CN115460113A - 一种poe交换机协议检测方法及负载仪 - Google Patents

一种poe交换机协议检测方法及负载仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种POE交换机协议检测方法及负载仪，提供一种多组端口的802.3bt标准的负载仪；所述检测方法包括以下步骤：S10：将待测试的POE交换机与负载仪连接后，同时向负载仪输入以太网信号和POE信号；S20：负载仪内的第一电源管理芯片对POE信号进行检测并判断其是否为802.3bt标准的信号；S30：POE交换机实时朝负载仪输出52VDC直流供电；若负载仪出现断路、短路或超载，则POE交换机停止供电，并返回S20中重新检测；若负载仪运行正常，则POE交换机继续供电。该检测方法操作简单，检测高效；该多组端口的负载仪可以有效的测试802.3bt标准的PoE交换机并将测试成本极大地降低，更有利于研发人员测试，且提高了测试效率。

Description

一种POE交换机协议检测方法及负载仪
技术领域
本发明涉及POE交换机技术领域，更具体地说，涉及一种POE交换机协议检测方法及负载仪。
背景技术
现有技术中，以太网供电新标准IEEE802.3bt已于2018年11月获得批准，随着IEEE802.3bt标准的POE交换机面世，相应的用于测试此类POE交换机的受电测试仪器即PD负载也面临着新的挑战。IEEE802.3bt标准下的POE交换机供电功率范围在60W～90W，因此原先的基于IEEE802.3at(30W)的负载仪已经不能够用于新标准下的POE交换机的功能测试了。对于很多研发生产POE交换机的企业，在研发和生产IEEE802.3bt标准下的POE交换机时，迫切需要用于测试此类交换机的负载仪，但是目前还没有特别高效的、适用的IEEE802.3bt新标准下的负载仪。
目前很多企业一般将IEEE802.3at(30W)的负载仪用多台叠加的方式来测试IEEE802.3bt标准的POE交换机，或者购买昂贵的、单端口的IEEE802.3bt标准下的摄像头等设备来测试IEEE802.3bt标准的POE交换机，不仅不利于新标准下的POE交换机生产测试的严谨性、有效性，同时成本也十分昂贵。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种POE交换机协议检测方法及负载仪。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种POE交换机协议检测方法，其特征在于，提供一种多组端口的802.3bt标准的负载仪；每组端口均有两个RJ45接口，其一为供POE交换机接入的输入口，另一为信号输出的输出口；所述检测方法包括以下步骤：
S10：将待测试的POE交换机的网口通过网线与负载仪的输入口连接，并同时向所述负载仪输入以太网信号和POE信号；
S20：所述以太网信号通过所述负载仪中的第一变压器从所述输出口P2输出以太网信号；所述负载仪内的第一电源管理芯片对所述POE信号进行检测并判断其是否为802.3bt标准的信号；若为802.3bt标准的信号，则所述负载仪与所述POE交换机握手成功；
S30：所述POE交换机实时朝所述负载仪输出52VDC直流供电；若负载仪出现断路、短路或超载，则所述POE交换机停止供电，并返回S20中重新检测；若负载仪运行正常，则所述POE交换机继续供电。
本发明所述的POE交换机协议检测方法，其中，所述S20中，所述PoE信号通过D1～D8的整流桥转变成BR+和BR-；所述BR+和所述BR-通过共模电感进入第一电源管理芯片内。
本发明所述的POE交换机协议检测方法，其中，所述S20中，若所述第一电源管理芯片判断所述POE信号不是802.3bt标准的信号，则一直检测；若是802.3bt标准的信号，所述PD负载仪根据所述第一电源管理芯片的第三引脚(CLSA)和第六引脚(CLSB)的分级电阻的配置对所述PoE信号进行分级。
本发明所述的POE交换机协议检测方法，其中，所述第一电源管理芯片的TPH引脚、TPL引脚和BT引脚分别电连接有LED灯。
本发明所述的POE交换机协议检测方法，其中，所述检测方法还包括以下步骤：
S40：所述POE交换机输出的52VDC直流供电从所述输入口进入后，依次经过D1～D8的所述整流桥和所述共模电感后生成所述第一电源管理芯片中的VDD电源信号。
本发明所述的POE交换机协议检测方法，其中，所述检测方法还包括以下步骤：
S50：所述VDD电源信号通过第二电源管理芯片上的电源转换电路将52VDC直流供电转换为24V/3A输出。
本发明所述的POE交换机协议检测方法，其中，所述第一电源管理芯片的型号为TPS2373-4RGWR。
本发明所述的POE交换机协议检测方法，其中，所述POE信号的等级不超过八级，当POE信号分为八级时，其功率分配电路的功率不大于71W。
本发明还公开一种用于POE交换机测试的负载仪，运用上述所述的检测方法，其特征在于，包括检测输出模块和负载控制模块；所述检测输出模块包括多组PD端口；每组所述PD端口均设两个RJ45接口，其一为所述POE交换机的输出口，另一为信号输出口；所述负载控制模块包括多组与所述PD端口一一对应的负载电路；每组所述负载电路包括至少两个功率电阻。
本发明所述的负载仪，其中，所述负载仪还包括对所述功率电阻散热的散热模块；所述散热模块包括朝所述功率电阻吹风的多个风扇，和对多组所述功率电阻散热的散热片；所述散热模块还包括所述负载仪壳体的两侧表面设有供所述风扇放置的进风口；所述负载仪的上壳体还包括与所述进风口配合的出风口。
本发明的有益效果在于：该POE交换机协议检测方法操作简单，用多组端口的负载仪取代多个单端口的摄像头，检测高效，有利于新标准下的PoE交换机生产测试的严谨性、有效性，且成本低；该多组端口的负载仪可以有效的测试802.3bt标准的PoE交换机并将测试成本极大地降低，更有利于研发人员测试，且提高了测试效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：
图1是本发明较佳实施例的一种POE交换机协议检测方法的原理图；
图2是本发明较佳实施例的一种POE交换机协议检测方法的流程示意图；
图3是本发明较佳实施例的第一变压器的电路图；
图4是本发明较佳实施例的第一电源管理芯片的电路图；
图5是本发明较佳实施例的第二电源管理芯片的电路图；
图6是本发明另一较佳实施例的负载控制模块的电路图；
图7是本发明另一较佳实施例的散热模块的电路图；
图8是本发明另一较佳实施例的一种用于POE交换机测试的负载仪的结构图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1：
一种POE交换机协议检测方法，如图1-5所示，提供一种多组端口的802.3bt标准的负载仪；每组端口均有两个RJ45接口，其一为供POE交换机接入的输入口，另一为信号输出的输出口；检测方法包括以下步骤：
S10：将待测试的POE交换机的网口通过网线与负载仪的输入口连接，并同时向负载仪输入以太网信号和POE信号；
S20：以太网信号通过负载仪中的第一变压器从输出口P2输出以太网信号；负载仪内的第一电源管理芯片对POE信号进行检测并判断其是否为802.3bt标准的信号；若为802.3bt标准的信号，则负载仪与POE交换机握手成功；
优选的，第一电源管理芯片的型号为TPS2373-4RGWR；该第一电源管理芯片还可以为支持802.3bt标准的其他现有芯片。
其中，PoE信号通过D1～D8的整流桥转变成BR+和BR-；BR+和BR-通过共模电感进入第一电源管理芯片内。
若第一电源管理芯片判断POE信号不是802.3bt标准的信号，则一直检测；若是802.3bt标准的信号，那么PD负载仪会根据第一电源管理芯片的第三引脚(CLSA)和第六引脚(CLSB)的分级电阻的配置对PoE信号进行分级。
S30：POE交换机实时朝负载仪输出52VDC直流供电；若负载仪出现断路、短路或超载，则POE交换机停止供电，并返回S20中重新检测；若负载仪运行正常，则POE交换机继续供电。
其中，第一电源管理芯片的TPH引脚、TPL引脚和BT引脚分别电连接有LED灯；通过观察LED灯的亮灭来判断检测情况。
S40：POE交换机输出的52VDC直流供电从输入口进入后，依次经过D1～D8的整流桥和共模电感后生成第一电源管理芯片中的VDD电源信号；
S50：VDD电源信号通过第二电源管理芯片上的电源转换电路将52VDC直流供电转换为24V/3A输出。
具体地，POE信号的等级不超过八级，当POE信号分为八级时，其功率分配电路的功率不大于71W。
如图3所示，协议检测输出系统提供八组1000M的PD端口，每组共有两个RJ45接口P1和P2，其中P1是PoE交换机的输入口(IN),P2是网络信号输出口(OUT)。802.3bt标准的PoE交换机的网口接入PD负载仪的输入口P1后，PoE交换机同时向PD负载仪输入两种信号，一种为以太网网络信号，另一种为PoE信号。进入P1的以太网信号会通过PD负载中的变压器T1后由输出口P2输出，而进入P1的PoE信号会经过D1～D8的整流桥变成BR+和BR-后通过共模电感L2进入U1第一电源管理芯片进行协议检测；图4中，U1第一电源管理芯片(型号为：TPS2373-4RGWR)会对PoE信号进行检测并判断其是否为802.3bt标准的信号，如果不是802.3bt标准的信号，就会一直检测；如果U1第一电源管理芯片检测输入信号是802.3bt标准的信号，那么检测系统会对根据U1第一电源管理芯片的第3pin(CLSA)和第6pin(CLSB)对VSS上的分级电阻的配置对此PoE信号进行分级，本系统将在硬件上配置成802.3b标准中的最高等级即8级(电路中R10＝63.4Ω+R13＝0Ω；R15＝90.9Ω+R25＝0Ω)，此等级最大支持71W的PD功耗。分级之后检测系统与PoE交换机之间即握手成功，会触发PoE交换机实时输出52VDC直流供电。U1第一电源管理中的三个LED灯分别接U1第一电源管理芯片的TPH、TPL和BT三个pin引脚，三个LED的亮灭可以对应检测到的8种PSE TYPE。此时PoE的能量52VDC直流电从P1进入并经过整流桥(D1～D8)再经过共模电感L2变为电路中的VDD电源信号；图5中，VDD电源信号(52VVDC)进入到基于U2第二电源管理芯片这个POWERIC(型号为：UCC2897ARGPR)做的DCtoDC电源转换电路，VDD信号使U2第二电源管理芯片开始工作，U2第二电源管理芯片的第12pin一开始会先输出一个PWM信号使Q12这个MOS管开关动作，从而触发第二变压器T2的主边充放电工作将进入第二变压器T2的VDD能量转换到第二变压器T2的两个副边并分别输出电压VCIN(12VDC)和VOUT(24VDC)，VCIN连接U1第一电源管理芯片的第15pin(VC_IN)进入U1第一电源管理芯片使U1第一电源管理芯片识别到后端的U2第二电源管理芯片已开始工作并从U1第一电源管理芯片的第14pin(VC_OUT)输出返回到U2第二电源管理芯片的第13、第14两个pin，即U1第一电源管理芯片输出的VC_OUT是给U2第二电源管理芯片供电并让U2第二电源管理芯片连续不断的发出PWR信号，U2第二电源管理芯片的连续工作从而使T2变压器不断的进行变压转换工作，如此VOUT就会持续出书24VDC的稳定电压；
其中第二变压器T2输出的MOS管的工作原理是：
①当第二变压器T2的7Pin输出高电平、11pin同步输出低电平，此时Q8三极管导通、Q7三极管关闭，从而Q10MOS管导通、Q9MOS管关闭。7pin输出的电流经过电感L5并给其充电，电流经过后端负载电阻从GND返回经过导通的Q10MOS管回到T2变压器形成一条完整的回路。
②当T2变压器的7pin输出低电平、11pin同步输出高电平，此时Q8三极管关闭、Q7三极管导通，从而Q10MOS管关闭、Q9MOS管导通。电感此时会将之前充电释放，电感放电使输出不间断，电流从电感流出经过后端负载电阻后回到GND并经过导通的Q9回到电感，从而也形成一条完整的电流回路。
整个电路就是将PoE输入的52VDC转成24VDC的电压输出给到后级功率电阻。
在CLSA(第一类和第二类事件)和CLSB(第三类和任何后续类别事件)引脚和VSS之间连接的两个外部电阻(RCLSA和RCLSB，请参阅Figure 30)中的每一个电阻都为PSE提供了不同的分类特征，用于定义由PD请求的功率类别。只要VDD和VSS之间的电压差处于10.9V至22V之间，控制器就会在CLSA(第一类或第二类事件)或CLSB(所有其他类别事件)外部电阻上施加大约2.5V的电压。每个电阻消耗的电流与控制器消耗的内部电流以及通过内部导通MOSFET的任何泄漏电流相结合，产生分类特征电流。表1中列出了IEEE802.3bt所定义的每个PD功率范围所需的外部电阻值。然后，分类周期数可确定由PSE分配的功率量。由PD消耗的最大平均功率加上提供给下游负载的功率不应超过Table1中所示的最大功率以及PSE根据分类周期数分配的最大功率。APD保持高电平会禁用分类特征。
如果在第一个周期内呈现4类特征，则2型和3型PSE可以执行两个分类周期。同样，如果在前两个周期内呈现4类特征并且在第三个周期内呈现0类或1类特征，则3型和4型PSE可以执行四个分类周期。另外，如果在前两个周期内呈现4类特征并且在第三个周期内呈现2类或3类特征，则4型PSE可以执行五个分类周期。
表1：类别电阻选择
Figure BDA0003772859960000091
关于BT、TPH和TPL的状态用于提供有关PSE类型(1-2或3-4)及其所分配功率的信息。表2列出了对应于PSE类型、PD类别和所分配功率的各种组合的编码。表3也对应提供了PSE分配的功率低于PD请求功率的情况。分配的功率由已收到的分类周期数确定。启动期间，TPH、TPL和BT输出通常在VVC_IN变为高电平的24ms后进入启用状态，从而使电源首先达到稳定状态。在某些应用中，VC_IN连接到浪涌结束前已存在的直流电压，此情况下该24ms延迟的起始点为PG输出从低电平变为断开状态时。如果器件进入热关断状态，如果VC_OUT电压降至低于其UVLO阈值，或者如果VDD至VSS的电压低于大约32V，那么这3个输出将返回到高阻抗状态。请注意，在所有这些情况下，只要VDD至VSS的电压保持在标记复位阈值以上，就会记住这3个信号的内部逻辑状态，以便在启动完成后相应地激活这些输出。当VDD至VSS的电压降至标记复位阈值以下时，该电路将复位。如果不使用TPH、TPL和BT引脚，可将这些引脚保持未连接状态。
表2.TPH、TPL、BT和分配功率真值表
Figure BDA0003772859960000101
表3.功率降级情况
Figure BDA0003772859960000102
实施例2：
本发明还公开一种用于POE交换机测试的负载仪，如图1-8所示，运用上述的检测方法，包括检测输出模块和负载控制模块；检测输出模块包括多组PD端口；每组PD端口均设两个RJ45接口，其一为POE交换机的输出口，另一为信号输出口；该检测输出模块应用于实施例1中的POE交换机协议检测方法。
负载控制模块包括多组与PD端口一一对应的负载电路；每组负载电路包括至少两个功率电阻。
如图6所示，负载控制模块中也提供八组负载，每组负载包含两个18Ω的功率电阻，每个功率电阻的额定功率是50W。根据协议检测输出系统输出的24V电压，每个功率电阻的实际功耗是P＝U2/R＝24*24/18＝32W,两个功率电阻的功耗大概为64W，加上协议检测系统的功耗(约为5～6W)，则一组PD的实际功耗就是70W左右，符合802.3bt标准中的class8等级的62～71W的PD可用功率范围。按照802.3bt标准中的协议规定，该标准下的PoE交换机最大支持90W功率的输出，PD负载仪最大功率70W左右，根据802.3bt标准，可以将PoE交换机连接PD负载仪的网线延长，网线也有一定的功耗，延长到一定长度后就可以使网线的功耗达到20W左右，加上PD负载仪的70W功率正好是90W，就可以对802.3bt标准的PoE交换机的功能进行完全测试。
具体地，负载仪110还包括对功率电阻散热的散热模块；散热模块包括朝功率电阻吹风的多个风扇(图中未示)，和对多组功率电阻散热的散热片(图中未示)；散热模块还包括负载仪壳体的两侧表面设有供风扇放置的进风口112；负载仪的上壳体还包括与进风口112配合的出风口111。
如图7-8所示，每组PD负载端口中的功率电阻都会将70W左右的PoE功率转换成热能，会使功率电阻发热，久而久之就会导致功率电阻寿命变短直至失效，而PD负载仪总共有八组PD负载，整体的热能接近560W，为了保障功率电阻能够长期正常工作，保证PD负载仪的可靠性，就需要配置相应的散热模块。本方案将为PD负载仪配置左右两边各三个风扇，并且没四组功率电阻共用1个散热片的散热模块，散热模块中的六个风扇将外部冷风吹入机壳中，通过机壳上盖的出风孔将热量散发出去。两片散热片靠近风扇进风口的一端会迅速冷却，散热片远离进风口的另一端的热量也会迅速传递到冷却的一端，从而达到将八组PD负载中的功率电阻以及协议检测输出系统中产生的热量源源不断的散发出去，从而保障了PD负载仪整个系统的长期正常工作的可靠性。
综上，该POE交换机协议检测方法操作简单，用多组端口的负载仪取代多个单端口的摄像头，检测高效，有利于新标准下的PoE交换机生产测试的严谨性、有效性，且成本低；该多组端口的负载仪可以有效的测试802.3bt标准的PoE交换机并将测试成本极大地降低，更有利于研发人员测试，且提高了测试效率。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种POE交换机协议检测方法，其特征在于，提供一种多组端口的802.3bt标准的负载仪；每组端口均有两个RJ45接口，其一为供POE交换机接入的输入口，另一为信号输出的输出口；所述检测方法包括以下步骤：
S10：将待测试的POE交换机的网口通过网线与负载仪的输入口连接，并同时向所述负载仪输入以太网信号和POE信号；
S20：所述以太网信号通过所述负载仪中的第一变压器从所述输出口P2输出以太网信号；所述负载仪内的第一电源管理芯片对所述POE信号进行检测并判断其是否为802.3bt标准的信号；若为802.3bt标准的信号，则所述负载仪与所述POE交换机握手成功；
S30：所述POE交换机实时朝所述负载仪输出52VDC直流供电；若负载仪出现断路、短路或超载，则所述POE交换机停止供电，并返回S20中重新检测；若负载仪运行正常，则所述POE交换机继续供电。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述S20中，所述PoE信号通过D1～D8的整流桥转变成BR+和BR-；所述BR+和所述BR-通过共模电感进入第一电源管理芯片内。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述S20中，若所述第一电源管理芯片判断所述POE信号不是802.3bt标准的信号，则一直检测；若是802.3bt标准的信号，所述PD负载仪根据所述第一电源管理芯片的第三引脚(CLSA)和第六引脚(CLSB)的分级电阻的配置对所述PoE信号进行分级。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述第一电源管理芯片的TPH引脚、TPL引脚和BT引脚分别电连接有LED灯。
5.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括以下步骤：
S40：所述POE交换机输出的52VDC直流供电从所述输入口进入后，依次经过D1～D8的所述整流桥和所述共模电感后生成所述第一电源管理芯片中的VDD电源信号。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括以下步骤：
S50：所述VDD电源信号通过第二电源管理芯片上的电源转换电路将52VDC直流供电转换为24V/3A输出。
7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，所述第一电源管理芯片的型号为TPS2373-4RGWR。
8.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述POE信号的等级不超过八级，当POE信号分为八级时，其功率分配电路的功率不大于71W。
9.一种用于POE交换机测试的负载仪，运用如权利要求1-8任一所述的检测方法，其特征在于，包括检测输出模块和负载控制模块；所述检测输出模块包括多组PD端口；每组所述PD端口均设两个RJ45接口，其一为所述POE交换机的输入口，另一为信号输出口；所述负载控制模块包括多组与所述PD端口一一对应的负载电路；每组所述负载电路包括至少两个功率电阻。
10.根据权利要求9所述的负载仪，其特征在于，所述负载仪还包括对所述功率电阻散热的散热模块；所述散热模块包括朝所述功率电阻吹风的多个风扇，和对多组所述功率电阻散热的散热片；所述散热模块还包括所述负载仪壳体的两侧表面设有供所述风扇放置的进风口；所述负载仪的上壳体还包括与所述进风口配合的出风口。
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