業界引頸期盼已久的IEEE 802.3「4對線乙太網路供電的實體層和管理參數」(也稱為IEEE 802.3bt-2018和PoE++標準)總算正式公佈——該標準於去年12月獲得批准,並於今年1月正式發佈。

這一點也不令人意外,畢竟該標準已經存在多年了。元件和產品供應商一直在使用其先期版本來開發支援IC和交換機——例如微芯科技(Microchip Technology)旗下子公司Microsemi的PDS-408G PoE交換機(圖1)。如今,供應商們可以開始把產品標記為「合規」了。(當然,他們應該一直在密切關注這項標準,並進行最終的審核)。

PDS_408G_PoE_switch_Microsemi

圖1:在IEEE 802.3 PoE++升級標準正式批准後不久,Microsemi隨即發佈了PDS-408G PoE交換機。(來源:Microchip)

在此並不詳細討論最新PoE版本的規格和功能,網路上可以找到很多這方面的資源。簡言之,在適當的環境下,如果乙太網路(Ethernet)佈線無誤,就可以為負載提供高達100W的功率。這一功率級相當高,足以驅動各式各樣的裝置,包括LED區域照明。

但誰需要PoE++呢?(相較於正式但沒什麼辨識度的IEEE命名,我個人更喜歡PoE++這個非正式的描述名稱。)顯然地,建築師和辦公室照明安裝人員將會率先試用。在《佈線安裝與維護》(Cabling Installation & Maintenance)出版刊物中,就針對該標準進行了大量的報導,不只是針對IC或產品設計人員,還從必須安裝PoE++系統的人員觀點,提出了以現實為基礎的現場看法。

在該期刊中,最近的一篇文章《IEEE 802.3bt標準對擴展PoE市場的影響》(The IEEE 802.3bt standard’s impact on the expanding PoE marketplace)提供了初步的介紹,而《聚焦佈線創新者》(Cabling Innovators Spotlight)這一簡潔的案例研究則以一個非常真實的例子(當然還有其他案例介紹),介紹PoE++如何用於辦公室照明。因此,PoE++已然到來;真實,而且落實於現場應用。

值得注意的是,PoE++的功率等級更高,但並不只是針對現有乙太網路佈線進行簡單升級。首先,它必須使用新的6A類(Category 6A)乙太網路佈線,而且它還提供了從1到8總共8個功率等級。透過乙太網路聯盟(Ethernet Alliance)所提供的認證標識,即可辨識新的佈線。乙太網路聯盟是一個廠商中立的獨立組織,專注於乙太網路技術的發展,並對IEEE標準進行推廣行銷(圖2)。

圖2:乙太網路聯盟開發其包裝標識,用於指示IEEE 802.3 Cat-6A佈線的合規性等級。(來源:乙太網路聯盟,在《Cabling Installation & Maintenance》中發表)

儘管業界為此進行了各種努力,但我擔心市場上也會出現貼有這些標識的偽造Cat-6A電纜,宣稱可以達到性能要求但實際上卻無法提供。根據《Cabling Installation & Maintenance》以及其他資料來源所述,這在Cat-X佈線時就經常遇到,要對佈線進行現場驗證或確認也非常困難。只有在安裝了佈線、經過使用或歷經幾個月之後,偽造線纜的缺陷才會暴露出來。

即使是使用了真正的電纜,也可能存在嚴重的散熱問題,尤其是在未考慮資料線纜耗散的情況下,這個問題可能特別麻煩。這會產生IR壓降和I2R損耗,引起自發熱現象。由於PoE++ Cat-6A佈線通常緊密捆綁其他PoE++線束,甚至是在電纜線槽或封閉管道中的交流(AC)電源線中,這個問題就變得非常棘手。因此,鑒於可能出現明顯的溫度上升,實際的額定功率會遠低於100W。這已引起美國國家電氣規範(NEC)的顧慮,使其從可容許的包裝、過熱和可能的燃燒等方面來解決這個問題。

PoE++具有許多潛在的優勢,不僅可以實現更多且更好的電力控制,而無需為電源及其控制部署高壓AC線路,而且還可以免除或減少需要合格技術人員維修電纜的次數。但這還只討論到安裝佈線方面的好處。我擔心的是,PoE++正將一個由電源、開關、銅纜和負載所組成的簡單迴路,轉型至另一個由協定驅動的系統。對於這樣的系統,我們必須為其進行複雜的查詢、響應和驗證,才能在使它首次啟動後保持正常工作。

這種直連方法易於連接、除錯簡便,可支援的功能不勝枚舉。但是,當我們開始為資料優先(data-first)的電纜(例如PoE++或USB-C,甚至RS-232/485)添加電力傳輸與管理,或為主要的電力傳輸電纜(電力線寬頻)添加資料功能時,在啟動和測試方面很快地就會變得棘手。當然,為電力線添加低速資料功能,對於智慧電表來說還可行,但電力線寬頻(BPL)可就不一定了——它需要使用很多主動和被動元件使其合併,同時保持安全性。

PoE++大概介於二者之間——其電壓等級足夠低,短時間的安全不成問題,但仍然需要在每個終端對主動、被動和磁性元件進行合併,然後再將資料與電源分開(圖3)。當然,工程師已經為其應用設計了許多「自定義」的非標準方案——但這又是另一個全然不同的話題了。

圖3:針對PoE安裝,這種大幅簡化的方塊圖只能看出一開始需要將哪些東西合併,然後將電源與資料分離。實際情況要複雜得多,涉及冗長的BOM以及許多主動與被動元件。(來源:Kintronics)

那麼,PoE++將會應用在哪裡?它會變得普及尋常嗎?或者其應用是否僅限於高度專業化的應用,例如商業建築照明與控制?它會成為另一個「有希望的競爭者」,但卻無法如預期般地流行嗎?等到5年後再回過頭來看看,可能會非常有趣。畢竟,也許USB的開發人員早已料到,在PC及其鍵盤/滑鼠之間的低速、低成本互連,將在短短20年內(USB在1990年代中期推出)被用來實現高速資料和電力傳輸,但我懷疑大多數設計工程師都不曾想過。

您對PoE++(以及PoE+和基本PoE)的優勢和市場需求有何看法?從您的角度來看,任何重大的新方案是否「不經歷風雨,怎麼見彩虹」?

(參考原文:Will PoE++ be helpful, a headache, or both?,by Bill Schweber)

本文同步刊登於電子技術設計雜誌2019年8月號