摘 要：本文介绍了德州仪器（TI）新推出的以太网电源管理IC TPS2370与TPS2383，可以将该 组芯片设计用于以太网线缆上电源供电设备（PSE）与被供电器件（PD）之间的连接，实现标准以太网供电。

关键词：IEEE 802.3af标准；以太网供电；TPS2370；TPS2383；I2C总线

引言

2003年6月IEEE批准了802.3af标准，它明确规定了远程系统中的电力检测和控制事项，以太网供电PoE(power-over-Ethernet)市场由此获得一针强心剂。该标准对路由器、交换机和集线器通过以太网电缆向IP电话、安全系统以及无线LAN接入点等设备供电的方式进行了规定。在终端部分添加PoE性能，平均来说将使成本额外增加70%；而在网络部分，预计一台支持PoE的交换机成本不会比常规以太网端口额外再高出25%；现有的设备安装表明，由于去掉了另外的电气布线和电源插座，PoE可使总成本节省50%。批准PoE标准将极大地推动芯片供应商为膝上型电脑和便携式电脑设计芯片组的趋势，这类电脑要求PoE标准规定低于12.95瓦的低功耗性能，随着这些设备变得不太耗电以及以太网供电成为大多数企业IT环境的标准，人们在旅行时将不再需要带上多种不同的插头。相反，RJ45插口将成为一种通用电源插口。据估计在今后五年内，企业网络设备的75%以上将实现由以太网供电。当前应用中45%的端口是用于IP电话，45%用于WLAN接入点，其余用于安全摄像机。

概述

日前，德州仪器公司 (TI)凭借领先的系统电源管理技术，面对新兴的"以太网供电" 市场推出首款电源管理集成电路 (IC)。这两枚新型IC通过一条标准的以太网线缆即可提供直流电源 (DC) 并传输数据，不仅极大降低了系统成本，而且为以太网系统设备开发人员提供了更强的功能与更高的可靠性。作为电源供电设备(PSE:power-sourcing-equipment)与被供电器件（PD:powered-device）之间的接口，TI 新型 TPS2370 电源接口IC通过对电流运算完成PD发现、分类以及对传输状况进行管理，TPS2370 还为欠压锁定、浪涌电流限定以及对符合新标准至关重要的开关场效应晶体管 (FET) 控制等提供综合的解决方案。内部 0.3 的 FET 不仅可传递最大电流，而且还可实现最佳的系统散热性能。通过标准 I2C 串行接口对TPS2383进行寄存器的读写可以完成对该芯片的所有操作。TPS2383标配了五个选址引脚，因此单个主 I2C 控制器能对多达32个器件进行寻址，实现多达 256 个以太网端口的单独监控。

TPS2370可用于：VoIP电话；WLAN接入点；网络照相机；安全性系统；POS终端。

TPS2383可用于：以太网交换机；路由器；集线器；中跨设备（Mid-span）。

TPS2370与TPS2383简介

TPS2370主要特征：

提供PD检测与分类信号；提供到DC-DC的软启动接口；过流、过压、过热保护，自动恢复；8引脚 SOIC、TSSOP封装。

对TPS2370 的检测与分类

PD通过PSE对PD检测运算来获得或者请求供电。该数学运算要求PSE去查找网络链路以获取有效的PD。首先，PSE送出2.8V～10V的电压到网络链路，有效的PD检测到此电压后就将一个23.75k ～26.25k 电阻置于供电回路上，电流就会随输入电压而变化。通过检测该电流，PSE就知道在以太网线缆终端有一个有效的PD需要供电。如果放置的电阻阻值在12k ～23.75k 或26.25k ～45k 范围内，PSE则认为PD有效但不需要供电，其它范围的电阻值则意味着无效的PD检测。

PD检测有效之后，PSE就对PD进行分类。PSE将送到网络链路上的电压升高到如下范围：15.5V～20.5V，PD使用内部的调节器产生固定的电压施加到PD的CLASS引脚，此引脚与VEE之间接有分类电阻（RCLASS），由此得到一固定电流，因而实现了PD分类。PSE根据PD分类决定PD常规操作所需的功率。IEEE802.3af标准定义了五个不同的分类，如表1。

表1：PD分类表（略）

TPS2370对DC-DC的软启动

TPS2370的EN_DC输出引脚可用作DC-DC变换器的软启动。在供电回路FET开启的最初阶段，一个内部的80 A电流源施加在该引脚，在负载电容充电电压达到1.5V左右时，电流源即被移除。通过将该输出连到DC-DC变换器的软起动电容上，使得DC－DC变换器在启动期间不动作。一旦通过DC－DC变换器的电压超过1.5V直到满电压，DC-DC才被允许软起动。
此外，该引脚也可以作为电源直接输出，此时需要一个1M 的外部上拉电阻。为了将输出电压限制在建议的电平上，建议在该引脚与RTN引脚之间接一个5V的齐纳二极管。

TPS2383主要特征

12位实时电流与电压测量；AC断线检测功能；提供I2C串行接口光隔离或标准I2C串行接口；每个端口状态双色LED驱动；受控的加电去电电流变化率以减少对系统的电磁辐射干扰；64引脚LQFP封装。

TPS2383概要

TPS2383可以发现PD并进行分类和传送电流。芯片可以对八个以太网端口进行电源管理，每个端口分配五个引脚：电源正负极两个引脚，对外接N沟道MOSFET的控制引脚一个，端口电阻检测引脚一个，端口状态的LED驱动引脚一个。I2C总线引脚有三个，一个为时钟输入，数据输入输出各一个，这样设计的目的是为了使用光耦来实现电气隔离，如果将这两根数据线短接，则与时钟输入线构成标准的I2C总线，还有五个地址输入端来确定该I2C器件的地址。其它引脚则为模拟地、数字地、电压输入输出引脚以及用来连接外部电阻、去耦电容等。

I2C总线的操作

对TPS2383的控制通过I2C总线进行，每片TPS2383有五个地址设定引脚，因而在一条I2C总线上可以寻址32片TPS2383，对多达256个以太网端口进行电源管理。对TPS2383的I2C总线操作时序见图1。

在进行写操作时，首先发送一个字节的器件地址：A7-A0，其中A7、A6留作以后扩展使用，A5－A1即为每片TPS2373的硬件地址，A0决定是读操作还是写操作。然后向器件发送一个字节的寄存器和端口地址，最后发送数据，芯片内部的寄存器和端口地址具体分配如表2：

在进行读操作时，首先发送一个字节的器件地址：A7-A0，定义同上，然后向器件发送一个字节的寄存器和端口地址，随后再发送一次器件地址，紧接着在数据线上就可以收到芯片送出的八位数据，寄存器和端口地址分配同上。
对寄存器的读写操作主要是按照标准执行电流检测、设备分类、开关FET控制、浪涌电流限制、加电去电电流缓冲、LED驱动模式设定等功能。

TPS2370与TPS2383的应用

TPS2370的典型应用

TPS2370设计用于以太网终端设备的供电，它首先通过变换器以及整流桥获得所需的直流电源，然后将该直流电源进行必要的处理再送至DC-DC变换器获得以太网设备所需要的稳定的直流电源。典型应用电路图见图2。

表2 TPS2370 典型应用电路简图（略）

TPS2383的典型应用

TPS2383的供电电压为单48V。芯片输出标准10V（V10）电压，芯片还需要提供VL（3.3V）以及V5（5V）电源，因为VL、V5静态电流非常小，所以通过DC-DC变换器将芯片输出的V10变换为V5电源，VL电源则通过一个4.22k 电阻连到V5来获得。芯片自身需要一个控制器通过I2C总线来控制，一般选用MSP430控制器。如果控制器需要电气隔离的话，则在芯片与控制器的总线间加上三只光耦即可。图3给出了I2C总线、电源去耦等连接简图，图中只画出了一个以太网端口的电源管理接口。

TPS2383 与TPS2370的典型应用

图4 给出了该系列IC比较完整的应用结构图，加黑的和浅淡的两根线即为以太网供电电流回路。TX、RX为以前的以太网驱动接口所必需的变换器。为了实现以太网供电还要添加带中间抽头的变换器，供电电流在发送或接收回路上分别各自抵消，这样就不会对收发数据产生影响。供电一侧的两个抽头接至图3右侧的P1、P2即可；受电端的两个变换器抽头经过整流桥送至图2左侧的输入端即可。在5类UTP线缆上供电距离可达350英尺。

结论

以太网电源是一项被迫切需求的技术，它经历了较长的时间才得以登台亮相，这项新技术具有极大的发展潜力，它将有利于提高新产品在市场上的接受率。3Com 公司已经推出的SuperStack 3 Switch 4400 PWR就是一种24口10/100以太网供电交换机，索尼也将于10月份上市支持IEEE802.3af标准的网络摄像机“SNC-Z20N”。可以预见：采用以太网电源技术的各种网络产品在市场上将被热烈追捧，而传统的不支持该技术的产品将逐步淡出市场。

图3 TPS2383应用简图（略）

图4 TPS2383与TPS2370的实际应用结构简图（略）