การพัฒนาในโลกดิจิทัลมีผลกระทบอย่างมากต่อการใช้งานเครือข่ายและอุปกรณ์ไฟฟ้า หนึ่งในเทคโนโลยีที่สำคัญและทันสมัยที่ช่วยให้การสื่อสารและการเชื่อมต่อเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วคือ “Power over Ethernet” หรือ PoE
PoE คืออะไร
PoE ย่อมาจาก Power over Ethernet เป็นเทคโนโลยีจ่ายไฟฟ้าผ่านสาย LAN เพียงแค่มีสาย LAN เพียง 1 เส้นก็สามารถสื่อสารและใช้พลังงานร่วมกันได้จึงทำให้การติดตั้งสะดวกสบาย ไม่ว่าจะเป็นนอกอาคาร เพดาน หรือแม้กระทั่งบริเวณที่ไม่มีสายไฟก็สามารถใช้งานได้
ยกตัวอย่างเช่นกล้องรักษาความปลอดภัย สถานที่ติดตั้งจะมีทั้งนอกอาคาร และ ภายในอาคาร ถ้าหากไม่ใช้ PoE ปัญหาที่พบเจอก็คือ บริเวณที่ติดตั้งจะต้องมีแหล่งจ่ายไฟเสมอ
จากนี้จะขออธิบายเนื้อหาของ PoE ที่สามารถเข้าใจได้ง่ายๆครับ
มาตราฐาน PoE แบ่งออกได้ดังนี้
เปิดตัวครั้งแรกในปี 2003「PoE（IEEE 802.3af）」ครั้งที่สองปี 2009「PoE+（IEEE 802.3at）」และครั้งที่สามปี 2018「PoE++（IEEE802.3bt）」หลังจากนั้นก็มีหลายๆบริษัทพัฒนาเทคโนโลยี PoE เพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้าที่สูงขึ้น
ข้อเสียและข้อควรระวังหากจะใช้งาน PoE
- ราคาแพงกว่าอุปกรณ์ที่ไม่รองรับ PoE ต้องตัดสินใจให้ดีก่อนจะเลือกใช้งาน
- สำหรับกล้อง PTZ จะมีจุดบอดเมื่อกล้องเปลี่ยนตำแหน่งการจับภาพ ทำให้ต้องมีการติดตั้งกล้องหลายๆจุดเพื่อป้องกันจุดบอดนั้น ต้นทุนจึงสูงขึ้นไปด้วย
- สาย LAN ต้องมาตราฐาน Cat5e ขึ้นไปและความยาวของสายต้องไม่เกิน 100 เมตร
อธิบาย Hardware หลักการทำงานแบบคร่าวๆ ของ PoE
จากภาพด้านบนจะแบบออกเป็น 2 ส่วน คือ
- PSE ( Power Sourcing Equipment ) หมายถึงอุปกรณ์ฝั่งส่ง โดยจะนำ Power รวมเข้ากับ DATA แล้วส่งผ่านสาย LAN
- PD ( Powered Device ) หมายถึงอุปรณ์ฝั่งรับ โดยจะรับ Power และ DATA มาจาก PSE จากนั้นจะผ่าน BRIDES เพื่อแยก Power ออกจาก DATA
เมื่อเริ่มจ่ายไฟให้กับ PSE บอร์ด ในขณะที่แรงดันกำลังค่อยๆขึ้น ( ประมาณ15.5V ) PSE บอร์ดจะเช็คกระแสไฟจาก PD ว่าอยู่ใน Class ไหน จึงค่อยทำการจ่ายแรงดันและกำลังไฟฟ้าให้
ดังนั้นอุปกรณ์ฝั่งรับสามารถเลือกอุปกรณ์ที่รองรับ PoE หรือ ไม่รองรับ PoE มาใช้งานก็ได้ แต่จำเป็นต้องมี PD Board มาแยก Power ออกก่อน
หากผู้อ่านอยากออกแบบวงจร PoE ด้วยตัวเอง สามารถดู Reference Circuit ได้จากทาง Analog Devies ได้ครับ
การคำนวณ Impedance Control สำหรับการออกแบบ PCB
การคำนวณ Impedance Control สำหรับการออกแบบ PCB ในส่วนของ Ethernet Connector ก่อนอื่นเราต้องเข้าใจความหมายของ Impedance ก่อนว่าคืออะไร
อินพีแดนซ์ (Impedance) เป็นค่าทางไฟฟ้าที่เป็นค่าเฉลี่ยของความต้านทางที่ได้จากสายสัญญาณ มีความสำคัญมากในการออกแบบ PCB เมื่อค่าอินพีแดนซ์คำนวณอย่างถูกต้อง สายสัญญาณ Ethernet จะสามารถรับส่งข้อมูลได้อย่างแม่นยำและประสิทธิภาพ
การที่จะคำนวณได้ จะต้องทราบก่อนว่าทางบริษัทที่ผลิต PCB ที่เราจะผลิตมี Layer stack-ups เป็นอย่างไร ถ้าหากเรากำหนดเอง บริษัทผลิตสามารถทำได้หรือเปล่า เป็นเรื่องที่เราจะต้องตรวจสอบก่อน สำหรับหัวข้อนี้ผู้เขียน ขอยกตัวอย่างบริษัท jlcpcb เนื่องจากสามารถคำนวณออนไลน์ได้เลย
ภาพด้านบนเป็นตัวอย่างการคำนวณจาก https://jlcpcb.com/pcb-impedance-calculator/
หากเราต้องการคำนวณเอง ผู้เขียนแนะนำให้ลองใช้โปรแกรม Saturn PCB Design ดูครับ
เมื่อเรารู้ค่าของขนาด Trace Width, Trace Spacing แล้วให้นำค่าเหล่านี้ไปบอกผู้ที่ออกแบบ PCB ให้ทำตาม spec นี้ จะได้ impedance 100Ω ครับ
