工業以太網連接器中以太網網線工作原理

co-fly（科迎法）單端/雙端預注電纜連接器航空插頭適用于現場總線Profibus電纜/ProfiNet電纜/CANopen電纜/EtherNET電纜/EtherCAT電纜，我們是專業的電纜連接器制造商，產品設計符合歐標工藝標準。系列產品有：M8連接器、M12連接器、M16連接器、M23連接器、多接口分線盒、Y型分配器。以下為大家分享下關于以太網連接器電纜的工作原理。

一直以來以太網都是用于傳送數據，以太網設備必須自帶電池或與外部電源相連才能工作。但通過的IEEE 802.3af標準定義了一種新方法，允許以太網在數據傳輸線上同時傳送直流電源。它的功率約為13W。這樣小型數據設備就可直接用以太網連接來供電，而不再需要電池或與墻上交流電源插座連接。本文介紹以太網線纜電力傳輸工作原理及設計中的注意事項。
在以太網系統中，我們把提供電源的設備稱為PSE(Power Sourcing Equipment)，而使用電源的設備叫PD(Power Device)。PSE通常是以太網交換器、路由器、集線器或其它網絡交換設備，PD則有多種形式，如數字、無線網絡接入點、PDA或筆記本電腦接駁器、充電器及HVAC溫度自動調節器等等。實際上，任何需要數據連接并能在13W或更低功率下工作的設備都可無需AC電源或電池供電，僅從RJ45插座就能夠得到相應的電力。

通過以太網電纜傳輸電源
一條CAT-5以太網電纜在一個普通保護層內包含4對24號無屏蔽銅雙絞線，電纜兩端都有RJ45接頭。在一般的10BASE-T或100BASE-TX(10/100)網絡中，這四對線中的兩對用來傳輸數據(稱為信號線對)，其中一對用于發送，另一對用于接收，另外兩對沒有用到(稱為備用線對)。1000BASE-T(通過銅線進行千兆級速率傳輸)中4對線都用到了，它與提供電源的以太網在很多方面都兼容。
如圖1所示，PSE要求信號線對或備用線對(但不是兩者同時)提供額定48V直流電源，電源作為兩個加電的線對間共模電壓差，加到差分數據信號與線纜耦合的隔離變壓器中間接頭上，發送線對和接收線對之間的48V電位差不會對兩端數據收發器產生影響。

用于為線路供電的48V電源要與PSE機箱接地隔離開來，以保持PSE與PD間的分隔。IEEE定義了兩種隔離方法，稱為環境A(Environment A)和環境B(Environment B)。環境A要求PSE機箱與48V供電隔離，但不要求與相鄰的端口分隔；環境B要求較為苛刻，它要求端口與機箱隔離，同時相互之間也要隔離。為了符合電信方面的協定，48V DC電源通常又稱作-48V電源。IEEE 802.3af標準規定環境A電源只能與負極(即-48V)接在一起，而在環境B中，由于電源與機箱及相鄰端口隔離，所以沒有要求要與哪一極連接。
PD的特性
IEEE 802.3af規定的PD需符合幾個條件。首先PD應能通過信號線對或備用線對接收電源，通常由二極管對兩個電源執行“或”運算來實現，圖2顯示了一個利用LTC4257構成的完整前端。這個電路還有一個優點，就是當電源通過另一線對傳輸時，它可以把未用線對的標志去除，這也是IEEE規格所要求的。此時必須用橋堆或其它方法實現自動極性判斷，以便PD交叉或直接通過以太網電纜工作。
當用2.7V至10.1V之間的電壓探查時，所有PD在電源輸入端都要有25kΩ特征阻抗。考慮到基于二極管的功率控制及自動極性電路，該特征阻抗zui多允許1.9V串聯偏移。對于網絡接口卡及沒有電源的集線器等舊式以太網設備而言，一般共模阻抗大約為150Ω，這與有效PD阻抗相差很大。

當用15V至20V之間的電壓探查時，終端會出現另一個可選特征信號。這個“分級”特征信號向PSE表明PD將使用的zui大功率，這樣PSE就可規劃所提供的電源。該分級特征信號用流過PD輸入端的恒定電流來標示，表1顯示了分級情況及其恒流特性。
當PD向PSE表明自己的級別后，PSE會在線纜上加一個44V到57V的電壓，這時PD要遵守幾條規定。在端電壓升到30V以前，它不應該消耗太大負載電流，這是為了避免與分級特征信號互相干擾；但是到電壓達到42V時，它又必須處于*工作狀態，不能連續吸取350mA電流或12.95W功率(以較小值情況為準)，有些情形下可允許400mA浪涌電流。它工作時需要相當于20Ω的輸入串聯電阻，因此在浪涌電流為400mA時可以減掉多達約8V的電壓。這樣在電壓開關的時候就可以產生足夠的滯后，避免加載而電壓還很低時產生斷續波動。PD的輸入電容必須低于180μF，以便在電源接通時將浪涌電流保持在合理的水平；如果輸入電容大于180μF，PD就要主動限制浪涌電流，使它低于350mA。zui后，PD至少要保持10mA的電流且交流阻抗要維持在26.25kΩ或更少以避免掉線，這又稱為功率維持特征信號。
PD的檢測
在PSE向線路加電之前，要用一個功率比較小的探測源檢查特征電阻。PD的電阻必須為25kΩ±5%且并聯一個120nF或更小電容時才會當作是有效的特征信號。相應地，PSE要接受19kΩ至26.5kΩ較寬的電阻范圍，以解釋系統的寄生串聯和并聯電阻。PSE應拒絕任何小于15kΩ或大于33kΩ、或者端口電容大于10μF的設備。

PD特征阻抗允許高達1.9V的電壓偏移(通常由兩個串聯二極管產生)，以及高達10μA的電流偏移(通常由PD中的泄漏引起)，這些因素使得PSE電阻測量比較復雜，因為單獨V-I點測量不能克服這些誤差，所以PSE至少要取兩個不同的V-I點，在PD上的間隔至少為1V。然后計算兩個點之間的差異，找到真正的電阻斜率，再減去電壓和電流偏移值。

由于CAT-5電纜一般都鋪在天花板、墻壁及其它有AC走線的地方，所以50/60Hz噪聲會很大。PSE要能夠在這種線路噪聲環境下有效探測到25kΩ特征，通常通過集成幾個檢測點或使檢測點與線路頻率同步的方法來實現。全部探測過程必須在一秒內完成，因此探測的集成時間只有幾百毫秒。
PD的分級

一旦PSE成功探測到PD，它就會問PD需要多少功率。如果PSE的功率足夠大，能同時對所有端口提供全部電源，分級這一步就可以省去。但如果可用功率有限(通常都是這樣)，它就要不斷跟蹤有多少個PD連在它上面，功率分級是怎樣的，并且在功率用完時不再接受新的PD。

分級特征通過在PD上加15V至20V之間的電壓檢測，在15V～20V分級特征段，PD要像一個恒流源一樣(見表1)，PSE將測量這個電流以決定PD屬于哪一個級別。分級時PSE用的電壓源電流要限制在100mA以內，以免損壞失效PD，連接時間也不能超過75ms，以便控制PD的功耗。圖3顯示了系統從探測模式轉換成分級模式時PD電流的變化。