低成本、小尺寸POE供电方案，缩短信号走线距离、简化外围电路

时间： 2019-07-30 来源：技术大神活动文章

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电子设备常见的供电方式有：交流220V直接供电，外接电源适配器提供直流供电，使用网口RJ45提供直流供电即POE供电方式（power on Ethernet）。工程师们往往依据产品功耗需求，选择合理的供电方式。交流220V供电方式常用于功耗较大的场合，外接电源适配器和POE供电方式常用于功耗较低的场合。

笔者本次想给大家推荐一种很优化的POE供电方案，笔者曾经将该方案用于一款网络摄像机终端产品中。网络摄像机终端产品用于安防系统，提供对讲、广播、报警接口用于组建安防网络。在安防系统中选用POE方式进行供电，使得提供数据信息的网线同时承担供电功能，可以简化网络摄像机终端产品在工程安装中配电走线工作，同时减少故障点，方便故障定位排查。

笔者在最初的产品方案中，使用以下POE供电方案：

图1：POE供电方案

48V电压信号通过网线传输到网络摄像机终端设备的RJ45端口上，再经由全桥芯片电路进行滤波处理，使得电压信号较为干净。随后48V电压信号接入缓启动电路，该电路可以保护网络摄像机终端设备在上电过程中不被过大的启动电流冲击损坏。最后该48V电压信号通过DC/DC芯片进行电压转换，输出5V电压信号供给网络摄像机终端设备电子系统内的其它外围电路使用。

使用以上方案进行POE供电电路设计时，全桥滤波电路，缓启动电路及DC/DC转换电路带来的以下几个需要进行优化的问题：

1）使用的电子元器件成本能否降低，价格优势是网络摄像机终端产品抢占市场的最大优势；

2）占用的PCB布板面积能否减少，尺寸的最小化是终端产品必须考虑的；

3）外围电路能否简化，电路的简化不仅缩短产品调试周期，而且能减少产品的故障点，便于产品的售后维修定位；

4）48V信号线走线距离能否尽量缩短，最小化该电压信号对视频数据信号线的串扰影响。

当笔者看到供应商提供的SILICON LABS的Si3402芯片技术规格书时，笔者觉得以上4个问题都能被Si3402芯片解决。

Si3402是一款符合iEEE 802.3标准的高集成度芯片，不仅能够将网线上传送的高电压信号转换为线性低压信号输出，还具备高集成度的优化架构，最小化芯片的封装尺寸，减低外部电子元器件成本花费，使用较少的外围电路实现高性能指标。

图2：Si3402芯片的内部功能框图

由Si3402芯片的内部功能框图可以看出，Si3402芯片与RJ45网线连接的接口上集成全桥滤波电路及浪涌防护电路。开关电源转换电路及相关的滤波防护电路，如监测及修正电路，缓启及偏置电路，EMi滤波电路，也都集成在Si3402内部。因此一片Si3402芯片即可完成前面的POE供电方案，方案优化如下：

图3：优化后的POE供电方案

这样一来，3个外围电路的电子元器件成本，PCB布板面积，外围电路，调试，故障定位时，以及48V电压信号的走线都得到了优化。而且实现最短的走线距离也就最小化了该电压信号对视频数据信号的影响。笔者结合本次使用Si3402芯片的经验，给出以下注意事项供大家参考：

1）Si3402芯片能支持的最大功耗为12.95W。选用该芯片前需要评估好功耗需求，产品的启动功耗及正常功耗值都不能超过12.95W，否则产品都无法正常上电；

2）Si3402芯片通过管脚上接入的RCL电阻阻值来对PD端设备功耗进行分类，设计电路前需要将设备的功耗精确到以下表1的5个范围内，正确配置RCL电阻值。

表1：PD端设备功耗等级范围

3）Si3402芯片的模拟地信号与数字地信号之间建议接入一个较大的电容进行隔离，避免将模拟信号上的扰动带到数字信号上；
4）Si3402芯片与RJ45相连的信号线在PCB走线过程中需要做到等长处理，控制阻抗为50欧姆，避免出现阻抗不连续，电压信号在PCB信号线上压降过大。

作者：海绵宝宝

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