Power over Ethernet（10）802.3bt(PoE++) – タイプとクラス / 構成機器

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  • 著者 岩崎 有平
  • カテゴリー 802.3bt

タイプとクラス

802.3bt では、新たなタイプとクラスが導入された。従来規格（802.3af/802.3at）と互換性を維持するためタイプ1 とタイプ2 を残し、新たにタイプ3 とタイプ4 が追加された（図1 クラス別給電）。ここで、タイプとクラスの関係を整理したい。

図1 クラス別給電
図1 クラス別給電
クラス
クラスは、PoE システムで供給／消費される最大電力を規定している。 802.3bt では新たなクラスが導入され、従来の 5クラスから 8 クラスに拡張された。クラス8 は最高電力レベルになる。クラス0 は 802.3bt では廃止された。各クラスの詳細は Classification で改めて説明する。
タイプ
タイプによって、PSE と PD の機能に違いがある。タイプとクラスの関係は「図1 クラス別給電」と「表1 タイプ別クラスサポート」を、PSE タイプの概要は「表2 PSE タイプ概要」、PD タイプの概要は「表3 PD タイプ概要」をご覧いただきたい。タイプ1 とタイプ2 PSE は、2ペアのみで電力を供給する。タイプ3 PSE はクラス1～4 の範囲では 2ペアまたは 4ペアで電力を供給し、クラス5～6 では常に 4ペアで給電を行う。この辺りは、従来規格との互換性をとるために少し複雑だ。タイプ4 PSE は常に 4ペアで電力を供給し、クラス8 までサポートしている。

PSE は各タイプの最高クラスをサポートできない場合がある。例えば、タイプ4 PSE は、クラス7 はサポートするが、クラス8 をサポートしない場合もある。また、PSE はより低いクラスは全てサポートする必要がある。例えば、タイプ2 PSE はクラス4 をサポートすると同時に、クラス1～3 もサポートしなければならない。

表1 タイプ別クラスサポート
表1 タイプ別クラスサポート
表2 PSE タイプ概要
表2 PSE タイプ概要
表3 PD タイプ概要
表3 PD タイプ概要

802.3bt 構成機器

PSE

PSE は電力を供給し、PD は電力を消費する。PSE は PD の特性を調べ（シグネチャ処理）、適切であれば給電を行い不適切であれば電力を供給しない。この処理を適切に行うためには、プロッセッサ等が PoE プロセスを制御する必要がある。シグネチャ処理の基本的な考え方は、 PD が PoE 規格への適合を示す 25KΩ抵抗を実装していることを PSE が確認することだ。 PSE が適正な PD か否かを判断する「シグネチャ処理」は次のような手順だ。「図2 PSE 回路例」は、Alternative A の PSE 給電回路例だ。

図2 PSE 回路例
図2 PSE 回路例
PDチェック
テスト電圧の印加またはテスト電流を流すことで、PD の抵抗値が規定範囲内（25KΩ±5%）で「対象 PD」と認識する。PD チェックの前後または同時に「シングルシグネチャ」か「デュアルシグネチャ」かの判別を行う。Mode A/B で 1つのシグネチャ回路を共有する方式を「シングルシグネチャ」、MODE A/B ごとに個別のシグネチャ回路を持つ方式を「デュアルシグネチャ」と呼ぶ。この概念は、802.3bt で導入された。従来の 802.3af/at は「シングルシグネチャ」に相当する。
電力クラス分類
テスト電圧を印加し PD が消費する電流値で電力クラスを判定。
電力供給
クラス分類に従い電力を供給。
モニタリング
電力クラスの最大電力範囲内で電力を供給し監視を継続。
切断
PD とのリンクが切断されると給電停止する。短絡等による過電流で強制遮断する。

「図3 PD 回路例」は、データ通信に 2ペア使用する 10BASE-T/100BASE-TX の PD 受電回路のブロック図だ。 PD 受電回路は、Mode A と Mode B の両方に接続されている。この例はシングルシグネチャの例で、802.3bt では両方から受電することができる。

図3 PD 回路例
図3 PD 回路例

「図4 シングルシグネチャ PD 回路例」は、データ通信に全 4ペアを使用する 1000BASE-T のシングルシグネチャ PD 受電回路の例だ。PD 受電回路は、Mode A と Mode B の両方に接続され、802.3bt では両方から受電することができる。

図4 シングルシグネチャ PD 回路例
図4 シングルシグネチャ PD 回路例

「図5 デュアルシグネチャ PD 回路例」は、データ通信に全 4ペアを使用する 1000BASE-T のデュアルシグネチャ PD 受電回路例だ。PD 受電回路は、Mode A と Mode B それぞれに接続されている。デュアルシグネチャは各受電回路が独立して働き、Ethernet 機器には 2つの回路から電力が供給される。

図5 デュアルシグネチャ PD 回路例
図5 デュアルシグネチャ PD 回路例

PD にはシグネチャ回路に 25KΩの抵抗があり、規定電圧（または電流）を短時間かけることで PD の 802.3bt への適合／不適合を判定できる。この時点では FET スイッチは遮断されていて PD 駆動電源が動作していないため、PD への影響はない。抵抗の前段に整流用のダイオードブリッジが配置されているため、適合／不適合の判定への影響を考慮する必要がある。

PD 各部の動作概要

ダイオードブリッジ
802.3bt では、各ペアの入り口にそれぞれダイオードブリッジを配置する必要がある。PD は Mode A/B の両方に対応し、電力の極性反転にも対応しなければならない。PSE/PD 間は一般的に「ストレートケーブル」で接続するが、「クロスケーブル」で接続することもある。「ストレートケーブル」と「クロスケーブル」では、ペアが入れ替わるため電力の極性反転が起きる。ダイオードブリッジはシグネチャ抵抗（25KΩ）の前段になるため、PSE でのシグネチャ抵抗値判定に影響がある。
Detection Signature
Signature には 25KΩ の抵抗がある。PSE はこの 25KΩ の抵抗値を検出することで、802.3bt に適合する PD を認識している。PSE には 2つの抵抗値測定方法ある。一つは電圧をかけ電流を測定する方法で、もう一つは逆に電流を流し電圧を測定する方法だ。何れの方法も 2地点で測定し「勾配」を求めることで抵抗値の判定を行う。Signature の前段にダイオードブリッジがあり電圧が降下するため 1地点での抵抗値の絶対値測定ができないため 2地点で測定し「勾配」で判定する方法を採用している。抵抗値が規格範囲外の場合は電力を供給しない。
Classification
規格への適合・不適合を判定する「Detection」に引き続き、供給電力クラスの判定を行う。ここでは低い電圧を短時間かけ、消費電流を測定することで電力クラス判定を行う。802.3af/802.3at/802.3bt で判定回数が異なる。
Isolation
PoE 給電と PD 電源の分界点になる。「Detection Signature」と「Classification」が正常終了したところで FET スイッチを on にし、DC/DC コンバータに電力供給を開始する。
DC/DC
DC/DC コンバータは、PSE から供給された入力を Ethernet 機器に必要な動作電圧に変換する。

この記事を書いた人

岩崎 有平

早稲田大学 理工学部 電子通信学科にて通信工学を専攻。
安立電気（現 アンリツ）に入社後、コンピュータ周辺機器の開発を経てネットワーク機器の開発やプロモーションに従事する。
おもにEthernetを利用したリアルタイム監視映像配信サービスの実現や、重要データの優先配信、映像ストリームの安定配信に向けた機器の開発行い、Video On Demandや金融機関のネットワークシステム安定化に注力した。
現在は、Ethernetにおけるリアルタイム機能の強化・開発と普及に向けて、Ethernet TSNの普及活動を行っている。

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