以太網(wǎng)供電？探究電力傳輸?shù)男路较?- 全文

　　以太網(wǎng)和USB的應(yīng)用范圍隨著標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展而在不斷擴(kuò)大。采用新一代標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)線將可供100W左右的電力。將數(shù)據(jù)線作為電線使用的時(shí)代即將到來(lái)。

　　家中和辦公室的電源“插座”的形態(tài)將會(huì)大變。因?yàn)橐蕴W(wǎng)和USB等數(shù)據(jù)收發(fā)接口已經(jīng)可以供給100W的大直流電力，數(shù)據(jù)線和電線的界限在逐漸消失。在不久的將來(lái)，因可利用數(shù)據(jù)線供電，并隨著越來(lái)越多的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，辦公室和家庭的直流供電將逐步成為現(xiàn)實(shí)（圖1）。

　　圖1：USB和以太網(wǎng)的大電力化將推動(dòng)電力管理系統(tǒng)和直流供電的普及。

???????? 隨著PoE和USB可供電力的增大，PoE可用于驅(qū)動(dòng)照明設(shè)備，USB可取代家中的插座。PoE和USB還能收發(fā)數(shù)據(jù)，因此將推動(dòng)“BEMS”和“HEMS”等電力管理系統(tǒng)的普及。并且，使用這種數(shù)據(jù)線，直流供電也有望普及。

　　例如，辦公室插座會(huì)變成只有以太網(wǎng)和USB的接口，連接后既能供電也能傳輸數(shù)據(jù)的寫(xiě)字樓有望實(shí)現(xiàn)。在家中，電視、光盤(pán)裝置和游戲機(jī)等“黑色家電”，也能用USB插座工作了。

　　餐飲店并排設(shè)置著許多USB連接器，顧客可用來(lái)為自己的便攜終端充電。——不久的將來(lái)，當(dāng)成為世上常見(jiàn)的情形。

　　此前以太網(wǎng)和USB也可用于供電。以太網(wǎng)采用“Power over Ethernet（PoE）”標(biāo)準(zhǔn)，可用一根線纜進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)和供電，寫(xiě)字樓的IP電話、監(jiān)控?cái)z像頭以及無(wú)線LAN接入點(diǎn)等部分用途一直在應(yīng)用。

　　而USB以鍵盤(pán)、鼠標(biāo)及外置硬盤(pán)等個(gè)人電腦外設(shè)為中心，不僅是數(shù)據(jù)收發(fā)，，其供電用途也在擴(kuò)大。而且，自2007年4月制定了只作供電的“USB Battery Charging（USB BC）”以來(lái)，很多手機(jī)、智能手機(jī)和平板終端將USB用作了充電適配器。

　　可供電100W

　　將以太網(wǎng)和USB用于供電的趨勢(shì)，將隨著二者的規(guī)格逐漸大電力化而進(jìn)一步加強(qiáng)，適用范圍也將不斷擴(kuò)大（圖2）。目前正朝著辦公室為強(qiáng)大的以太網(wǎng)、家中為強(qiáng)大的USB的方向發(fā)展。如果供電側(cè)一個(gè)端口可以輸出100W左右的電力，PoE就可提供能驅(qū)動(dòng)辦公室內(nèi)的LED照明、筆記本電腦和小型一體機(jī)等的電力。USB也可以驅(qū)動(dòng)筆記本電腦、20～30英寸的中型顯示器、藍(lán)光光盤(pán)錄像機(jī)、臺(tái)式游戲機(jī)和大型風(fēng)扇等，在家庭中的利用將迅速增加。

　　圖2：隨大電力化其適用范圍會(huì)擴(kuò)大

　　因PoE和USB供給電力的增大，其適用范圍也將擴(kuò)大。PoE不僅可用于辦公室中的筆記本電腦和LED照明設(shè)備，還可用于移動(dòng)通信的小型基站等（a）。而USB設(shè)想的用途以數(shù)字產(chǎn)品為中心，將用于20～30英寸的中型顯示器（b）。

　　因PoE及USB可收發(fā)數(shù)據(jù)，所以若將這些產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)，則“HEMS（home energy management system）”和“BEMS（building energy management system）”等電力管理系統(tǒng)的構(gòu)筑便會(huì)更容易。由于兩種規(guī)格均以直流供電，“有望作為建筑內(nèi)的直流插座促進(jìn)直流供電系統(tǒng)的普及”（北陸尖端科學(xué)技術(shù)研究生院大學(xué)信息科學(xué)研究科教授、住宅內(nèi)直流供電聯(lián)盟主席丹康雄）。

　　此前，直流供電系統(tǒng)曾做過(guò)專用連接器和專用線纜的開(kāi)發(fā)并提出過(guò)方案，但因沒(méi)有主要的用戶對(duì)象而未得以普及。但如果能供給100W級(jí)的直流電，因可以利用價(jià)格低且大量普及的USB及以太網(wǎng)的連接器及線纜，因此有望迅速得到采用。

　　“高速”、“大電力”、“便宜”是主流

　　可用一根線纜收發(fā)數(shù)據(jù)和供電的不只是以太網(wǎng)和USB。大約從5年前開(kāi)始，只要是最新設(shè)備間接口基本都標(biāo)配供電功能（圖3）。其中，可供給大電力的是2010年制定的AV產(chǎn)品接口規(guī)格“HDBaseT”。

　　圖3：以太網(wǎng)和USB可供電100W

　　以太網(wǎng)（PoE）和USB可供給的電力均為100W左右。在電子產(chǎn)品中廣泛普及的接口規(guī)格中，可以供給大電力。

　　該規(guī)格可利用一根以太網(wǎng)線纜傳輸非壓縮高清視頻和音頻，并可供給100W級(jí)的電力。但供貨HDBaseT用收發(fā)IC的企業(yè)只有一家，目前僅限于廣播電視設(shè)備等部分商業(yè)設(shè)備用途，而且也沒(méi)有支持100W的產(chǎn)品。

　　另外，也有利用電力線交換數(shù)據(jù)的電力線通信，但該通信中號(hào)稱速度最快的“HD-PLC”的最大數(shù)據(jù)傳輸速度也只有240Mbit/秒，實(shí)際只有數(shù)十Mbit/秒，低于以太網(wǎng)和USB（請(qǐng)參照電力線通信規(guī)格“HD-PLC”力圖東山再起，進(jìn)攻中國(guó)和歐洲市場(chǎng)）。

　　除此之外，還有可實(shí)現(xiàn)1Gbit/秒以上的數(shù)據(jù)傳輸和供電的接口規(guī)格。但滿足數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá)1Gbit/秒以上，供電電力也高達(dá)100W左右，且價(jià)格低到可為大量機(jī)器標(biāo)配程度這三個(gè)條件的，目前只有USB和以太網(wǎng)，今后也將成為主流。

　　在100W供電上領(lǐng)先的PoE

　　以太網(wǎng)和USB中，以太網(wǎng)在100W供電上領(lǐng)先一步。雖然在IEEE制定的標(biāo)準(zhǔn)中，IEEE802.3at（PoE+）的30W左右電力為最大值，但各企業(yè)以該IEEE的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為基礎(chǔ)，自主推進(jìn)了PoE的大電力化。已有可供給100W左右電力的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。

　　例如美國(guó)凌力爾特科技公司的“LTPoE++”。供電側(cè)一個(gè)端口可輸出125W，受電側(cè)可接收90W的電力。支持LTPoE++的PoE控制IC已從2011年開(kāi)始銷(xiāo)售，預(yù)計(jì)2012年底～2013年配備該IC的設(shè)備就將面世。

　　美國(guó)思科系統(tǒng)已經(jīng)推出了用PoE可供給30W以上電力的設(shè)備。該公司開(kāi)發(fā)出了供電側(cè)一個(gè)端口可供給60W，受電側(cè)可接收51W電力的“UPOE（Universal PoE）”，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)等支持UPOE的產(chǎn)品已于2011年秋季上市。

　　作為PoE大電力化的殺手級(jí)應(yīng)用之一，思科系統(tǒng)著眼于照明產(chǎn)品。該公司與日本的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)公司DEP等共同開(kāi)發(fā)出了采用UPOE的LED照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用UPOE用一根線纜為L(zhǎng)ED照明設(shè)備供電，還能收發(fā)控制信號(hào)。由此，可輕松構(gòu)筑調(diào)整LED的亮度以削減耗電量的系統(tǒng)。

　　思科系統(tǒng)在其日本法人的大阪辦公室導(dǎo)入了UPOE，與以往利用熒光燈時(shí)相比，耗電量削減了近70％（圖4）。將來(lái)除LED照明設(shè)備外，還將控制寫(xiě)字樓內(nèi)的PoE連接設(shè)備，目標(biāo)是構(gòu)筑管理大廈電力的BEMS。

　　圖4：利用PoE削減LED照明設(shè)備的耗電量

　　思科系統(tǒng)日本與DEP等共同開(kāi)發(fā)出了利用PoE的LED照明控制系統(tǒng)，在思科系統(tǒng)的大阪辦公室采用。利用以一根以太網(wǎng)線纜可供電60W的“UPOE”為L(zhǎng)ED照明設(shè)備供電。還可以發(fā)送控制信號(hào)調(diào)整LED的亮度。由此，與以往的熒光燈照明相比，耗電量削減了近70％。（圖根據(jù)思科系統(tǒng)日本的資料制作）

　　LTPoE++和UPOE雖然是自主規(guī)格，但在支持產(chǎn)品中保證了與IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的PoE具備向下兼容性。制定LTPoE++的凌力爾特科技和制定UPOE的思科系統(tǒng)均考慮通過(guò)IEEE802.3委員會(huì)使30W以上的PoE標(biāo)準(zhǔn)化。“估計(jì)能在2015年前后實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化”（思科系統(tǒng)日本）。

　　AC適配器可能通用

　　USB的100W大電力規(guī)格的實(shí)用化可能要在2013年以后了。因?yàn)橥七M(jìn)USB 3.0標(biāo)準(zhǔn)化的“USB 3.0 Promoter Group”于2012年7月剛剛制定了用USB最大可供電100W的規(guī)格“USB Power Delivery（USB PD） Specification”。

　　此前在能收發(fā)數(shù)據(jù)的情況下可供給的電力，USB 2.0為2.5W（5V、500mA），USB 3.0為4.5W（5V、900mA）。不傳輸數(shù)據(jù)只供電的USB BC，最大也僅為7.5W（5V、1.5A）。

　　據(jù)USB標(biāo)準(zhǔn)制定團(tuán)體“USBIF”和主導(dǎo)USB的美國(guó)英特爾等的負(fù)責(zé)人介紹，USB PD主要設(shè)想了兩種新的使用場(chǎng)景（圖5）。一個(gè)是便攜終端AC適配器的通用化。如利用USB PD，則從平板終端、智能手機(jī)到筆記本電腦均能利用同一個(gè)AC適配器工作，會(huì)增加用戶的便利性。隨著便攜終端的增加，人們對(duì)AC適配器的整合抱有很大期待。據(jù)稱，目前在國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）的便攜終端充電器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格“L.1000”中，正在制定的快速充電器用連接器和線纜標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)利用USB PD。

　　圖5：實(shí)現(xiàn)AC適配器的通用

　　由USB PD，可實(shí)現(xiàn)平板終端、智能手機(jī)和筆記本電腦均可驅(qū)動(dòng)及充電的AC適配器（a）。另外，還能將大型顯示器等作為集線器，將各種設(shè)備用一根線纜連接起來(lái)（b）

　　另一個(gè)使用場(chǎng)景是，將AC適配器連接的大型顯示器等作為集線器，連接多臺(tái)設(shè)備來(lái)傳輸數(shù)據(jù)和供電。與分別使用電力線和數(shù)據(jù)線時(shí)相比，可以減少線纜數(shù)量，簡(jiǎn)化布線。

　　預(yù)計(jì)支持USB PD的產(chǎn)品將于2013年上半年面世，首先將從可供電30W左右的產(chǎn)品開(kāi)始實(shí)用化。

　　PoE以辦公室為中心

　　以太網(wǎng)和USB作電力線使用的情況日益活躍，而PoE導(dǎo)入家庭因較為昂貴，所以辦公室為主的采用可能會(huì)取得進(jìn)展。普通以太網(wǎng)集線器用數(shù)千日元即可買(mǎi)到，而支持PoE的開(kāi)關(guān)則需數(shù)萬(wàn)日元。這對(duì)于只連接有數(shù)幾臺(tái)設(shè)備的家庭來(lái)說(shuō)，費(fèi)用過(guò)高。

　　但寫(xiě)字樓就不一樣了。因?yàn)?，?xiě)字樓大多原來(lái)就布有網(wǎng)絡(luò)通信用以太網(wǎng)線纜。如將該線纜用作PoE，就無(wú)需再新鋪設(shè)電線。加之很多企業(yè)為削減話費(fèi)而采用了以PoE工作的IP電話，因而PoE開(kāi)關(guān)的普及也在推進(jìn)。

　　另外，USB PD像PoE那樣的成本制約較少，可用于多種設(shè)備和場(chǎng)所。不過(guò)，USB是以1對(duì)1連接為前提的，所以很難構(gòu)筑像以太網(wǎng)那樣的規(guī)模大且具有擴(kuò)展性的網(wǎng)絡(luò)。加之，其傳輸距離只有1～3m。因此，估計(jì)將作為1對(duì)1連接用途以及插座普及。

　　先控制LED照明，還打算用于BEMS

?　　隨著PoE實(shí)現(xiàn)100W左右的供電，以太網(wǎng)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。其中尤以LED照明的控制最受關(guān)注。將來(lái)或?qū)⒊蔀锽EMS普及的關(guān)鍵構(gòu)成部件。

　　利用以太網(wǎng)供電的“Power over Ethernet（PoE）”用途日益擴(kuò)大（圖6）。其實(shí)，PoE自2003年6月制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格“IEEE802.3af”以來(lái)，應(yīng)用范圍就開(kāi)始擴(kuò)大。IEEE802.3af的電壓最大為57V，一個(gè)端口可輸出15.4W的電力，能為受電側(cè)供電12.95W。之后，2009年6月又制定出了一個(gè)端口可受電25.5W的“IEEE802.3at（PoE＋）”標(biāo)準(zhǔn)，支持機(jī)型由此進(jìn)一步增加。目前，寫(xiě)字樓利用的IP電話、監(jiān)控?cái)z像頭和無(wú)線LAN接入點(diǎn)的采用在不斷增加。

　　圖6：PoE推進(jìn)大電力化

　　符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的“PoE”，一個(gè)端口一般輸出15.4～34W的電力，不過(guò)現(xiàn)在出現(xiàn)了可供給更大電力的技術(shù)。必然思科系統(tǒng)的“UPoE”和凌力爾特科技的“LTPoE＋＋”等。

　　最近，可以供給超過(guò)IEEE802.3at所規(guī)定的25.5W電力的PoE技術(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化。其中，可供給100W左右的大電力的是美國(guó)凌力爾特科技公司的“LTPoE＋＋”。供電側(cè)一個(gè)端口可以輸出125W、接收90W的電力。

　　IEEE802.3af和IEEE802.3at利用了以太網(wǎng)線纜內(nèi)的4對(duì)雙絞線中的2對(duì)。而LTPoE＋＋通過(guò)利用全部4對(duì)，提高了供給電力（圖7）。隨著電力的增大，為提高可靠性，該公司在供電用控制IC中導(dǎo)入了檢測(cè)電壓和電流值的功能。另外，為降低產(chǎn)生的熱量，采用了可選擇低損耗MOSFET的外置標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)凌力爾特科技介紹，隨著電力的增大，可用于移動(dòng)通信用小型基站。預(yù)計(jì)2012年底～2013年，配備LTPoE＋＋PoE控制IC的小型基站等就會(huì)亮相。

　　圖7：利用4對(duì)雙絞線供給大電力

　　一個(gè)端口可輸出34W以上大電力的規(guī)格利用了以太網(wǎng)線纜內(nèi)的全部4對(duì)雙絞線。（圖（b）由《日經(jīng)電子》根據(jù)凌力爾特科技的資料制作）

　　無(wú)需AC-DC轉(zhuǎn)換器

　　在隨著PoE的大電力化而擴(kuò)大的用途中，最受關(guān)注的是LED照明。因?yàn)镻oE具有兩大優(yōu)點(diǎn)，適合驅(qū)動(dòng)LED照明器具。

　　第一，無(wú)需驅(qū)動(dòng)LED照明所需的AC-DC轉(zhuǎn)換器。LED照明產(chǎn)品比燈泡和熒光燈效率高，而且壽命長(zhǎng)，因此為降低環(huán)境負(fù)荷，LED照明開(kāi)始取代其他照明產(chǎn)品。

　　LED照明一般不同于以往的熒光燈，是利用直流驅(qū)動(dòng)的。因此必須使用AC-DC轉(zhuǎn)換器，而AC-DC轉(zhuǎn)換器“有時(shí)會(huì)導(dǎo)致LED照明閃爍”（思科系統(tǒng)日本）。PoE利用直流供電，所以容易避免這類(lèi)問(wèn)題。

　　PoE驅(qū)動(dòng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可收發(fā)控制信號(hào)。PoE通過(guò)交換數(shù)據(jù)信號(hào)易于對(duì)LED的亮度進(jìn)行微細(xì)控制，有望削減耗電量。

　　由于具備這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，部分先行企業(yè)開(kāi)始推進(jìn)支持LED照明的驅(qū)動(dòng)和控制的PoE系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。其中率先展開(kāi)行動(dòng)的是美國(guó)思科系統(tǒng)。

　　該公司開(kāi)發(fā)出了供電側(cè)一個(gè)端口可供應(yīng)60W電力，受電側(cè)可接收51W電力的“Universal PoE（UPoE）”，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)等支持UPoE的產(chǎn)品已于2011年秋季上市。思科開(kāi)發(fā)出了利用該UPoE的LED照明系統(tǒng)，并導(dǎo)入了其日本法人思科系統(tǒng)日本公司的大阪辦公室（圖8）。

　　圖8：通過(guò)PoE控制LED照明產(chǎn)品

　　思科系統(tǒng)日本在該公司的大阪辦公室內(nèi)導(dǎo)入了采用PoE的LED照明控制系統(tǒng)。通過(guò)可用一根以太網(wǎng)線纜供電60W的“UPoE”為L(zhǎng)ED照明器具供電，并發(fā)送控制信號(hào)調(diào)整LED的亮度（a）。除連接PoE的IP電話外，還可通過(guò)平板終端控制LED照明器具（b）。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)思科系統(tǒng)日本的資料制作）

　　該系統(tǒng)是在日本提出的，由思科系統(tǒng)日本公司與日本企業(yè)共同開(kāi)發(fā)?？梢哉f(shuō)，這是一款只有在推進(jìn)LED照明普及的日本才能誕生的產(chǎn)品。其中利用了DEP和三機(jī)工業(yè)的控制服務(wù)器以及DEP的LED照明用DC-DC轉(zhuǎn)換器。

　　大阪辦公室導(dǎo)入的支持PoE的LED照明系統(tǒng)可通過(guò)用無(wú)線LAN連接的平板終端和用PoE驅(qū)動(dòng)的IP電話，分0％（關(guān)閉）、50％和100％三級(jí)調(diào)整LED照明的亮度。例如，在員工較少時(shí)和白天等調(diào)暗或關(guān)閉LED照明的話可削減耗電量。由于員工可以隨手操作，因此方便隨時(shí)調(diào)整亮度。

　　不但容易控制LED照明，通過(guò)導(dǎo)入高效DC-DC轉(zhuǎn)換器等，與以往的熒光燈照明相比，還將耗電量削減了約70％。

　　成為電力管理的基礎(chǔ)設(shè)施

　　目前，思科系統(tǒng)日本公司大阪辦公室的LED照明亮度由員工“手動(dòng)”控制，不過(guò)利用通過(guò)照度傳感器和人感傳感器獲得的數(shù)據(jù)還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。DEP已經(jīng)試制出組合使用UPoE驅(qū)動(dòng)的LED照明產(chǎn)品以及人感傳感器和照度傳感器的調(diào)光系統(tǒng)。

　　思科計(jì)劃今后進(jìn)一步增加PoE驅(qū)動(dòng)的電子產(chǎn)品。列入計(jì)劃的有筆記本電腦和瘦客戶端終端等。由此，辦公桌上的IP電話和筆記本電腦布線只鋪設(shè)以太網(wǎng)線纜即可。另外，通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些產(chǎn)品的電力管理，PoE有望作為大廈電力管理系統(tǒng)“BEMS（building energy management system）”的基礎(chǔ)設(shè)施普及。

　　辦公設(shè)備耗電量的削減等也推動(dòng)了PoE的普及。例如，美國(guó)惠普（HP）的瘦客戶端終端雖然是一體機(jī)，但最大耗電量只有約13W，利用以往的PoE也完全能驅(qū)動(dòng)。今后，隨著100W左右PoE的普及，以及普通筆記本電腦和臺(tái)式個(gè)人電腦耗電量的削減，為這些產(chǎn)品供電也將成為可能。

　　LED照明產(chǎn)品的發(fā)光效率也在不斷提高，因此能以相同的供給電力驅(qū)動(dòng)更多的LED照明產(chǎn)品。思科系統(tǒng)日本公司大阪辦公室里設(shè)置的120cm長(zhǎng)的LED照明產(chǎn)品的耗電量為每根25W左右。一個(gè)UPoE端口可驅(qū)動(dòng)兩根燈管。通過(guò)提高LED照明的效率，在相同的亮度下，如果將耗電量降至17W，則一個(gè)UPoE端口可驅(qū)動(dòng)3根LED照明燈管。

　　人工費(fèi)低

　　不僅是節(jié)能，就人工費(fèi)而言，導(dǎo)入PoE也有優(yōu)勢(shì)。例如，在日本，電線鋪設(shè)必須由擁有“電工”等資格的專業(yè)人士來(lái)進(jìn)行，人工費(fèi)會(huì)增加。而PoE的鋪設(shè)則無(wú)需特別資格。

　　“某企業(yè)在對(duì)電線鋪設(shè)和PoE進(jìn)行比較后，基于工程費(fèi)低等理由，選擇了PoE”（思科系統(tǒng)日本）。海外的情況也同樣如此?！霸谛录悠碌鹊兀行?xiě)字樓沒(méi)有鋪設(shè)電線，入駐的企業(yè)必須自行布線。這種情況的話，由于導(dǎo)入成本低，就有咨詢PoE的企業(yè)”（DEP）。

　　車(chē)載也利用PoE

　　PoE雖然是以辦公室為中心普及，但隨著以太網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，PoE的應(yīng)用范圍也會(huì)不斷擴(kuò)大。作為以太網(wǎng)的新用途，目前最受關(guān)注的是汽車(chē)領(lǐng)域。為了在連接汽車(chē)內(nèi)的ECU和電裝品的網(wǎng)絡(luò)、即車(chē)載LAN規(guī)格中利用以太網(wǎng)，汽車(chē)行業(yè)也開(kāi)始行動(dòng)。

　　在傳輸車(chē)載攝像頭影像的用途中利用以太網(wǎng)時(shí)，考慮利用PoE為攝像頭模塊供電。因?yàn)檫@樣無(wú)需使用電線，可削減成本和減輕車(chē)重。目前，已經(jīng)可以利用一根雙絞線實(shí)現(xiàn)最大100Mbit/秒的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)供給5～6W的電力（圖4），完全可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)攝像頭模塊。
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　　圖9：車(chē)載以太網(wǎng)也能利用PoE

　　車(chē)載LAN以太網(wǎng)也考慮利用PoE。例如，博通公司開(kāi)發(fā)的“BroadR-Reach”可利用一根雙絞線供電5～6W，能驅(qū)動(dòng)車(chē)載攝像頭。照片是大陸公司在2012年5月舉行的“ESEC”上公開(kāi)的動(dòng)作演示。


　　供電由7.5W大幅升至100W，使用對(duì)應(yīng)線纜和專用IC

　　最大可供100W電力的“USB PD”的做法是導(dǎo)入對(duì)應(yīng)線纜，線纜的辨別和供電數(shù)值通過(guò)配備專用IC來(lái)確定。支持產(chǎn)品估計(jì)將在2013年上半年面世。

　　一個(gè)USB端子最大可供電100W的規(guī)格“USB Power Delivery（ USB PD） Specification”于2012年7月制定完成。USB 2.0和USB 3.0在最大可分別進(jìn)行480Mbit/秒、5Gbit/秒的數(shù)據(jù)通信的同時(shí)，還可作為“總線電源”最大可供電100W。

　　此前，USB 2.0的總線電源最大為2.5W（5V、500mA），USB 3.0最大為4.5W（5V、900mA）。此外，即便是在面向便攜終端電池充電用途，不傳送數(shù)據(jù)以提高供電的“USB Battery Charging（USB BC）”規(guī)格中，也只能供電7.5W（5V、1.5A）。而USB PD將總線電源最大提高至100W，用USB連接線即可驅(qū)動(dòng)筆記本電腦和30英寸級(jí)液晶電視等顯示器（圖11）。

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　　圖11：2013年上半年支持“USB PD”的產(chǎn)品將面世

　　除“Battery Charging Revision 1.2”外，USB的規(guī)格每更新一次，供給電力都在增加。2012年7月亮相的“USB PD”實(shí)現(xiàn)了100W供電。預(yù)計(jì)支持產(chǎn)品將在2013年上半年亮相。

　　5級(jí)規(guī)格

　　USB PD的供電范圍為10～100W。并具體針對(duì)供電的大小設(shè)置了10W、18W、36W、60W和100W五級(jí)“規(guī)格”（圖12）。10W供電為規(guī)格1，供給電力越高，規(guī)格編號(hào)越大，可供給100W電力的為規(guī)格5。

　　圖12：具有5級(jí)規(guī)格

　　USB PD相應(yīng)于供給電力分5級(jí)規(guī)格。以各規(guī)格確定電壓和電流供電。100W供電以20V電壓和5A電流實(shí)現(xiàn)（a）。USB PD的拓?fù)鋵⒐╇妭?cè)稱為“Provider”，受電側(cè)稱為“Consumer”（b）。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)USB PD的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書(shū)制作）

　　USB PD通過(guò)提高電壓和電流來(lái)擴(kuò)大供給電力。10W以5V×2A、18W以12V×1.5A、36W以12V×3A、60W以20V×3A、100W以20V×5A實(shí)現(xiàn)。在利用此前的5V電壓的同時(shí)，又新追加了12V和20V。之所以選擇12V，是因?yàn)檫@是很多產(chǎn)品常用的電壓。車(chē)載設(shè)備也多利用12V驅(qū)動(dòng)。20V是筆記本電腦的AC適配器DC輸出時(shí)所用的電壓。USB PD在制定規(guī)格時(shí)就考慮到了驅(qū)動(dòng)筆記本電腦用途，因此選擇了20V。

　　但支持100W供電的只有“Standard-A”及“Standard-B”等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的連接器。便攜終端用Micro USB連接器只能供電60W。USB PD為提供大電力需要利用支持線纜。為了辨別是否是支持USB PD的產(chǎn)品，線纜和產(chǎn)品上都加了專用標(biāo)記。

　　檢測(cè)出支持線纜

　　USB PD將供電側(cè)稱為“Provider”，受電側(cè)稱為“Consumer”，在供電側(cè)和受電側(cè)交換數(shù)據(jù)，決定實(shí)際發(fā)送的電力值。工作流程大致如下。

　　首先，判斷插入的線纜是否支持USB PD（圖13）。其次，判斷為支持產(chǎn)品時(shí)，供電側(cè)和受電側(cè)之間交換數(shù)據(jù)，確定發(fā)送電力的電壓和電流。電壓值設(shè)定5V為標(biāo)稱值，從供電側(cè)發(fā)送可輸出的電壓和電流列表，受電側(cè)從中選擇并確定電壓和電流。最后，從Provider向Consumer發(fā)送電力。

　　圖13：可辨別支持線纜的“USB PD”

　　“USB PD”首先辨別是否為支持線纜。接下來(lái)通過(guò)VBUS通信確定實(shí)際傳輸電力的電壓和電流。然后供電。這一連串動(dòng)作由“Device Policy Manager”等管理部負(fù)責(zé)。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)USB PD的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書(shū)制作）

　　供電因不使用“D+”和“D-”等信號(hào)線，而是利用“VBUS”線，因此可以邊供電邊收發(fā)數(shù)據(jù)。供電利用VBUS線的方法與此前的USB 2.0和USB 3.0相同。另外，確定電壓值和電流值時(shí)的數(shù)據(jù)交換也利用供電用VBUS線進(jìn)行。

　　通過(guò)上述流程就實(shí)現(xiàn)了USB PD最大供電100W，同時(shí)又確保了與以往的USB兼容。為此，專門(mén)配備了確認(rèn)是否為專用線纜的認(rèn)證功能以及確定電壓值和電流值的IC（圖14）。其中，USB PD為辨別專用線纜，改進(jìn)了連接器的構(gòu)造。USB PD的Standard-A和Standard-B規(guī)格的開(kāi)口部尺寸都同以往的連接器相同，原來(lái)的USB連接線可以插拔。Standard-A和Standard-B都是只通過(guò)稍微改變連接器的內(nèi)部構(gòu)造，就可以判斷是否為USB PD線纜。

　　圖14：需要控制IC和專用線纜

　　USB PD與以往的USB規(guī)格不同，需要專用控制IC和專用線纜?？刂艻C被稱為“PD芯片”。專用線纜還可連接以往的USB連接器。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)USB PD的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書(shū)制作）

　　USB PD Standard-A和Standard-B的差異，按照使用設(shè)備區(qū)分。具體而言，Standard-A連接器用于連接臺(tái)式個(gè)人電腦和筆記本電腦等“主機(jī)”，而Standard-B用來(lái)連接稱為“設(shè)備”的打印機(jī)和掃描儀等臺(tái)式外設(shè)。

　　改變連接器的構(gòu)造

　　USB PD Standard-A連接器為了辨別產(chǎn)品是否支持USB PD，在接收側(cè)的“插座”里面新追加了“PD DETECT”端子。稍微加長(zhǎng)了USB PD Standard-A插頭的長(zhǎng)度，以接觸到PD DETECT端子（圖15）。通過(guò)檢測(cè)是否有接觸，來(lái)判斷是否為支持線纜。

　　USB PD Standard-B在插座中追加了ID端子，用來(lái)判斷是否為支持線纜（圖16）。另外，根據(jù)電容器的安裝位置來(lái)判斷是3A用線纜還是5A用線纜。電容器位于ID端子和地面之間的為3A線纜，位于ID端子和VBUS之間則為5A線纜。

　　圖15：追加端子，通過(guò)接觸進(jìn)行判斷

　　“USB PD”的“Standard-A”連接器在接收側(cè)的插座中追加了用來(lái)檢測(cè)是否為USB PD支持線纜的“PDDETECT”端子（a、b）。該端子配置在插座里面，僅長(zhǎng)度較長(zhǎng)的USB PD的Standard-A連接器能接觸到。（圖（a）根據(jù)USB PD的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書(shū)制作）

　　圖16：通過(guò)追加ID端子進(jìn)行判斷

　　“USB PD”的“Standard-B”連接器追加了ID端子，用來(lái)判斷是否為支持線纜（a，b）。ID端子還用來(lái)確定流過(guò)線纜的電流值。根據(jù)電容器的安裝位置來(lái)判斷是3A用線纜還是5A用線纜（c）。（圖（a）由《日經(jīng)電子》根據(jù)USB PD的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書(shū)制作）

　　USB PD的Micro規(guī)格連接器方面，在原規(guī)格中設(shè)置了ID端子，因此沒(méi)有太大改變。不過(guò)，由于最大流過(guò)60W電力，連接器部和線纜部等容易發(fā)熱。Standard-A和Standard-B規(guī)格也同樣如此，USB PD的規(guī)格必須將溫度上升范圍控制在＋30℃以內(nèi)。因此，必須采取不同于以往USB的熱對(duì)策。

　　追加PD芯片

　　關(guān)于USB PD新導(dǎo)入的確定電壓值和電流值的流程，通過(guò)在供電側(cè)和受電側(cè)雙方的產(chǎn)品中追加交換所需數(shù)據(jù)的IC、即“PD芯片”予以支持。通過(guò)在這兩個(gè)PD芯片間交換數(shù)據(jù)來(lái)確定發(fā)送的電壓和電流值。利用VBUS端子收發(fā)載流子頻率為23.2MHz、數(shù)據(jù)傳輸速度為300kbit/秒的“FSK（frequency shift keying）”信號(hào)。

　　美國(guó)英特爾公司的USB-IF人士介紹，PD芯片集成到USB控制器中的可能性比較低。這位人士認(rèn)為因?yàn)椤白詈侠碛质″X(qián)的方法是，USB控制器利用現(xiàn)有的產(chǎn)品，USB PD只在需要時(shí)追加PD芯片”。

　　支持產(chǎn)品從2013年開(kāi)始面世

　　隨著USB PD規(guī)格的制定，支持產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)今后將會(huì)加速。部分企業(yè)已經(jīng)宣布開(kāi)發(fā)支持產(chǎn)品。例如，美國(guó)英特爾在2012年9月舉行的開(kāi)發(fā)者會(huì)議“IDF 2012”上，演示了利用USB PD驅(qū)動(dòng)耗電量為60W級(jí)的筆記本電腦的情形。

　　該演示通過(guò)筆記本電腦的AC適配器向供電側(cè)的基板發(fā)送電力，然后利用USB PD從供電側(cè)的基板向受電側(cè)的基板供電（圖17）。而針對(duì)筆記本電腦，經(jīng)由電源線從受電側(cè)的基板為筆記本電腦供電。將來(lái)，通過(guò)將供電側(cè)基板安裝到AC適配器內(nèi)，將受電側(cè)基板安裝到筆記本電腦中，可提供USB PD規(guī)格的AC適配器。

　　圖17：推進(jìn)支持USB PD產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)

　　在2012年9月的“IDF 2012”上，英特爾公司公開(kāi)了利用USB PD用開(kāi)發(fā)板卡驅(qū)動(dòng)筆記本電腦的演示（a）。由恩智浦半導(dǎo)體社、Obsidian Technology以及安森美半導(dǎo)體共同試制。除了這3家公司外，USB PD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書(shū)中記載的“Contributors”企業(yè)好像也已開(kāi)始著手開(kāi)發(fā)支持產(chǎn)品（b）。例如，SMSC和TI就在開(kāi)發(fā)USB PD用IC。

　　IDF 2012的演示中使用的供電側(cè)和受電側(cè)基板以美國(guó)Obsidian Technology公司的開(kāi)發(fā)板卡為原型，PD芯片的IP也由該公司制造。據(jù)介紹，除該公司外，參與試制的還有荷蘭恩智浦半導(dǎo)體和美國(guó)安森美半導(dǎo)體公司。詳情未予公布，不過(guò)英特爾的解說(shuō)員稱“恩智浦半導(dǎo)體和安森美半導(dǎo)體均負(fù)責(zé)電源周邊器件的開(kāi)發(fā)”。

　　除上述三家公司外，美國(guó)Standard Microsystems Corp.（SMSC）和美國(guó)德州儀器（TI）也分別在開(kāi)發(fā)USB PD用IC。雙方均未公開(kāi)IC的種類(lèi)和功能等，不過(guò)SMSC宣布預(yù)定2013年上半年投產(chǎn)30W產(chǎn)品。除此之外，USB PD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)書(shū)中記載的“Contributors”企業(yè)等似乎也開(kāi)始著手開(kāi)發(fā)USB PD產(chǎn)品。候補(bǔ)企業(yè)方面，IC領(lǐng)域有美國(guó)LSI和瑞薩電子、連接器領(lǐng)域有***鴻海精密工業(yè)和日本航空電子、測(cè)量?jī)x領(lǐng)域有美國(guó)力科、個(gè)人電腦領(lǐng)域有美國(guó)戴爾和美國(guó)惠普（HP）、外設(shè)領(lǐng)域有美國(guó)希捷科技和西部數(shù)據(jù)。