Как я могу запитать микросхему через Ethernet?

Я надеялся запитать небольшую интегральную схему, используя только мощность, обеспечиваемую розеткой Ethernet в моей комнате. Это вообще возможно?

Я погуглил и обнаружил, что напряжение, которое он обеспечивает, составляет что-то между 2 В и 3 В. Поскольку это не постоянное напряжение, а случайное напряжение переменного тока, я считаю, что было бы невозможно запитать ИС без использования какого-либо аналого-цифрового преобразователя или простой схемы пикового детектора для поддержания напряжения.

Я ошибаюсь? Не могли бы вы дать совет на этот случай?

Ну, есть стандарт PoE (Power over Ethernet). Может быть, взгляните на это?
«Какая микросхема» или, точнее, «какая потребляемая мощность» будет довольно важным вопросом.
Вернулось к исходному названию без ограничения на очистку, наложенного сторонним редактированием. Луис должен уточнить, будет ли PoE вариантом или нет, теперь, когда такая возможность возникла.
@ Крис - это неправильно. OP ссылается на: (1) переменный ток, (2) напряжение данных, а не напряжение PoE. PoE является альтернативой предпосылке вопроса и предлагается всеми в этой роли (например, «Вы также рассматривали...»)
@Rev1.0 PoE в моем случае не лучший вариант, так как я работаю со стандартными сетями, которые есть в обычных зданиях. Спасибо хоть!
Первоначальный титул Луиса гласит, что его цель явно не нуждается в дальнейшем затуманивании кем-либо, кроме Луиса.
@ Крис - это глупо. Это регресс, чтобы никогда ничего не редактировать. Цель, указанная в заголовке, расплывчата по сравнению с телом, которое очень конкретно. Наверное, поэтому он принял сдачу... дважды ;-)
Нет, я проверил записи, и это не Луис одобрил предложенное вами редактирование, которое излишне сужает вопрос за пределы первоначальной цели. Часто люди приходят на сайты обмена стеками с целью и предварительной идеей, которые могут быть не лучшим способом ее достижения. Наличие названия, отражающего цель, даже если тело рассматривает один конкретный метод, является лучшим балансом , особенно когда это название выбрано первоначальным плакатом . Вдвойне, когда вы утверждали, что метод, к которому вы стремитесь, не сможет достичь цели.
Это название снова сбивает с толку. Из прочтения принятого ответа и комментариев становится ясно, что цель состоит в том, чтобы получить мощность от Ethernet. «Питание микросхемы через Ethernet» весьма неоднозначно. Этот вопрос, похоже, превратился в перепалку между некоторыми пользователями...

Ответы (1)

Вы описываете, используя концепцию под названием «Сбор энергии», но пытаетесь использовать пары данных порта Ethernet в качестве источника энергии.

Обновление: Что ж, давайте немного уточним это...

Хотя это чрезвычайно интересно (у меня работали магистры в этой области), то, что вы описываете, просто не будет работать на практике по ряду причин:

  1. Все версии Ethernet по витой паре предусматривают дифференциальную передачу данных по каждой паре с трансформаторной связью. Это означает, что нет пути питания постоянного тока. У вас есть ток, движущийся в обоих направлениях через разделительный трансформатор. Вам понадобится схема, чтобы преобразовать и настроить его. Большая часть энергии, которую вы приобретете, будет больше, чем потребляться в состоянии покоя ваших цепей преобразования и кондиционирования. На нагрузку останется совсем немного.

  2. Линия активна только тогда, когда данные отправляются вам (или транслируются). Если вы не создаете структурированную среду, в которой вы контролируете сеть, данные (мощность в вашей схеме) будут ненадежными.

  3. Если вы можете управлять сетью, просто установите блок питания Power-Over-Ethernet между сетевым коммутатором и вашим устройством. Источник питания PoE добавляет мощность постоянного тока (-48 В) к неиспользуемым в противном случае парам меди в кабеле категории 5 (10bT, 100bTx). Теперь он может даже работать с Gigabit Ethernet, передавая данные поверх пары питания (поэтому он служит двум целям). Это так просто. Зачем возиться со сбором урожая?

Эксперимент по дизайну

Вот обычная микросхема интерфейса Ethernet ( CP2200 ) от Silicon Labs.введите описание изображения здесь

Вот абстракция:

введите описание изображения здесь

  • Характеристическое сопротивление кабельной системы составляет около 100 Ом (поэтому на рисунке Silicon Labs вы видите согласующий резистор 100 Ом).

  • Номинальный пиковый выходной ток передачи CP2200 составляет 15 мА (стр. 9). Следует отметить, что существуют сильноточные микросхемы, даже с программируемым выходным током (например, DP83223).

  • При максимальной эффективности (согласованном импедансе) нагрузка должна быть эквивалентна 100 Ом на частоте передачи.

  • В системе передачи используется повышающий трансформатор 1:2,5.

Максимальная передача мощности:

На другом конце (выход сетевого гнезда) максимальный пиковый ток 6мА (от 15мА/2,5). Он поставляется с идеальной нагрузкой 100 Ом для достижения максимальной мгновенной мощности P = I ^ 2 R = 3,6 мВт или около 2,5 мВт, среднеквадратичное значение (неплохо! и в 10 раз выше, чем моя первоначальная оценка).

При максимальном выходе 15 мА выходной каскад передатчика добавляет около 120 Ом к сопротивлению источника.

  1. Работая в обратном направлении, вы получаете 200 Ом на удаленной стороне трансформатора.
  2. Соотношение 2,5 витка приводит к преобразованию импеданса до кажущихся 32 Ом на первичной (передающей) стороне трансформатора.
  3. Это 480 мВ на первичной обмотке.
  4. Трансформатор увеличивает его в 2,5 раза до 1,2 В на вторичной обмотке.
  5. Половина напряжения теряется из-за импеданса кабеля, что приводит к пиковому значению 0,6 В для идеальной нагрузки.

Это P=V^2/R = 3,6 мВт. Это соответствует идеальному ожиданию, так что у нас все хорошо.

Вот проблема на практике:

К сожалению, подача энергии — это еще не все. Теперь нужно уметь им пользоваться.

Он биполярный, поэтому вам нужно выпрямить, устранить пульсацию и (возможно) повысить (или иным образом преобразовать / отрегулировать). Для этого просто нет большого напряжения.

Вы работаете с 0,6 В, и вам нужно подключить два диода в мостовом выпрямителе. Даже при использовании диодов с низким прямым падением напряжения вы все равно получаете около 0,3 В (на диод). Это означает, что доступное напряжение (и, следовательно, мощность), которую вы можете использовать в своей нагрузке, практически ничего не значит.

Альтернативные архитектуры выпрямителей

Помимо диодного моста, есть и другие подходы к сбору урожая, так что это не невозможно, но крайне нецелесообразно.

Например, вы можете использовать полуволновой выпрямитель (большинство RFID-меток, которые я рассматривал, делают это), чтобы исключить один из диодов (но вы потеряете половину формы сигнала).

В этом случае вы получаете

  • 0,3 В, пик * 6 мА (идеальный) = 1,8 мВт (пик) = 1,27 мВт (среднеквадратичное значение)
  • Вырабатывая только половину цикла, вы теряете около 640 мкВт (микроватт).
  • Затем вы должны уменьшить номинал рабочего цикла передачи (процент времени, в течение которого вы держите передатчик активным).

...и это максимум. Если вы измените нагрузку с точно 6 мА, вы получите снижение эффективности и, следовательно, гораздо меньшую выходную мощность, которую вы в противном случае ожидали бы из-за несоответствия импеданса, которое это вносит.

Разработка конструкции выпрямителя является областью активных исследований, и существуют более эффективные способы использования одного диода. Если вы действительно намерены заниматься этим, ответьте, и я найду для вас цитаты/идеи.

Неправда. Схема преобразования не будет потреблять всю собранную мощность, если она хорошо спроектирована - это то, что позволяет, например, RFID работать. Необходимость иметь большой поток данных может быть проблемой, но есть программные решения. Конечно, POE является хорошим предложением, если такая модернизация возможна.
RFID работает по той же основной причине, что и PoE: по замыслу. Напряженность радиополя в пассивных приложениях RFID, как правило, выбирается не в соответствии с требованиями помехоустойчивости, а для питания метки RFID.
@MSalters - Нет, PoE - это просто источник питания постоянного тока, в то время как RFID работает путем интеграции и исправления мощности полученного сигнала для питания ответа, как это может делать паразитное устройство Ethernet. Хотя RFID разработан с целью питания паразитных устройств, принцип работы тот же. При импедансе около сотни ом и сигнальном напряжении в несколько вольт (на скорости 10 Мбит) вполне вероятно, что мощность сигнала, доступного в сети Ethernet, больше, чем получает обычная метка RFID.
@Chris - Итак, я сделал несколько обратных конвертов, и цифры на самом деле выглядят довольно похожими ... Я объясню в редактировании. Ваше здоровье.
@DrFriedParts Это довольно впечатляющий ответ. То, с чем я работаю, требует напряжения около 2,5 В для правильной работы. Поэтому, используя ваш подход, сделать это было бы невозможно. Но есть одна вещь, которую я плохо понял. Именно это сопротивление 100 Ом. Это в кабеле между моей цепью и разъемом или в системе сети Ethernet? Я задаю этот вопрос, потому что я могу не использовать кабель в схеме, которую разрабатываю, поэтому без него у него может быть больше энергии для его питания.
@Luis - На самом деле это не 100 Ом в смысле резистора (Google «Теория линии передачи»). Это влияние кабеля на сигнал на частоте 10 МГц (или 100 МГц). Радиочастотные сигналы немного отличаются по поведению (есть еще несколько предостережений, которые мы упускаем из виду при обучении DC на вводном уровне), чем предполагает ваш вопрос. Если вы не используете кабель Ethernet, мощность, доступная для вашего устройства, на самом деле будет даже меньше , чем указано выше ... если только вы не оставите всю кабельную систему на расстоянии менее 15 см.
@Luis - я бы также добавил, что необходимое напряжение на нагрузке (в пределах разумного) не имеет значения. Что вас волнует, так это мощность (напряжение, умноженное на ток), потому что (с некоторыми потерями) вы можете преобразовать ток в напряжение с помощью различных схем. Предполагая идеальный преобразователь, 1 Вт можно выразить как 1 А при 1 В или 0,5 А при 2 В... понимаете?
@DrFriedParts Да, действительно! В данном случае я работаю примерно с 200u-350u Ватт! Я думаю, что это достаточно низко, чтобы использовать ваш подход. Что касается кабеля, я не буду использовать кабель в этом проекте. Он будет подключен непосредственно к клеммам разъема; Итак, он удовлетворяет условию быть менее 15 см, верно? Что ж, спасибо за ваши ответы, как студент третьего (из пяти) курса EE я могу сказать, что понял ваш подход.
@Луис -- Круто! Рад быть полезным. 15 см - это общее расстояние между передатчиком и приемником. Вы должны указать все соответствующие расстояния (таким образом, провод в стене между разъемом и коммутатором Ethernet также учитывается).
@DrFriedParts о да, так что это сложно. Тем не менее, поскольку я говорю о микроваттах, а вы о милиливаттах, вы не думаете, что это вообще осуществимо? Может быть, с некоторыми умножителями напряжения?
Это близко. Тебе стоит попробовать это! =) Я предполагаю что-то вроде 0,3 В при 640 мкВт, а вам нужно 2,5 В при 350 мкВт... поэтому вам нужно получить от 0,3 В до 2,5 В с эффективностью не менее 55%, сохраняя при этом соответствие импеданса источнику...
@Luis - я бы начал с другого трансформатора: перед выпрямителем, после домкрата. Попробуйте повышающее соотношение оборотов 1:10. Это вряд ли даст много энергии, но вы должны увидеть, что вы можете получить от него. Возможно, вы могли бы собирать данные с нескольких портов параллельно.
@Luis Я не помню, кто это написал (может быть, ANSI), но максимальная длина кабеля Ethernet будет составлять 80 метров между розеткой и маршрутизатором.
Решение будет в коэффициенте витков, но, вероятно, в коэффициентах витков уже предполагаемого трансформатора, а не второго. Единственная причина, по которой я бы использовал два, заключалась бы в том, что это был единственный способ получить достаточную функциональность связи Ethernet, чтобы убедить передатчик много говорить. Однако что-то не сходится с цифрами, поскольку 10-мегабитный Ethernet должен иметь немного более высокое напряжение, чем указано здесь, хотя возможно, что многие устройства (особенно способные к 100 мбит) избегают недостаточного питания.
@ Крис - да, опять же, согласен с тобой. Проблема в том, что первый трансформатор встроен в гнездо внутри сетевого коммутатора, поэтому доступа к нему у нас нет (если был, то просто через PoE).
О, мне показалось, что на кастомном устройстве предлагался не один, а два трансформатора. Я вообще не собирался модифицировать подключенное оборудование на другом конце Ethernet-проводки (ну, вообще, в аппаратном обеспечении, программное обеспечение может упростить получение сильно асимметричного соотношения трафика, в противном случае найти способы запуска большого количества входящих данных с использованием потребуются только очень короткие передачи от паразитного устройства).
Как я могу запитать микросхему через Ethernet?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v