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SI3461-E02-GM

器件型号:SI3461-E02-GM
器件类别:半导体    电源管理   
厂商名称:Silicon Laboratories Inc
标准:
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器件描述

IC POWER MANAGEMENT CTLR 11VQFN

参数

产品属性属性值
类型:控制器(PSE)
通道数:1
功率 - 最大值:30W
内部开关:
辅助作用:
标准:802.3at(PoE+),802.3af(PoE)
电压 - 电源:45 V ~ 57 V
电流 - 电源:8mA
工作温度:-40°C ~ 85°C
封装/外壳:10-VFDFN 裸露焊盘
供应商器件封装:11-QFN(3x3)

SI3461-E02-GM器件文档内容

                                      Si3460-EVB

Si3460 EVALUATION BOARD USER'S GUIDE

1. Introduction

This document is intended to be used in conjunction with the Si3460 data sheet for designers interested in:
      An introduction to Power-over-Ethernet (PoE) and Power Sourcing Equipment (PSE) design
          considerations
      How the Si3460 PSE controller operates in the Si3460-EVB reference design

. Configuring and operating the Si3460-EVB
ns s. 2. Overview of the Si3460 and Evaluation Board
ig ign The Si3460 is a single-port 48 V power management controller for IEEE 802.3af compliant Power Sourcing
s Equipment (PSE). The Si3460 operates directly from a 12 or 15 V isolated input supply and integrates a digital
s PWM-based dc-dc converter for generating the 48 V PSE output supply. The negative polarity on the PSE supply
e e provides safety-extra-low-voltage (SELV) compatibility with telephony ports in the same system. The complete
D D Si3460 reference design (i.e., the Si3460-EVB) also provides full IEEE-compliant classification and detection as

well as a robust disconnect algorithm. Intelligent protection circuitry includes input under-voltage lockout (UVLO),

w w current limiting, and output short-circuit protection.
e e The Si3460 is designed to operate completely independently of host processor control. A reset input and an

optional LED status signal is provided to indicate the port status, including detect, power good and output fault

N N event information for use within the host system.
r r The Si3460 is pin programmable to support:

fo fo Endpoint and midspan applications, with support for either 10/100BASE-T or 10/100/1000BASE-T

      All four classification power levels specified by the IEEE 802.3 standard

d 2 Classification-based current limiting
e 6 Automatic or manual restart after various fault events are detected
end i34 3. Introduction to PoE
S IEEE 802.3-2005 clause 33 (formerly IEEE 802.3af) is the standard for providing power to a remote Ethernet
m device on the same cable that is carrying data. The power is either carried common mode on one of the data pairs
r (for 10/100/1000BASE-T) or on the spare pairs for 10/100BASE-T only applications.
m e Figures 1 and 2 show the possible connections for the power. The connections shown in Figure 1 should be used
co id for power injection in an Ethernet midspan, and the connections shown in Figure 2 can be used for either midspan
s or endpoint (switch) applications. Designed for use on the PSE side for providing power to a single Ethernet PD
e n port, the Si3460 can be configured to operate in either midspan or endpoint applications. Although at this time the

existing IEEE specification doesn't specifically allow or prohibit gigabit (10/100/1000BASE-T) midspans, in

R o midspan mode, the Si3460-EVB is designed to operate in 10/100BASE-T mode, as the power is carried on the
t C spare pairs. However, the Si3460 controller can also be designed into gigabit endpoints with the power connected
NPolease to either the data or spare pairs.

Rev. 1.2 3/13  Copyright 2013 by Silicon Laboratories  Si3460-EVB
Si3460-EVB

   POWER SOURCING                             POWERED DEVICE
   EQUIPMENT (PSE)                                      (PD)

                      4               4

                      5               5

                         SPARE PAIR

            +         1               1

                  TX
            s. s. _
                      2               2       RX

                         SIGNAL PAIR                     PD I/F
                                                           and
                                           3
                                                        DC-DC
                                                       Converter

                                              TX
   DesigDnesign 48 V  3

            RX        6               6

                         SIGNAL PAIR

                      7               7

                      8               8
   ew ew Figure 1. Power Carried Over the Spare Pair (10/100BASE-T Applications Only)
N Note: This is the connection scheme implemented on the Si3460-EVB reference design.SPARE PAIR

   for for N POWER SOURCING

   EQUIPMENT (PSE)
                      ed 2 4            POWERED DEVICE
                      d 46 5                      (PD)
                en i3 1
            S                        4
                                      5

            m r TX       SPARE PAIR   1
                         SIGNAL PAIR
            m e3      2  SIGNAL PAIR  2       RX
                         SPARE PAIR
                                                        DC-DC

   co sid 48 V RX                               Converter

                                      3           and

     Re on 7                                      PD I/F
   ot C 8
                      6               6       TX

   NPlease Figure 2. Power Carried Over the Signal (Data) Pair7
                                      8

2                        Rev. 1.2
                                                                Si3460-EVB

4. PSE Detection, Classification, Power-Up, and Power Removal

The basic sequence for applying power is shown in Figure 3. Following is a description of the functions that must
be performed in each phase.

                                 57 V

         44 V
         igns. ns. 20.5 V
Voltage  s ig 15.5 V
         e s 10 V
         D De 2.8 V
               w w Detection Classification  Time

     Ne e Figure 3. Detection, Classification, Powerup, and Disconnect SequenceApply PowerTurn off
r r N 4.1. Detection
fo fo During the detection phase, the PSE probes with limited current and voltage to determine if a 25 k signature is

present. A valid PD must present between 23.75 and 26.25 k in the range of 2.7 to 10.1 V, with an offset (due to

d 2 the bridge diodes) of up to 1.9 V, and a parallel capacitance of between 0.05 and 0.12 F. An IEEE-compliant PSE
e 6 probes 2.8 and 10 V, with at least a 1 V step and current limit of <5 mA. The PSE must accept signatures in the
d range of 1926.5 k with capacitance of up to 0.15 F and must reject resistance <15 k or >33 k as well as
4 capacitive signatures >10 F.
en i3 The strict limits on the detection phase ensure that non PoE enabled devices are not inadvertently powered. For
S endpoint applications, detection must be completed within 500 ms of applying a valid signature. When configured
m as a midspan there is a possibility that the PSE circuit will compete with an endpoint PSE, and, as required by the
r IEEE specifications, the Si3460 is therefore required to wait at least 2 seconds after an unsuccessful detection
NPoletaRseecComonside cycle to repeat the detection process.

               Rev. 1.2                            3
Si3460-EVB

4.2. Classification

Classification is optional and is performed by applying between 15.5 and 20.5 V to the PD and measuring the
current. The maximum power level that can be drawn by the PD is determined according the following table.

            Table 1. Classification Levels

   Classification Level Minimum PSE Power Level  Current Measured

   Class 0  15.4 W                               <5 mA

   Class 1  4W                                   813 mA
   Class 2
              7W                                 1621 mA
   . . Class 315.4 W                             2531 mA
   ns s Class 415.4 W                            3545 mA
ig ign Currents not falling in these ranges maybe be treated as the higher or lower classification level. Currents above
s s 45 mA may be treated as class level 0 or 4, which is 15.4 W in either case.
e e 4.3. Power-Up
D D After the optional classification step, power is applied. Per the IEEE specification, the PSE must supply between 44

and 57 V to the PD. For longer durations above 50 ms the power may be removed if the maximum power level of

w w either 4, 7, or 15.4 W is exceeded. If the current exceeds 400 mA, the power must be removed in 75 ms. For
e e short-circuit protection, output power is removed immediately if the output current exceeds 800 mA or the output
N voltage drops below 30 V. If power is removed due to an overload condition, detection must not be attempted again
N for at least 2 s.
for for 4.4. Disconnect (Power Removal)

The Si3460 supports a robust disconnect algorithm to avoid false disconnection. Removal of a PD can be sensed

d 2 by determining that the dc current is less than 5 mA for between 300 and 400 ms. If the current then exceeds
NPoletaRseecComonmsiednedreSi346 10 mA for at least 60 ms, the power must not be removed, and the 300400 ms timer restarts.

4           Rev. 1.2
                                                                Si3460-EVB

5. The Si3460 PSE Controller

In addition to providing a complete dc-dc controller to generate the PSE output supply, the Si3460 is a fully IEEE
compliant PSE power management controller. The Si3460 is specifically designed and configured to work with an
applications circuit (Si3460-EVB) that together implement a single port PSE solution for either midspans or
endpoints.

Referring to the detailed evaluation board schematics in Section "8. Si3460-EVB Schematics and PCB Layout", the
overall functionality is described for each operating state of the Si3460 as follows:

5.1. Initialization and Operating Mode Configuration

The Si3460 is initialized at power up, or whenever pin 8 (RST) is held low and then allowed to transition high. Upon

. reset (RST asserted), the voltage at the STATUS pin (as determined by resistors R28 and R30) is sensed to
s . determine the operating mode of the Si3460. The detection process begins immediately after initialization.
n s Any combination of the following three operating modes can be set by the R28 and R30 resistor pair, as indicated
ig n below:

ig Classification level: sets what maximum power level the Si3460 will support.
s s Endpoint or midspan mode: controls the backoff timing per the IEEE specifications.
e e Restart action on fault or overload: determines whether or not the Si3460 will automatically restart after 2 s
  D D when a fault or overload condition (e.g., input UVLO, output short-circuit event, classification power level

          exceeded) is detected, or wait to restart until the RST pin is asserted.
                                   w w Table 2. Operating Modes
Ne e Nominal Status Pin
  for r N Voltage
                                         Operating Mode

d fo Pin voltage at VEER28, R30
                                    Power Level Classes         Endpoint/   Restart Action on
                                   Supported (W) Supported      Midspan     Fault or Overload

e 62 3.0 V                                                                          Event
                   2 k, NP         15.4  All class levels Endpoint         Auto restart after 2 s

d 4 2.75 V                                                                 Restart on RST low
                   2.21 k, 22.1 k  7.0            Class 1 or 2             or when open circuit
en i3 2.5 V
                   2.37 k, 11.8 k  4.0            Class 1                         detected

S 2.25 V                                                                   Restart on RST low
                   2.61 k, 8.06 k  15.4  All class levels                  or when open circuit
m r 2.0 V
                   2.94 k, 6.19 k  7.0            Class 1 or 2                    detected
m e 1.75 V
                   3.32 k, 4.99 k  4.0            Class 1                  Auto restart after 2 s
co id 1.5 V
                   3.83 k, 4.22 k  4.0            Class 1       Midspan
e ns 1.25 V
                   4.42 k, 3.57 k  7.0            Class 1 or 2

R o 1.0 V
                   5.36 k, 3.16 k  15.4  All class levels

t C 0.5 V          6.81 k, 2.80 k  4.0            Class 1
NPolease < 0.25 V
                   14 k, 2.26 k    7.0            Class 1 or 2

                   NP, 2 k         15.4  All class levels

                                        Rev. 1.2                           5
Si3460-EVB

5.2. CTRL1 and CTRL2

These two pins are the output of two 96 kHz 8-bit pulse width modulators. The output of these pins is averaged
using R15, R29, and C5 to produce a dc level across C5 that is controllable with 16-bit resolution. This dc voltage
is used to control both the detection process and the pulse width modulator for the dc-dc converter.

5.3. Detection

During the detection phase, the pass transistor M2 is held off by driving the GATE pin high. The 250 kHz clock for
the PWM circuit is held low, forcing the switcher FET M1 off.

In the detect state, the output voltage is determined by the output of U18A feeding the resistive bridge R1, R2, and

R3. The PD at the other end of a cable forms the fourth leg of the bridge. The return path to Vee is through D8 and
L1. The bridge null is read through amplifier U18B, which is fed to the Si3460 pin DETA.

. . The output of U18A is controlled by the CTRL1 and CTRL2 pins as noted earlier. For most of the detection cycle,
s s the CTRL pins are held high which forces U18A low, producing no output. The bridge voltage is varied to force
n n IEEE compliant detection voltages of approximately 4.5 and 7.5 V across the bridge with 20 ms delay and robust
ig three-point detection algorithm at 4.5, 7.5, and back to 4.5 V. To robustly insure that the PD has a valid resistive
ig signature, the bridge null is checked as the voltage increases and then checked again as the voltage decreases.
s s Relevant waveforms are shown in Figure 4 and Figure 5 on page 11.
e e 5.4. PWM
D D In order to apply power to the load, M2 is turned on by driving the Si3460's GATE pin high. At the same time, the
w PWM circuitry is enabled by turning on the 250 kHz clock (250 kHz pin). The 250 kHz square wave is converted to
w a triangular shape by the filter R14 and C6. The dc level set by CTRL1 and CTRL2 is used to control the PWM
e e comparator U19B that drives the switcher FET through gate driver U3.
N N The output voltage is sensed through resistor divider R43 and R44, and the output current is sensed through
r resistor R4. The Si3460 integrates an A/D that measures these quantities and varies the CTRL1 and CTRL2 duty
fo r cycle to regulate the output current and voltage as desired.
fo 5.5. Classification
d 2 For classification, M2 is turned on and the PWM is enabled. The Si3460 is programmed to perform classification at
e 6 18 V output voltage, with a current limit of between 50 and 100 mA. Classification is performed after allowing 20 ms
d 4 of settling time.
en i3 Since the Si3460-EVB is designed for a single port PSE application, the classification information is only used to

determine if the load is in the range that is supported, according to the mode of the Si3460 determined at power up

S (refer to STATUS pin in Section "5.1. Initialization and Operating Mode Configuration").
                                     m r Table 3. Classification Levels
   com ide Classification
    s Mode                                                              Overload Current Overload Current
                      PSE Minimum    Action Performed                 Threshold ICUT (Max) Limit ILIM (Max)
                      Output Power
   e n Full power
   ot R Co Class 1 only      15.4 W  Always apply full power             400 mA  450 mA

                             4W      Only apply power if the current     98 mA   450 mA

   N ase Class 1 or Class 2          is between 8 and 13 mA

                                     (class 1)

                             7W      Only apply full power if the        180 mA  450 mA
                                      current is between 8 and
                                     21 mA (class 1 or class 2)
Ple If the measured classification level is not in the supported range, an error is declared and the Si3460 will either time
out and retry and wait for a reset as determined by the power up mode of operation. Relevant waveforms are

shown in Figure 5 on page 11 and Figure 6 on page 12. If the class level is in the supported range, the Si3460

proceeds to powerup.

6                                    Rev. 1.2
                                                                Si3460-EVB

5.6. Power-Up

After successful classification, the Si3460 is configured to produce a nominal 50 V output voltage. The overload
current limits are set based on the classification voltage on the STATUS pin at powerup. Refer to Table 1 of the
Si3460 data sheet for more information.

For output current durations lasting longer than 60 ms, the power is removed if the maximum power level of either
4, 7, or 15.4 W is exceeded by approximately 10%, as determined by the operating mode detected at start up (refer
to Section "5.1. Initialization and Operating Mode Configuration"). In the event of an output short circuit, the Si3460
will immediately disconnect so as to prevent shorting the input supply through D8 and L1.

The Si3460 can be configured to operate in a mode where it will automatically retry detection and power up after an
overload. Alternatively, the Si3460 can be programmed to signal an error condition has occurred, in which case the
user must assert RST (e.g., by pushing the reset switch on the Si3460-EVB) to start a new detection and power up
cycle.

. . As set by the initial voltage on the STATUS pin at powerup, the Si3460 will then automatically resume the detection
s s process for "automatic restart configuration" unless the Si3460 is configured in a "restart after a RESET condition"
n n mode and a fault condition is detected; in that case, the LED will flash rapidly, and the detection process will
ig ig automatically start again after 2.2 seconds. Power will not be provided until an open-circuit condition is detected.

Once the Si3460-EVB detects an open-circuit condition (normally by removing the Ethernet cable from the

s s Si3460-EVB's RJ-45 jack labeled "To PD"), the detection process begins, the status LED blinks at the rate of 3
e e times per second, and the Si3460 is then allowed to go into classification and powerup mode if a valid PD signature
D resistance is detected. The relevant waveform is shown in Figure 6 on page 12.
D 5.7. Disconnect (Power Removal)
w w The Si3460 supports a robust disconnect algorithm. If the current drops below 5 mA for between 300 and 400 ms,
e e the power is removed. If the output current then exceeds 10 mA for at least 60 ms, the power is not removed. The

Si3460 will continue to provide power unless a disconnect or overload condition is sensed. The only other way to

N N force the Si3460 to disconnect power is by doing a reset. The relevant waveform is shown in Figure 7 on page 12.
r r 5.8. Current Limit Control
fo fo The Si3460's overcurrent trip point is determined by the output power set during the classification stage power

granting process. If the output current exceeds the threshold, a timer counts up towards a time-out of 60 ms. If the

d 2 current drops below the set threshold, the timer counts down towards zero at 1/16th the rate. If the timer reaches
e 6 60 ms, an overcurrent fault is declared, and the channel is shut down by turning off the dc-dc converter clock and
d then turning off the FET M1. After an overcurrent fault event, the LED will flash rapidly.
n 4 As set by the initial voltage on the STATUS pin at powerup, the Si3460 will then automatically resume the detection
e i3 process for "automatic restart configuration" unless the Si3460 is configured in a "restart after a RESET condition"
S mode and a fault condition is detected; in that case, the LED will flash rapidly, and the detection process will
m automatically start again after 2.2 seconds. Power will not be provided until an open-circuit condition is detected.
r Once the Si3460-EVB detects an open-circuit condition (normally by removing the Ethernet cable from the
m e Si3460-EVB's RJ-45 jack labeled "To PD"), the detection process begins, the status LED blinks at the rate of 3
co id times per second, and the Si3460 is then allowed to go into classification and powerup mode if a valid PD signature

resistance is detected.

e ns 5.9. UVLO
R o The Si3460-EVB reference design is optimized for 12 to 15 V nominal input voltages* (11 V minimum to 16 V

maximum). If the input voltage drops below 10 V in detection mode or if the output voltage drops below 10 V in

t C classification or power up mode, a UVLO condition is declared which generates the error condition (LED flashing
o rapidly). An under-voltage event is a fault condition which is reported through the status LED as a rapid blinking of
N e 10 flashes per second. The UVLO condition is continuously monitored in all operating states.
s *Note: Some MOSFET gate drivers operate at a maximum supply voltage of 14 V (for example, TPS2828). In that case, the

  Plea input voltage must be limited to a maximum of 12 V.

Rev. 1.2  7
Si3460-EVB

5.10. Status LED Function

During the normal detection sequence, the STATUS LED flashes at approximately 3 times per second as the
detection process continues. After successful power up, the LED glows continuously. If there is an error condition
(i.e., class level is beyond programmed value, or a fault or over current condition has been detected), the LED
flashes rapidly at 10 times per second). This occurs for two seconds for normal error delay and, in the case of the
"restart after a RESET condition," the LED will flash rapidly, and the detection process will automatically start again
after 2.2 s and power will not be provided until an open circuit condition is detected. Once the Si3460-EVB detects
an open circuit condition, the LED blinks at 3 times per second.

If the Powered Device (PD) is disconnected so that a disconnect event occurs, the LED will start flashing at 3 times

per  second once the detect process resumes.      DesigDness. igns.
                                                  New
     NPoletaRseecComonmsiednedreSdi3fo4r62Nefowr

8                          Rev. 1.2
                                                                Si3460-EVB

6. Design and Layout Considerations

6.1. General Recommendations

The Si3460-EVB schematic and layout are intended to be used as a reference for all customer designs. The
Si3460-EVB has been tested by the University of New Hampshire Interoperability Lab (UNH IoL) to comply with the
relevant IEEE 802.3 Clause 33 specifications. UNH test reports can be downloaded from www.silabs.com/PoE.
Since the Si3460's performance in an application depends on external components and PCB layout, customers are
ultimately responsible for validating their design's conformance to all relevant industry, safety, and
customer-specific requirements. For applications support, contact PoEinfo@silabs.com.

6.2. Isolation

. . The IEEE 802.3 specification requires the PSE output power to be isolated from earth ground*. To accomplish this,
s s the input power source must be isolated from earth ground. Also, do not connect the Si3460's ground connection
n n (pin #11) to earth ground, as this pin serves a circuit reference point only in the Si3460-EVB.
ig ig *Note: If the input power supply is referenced to earth ground, and if one of the output pads is connected to ground, it can

         create a high-current fault condition that will not be protected.

es es 6.3. SELV-Compliant Output Voltage
D Since the output of the Si3460-EVB reference design is designed to be less than 57 Vdc under all conditions, it is
D considered a SELV circuit.
w w The Si3460-EVB is designed to produce a negative output voltage with respect to the input voltage. The reason
e this is done is because the Si3460 will often be used in applications and environments where a standard telephone
e circuit or SLIC, such as the Si3210/15/32/33, will be powered from the same 12 to 15 V isolated input power
N N supply. Conventionally, these circuits produce large negative operating voltages. Since the Si3460-EVB reference
r r design is also designed to produce negative voltages, the Si3460-EVB implementation eliminates the possibility of
fo a hazardous voltage difference between a SLIC output and the Si3460-EVB's PSE output.
fo 6.4. Surge Protection
d 2 The SI3460-EVB applications design includes a clamp diode, D12, to protect against the 50 s intra-building
e 6 lightening surges, as specified in IEEE 802.3. Additional protection, such as a 1 A fuse in the output circuit, may be
d 4 required for applications in which the Ethernet cabling is not intra-building.
en i3 6.5. EMI and EMC
S The SI3460-EVB applications solution is designed to be compliant with FCC Class B (CISPR22) for radiated
m r emissions, as well as FCC Part 15 (EN55022) for conducted emissions. The PCB layout of the Si3460-EVB should

be closely followed to prevent EMI and EMC issues.

com ide The keys to robust EMI and EMC performance are:
      Keep the current loops in the switcher circuit small-diameter.
e s Lay out the current loop when the FET is on similarly to the current loop when the FET is off.
n Connect filter caps to the power circuitry and not to reference planes.
R o For better EMI performance, use shielded inductors for L1 and L4.

ot C 6.6. Thermal Considerations
N e Inductor L1: For improved thermal performance, Silicon Laboratories strongly recommends using a shielded
s inductor for L1. The recommended shielded inductor is available from Coilcraft: MSS1278T-154. Please refer to:
Plea http://www.coilcraft.com/pdfs/mss1278t.pdf.

Rev. 1.2  9
Si3460-EVB

6.7. R43 and R47

Resistors R43 and R47 together dissipate about 1 W of power during normal operation. Resistors R43, R47, and
R44 (127 ) are chosen based on the IEEE minimum disconnect current specifications and to ensure good
transient response for sudden load changes. To help ensure that heat dissipated by R43 and R47 does not unduly
contribute to the heating of the PCB, it is recommended to move these resistors away from other heat-dissipating
components, such as switching FET M1, inductor L1, and switching diode D8.

    NPoletaRseecComonmsiednedreSdi3fo4r62Nefowr  DesigDness. igns.
                                                 New

10  Rev. 1.2
                                                                Si3460-EVB

7. Output Voltage and Load Current Waveforms

Figures 4 through 9 show output voltage and load current waveforms during startup and fault conditions. See the
Si3460-EVB schematics in Figures 10 and 11.

             esignss. igns. CH1: Output Voltage (VOUT+)
     New NDew De Figure 4. Waveform Showing Detection Pulse into Open-Circuit

          endedi3fo4r62 for CH1: Output Voltage (VOUT+)
Not ReecComonmsider S Figure 5. Output Voltage Waveform Showing both Detection and
Pleas Classification Pulse during Startup

Rev. 1.2  11
Si3460-EVB

                                                 CH1: Output Voltage (VOUT+)
                                                 Load = 25 k

           DesigDness. igns. Figure 6. Waveforms Showing Successful Powerup
              New New CH1: Output Voltage (VOUT+)

            mmenedreSdi3fo4r62 for CH2: Load Current IOUT+(VOUT+)
    NPoletaRseecCoonsid Figure 7. Disconnect Waveforms with Time Delay of 350 ms

12          Rev. 1.2
                             Si3460-EVB

CH1: Output Voltage (VOUT+)

         signs. igns. CH2: Load Current IOUT+(VOUT+)
  De Des Figure 8. Waveform Showing Overcurrent Disconnect Delay Time of 60 ms

                ew ew CH1: Output Voltage (VOUT+)
        mmenedreSdi3fo4r62Nfor N CH2: Load Current IOUT+(VOUT+)
NPoletaRseecCoonsid Figure 9. Overcurrent during Startup with 400 mA Overload

Rev. 1.2                     13
14                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     Si3460-EVB

                CONN JACK PWR                              NPoletaRseecComonmsiednedreSdi3fo4r62Nefowr                                                                                             Vdd                                                                                                             Vout(+)                                           8. Si3460-EVB Schematics and PCB Layout
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Drain
                             1                                             Vin (+)                                                                                                                                                                                                                                                                                    Full schematics and layout information are provided in the following sections. To ensure you are using the latest
                             2                                                                                                                                                                                                                                                                            M2                                                      schematic and PCB layout database revisions, download the following zip file from the Silicon Laboratories Si3460
                             3                                                                                                                                                                                                                                                                          FQT5P10                                                documentation page:
                                                                                                                                                                                                                                                                                               R4 2.49                                                     http://www.silabs.com/products/power/poe/Pages/PowerSourcingEquipment.aspx
          J4                                                                                                                                                                                                                                                                                0.5W
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     8.1. Schematics
                                                                                                                                                                 27n 10n NP                                                                                                                M1
                                                                                                                                                                 C11 C12 R28                                                                                                         FQD12P10
                                                                                                                                                                                                                                                                                  R27
                                                                                                                                                     R18                              R40 332                               U19AV+ 11                C7 0.1u     R44 127          10.5
                                                                                                                                                           100K                                                         4+                                                 R45 20K
                                                                                                                                                                                                                                                                                     2
          0.1u /50V C21                                                                                               1K R22             U2  VDD 3                                                 R41 18.2K                      OUT 12
                              C1 0.1u                                                                                                                                                                           R24 1k
                                                                           U1             Reset S1 R7 40.2K R8 66.5K                                GATE         1                    DC1                                 5-    6 V-   G3
                                    C2 10u                                 TLV431                                                                  CTRL1         2                    DC2                             LM319
                                        Place both near MCUC20                                                                                     CTRL2         4                    250K
                                                            68u                          0                                            8  RST 250KHz              5                    DETA                                                       U3
                                                                                                                                                                 6                                                    0.3V
                                                             35V                                                                                     DETA        7                                                                                               C9 0.1u
                                                                                                                                                VSENSE
                                                                                                                                             11 GND              9
                                                                                                                                                     ISENSE      10                                                                    1 GND Vcc 3
                                                                                                                                                     STATUS                                                                            4 CTL Out 2

                                                                                                                              C16 1u               Si3460                     2K R30               R42 1.82K            PWM                                                                                                    C8 0.1u
                                                                                                                                                                                                                NP R31                                                                                                                  D12 SMAJ58A
                                                                                                                                                                                                                                       MIC4417                   R43 1.3k R47 1.3k
                                                                                                                                                                                                                                                             1W                 L1 150uH

Rev. 1.2                                                                                    0                                                                                                                                                                                     Schottky

                                                                                                    0.1u                                                                                                                                                                                       D8 B2100
                                                                                                    C13                                                                                                                                                       1W
                                                                                                    0.1u                                                                                                                                                                             1
                                                                                                    C15
                                                                       R5                           0.1u                                                                              Q12                                                                                                    1u
                                                                       499                          C17                                                                               BC856                                                                                                  C3
                                                                                                    0.1u
                                                                     0.5W                           C18                                                                                  D13                                                                     Vdd                         1u
                                                                                                                                                                                         551-0207
                                                                                                                                                                                                                                                                                             C14

                                                                                                                                                                                                                                                                                                  2  L2 4.7uH2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  L5 330Ohms
          Vin (-)                                                                                                                                                                     Drain                                                                                             C19
                           Vee                                                                                                                                                                     Common mode chokes for GbE midspan

                                                                                                                                                                                             FA2536-ALD                                                                                 47u       1      1
                                                                                                                                                                                                                            DesigDness. igns.
                                                                     J7                                                                  J8                          FA2536-ALD                                         New

                                                                  5        1                                                          1              5                        1                         6                                                                                    0.1u Vout(-)
                                                                                                                                                                                                                                                                                             C4
                                                                  6        2                                                          2              6                        2                         5

                                                                  7        3                                                          3              7                        3                         4
                                                                                                                                                                     L3A                       L3B
                                                                  8        4                                                          4              8

                                                                     RJ45                                                                RJ45

                                                                                                                                      Figure 10. Si3460 and Power Circuit
               NPoletaRseecComonmsiednedreSdi3fo4r62Nefowr                                                                                                                                 Vdd

                         R14                                               U19BV+ 11           R46 2K    R21                                                                                                    C22 0.1u
          250K                                                         9+                                5.9K

               2K             C10 470pF                                          OUT 7         PWM          U18A                                                             R6            V+ 8 U18B
                                                                                                       3+                                                                    1.40meg       5+
               R20                                  R48 53.6K     10 -         6 V-   G8               V+ 8                                                                                                               R11
               10K                                             LM319                                                   OUT 1                                                         R12                   OUT 7                        DETA
                                                                                                       2-                                                                                  6-
               R15 549K       0                                R17                                     LM2904                                                                        1meg  LM29044 V-                     10K

          DC1                                                                                                              R16                            R1     R3                        R13

                              R19 10K                                                                  4 V-                                               10K    10K                       301K

Rev. 1.2                                 R49 53.6K             100K                                                                                                   Drain

          DC2                                                  C5
                  R29 2.15K
                                                               0.015u                     R26                                                                         R10

                                                                                          10K

                                                                                                                                                    324K              1meg      R9
                                                                                                                                                                                383K
                                                               0                                                                                          R2
                                                                                                                                                          24.9K              0

                                                                                                                                                              DesigDness. igns.            Vee
                                                                                                                                                          New
                                                                                               Figure 11. Detection and PWM Circuit                                                                                                           Si3460-EVB

15
Si3460-EVB

8.2. PCB Layout

             r Newr NDeewsigDness. igns. Figure 12. Top Side Component Placement
    NPoletaRseecComonmsiednedreSdi3fo462 fo Figure 13. Top Side Interconnect

16               Rev. 1.2
                                                                        Si3460-EVB

NPoletaRseecComonmsFieidgunered1r4e.SSdi3i436f0o4Grr6ou2Nnd Pefloawner  DesigDness. igns.
                                                                        New

Figure 15. Si3460 Power Plane

Rev. 1.2                                                                17
Si3460-EVB

    NPoletaRseecComonmFsigieudrene16dr. BeoStdtoim3fSo4ider6In2NtercefoonwnrectNDeewsigDness. igns.

18          Rev. 1.2
                                                                Si3460-EVB

9. BOM Component Considerations

See Section "10. Bill of Materials".
To achieve optimal performance and full specification compliance, Silicon Labs strongly encourages the use of the
components and vendor part numbers listed in the BOM. If alternate components must be substituted, please note
the following recommendations for components in the power section.

      The digital control loop for the dc-dc converter has been optimized for stability with the ~41 F total output
          capacitance and 150 H shielded inductor (L1). Capacitors C19, C20, C3, and C14 must provide suitably
          low ESR for ripple considerations.

      Diode D8 must have suitable high voltage and low recovery time. A Schottky diode works well.
      Diode D12 must not clamp at 57 V and must clamp to <100 V under worst case surge conditions.

. . Transistors M1 and M2 are sized for overall efficiency. The larger FQD8P10 can be used in both places, if
  s s desired.
n n The FET gate driver should be capable of sinking and sourcing approximately 2 A.
ig ig Heat dissipating components must be separated from each other and moved away from components that
  s are heat-sensitive. An example would be moving heat-dissipating inductor L1 so that it is kept away from
  e s electrolytic capacitors C19 and C20.
e For better electromagnetic interference (EMI) performance, high current carrying inductors must be of the
  D D shielded type.

Other component considerations:

w w Resistors R23, R25 and the programming header J6 are used for development purposes only. The Si3460
  e e is not user programmable, and it is not recommended these components be included in actual layouts
  NPoletaRseecComonmsiednedreSdi3fo4r62Nfor N (short R23 and R25, and remove J6).

Rev. 1.2  19
Si3460-EVB

10. Bill of Materials

Table 4. Si3460-EVB Bill of Materials

Qty Ref          Value Rating Tol Dielectric     PCB        Mfr Part #        Mfr

                                                 Footprint

External PSE BOM (R-BOM)

    4 C1,C7,     0.1 F    100 V 10%   X7R       603        C0603X7R101104K Venkel or equiv.

       C8, C21,

       C22
       s. . C2
    1  C16       1 F      10 V 10%    X7R          603     C0603X7R100106K   Venkel or equiv.
    1  ign ns C11                                   603     C0603X5R6R3106K
                 10 F     6.3 V 10%   X5R                  C0603X7R101273K   Venkel or equiv.
    1                                               603     C0603X7R101103K       or Murata
    1  s ig C12  27 nF                              603
    1                      100 V 10%   X7R        10mm         EEEFC1E680P    Venkel or equiv.
       e es C20                                    SMA
    1            10 nF     100 V 10%   X7R       SOT-223           FQT5P10    Venkel or equiv.
                                                                    BC856A
    1  D D D12 SMAJ58A 58 V68 F                  SOT23     CR0603-10W-1002F   Panasonic or
                           25 V 20% Al Elec      RC0603                             equiv.
    1
       ew ew M2                                                                Diodes Inc or
    3  N N Q12                                                                      equiv.
                 FQT5P10 100 V
    1                                                                          Diodes Inc or
    1  for for R1,R11, 10 kBC856                                                    equiv.
    1
    1  ed 2 R2                  1%                                             Diodes Inc or
    1                                                                               equiv.
    1
    1                                                                         Venkel or equiv.
    1
    2  R26
    2  d 46 R3
    1            24.9 k         1%              RC0603      CR0603-10W-1002F  Venkel or equiv.
    1                                           RC0805      CR0805-8W-1002F   Venkel or equiv.
    2  en i3 R4  10 k           1%            RC1210-2W     CR1210-2W-2R49F   Venkel or equiv.
    1                                         RC1210-2W     CR1210-2W-4990F   Venkel or equiv.
    0            2.49           1%              RC0603      CR0603-10W-1404F  Venkel or equiv.
       S R5                                     RC0603      CR0603-10W-4022F  Venkel or equiv.
       m r R6    499            1%              RC0603      CR0603-10W-6652F  Venkel or equiv.
                                                RC0603      CR0603-10W-3833F  Venkel or equiv.
       m e R7                                   RC0805      CR0805-10W-1004F  Venkel or equiv.
                 1.40 M         1%              RC0603      CR0603-10W-3013F  Venkel or equiv.
                                                RC0603                        Venkel or equiv
       co id R8  40.2 k         1%              RC0603                 NP     Venkel or equiv.
                                                RC0603      CR0603-10W-3243F  Venkel or equiv.
       e s R9    66.5 k         1%              RC0603      CR0603-10W-1003F  Venkel or equiv.
       R on R10,R12 1 M                         RC0603      CR0603-10W-5901F  Venkel or equiv.
                 383 k          1%
                                                                   See table
       tR13o C R31              1%

                 301 k          1%
       N se R16
                 NP             1%

       a R17,R18 100 k324 k     1%

       leR21                    1%

       PR28      5.90 k         1%

                 NP - see       1%

                 table

20                                     Rev. 1.2
                                                                  Si3460-EVB

Table 4. Si3460-EVB Bill of Materials (Continued)

Qty Ref    Value Rating Tol Dielectric             PCB            Mfr Part #        Mfr

                                                   Footprint

1  R30 2 k - see           1%                      RC0603         CR0603-10W-2001F Venkel or equiv.

           table

2 R22,R24  1 k             1%                      RC0603         CR0603-10W-1001F Venkel or equiv.

1  R40     332             1%                      RC0603         CR0603-10W-3320F Venkel or equiv.

1  R44     127             1%                      RC0603         CR0603-10W-1270F  Venkel or equiv.
s. . 1                                            RC0603         CR0603-10W-1822F  Venkel or equiv.
1  R41     18.2 k          1%                      RC0603         CR0603-10W-1821F  Venkel or equiv.
n ns 1                                            RC0603         CR0603-10W-2002F  Venkel or equiv.
   R42     1.82 k          1%                      RC0603         CR0603-10W-5362F  Venkel or equiv.
                                                   SOT23
                                                                          TLV431       On Semi or
                                                     SO8                                  equiv.
                                                                          LM2904
ig ig 2 R48,R49 53.6 kR4520 kK1%                                                    On, Fairchild or
                                                                                          equiv.
s s 1                     1%
De De 1
   U1      TLV431

   U18     LM2904
w w Step-Up DC/DC Converter (R-BOM)
e e 2 C3,C14
N N 2 C4, C91 F
                       100 V 10%   X7R             1210           C1210X7R101105K Venkel or equiv.
r r 1                             X7R
           0.1 F      100 V 10%   X7R             603            C0603X7R101104K Venkel or equiv.
fo fo 1                           X7R
   C5      0.015 F 16 V 10%      Al Elec          603            C0603X7R160153K   Venkel

d 2 1C10  470 pF
                       100 V 10%                   603            C0603X7R101471K Venkel or equiv.

e 6 1C19  47 F
                       100 V 20%                   12.5mm         EEVFK2A470Q       Panasonic
d 4 1
   D8      B2100 100 V Schottky                    SMB            B2100             Diodes Inc
en i3 1
   L1      150 H      2A                          DO3340         MSS1278T-154KLD   Coilcraft

S 1L2
           4.7 H                                  LPS3314        LPS3314-472ML     Coilcraft
m r 2 R14,R46
   M1 FQD12P10 100 V                               TO252 (D-PAK)  FQD12P10          Fairchild
com ide 1
           2 k             1%                      RC0603         CR0603-10W-2001F Venkel or equiv.

   R15     549 k           1%                      RC0603         CR0603-10W-5493F Venkel or equiv.
s 2 R19, R20 10 k
e n 1                     1%                      RC0603         CR0603-10W-1002F Venkel or equiv.

R o 1
   R27     10.5            1%                      RC0603         CR0603-16W-10R5FT Venkel or equiv.
t C 1 R43, R47 1.3 k
   R29     2.15 k          1%                      RC0603         CR0603-10W-2151F Venkel or equiv.
No e 1
                           5%                      RC2512-1W      CR2512-1W-132JT   Venkel

Pleas 1U3 MIC4417                                 SOT143-4       MIC4417           Micrel or equiv.

   U19     LM319                                   SO14           LM319             ST, Fairchild or
                                                                                          equiv.

                                  Rev. 1.2                                                      21
Si3460-EVB

Table 4. Si3460-EVB Bill of Materials (Continued)

Qty Ref       Value Rating Tol Dielectric          PCB                               Mfr Part #        Mfr

                                                   Footprint

Si3460 PSE Controller, GbE Common Mode Chokes, Status LED, and Other Optional Components

    1  U2     Si3460 PSE + PWM DC-DC Controller 3x3 mm 11-p                          Si3460            Silicon Labs
                                                                                QFN

    1  D13    551-0207 LED                         100 right angle                   551-0207          Dailight or equiv.

    1  J4 JACK PWR 2.1ID 5.5OD                                                       16PJ031           Kobiconn
    . . 1
    2  J7,J8  RJ45                                 PCB 8/8                           95001-2881        Molex
    ns s 1
       L3a,b  FA2536            GbE chokes         FA2536                            FA2536-AL         Coilcraft
    ig ign 4 C13,C15,
           C17,C18L5330
                        1.5 A 25% Ferrite Bead     805                               BLM21PG331SN1D    Murata

    es es 1   0.1 F
                        250 V 0.1 For chokes       1210                              C1210X7R251104K Venkel or equiv.

D 1 PowerS1   Sw_tOpen                                                               Mouser 101-0161
  D supply
              12 V      1.5 A
w w BOM Alternates12 V  2.5 A
e e 1 Power

           supply
                                                                                     DPS120150U-P5P    CUI inc

                                                   r N NDMS120250-P5P-IC
                                                                                     EMS120150-P5P-SZ  CUI inc

    fo for 1                                                                                           CUI inc

       C19    39 F     100 V 20% Al Elec          10 mm                             EEUFC2A390L       Panasonic
d 2 Notes:
e 6 1. R28 and R30 indicate the classification level. Full power midspan configuration is (R28 NP) (R30 = 2 k.1U3TPS2828SOT-23 5pinTPS2828TI
d 4 2. Although V1.3a EVBs are shipped with a non-shielded inductor, shielded inductor L1 is strongly recommended for EMI
  en i3 performance considerations (See www.coilcraft.com/pdfs/mss1278t.pdf).
NPoletaRseecComonmsider S 3. The capacitor is radial-leaded and can be used if the height restriction is not an issue.

22                              Rev. 1.2
                                                                Si3460-EVB

11. Operating the Si3460-EVB

The Si3460-EVB itself is very simple to use. Only a basic 12 or 15 V dc power source (i.e., a wall wart) with at least
an 18 W rating is needed for connection to J4. The Si3460 will automatically power up, detect the operational
modes (midspan/endpoint, classification power level, and restart mode), and then begin the detection process,
during which the LED flashes at 3 times per second.

                d for 2Nefowr NDeewsigDness. igns. Figure 17. Si3460-EVB
de 6 To test the Si3460-EVB in a PoE environment, many commercial PDs are available, such as Wireless Access
n 4 Points (WAPs), Voice over IP phones (VoIP), and IP-based security cameras. Any of these can be connected to the
e i3 Si3460-EVB to receive PSE power while exchanging Ethernet traffic.
S Another PD option is to use the Si3460-EVB with one of the Si3400/01 evaluation boards. If a Si3400 EVB is used
m with the Si3460-EVB, the S3400 EVB should be configured to present a minimum load of > 0.25 W to ensure that it
r draws at least 10 mA to comply with the IEEE standard.
m e When the Si3460 is applying power to a valid PD, the LED is continuously lit. After an error condition (e.g., an
co id UVLO or short-circuit event) is detected, the LED flashes at 10 times per second, or until a reset is asserted, or
s when an open circuit is detected as determined by the operating mode of the Si3460.
e n Resistors R23, R25, and the programming header J6 are used for development purposes only. The Si3460 is not
R o user programmable, and it is not recommended these components be included in actual layouts (short R23 and

R25, and remove J6).

ot C The Si3460 mode is set by resistors R28 and R30. Placeholder values of 10 k are shown in the schematics. To
N e keep the voltage level at the transistor base accurate, it is recommended that the parallel resistor combination

setting the pin voltage be less than 2 k. It is expected that most applications will support full power in either a

s midspan or endpoint application and enable automatic reset after an overload.
a The reference board is shipped configured for midspan power injection with full power support and automatic retry
le after a fault. Resistors R28 and R30 may be replaced to support other modes of operation. See Section "5.1.
P Initialization and Operating Mode Configuration" on page 5 for more information.

Rev. 1.2  23
Si3460-EVB

12. Summary

With its integrated dc-dc converter and fully compliant PSE interface, the Si3460-EVB provides a simple and
comprehensive applications solution for PSE systems designers who require IEEE-compliant PSE functionality
and safe operation with standard telephone interfaces and voltages.

13. Ordering Guide

    Ordering Part Number            Description

Si3460-EVB                Evaluation board for Si3460 single-port PSE controller for embedded applications.
                          Refer to the Si3460 data sheet ordering guide section for more information.
NPoletaRseecComonmsiednedreSdi3fo4r62Nefowr NDeewsigDness. igns. Si3460-XYY-GM

24                        Rev. 1.2
                                                         Si3460-EVB

DOCUMENT CHANGE LIST                           Revision 1.0 to Revision 1.1

Revision 0.1 to Revision 0.2                    Updated "6.5. EMI and EMC" on page 9.

Updated Figure 17, "Si3460-EVB," on page 23.   Updated "8. Si3460-EVB Schematics and PCB
                                                   Layout" on page 14.

Revised document formatting throughout.        Updated Figure 10, "Si3460 and Power Circuit," on

Revision 0.2 to Revision 0.3                       page 14.

Added Figures 4 through 9.                     Updated Figure 11, "Detection and PWM Circuit," on
                                                   page 15.

Updated "2. Overview of the Si3460 and Evaluation  Updated Figure 12, "Top Side Component
    Board" on page 1.
Updated "4.3. Power-Up" on page 4.                Placement," on page 16.
                                                Updated Figure 13, "Top Side Interconnect," on page
s. .  Updated "4.4. Disconnect (Power Removal)" on
s page 4.                                         16.
n n  Updated "5.3. Detection" on page 6.        Updated Figure 14, "Si3460 Ground Plane," on page
ig ig  Updated "5.5. Classification" on page 6.
s s  Updated "5.6. Power-Up" on page 7.            17.
e e  Updated "5.7. Disconnect (Power Removal)" on Updated Figure 15, "Si3460 Power Plane," on page
D page 7.
D  Updated "5.8. Current Limit Control" on page 7. 17.
w w  Updated "5.9. UVLO" on page 7.             Updated Figure 16, "Bottom Side Interconnect," on
e  Updated "6.2. Isolation" on page 9.
e  Added "7. Output Voltage and Load Current       page 18.
N N Waveforms" on page 11.                     Updated "9. BOM Component Considerations" on
r r  Updated title of Figure 9 on page 13.
fo fo  Updated Figure 17 on page 23.               page 19.
                                                Updated "10. Bill of Materials" on page 20.
Reformatted "10. Bill of Materials" on page 20. Updated "11. Operating the Si3460-EVB" on page

d 2  Updated schematics, PCB layouts, and BOM.     23.
de 6 Revision 0.3 to Revision 1.0
n 4  Updated Table 3 on page 6.                Revision 1.1 to Revision 1.2
e i3  Updated "5.6. Power-Up" on page 7.
S  Updated "5.8. Current Limit Control" on page 7. Added custom watermark.
m r  Updated "5.10. Status LED Function" on page 8.
m e  Updated "6.5. EMI and EMC" on page 9.
co id  Updated schematics.

    Removed R31.

NPoletaRsee Cons  Updated "10. Bill of Materials" on page 20.

                                               Rev. 1.2                                     25
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