紧凑的集成式连接器模块可降低噪声并通过以太网为 AI 应用供电

随着联网设备呈爆发式增长，网络设计人员在持续重新审视边缘节点采集的数据类型与数据量、这些数据的传输目的地，以及实现数据传输的最优方案。为这些边缘节点供电也日益成为网络设计人员的工作重点。

以太网供电 (PoE) 是一种同时解决了数据传输和供电问题的技术。本文将概述 PoE 技术，探讨其在人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 应用中的未来，并介绍网络设计人员在选择 PoE 组件时必须考虑的方面。

差分信号如何实现 PoE

以太网可提供可靠、时效性强的连接网络，并具有固有的降噪功能。现代以太网电缆分为 CAT 5 和 CAT 6 类，包含八根导线，组成四个双绞线对。数据以差分电压信号的形式通过每对双绞线发送。当双绞线中的一根线被拉高到正电压时，另一根线也会被拉低到相同的负电压。由此产生的差分电压的符号对发送的数据进行编码。

差分信号本身对某类电磁干扰 (EMI) 具备抵抗力，如共模噪声。其原理在于，这类干扰会使双绞线中两根导线上的传输电压升高或降低相同幅度，而最终的差分电压保持不变。正是这种抗噪性使以太网技术得以广泛应用，也使 PoE 落地成为可能。

在 PoE 部署中，会向电缆内的不同双绞线对施加不同的 DC 偏置电压，而不会影响各个差分电压信号。滤波电路将 AC 数据信号分离出来，然后发送至控制器，而电源电路则从 DC 偏压中获取电源。

IEEE 802.3 标准定义了太网电缆、RJ45 插孔和网络协议。该标准进一步划分了 PoE 应用的三种不同功率等级，并为未来更高功率等级预留了空间（表 1）。

表 1：PoE 部署符合 IEEE 802.3 中不同部分的规定，具体取决于其提供的电源和以太网连接。（图片来源：Bel）

符合 IEEE 802.3af 标准的低功耗 PoE 系统可为传感器、物联网 (IoT) 设备和简单的单板计算机等设备提供高达 15.4 W 的功率。IEEE 802.3at 定义了中等功率 PoE+ 系统，可为具有板载或边缘处理功能的网络路由器、监视器和物联网设备提供高达 30.0 W 的功率。根据 IEEE 803.2bt 的规定，PoE++ 系统可提供最高级别的电源。这类部署可为瘦客户机、工业自动化系统、LED 照明和监控摄像头提供高达 90.0 W 的功率。

PoE 的潜力

无论功率等级如何，PoE 都能简化安装并防止出错，因其无需单独的电源线、插头和 AC/DC 转换器。此外单根电缆还能消除许多故障隐患点，从而简化故障排除和能源优化工作。

PoE 系列标准的不断完善，有力支撑了 AI、ML 相关应用的普及。例如，我们可以构建一个通过 1 类 PoE 设备连接的低功耗传感器网络。无需铺设数英里长的供电电缆，也无需在开阔区域分散部署电源设备，网络设计人员即可构建直接向 AI 处理器提供数据的网状网络，提供关于环境的实时信息。

使用 2 类 PoE 设备，AI 处理可分布在边缘节点上进行。AI 和高算力例程可直接在收集采集端本地运行。这就创建了一个更加灵活的网络，它既能对环境做出实时反应，又能同时为其他任务保留核心算力。

3 类和 4 类 PoE 部署可支持需求更高的计算系统，提供更强大的 AI 边缘处理功能。4 类 PoE 还具有更高功率，可支持机器视觉和其他会彻底变革工业自动化能力的 ML 流程。

随着 PoE 网络供电和数据传输量的增加，人们对电磁干扰和射频干扰 (RFI) 的担忧也随之增加。如果不能确保数据完整性，那么扩大以太网网络的覆盖范围就毫无意义。因此，除了选择适合其应用的 PoE 类型外，设计人员还必须选择磁性材料和滤波器，通过屏蔽各种电子噪声来维持信号完整性。

ICM 集连接功能和滤波器于一体

如 Bel 的 MagJack 系列（图 1）之类集成连接器模块 (ICM)，将磁性元件与 RJ45 以太网插孔安装在同一块印刷电路板 (PCB)上，最大限度地提高了布局效率。

图 1：MagJack ICM 将 RJ45 连接器与高性能滤波磁性元件和 EMI/RFI 屏蔽集成在紧凑的封装中，以支持 PoE 部署。(图片来源：Bel）

MagJack 产品线中的 ICM 支持从 10BASE-T (10 Mbps) 到 10GBASE-T (10 Gbps) 的各种以太网速度，且能同时传输高达 120W 的功率。从单端口到两排堆叠式 8 端口，再到 RJ45 和 USB-A 2.0 端口的组合，多样化配置提升了各类应用的灵活性。

设计人员还可灵活选择 MagJacks 在 PCB 上的安装方式。MagJack 产品线提供通孔、表面贴装技术 (SMT)、插针焊膏和压入式配置。设计人员在为其应用选择最佳安装技术时，可能会考虑热管理、可维护性、电路板厚度和插入应力以及可制造性等因素。

例如，在已有焊接生产线的情况下，SMT、插针焊膏和通孔 PCB 安装技术都是进行批量生产的不错选择。通孔式 MagJack ICM 的焊接引脚可形成牢固的机械连接，加之其简单经济的安装设计，长期以来，一直是确保在恶劣的工业或户外环境下具有可靠性的首选方案。

另一方面，压接式设计（如压接型 MagJack 器件所采用的弹性磷青铜引脚设计）是一种更优选择，适用于设计人员希望在制造过程中避免印刷电路板 (PCB) 及其元器件暴露于过热环境的应用。该接口的 98 个引脚压入 PCB 上镀有导电金属的孔内。这种多引脚连接结构还能在 RJ45 连接器的插入与频繁拔出操作中实现稳定连接，且不会出现焊点疲劳问题。由于这种设计也更易于现场维修，因其不需要焊接返工。

压配式 ICM 无需焊尾，即可安装到厚度为 2.05 mm 或更厚的印刷电路板上，包括堆叠背板。这为设计人员高效利用 PCB 空间提供了更大的灵活性，即便在诸如具备边缘处理能力的摄像头这类需要高密度网络端口和大功率 PoE 的应用中也是如此。

结语

无论采用压合引脚还是通孔焊接引脚，MagJack 系列等 ICM 都是工业以太网网络得以实现的基础。其集成磁性元件在紧凑型封装内保障了信号完整性，即便在可同时传输以太网数据与最高 120 瓦功率的 PoE 应用中亦是如此。

坚固耐用且紧凑的设计、信号滤波与电力传输能力的结合，使 MagJack 系列 ICM 成为工业以太网网络不可或缺的部分，让设计人员无需额外增加布线或制造工序，即可推动 AI 和 ML 应用的发展。