Blockdiagramm eines vollständig geschirmten Steckverbindermoduls mit PoE-PSE Funktionalität: Die gesamte PoE-Control-Schaltung ist im Modul von der externen Schaltung des Ethernet-Switches geschirmt und hochspannungsisoliert. Die Kommunikation zwischen PoE-Schaltung und dem externen Host erfolgt über einen isolierten I

Power over Ethernet für Gigabit- Ethernet erfordert es aber, dass der Strom über die Mittelanzapfung der Übertrager symmetrisch in die beiden Leiter eines Datenpaares eingespeist wird. Damit ist die gesamte PoE-Steuerungsschaltung direkt mit dem äußeren Netzwerk verbunden. Die PoE-Schaltung ist folglich besonders anfällig und muss durch geeignete Maßnahmen geschützt werden. Zudem besteht das Risiko, dass so – an den Übertragern und Filtern vorbei – Störimpulse aus dem Netzwerk auf das System koppeln.

Auch an die Übertrager selbst werden durch PoE+ deutlich höhere Anforderungen gestellt. Somit ist eine sorgfältige Auswahl nötig: Unsymmetrien der Verkabelung können durch die bei PoE+ deutlich höheren Ströme auch kritisch hohe Sättigungsströme in den Übertragern verursachen. Speziell für Industrial Ethernet kommt noch der Einfluss der höheren zulässigen Umgebungstemperaturen hinzu, mit in der Folge deutlich eingeschränkter Übertragungseigenschaften.

Bauform eines vollständig geschirmten Steckverbindermoduls mit PoE-PSE Funktionalität: Die gesamte PoE-Control-Schaltung ist im Modul von der externen Schaltung des Ethernet-Switches geschirmt und hochspannungsisoliert. Die Kommunikation zwischen PoE-Schaltung und dem externen Host erfolgt über einen isolierten I

Grundsätzlich gibt es drei unterschiedliche Strategien, PoE-Funktionalität in einen Ethernet-Switch zu integrieren:

• Die Schaltung der PoE-Steuerung, die komplett aus diskreten Bauteilen besteht, befindet sich auf der Leiterplatte des Ethernet-Switches. Als Steckverbinder kommen RJ45-Buchsen mit vorzugsweise integrierten, PoE-fähigen Ethernet-Übertragern („PoE-Enabled“) zum Einsatz.
• Die Schaltung der PoE-Steuerung befindet sich auf einer Steckkarte mit DIMM-ähnlicher Bauform, ebenfalls kombiniert mit PoE-fähigen RJ45-Steckverbindern.
• Die gesamte PoE-Schaltung ist gemeinsam mit den Ethernet-Übertragern in einem komplett geschirmten RJ45-Steckverbinder- Modul integriert (PoE-ICM).

Die erste Variante sieht zunächst kostengünstig aus, erfordert aber einen recht hohen Entwicklungsaufwand. Die bereits beschriebene Problematik der fehlenden Isolation zwischen Netzwerk und PoE-Schaltung macht sich bei dieser Variante besonders stark bemerkbar und birgt ein hohes Risiko. Die wegen fehlender Hochspannungstrennung erforderlichen höheren Isolationsabstände erschweren zudem ein sauberes Routen der Datenleitungen von den PHYs zu den einzelnen Ethernet- Ports.

Die Steckkarten-Variante bietet den Vorteil, eine fertig entwickelte Schaltung einsetzen zu können. Auch hier besteht aber das Risiko, durch die fehlende Isolation und Schirmung der PoE-Schaltung vom äußeren Netzwerk Störungen einzukoppeln. Zudem erschwert diese Variante das gerade Routen der Datenleitungen. Darüber hinaus schränken Patentansprüche die Auswahl an PoE-Controllern in Kombination mit dieser Variante stark ein.

Am vorteilhaftesten stellt sich die dritte Variante dar, das vollständig geschirmte Steckverbindermodul mit integrierter PoE-Funktionalität: Die integrierten Ethernet- Übertrager mit ihren Filtereigenschaften sind auf Anwendung und Design abgestimmt. Aufgrund der dreidimensionalen, kompakten Bauform und hohen Integrationsdichte ist der Platzbedarf deutlich geringer als bei den beiden anderen Varianten. Und da weniger Pins als bei einem „PoE-Enabled“-RJ45-Steckverbinder vorhanden sind, vereinfacht sich das Routen der Datenleitungen. Zudem ermöglicht diese Variante eine klare Abschirmung und Isolation der PoE-Schaltung sowie der Netzwerk-Verkabelung vom Switch-System. Die Kommunikation des Systems mit den integrierten PoE-Controller-Bauelementen erfolgt beispielsweise über einen intern optoisolierten I²C-Bus. Auch ein Schutz der PoE-Schaltung ist bereits integriert.

Ein Anbieter solcher PoE-ICMs ist Molex. Als eines der Gründungsmitglieder des „PoE Technology Consortium“ (PoETec, www.0baset.org) treibt das Unternehmen die Standardisierung von PoE-ICMs, Kommunikationsprotokollen, den mechanischen Abmessungen sowie von thermischer Leistungsfähigkeit und Integrationsleveln aktiv voran. Bislang gibt es PoE-Lösungen, die 2×4- und 2×6-Port-Konfigurationen bieten und IEEE802.3af und PoETec V1.0. konform sind. Parallel zur Freigabe von PoE+ (IEEE802.3at) wird Molex ein vollintegriertes, 1000Base-T PoE+-ICM nach den Anforderungen von POETec. V2.0 auf den Markt bringen. Dieses PoE+- ICM wird zunächst mit einer 2×6-Port-Konfiguration angeboten und kann 30 W an allen zwölf RJ45-Ports gleichzeitig zur Verfügung stellen.

Autor

Diarmuid Cullinan ist Product-Manager in der Molex Automation & Electrical Products Division, Irland.

Stephan Steinke ist Principal-Engineer bei der Molex Automation & Electrical Products Division in Bretten, Deutschland.