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专为汽车优化的以太网供电设备 |
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作者：麦瑞公司 (Micrel Inc.) Mike Jones |
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随着汽车对具备更高安全性的需求不断提升，在汽车功能设置里添加先进的驾驶辅助系统 (ADAS) 已是大势所趋。如今，后视停车传感器和摄像头早已普及化。展望未来，日益精密、基于传感器的防碰撞技术将提供车道偏离、路标、红绿灯和行人识别功能。标准以太网经证明是一种对于 ADAS 应用颇具吸引力的解决方案。原因是该技术可借助低成本非屏蔽双绞线来实现高带宽数据传输。采用标准解决方案并不难理解；供应市场出现多家厂商让规模经济得以实现，并让拥有成本降至最低。但通过使用来自多个互补的IEEE标准（例如，以太网供电设备(PoE)的标准以太网而获得的整体利益却往往被忽略了。有趣的是，当部署了结合以太网供电设备(PoE)的标准以太网后，汽车市场的获利明显比多数其他市场更多。
在车上安装多个摄像头传感器会无可避免地增加布线容量，这并不是汽车制造商希望看到的结果。无疑地，采用远程安装的车辆传感器同样要求与数据线一起供电，因此，每个传感器都需要增加一对电线，才能以远程方式为各装置供电。IEEE 802.3af（标准）和IEEE 802.3at（更高功率）提出了一种可通过和传送数据相同的电线进行配电的方法。借助这些技术，使用标准以太网接口的远程传感器装置不再需要使用额外的电线。除了不需额外布线外，通过优化标准以太网供电设备(PoE)，汽车应用还能获得显著利益，因为无需任何额外的系统成本，即可发挥这项强大技术的所有优势。
若要了解这是如何实现的，不妨先看一看IEEE802.3af/at以太网供电设备(PoE)运行的基本原理，如下方图1所示。
图1：IEEE802.3af/at以太网供电设备幻象供电方式
以太网供电设备(PoE)结构由两个要素组成；第一个是通过电源供应设备(PSE)供应、由电源设备 (PD)接收的电源。在收集电源的三相过程前，须首先用专门的PSE控制器检测PD并对其进行分类。
1. 探索——PSE检查其是否连接于有效、兼容PD设备上
2. 分类——PSE检查PD所需电源
3. 操作——如果上述1和2有效，且PSE可提供充足电源，其将启用VPSE电压（介于44V和57V 之间）。
以太网供电设备 (PoE)电压VPSE应用于标准100BASE-TX以太网变压器的中心抽头；该技术称为“幻象供电”。接下来，电流流经两条电线到达PD侧的以太网变压器中心抽头。每个绕组携带半数极性相反的电流，因此流经变压器的总直流电流实际为零。“幻象供电”方式的关键优势是为PD侧变压器提供共模噪音抑制功能，且只适用于100BASE-TX 以太网接口。任何来自PSE或沿双绞线路拾取的噪声均会当成共态噪声耦合至以太网差分信号，并予以消除。
而PD侧需要配备桥式整流器来实现整流，并在RX和TX线对发生意外调换时发挥极性不敏感作用。
通过其他变压器的中心抽头提供有通向PSE的接地回路就是第二个关键优势所在；PD和PSE接地电流隔离。此隔离对于当各侧接地电位（对车辆可能很重要）存在差异时，避免出现辐射接地回路非常重要。这项优势也是采用100BASE-TX以太网所独有的。
专为汽车优化
探索将这些IEEE PoE方法用于汽车应用时的优化效果也是很有趣的事情，如下方图2所示。
图2. 采用“幻象供电”方式优化的汽车100Base-TX PoE
其最主要差别是无需使用传统PSE控制器。对于汽车应用而言，由于PD侧始终已知并且固定，因而探索和分类阶段是多余的。前部单元和后视摄像头模块间的接口就是一个很好的例子。使用低成本 DC-DC调节器就可替换相对高昂的PSE控制器。这种调节器可在出现电流过载故障时提供关闭保护。采用更合适汽车的较低PoE电压VPSE，例如12V（对比 IEEE802.3af/at规定的48V），拥有低成本/低电压的DC-DC调节器可用在PD侧。在使用12V PoE进行操作时，依然可实现每个端口6W或以上的额定功率。如需要更大功率，可使用较高的PoE电压（或增加额定电流磁性）。
在PD侧，由于汽车布线也是固定的，因而无需使用通用桥式整流器。
尽管能实现优化并使成本得到削减，但针对汽车应用的标准以太网供电设备(PoE)设备还可从“幻象供电”方式中获得更多优势。尤其是上述汇总表中强调的PD和PD/PSE接地绝缘的共模噪音抑制。
仔细查看图2所示的优化内容后，会发现在无需任何额外成本的情况下，IEEE PoE的所有关键优势均成功实现；无额外布线、现有标准以太网磁性和现有标准电源管理。因此，汽车市场在“免费的以太网供电设备(PoE)!”这一概念上有着独特的价值定位。(end)
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(1/20/2014) |
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