两部分。PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备，同时也是整个POE以太网供电过程的管理者。而PD设备是接受供电的PSE负载，即POE系统的客户端设备，如IP电话、网络安全摄像机、AP及掌上电脑( PDA)或移动电话充电器等许多其他以太网设备。

1.2. 术语解释

PSE（Power Sourcing Equipment）：为以太网客户端设备供电的设备，同时也是整个POE以太网供电过程的管理者。

PD（Powered Device）：接受供电的PSE负载，即POE系统的客户端设备。

标准PD：是指符合POE标准（EEE802.3af标准）的PD设备。

非标准PD：除了标准PD设备外，还存在不符合EEE802.3af标准的PD设备，我们统称它们为非标准PD设备。

1.3. 用户应用

POE系统包括供电端PSE和PD负载。比如我们的S5750P便是一个供电端PSE。而PD负载种类很多，比如IP电话、网络安全摄像机、AP及掌上电脑( PDA)或移动电话充电器等许多其他以太网设备。

POE系统主要是用来控制远程供电的，用户通过PSE这个供电端的操作可实现：设置某些端口供电使能/关闭、设置端口优先级、设置端口最大功率、设置供电管理方式、设置功率管理模式、设置POE系统的最大/最小允许电压等。

1.4. POE两种模式:

Enhanced Mode:有MCU对POE设备进行控制,MCU的主要作用：PoE端口状态采样、实时功率检测、确定是否开启PoE供电、以及驱动PoE状态指示灯等。

Auto Mode:这种模式只有POE设备,没有POE控制器,但是允许POE设备与HOST(如CPU) 之间进行通信，我们公司的方案就是属于自动模式架构.

1.5. 两种典型结构：

1. 单POE设备结构：

2. 多POE设备主/从结构

在这种结构下，POE设备最多支持48个端口，主设备和从设备通过SPI接口进行通信，交换端口和系统状态信息，主要用于功率管理。

每个POE设备可以通过I2C总线和POE设备进行通信。每个POE设备都可以被设置成Master，当然只能有一个被配置成Master,同时其它的要被设置成Slave.只有Master可以驱动和管理与slave之间的通信。

基本电路图：

2. 技术点指标

2.1使能/关闭端口的远程供电

用户根据网络的需要使能或者关闭单个端口的远程供电特性。

2.2设置端口优先级

POE系统由两个功率极限，即系统最大允许功率和NoConnect极限。

当前消耗功率大于系统最大允许功率且自动方式下可依据端口优先级关闭某些端口直至消耗功率小于系统最大允许功率；当前消耗功率小于NoConnect且自动方式下芯片根据端口优先级打开某些端口。芯片提供优先级范围0~47，缺省为0，0为最大。

• 当Pallocated>PnoConnect时，PSE不会给新的端口供电
• 当Pallocated>Plimit时，低优先级的端口会被停止供电，直到Pallocated<PlimitGB=Plimit-PnoConnect

2.3设置端口供电的最大功率

用来给当前端口分配最大供电功率。缺省情况下，端口最大输出功率为15400毫瓦。POE标准802.3af规定：每个端口的最大供电功率的上限值为15.4W，扣除损耗PD端最大可获得12.95W；过流保护为400mA，短路保护为450mA。

2.4设置供电管理方式

用来为端口分配最大功率的，有4种模式可选择：

• Classification指按照端口PD类型0~3供电，来为端口分配最大功率,默认为0类
• Allocation指按照用户设置来供电,默认为15400毫瓦
• Consumption按照端口实际所用功率来供电
• AUTO模式下，表示自动选择，首先判断是否设置了Classification，否则判断是否设置了Allocation，如果以上两个供电管理方式均未设置，则采用Consumption供电方式。

Classification模式下端口的PD类型分为:

缺省情况下默认供电管理方式为AUTO模式.以上表格为802.3AF标准，802.3AT标准支持30W PD.

2.5 设置过载时端口的供电管理方式

设置交换机电源设备过载时端口的供电管理方式：自动方式、手动模式。过载时：自动方式下，会依据端口优先级作调整，保证高优先级端口的供电，关闭低优先级端口的供电，而手动方式不具备这种智能性。

2.6 设置端口供电方式

CAT-5双绞线有四对共八根线，在10BASE-T或100BASE-TX中两对（1、2、3、6）用于传输信号（称为信号线对），剩余两对（4、5、7、8）空余（称为备用线对），在1000BASE-T 下使用所有的4对线。

PSE（Power Sourcing Equipment）端设备通过信号线对或者备用线对中的两对线（但不是两者同时）来传输48V直流电源给PD（Powered Device）端设备；电源为共模信号，数据为差模信号。

因此，端口供电方式可以分为以下几种：

• signal,采用信号线供电
• spare,采用空闲线供电
• auto，自动选择供电方式

64012芯片只支持signal的供电方式。

• 自带PSE(Endpoint PSE) 模式A 1,2为负，3,6为正;模式B 7,8为负，4，5为正
• 外置PSE(Midspan PSE) 模式B 7,8为负，4，5为正

2.7 PD设备兼容性检测

可以使交换机检测到不符合802.3af标准的PD设备，并对这些PD设备进行供电。64012芯片不支持该功能。

2.8 设置POE 系统的最小允许电压

用来设置输出直流电欠压的告警阈值。当电源故障等导致输出电压低于最小允许值时，POE芯片会自动关闭所有端口连接的设备的供电。

2.9 设置POE 系统的最大允许电压

用来设置输出直流电过压的告警阈值。当电源故障等导致输出电压大于最大允许值时，POE芯片会自动关闭所有端口连接的设备的供电。

2.10 温度保护

达到过温门限，停止输出

2.11显示端口状态

通过读取POE芯片的寄存器可以获取到端口的状态信息，比如：

• 端口使能状态
• 端口连接状态
• 端口PD等级
• 端口最大可用功率
• 端口当前功率
• 端口峰值功率
• 端口当前电流
• 端口当前电压
• 端口故障原因

2.12 显示POE系统状态

通过读取POE芯片的寄存器可以获取到POE系统状态信息，比如：

• 电源总功率
• 当前消耗功率
• 当前可用功率
• 峰值功率
• POE 系统的最小允许电压
• POE 系统的最大允许电压
• 交换机的供电管理方式
• 断接侦测模式

3. 工作过程

常见的POE芯片为64012, 64004，PD69012，这类POE芯片的工作原理大致相同。。

每块64012芯片都可以支持12个端口供电，对于每个端口POE芯片都有对应的使能寄存器enable_port_reg，可通过设置该寄存器来打开/关闭每个端口的供电功能。当指定端口供电使能被关闭时，POE芯片将不能对该端口供电，也不会对指定端口进行任何操作。当指定端口供电使能被打开时，POE芯片才可能对指定端口供电。

下面我们将对POE芯片的工作过程进行讲解：

3.1. 扫描设备

上电后，POE芯片会定时对每个（打开了供电使能的）端口进行扫描，扫描目的是检测该端口是否连接上了设备。只有当检测到某端口连接上设备时，芯片才会进入到下一步操作——识别设备。

检测电压：2.8V-10V

扫描到标准PD条件：

• 特征电阻:19kohm-26.5kohm
• 特征电容：小于150nF

3.2. 识别设备

标准的PD设备都有一个特征电阻，该电阻的电阻值是一个规定的范围内的，POE芯片通过检测该电阻的大小是否再规定的范围内来判断端口所连接设备是否标准PD设备。某些系列的POE芯片既可以给标准PD设备供电，又可以给非标准PD设备供电；有的则只能对标准的PD设备供电，比如64012芯片。只有POE芯片（注意本文档缺省以芯片64012为背景，以后不再提醒）识别出所连接的设备为标准PD设备时，芯片才会进入下一步操作——识别PD类型。

3.3. 识别PD类型

按照POE标准，PD设备可以分为Class0~Class4类。

每个PD设备都有一个等级电阻，POE标准规定了Class1~Class4类PD设备的等级电阻分别为4个不同的范围，如果等级电阻不再这4个范围之内那么该PD被识别为Class0类设备。

分级检测电压为14.5V-20.5V

通过检测电流，POE芯片很容易地识别出PD设备类型，可以改变特征电阻获得不同的电流值。

特征电阻：

“表示：非PoE设备，如NIC，其终端阻抗为150欧，则不会被判定为PD。 ”

PSE检测电流的本质也是测试电压：

3.4. 供电

POE芯片执行完“识别PD类型”操作后，POE芯片会给端口供电，这个供电是一个过程，开始供电功率很小、逐渐加大直到满足PD设备的需求，在这个过程中可能会出现PD设备需要的功率超过POE系统所能提供的，这时候POE芯片会自动关闭对该端口的供电。

当给一个端口供电，进入供电正常状态后，POE还会定时进行一系列检测——供电中的检测。

3.5. 供电中的检测

供电正常后，POE会定时进行以下检测：

a) 过流保护

芯片支持用户对应不同端口设置不同的最大允许电流值，当实际电流超过该最大值时POE芯片将自动关闭对该端口的供电。同时芯片将会把断电原因纪录在一个状态寄存器中，以供用户读取。

b) 功率管理

在正常供电工程中，各端口连接的PD设备的消耗总功率可能超过NoConnect极限，这个时候系统将不会再给新来的设备供电;如果PD设备的消耗总功率超过了POE系统最大允许功率，这时候POE芯片会自动把某些低优先级端口关掉。

c) 断接检测

通过断接检测，POE能识别出哪些端口连接的PD设备已经断开了。断接测试模式分为DC和AC这两种。DC是通过检测电流的办法来判断PD设备是否断开，与PD分级方法一样；AC断接侦测是加一AC成分（正弦波）到DC中（芯片内部晶体产生），AC成分的幅值会随负载的大小变化，负载大，幅值小，负载小，幅值大，通过与预先设定的门限进行比较确定是否断接。

4. PD640XX寄存器

4.1 概述

一般有以下五类寄存器，类型6是PD64004和PD64004A才有。

• System initialization register系统初始化寄存器
• Ports initialization register端口初始化寄存器（端口设置）
• System status/monitoring系统状态/监视寄存器
• Ports status/monitoring端口状态/监视寄存器
• Port Commands Register系统命令寄存器
• 中断寄存器（只有PD64004和PD64004A才有）

以上又可以分为两大类：

1. Power Up&Mode Register:

系统初始化寄存器：这个寄存器只是在系统启动的时候用到一次，将系统配置在预先定义的模式下，在系统运转期间这些寄存器都是可读的，但是在这个期间强烈推荐不要去改变寄存器的值。

端口初始化寄存器：同样这个寄存器只是在系统启动的时候用到一次，将端口配置在预先定义的模式下，在系统运转期间这些寄存器都是可读的，但是在这个期间强烈推荐不要去改变寄存器的值。

2. On-Going Register:

• 系统状态/监视寄存器: 用在系统运转期间，在此期间可读。
• 端口状态/监视寄存器：用在系统运转期间，在此期间可读。
• 端口命令寄存器：在系统运转的任意时刻都可读可写。

数据从Host到POE设备（写寄存器）

• 端口开/关命令
• 给每个端口分配功率
• 定义端口优先级
• 系统总体设置

数据从POE设备到Host（读寄存器）

• 设备版本
• 设备温度
• 功率管理数据
• 每个端口参数
• 端口功率优先级数据
• 系统设置和参数

4.2 寄存器位分配