以太网供电(PoE)指的是一种在以太网电缆上同时传输电力和数据的技术,它允许设备通过其网络端口供电。由于该技术兼容现有的以太网布线基础架构,因此不需要做任何改动就可以正常工作,这最大限度地降低了总体安装和维护成本。与传统的供电模式相比,PoE技术在易于安装、高可靠性、节约成本以及为世界各地用户提供统一和安全的功率标准方面展现了巨大的优势。PoE技术可以有效解决目前视频和Vo IP电话、多频带接入点、RFID阅读器、安全摄像机等终端设备的集中式电源供电问题。因此在全球网络市场上,PoE技术持续受到关注,具有广阔的发展前景。为了统一标准以兼容不同厂商之间的PoE设备,电气电子工程师协会(IEEE)PoE特别小组从1999年起就开始制定相关标准。截至目前,IEEE已于2003年和2009年分别发布了802.3af和802.3at标准。其中,兼容IEEE802.3af标准和IEEE8023at标准的设备分别定义为type 1型和type 2型。一个典型的以太网供电系统主要包含供电设备(PSE)和受电设备(PD)。而在整个电力传输过程中,为了保证传输过程顺利进行以及满足IEEE802.3at标准,我们分别在PSE和PD中嵌入电源芯片以便更好的控制和管理。受电设备的电源管理芯片通常包括PoE接口和DC-DC控制器两部分,它是受电终端与以太网线之间的接口。其中,PoE接口完成IEEE802.3at标准所需的所有功能,如检测、分级以及电流限制等;而DC-DC控制器适用于各种拓扑结构,完成从供电电压到PD所需电压的转换。本文基于IEEE802.3at标准提出了一款适用于以太网供电受电设备端的电源管理芯片,采用SOI BCD工艺集成PoE接口和DC-DC控制器,大大降低了功耗和PCB尺寸,为受电设备提供了全套解决方案。除支持从以太网线直接供电外,本设计还可支持外部辅助电源供电。针对检测阶段,芯片内部其他模块都处于不工作状态,因此传统的带参考电平的比较方法在此使用。本文提出了一种新型的电压检测电路,采用带隙基准结构实现检测功能,消除了额外的电压基准电路,减小了芯片面积,降低了检测时间。通过两事件分级逻辑控制(两次锁存分级和标记状态),芯片采用一种识别算法可以准确区分type 1和type 2设备。论文提出了一种低损耗限流技术,采用PTAT电流产生电路、低失调电压运放及基级电流补偿技术解决了低阻值片上电阻引起的限流点漂移问题,实现了高精度限流点设计。而DC-DC控制器则采用峰值电流控制模式,内部集成大功率管以隔离它和PoE接口的两个地,并有多种保护电路以保障系统安全工作。DC-DC控制器还引入了双模式调制(PWM/PSM)以在全负载范围内实现高效率。论文还提出了一种电路复用振荡器结构,同时实现时钟频率的可编程和可外同步设计,并精确设定最大占空比,减小主开关管的电压应力。芯片采用0.5μm 65V SOI BCD工艺进行设计与实现,有效面积(包含Pads)为1.79×2.76 mm~2,并使用TSSOP-20封装形式。芯片采用有源钳位正激拓扑结构进行测试,直流输入电压范围为33到57 V。测试结果表明,本文所设计的芯片满足IEEE802.3af和IEEE802.3at标准,并提供最大30W的输出功率。53V直流输入和48V适配器输入的系统最大转换效率分别为90%和90.63%;在53V直流输入电压下,芯片的最大峰峰值纹波电压为161mV。不同输入电压下的负载调整率都被限制在±0.11%以内。此外,对于2A的输出电流阶跃,输出电压上冲和下冲电压跳变分别为396和364mV,且输出电压跳变到其稳定的恢复时间均小于1.2ms。