DIE WAHRHEIT ÜBER DAS
POWER OVER ETHERNET DESIGN.
In der Vergangenheit wurden viele
Artikel, Berichte und Application Notes geschrieben, wie Power over Ethernet theoretisch
in eine Applikation integriert werden kann. Allerdings geben diese Berichte nur einen
Überblick über den IEEE 802.3af Standard (Power over Ethernet, PoE) und darüber, wie
Strom aus einem CAT5e Kabel extrahiert werden kann. Der folgende Artikel ist ein
praktischer Wegweiser und beinhaltet die Thematik, wie man ein Gerät mit PoE entwickelt.
Der erste Teil in einer solchen Schaltung (Bild 1) ist die „Polarity
Protection", auch „Auto-
Polarity Circuit" genannt. Dieser ist notwendig, da der Standard eine Einspeisung der
Leistung über ein CAT5e Kabel auf mehrere Arten erlaubt.
Die „Alternative A" (Bild 2) zeigt die Einspeisung über die Adern der
Datenleitungen. Da die Leistung über die Zentralpins der Übertrager eingespeist wird,
kann das positive Potential entweder auf dem TX-Aderpaar oder auf dem RX-Aderpaar liegen.
Gleichzeitig kann auch ein ausgekreuztes Kabel verwendet werden. Aus diesem Grund muss das
angeschlossene Gerät die Polarität erkennen und entsprechend agieren. Diese Aufgabe kann
durch einen einfachen Brückengleichrichter gelöst werden, welcher auch vom Standard
vorgeschlagen wird.
Die „Alternative B" (Bild 3) wäre die Anschaltung über die freien Aderpaare
bei
einem 10Base-T oder 100Base-T Netzwerk.
Dafür gibt der Standard vor, dass das Adernpaar 4 und 5 auf die Versorgungsspannung und
das Adernpaar 7 und 8 auf Potential 0 gelegt werden. Da dies bei dieser Anschlussart fix
vorgegeben ist, reichen hier 2 einfache Dioden am Vin2 Eingang aus, um das Gerät vor
einer Verpolung zu schützen.
Bei 1000Base-T Netzwerken sieht die Kabelbeschaltung etwas anders aus. In diesem Fall
werden allerdings alle 4 Adernpaare genutzt. Wenn man in so einem Netz das Endgerät
genauso anschließt wie zuvor beschrieben, verursacht man einen Kurzschluss zwischen je 2
Aderpaaren und riskiert damit nicht nur die mögliche Zerstörung des Endgerätes, sondern
auch des Switches / Hubs / Midspans (PSE), von dem das Gerät gespeist wird. Bild 4 gibt
somit ein Beschaltungsbeispiel in einem 1000Base-T Netzwerk wieder.
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Der zweite Schaltungsblock ist die Identifizierungsschaltung (Signature Resistance und
Current Classification). Um sicherzugehen, dass ein Gerät ohne PoE nicht auf 48V
angeschlossen wird, schickt das versorgende Gerät zu Beginn nur eine Spannung zwischen
2,7V und 10,1V und erwartet einen sogenannten Signaturwiderstand von 25kOhm. Die maximale
Kapazität muss dabei unter 150nF liegen. Beachten Sie dabei, dass dieser
Signaturwiderstand eine Leistung von ca. 130mW (25kOhm bei 57V) verarbeiten muss. Die
Current Classification informiert das versorgende Gerät über die maximale
Leis-tungsaufnahme des versorgten Gerätes.
Nach einer gültigen Signaturidentifizierung hebt die PSE die Spannung auf einen Wert
zwischen 14,5V und 20.5V an, misst den Ausgangsstrom und bestimmt so die Leis-tungsklasse
des angeschlossenen Gerätes (siehe Tabelle PD Power Classification).
Der dritte Block ist für die Abschaltung bei Unterspannung. Da der nachgeschaltete
DC/DC-Wandler während der Signaturprüfung nicht in Betrieb sein darf, nimmt dieser Kreis
währenddessen die Spannung von der nachgeschalteten Spannung an. Laut Standard muss
dieser Kreis, wenn die Spannung auf
unter 30V fällt, die nachfolgende
Schaltung abtrennen und wieder ans
Netz bringen, wenn die Versorgungs-
spannung über 35V (42V/350mA aus
der PSE bei 20Ohm Leitungswiderstand)
ansteigt.
Der letzte Block ist der DC/DC-Wandler. Dieser muss die erhaltene Eingangsspannung von 36V
bis 57V auf die in Schaltungen üblichen 3,3V, 5V oder 12V umwandeln. Die einfachste
Lösung ist die Verwendung eines Spannungsreglers, welcher diese Umwandlung unter
maximaler Last durchführen kann.
Wie Sie sehen können, ist ein PoE Design von Grund auf nicht einfach. Um diesen
verschiedensten Fehlerquellen beim Design zu entgehen, hat SILVER TELECOM eine Reihe von
PoE Modulen auf den Markt gebracht, welche alle beschriebenen Funktionalitäten anbieten.
Setzt man diese ein, ist nur eine sehr geringe äußere Beschaltung notwendig. In der
nebenstehenden Tabelle sehen Sie eine Auswahl der verschieden PoE Module von SILVER
TELECOM.
Für Ihre Anfragen stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung!
Ondrej Gavura, DW 953
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