LTC4291-1/LTC4292：802.3bt PoE PSE控制器的卓越之選

在以太網(wǎng)供電（PoE）技術(shù)不斷發(fā)展的今天，設(shè)備對(duì)供電功率和效率的要求越來(lái)越高。LTC4291-1/LTC4292作為一款4端口IEEE 802.3bt PoE PSE控制器，為PoE系統(tǒng)帶來(lái)了新的解決方案。下面，我們就來(lái)深入了解一下這款控制器。

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1. 產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1.1 端口與通道設(shè)計(jì)

LTC4291-1/LTC4292具有四個(gè)PSE端口，每個(gè)端口配備兩個(gè)功率通道。這種設(shè)計(jì)使得它能夠?yàn)椴煌愋偷氖茈娫O(shè)備（PD）提供靈活的供電方案，滿足多樣化的應(yīng)用需求。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)兼容性

該芯片組完全符合IEEE 802.3bt Type 3和4的PSE標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)支持Type 1、2、3和4的PD。這意味著它可以與廣泛的PD設(shè)備兼容，具有很強(qiáng)的通用性。

1.3 低功耗設(shè)計(jì)

每個(gè)通道具有低功耗路徑耗散特性。具體來(lái)說(shuō)，采用了150mΩ的感測(cè)電阻和30mΩ或更低的MOSFET (R_{DS(ON)}) ，有效降低了功耗，提高了系統(tǒng)效率。

1.4 電氣隔離

芯片組提供電氣隔離，消除了光耦和隔離3.3V電源的需求，不僅降低了成本，還提高了系統(tǒng)的可靠性。

1.5 先進(jìn)的檢測(cè)與監(jiān)控

具備非常高可靠性的多點(diǎn)PD檢測(cè)功能，通過(guò)連接檢查能夠區(qū)分單簽名和雙簽名PD。同時(shí)，支持連續(xù)、專用的每端口功率和電流監(jiān)控，以及每端口功率監(jiān)管，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.6 通信接口與可編程性

擁有1MHz (I^{2} C) 兼容的串行控制接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。并且可以通過(guò)引腳或 (I^{2} C) 進(jìn)行編程，使PD的供電功率最高可達(dá)71.3W。

1.7 封裝形式

提供40引腳6mm × 6mm（LTC4292）和24引腳4mm × 4mm（LTC4291-1）的QFN封裝，滿足不同的應(yīng)用場(chǎng)景和布局要求。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

2.1 PoE PSE交換機(jī)/路由器

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，LTC4291-1/LTC4292可以為交換機(jī)和路由器提供穩(wěn)定的PoE供電，支持多個(gè)端口同時(shí)為PD設(shè)備供電，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集成度和供電效率。

2.2 PoE PSE中跨設(shè)備

對(duì)于需要在現(xiàn)有非PoE網(wǎng)絡(luò)中添加PoE功能的場(chǎng)景，中跨設(shè)備是一個(gè)很好的選擇。LTC4291-1/LTC4292能夠?yàn)橹锌缭O(shè)備提供可靠的供電控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和電力的同時(shí)傳輸。

3. 技術(shù)原理剖析

3.1 PoE基礎(chǔ)原理

PoE是一種通過(guò)以太網(wǎng)銅纜傳輸直流電源的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。在PoE系統(tǒng)中，提供電源的設(shè)備稱為PSE，而接收電源的設(shè)備稱為PD。PSE通過(guò)檢測(cè)PD的簽名電阻來(lái)確定是否可以供電，并根據(jù)PD的分類信息分配功率。

3.2 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)的新特性

802.3bt標(biāo)準(zhǔn)相比之前的標(biāo)準(zhǔn)有了顯著的改進(jìn)。它允許Type 3和Type 4的PSE通過(guò)所有四對(duì)以太網(wǎng)電纜供電，將PD的供電功率從25.5W提高到71.3W。同時(shí)，還引入了更低的維持功率簽名（MPS）電流，降低了待機(jī)功耗。

3.3 LTC4291-1/LTC4292的工作模式

該芯片組的每個(gè)端口可以在手動(dòng)、半自動(dòng)或自動(dòng)三種模式下運(yùn)行，還有關(guān)機(jī)模式可用于禁用端口。在自動(dòng)模式下，芯片組可以自動(dòng)檢測(cè)、分類并為連接的有效PD供電，大大提高了系統(tǒng)的智能化程度。

3.4 檢測(cè)與分類機(jī)制

• 檢測(cè)：采用多點(diǎn)檢測(cè)方法，通過(guò)強(qiáng)制電流和強(qiáng)制電壓測(cè)量來(lái)檢查PD的簽名電阻，有效減少了誤檢測(cè)的情況。
• 分類：支持多種分類方式，包括802.3af分類、LLDP分類、802.3at 2 - 事件分類和802.3bt多事件分類。不同類型的PD在分類過(guò)程中會(huì)有不同的表現(xiàn)，芯片組能夠準(zhǔn)確識(shí)別并分配相應(yīng)的功率。

3.5 功率控制與保護(hù)

• 浪涌控制：在向端口施加功率時(shí)，芯片組會(huì)以受控的方式提升外部MOSFET的柵極電壓，避免過(guò)大的浪涌電流。
• 端口功率監(jiān)管：監(jiān)控每個(gè)端口的功率，當(dāng)總輸出功率超過(guò)指定閾值時(shí)，會(huì)自動(dòng)移除端口的功率，保護(hù)系統(tǒng)安全。
• 電流切斷和限制：每個(gè)端口具有兩個(gè)電流限制閾值（ICUT - 2P和ILIM - 2P），并配備相應(yīng)的定時(shí)器。當(dāng)電流超過(guò)閾值時(shí)，會(huì)采取相應(yīng)的措施，如降低柵極電壓或關(guān)閉端口。
• 斷開(kāi)檢測(cè)：監(jiān)控供電通道的電流，當(dāng)電流低于IHOLD - 2P閾值時(shí)，會(huì)啟動(dòng)斷開(kāi)定時(shí)器。如果定時(shí)器到期，會(huì)關(guān)閉端口或通道。

4. 外部組件選擇要點(diǎn)

4.1 電源供應(yīng)

• 數(shù)字電源：(V_{DD}) 需要3.3V（標(biāo)稱值）相對(duì)于DGND的電源，并且需要在LTC4291 - 1附近放置至少0.1μF的陶瓷去耦電容。
• 主PoE電源：(VEE) 對(duì)于Type 3 PSE需要 - 51V至 - 57V的負(fù)電壓，對(duì)于Type 4 PSE需要 - 53V至 - 57V的負(fù)電壓。同時(shí)，需要在AGNDP和 (VEE) 之間添加旁路電容，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 串行總線隔離

采用變壓器來(lái)隔離LTC4291 - 1和LTC4292，SDAIN和SDAOUT引腳可以短接并直接連接到 (I^{2} C / SMBus) 總線。選擇的變壓器應(yīng)具有1:1的匝數(shù)比，并且最好沒(méi)有共模扼流圈。

4.3 外部MOSFET

仔細(xì)選擇功率MOSFET對(duì)于系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。ADI推薦了不同功率配置下的MOSFET型號(hào)，如PSMN075 - 100MSE和PSMN040100MSE，這些MOSFET在PoE應(yīng)用中具有良好的可靠性。

4.4 感測(cè)電阻

每個(gè)通道的感測(cè)電阻為0.15Ω，由兩個(gè)并聯(lián)的0.3Ω電阻組成。感測(cè)電阻應(yīng)具有±1%的公差和不超過(guò)±200ppm/°C的溫度系數(shù)，以滿足IEEE規(guī)范的要求。

4.5 端口輸出電容

每個(gè)端口需要在OUTnM和AGNDP之間連接一個(gè)0.22μF的電容，以確保LTC4292在啟動(dòng)或過(guò)載時(shí)的穩(wěn)定性。建議使用X7R陶瓷電容，并將其放置在靠近LTC4292的位置。

4.6 浪涌保護(hù)

以太網(wǎng)端口可能會(huì)受到電纜浪涌事件的影響，因此需要在主電源、LTC4292電源引腳和每個(gè)端口添加保護(hù)組件，如瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）和電容，以保護(hù)系統(tǒng)免受損壞。

5. 布局要求嚴(yán)格

嚴(yán)格遵守電路板布局、元件放置和布線要求對(duì)于IEEE合規(guī)性、參數(shù)測(cè)量準(zhǔn)確性、系統(tǒng)魯棒性和熱耗散至關(guān)重要。特別是感測(cè)電阻的布局有嚴(yán)格的定義，需要確保其不受其他通道電流的影響。同時(shí)，要正確實(shí)現(xiàn)Kelvin感應(yīng)，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。

6. 總結(jié)

LTC4291-1/LTC4292作為一款先進(jìn)的PoE PSE控制器，具有豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。它在兼容性、功耗、檢測(cè)與監(jiān)控、功率控制等方面都表現(xiàn)出色。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)具體的需求選擇合適的外部組件，并嚴(yán)格按照布局要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮該芯片組的性能。你在使用LTC4291-1/LTC4292的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。