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PoE(Power over Ethernet)

PoE（Power over Ethernet）即“以太网供电”，其在以太网电缆中加入直流电源，使得网络设备可以通过网线直接供电。

常用标准

PoE属于Ethernet 802.3标准的一部分：

802.3 af、802.3 at参考802.3第33章“Power over Ethernet over 2 Pairs”，

802.3 bt则参考802.3第145章“Power over Ethernet”。

版本差异

PoE各版本的差异见如下两张表，分别按Class、和Type进行区分，后面发布的版本完全兼容前面的版本，如Type 4完全兼容Type 1~3，Class 7和Class8是只有Type 4才支持的新Class 。

802.3	Type	Class	Cable	PSE				PD
			Pairs	Min Power/W	Hardware classification	Autoclass	Short MPS	Max Power/W	Minimum Voltage/V	Autoclass	dual-signature (PAIRSET) Max Power/W		dual-signature Minimum Voltage/V
802.3af PoE	Type 1	Class 1	Type 1/2: 2 Type 3/4: 2 or 4	4	optional	No	No	3.84	42.8	No	Type 3	3.84	42.8
		Class 2		7				6.49	42			6.49	42
		Class 3		15.4				13	39.9			13	39.9
802.3at PoE+	Type 2	Class 4		30				25.5	42.5			25.5	42.5
802.3bt PoE++	Type 3	Class 5	4	45	Yes	optional	Yes	40	44.3	optional	Type 4	35.6	41.1
		Class 6		60				51	42.5		-
802.3bt PoE++	Type 4	Class 7		75				62	42.9
		Class 8		90				71.3	41.1

802.3	Type	Cable			PSE				PD
802.3	Type	Highest Current per Pair	Channel maximum DC pair loop resistance	min. Cat?	Voltage	Min Power/W	at least Class	up to Class	Voltage	Max Power/W
802.3af PoE	Type 1	0.35A	20Ω	Cat3	44-57V	15.4	1	3	37-57V	13
802.3at PoE+	Type 2	0.6A	12.5Ω	Cat5	50-57V	30	4		42.5-57V	25.5
802.3bt PoE++	Type 3	0.6A		Cat5e	50-57V	60	1	6	42.5-57V	51
802.3bt PoE++	Type 4	2 pairs: 0.6A 4 pairs: 0.96A		Cat5e	52-57V	90	7	3	41.1-57V	71.3

系统架构

包括供电设备PSE（Power Source Equipment）、受电设备PD（Powered Device）和传输线（网线）。

PSE有两种，端跨（“End-Point” switches/routers）和中跨（“Mid-Span” power “adder” devices），如下图左边为端跨，交换机网口输出支持PoE；右图则为中跨，交换机不支持PoE，交换机和PD之间加了一个设备（PoE Injector）以提供电源¹⁾。

对于Type 1和Type 2，只用了2对线，其有两种接法，Alternative A和Alternative B，具体见下图。PSE可以选择只支持其中一种，或者支持两种，但同时只能选择一种用。对于PD来说，则这两种接法都需要支持。

对于Type 3和Type 4，其有2对线和4对线两种用法，2对线的接法和上述Type 1和Type 2的相同。4对线的接法如下图：

RJ45网口连接器pin脚和电源正负极的对应关系见下图：

工作流程

PoE的工作流程完全由PSE侧管理，依次为检测、分类、上电、供电监控和管理、下电。

802.3 af 或802.3 at 典型的启动流程见下图²⁾：

检测(Detection)

通过加电测量电阻等来确定连接至PSE的远端设备是否是PD设备，避免给非PD设备上电而导致损坏。

检测电阻公式如下，其通过两组测量值来计算：

Rdetect =（Vdetect1 − Vdetect2）/(Idetect1 − Idetect2)

Vdetect的电压范围为2.7~10.1V，Vdetect1和Vdetect2之间的电压差>=1V。

满足如下条件的即为PD设备。

PD侧：23.7kΩ < Rdetect <26.3kΩ（典型值24.9kΩ）。
PSE侧：19kΩ < Rdetect <26.5kΩ。输入电容在50nF和120nF之间（典型值100nF）。输入串联电感小于100uH。

检测流程见下图：

对于Type1（802.3 af）和Type2(802.3 at)，因只支持2线（ALT A或ALT B）工作，则只需在检测一次即可。对于Type3和Type4（802.3bt），因支持4线，则需要分两组（（ALT A或ALT B））单独检测。

对于Type3和Type4（802.3bt）还需要一个步骤“Connection Check”用于确认PD是“Single-signature（单特征）”还是 “Dual-signature（双特征）”。

Single-signature（单特征）和Dual-signature（双特征） PD设备如下图，从图中可知，Single-signature PD内部有一个受电设备，而Dual-signature（双特征）则有两个单独的受电设备。

判断PD设备为Single-signature（单特征）有两个条件：

当没有电压或电流施加到另一模式时，在给定模式下呈现有效的检测特征
当任何3.7V至57V范围内的电压应用于另一个模式或任何大于124 µA 的电流应用于另一个模式时，不应在给定模式下呈现有效的检测特征。

判断PD设备为Dual-signature（双特征）只需一个条件：

无论施加任何一个0V至57V之间的电压到另一个模式的，给定模式下呈现有效的检测特征，

分类(Classification)

检测完成，给PD上电之前，PSE和PD之间协商确定能给PD分配多大的功率，按不同的类别分配对应的功率，即分类（对应PoE版本差异列表中的class x）。

分类有两种，物理层分类（Physical Layer classification）、数据连接层分类（Data Link Layer classification）。

特别提下，对于不支持分类的伪PD设备，其会被分类为class 0，对应class3的最大功率13W。

物理层分类（Physical Layer classification）

物理层分类，包含一系列分类事件（class event），PSE给PD加电压（15.5~20.5V），PD以预先设定的电流来回应。

下图为Type 2和Type 3/4物理层分类时序图，不同的Type其class event数不同：

PSE Type 、PD class 与 class event、pd电流关系见下表：

PSE Type	Type 4
	Type 3
	Type 2
	Type 1
PD Class	Events 1	Events 2	Events 3	Events 4	Events 5
Class 1	10.5 mA		10.5 mA
Class 2	18.5 mA		18.5 mA
Class 3	28.0 mA		28.0 mA
Class 4	40.0 mA		40.0 mA
Class 5	40.0 mA		2.5 mA
Class 6	40.0 mA		10.5 mA
Class 7	40.0 mA		18.5 mA
Class 8	40.0 mA		28.0 mA
Class 1(Dual)	10.5 mA		2.5 mA
Class 2(Dual)	18.5 mA		2.5 mA
Class 3(Dual)	28.0 mA		2.5 mA
Class 4(Dual)	40.0 mA		2.5 mA
Class 5(Dual)	40.0 mA		28.0 mA

自动分类（Autoclass）

对于Type 3和Type 4, 物理层分类还有个附加的可选分类“自动分类（Autoclass）”，PSE通过测量PD的实际功率，来对PD进行更精确的供电，避免预留的功率偏大。PSE和PD均需要支持Autoclass才能进行此分类。

Autoclass分类的申请是通过在第1分类事件期间的大约81ms之后将其给定（非零）类签名转换为零的类签名来实现的。PSE和PD的电压、电流波形如下图所示。

在上电完成后，PD在特定时间内（开机后1.35S~3.65S）会将负载电流拉到最大并持续一段时间（即对于超过3.65s才进入最大功耗的PD不适合），PSE同步测量这个负载电流，按照测量到的电流，PSE给PD供电。自动分类的拉载过程如下图所示。

数据连接层分类（Data Link Layer classification）

标准PSE、单片机PSE和非标准PSE的差异

标准PSE包括了完整的检测、分类、上下电控制等，单片机PSE有检测的步骤，按标准检测到PD设备后直接供电，而非标准PSE，则无任何步骤，直接就是固定电压的输出，非标准PSE（通常也叫非标PoE）其固定电压一般为24V、48V。标准PSE、单片机PSE和非标准PSE的区分可以通过万用表或示波器测量输出电压区分。详见链接：知乎：标准PoE是如何供电的？怎样识别单片机和非标PoE交换机？