专为汽车优化的以太网供电设备

 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。

专为汽车优化的以太网供电设备

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。

专为汽车优化的以太网供电设备

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。

表1. 汽车专用的优化100Base-TX PoE的优势。

专为汽车优化的以太网供电设备

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。

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发布日期:2019年03月10日  所属分类:汽车电子