与采用单独系统的安装相比，通过在单根 Cat3 或 Cat5 电缆上组合提供电力传输和通信，工程师能够以较低的成本快速构建以太网网络，并且网络维护工作少。这项技术已根据电气电子工程师协会 (IEEE) 标准迅速采纳并正式化，这也并不足为奇。该技术被称为“以太网供电”(PoE)，主要优势在于简易性，并且只要有数据插座，即可随时供电。
本文介绍了 PoE 和更高功率的 PoE+，概述了各种标准，说明了组成部件、用电设备、供电设备、“中跨”和“端跨”以太网交换机和分离器，并描述了一个简单的系统。
早期的 PoE
PoE 最初出现是为了解决互联网语音协议 (VoIP) 电话的供电问题。传统电话直接通过承载语音呼叫的铜线来供电。但是，越来越流行的 VoIP 电话并未连接到这些常规电路，而是通过公司局域网 (LAN) 的以太网电缆进行通话。以太网电缆不传输电力，因此 VoIP 电话必须通过适配器插入电源。这是一种不太完善的解决方案，如果建筑物内发生断电，电话将无法使用。
2000 年，电信设备供应商 Cisco 通过引入专有技术，使以太网电缆能够为 VoIP 电话提供 48 VDC 的电力，从而成为模仿传统电话系统的第一家公司（图 1）。然而，PoE 的真正爆发是在 2001 年和 2002 年，当时其他制造商纷纷采用了该技术，特别是无线接入点制造商。
这项技术最终引起了 IEEE 的关注，IEEE 早在 1983 年就负责制定“以太网标准”(IEEE 802.3)。该组织认为创建一个标准版本的 PoE 非常重要，这样任何制造商都可以让自家的产品“支持 PoE”。这项工作被分配给 IEEE 802.3 以太网委员会下设的一个工作小组委员会，并命名为“802.3af”。到 2003 年 6 月，该工作小组委员会批准了 IEEE 802.3af PoE 标准。2009 年，第二项标准 IEEE 802.3at 获得批准，该标准定义了类似的技术，但可以处理更高功率。
标准中定义了那些内容？
IEEE 802.3af 详细定义了一种 PoE 技术，旨在为每个设备提供高达 15.4 W DC 电源（最小 44 VDC 和 350 mA）。（由于电缆中的损耗，只能保证为用电设备提供 12.95 W。）
该技术使用单个标准 RJ45 连接器和 Cat5（甚至 Cat3）电缆，可处理数十瓦的功率。在安装以太网网络进行通信后，也可以用于供电，从而节省材料、人工、安装时间和持续性的维护成本。
由于典型的 10 到 100 Mbps 物理层仅需要 Cat5 电缆中四对绞线中的两对，因此可以在以太网电缆的未使用导线上传输电力（此技术在 IEEE 标准中称为“方案 B”）。通过向每对绞线施加共模电压，也可以在电缆的数据导线上传输电力。由于以太网使用差分信号传送，因此这不会干扰电缆的数据传输（标准中的“方案 A”）。
IEEE 802.3af 定义了两种类型的 PoE 设备：供电设备 (PSE) 和用电设备 (PD)。PSE 会从自己的常规电源中获取电力，然后管理通过以太网电缆网络传送给 PD 的电力，PD 可以通过 RJ45 连接器获取所需的电力，从而无需内置电源。PoE 能够在运行长度达 100 米的典型以太网电缆上为 PD 供电。PD 设备包括原始 VoIP 电话和无线接入点、安防摄像头、收银机 (PoS) 终端、温度控制系统，甚至机载娱乐系统等。
除了将现有的备用对和共模数据对电力传输做法进行标准化，IEEE PoE 标准还规定了 PSE 与 PD 之间的信号传送。此信号传送可让 PSE 检测到符合规范的设备，避免对连接到网络的非 PoE 设备造成损害。PSE 和 PD“协商”所需或可用的功率。为了检测 PD，PSE 会在导线两端施加一个 2.8 至 10 V 的直流电压。然后，PSE 通过测量环路电流来确定是否有连接的 PD。PD 应呈现 19 至 27 kΩ 的阻性负载，并使用不超过 120 nF 的并联电容器作为标记。
图 2 显示了为 PD 供电的 PSE 原理图。
增强的标准
尽管 PoE 可为 PD 提供约 13 W 的功率，但某些设备可能会受益于更高的功率（例如，具有平移、倾斜和缩放 [PTZ] 功能的摄像头）。为了满足这些产品的需求，第二项标准 IEEE 802.3at 于 2009 年应运而生。该技术又称为“PoE+”，可为 PD 提供高达 25.5 W 的直流电。PSE 提供 50 至 57 VDC，而 PoE 技术提供 44 至 57 VDC。PoE+ 的电流增加至 600 mA，而早期技术的电流为 350 mA。
PoE+ 仅使用 Cat5 电缆（与 Cat3 的四根线相比，它内部有八根线），这降低了可能的阻抗机会并减少了功率耗散。此外，PoE+ 还为网络管理员提供了更多功能，例如提供新的远程电源诊断、状态报告和 PD 电源管理功能（包括嵌入式设备的远程电源循环）。
最后，PoE+ 提供动态功率分配、优化的配电和良好的电源利用率，从而提高了系统效率并降低了成本。
表 1 比较了 PoE (IEEE 802.3af) 和 PoE+ (IEEE 802.3at)。
表 1：PoE 和 PoE+ 之间的比较。
端跨和中跨
PSE 可以实现为端跨（支持 PoE 的以太网交换机），也可以实现为中跨（一种电源集线器，可与网络上已安装的非供电以太网交换机结合使用）。无论是端跨还是中跨方式，PD 都可以同样有效地接收电力。
端跨直接为设备供电。根据规格，端跨可以使用电缆中的备用对或数据对，这些线对也可用于千兆位以太网传输。端跨需要支持 PoE 的交换机，因此通常指定用于需要全新设备的新安装。
中跨使用中间供电的接插板或“供电器”，放置在现有以太网交换机与 PD 之间。中跨通常位于交换机的相邻位置，因此视为 PSE，从而允许电缆不受阻碍地布设到远程设备。该规格仅允许中跨使用电缆中的备用对；因此，它们不能用于通过数据线传送电力，例如千兆位以太网连接。
目前有许多中跨供电器可供使用，能添加到传统以太网。Laird Technologies 为此应用提供了 POE-48I 电源。该电源可在输入端自动调节范围，提供稳压输出。该设备可与任何符合 IEEE 802.3af 标准的设备配合使用。POE-48I 具有一个端口，可在 500 mA 下提供 48 V 的电压，最高功率可达 24 W。
Microsemi Analog Mixed Signal Group 提供了一款符合高功率 IEEE 802.3at 标准的单端口中跨供电器 PowerDsine 9001GR。9001GR 在 55 V 下产生高达 30 W 的功率，可为包括 PTZ 摄像机和可视电话在内的一系列新应用提供远程电源。该设备向后兼容 IEEE 802.3af，可为现有的 10/100Base-T 网络设备和新兴的无线 1000Base-T 设备（例如 WiMAX 和 IEEE 802.11n 无线接入点）供电。图 3 说明了典型的应用。
市场上还有许多多端口中跨设备。Phihong 提供了 8、16 和 24 端口中跨。POE370U 是一款符合 IEEE802.3af 标准的 24 端口中跨供电器。每个端口可提供 15.4 W 的功率，而无需额外的电源管理。该设备提供检测、断开和过载保护，并可与 1 U 机架安装套件一起提供。
此外，中跨供应商还可以提供“分离器”。这些设备使用的 PoE 输入分为两个输出：数据和电源。电源可通过更传统的方式（如直流电缆）重新引导至终端设备。分离器充当合规 PSE 与不合规 PD 之间的中介设备。
Laird Technology 提供了 POE-12S-AFI 有源 PoE 分离器，该分离器可以接受来自任何 IEEE 802.3af 路由器或电源的 PoE 供电。该设备具有过载和短路保护功能，当检测到短路时会立即关闭电源，而不会对 PoE 系统造成任何损坏。
端跨或中跨 PoE 网络的选择
端跨实施成本较高，并且仅支持 IEEE 标准定义的 PD，但是选择此技术有一些很好的理由。例如，如果工程师要更换所有旧交换机，或者如果是新安装，则倾向于选择端跨交换机。
另一个使用端跨的原因是，可避免将常规以太网交换机连接到中跨 PoE 集线器所带来的繁杂不便的额外接插线以及额外的工作。此外，用两台设备代替一台设备会使潜在的故障点加倍，并且对于坚持为网络上的每台设备使用单独 IP 地址的公司，这会让管理员的工作更加复杂。
如果工程师选择端跨交换机，则应注意，许多端跨设备最多只能提供 200 W，因此 24 端口交换机每个端口最多只能提供 8.3 W，低于 PoE 标准中指定的 15.4 W 最大功率。
如果工程师拥有相对较新的以太网交换机，则会更青睐中跨交换机，因为仅仅为了获得 PoE 功能而更换交换机的成本高昂。不过，工程师必须确保交换机制造商乐意网络支持中跨产品，并确保有足够的空间容纳它们。
从电气角度来看，如果网络工程师希望为特定的 PD 使用非标准电压（例如 24、12 和 5 V），并且希望最大程度地利用每个端口的可用功率，则中跨交换机是首选。对于包含许多自带电源的传统设备和 PoE 设备的网络，中跨交换机也是有用的选择。
与端跨相比，中跨交换机的保修期更长（分别为一年和两年），并且同时支持标准应用和专有应用。
图 4 显示了使用端跨和中跨交换机构建的网络。
传统上，PSE 采用分立电路，并划分为电源与以太网络之间的通信接口，以及电源本身。不过，为使实施更加容易，芯片供应商纷纷推出了集成 PSE 控制器，以优化 PoE+ 安装的操作。
这些控制器通过将接口电路与线性稳压器或开关电源结合使用，来降低 PoE 和 PoE+ 设备所需的外部元器件的复杂性和数量。该稳压器或开关电源可将电源电压转换为适用于以太网电缆的 50 至 57 VDC。
接下来是什么？- IEEE 802.3bt
综上所述，PoE 自本世纪初发展至今，已经成为一种特别适合商业和工业应用的流行技术。该技术的实施相对简单，尤其是对于新安装的系统，并且中跨交换机的推出缓解了在传统网络中添加 PoE 的挑战。PoE+ (IEEE 802.3at) 的推出增加了 PD 的可用功率，从而导致了新应用的引入，这些应用以前因为功耗太大，无法使用旧技术运行。
自 2009 年 IEEE 802.3at 被批准以来，PoE 技术不断发展，因为工程师们热衷于增加新的 PD，而这些 PD 需要更大的功率。为了补充 IEEE 802.3at 的不足，市场上出现了许多不同名称的专有 PoE 协议，这些协议能够提供高达 60 W 至 95 W 的功率，例如：
请注意，这些技术不符合现行标准，并且不能互操作，这可能对不兼容硬件造成危害。但是，它们确实为待制定的更高功率版本标准开创了先例。
2018 年底，新的 PoE 标准 IEEE 802.3bt 获得批准，该标准允许从 PSE 端传送 90 W 的功率，其中可向 PD 提供 71.3 W。
表 2 总结了所有标准的 PSE 传送功率能力和 PD 接收功率能力：
注 1：如果电缆长度为 2 至 5 米，则用于 PD 输入的扩展供电能力可达 60 W 和 90 W。
除了能够通过以太网电缆传输更多电力外，与以前的 IEEE 802.3af 和 IEEE 802.3at 标准相比，新的 PoE IEEE 802.3bt 标准还定义了许多其他新功能/改进，包括：
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