Power to all our friends !
Die Zahl netzwerkgekoppelter Geräte ist in den letzten Jahren regelrecht explodiert und Technologien wie VoIP oder IP-Media-Streaming haben ihren Beitrag dazu geleis-tet. Bei der Installation von IP-Telefonen oder WLAN-Accesspoints muss der Anwender nicht nur die Netzwerkverbindung über CAT-5-Kabel herstellen, meist ist noch ein kleines Steckernetzteil im Lieferumfang enthalten, das der elektrischen Versorgung der Appliances dient. Händeringend und nicht immer erfolgreich sucht er also eine freie Steckdose, denn alle sind schon belegt mit Handy-Netzteilen, DECT-Basisstatio-nen oder Settop-Boxen. Abhilfe kann hier Power Over Ethernet (PoE) schaffen, eine Technologie, mit der sich CAT-5-gekoppelte Geräte ohne zusätzliche Leitungen auf's ele-ganteste speisen lassen.
PoE ist IEEE-Standard
Power over Ethernet wurde durch das IEEE 802.3 Komitee als 802.3af standardisiert. Die Technologie erlaubt die Integration von Datenübertragung und elektrischer Versorgung auf einem Medium, i.d.R. ist das CAT-5. Inzwischen arbeitet das Komitee bereits an zahlreichen Erweiterungen des Standards (802.3at, PoEPlus), vor allem mit dem Ziel einer höheren Leistungsübertragung von maximal 30 Watt und damit der Nutzung von Laptops, Videophones, oder leistungsfähigen WLAN-Accesspoints ohne eigene Stromversorgung. PoE erinnert ein wenig an das gute alte Telefonsystem (POTS), bei dem ebenfalls die Versorgung der Endgeräte über das Telefonkabel (a/b-Ader) als Phantomspeisung erfolgte. PoE wird übrigens synonym mit Begriffen wie Power Over LAN (PoL) oder Inline Power verwendet.
Die Elemente von PoE
Wie in der Abbildung gezeigt, besteht ein PoE-System aus 2 Hauptkomponenten, zum einen das "Power Sourcing Equipment" (PSE, die Quelle), zum zweiten die "Powered Devices" (PDs, die Senken). Bei den PSEs unterscheidet man weiterhin zwischen "endspan" und "midspan" PSEs, erste liefern Daten und Power, die zweite Kategorie schleift Daten durch und addiert das PoE-Feature. Da zur Übertragung der elektrischen Versorgung das CAT-5-Kabel verwendet werden muss, hat man die Möglichkeit, entweder die nicht benutzten Pins 4,5,7 und 8 des RJ58-Steckers einzusetzen, oder die Phantomspeisung über die Datenanschlüsse 1,2,3 und 6 zu führen. Da bei bestehenden Infrastrukturen nicht sicher gestellt ist, ob die "spare pairs" tatsächlich mit Leitungen verbunden sind, wird meist die zweite Methode gewählt. Zudem weiß ein PSE beim Einschalten nicht, ob PDs angeschlossen sind, welchen Leistungsbedarf sie jeweils haben und ob nicht irgendwo im Netzwerk ein Kurzschluß existiert. Daher gibt es ein ausgefeiltes Signalisierungsprotokoll, welches die notwendigen "Erkenntnisse" beim Boot-Up ermittelt und ein ökonomisches Power Management sicherstellt. Zur Realisierung dieser Vorgaben werden also intelligente Power-Management-Bausteine geraucht, wie sie unser Hersteller Akros Silicon anbietet.
| Requirement | Value |
|---|---|
| Maximum power to PD | 12.95W |
| Voltage from PSE | 44-57V |
| Maximum operating current | 350mA |
| Line resistance | 20 |
| Resulting Voltage drop due to series line resistance | 7V |
| Resulting low Voltage at PD Interface | 37V |
PoE Operation
Der PoE Standard definiert eine pfiffige Methode, um angeschlossene PDs und ihren Leistungsbedarf zu ermitteln. Während der sog. "sequence signature detection" (siehe gelber Bereich im rechten Bild) legt das PSE eine Spannungs-rampe im Bereich von 2.8 bis 10.1 Volt mit einer Steigung von 0.1V/μs an die Versorgungsadern und prüft durch zweimalige Messung die Impedanz des angeschlossenen PDs. Da-mit findet das PSE heraus, ob ein PD angeschlossen ist und wird im positiven Fall in die Klassifikationsphase übergehen, im anderen Fall die Versorgung der Leitung ausschalten. Zur Ermittlung der Leistungsklasse des PDs ("power class") fährt das PSE die Spannung in den Bereich von 14.5 bis 20.5 Volt, worauf das PD einen definierten Strom zieht, das seine Leistungsklasse signalisiert. Abhängig von diesem Ergebnis justiert das PSE nun sein Leistungsangebot.
Das Angebot von Akros Silicon
Unser Hersteller Akros Silicon stellt mit seiner Mixed-Signal-Technologie und proprietären Implementierungen Smart-Power-Devices ausschließlich für PoE her, und zwar für die PSE-Seite genauso wie für die PD-Seite. Akros unterstützt den 802.3af-Standard sowie mit seinen neueren Bausteinen auch PoEPlus, also den 802.3at-Standard. Die wesentlichen Familien sind:
- AS1000'er - PoE-Bausteine mit nahtlosem Netzwerk-Interface. Konform mit Ethernet 10/100/1000 (Standard/Fast/Giga) und selbstverständlich 802.3af (13W) konform.Beinhalten EMI-Suppression und Surge-Protection
- AS1100'er - High Power PD Controller mit DC-DC Konverter: High power PD, Pre-Standard 802.3at (30W) DC-DC Flyback/Forward und Buck/Boost-Konverter Integrierte Polaritätsdioden mit Surge Protection, kleinster "footprint"
- EMI-Suppressor 2 und 4 Paar EMI-Suppressors für 10/100/1000-Anwendungen
- PD-Splitter 13 und 30W PD Power-Splitters für Non-PoE IP-Anwendungen.Liefert Ausgänge mit 5/12/24 Volt
