ＰｏＥ提升傳統應用，展現巨大市場空間

最近一次去美國硅谷出差時，我特別留意了一下隨身攜帶的電子設備及其充電器，筆記本電腦、數碼相機、手機、iPod、電動剃須刀，雖然手機也有一個照相機，但總覺得不如專門的數碼相機運用自如。這些基本必須要帶的物件各有一個充電器或者(和)電源適配器，再考慮到有時需要用到的電源插座轉換器，可以說占去了行李箱大部分空間，尤其是筆記本電腦的電源適配器，重量和體積最突出。想象是否可以有一天，我們不再為這些千奇百怪的電源適配器、充電器困擾?答案是肯定的，而且距離我們已經不遠。以太網供電技術的普及將使為數眾多的電子設備擺脫數據傳輸線和電源線分開的尷尬局面，暫且不談是否由此導致新應用出現，單就是應用于傳統各個領域，足以形成巨大的應用市場，也給產業發展帶來深刻的變革。

PoE技術未來應用熱點

Silicon Laboratories公司高電壓產品方案市場經理Phil Callahan認為，我們從PoE的應用范圍看到巨大的增長潛力。PoE市場目前由無線接入點(WAP)、VolP電話和帶網絡攝影機在內的安全系統等三大應用主導，它們現都集中于企業網絡市場。隨著PoE技術在企業市場的應用普遍化，企業用戶將期望他們在家里也能享受同樣便利。這項轉變將創造龐大的SOHO市場服務需求。光是省下纜線或DSL調制解調器、打印機、無線接入點、安全和家庭自動化系統所需的外接電源供應器數目及成本就會帶動消費應用對于PoE的需求。他補充說，就地域而言，北美與歐洲是目前主要的PoE市場，但我們在亞洲看到了未來增長潛力。工業應用的市場商機正不斷擴大，它將帶動亞洲PoE市場的發展。設計復雜性是PoE市場的主要障礙。設備制造商必須大幅簡化他們的設計。IEEE的標準制訂作業確有助于生產流程簡化，但芯片供貨商也要采取相應行動。

PoE技術作為一種新興技術，一些廠商在技術應用和產品設計等方面還存在有許多不明確之處，也存在一些對這項技術的疑問。凌力爾特公司(Linear Technology Corporation)混合信號產品部設計工程師Jacob Herbold認為，在專為接收PoE功率而設計的產品中，VoIP電話和無線接入點占了大多數。然而，我們有的客戶把PoE引入了全新的應用中。在802．3af功率級上，我們并未發現針對PoE的重大障礙，并且預計PoE市場將憑借諸如工業和高端消費產品等新應用和新市場的出現而繼續成長。JacobHerbold先生補充說，對于術語“以太網供電”(或PoE)與802．3af標準，人們在理解上存在著混淆。我們發現了一些奇怪的事情，例如，某些市售的“PoE”設備給空閑對施加的是12VDC電壓(而未采用任何檢測協議)。雖然此類設備并不多見，而且不是由著名公司制造的，但是，它們確實給我們的一家客戶帶來了麻煩，這家客戶曾不得不重新設計其產品，以便同樣采用來自以太網電纜的12VDC電源。當最終客戶對PoE有了更多的了解之后，他們將會要求使用802．3af產品，而且，對于該特殊問題，相關廠商應予以處理。

德州儀器電源接口產品部以太網電源產品業務發展經理MichaelMcCormack認為，毫無疑問，當前市場的推動因素是lP電話與無線接入點設備。我們看到，當前市場的發展趨勢是，IP攝像頭、標記閱讀器與開門器等安全設備將發展為未來的新一代最佳應用。從這方面來說，針對攝像頭與開門器的需求確實有力推動了市場發展，不過廣域網仍是目前最主要的需求來源。

PoE將帶給工業應用巨大變革

傳統上工業領域傳輸電力和數據的唯一方式是現場總線，但隨著IEEE802．3af規范的確立，以太網供電技術正在為工業控制等應用領域看好。雖然以太網供電技術只能達到給功率低于13瓦的用電設備供電，也足以形成非常廣泛的工業應用領域和非常巨大的市場潛力，就目前看，多數傳感器應用所需要的功率只有5-10瓦之間，隨著節能技術的更新，以太網供電技術可望應用到更多領域，如工業監控和數據采集系統、IP電話、安全保密設施中的掃描器、監控用視頻攝像機等等。

凌力爾特公司(Linear TechnologyCorporation)混合信號產品部設計工程師Jacob Herbold認為，由于能夠輸送功率，因此以太網在工業應用中就更富有生命力了。在使以太網成為那些專為工業應用而設計的總線的可行替代方案的過程中，用于數字處理、MAC和PHY的低成本芯片同樣重要。我預計將會出現其它問題，比如：堅固性足以滿足工業用途需要的連接器的標準化，它在上業通信中接納以太網的步伐可能較為緩慢。另一方面，對于工業最終用戶來說，互用性和標準化以及以太網的顯著特點都是重要的優勢。

現代工業控制數據傳輸系統最先使用的是調制解調器和串行接口，其中采用最多的是現場總線。但隨著工業以太網技術在過去幾年時間內逐漸為產業接受和采用，這種標準化技術克服了不同廠商之間產品存在的互操作性問題，同時在技術上已經成熟，系統維護和故障修復較之以前的現場總線有明顯改善。對于該領域的用戶來說，這種標準化、互操作性、以及向后兼容等特點免去了由于系統和應用升級造成的投資損失，沒有后顧之憂。而對于設備供應商來講，高度標準化的產品意味著可以做到非常大的批量，降低單位成本和培訓、維護等費用，有助于為更多的用戶和更多的應用領域接受，開拓更大的市場空間。

盡管當今許多任務業應用不需要特別高的帶寬，但隨著工業監控系統、安保ID識別掃描器、以及視頻監控攝像機等應用進一步普及，對于以太網技術的需求會更快提升，而以太網供電技術將使應用范圍遠遠超出之前現場總線所能達到的范圍。以太網供電技術將會徹底改變未來的辦公室設置，有分析家認為，在今后三到五年內，所有現有的以太網網絡系統都將配備有隨時可用的PoE插口。

受電設備和供電設備面臨主要挑戰

以太網供電技術由于是一種新興技術，對于許多設計工程師而言，PoE產品的設計，無論是受電設備(PD)，還是供電設備(PSE)，即使這些產品設計工程師具有熟練的以太網技術和經驗，都是一種獨特的設計挑戰。雖然以太網供電技術允許受電設備從以太網得到l2．95W的功率，但如何去檢測和分類這些不同種類的受電設備，最終為符合規范的受電設備正常供電，這其中最人的工作負荷是由供電設備承擔，如果供電設備未能準確、有效地完成檢測、分級、供電或者斷電等任務，可能造成的后果難以想象。一是可能對已有的受電設備造成破壞，二是可能對網絡基礎設施，包括網絡運行設備形成小安全因素。但從另一方面看，供電設備又不可能做所有的工作，一旦完成受電設備的檢測、分級和開始供電之后，供電設備將認為受電設備符合以太網供電技術規范802．3af，因此無論是受電設備設計，還是供電設備設計都必須擁有兩方面的全面理解和專業技能，統一考慮受電設備和供電設備設計。

Jacob Herbold介紹說，在凌力爾特公司，我們認為自己的客戶不必把人量的注意力放在PoE接口的細節上。我們的工作就是向客戶提供清除了這些復雜性的芯片，這樣，工程師們就可以把精力集中在那些能夠使其產品在競爭中脫穎而出的工作上。檢測和分級完全由PoE接口芯片來處理。PD設計師需要專注于PoE接口芯片無法控制的內容：PD吸收功率的大小、用于使DC／DC轉換器產生的噪聲遠離以太網電纜的輸入濾波。最大的難題是確保PD能夠承受實際使用場合中的應力：ESD、電纜放電、熱插拔等等。該難題一般可通過采用所有推薦的外部組件并遵循PoE接口芯片數據表中的設計指導準則而得以解決。而在PSE方面，在克服了現場應力這一難題之后，設計師必需集中力量來提供一個穩定的48電源、解決散熱問題并實現正確的電路板布局。

Silicon Laboratories公司高電壓產品方案市場經Phil Callahan認為，成本對于PD和PSE都是挑戰。OEM廠商的營運利潤并不高，他們需要能為其產品提供合理成本與功能的解決方案。可靠的保護也是一項挑戰。PoE所用的以太網纜線是一種很容易受到靜電放電影響的多變環境。除非PD和PSE有能力應付這些問題，否則它們就可能造成設備損壞或故障。管理消費產品所發出的電磁干擾也是一項挑戰。美國聯邦通訊委員會(FCC)已制定多項標準來限制電子產品的電磁輻射強度。包括無線接入點、以太網絡交換器、網絡電話和安全攝影機在內，PoE主要市場里的許多產品都適用于電磁輻射限制最嚴格的FCC Class B標準。設計人員必須能確保PD和PSE符合這些標準要求。針對成本問題，德州儀器電源接口產品部以太網電源產品業務發展經理Michael McCormack也有同感，他介紹說，今天的主要挑戰與5年前一樣，就是成本問題。盡管人們在市場營銷上做了很多宣傳，但PoE仍會使許多應用的成本上升。在基礎設施方面確實有所節省，但是PD制造商必需增加成本才能采用PoE技術，從而讓最終用戶節省成本。當PD電源系統的成本降至像插墻式電源一樣低，新型應用市場就會獲得突飛猛進的發展。如果PoE攝像頭的成本能像USB攝像頭一樣，那么USB攝像頭就根本沒有市場了。如果能以同樣價格獲得本機IP設備，誰還會想添加PC連線?TI在降低PoE應用的系統成本方面一直處于市場領先地位，并將繼續推動這一市場趨勢的發展。Power Integrations針對PoE技術受電設備(Powered Devices，PD)應用推出的一個全新參考設計，該公司介紹，受家庭網絡設備、無線局域網(WLAN)和VoIP電話等應用驅動，PoE技術受電設備市場今后幾年將以復合年增長率36％左右的速度增長(VentureDevelopment Corporation，2005年6月)。Power Integrations公司推出的參考設計就是為了給客戶提供一個快速設計原型，幫助他們完成與PoE標準完全兼容的受電設備設計。新推出的參考設計基于Power Integrations公司單芯片的DPA-Switch系列產品，包含多級PoE接口以及DC—DC開關電路。PowerIntegrations公司DC-DC產品市場經理Andrew Smith認為，新推出的參考設計是一個絕佳的參考方案設計，完全兼容IEEE802．3afPoE受電設備標準，可以幫助客戶最大程度地減少產品設計面市時間。同時客戶也會發現，該參考設計為網絡產品提供了一種高效和低成本的解決方案。

Maxim／Dallas Semiconductor公司認為，PoE技術將在交換機／路由器以及許多其他設備中得到應用，這些設備需要向受電設備提供從目前來看最大15W的功率，面臨的挑戰是供電設備必須能夠對滿足IEEE802．3af的受電設備進行正確檢測和分級，一旦對受電設備開始供電，又需要隨時檢測受電設備的斷開情況，一旦發現立即停止供電，因此供電設備承擔有更大責任，不僅需要完成檢測和分級，還需要保護受電設備免受過流和短路等影響。

該公司推出的高集成度MAX5922芯片，把所有的功能集成在一起，由此可設計一個簡單和高效的供電設備方案，如圖1所示。

以太網供電技術的最新進展

最近以太網供電技術的最新進展是可能的受電設備功率進一步提高，雖然12．95W對于IP電話等設備已經足夠，但對于馬達驅動的可旋轉攝像機、多射頻接入點(Multi—radio AccessPoints)以及一些擁有彩色大屏幕顯示的電子設備，12．95W的功率捉襟見肘。目前IEEE正在起草一個新的以太網供電技術附加標準1EEE802．3at，該標準可以和802 3af完全兼容，雖然新標準規定的功率水平還沒有最終確定，但一般認為對于雙絞線系統(2－pairsystems)，可能達到的最高功率為30W，而對于四絞線系統(4—pairsystems)，可能達到的最高功率為60W。典型的五類線纜(CAT 5 cabling)只包括四對絞線，但只允許其中的兩對用來供電。因此為了提高受電設備的功率水平，一種方法是使所有四對絞線都可以用來傳輸電流，另外一種方式則是提高每一對絞線允許傳輸的最大電流。從目前的發展趨勢分析，權威人士認為功率要求在30W以下的受電設備，采用雙絞線系統無論在設計成本，還是與802．3af的兼容性方面都沒有問題，但對于超過30W的受電設備，四絞線系統則更加合適。圖2是Linear Technology公司采用LTC4258和LTC4257實現的高功率供電設備和受電設備設計。

ＴｉｍｅＱｕｅｓｔ時序分析儀為ＦＰＧＡ設計分析提供分析提供自然的ＳＤＣ支持

Silicon Laboratories公司高電壓產品方案市場經理Phil Callahan認為，SiliconLaboratories PoE解決方案的獨特整合設計引起許多興趣。Silicon Laboratories目前還在參與IEEE的PoE+標準制定工作，它能提供兩倍于現有標準的電源供應能力而達到至少30W，這將大幅增加PoE所能支持的應用范圍。他預期這項標準將在2007年中獲得通過，但現在已有公司正在設計符合此項標準的產品，例如筆記本電腦。