【導(dǎo)讀】在汽車市場，消費者對汽車的需求推動了先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS)的應(yīng)用。ADAS逐漸成為汽車的標(biāo)桿。后視停車傳感器和攝像頭是很好的應(yīng)用實例。眾所周知，以太網(wǎng)能夠通過非屏蔽雙絞線提供高帶寬數(shù)據(jù)傳輸，有源以太網(wǎng)隨著技術(shù)的發(fā)展走進汽車應(yīng)用領(lǐng)域。
標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)可通過低成本的非屏蔽雙絞線提供高帶寬數(shù)據(jù)傳輸，事實證明，這個解決方案對 ADAS 應(yīng)用極具吸引力。從歷史角度回顧技術(shù)發(fā)展可以發(fā)現(xiàn)，采用基于標(biāo)準(zhǔn)的解決方案已經(jīng)得到了充分理解，多個供應(yīng)商服務(wù)多個市場，從而形成規(guī)模經(jīng)濟并最終提供最低的擁有成本。然而，采用根據(jù)大量補充性 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)推出的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)還另有其他的整體優(yōu)勢，而這一點卻常常受到忽略。有源以太網(wǎng) (PoE) 的使用就是其中一個例子。
那么它是如何運作的呢？從汽車制造商的角度而言，在汽車周圍添加多個攝像頭傳感器會增加布線內(nèi)容，毫無意外，這是他們不想看到的結(jié)果。此外，位置較遠的汽車傳感器也需要沿著數(shù)據(jù)接線傳輸電力。這通常導(dǎo)致每個傳感器均需使用額外的一對接線，從而遠程為各個設(shè)備供電。然而，IEEE 802.3af（標(biāo)準(zhǔn)）和 IEEE 802.3at（功率增大型）指定了根據(jù)數(shù)據(jù)在同一根線纜上配電的方式——采用該類技術(shù)意味著使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口的遠程傳感器設(shè)備有效消除了對額外電纜的需求。在這個例子中，不僅接線數(shù)量得到減少，利用標(biāo)準(zhǔn)PoE展現(xiàn)這一穩(wěn)定技術(shù)的優(yōu)勢也令汽車應(yīng)用受益——不增添額外的系統(tǒng)成本。
IEEE802.3af/at PoE運行的基本原理如圖 1 所示。這解釋了如何能夠在不增添額外系統(tǒng)成本的情況下得到執(zhí)行。
圖1：IEEE802.3af/at 有源以太網(wǎng)；幻象供電法原理
如圖所示，PoE架構(gòu)包含兩大要素。供電端設(shè)備 (PSE) 供應(yīng)電力和受電端設(shè)備 (PD) 接受電力。專用的 PSE 控制器必須對 PD 進行檢測和分類，然后再分三個階段流程供電：發(fā)現(xiàn)：PSE 確認(rèn)是否連接到有效且兼容的設(shè)備；分類：PSE 核對 PD 的電力需求；運行：如果1 號和 2 號條件確實有效且 PSE 可以提供充足電力，PSE將啟用 VPSE電壓（介于 44V 到 57V 之間）。作為“幻象供電”技術(shù)，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。電流會沿著兩條接線下流到 PD 端的以太網(wǎng)變壓器中心抽頭。每個繞組各承載一半電極相反的電流，因此，通過變壓器的總 DC 電流實際上應(yīng)該為零。這種“幻象供電”法具備一個重要優(yōu)勢，即抑制 PD 端變壓器的共模噪聲，但這僅適用于 100BASE-TX 以太網(wǎng)接口。隨著共模噪聲散入差動以太網(wǎng)信號并被清除，PSE發(fā)出的噪聲或沿雙絞線電纜提取的噪聲將實現(xiàn)耦合。如果 RX 和 TX 接線對偶然交換，PD端需要使用橋式整流器啟用整流并以極性不敏感的方式發(fā)揮作用。
其他變壓器的中心抽頭會提供 PSE 的接地回路路徑，這將產(chǎn)生第二個重要優(yōu)勢，即 PD 和 PSE 接地的電流隔離。兩端的接地電位不同時，電流隔離的作用非常重要，能夠防止形成輻射接地回路——這種情況很可能對汽車意義重大。這種優(yōu)勢也是安裝100BASE-TX 以太網(wǎng)所獨有的。
[page]
幻象供電如何能夠為汽車應(yīng)用優(yōu)化
對汽車應(yīng)用運用此類 IEEE PoE方法時會產(chǎn)生相當(dāng)大的優(yōu)化機會（圖 2）。
消除傳統(tǒng)的 PSE 控制器是主要差異。這可能是由于汽車應(yīng)用的 PD 端為已知且固定，因此無需經(jīng)過發(fā)現(xiàn)和分類階段。我們以后視攝像頭模塊及其機頭單元之間的接口為例。在這種情況下，相對昂貴的 PSE 控制器可以用低成本的 DC-DC 穩(wěn)壓器代替，在電流過載故障情況下提供關(guān)閉保護。通過為汽車應(yīng)用更加適合的較低PoE電壓VPSE，例如 12 V，PD 端也可以使用一個電壓較低（并且成本較低）的 DC-DC 穩(wěn)壓器。需要注意的是，從 12V PoE運行時，每個端口可以獲得約 6W 的額定功率，如果需要額外功率，可以使用更高的PoE電壓（或增強的額定電流磁性）。另一個優(yōu)勢是，由于汽車接線也將固定，PD端也不再需要普通的橋式整流器。
圖 2：優(yōu)化機會使用“幻象供電”的 100Base-TX PoE 汽車
表 1：汽車PoE成本和性能優(yōu)勢
盡管經(jīng)過優(yōu)化且降低了最終成本，但由于采用“幻象供電”法，汽車應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)PoE仍具備其他優(yōu)勢。特別是PD 端共模噪聲抑制和 PD / PSE 接地隔離，如表 1 所示。可以明確的是，在汽車應(yīng)用中，IEEEPoE已具備所有優(yōu)勢且無需任何額外成本。沒有額外的接線，并可以使用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)磁性元件和現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)電源管理。同樣地，汽車市場的價值定位也相當(dāng)獨特——即它是貨真價實的“免費PoE”。
相關(guān)閱讀：
技術(shù)平臺：基于USB、PCM編碼和以太網(wǎng)三層通訊的虛擬儀器平臺
車載以太網(wǎng)面向汽車設(shè)計并實現(xiàn)EMI與EMC的挑戰(zhàn)
如何對以太網(wǎng)端口做最佳保護
