專為汽車優(yōu)化的以太網(wǎng)供電設(shè)備

 隨著汽車對具備更高安全性的需求不斷提升，在汽車功能設(shè)置里添加先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 已是大勢所趨。如今，后視停車傳感器和攝像頭早已普及化。展望未來，日益精密、基于傳感器的防碰撞技術(shù)將提供車道偏離、路標(biāo)、紅綠燈和行人識別功能。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)經(jīng)證明是一種對于 ADAS 應(yīng)用頗具吸引力的解決方案。原因是該技術(shù)可借助低成本非屏蔽雙絞線來實(shí)現(xiàn)高帶寬數(shù)據(jù)傳輸。采用標(biāo)準(zhǔn)解決方案并不難理解;供應(yīng)市場出現(xiàn)多家廠商讓規(guī)模經(jīng)濟(jì)得以實(shí)現(xiàn)，并讓擁有成本降至最低。但通過使用來自多個互補(bǔ)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)(例如，以太網(wǎng)供電設(shè)備(PoE)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)而獲得的整體利益卻往往被忽略了。有趣的是，當(dāng)部署了結(jié)合以太網(wǎng)供電設(shè)備(PoE)的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)后，汽車市場的獲利明顯比多數(shù)其他市場更多。

在車上安裝多個攝像頭傳感器會無可避免地增加布線容量，這并不是汽車制造商希望看到的結(jié)果。無疑地，采用遠(yuǎn)程安裝的車輛傳感器同樣要求與數(shù)據(jù)線一起供電，因此，每個傳感器都需要增加一對電線，才能以遠(yuǎn)程方式為各裝置供電。IEEE 802.3af(標(biāo)準(zhǔn))和IEEE 802.3at(更高功率)提出了一種可通過和傳送數(shù)據(jù)相同的電線進(jìn)行配電的方法。借助這些技術(shù)，使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口的遠(yuǎn)程傳感器裝置不再需要使用額外的電線。除了不需額外布線外，通過優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)供電設(shè)備(PoE)，汽車應(yīng)用還能獲得顯著利益，因?yàn)闊o需任何額外的系統(tǒng)成本，即可發(fā)揮這項(xiàng)強(qiáng)大技術(shù)的所有優(yōu)勢。

若要了解這是如何實(shí)現(xiàn)的，不妨先看一看IEEE802.3af/at以太網(wǎng)供電設(shè)備(PoE)運(yùn)行的基本原理，如下方圖1所示。

圖1：IEEE802.3af/at以太網(wǎng)供電設(shè)備幻象供電方式。

以太網(wǎng)供電設(shè)備(PoE)結(jié)構(gòu)由兩個要素組成;第一個是通過電源供應(yīng)設(shè)備(PSE)供應(yīng)、由電源設(shè)備 (PD)接收的電源。在收集電源的三相過程前，須首先用專門的PSE控制器檢測PD并對其進(jìn)行分類。

1. 探索——PSE檢查其是否連接于有效、兼容PD設(shè)備上

2. 分類——PSE檢查PD所需電源

3. 操作——如果上述1和2有效，且PSE可提供充足電源，其將啟用VPSE電壓(介于44V和57V 之間)。

以太網(wǎng)供電設(shè)備 (PoE)電壓VPSE應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)100BASE-TX以太網(wǎng)變壓器的中心抽頭;該技術(shù)稱為“幻象供電”。接下來，電流流經(jīng)兩條電線到達(dá)PD側(cè)的以太網(wǎng)變壓器中心抽頭。每個繞組攜帶半數(shù)極性相反的電流，因此流經(jīng)變壓器的總直流電流實(shí)際為零。“幻象供電”方式的關(guān)鍵優(yōu)勢是為PD側(cè)變壓器提供共模噪音抑制功能，且只適用于100BASE-TX 以太網(wǎng)接口。任何來自PSE或沿雙絞線路拾取的噪聲均會當(dāng)成共態(tài)噪聲耦合至以太網(wǎng)差分信號，并予以消除。

而PD側(cè)需要配備橋式整流器來實(shí)現(xiàn)整流，并在RX和TX線對發(fā)生意外調(diào)換時發(fā)揮極性不敏感作用。

通過其他變壓器的中心抽頭提供有通向PSE的接地回路就是第二個關(guān)鍵優(yōu)勢所在;PD和PSE接地電流隔離。此隔離對于當(dāng)各側(cè)接地電位(對車輛可能很重要)存在差異時，避免出現(xiàn)輻射接地回路非常重要。這項(xiàng)優(yōu)勢也是采用100BASE-TX以太網(wǎng)所獨(dú)有的。

專為汽車優(yōu)化

探索將這些IEEE PoE方法用于汽車應(yīng)用時的優(yōu)化效果也是很有趣的事情，如下方圖2所示。

圖2. 采用“幻象供電”方式優(yōu)化的汽車100Base-TX PoE。

其最主要差別是無需使用傳統(tǒng)PSE控制器。對于汽車應(yīng)用而言，由于PD側(cè)始終已知并且固定，因而探索和分類階段是多余的。前部單元和后視攝像頭模塊間的接口就是一個很好的例子。使用低成本 DC-DC調(diào)節(jié)器就可替換相對高昂的PSE控制器。這種調(diào)節(jié)器可在出現(xiàn)電流過載故障時提供關(guān)閉保護(hù)。采用更合適汽車的較低PoE電壓VPSE，例如12V(對比 IEEE802.3af/at規(guī)定的48V)，擁有低成本/低電壓的DC-DC調(diào)節(jié)器可用在PD側(cè)。在使用12V PoE進(jìn)行操作時，依然可實(shí)現(xiàn)每個端口6W或以上的額定功率。如需要更大功率，可使用較高的PoE電壓(或增加額定電流磁性)。

在PD側(cè)，由于汽車布線也是固定的，因而無需使用通用橋式整流器。

表1. 汽車專用的優(yōu)化100Base-TX PoE的優(yōu)勢。

盡管能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化并使成本得到削減，但針對汽車應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)供電設(shè)備(PoE)設(shè)備還可從“幻象供電”方式中獲得更多優(yōu)勢。尤其是上述匯總表中強(qiáng)調(diào)的PD和PD/PSE接地絕緣的共模噪音抑制。

仔細(xì)查看圖2所示的優(yōu)化內(nèi)容后，會發(fā)現(xiàn)在無需任何額外成本的情況下，IEEE PoE的所有關(guān)鍵優(yōu)勢均成功實(shí)現(xiàn);無額外布線、現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)磁性和現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)電源管理。因此，汽車市場在“免費(fèi)的以太網(wǎng)供電設(shè)備(PoE)!”這一概念上有著獨(dú)特的價值定位。