基于汽車優(yōu)化的以太網(wǎng)供電設(shè)備分析

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)濟得以實現(xiàn)，并讓擁有成本降至最低。但通過使用來自多個互補的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，因為無需任何額外的系統(tǒng)成本，即可發(fā)揮這項強大技術(shù)的所有優(yōu)勢。
　　若要了解這是如何實現(xiàn)的，不妨先看一看IEEE802.3af/at以太網(wǎng)供電設(shè)備（PoE）運行的基本原理，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。這項優(yōu)勢也是采用100BASE-TX以太網(wǎng)所獨有的。