网络变压器 POE、POE+及UPOE+功能的概念和技术原理

网络变压器(Ethernet Transformer，也称数据汞/网络隔离变压器)模块是网卡电路中不可或缺的部分，它主要实现以下四个功能：

1.满足IEEE 802.3电气隔离要求
2.无失真传输以太网信号
3.辐射发射的抑制 电气隔离
4.在网络通讯时同时提供直流供电，即PoE功能

本文将就网络变压器的PoE、POE+、UPOE+功能做一个详细的描述。

一，POE、 POE+、 UPOE+的特性简介

PoE全称为Power Over Ethernet，是指通过10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T、2.5GBASE-T和10GBASE-T等以太网铜缆供电，其可靠供电的距离最长为100米。通过这种方式，可以有效的解决IP电话、WLAN AP、便携设备充电器、刷卡机、摄像头、数据采集等终端的集中式电源供电，对于这些终端而言不再需要考虑其室内电源系统布线的问题，在接入网络的同时就可以实现对设备的供电。

在PoE系统中，提供电源的设备被称为供电设备（PSE），使用电源的设备称为受电设备（PD）。如基本的网络通讯架构中，PoE交换机为PSE，其它IP电话，WLAN AP，摄像头等都是PD等

PoE技术由于其易于安装，易于管理，安全稳定，广泛应用于家庭应用，无线建网，安全防护，零售，娱乐等场景。当前基于802.3af标准的PoE最大能提供15.4W的功率，基于802.3at标准的PoE+最大能提供30W的功率。但随着业务种类和新式终端的涌现，对输入功率有着更宽的要求，需要提供更高的功率，华为在802.3at的基础上提出了802.3bt草案，该草案第一次提出了UPOE+概念，基于802.3bt标准的POE+能够提供90W的大功率输出，进而可以适配更多的终端功率需求。

UPOE+和PoE、PoE+的具体性能参数对比如下表所示：

类别	PoE	PoE+	UPoE+
标准	802.3af	802.3at	802.3bt
供电距离	100m	100m	100m
分级（Classification)	0~3	0~4	0~4
最大电流	350mA	720mA	960mA
PSE输出电压	44~75V DC	50~75V DC	50~75V DC
PSE输出功率	<=15.4W	<=30W	<=90W
PD输入电压	36~75V DC	42.5~75V DC	42.5~75V DC
PD最大功率	12.95W	25.5W	81.6W
线缆要求	Unstructured	CAT-5 or better	CAT-5 or better
供电线缆对数	2	2	4

二，POE 、POE+ 、UPOE+设备的供电方式

PoE供电系统包含两种设备PSE和PD。
PoE标准为使用以太网的传输电缆输送直流电到PoE兼容的设备定义了两种方法：中间跨接法Midspan和末端跨接法Endpoint。

中间跨接法( Midspan)：PoE功能在交换机外，应用于普通交换机与网络终端设备之间，可以通过网线给网络终端设备供电。Midspan PSE（中跨供电设备）是一个专门的电源管理设备，通常和交换机放在一起。它对应每个端口有两个RJ45插孔，一个用短线连接至交换机，另一个连接远端设备。

末端跨接法(Endpoint)：PoE功能集成到交换机内，因而省去了需要设置独立输电的专用线和设备。市场现有支持POE供电功能的交换机供电系统全部集成在设备的内部，属于末端跨接法Endpoint方式的PSE设备。下面我们就只介绍末端跨接法Endpoint方式供电。

标准的五类及以上类型网线有四对双绞线，IEEE80 2.3af标准定义了PI（Power Interface：PSE/PD与网线的接口）。PI有两种方式Alternative A（线对1、2和线对3、6）和 Alternative B（线对4、5和线对7、8）的供电模式。

PSE不允许同时应用以上两种情况，只能提供一种用法，但PD必须能够同时适应两种情况。对于10BASE-T和100BASE-T，只用到其中的两对作为数据传输，即线对（1、2）和（3、6）为信号线，线对（4、5）和（7、8）为空闲线。市场上大部分交换机只支持Alternative A方式，即只支持信号线供电。

如下方图1所示，利用信号线（1，2，3，6）同时传递数据和电源。应用信号线供电时，将DC电源加在传输变压器的中点，可以把线对（1、2）链接形成正（或负）极，把线对（3、6）链接形成负（或正）极。传输数据所用的芯线上同时传输直流电，其输电采用与以太网数据信号不同的频率，不影响数据的传输。

对于1000 BASE-T和10G BASE-T，4个线对均传输数据，故无空闲线对 Alternative A和Alternative B均采用数据对供电。市场上很多交换机只支持Alternative A方式，如下方图2所示，利用信号线（1，2，3，6）同时传递数据和电源。

在PoE和PoE+情况下，PSE采用两对线对提供15.4W和30W的功率输出。UPOE+把单端口的4对线对都用来传输PoE功率，其中线对（1、2）和（3、6）和 PoE/PoE+传输功率连线一致。另外把线对（4、5）和（7、8）也用来传输功率，其中线对（4、5）接负极，线对（7、8）接正极，每两对线可提供45W功率，即线对（1、2）和（3、6）提供45W，线对(4、5）和（7、8）也提供45W，所以加起来PSE对外可以提供90W功率。

如下方图3所示，为10 BASE-T和100 BASE-T情况下4对线对UPOE+供电的连线图，信号线对（1、2）和（3、6）对外提供45W功率，空闲线对（4、5）和（7、8）也提供45W功率，PD同时接受这四对线对的供电。

下方图4为1000BASE-T和10G BASE-T情况下4对线对UPOE+供电的连线图，线对（1、2）和（3、6）对外提供45W功率，线对（4、5）和（7、8）也提供45W功率，PD同时接受这四对线对的供电。

UPOE+，对外可提供90W的功率输出，采用4对线对来传输功率，线对（1、2）和（3、6）对外提供45W功率，线对（4、5）和（7、8）也提供45W功率，总共就可提供90W的功率输出。

小结 通过以上描述可以很清楚的看到，通过增加空余线对的供电即可达到高达90W的功率输出。即在千兆，万兆网络变压器中，如果POE性能达到正常输出45W的情况下，通过改变供电方式就能达到UPOE+的供电性能。