新标准箭在弦上推高技术门槛,PoE市场更加注重集成与节能
[ 2012-05-10 ]

随着基础设施建设的稳步增长,以太网供电(PoE)市场也在逐步扩大,甚至在当前经济衰退的情况下,其推出新品的速度也并没有丝毫减少。来自Gartner的报告称,全球PoE供电设备端口出货量将从2008年的5,790万升至2013年的1.162亿个,年均增长21%。虽然中国的PoE市场还没有像欧美那样实现大发展,但是新PoE+标准的批准已经箭在弦上。毫无疑问,更高电压和更低功耗将是这一领域的主要趋势,进入这一领域的门槛也随之变得越来越高。也许不久以后,我们真的就可以彻底丢掉笨重的笔记本电源线了。

两大推手:多领域应用与PD市场

“PoE支持的应用多而杂。”安森美半导体公司产品营销经理Koen Geirnaert表示,基本上每种带有以太网连接且功率电平处在标准范围内的应用都可采用PoE。这包括VoIP电话和WLAN接入点等企业级应用、IP视频监控和门禁系统等保安应用到工业、商业和家庭应用等。由于最先得到VoIP和WLAN市场的青睐,目前在这两个领域PoE技术的渗透率已经超过了90%。

市场调研机构F&S的数据证实了这一点。该公司最新发布的报告称,2008年全球PoE芯片组的市场总收入为9,370万美元,其中20.6%来自受电设备(PD),其余的79.4%来自供电设备(PSE)。虽然当前经济低迷,但预计到2012年这块市场的总收入将达1.2亿美元,其中PD的收入划分是VoIP占56.1%、WLAN 24.0%,占整个市场的80%。

 

不过,其他应用目前正在大步追上。比如Maxim公司业务总监Harmik Singh就相当看好IEEE 802.3at标准批准后包括IP视频监控、RFID阅读器、基站等新一批PD对PoE市场的巨大推力。而凌力尔特公司的产品市场经理Alison Steer则注意到客户需求向“更加绿色”转变的趋势。“人们的确在采取行动,以便将PoE技术集成到新产品中,从而达到节省电缆、降低成本并提高安装灵活性的目的。”Steer指出,“同时,相信随着供电设备基础设施的完善,PD市场也会开始大幅增长。”

金融危机对PoE市场不可能没有影响,但是危机过后家用市场可能会成为一个利好。Microsemi公司电信市场营销总监Daniel Feldman就表示,今年将是1999年以来PoE市场首次与上年持平的年份。“对于一个2008年付运了5,300万个以太网交换端口和200万中跨(Midspan)设备端口的快速增长市场,这不正常。但是考虑到金融危机,却已经算不错了。”他表示,“然而随着VoIP、WLAN以及视频监控的爆炸性增长,明后两年我们会重新看到高达20%的增长率。而像WiMAX和FTTH等应用将有望有力地推动PoE在家庭市场的应用,特别是在中国和印度这样的发展中国家。”

“耗电型应用的增加拉高了PoE标准中的电压水平,即将生效的IEEE802.3at(PoE+)标准支持功率达25.5W的PoE应用。”安森美半导体的Geirnaert指出,“PoE在未来几年的应用前景取决于以太网应用会否使用这种技术为系统供电。预计正在经历从纯模拟到数字IP转变的IP摄像监控、耗电型应用以及其他新的正在采纳推广PoE的应用都有望获得增长。”

新标准扩大应用范围,主要厂商积极参与

早在2008年的时候,有关IEEE 802.3at(PoE+)标准将在2009年发布的消息就已经甚嚣尘上,但是直到最近才终被证实。Microsemi的Feldman透露,IEEE802.3at标准规范委员会已经于2009年7月19日从REVCOM收到将IEEE 802.3at的4.2草案作为IEEE 802.2at-2009标准的要求,最终的IEEE 802.3at标准会在今年9~10月间正式出版和生效。

 

同草案3.0相比,最终被批准的草案4.2稍微有些不同。“比如每端口电流从与IEEE802.3af中的350mA提高到了600mA。”Feldman指出,“此外,PSE至少要支持2-event分类或2级分类中的一种,而PD则必须两者都要支持。”另外,他还介绍,相对IEEE 802.3af,新标准把电压范围从44~57V提高到50~57V,而为了更好地进行短路保护和过载保护,还提高了PSE在不与PD确认的情况下直接关断电源的速度。当然,最大的改变还是将PD的最大功率提高到了25.5W,而为了满足这一要求,PSE每个端口所能提供的功率也随之增至30W。

新标准还解决了一个在IEEE 802.3af中无法解决的难题。凌力尔特公司的Steer指出,由于后者仅仅把PD分成了3种不同的功率级,因此一旦一个低功率PoE设备选择不分类,系统就会执行默认的15.4W功率,这样很可能原本可以用来为另一个接入点或设备供电的多出来的一部分功率就不能用了。“通过采用实现PSE和PD之间通信的链路层发现协议(LLDP),在数据层上提供0.1W增量以内的动态功率分配,新标准解决了该问题。这种技术允许PSE反复询问PD,以了解PD的状态及其功率需求。”她表示,随着系统向更加环保的电源环境发展,这种新的动态功率分配无疑成为一个重要功能。

 

有三家厂商特别提到了其在新标准制定过程中的角色。一个是TI,该公司半导体事业部业务拓展工程师王轶表示,有两位他的同事在802.3at标准制定中扮演着相当重要的角色—Mike McCormack是802.3at标准委员会的主席,而Martin Patoka则是定期参与标准制定的投票会员。另一家厂商则是凌力尔特,Steer称,在PoE+的制订过程中,凌力尔特一直积极参与该规范标准委员会的工作。此外,Singh也提到,Maxim同样也是IEEE 802.3at(PoE+)委员会的成员。

积极参与标准制定带来了先发优势。据悉,上述三家公司已经发布了符合新标准的解决方案。此外,在PSE IC市场拥有33%份额以及中跨设备市场拥有75%份额的Microsemi也在积极的跟踪新标准的实施。Feldman称,该公司的PSE IC和中跨设备已经100%兼容草案4.2。

他认为,对于半导体供应商来说,主要的挑战并不在于如何执行标准,而是在提供高电压的同时还必须达到适宜的功耗水平和电源管理能力,这同王轶看法一致。Feldman指出:“新标准遇到的挑战在于不同厂商之间的协同工作,需要在将PoE+引入到新系统过程中解决更高要求的功率跟散热方面的问题。”

技术门槛提高

有鉴于PoE市场的巨大潜力,很多后来者正在进入这个市场。Maxim的Singh指出,相对已经在PoE领域浸淫了10年之久的Maxim等老牌厂商来说,如何获得有关标准的知识并推出具有竞争力的解决方案将会是这些新入者必须克服的一项挑战。换句话说,随着时间的推移,这一领域的门槛正在逐步提高。

 

来自TI的王轶认为,高压技术也是新竞争者们所面临的难题之一。“以太网线缆中会有很大的瞬态电压,要保证器件不会因此损坏,不单要满足标准中所要求的工作电压,同时还要能够保证满足实际环境中的要求。”他说,“这需要100V工艺支持,另外在采用高压后,在测试、电路设计、布局、封装、焊接等各方面都会更加困难。”他还提到,还有一些可能在标准中没提到但在现实环境中需要注意的问题,新加入者也必须注意,包括PSE中会有阶跃电压,PD会不会损坏?能不能允许浪涌电压?会不会丢失通讯信息?PSE端短时电压降低,PD会关闭吗?如果电压恢复,用电设备还需要重新通过检测分类过程吗?另外,还要考虑ESD、瞬态电压、热及电流管理、稳定性等。

“实现PoE最困难的方面之一是隔离式电源设计。大多数工程师拥有物理层经验,但是要增加PoE功能,还要求他们拥有广泛的电源设计知识。”凌力尔特公司的Steer如此提醒后来的竞争对手,“在大多数情况下,IC厂商将需要在整个设计阶段提供广泛的技术支持,具有参考设计的良好演示板支持是让客户产品快速上市的关键。”

成本也是一个问题。安森美的Geirnaert提到了这一点:“从最终用户的角度来看,主要关注的问题在其平台中应用PoE-PD方面,是否确保可靠及强固的工作、高效地应用DC-DC转换器,并能控制总成本。”

成功关键词:工艺、技术支持与专注

即使是成功的公司,其各自的策略也是不尽相同的。王轶称,从2001年开发PoE产品至今,TI的PD和PSE产品已经到了第四代。稳定的100V工艺、全面的PoE产品系列、丰富的参考设计,以及在系统、设计、测试和应用方面积累的丰富经验都是该公司津津乐道的长处。此外,TI还在如EMI敏感产品、户外产品(高瞬态电压)以及工业等特殊领域上也很有经验。另外,“作为全球前三大的半导体供应商,我们的PoE产品都是由TI自己的Fab生产,有良好的产品质量以及供货记录。”王轶表示。

 

来自安森美半导体的Geirnaert也强调了工艺的重要性。“举例来说,由于采用了通过严苛汽车标准认证的工艺,我们的NCP108x PoE-PD系列产品能够承受热插拨事件、线缆静电放电(ESD),以及瞬态事件,确保可靠工作。”他说。

谈到凌力尔特公司在PoE市场的表现时Steer表示,在安装了PoE的端口中,该公司产品占了很大一部分,实际在用的PSE端口超过8,000万个。“凌力尔特自2003年起跻身该领域,是首批推出完全符合PoE+标准的PSE和PD控制器产品的厂商。我们的策略是向市场投放最具‘绿色环保’特征的解决方案,即以最高的效率和最低的热耗散来输送PoE功率。”她说。

“在市场上赢得成功的最佳机会是为客户提供免受困扰的可靠产品。”Steer强调。她还特别提到工程技术队伍的支持,声称凭借多年来在PoE众多应用上的深厚积累,该公司能够利用其规模庞大、经验丰富的PoE专业队伍来帮助客户加快进度,提供符合最新标准的最佳技术解决方案。相似的是,Maxim也重申了这一点,特别是在中国市场。“我们已经和中国的主要客户合作推出了完整的解决方案。除此之外,我们还在中国配有强大的PoE队伍,他们能够提供本地支持,帮助客户更快的进入市场。”Singh说。

与其他厂商相比,两年前通过收购PowerDsine而进入PoE市场的Microsemi更加专注。Feldman称,Microsemi不仅仅是提供IC和系统的厂商,同时还是PoE测试设备供应商。

集成与节能

PoE+新标准已经颁布在即。接下来这个领域还会往哪些方向发展?综合来看,集成和绿色是谈的最多的。原因如Feldman所言:“从技术的角度看,只有成为一项低成本的技术时,PoE才能真正成为一项标准配置。而随着越来越多的高压应用开始采纳该技术,它也需要削减功耗。”

在成本的压力下,集成已经成为必经之路。Steer就表示:“为了降低成本,提高集成度可能成为为数不多的途径之一。”而TI的王轶也指出,由于新标准扩大了PoE的应用范围,因此接下来的几年中将会有一个普及的过程。根据用户的反馈,他也认为更高的集成度(如集成隔离、功率管或者外围电路)将会是接下来的一个主要趋势。“在PSE端,会转向更先进的CMOS加高压MOS工艺,以便拉低成本,并带来更多功能。”他表示。

Feldman表示,诸如瘦客户机以及户外接入点这样的应用可能会进一步将PoE能够提供的功率推高至60W,也许将来笔记本电脑也可以通过PoE来供电。难怪Maxim的Singh会指出PoE一个主要的趋势就是更高的电压。除了集成外,王轶还表示,PoE领域将来的趋势还包括更加绿色、更加高效、更低的静态电流以及更为智能的电源管理。

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