有線乙太網路提供更安全的連接，也不會像高畫質串流影片因資料占據太多流量而拖慢無線網路。現在，802.3bt透過乙太網路可為每個裝置增至高達90W的功率，毋需接上電源。自供電感測器和物聯網裝置可望蓬勃發展。另一方面，晶片、模組和開發系統已可採用現有解決方案，以支援最新乙太網路供電標準。
乙太網路供電(PoE)乃是因應供電裝置(PD)之間快速及高經濟效益的網路通訊需求不斷成長所發展。國際電機電子工程師學會(IEEE)制定了各項安全標準，以便支援共享網路連接的設備。自2003年以來，IEEE已批准並推出了多項標準版本。針對傳送速率較慢的10Mbps 10Base-T和100Mbps 100Base-TX，四對5類(CAT5)雙絞線中只有兩對用於傳輸訊號，其餘兩對雙絞線用於向終端設備供電(圖1)。
圖1 兩對電纜資料傳輸圖說明了兩對電纜的電源連接方式。電源僅在兩對黑色電纜上傳輸，但四對電纜都可傳輸資料。
圖片來源：Microchip/Microsemi
有些標準使用未占用的電線(版本B)作為電源和地線。版本A則同時傳輸訊號和電源，例如用於音訊電容麥克風的-48V幻象電源(Phantom Power)。這種技術可以讓每對雙絞線產生電壓差，這樣就能在不干擾各電壓電位差分訊號的情況下提取電源。
另一項演變的標準4PPoE則使用所有四對雙絞線供電，並能提供更高的功率，不僅僅適用於電子設備，還包括電動旋轉式攝影機、緊急照明光源、送風口致動器、繼電器和幫浦。
有趣的是，PoE並不是網路供電技術的先河。早在幾十年前，RS-232型網路方案便開始使用4線RJ-11電纜為遠距離傳輸/接收和整流交流電。整流後的交流電不受電纜阻抗的限制，並且所有交流電都有一個用於不歸零(NRZ)訊號的公共接地參考。 為什麼選擇有線連接？
有了Wi-Fi、藍牙(Bluetooth)、Zigbee和超寬頻(UWB)等許多可靠的無線協定，為什麼還有人想使用有線連接？首先，並非每個需要控制或監控的遠端位置都能連接電源。埋入建築物中的感測器和執行器可能位於爬行空間、閣樓、通風孔內，甚至是無法容納人員的位置。這時，獨立供電的有線連接可能是唯一的辦法。同樣地，緊急照明等關鍵系統在主電源斷電時，仍然可以使用PoE電源繼續工作。這在緊急情況下(例如摩天大樓中的逃生間需要持續照明)尤為重要。由於無線連接較容易發生干擾壅塞，有線連接相較可靠，不容易遭到破壞，這也是所有安全系統非常重要的考量。
最新標準IEEE 802.3bt
早在2003年，802.3af標準就可以提供15.4W的功率，對於嵌入式、埋入式和分散式感測器系統來說相當足夠。攝影機、網路電話機以及無線區域網路接取點也利用了這項優勢。2009年推出的IEE 802.at標準允許每根電纜提供最高30W的功率，為使用者介面終端機和低照度照明等可能較耗電的應用打開了大門。現在更是可用於擴音和警報系統。
2018年批准的最新IEEE 802.bt標準獲得了廣泛關注，其中802.3bt第3類設備的功率將達到60W，802.3bt第4類設備的功率甚至將達到90W。這項標準不僅支援單埠端點應用，也支援遠端多埠實現，意即各埠都支援高達90W的多埠交換器。此外，還可用於電磁線圈、馬達和其他機電功能，如緊急開門或駕駛座鎖定系統。
802.bt PoE符合USB-C需求
PoE轉USB-C介面隨著最新PoE和USB標準的出現逐漸流行起來。這可以讓筆記型電腦、平板電腦和更複雜的使用者介面連接到有線網路，在使用和充電的同時還能傳輸資料。
厲害的還在後頭。有線PoE埠與USB-C埠之間的介面可以改變資料流程架構，連在住宅和公寓中也可以做到。儘管Wi-Fi能輕易做到這一點，但試圖爭奪同一空間的人員和裝置越多，就可能會產生延遲，甚至導致性能下降。將串流媒體電視等大資料來源從Wi-Fi移除，便可以提高公寓樓等流量嚴重壅塞區域的可用頻寬。藉由有線USB-C埠便可為手持裝置、固定功能單元(如全屋A/V分配使用者介面)、雲端和物聯網裝置提供更多充電器埠。
許多建築物已安裝乙太網路布線、交換器，甚至路由器。使用網路和雲端連接、重新建構資料流程乃至沿用舊系統，對於使用標準功能和限制使用專有增強功能的用戶非常重要。如果一台設備符合當前標準，也與舊系統向後相容，那麼網路就可以對資料流程和系統性能進行最佳化。
mPoE化解標準互通性障礙
有業者如Microchip的多乙太網路供電(mPoE)技術，能有效為有線網路設備供電，是乙太網路應用的解決方案。mPoE利用專有設計的演算法，實現了與暫行標準供電裝置的向後相容性，也支援所有IEEE PoE標準。而該mPoE也是諸如IP電話、無線接取點(WAP)、IP監控攝影機、5G小基站、LoRa閘道、LED燈具、門禁終端機和其他物聯網裝置等傳統網路裝置的解決方案。
設計靈活、可擴展、可靠、經得起未來考驗，又能因應業務成長的網路至關重要。隨著業界逐漸開始採用新一代PoE技術，透過單條乙太網路電纜管理資料和電源，在單個乙太網路基礎設施中，同時使用暫行標準供電裝置與相容IEEE 802.3bt的新供電裝置，成為越來越多裝置開發商將面臨的挑戰。有些供電裝置(PSE)晶片模組採用mPoE技術，因此支援符合暫行標準和IEEE標準的裝置在同一網路上協同工作。PoE電源供應器(Injector)/中跨(Midspan)和PoE交換器採用了這項技術，得以在任何網路中快速簡單地部署該mPoE技術，而毋需更改現有交換器或布線，解決不同PoE標準和傳統解決方案之間的互通性問題，並提供國際網路供電標準。
本文提及的mPoE方案同時支援PoE 1、PoE 2、PoE+、IEEE 802.3af/at/bt、傳統af/at、12.5K、UPoE、Class 4 60W和PoH標準，這項技術能夠靈活快速升級網路設計，以滿足業務需求，為現在乃至未來的物聯網網路供電提供必要的可擴展性和互通性。 例如Microchip為原始裝置製造商(OEM)針對單埠隨插即用PoE 802.3bt模組提供了多個配置，應用於符合日本、歐洲和美國標準的60W中跨裝置。單RJ45連接器支援10/100和1G速度，可提供60W功率。藉由傳統支援和型號(如戶外現成PD-9501GCO IP67單埠PoE中跨)，基礎設施可以容易整合至支援這些增強功能和優勢的新結構和現有結構中。此外，還可以使用多埠現成解決方案，如PDS-408G PoE交換器等8埠PoE BT交換器最高傳送速率達1G，可提供高達480W的功率。
設計人員可以使用諸如Microchip的控制器設計，整合乙太網路、USB、混合訊號裝置，甚至利用乙太網路設計經驗，將PoE優勢融入到乙太網路IC等PoE供電交換器中(圖2)。如PD70xx與PD-Imxx PoE開發工具等開發組合，可幫助不瞭解這項新技術的設計人員，以較低的成本和風險快速地進行測試、評估和開發。
圖2 使用供電交換器和隔離電路可容易新增符合802.3bt規範的乙太網路供電系統。
圖片來源：Microchip/Microsemi
結論
越來越多的供電裝置透過有線乙太網路取得安全可靠的連接。自2003年採用第一個乙太網路供電標準以來，乙太網路供電的使用量便迅速增加，同時擴展到了新的應用領域。影響乙太網路供電應用於新領域的主要限制因素是可用功率的大小。雖然15.4W的電源足以滿足多數網路電話和802.11a/b/g接取點的需要，卻不能滿足支援如PTZ安全攝影機、資訊亭、POS終端機、精簡型用戶端、802.11ac和802.11ax接取點、小基站及連線LED照明等額外裝置的高功率需求。而新一代標準IEEE 802.3bt可透過四對CAT5e及高階電纜提供90W的功率。
(本文作者任職於貿澤電子)