Námětem tohoto článku jsou konkrétní řešení pro aplikace PoE. Zájemci o podrobnější informace o funkci naleznou řadu článků na našem serveru. Jako příklad lze uvést články "Power Over Ethernet - napájení ethernetových zařízení po datovém kabelu" nebo "Princip činnosti Power Over Ethernet" které se podrobně zabývají specifikací IEEE802.3af.

IEEE802.3af

Když IEEE vytvořil standard IEEE802.3af, jako doplněk IEEE802.3 (10BASE5 Ethernet) a zároveň způsob, jak napájet koncová ethernetové zařízení pomocí stávající kabeláže, byl svět IT poněkud jiný. V roce 1999 byla kabelová infrastruktura CAT3 považována za nejvhodnější pro datová spojení mezi počítači, IP telefonie ještě neexistovala a přípojných bodů do bezdrátové sítě bylo velmi málo.

Od té doby (IEEE802.3af byl schválen v roce 2003) se situace poněkud změnila. Kabelová infrastruktura byla vylepšena do kategorie CAT5E a IP telefonie je součástí nebo v plánu každé větší společnosti. Bezdrátové sítě WLAN jsou k nalezení téměř všude. Toto vše, společně se síťovými kamerami, pracuje celkem bez problému s výkonem do 12,95W, což je právě hranice dle IEEE802.3af.

Nicméně popularizace těchto aplikací spustila vlnu tvořivosti návrhářů a výsledkem bylo mnoho nových druhů zařízení (video IP telefony, multikanálové přístupové body, ovladatelné IP kamery aj.), které však mají mnohem větší nároky na příkon (typ. 13W – 30W). Z tohoto důvodu byl zaveden standard IEEE802.3at, neboli Power over Ethernet Plus.

IEEE802.3at - Rozšířený Power over Ethernet:

V prosinci roku 2004, byla založena výzkumná společnost PoE Plus, která studovala potřeby trhu a možná technická řešení, a však se zachovanou zpětnou slučitelností se zařízeními pracující dle IEEE802.3af.. Hlavní cíle vývoje a následného schválení standardu IEEE802.3at v roce 2005 lze formulovat takto:

• spolehlivou činnost na kabelové infrastruktuře CAT5E nebo vyšší
• dodržení bezpečnostních pravidel a napěťových omezení vycházející z 802.3af
• zpětnou kompatibilitu napájecího zdroje s PSE (napájecím zdrojem) dle 802.3af, tak aby poskytl potřebný výkon pro PD (zdroj napájeného zařízení) obou standardů
• dodávku min 30W výkonu pro patřičný PD (tím je myšlen PD, který splňuje standard 802.3at)
• při připojení PD k 802.3af poskytnutí indikace o nutnosti použití správného PSE (IEEE802.3at)
• plnou funkci pro Ethernet 1000BASE-T
• plnou funkci pro Ethernet 10GBASE-T
   

Řešení od Akros Silicon Inc.:

Americká společnost, která se soustředí na vývoj vysoce integrovaných inovačních výrobků v rychle rostoucí oblasti – vytváření sítí Ethernet a v širokopásmových komunikacích. Řešení společnosti Akros Silicon Inc. umožňuje široké uplatnění spadající pod síťové aplikace, jako třeba VoIP telefony, wireless LAN přístupové body, RFID tag čtečky, point-of-sale terminály, síťové kamery, správu vzdálených přístupů, audio a video aplikace. Více informací lze nalézt na domovských stránkách společnosti Akros Silicon Inc. (link je uveden v odkazech). V další představíme rodinu jejich integrovaných obvodů určených pro aplikace PoE(Plus).

Rodina obvodů AS1100:

• AS1113
• AS1124
• AS1130

Všechny obvody byly navrženy s a odzkoušeny tak, aby poskytovaly celou řadu funkcí, které jsou v dnešních moderních návrzích potřebné. Vyhoví tak prakticky všem nárokům na moderní zařízení. Poslední dvě číslice označení obvodu, udávají maximální dostupný výkon. Z tohoto je jasně vidět, že obvod AS1113 byl navržen pro standard 802.3af a pro PD tohoto standardu poskytuje maximální výkon 13W (resp. 12,95W).

Obvody AS1124 a AS1130 jsou postaveny na standardu 802.3at přičemž jsou zcela zpětně slučitelné s PD 802.3af a poskytují maximálně 24W resp. 30W.

Obvody řady AS1100 obsahují nápravné a ochranné obvody společně s řízením zdroje napájeného zařízení (PD) a DC-DC měničem (také s vlastním řídícím prvkem). Takto vysoká úroveň integrace zaručuje perfektní spolehlivost, stejně tak, jako celkové zjednodušení návrhu aplikací PoE(Plus). Obvody mají mimo jiné integrovanou teplotní ochranu.

Veliká výhoda těchto obvodů leží v jejich vývodové slučitelnosti, tudíž lze použít jeden a týž návrh desky plošných spojů pro různě výkonná zařízení. Rodina AS1100 také poskytuje pokročilou správu napájení, funkci Hot-Swap, měkký start a proudovou pojistku. Architektura samotného DC-DC měniče je proudový konvertor, který může být nadále konfigurován externími součástkami

Základní vlastnosti obvodů :

• Plně odpovídají standardům 802.3af a 802.3at
• odolnost proti elmg. záření a vnějšímu napětí (IEC61000-4-2/3/4/5/6, IEC60950)
• Integrovaný DC-DC měnič se sníženým
• i elektromagnetickými vyzařováním
• Programovatelné proudové omezení měniče do 800mA
• Správa napájení
• Teplotní ochrana

Přesné údaje se ovšem liší obvod od obvodu a konkrétní hodnoty jsou uvedeny v katalogových listech pro jednotlivé obvody. Klíčovým požadavkem systémů PoE odolnost proti přepětí a napěťovým špičkám. Integrací diodového můstku a ochranných obvodů se významně zmenšila reakční doba proti stresovým situacím, hlavně tedy přepětí. Nelze však pominout ani to, že takto vysokou integrací se velice zjednodušuje jak návrh, tak výroba, což vede k menším rozměrům a nižším cenám. Obvody jsou dostupné v 20pinovém pouzdře QFN (splňují požadavky RoHS).

Celé řešení lze doplnit MagJackem:

Rovněž s MagJackem jste se již na stránkách HW serveru mohli setkat, konkrétně v článku "MagJack® ihned a za babku". Stručně lze MagJack od společnosti BEL Fuse charakterizovat jako konektor RJ-45 doplněný oethernetový oddělovací transformátor a všechny potřebné součástky. Takové "All-in-one". Samozřejmě MagJack není jeden konektor, ale propracovaná kolekce součástek pro průmyslový ethernet zahrnující jak samostatné konektrory, tak sady pro výrobu switchů a jiných aktivních prvků s podporou prakticky všech znýmých specifikací IEEE802.3 samozřejmě včetně POE (varianty af i at) .

Na obrázku je znázorněna vnitřní architektura MagJack s jedním konektorem a bez LED 

Z tohoto hlediska se jeví jako ideální doplněk do aplikací založených na obvodech rodiny AS1100. Pro konkrétní údaje o produktech MagJack je vhodný článek (zde ) nebo přímo stránky výrobce, kde je i mnoho informací o MagJack určených přímo pro aplikace PoE(Plus). Výhodou produktů MagJack jsou dobré elektrické vlastnosti, vysoká integrace a z toho vycházející další úspora místa na desce plošných spojů a tím kratší spoje k citlivým obvodům

Závěr:

Pokud se při návrhu aplikací PoE(Plus) použije součástková základna z řady AS1100 společnosti Akros Silicon Inc. a MagJack společnosti BEL Fuse stačí zařízení pouze doplnit síťovým kontrolérem společnosti Standard MicroSystems Corp. (SMSC). Tak lze velice jednoduše vytvořit moderní aplikace malých rozměrů a nízkých cen.

Veškeré produkty výrobců Akros Silicon Inc. a BEL Fuse dodává firma MES Praha s.r.o., reprezentant Avnet-Memec a oficiální distributor produktů BEL Fuse Corp., Akros Silicon Inc. a SMSC pro ČR. Samozřejmostí je dodávka i kusových množství.

Odkazy & Download:

• Domovská stránka společnosti Akros Silicon Inc. - http://www.akrossilicon.com
• Domovská stránka společnosti BEL Fuse - http://www.belfuse.com
• Domovská stránka společnosti MES Praha - http://www.mespraha.cz
• Datasheet obvodu AS1113 (*.pdf, 1MB)
  
• Datasheet obvodu AS1124 (*.pdf, 1,2MB)
• Datasheet obvodu AS1130 (*.pdf, kB)