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基于汽车优化的以太网供电设备分析
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2017-11-21
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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。
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。
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