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关羽兄弟:POE是什么?PD又是什么?产品量产时,部分设备POE供电电路不起机

 西北望msm66g9f 2020-02-21

Author:卧龙会 关羽兄弟

|| 前言

POE是什么鬼?POE全程Power Over Ethernet,可以理解为通过网络供电。

PD又是什么鬼?PD全称Power Device,可以理解为受电端。

既然有了受电端,按道理应该还有个啥啥,电源提供端。对的,这个叫做PSE,全称Power Sourcing Equipment。原创微信公众号:卧龙会IT技术

供电机制大概如下图:

这部分东西太多了,POE供电有相应的标准,例如802.3at-2009、802.3af-2003,最新的应该是802.3bt不确定是否已经release了。

POE在VOIP、IP Camera、通讯产品领域有较大范围应用,功率也从12.95W(af)、25.5W(at)到最新95W(bt)了。

如果找不到标准下载,TI、ADI、Microchip(Microsemi)都有很多公开资料讲的非常详细,这些资料对标准部分项目解读的非常容易理解,并有给出相应解决方案及规避手段。标准读起来还是有点晦涩。

||正文

前方传来消息,说是产线测试POE功能出现两pcs不上电。其他细节一概不知,问了下产线测试人员说LCD没有亮,系统没有起来,用适配器供电正常。

初步看起来问题在PD电路上边,围绕PD电路问题继续展开下。

1- PD detection

PSE是否检测到合法PD设备,只有检测到是一个合法的PD设备,才会进行接下来的功率等级确认。

2- Classification

PD设备在一个标准允许规定的范围内。原创微信公众号:卧龙会IT技术

3- Vout

标准不规定PD输出电压电压电流,但是与PD输出电压电流有间接关系,有输出功率限定。

4- Vc

Vc是PD电路中一个最容易出问题的地方(不同PD芯片方案此部分叫法有点区别,但是实现机制都是一样的)。PSE与PD完成Detection、Classification后,PD芯片供电将会从内部供电转换为通过变压器绕组供电,内部供电效率低发热有影响。不同厂家此部分方案有轻微区别,TI TPS23754是必须转换到绕组供电(PD输出后关闭内部供电),MPS、Silicon Labs两家是通过内部电压与绕组输出比较,绕组超过门限后转为绕组供电,也可以不用绕组供电。

讲了一大堆,到底是什么问题引起的了,还没有看到半毛钱关系。嗯,确实也是,小羽老觉得对于一个新东西或者不熟悉的东西,在分析前应该做一些准备工作,有助于方向不错或者中间卡壳。即使分析方案不完善但是也缩小了分析范围,更有助于问题快速浮出水面。

产品带回,先确认了PD输入输出及相应pin阻抗在正常范围内。可能有同学问为什么不直接上电测量了,对于分析样子其实数量特别少,一定要珍惜和不让问题转移。有时候部分分析工作最终不了了之了,不是说没有思路没有方法,而是样机破坏了没有样机来继续进行下去了。

如果没有前边的一系列相关知识准备开拓,准备这幅图能看出什么?

两幅图可以看出上述三点怀疑地方

输出持续了近500ms

循环供电建个2.5s左右

为什么PSE关闭输出,重新循环检测功率等级分级,因为Ihold不满足

严格来说,我们的产品是PD设备,按照PD要求更合适。维持电流需要大于10mA,我们实际上电前375ms电流只有7mA左右哦

为什么设备起机电流这么小,其实不算小了(0.5W左右了)。因为设备此时没有起来,有可能运行到uboot有可能还没有到uboot阶段,这个与底层软件或者芯片内部底层软件有紧密关联。相同平台不同批次DSP,从上电到SDRAM运行相差200ms左右,延迟的读取Flash程序运行SDRAM导致系统被PSE误判为空载(小于10mA)

A批次从上电到SDRAM CLK输出间隔时间417ms

B批次从上电到SDRAM CLK输出间隔时间137ms,原创微信公众:卧龙会IT技术

工作原理和导致机制基本都清楚了,解决方案就不啰嗦了。软件也可以解决,硬件也可以解决,提升输入电流大于Iport_mps最小值。尽管最终原因为芯片批次内部程序运行时间导致出现此类问题,但是从严禁的角度来说硬件设计是不严谨的。

||总结

POE供电在某些行业应用特别广泛,几家大厂都有相应的PSE、PD芯片,同时加上802.3bt(90W供电)标准release或者即将release,后续大家会见到越来越多的POE供电设备。因为篇幅时间关系,本文对于POE工作机制只是简单一笔带过,更深层次的机制还是需要熟悉标准和相应芯片规格书。

对于分析方法,啰嗦一点。在基础知识和行业知识都有限条件下,多想多做,多拿数据说话,少用想当然排除。

原创:卧龙会 关羽兄弟

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