3.3V光耦合器开创崭新的以太网时代

中心议题：

• IEEE 802.3af 概况
• 介绍安捷伦3.3V光耦合器

解决方案：

• 热插拔控制器或PoE控制器IC须在PoE一致性测试中执行PD检查
• 采用3.3V 15MBd光耦合器，隔离48V电源和PSE中使用的I2C控制总线

实践证明，在五类双绞线铜线上实现高达吉位每秒(Gb/s)数据传输速率的流行以太网不仅实现了极高的传输速度，而且实现了极高的可靠性和经济性。之后，以太网革命已经从局域网(LAN)扩展到当前的城域网(MAN)。

---今天，以太网领域已经进入了一个崭新的时代。除数据传输外，可以与数据传输同时在五类双绞线铜线上传输13W 48 V功率。2003年6月12日，电气和电子工程师学会(IEEE)理事会批准了通过局域网(LAN)供电的这一概念，这一新标准称为IEEE 802.3af或以太网供电(PoE)标准。 ---自IEEE批准PoE标准以后，市场上对此进行了大量的探讨，并出现了许多成功案例。主要网络厂商如Cisco在IEEE 802.3a之前就开发了自己专有标准，这些厂商进一步扩展到支持这一新的IEEE标准。类似的，其他主要以太网交换机厂商如北电、惠普、华为、富士通等都推出了支持PoE标准的新型以太网交换机。随着以太网不断增长及同一条五类电缆上可以实现额外的附加电源功能，IEEE 802.3af可望成为市场上的流行标准。

--- 除网络厂商外，对IP分组语音和视频需求的迅猛增长也是推动PoE增长的另一个市场因素，这可望推动不同地区提高PoE IP电话、网络和安全摄像机的销售额。此外，PoE客户端不要求额外的电源线，这不仅降低了安装成本(power supply point不必铺设电源插座)，而且可以在以太网中简便地移动和布线这些设备，如可以方便地把无线接入集线器从一个地点移动到另一地点。此外，Wi-Fi或无线局域网的增长趋势还有助于推动部署更多的 PoE无线接入点。事实上，根据3Com提供的数据，到2006年，全球无线局域网硬件的销售量预计将突破4200万台。
电子电路图

---据PCIM Europe杂志2003年10月份提供的数据，由于PoE出现增长势头，不间断电源(UPS)的销售量正在呈现出不断提高的趋势。预计PoE设备中UPS的全球销售额将从2003年的2200万美元增长到2008年的6800万美元。尽管PoE不再需要为各台设备提供专用UPS，但仍需要一台集中UPS为整个网络提供备份。

---到目前为止，前期的PoE目标市场是VoIP电话、无线/蓝牙接入点和网络摄像机。

IEEE 802.3af 概况
---根据IEEE 802.3af标准，为以太网客户端设备供电的设备称为电源设备(PSE)。PoE客户端设备如IP电话、网络和安全摄像机、蓝牙/无线接入点及许多其他以太网设备称为被供电设备(PD)。
---IEEE 802.3af标准把电源定义为13W 48V，可以通过五类信号线对配置从PSE发送这一功率，其中功率从发射机(Tx)和接收机(Rx)信号变压器中央分接。还可以通过五类备用线对配置传送这一电源，参见图1。

---但是，在通过局域网电缆传送功率前，热插拔控制器或PoE控制器IC必须在PoE一致性测试中执行PD检查，然后才能通过局域网发送不同等级的功率。功率共分成四级：0级是默认等级，功率为0～13W；1级<=4W；2级= 7W；3级位于7～13W之间。这一过程称为“检测签名”，其中低于10V的小脉冲被送到PD上，测量电流(I)。然后，计算得出的(I)将确定PD中的电阻 (R)。在R=25kΩ时，将检测到符合PoE标准的PD。然后，PSE可以继续把分类后的功率发送到PD上。否则，PoE IC控制器将不允许把任何功率发送到PD上。目前，有许多PoE IC控制器厂商把重点放在PSE和PD一侧。PoE控制器中一直有恒定的附加功能，如AC负荷断开检测、在故障条件后自动启动等。
安捷伦3.3V光耦合器实现隔离和安全绝缘 电子技术论文网

---IEEE 802.3af标准的主要指标之一是隔离。PSE和PD设备必须提供电隔离功能。根据设备标准IEC 60950中的规定，电隔离在50～60Hz时60s内应承受 1500Vrms的电压。安捷伦光耦合器明确满足了这种PoE标准。15MBd 3.3V双通道光耦合器HCPL-063L在UL规定安全标准下每分钟可以承受高达3750Vrms的电流。此外，它还通过CSA、IEC/ EN/ DIN EN60747-5-2及其他安全审批。

--- HCPL-063L可以帮助隔离浮动接地、噪声环境和电位接地差导致的共模信号，这些情况会导致接地环路电流流动。共模噪声过高会导致输出结果不准确，进而破坏安全精确的测量能力。推荐采用安捷伦HCPL-063L光耦合器，隔离48V电源和广泛使用的飞利浦集成芯片间(I2C)地址总线标准，参见图2。

---飞利浦I2C是一种专有的控制总线，它采用简单的双向两线概念，即串行数据(SDA)和串行时钟(SCL)总线实现IC间控制。I2C地址总线下使用三种常见的开关频率模式，即100kHz标准模式、400kHz快速模式、3.4MHz高速模式。在PoE应用中，最常用的I2C模式是快速模式频率。这种3.3V、15MBd光耦合器在15kV/μs, 50V共模电压下实现了非常高的共模抑制比(CMR)，特别适合高速隔离不希望的信号，如可能干扰I2C控制总线的共模噪声。此外，HCPL-063L芯片组采用镓砷化物磷化物 (GaAsP) 发光二极管 (LED)及集成式高增益光电检测器，可以以最低5MHz的时钟频率工作，满足了全部三种I2C工作频率模式，参见表1。此外，HCPL-063L还是一种兼容LVTTL和LVCMOS接口的光耦合器，它提供了5mA的低输入电流能力。 电子技术论文网

---最后，这种3.3V光耦合器不仅功耗低，而且不需要额外的电源、元器件和额外的电平移动电路。使用光耦合器的另一个主要优势是光隔离技术不会导致电磁干扰(EMI)，因此大多数网络设备都不会受到电磁干扰的影响。

安捷伦的3.3V光耦合器
---安捷伦科技公司隔离产品分部(IPD)率先推出支持100KBd～15MBd传输速率的3.3V数字光耦合器，参见表1。自2000年问世以来，安捷伦的3.3V光耦合器已经广泛应用于隔离线路接收机、包括RS-232的现场总线接口、RS-422、RS-485、CAN总线等应用中。安捷伦一直是隔离技术创新的市场领导者。

---总之，IP语音和视频、Wi-Fi和安全设备等市场因素正推动着新的IEEE PoE标准向前发展，随着许多网络厂商涉足PSE和PD，PoE标准将越来越多地被用户采用。隔离、安全绝缘和抗EMI能力等是设备设计中需要考虑的部分关键因素，因为这些因素会影响数据可靠性。安捷伦的光耦合器不仅实现简便，而且有助于解决这些关键设计因素。因此推荐使用3.3V 15MBd光耦合器，隔离48V电源和PSE中使用的I2C控制总线