PoE32 Lite

PoE32 Lite adalah board mikrokontroler kecil yang mengambil data sekaligus dayanya dari satu kabel Ethernet. Namanya Lite karena chip-nya, CH32V203, hanya mendukung Ethernet 10 Mbit/s; board berikutnya dengan chip lain akan mendukung Fast Ethernet, 100 Mbit/s. Chip RISC-V dengan Ethernet di dalamnya, rangkaian Power over Ethernet, dan dua rail daya muat di board berukuran 50 × 23 mm yang bisa diselipkan ke enclosure aluminium biasa di pasaran. Kedua tutup enclosure itu saya ganti dengan PCB.

Board ini menjadi dasar sebuah keluarga kecil. Mikrokontroler, jaringan, dan daya ada di sini; tugas khusus tiap perangkat ditaruh di modul terpisah yang sekaligus menjadi tutup belakang enclosure. Tulisan ini membahas revisi ketiganya, v3: revisi pertama yang memuat seluruh jalur daya PoE di board. Dua revisi sebelumnya punya halamannya sendiri.

Sekilas

Board	PoE32 Lite, board dasar keluarga PoE32
Revisi	v3, dipesan Desember 2025
MCU	WCH CH32V203RBT6, RISC-V, dengan Ethernet MAC dan PHY 10BASE-T di dalam chip
Ukuran	50 × 23 mm, tebal 1,6 mm
Daya	Power over Ethernet, powered device IEEE 802.3af; rail 24 V dan 3,3 V di board
Antarmuka	Ethernet (RJ45 dengan magnetics terintegrasi), I²C, SWD dan UART untuk debug, header modul 7 pin berisi SPI, ADC, PWM, dan 24 V
PCB	4 layer, komponen di kedua sisi
Enclosure	Profil aluminium ekstrusi, penampang sekitar 25 × 25 mm dan panjang 50 mm, dengan tutup dari PCB
Status	Prototipe: v3 berjalan dengan kabel jumper, v4 sedang didesain
File	Model 3D (STEP) terlampir di bawah; nilai komponen dan daftar komponen (BOM) tidak dipublikasikan

Kenapa ia ada

Board yang paling sering dipilih orang untuk perangkat kecil yang terhubung ke jaringan saat ini adalah ESP32, dan ia berkomunikasi lewat WiFi. Tapi kata wireless pada WiFi hanya berlaku untuk datanya. Dayanya tetap lewat kabel, kecuali perangkatnya memakai baterai, dan baterai cepat atau lambat akan habis. Jadi pada akhirnya tetap ada satu kabel yang terpasang ke board. Kalau memang harus ada satu kabel, saya lebih memilih kabel Ethernet: dengan Power over Ethernet, satu kabel itu membawa data dan daya sekaligus.

Perangkat seperti ini juga hampir tak pernah berpindah. Sensor di dinding, kontroler di dalam panel, titik detektor fire alarm: semuanya diam di tempat pemasangannya selama bertahun-tahun. Kelebihan WiFi yang tak bisa diberikan kabel cuma satu, yaitu mobilitas, dan perangkat yang diam tak membutuhkannya. Yang dibutuhkannya justru koneksi yang terus tersambung, dan kabel lebih stabil daripada radio.

Kecepatan juga bukan alasan untuk menghindari kabel. Sepuluh megabit per detik sudah lebih dari cukup untuk telemetri dan MQTT, dan memang hanya itu yang dipertukarkan perangkat seperti ini. Lalu ada soal keamanan. Perangkat WiFi bisa dijangkau siapa pun yang berada dalam jangkauan radionya, sehingga permukaan serangannya meluas sampai ke luar tembok gedung. Perangkat berkabel hanya bisa dijangkau orang yang setidaknya punya akses fisik ke jaringan yang sama.

Ukurannya mengikuti tempat board ini nanti dipasang: terselip di atas plafon, di dalam kotak sambungan, di sebelah detektor. Karena itu ia harus sekecil mungkin, dan ia sama sekali tak punya jack DC. Dayanya hanya datang dari port Ethernet. Kalau sebuah perangkat harus memakai catu daya terpisah, cukup pakai PoE injector, dan dayanya tetap masuk lewat kabel Ethernet.

Ukuran itu pula yang membuat board ini berhenti di IEEE 802.3af, kelas daya terendah standarnya. Naik ke 802.3at butuh transformator flyback yang jauh lebih besar, karena salah satu rail-nya 24 V. Kalau board ini hanya perlu menghasilkan 3,3 V, ceritanya akan lain; tapi di ukuran 50 × 23 mm dengan keluaran 24 V, yang muat hanyalah 802.3af.

Yang kurang dari v1 dan v2

v1 menaruh semuanya di satu board, termasuk driver fire alarm, dan tak punya port Ethernet sendiri. v2 membereskan keduanya: rangkaian fire alarm pindah ke tutup belakang enclosure, dan RJ45 low-profile masuk ke board. Tapi v2 masih mengambil dayanya dari modul PoE terpisah yang disambung kabel, dan susunan di dalam enclosure jauh dari ideal. v3 ada untuk membawa daya itu ke board.

Seperti apa v3

v3 adalah revisi pertama yang memuat seluruh jalur daya PoE di board utama, dan hampir semua hal tentangnya berawal dari keputusan itu. RJ45-nya saya ganti dengan yang sudah punya magnetics di dalamnya, sehingga transformator terpisah pun hilang. Di belakangnya ada dua diode bridge, penekan lonjakan tegangan, PD controller, dan dua buck converter, satu untuk 24 V dan satu untuk 3,3 V.

Satu sisi tak cukup untuk semuanya, jadi board ini memakai kedua sisinya. Komponen daya yang tinggi, yaitu induktor dan kapasitor elektrolit, ada di atas bersama konektor. Komponen yang pipih, yaitu mikrokontroler dan PD controller, ada di bawah. Di dalam profil yang tingginya cuma 25 mm, cara ini memakai kedua belah ruangnya, bukan hanya separuh.

Routing-nya adalah pekerjaan terpadat dari ketiga revisi. Di tengah proses layout, saya menambahkan layer tembaga di bagian dalam, dan board-nya berakhir dengan empat layer. Lima hari berikutnya layout itu melewati sekitar tiga puluh lima iterasi, sampai saya memesannya pada 17 Desember, sudah dirakit, sepuluh board.

Lalu board-nya datang dan tidak menyala. Kesalahan pinout atau jalur di bagian PD controller membuat arus tak pernah sampai ke buck converter. Saya menambal board-board itu dengan kabel jumper untuk melewati bagian tersebut, dan dengan jumper terpasang board-nya berjalan. Begitulah akhir v3: prototipe yang berjalan dengan kabel tertempel di atasnya, dan banyak bahan untuk revisi berikutnya.

Keputusan desain

Mikrokontroler dengan Ethernet di dalamnya. CH32V203RBT6 adalah chip termurah yang bisa saya temukan dengan Ethernet MAC dan PHY yang sudah terintegrasi, harganya sekitar 1,8 USD. Satu-satunya kandidat lain yang saya temukan, CH32V317WCU6, sekitar satu dolar lebih mahal. Karena MAC dan PHY 10 Mbit/s sudah ada di dalam chip, ia bisa langsung disambungkan ke transformator Ethernet, atau bahkan langsung ke RJ45 yang sudah punya magnetics. Chip Ethernet tambahan seperti W5500, ENC28J60, atau LAN8720 akan menambah biaya BOM dan biaya perakitan, membawa rangkaian minimumnya sendiri, dan memakan ruang yang memang tidak dimiliki board ini. Dengan semua batasan itu, CH32V203RBT6 jadi satu-satunya pilihan yang masuk akal.

Lebar yang ditentukan rel enclosure. Board ini diselipkan ke rel di dalam profil aluminium ekstrusi dengan penampang sekitar 25 × 25 mm, yang dijual dalam panjang 40, 50, 60, 70, dan 80 mm. Saya memilih 50 mm, dan panjang board mengikutinya. Lebarnya mendekati modul STM32 yang umum, dan ditentukan oleh rel itu.

RJ45 yang tenggelam, pas di tengah tutup. Konektornya turun 2,45 mm ke dalam slot yang dipotong di tepi board, sehingga port-nya jatuh tepat di tengah tutup enclosure, bukan mencuat di atasnya. Enclosure jadi tetap rendah dan simetris.

Kedua mode PoE, polaritas apa pun. Sumber daya bisa mengirim PoE lewat pasangan data atau lewat pasangan cadangan, dengan polaritas yang mana saja. Satu diode bridge untuk tiap kelompok pasangan menerima semuanya, jadi board ini tak peduli dicolokkan ke switch atau injector jenis apa.

Dua converter berdampingan, bukan berantai. Kedua buck converter mengambil daya langsung dari rail PoE, satu menghasilkan 24 V dan satu menghasilkan 3,3 V, dan keduanya berbagi sinyal enable dan soft-start, sehingga kedua rail menyala bersamaan. Tak ada rail yang bergantung pada sehatnya rail lain.

Satu header untuk banyak jenis modul. Header 7 pin untuk modul belakang membawa 24 V, 3,3 V, ground, dan empat pin mikrokontroler, PA4 sampai PA7. Saya memilih keempatnya karena bersama-sama mereka bisa menjadi bus SPI, masing-masing adalah input ADC, dan dua di antaranya bisa menghasilkan PWM. Jadi satu header bisa melayani modul digital, modul analog, maupun modul yang menggerakkan beban.

Diagram blok

Dua potongan skematik memperlihatkan bagian depannya lebih rinci. Nilai komponennya sengaja tidak ditampilkan: tulisan ini tentang bagaimana board ini disusun, bukan resep untuk membuatnya.

Daya

Rail	Asalnya	Yang disuplai
PoE (nominal 48 V)	Kabel Ethernet, lewat diode bridge dan PD controller	Kedua buck converter
24 V	Buck converter pertama	Header modul, untuk beban seperti jalur fire alarm
3,3 V	Buck converter kedua	Mikrokontroler, center tap RJ45, dan semua konektor

Desain ini tidak terisolasi: ground board adalah jalur balik PD controller. Rangkaiannya jadi sederhana, dan justru bagian inilah yang diubah di v4.

Pinout

Konektor	Jenis	Pin
J1 · I/O	JST SH, 1 mm, 5 pin	3,3 V · SDA (PB11) · SCL (PB10) · BOOT1 · GND
J2 · DEBUG	JST SH, 1 mm, 8 pin	TX (PA9) · RX (PA10) · GND · SWCLK · SWDIO · 3,3 V · BOOT0 · tidak tersambung
J3 · modul	Pin header, 2,54 mm, 7 pin	GND · 3,3 V · PA4 · PA5 · PA6 · PA7 · 24 V

Firmware-nya adalah firmware Embassy-Rust yang sama dengan yang saya ukur di paper Where the SRAM Goes. Untuk paper itu ia dijalankan di evaluation board resmi dari WCH, tapi firmware yang sama juga berjalan di ketiga revisi PoE32, karena chip-nya sama; yang perlu disesuaikan untuk tiap board hanya konfigurasi GPIO-nya. Keluaran serial di J2 adalah cara saya memantaunya selama pengembangan.

Mekanik

Board-nya berukuran 50,0 × 23,0 mm. Slot RJ45 dipotong terbuka ke tepi kiri, 8,2 × 15,5 mm, dengan dua lubang bor bantu kecil di sudut dalamnya. Enclosure-nya profil aluminium ekstrusi dengan penampang sekitar 25 × 25 mm dan panjang 50 mm; kedua tutupnya adalah PCB berukuran 24,9 × 24,9 mm dengan empat lubang baut yang posisinya sama, satu di tiap ujung profil.

Model 3D — seret untuk memutar, gulir atau cubit untuk memperbesar.

Yang saya pelajari

Periksa IC daya terhadap datasheet, simbol dan footprint-nya sekaligus. Nomor pin, exposed pad, dan pin yang punya lebih dari satu fungsi wajib dicocokkan dengan datasheet sebelum memesan, terutama bila simbolnya diambil dari library orang lain.

Sisakan jalan masuk. Titik uji dan footprint resistor 0 Ω di sepanjang jalur daya akan membuat saya bisa mengisolasi kesalahan di board itu sendiri, bukan menambalnya dengan kabel. Semua jalur daya di revisi berikutnya akan memilikinya.

Isolasi sepadan dengan ruang yang dipakainya. Desain tanpa isolasi memang lebih sederhana, tapi membuat pengukuran jadi repot dan tidak memberikan isolasi yang diharapkan standar 802.3.

Ketiga pelajaran itu membentuk v4. Revisi ini pindah ke PD controller yang lebih terintegrasi dan meninggalkan keluarga TPS, dengan flyback converter terisolasi dari 48 V turun ke 24 V dan buck converter dari 24 V ke 3,3 V. Lebar board menyusut dari 23 mm menjadi 22,86 mm (0,9 in): di 23 mm board-nya terlalu pas dengan rel enclosure, sulit dimasukkan, dan bisa bengkok saat aluminiumnya memuai, sedangkan 22,86 mm menyisakan sedikit celah. Tutup enclosure tetap seperti sekarang. v1 sampai v3 semuanya digambar di Altium Designer di Windows; v4 sedang digambar di KiCad di Ubuntu.

Ketiga revisi itu belum pernah dipasang di mana pun. Semuanya belum sempurna, dan v3 masih membawa cacat di atas. PoE32 baru akan dipakai sungguhan mulai v4.

Terkait

Tool yang saya pakai untuk membaca keluaran serial board ini selama pengembangan.

Istilah

Power over Ethernet (PoE)

Mengalirkan daya lewat kabel Ethernet yang sama dengan yang membawa data.

Powered device (PD)

Sisi penerima daya dalam sambungan PoE, misalnya board ini.

Power sourcing equipment (PSE)

Sisi pemberi daya, misalnya switch PoE atau injector.

Mode A dan Mode B

Dua cara sumber daya mengirim PoE: lewat pasangan data, atau lewat pasangan cadangan di dalam kabel.

MAC dan PHY

Dua bagian antarmuka Ethernet: MAC mengurus frame, PHY mengubahnya menjadi sinyal di kabel.

Magnetics

Transformator kecil di antara chip Ethernet dan kabel, yang pada sebagian konektor RJ45 sudah tertanam di dalamnya.

Buck converter

Regulator switching yang menurunkan tegangan dengan efisien.

Flyback converter

Regulator switching berbasis transformator, yang bisa menjaga keluarannya terisolasi dari masukannya.