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切勿忽视POE应用中的电缆和连接器失衡

作者:时间:2012-05-18来源:网络收藏

信息时代的成功典范之一就是局域网 (LAN) 的出现。通过把 PC 及其外设互相连到一个共同的网络中,您可以分享所有信息,分担每个人的工作。随着实施成本稳步降低,LAN 连接使您现在能够使用您曾经在经济上承受不起的设备。IP 电话、网络摄像机、无线接入点、家庭自动化、建筑物管理只是其中几个例子而已。
  在一些市场上,为连接的设备供电的相关费用为 LAN 互连制造了障碍。为了控制这些费用,IEEE 802.3 工作组目前正在开发一项 标准,即 IEEE 802.3af,它将使数据链路能够为每台连接的设备提供多达 12.95W 的未稳压直流电。
  供电设备 (power-sourcing equipment, PSE) 把幻象电流注入变压器的中心抽头,在这儿,幻象电流被一分为二,并穿过两对平衡传输线路中的某一对(图 1)。在远端,这两股电流进入一个变压器,重新结合,形成受电设备 (powered device, PD) 的电源。该设备的返回路径使用另一对平衡传输线路。这项建议标准把总电流设为 350mA(即每条路径 175mA),这是设备能够连续获取的最大电流。
PSE 把幻象电流注入变压器的中心抽头,在这儿,幻象电流被一分为二,并穿过两对平衡传输线路中的某一对。在远端,这两股电流进入一个变压器,重新结合,形成受电设备的电源。
图 1,PSE 把幻象电流注入变压器的中心抽头,在这儿,幻象电流被一分为二,并穿过两对平衡传输线路中的某一对。在远端,这两股电流进入一个变压器,重新结合,形成受电设备的电源。


在实施 POE 的过程中,您始终都应该考虑电缆的电阻失衡。一个典型的电缆通道能够包含 5 条互连线路和 100 米线缆。
图 2,在实施 的过程中,您始终都应该考虑的电阻。一个典型的通道能够包含 5 条互连线路和 100 米线缆。


  在实施这个方案的过程中,有一个缺点您始终都应该考虑,那就是的电阻。一个典型的电缆通道能够包含 5 条互连线路和 100 米线缆(图 2)。这项建议标准规定,通道的两条路径之间的电阻差额不能超过两条路径总电阻的 3%,计算如下:
 公式方程 1
  其中 RMAX 电阻较高路径的电阻,RMIN是电阻较低路径的电阻。
  在电流最大时,该等于变压器核心上10.5mA的偏流。在各种公差和温度条件下,100BaseTX 的变压器的最低电感为 350μH,直流偏流不超过 8mA。如果变压器只能容忍这么大的偏流,那么在变压器达到 267mA (见方程 2)的饱和值之前,它会降低供电设备能够交付的最大电流。
公式方程 2
  考虑这样一种情形,只有一条 5 m软线 (patch cable) 分隔供电设备和受电设备。这种不符合建议标准的情形,能导致电流失衡值超过 42mA。您可以核实这一事实,方法是把方程 3 中的 RB 设为零,并解出 IIMBAL。
为了把电流能力恢复为 350mA,您需要稳流电路。这种解决电缆和连接器失衡问题的方法,在传输通道和接收通道的各端都利用了两个电阻器。
图 3,为了把电流能力恢复为 350mA,您需要稳流电路。这种解决电缆和失衡问题的方法,在传输通道和接收通道的各端都利用了两个电阻器。


  为了把电流能力恢复为 350mA,您必须采用稳流电路。图 3 详细描绘了一种利用两个电阻器解决电缆和失衡问题的方法。请注意,传输通道和接收通道的各端都需要稳流电阻器。增加电容器,并与电阻器并联,可以帮助把稳流电阻器导致的信号损耗降至最低程度。您应该选用电容器,以便在最低的信号频率时,实现低阻抗。虽然电容器的值取决于实施情况,但如果选用0.22μF电容器,则在 100kHz 时,损耗小于 0.5dB。
  表 1 详细说明了在最低温度和最高温度时,不同电缆尺寸的电阻。后面的计算利用这些电阻值来求失衡值和电压降。
电缆阻抗
表1 电缆阻抗


  为了计算稳流电阻,典型的最大配置使用了 5 个连接器。在每个连接点,一个触点的测量值为 0Ω,另一个触点的测量值为 0.02Ω,这是 IEC 512-2 允许的最大电阻。而且,模型使用了一条 5米长的 22 AWG 电缆,这是因为较长的电缆可以减少连接器的影响在失衡中的比重。描述这一相互作用的方程如下:
 公式 方程 3
  其中 IOUT(来自 PSE 的最大电流)=350mA,IIMBAL(两对线路之间的电流差额)=58mA,RC(5m 22 AWG 电缆)=0.24Ω,RB(稳流电阻)=6.6Ω,RCONN(5 个连接器的触点总电阻)=0.1Ω.
  在这些条件下,最坏情形下的电流失衡值为 6.25mA。使用 3.3Ω 镇流电阻器,可以提高与电缆有关的总电压降,提高幅度为:
 公式  方程 4
  建议标准要求,供电设备提供的最低电压应超过 44V,受电设备的最高电压不超过 36V。在最大电流时,这个 8V 的余量允许供电设备和受电设备之间的各条传导路径的电阻高达 45.7Ω。即使在最坏情形的温度条件和公差条件下,使用 3.3Ω 镇流电阻器,并与 100m 26 AWG 电缆串联,也能提供 0.28V 的余量:
 公式方程 5
  在过流情况下,稳流电阻器会产生最坏情形功率耗散,建议标准把它设为 450mA。在这种情况下, 稳流电阻器的额定瓦数为:
  公式 方程 6
  因此,额定值为 0.25W 的电阻器满足要求。
  有了 IEEE 建议的最新标准,功率要求不高的 LAN 设备现在可以选择从中央集线器获得电力。不过,采用这一功能时,您应该考虑增加稳流电阻器,来消除使绝缘变压器饱和的可能性。
  实施稳流电阻器的一种替代方法是设计一个定制的磁性模块,它能够适应更大的偏移电流。这种方法的不利方面是成本更高,模块尺寸更大,这主要是由于该设计需要更大的磁性结构。而且,当用最短距离把供电设备和受电设备分隔开的时候,电流可能为 42mA,设计一种能容忍这种情况的变压器,在经济上是不现实的。
  当然,您可以选择什么都不做,这种情况下,变压器可能会饱和,而信号恢复工作将由物理层芯片中的基线游离纠正电路来承担。糟糕的是,一些现有的 LAN 芯片缺乏此类电路。

本文引用地址:http://www.amcfsurvey.com/article/177218.htm


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