深入解析onsemi NCP1096：PoE-PD接口控制器的卓越之選

在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信和智能設(shè)備的發(fā)展中，Power over Ethernet（PoE）技術(shù)憑借其便捷性和高效性，成為了眾多應(yīng)用場(chǎng)景的理想供電解決方案。onsemi的NCP1096作為一款先進(jìn)的PoE-PD接口控制器，為IEEE 802.3af/at和-3bt標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)大的支持。今天，我們就來(lái)深入探討一下NCP1096的特點(diǎn)、功能以及應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、NCP1096概述

NCP1096是onsemi PoE-PD產(chǎn)品家族的一員，它能讓基于該芯片的設(shè)備成為符合IEEE 802.3af/at和-3bt標(biāo)準(zhǔn)的受電設(shè)備（PD）。該芯片集成了PoE系統(tǒng)運(yùn)行所需的各種功能，如檢測(cè)、分類以及浪涌電流限制等。通過(guò)內(nèi)部的通晶體管，NCP1096支持高達(dá)90W的高功率應(yīng)用。同時(shí)，其電源良好引腳（PGO）可確保相鄰主DC/DC轉(zhuǎn)換器的正確禁用和啟用，分類結(jié)果引腳則允許設(shè)備根據(jù)分配的功率等級(jí)（最高Class 8）進(jìn)行操作。

1.1 主要特性

• 全面標(biāo)準(zhǔn)支持：完全支持IEEE 802.3af/at和-3bt規(guī)范，確保與各種PoE供電設(shè)備（PSE）的兼容性。
• 多事件分類：支持最多5事件物理層分類，能夠準(zhǔn)確確定設(shè)備所需的功率等級(jí)。
• 高功率支持：分配功率水平最高可達(dá)90W，滿足高功率設(shè)備的供電需求。
• 自動(dòng)分類功能：支持Autoclass，可讓3bt認(rèn)證的PSE更好地在不同PD之間分配功率。
• 浪涌電流限制：典型浪涌電流限制為110mA，有效保護(hù)設(shè)備免受浪涌沖擊。
• 內(nèi)部通開關(guān)：內(nèi)部70mΩ的通開關(guān)，降低功耗，提高效率。
• 多種保護(hù)功能：具備過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等功能，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。
• 寬溫度范圍：結(jié)溫范圍為-40°C至+125°C，適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。
• 環(huán)保封裝：采用16引腳TSSOP EP封裝，無(wú)鉛且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

二、引腳描述與功能

2.1 電源與輸入引腳

• VPP（引腳1）：正輸入電源，連接到整流橋的正端。
• VPN（引腳8）：負(fù)輸入電源，連接到整流橋的負(fù)端。
• AUX（引腳4）：輔助電源檢測(cè)輸入，參考電壓為VPN。

2.2 分類與檢測(cè)引腳

• CLB（引腳3）：分類輸出引腳。
• DET（引腳7）：檢測(cè)引腳，需在DET和COSC之間連接一個(gè)26.1kΩ的檢測(cè)電阻。
• COSC（引腳5）：模擬引腳，需在COSC和VPN之間連接一個(gè)1nF的電容。
• ACS（引腳6）：自動(dòng)分類啟用/禁用輸入，連接到VPN可禁用Autoclass，浮空則啟用。

2.3 控制與指示引腳

• GBR（引腳11）：控制輸出，用于禁用有源整流橋。
• PGO（引腳14）：電源良好指示輸出，為開漏輸出，用于啟用/禁用相鄰的主DC/DC轉(zhuǎn)換器。
• NCM（引腳15）和NCL（引腳16）：分類結(jié)果輸出，分別為最高有效位（MSB）和最低有效位（LSB），需通過(guò)上拉電阻連接到邏輯電源。
• LCF（引腳13）：長(zhǎng)分類指紋指示輸出，需通過(guò)上拉電阻連接到邏輯電源。

三、工作原理與流程

3.1 檢測(cè)階段

在檢測(cè)階段，PSE會(huì)檢查PD是否存在有效的檢測(cè)簽名。為了向PSE呈現(xiàn)有效的檢測(cè)簽名，需在NCP1096的COSC和DET引腳之間插入一個(gè)26.1kΩ的電阻。當(dāng)PD電源接口的電壓在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，COSC引腳被拉至VPP，DET引腳被拉至VPN，從而使PD呈現(xiàn)出有效的檢測(cè)簽名。一旦PSE檢測(cè)到有效簽名并準(zhǔn)備為PD供電，COSC和DET開關(guān)將關(guān)閉，以降低PD的電流消耗。

3.2 分類階段

PD根據(jù)其在運(yùn)行過(guò)程中電源接口所需的最大功率水平進(jìn)行分類。IEEE 802.3bt標(biāo)準(zhǔn)支持最高71.3W的PD，并定義了8個(gè)功率等級(jí)（Class 1至Class 8）。PD必須符合一個(gè)功率等級(jí)，該等級(jí)應(yīng)等于或高于其所需的最大功率。NCP1096通過(guò)連接到CLA和CLB引腳的電阻來(lái)確定分類請(qǐng)求的等級(jí)。在分類過(guò)程中，PSE會(huì)根據(jù)其能夠提供給PD的功率生成不同數(shù)量的類標(biāo)記事件，從而確定PD允許使用的功率量。分類結(jié)果將寫入狀態(tài)輸出NCL、NCM和LCF。

3.3 浪涌電流限制階段

當(dāng)PSE成功將PD分配到特定的功率等級(jí)后，會(huì)將其電源接口的電壓升高到內(nèi)部電源電壓。當(dāng)NCP1096的端口電壓超過(guò)欠壓鎖定（UVLO）閾值（UVLO_H）時(shí)，將進(jìn)入浪涌電流控制狀態(tài)。在此狀態(tài)下，NCP1096通過(guò)操作通開關(guān)晶體管在有源區(qū)域來(lái)控制端口電容（CPD）的充電。通過(guò)監(jiān)測(cè)內(nèi)部感測(cè)電阻（RSNS = 25mΩ）上的電壓來(lái)調(diào)節(jié)通開關(guān)的電流，將浪涌電流限制在PSE浪涌閾值以下。當(dāng)RTN和VPN之間的電壓小于0.8V且柵極電壓高于8.5V時(shí)，NCP1096將退出浪涌電流控制狀態(tài)，進(jìn)入正常運(yùn)行模式，此時(shí)通開關(guān)完全導(dǎo)通。

3.4 系統(tǒng)啟動(dòng)與運(yùn)行

在浪涌電流控制狀態(tài)下，PGO輸出將被NCP1096拉低，以阻止相鄰的主DC/DC轉(zhuǎn)換器和VPP與RTN之間的任何重要負(fù)載啟動(dòng)。當(dāng)NCP1096退出浪涌電流控制狀態(tài)后，PGO輸出將浮空，表明主DC/DC轉(zhuǎn)換器和系統(tǒng)可以啟動(dòng)。此時(shí)，NCP1096不再主動(dòng)限制電流和功率，通開關(guān)保持導(dǎo)通狀態(tài)。

四、應(yīng)用信息

4.1 典型應(yīng)用電路

文檔中給出了NCP1096的簡(jiǎn)化應(yīng)用原理圖和典型物料清單（BOM）。典型的應(yīng)用電路包括PoE接口芯片NCP1096、GreenBridge整流器、TVS保護(hù)二極管、電容、電阻等元件。這些元件的選擇和參數(shù)設(shè)置對(duì)于系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

4.2 不同功率等級(jí)的應(yīng)用考慮

對(duì)于請(qǐng)求Class 4或更高等級(jí)的PD，需要考慮可能出現(xiàn)的供電不足情況，并在Class 3功率水平下實(shí)現(xiàn)一些基本功能。同時(shí)，微控制器只有在系統(tǒng)啟動(dòng)后才能讀取分類結(jié)果，因此主DC/DC轉(zhuǎn)換器和系統(tǒng)必須能夠在Class 3功率（或Class 1和Class 2 PD的更低功率）下啟動(dòng)，并僅在PSE分配的等級(jí)允許時(shí)開啟更高功率的負(fù)載。

4.3 輔助電源應(yīng)用

NCP1096支持從備用或本地電源獲取功率，以支持連接到非PoE網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。當(dāng)AUX引腳電壓超過(guò)AUX_H閾值并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間時(shí)，NCP1096將關(guān)閉通開關(guān)并進(jìn)入離線狀態(tài)。此時(shí)，電流路徑將從PSE轉(zhuǎn)移到后方輔助電源，PSE將斷開與PD的連接。

五、總結(jié)

onsemi的NCP1096作為一款高性能的PoE-PD接口控制器，具有全面的標(biāo)準(zhǔn)支持、高功率能力、多種保護(hù)功能和靈活的應(yīng)用特性。無(wú)論是在網(wǎng)絡(luò)通信、安防監(jiān)控還是智能家居等領(lǐng)域，NCP1096都能為設(shè)備的PoE供電提供可靠的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)PoE受電設(shè)備時(shí)，可以充分利用NCP1096的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的供電系統(tǒng)。

你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)PoE供電的問(wèn)題？你認(rèn)為NCP1096在哪些應(yīng)用場(chǎng)景中會(huì)發(fā)揮更大的作用？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。