2 PoE的原理

2.1 PoE供电的系统组成

完整的PoE供电系统包括供电端设备(PSE, Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD, Powered Device)两部分。PSE设备是为以太网数据终端设备（客户端设备）供电的设备，同时也是整个PoE供电过程的管理者。而PD设备是接受供电的PSE负载，即PoE系统中的客户端设备，如IP电话、网络摄像机(IP CAMERA, IPC)、无线AP(Access Point)及掌上电脑(PDA)或移动电话充电器等许多其他以太网设备（实际上，任何功率不超过13W的设备都可以从RJ45插座获取相应的电力）。两者基于IEEE 802.3af/at标准建立有关受电端设备PD的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系，并以此为根据PSE通过原本用于数据通信的以太网线缆向PD供电。

图 2 PoE系统组成

2.2 PoE供电的接线方式

IEEE802.3af/at标准定义了PI（Power Interface：PSE/PD与网线的接口），目前已经定义了三种供电方式：即“Alternative A(1&2,3&6)数据引脚供电”，“Alternative B(4&5,7&8)空闲引脚供电”，或者同时兼容Alternative A和Alternative B（Power over HDBaseT，PoH标准即采用这种方式），共三种供电方式。

具体使用哪种类型，与后端PD设备的功率有关；若PD所需功率小于30W，可使用Alternative A或Alternative B方式；若PD所需功率大于30W，建议使用Alternative A & Alternative B方式。

2.2.1 Alternative A(1&2,3&6)数据引脚供电方式

由于直流供电和数字通信互不干扰，因此让直流电和比特流（数据）在同一组线缆上传输，类似于多路复用技术。

图 3所示，PSE通过数据引脚为PD供电，把RJ45网口1&2引脚对应的变压器抽头接负（或正）极，把RJ45网口3&6引脚对应的变压器抽头接正（或负）极，称为“Alternative A(1&2,3&6) —— 基于10/100 BASE-T的数据引脚供电”。

无论是PSE或是PD，基于“Alternative A(数据引脚)供电方式”的通常接法是，1&2引脚对应的变压器抽头接为负极，3&6引脚对应的变压器抽头接为正极；但不排除相反的接法，参考下文知识点“正负极不确定的原因”中所述，是由于存在“568A”和“568B”，或者说“直连网线”和“交叉网线”两种网线线序标准。

注：上下文所述“1&2引脚”或“3&6引脚”均指引脚对应的变压器抽头，如图 3所示。

图 3 Alternative A(1&2,3&6)数据引脚供电方式

注：10/100BASE-T使用1&2,3&6两对差分双绞线，称为Data/Signal Pair；4&5,7&8两对差分双绞线，称为Spare Pair；1000BASE-T使用Data Pair和Spare Pair共四对差分双绞线。

2.2.2 Alternative B(4&5,7&8)空闲引脚供电方式

图 4所示，1&2&3&6只做数据传输引脚，PSE通过4&5&78空闲引脚（无变压器）为PD供电，把4&5引脚直接连接形成正（或负）极，把7&8引脚直接连接形成负（或正）极，称为“Alternative B(4&5,7&8) —— 基于10/100 BASE-T的空闲引脚供电”。

无论是PSE或是PD，基于“Alternative B(空闲引脚)供电方式”的通常接法是，4&5引脚接为正极，7&8引脚接为负极；但不排除相反的接法，原因同上所述，由于存在568A和568B两种网线线序标准，无法确定PD端线序的正负极，因而没有必要规定PSE端线序的正负极。

图 4 Alternative B(4&5,7&8)空闲引脚供电方式

2.2.3 Alternative A & Alternative B供电方式

图 5所示，由于1000BASE-T使用了全部8根双绞线，没有空闲引脚，所以供电全部从变压器抽头引入或引出。通常接线方式是，PSE端1&2和4&5引脚直接相连作为正极，3&6和7&8引脚直接相连作为负极；PD端用两个整流二极管电桥，分别将1&2和3&6引脚的正负极翻转，4&5和7&8引脚的正负极翻转，翻转后的正负极再直接相连，输入到标准PD模块。

PoH(Power over HDBaseT)也采用这种供电方式。

图 5 Alternative A & Alternative B / PoH供电方式

知识点：正负极不确定的原因

由于EIA/TIA 568布线标准中定义了两种双绞线到RJ45接口的线序标准，即568A和568B。图 6所示，网线两端使用同类线序标准（即568A - 568A 或568B - 568B）称为“直连网线或正线”，用于不同类设备间（或者说DCE与DTE间）的通信。图 7所示，网线两端使用不同线序标准（即568A - 568B）称为“交叉网线或反线”，用于同类设备间（或者说DCE与DCE间，DTE与DTE间）的通信。图 8所示，“交叉网线”正是“1&2”和“3&6”这两对引脚的交叉。

而为了方便后续现场施工布线难度（不再区分直连网线或交叉网线），很多PHY芯片增加了Auto MDI/MDIX Crossover功能（即端口线序自动识别翻转），具有Auto MDI/MDIX Crossover功能的PHY芯片对直连网线或交叉网线无要求，正是基于这个原因，当前市面所售基本都是直连网线。

图 6 直连网线或正线

图 7交叉网线或反线

图 8所示，假如PSE端线序为1&2引脚接正极，3&6引脚接负极，当使用“直连网线”时，在PD端线序依然是1&2引脚为正极，3&6引脚为负极；但是，当使用“交叉网线”时，在PD端得到的线序为1&2引脚为负极，3&6引脚为正极。可见，PSE与PD间的连接，使用“直连网线”和“交叉网线”，在PD端得到的直流电源正负极可能是相反的。这就是，Alternative A或Alternative B标准并未对1&2，3&6，4&5，7&8四对双绞线进行正负极性规定的原因，或者说标准的PD芯片前端都要加入整流电桥（可由四个分立二极管组成；也可用单颗整流桥芯片，或由分立MOSFET组成的有源电桥）的原因，目的是将PD端的直流电源正负极翻转过来，保证PD端直流电源正负极性不会反相而烧坏设备。导致这种结果的根本原因是，存在两种不同的网线线序标准568A和568B。

图 8 同类设备或不同设备间的连接线序图示

知识点：标准PoE PD前端需要两个整流二极管电桥的原因

图 9 标准PoE PD前端需要两个整流二极管电桥

图 9 所示，PSE端4对差分线各自的正负极性是不确定的，即使4&5引脚为正，7&8引脚为负，但因直连网线和交叉网线的存在，结果是1&2引脚可为正或负，3&6引脚可为负或正。在标准PD前端，用整流二极管电桥BR1将“1&2”和“3&6”这两对引脚的正负极翻转过来，再用整流二极管电桥BR2将“4&5”和“7&8”这两对引脚的正负极翻转过来，再将翻转后的正负极分别连接，作为PD设备的正负极。硬件电路上如此设计，便可以适配“直连网线”和“交叉网线”，而不会因错用“交叉网线”导致正负极反相或短路的问题。

图 10 POE PD前端只使用一个整流二极管电桥会导致硬件短路风险

图 10 所示，假如PSE端1&2和4&5引脚连接后确定为正，3&6和7&8引脚连接后确定为负，若PD前端只使用一个整流二极管电桥BR1，将1&2引脚和4&5引脚对应的变压器抽头连接后接在整流二极管电桥BR1的其一交流输入端，将3&6引脚和7&8引脚对应的变压器抽头连接后接在整流二极管电桥BR1的另一交流输入端，这种情况下（即PSE端“1&2引脚=正极，3&6引脚=负极，4&5引脚=正极， 7&8引脚=负极”硬件电路条件下），PSE和PD的连接只允许使用“直连网线”，若使用“交叉网线”将在PD端造成正负极短路的情况。

另外，若只使用一个整流二极管电桥BR1，在PSE端“1&2引脚=负极，3&6引脚=正极，4&5引脚=负极， 7&8引脚=正极”硬件电路条件下，也只允许使用“直连网线”，“交叉网线”同样将在PD端导致正负极短路的情况。

若只使用一个整流二极管电桥BR1，在PSE端“1&2引脚=正极，3&6引脚=正极，4&5引脚=负极， 7&8引脚=负极”条件和“1&2引脚=负极，3&6引脚=负极，4&5引脚=正极， 7&8引脚=正极”条件下，虽然可以适配具有国际标准的“直连网线”和“交叉网线”，但并不能保证用户使用的一定是按照国际标准“568A”或“568B”制作的网线，此种情况下，仍有短路的风险。

综上所述，为了不同品牌或不同设备间标准PoE设备互连安全性，应该在PD前端分别将1&2引脚和3&6引脚经BR1整流，4&5引脚和7&8引脚经BR2整流，再将整流后的正负极连接，即如图 9所示的硬件电路接法，其兼容性最好（可以兼容PSE端不同的正负极接线方式），可以适配“直连网线”和“交叉网线”等各种情况，可以防止正负极短路情况的出现。